多次離子注入的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多次離子注入的方法，在多次離子注入時通過限制相鄰離子注入的排隊(duì)時間降低每次離子注入后光阻收縮變形的程度，使所述光阻能夠保護(hù)所述隔離層，進(jìn)而防止離子注入?yún)^(qū)域不斷擴(kuò)大，避免注入的離子滲透入隔離層造成半導(dǎo)體器件失效。
【專利說明】多次離子注入的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種多次離子注入的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離子注入(Implantation)是半導(dǎo)體制造形成器件摻雜區(qū)域的重要方法，隨著器件復(fù)雜程度越來越高，形成器件摻雜區(qū)域所需的離子注入步驟也越來越多，甚至一個器件區(qū)域需要連續(xù)多個離子注入步驟才能形成。例如，輕摻雜漏區(qū)(LDD) —般需要連續(xù)2至3個離子注入步驟。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，晶圓30上設(shè)有隔離層20，所述隔離層20是不希望被注入離子的，而只是在晶圓30的預(yù)定離子注入?yún)^(qū)域40注入離子。在離子注入前，一般先在所述晶圓30以及所述隔離層20上旋涂光阻(Photo resist),并將所述光阻通過光刻工藝形成圖案化的光阻10，所述圖案化的光阻10具有暴露出所述晶圓30的開口，所述圖案化的光阻10必須遮擋住所述隔離層20。通常情況下，所述圖案化的光阻10的截面尺寸大于隔離層20的截面尺寸，以保證全面覆蓋所述隔離層20 (既要覆蓋所述隔離層20的頂面，還要覆蓋所述隔離層20的側(cè)面一定厚度)，從而利用所述圖案化的光阻10對離子的遮擋達(dá)到選擇性注入的目的，如圖1所示。
[0004]然而，本申請的發(fā)明人在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了多次離子注入步驟之后，實(shí)際離子注入的區(qū)域往往超出 了晶圓30的預(yù)定離子注入?yún)^(qū)域，進(jìn)而造成半導(dǎo)體器件失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種多次離子注入的方法，其目的在于防止半導(dǎo)體器件失效。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述問題，本發(fā)明提出多次離子注入的方法，包括步驟:
[0007]提供晶圓，所述晶圓上依次形成有隔離層以及光阻，所述光阻覆蓋所述隔離層，所述光阻的截面尺寸大于所述隔離層的截面尺寸，所述光阻具有圖案開口，所述圖案開口暴露出預(yù)定的離子注入?yún)^(qū)域，所述圖案開口與所述隔離層保持一安全距離；
[0008]進(jìn)行多次離子注入，并限制相鄰離子注入的晶圓的排隊(duì)時間。
[0009]進(jìn)一步的，所述排隊(duì)時間的計算步驟包括:
[0010]測量所述光阻的圖案開口的底部尺寸以及所述光阻的實(shí)際厚度，并計算所述光阻的最小厚度；
[0011]測量N次離子注入步驟后的所述光阻在冷卻過程中不同時間點(diǎn)的所述光阻的圖案開口的頂部尺寸，其中N為正整數(shù)；
[0012]使用第一公式計算出不同時間點(diǎn)的每次離子注入?yún)^(qū)域滲透入至所述光阻的滲入深度，并得出所述滲入深度與冷卻時間的相關(guān)曲線；
[0013]根據(jù)所述相關(guān)曲線得出所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系，并根據(jù)所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系計算出每次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度的最小值；
[0014]將每次離子注入步驟后N個滲入深度的最小值相加，計算出N次離子注入步驟后的滲入深度的最小總值；
[0015]根據(jù)所述滲入深度的最小總值小于等于所述安全距離計算出每次離子注入后的晶圓的排隊(duì)時間。
