[发明专利]改善靶盘式离子注入机注入效率的工艺方法

说明书

本发明公开了一种改善靶盘式离子注入机注入效率的工艺方法，离子注入为分阶段注入，首先进行注入束流及剂量均小于标准值的离子注入，然后再恢复到标准离子注入参数进行离子注入，直至离子注入完成。所述的小于标准值的离子注入，低束流及低剂量的离子注入，能有效减轻光刻胶中的成分析出，同时还能在光刻胶的表面形成碳化层，降低光刻胶的outgas效应，避免注入的初始阶段离子注入腔室内部真空度较差的状态发生。由于前序的小于标准值的离子注入已经降低了光刻胶的outgas效应，以及表面碳化层的作用，在进行后序阶段的标准值的离子注入时，真空度低于压力容差值，能实现离子注入的持续进行而不会被中断。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种改善靶盘式离子注入机注入效率的工艺方法。

背景技术

半导体制造工艺过程中，掺杂是非常重要的环节，对器件相关位置进行精准掺杂才能使器件具备相应的功能或者性能。掺杂主要分为扩散掺杂及离子注入的方式，其中离子注入又是现代深亚微米半导体制造中主要使用的掺杂手段。离子注入是一种向硅衬底或者其他半导体材料中引入可控数量的杂质，以改变其电学性能的方法，它是一个物理过程，不发生化学反应。每一次掺杂对杂质的浓度及深度都有特定的要求。离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有应用中都优于扩散工艺。它已经成为满足当前半导体制造业中的标准工艺。

离子注入在离子注入机中进行，注入机包含杂质离子源，它能产生带正电荷的杂质离子。离子被吸出，然后用质量分析仪将它们分开以形成需要掺杂离子的束流。束流中离子数量与希望引入硅片的杂质浓度有关，离子束在电场中被加速，获得很高的能量，使离子有足够的动能注入到硅片的晶格结构中。所有的注入工艺都需要在高真空的反应腔室中进行，但仍然会存在少量的气体分子。

离子注入过程中离子与腔室中的气体分子会进行电荷交换，影响注入精度，因此设备中会设定压力容差来确保注入过程保持在高真空下。离子注入一般以光刻胶为掩模，而光刻胶在注入离子的轰击下挥发出其中的气体、水分子等析出物(outgas效应)，会影响腔室真空度，且离子注入束流越大，outgas效应越强。靶盘式离子注入机相对于单片式提升了工艺效率，但同时也带来腔室增大、光刻胶挥发增多等导致真空度更难控制的问题，导致这种设备在注入过程中，由于光刻胶的outgas，真空超出容差范围而暂停注入，注入停止后真空度降低后再继续注入。

靶盘式离子注入机主要用来进行高剂量的注入工艺作业，为保证注入效率，需选择较大的离子注入束流。而束流的增加，会放大光刻胶的outgas效应。该效应在注入的初期较明显，outgas导致腔室真空变差，超过压力容差后，则会导致注入中断；当腔室压力恢复时，注入恢复，如此反复，极大影响注入机效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种改善靶盘式离子注入机注入效率的工艺方法，降低离子注入过程的outgas效应，避免离子注入被反复中断的问题。

为解决上述问题，本发明所述的一种改善靶盘式离子注入机注入效率的工艺方法，是进行分阶段注入，即：首先进行注入束流及剂量均小于标准值的离子注入，然后再恢复到标准离子注入参数进行离子注入，直至离子注入完成。

进一步的改进是，所述的离子注入，以光刻胶为掩膜，在离子束流轰击到光刻胶时，使光刻胶中的水分及挥发性气体进入离子注入腔室，影响离子注入腔室的真空度，引起outgas效应，使离子注入效率降低，甚至中断。

进一步的改进是，离子注入腔室内部的压力设置有压力容差值，使离子注入能在内部压力存在一定的波动范围内进行；当离子注入腔室内部压力超过压力容差值时，离子注入会被中断，直到离子注入腔室内部压力恢复到压力容差值范围内，离子注入再继续进行。

进一步的改进是，所述的分阶段注入，在进行小于标准值的离子注入时，首先将离子注入束流限制在标准值的50％以内，注入剂量限制在标准值的25％以内。