[0016]進(jìn)一步的，所述第一公式為:
[0017]dN=l/2 (T-B) *h/H，
[0018]所述dN為第N次離子注入的滲入深度，所述T為所述光阻的圖案開口頂部尺寸，所述B為所述光阻的圖案開口底部尺寸，所述h為所述光阻的最小厚度，所述H為所述光阻的實(shí)際厚度。
[0019]進(jìn)一步的，所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系為:
[0020]dN=aNtN2+bNtN+cN,
[0021]所述tN為所述光阻第N次離子注入的冷卻時間，所述aN、bN、cN為常數(shù)。
[0022]進(jìn)一步的，并根據(jù)所述所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系計算出該次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度的最大值。
[0023]進(jìn)一步的，將多次離子注入步驟后滲入深度的最大值相加，計算出多次離子注入步驟后的滲入深度的最大總值。
[0024]進(jìn)一步的，所述最大總值大于所述滲入深度。
[0025]進(jìn)一步的，將安全距離平均分配給多次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度，并以此計算出每次離子注入后的排隊(duì)時間。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:在多次離子注入時通過限制相鄰離子注入的排隊(duì)時間降低每次離子注入后光阻收縮變形的程度，使所述光阻能夠保護(hù)所述隔離層，進(jìn)而防止離子注入?yún)^(qū)域不斷擴(kuò)大，避免離子滲透入隔離層造成半導(dǎo)體器件失效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為離子注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為光阻收縮變形后的離子注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中光阻收縮變形后的離子注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中滲入深度與冷卻時間的相關(guān)曲線；
[0031] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中滲入深度與冷卻時間的實(shí)際曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0033]在【背景技術(shù)】中已經(jīng)提及，形成器件摻雜區(qū)域所需的離子注入步驟越來越多，甚至一個器件區(qū)域需要連續(xù)多個離子注入步驟才能形成，而經(jīng)過多次離子注入步驟之后，實(shí)際離子注入的區(qū)域并不符合規(guī)定(超出了晶圓300的預(yù)定離子注入?yún)^(qū)域)，進(jìn)而造成半導(dǎo)體器件失效。經(jīng)本申請的發(fā)明人多次研究發(fā)現(xiàn)，之所以出現(xiàn)這種問題，是由于離子注入時離子的能量很高(一般約IOkeV~500keV)，這些高能量的離子會使得所述晶圓300的表面以及所述圖案化的光阻100的表面溫度升高。當(dāng)?shù)谝淮坞x子注入結(jié)束后，所述晶圓300以及所述圖案化的光阻100的溫度會逐漸降低至室溫，由于溫度的變化，所述圖案化的光阻100的圖案會發(fā)生收縮變形，導(dǎo)致所述圖案化的光阻100的圖案開口變大，如圖2所示，例如，所述圖案化的光阻100的圖案開口的橫截面由初始的矩形變成為倒梯形，從而導(dǎo)致所述圖案化的光阻100的圖案邊緣厚度變薄，影響圖案化的光阻100對所述隔離層200的遮擋效果，致使隨后的第二次離子注入的離子能穿過所述圖案化的光阻100，造成實(shí)際的離子注入?yún)^(qū)域400的面積不斷擴(kuò)大。特別地，當(dāng)經(jīng)過多次連續(xù)的離子注入步驟時，每次離子注入后圖案化的光阻100都會發(fā)生收縮變形，那么實(shí)際的離子注入?yún)^(qū)域400會不斷擴(kuò)大并且不可控制。如果實(shí)際的離子注入?yún)^(qū)域400持續(xù)擴(kuò)大并使離子滲透入所述隔離層200，將會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效。并且，兩次離子注入步驟間隔的時間(也稱為排隊(duì)時間)越長，那么圖案化的光阻100變形越嚴(yán)重，上述問題也將越嚴(yán)重。為此，本發(fā)明通過控制相鄰離子注入工藝的排隊(duì)時間來降低每次離子注入后光阻收縮變形的程度，防止半導(dǎo)體器件失效。
[0034]具體如圖3所示，本發(fā)明提出一種多次離子注入的方法，包括:
[0035]首先，提供晶圓300，所述晶圓300上依次形成隔離層200以及光阻100，所述光阻100覆蓋所述隔離層200，所述光阻100的截面尺寸通常大于隔離層200的截面尺寸，以保證全面覆蓋所述隔離層200，所述光阻100設(shè)有圖案開口，所述圖案開口暴露出預(yù)定的離子注入?yún)^(qū)域400，所述圖案開口與所述隔離層200保持一定的安全距離X (即圖案開口底部與隔離層200邊緣的距離)，如圖3所示；
[0036]接著，進(jìn)行多次離子注入，并限制相鄰離子注入的排隊(duì)時間。
[0037]其中，所述預(yù)設(shè)時間的計算過程包括:
[0038](I)測量所述光阻100圖案開口的底部尺寸B以及所述光阻100的實(shí)際厚度H，并計算光阻100的最小厚度h，所述最小厚度h是指為遮擋離子注入所需光阻的最小厚度，所述最小厚度h可依據(jù)通常的經(jīng)驗(yàn)獲得，即，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過有限次實(shí)驗(yàn)即可計算出最小厚度h ；
[0039](2)測量N次離子注入步驟后的所述光阻100在冷卻過程中不同時間點(diǎn)的所述光阻100圖案開口的頂部尺寸T，其中N為正整數(shù)；
[0040](3)使用第一公式計算出不同時間點(diǎn)的每次離子注入?yún)^(qū)域400滲透至所述光阻100圖案底部的滲入深度dN，并得出所述滲入深度dN與冷卻時間tN的相關(guān)曲線(如圖4所示)；
[0041](4)根據(jù)所述相關(guān)曲線得出所述滲入深度dN與冷卻時間tN的關(guān)系，并根據(jù)所述滲入深度dN與冷卻時間tN的關(guān)系計算出每次離子注入?yún)^(qū)域400的滲入深度dN的最小值dmin ；
[0042](5)將每次離子注入步驟后N個滲入深度dN的最小值dmin相加，計算出N次離子注入步驟后的滲入深度的最小總值；
[0043](6)根據(jù)所述滲入深度的最小總值小于等于所述安全厚度X計算出每次離子注入后的晶圓的排隊(duì)時間。
[0044]在本實(shí)施例中，所述光阻100的實(shí)際厚度H為所述光阻100涂覆在所述晶圓300以及所述隔離層200的實(shí)際厚度，所述光阻100的最小厚度h為所述光阻100能遮擋住離子注入使所述隔離層200免受離子注入侵害的最小的光阻100厚度，即，當(dāng)所述光阻100的實(shí)際厚度H大于所述光阻100的最小厚度h時，所述光阻100能夠保護(hù)所述隔離層200使之不受離子注入的侵害；當(dāng)所述光阻100的實(shí)際厚度H小于所述光阻100的最小厚度h時，所述光阻100不能保證所述隔離層200免受離子注入的侵害。
[0045]其中，所述光阻100在涂覆之后，所述光阻100初始的圖案開口的橫截面為矩形，即所述光阻100初始圖案開口的頂部尺寸與所述光阻100的底部尺寸B相等，離子注入致使所述光阻100表面的溫度上升，當(dāng)離子注入完畢之后，所述光阻100表面的溫度會隨著時間的推移慢慢下降恢復(fù)至常溫，然而，隨著溫度的降低，所述光阻100也將發(fā)生一定程度的收縮變形，導(dǎo)致所述光阻100的圖案開口變大，如圖4所示，即，所述光阻100的圖案開口的橫截面由初始的矩形變成為倒梯形，造成所述光阻100圖案開口的頂部尺寸慢慢擴(kuò)大，變成所述光阻100冷卻后的圖案開口的頂部尺寸T。
[0046]經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在所述光阻100冷卻的過程中，所述光阻100圖案開口的底部尺寸B并不會發(fā)生太大變化，并且發(fā)明人得出了滲入深度dN與所述光阻100圖案開口的底部尺寸B、所述光阻100圖案開口的頂部尺寸T、所述光阻100的實(shí)際厚度H以及所述光阻100的最小厚度h之間的關(guān)系，即，第一公式:
[0047]dN=l/2 (T-B) *h/H，
[0048]其中，dN為第N次離子注入的滲入深度；
[0049]由于所述光阻100圖案開口的底部尺寸B、所述光阻100的實(shí)際厚度H以及所述光阻100的最小厚度h均不會隨著時間的變化而變化，僅有所述光阻100冷卻后圖案開口的頂部尺寸T會隨著時間的變化而變化，因此結(jié)合第一公式可知滲入深度dN也會隨著時間的變化而變化。
[0050]根據(jù)第一公式，得出所述滲入深度dN與冷卻時間tN的相關(guān)曲線，如圖4所示，其中，所述tN為所述光阻第N次離子注入的冷卻時間。
[0051]可見，當(dāng)冷卻時間、小于時間乜時，所述滲入深度士與冷卻時間tN近似呈二次函數(shù)關(guān)系。當(dāng)冷卻時間tN大 于^后，所述滲入深度(1,幾乎達(dá)到穩(wěn)定的最大值dmax。當(dāng)滲入深度dN與冷卻時間tN的相關(guān)曲線可以得出在冷卻時間tN小于時間tm時，滲入深度dN與冷卻時間tN的方程式為dN=aNtN2+bNtN+cN，其中，所述a、b、c為常數(shù)，所述tm為所述滲入深度dN達(dá)到穩(wěn)定的最大值dmax時的時間。根據(jù)滲入深度dN與冷卻時間tN的相關(guān)曲線算出aN、bN、cN的具體值，然后根據(jù)所述方程式dN=aNtN2+bNtN+cN計算出該次離子注入?yún)^(qū)域300的滲入深度dN的最大值dmax，并且將多次離子注入步驟后滲入深度dN的最大值dmax相加，計算出多次離子注入步驟后的滲入深度dN的最大總值。
[0052]此時，當(dāng)滲入深度dN的最大總值小于所述安全距離X時，則說明多次離子注入無需限制排隊(duì)時間tN (即冷卻時間tN);當(dāng)滲入深度dN的最小總值大于所述安全距離X時，則說明多次離子注入工藝條件不滿足設(shè)計要求，需優(yōu)化工藝條件如光阻類型、厚度以及離子注入劑量等；只有當(dāng)所述最大總值大于所述滲入深度dN，且當(dāng)滲入深度dN的最小總值小于所述安全距離X時，在相鄰的離子注入之間限制排隊(duì)時間t能夠防止所述離子注入?yún)^(qū)域300滲透入所述隔離層200造成器件失效。
[0053]為了便于更好的理解，下面舉實(shí)例說明:某種器件工藝設(shè)計規(guī)則定義所述光阻100使所述隔離層200與所述離子注入?yún)^(qū)域300保持最小的安全距離X為180 μ m,并且此工藝流程中需要連續(xù)4次離子注入步驟。那么，首先測量所述光阻100圖案開口的底部尺寸B、所述光阻100的實(shí)際厚度H以及所述光阻100的最小厚度h ;然后測量其中一次離子注入步驟后的所述光阻100在冷卻過程中不同時間點(diǎn)圖案開口的頂部尺寸T，并且得出前三次離子注入的滲入深度Cl1U2以及d3與冷卻時間tN的實(shí)際曲線，如圖5所示。
[0054]根據(jù)前三次離子注入的滲入深度屯、d2以及d3與冷卻時間tN的實(shí)際曲線1、曲線2、曲線3計算出:
[0055]&1=-3.3658Ε-04, 1^=2.6418Ε-01, Cl=16.786 ；
[0056]a2=-3.0628E-04, b2=2.3250E-01，c2=26.822 ；
[0057]a3=-2.8500E-04, b3=2.1502E-01，cs=33.462 ；
[0058]因此滲入深度屯、d2以及d3與冷卻時間tN的方程式如下:
[0059]d1=-3.3658E-04t12+2.6418E-01t1+16.786
[0060]d2=_3.0628E~04t22+2.3250E_01t2+26.822
[0061]d3=-2.8500E-04t32+2.1502E_01t3+33.462 ；
[0062]由上述方程式可以得出dminl=16.8、dmaxl=68.7、dmin2=26.9、dmax2=71.0、dmin3=33.5、dmaX3_74.1。
[0063]由于dminl+dmin2+dmin3=77.2<180 且 dmaxl+dmax2+dmax3=213.8>180,則在此工藝流程中需要限制3步最大的排隊(duì)時間tN (即最大的冷卻時間tN):t1； t2, t3 ;令d1=d2=d3=180/3=60, jjllj可以由上述方程式分別解得最大的排隊(duì)時間t1=233分鐘，t2=191分鐘，t3=156分鐘，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以靈活分配屯、d2、d3的數(shù)值，只要保證(^+(1_2+(1_3>=180即可。此時，在此種器件進(jìn)行工藝流程中，在第一次離子注入后進(jìn)行第二離子注入的時間不超過233分鐘，在第二離子注入后進(jìn)行第三離子注入的時間不超過191分鐘，在第三離子注入后進(jìn)行第四離子注入的時間不超過156分鐘即可防止所述離子注入?yún)^(qū)域300滲透入所述隔離層200而造成器件失效。
[0064]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多次離子注入的方法，包括: 提供晶圓，所述晶圓上依次形成有隔離層以及光阻，所述光阻覆蓋所述隔離層，所述光阻的截面尺寸大于所述隔離層的截面尺寸，所述光阻具有圖案開口，所述圖案開口暴露出預(yù)定的離子注入?yún)^(qū)域，所述圖案開口與所述隔離層保持一安全距離； 進(jìn)行多次離子注入，并限制相鄰離子注入的晶圓的排隊(duì)時間。
2.如權(quán)利要求1所述的多次離子注入的方法，其特征在于，所述排隊(duì)時間的計算步驟包括: 測量所述光阻的圖案開口的底部尺寸以及所述光阻的實(shí)際厚度，并計算所述光阻的最小厚度； 測量N次離子注入步驟后的所述光阻在冷卻過程中不同時間點(diǎn)的所述光阻的圖案開口的頂部尺寸，其中N為正整數(shù)； 使用第一公式計算出不同時間點(diǎn)的每次離子注入?yún)^(qū)域滲透入至所述光阻的滲入深度，并得出所述滲入深度與冷卻時間的相關(guān)曲線； 根據(jù)所述相關(guān)曲線得出所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系，并根據(jù)所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系計算出每次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度的最小值； 將每次離子注入步驟后N個滲入深度的最小值相加，計算出N次離子注入步驟后的滲入深度的最小總值； 根據(jù)所述滲入深度的最小總值小于等于所述安全距離計算出每次離子注入后的晶圓的排隊(duì)時間。
3.如權(quán)利要求2所述的多次離子注入的方法，其特征在于，所述第一公式為:
dN=l/2(T-B)*h/H， 其中，dN為第N次離子注入的滲入深度，T為所述光阻的圖案開口頂部尺寸，B為所述光阻的圖案開口底部尺寸，h為所述光阻的最小厚度，H為所述光阻的實(shí)際厚度。
4.如權(quán)利要求3所述的多次離子注入的方法，其特征在于，所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系為:
dN-aNtN +bNtN+cN, 其中，tN為所述光阻第N次離子注入的冷卻時間，aN、bN、cN為常數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的多次離子注入的方法，其特征在于，并根據(jù)所述所述滲入深度與冷卻時間的關(guān)系計算出該次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度的最大值。
6.如權(quán)利要求5所述的多次離子注入的方法，其特征在于，將多次離子注入步驟后滲入深度的最大值相加，計算出多次離子注入步驟后的滲入深度的最大總值。
7.如權(quán)利要求6所述的多次離子注入的方法，其特征在于，所述最大總值大于所述滲入深度。
8.如權(quán)利要求2所述的多次離子注入的方法，其特征在于，將安全距離平均分配給多次離子注入?yún)^(qū)域的滲入深度，并以此計算出每次離子注入后的排隊(duì)時間。
【文檔編號】H01L21/265GK104022024SQ201310066357
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月1日
【發(fā)明者】李志國 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司