一种晶圆高能离子注入机金属污染改善方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，且特别涉及一种晶圆高能离子注入机金属污染改善方法。

背景技术：

离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、开启速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。离子注入机广泛用于掺杂工艺，可以满足浅结、低温和精确控制等要求，已成为集成电路制造工艺中必不可少的关键装备。

离子注入机由离子源、质量分析器、加速器、四级透镜、扫描系统和靶室组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速器获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。

高能离子注入机由离子源产生离子经过与镁炉交换电子变为负离子，负离子首先通过加速后，与Ar气体交换电子重新变更为正离子。该正离子通过加速后，根据不同能量离子电磁场筛选出满足注入能量的束流。但是在该过程中，可能存在未交换的Ar或束流中夹杂的C原子，其进入前后加速管中与加速电极碰撞产生金属离子，而能量分析电磁场中分离半径公式为(r:分离半径，m:束流原子质量，V:电场电压，B：磁场电压)。因为电磁场分离半径与束流原子质量，电荷相关，所以杂志金属离子通过加速后可能具备与目标注入能量离子相同的束流半径而注入到晶圆中，造成金属污染。

技术实现要素：

本发明提出一种晶圆高能离子注入机金属污染改善方法，通过在能量筛选电磁场后，增加一个对束流垂直偏转方向的电场，筛选出需要的能量源种束流，将不满足能量要求的金属等注入消除，从而降低金属污染。

为了达到上述目的，本发明提出一种晶圆高能离子注入机金属污染改善方法，包括下列步骤：

由离子源产生离子并经过与镁炉交换电子变为负离子；

负离子通过加速后与气体交换电子重新变更为正离子；

所述正离子通过加速后，通过能量筛选电磁场筛选出满足注入能量的束流；

在所述能量筛选电磁场后增加对束流垂直方向偏转一定角度的电场来消除金属污染。

进一步的，所述电场对束流垂直方向偏转15-30度的角度。

进一步的，所述束流进入电场后，在水平方向做匀速直线运动，在垂直方向做加速运动，通过设定的垂直偏转角度来进一步消除金属污染。

进一步的，所述束流进入垂直偏转电场后，偏离水平方向角度tanΘ＝Vy/Vx＝at/Vo＝qUL/mdVo²，其中Θ表示为水平方向偏转角度；U表示为偏转电场电压；L表示为偏转电场水平长度；q表示为束流电荷；m表示为束流原子质量；d表示为垂直方向距离；V0表示为加速电场进入偏转电场速度。

进一步的，根据束流在加速电场获得最终速度得到故束流的水平偏转角度tanΘ＝UL/(2*E*d)，其中E表示为加速电场最终电压。

进一步的，所述气体为Ar气体。

本发明提出的晶圆高能离子注入机金属污染改善方法，通过在能量筛选电磁场后，增加一个对束流垂直方向束流偏转的一定角度(15-30度)的电场来消除金属污染。该电场通过束流进入电场后，在水平方向做匀速直线运动，在垂直方向做加速运动，通过给定特殊的垂直偏转角度来进一步消除金属污染。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的晶圆高能离子注入机金属污染改善方法流程图。

图2所示为本发明较佳实施例的角度能量分析电场模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的晶圆高能离子注入机金属污染改善方法流程图。本发明提出一种晶圆高能离子注入机金属污染改善方法，包括下列步骤：

步骤S100：由离子源产生离子并经过与镁炉交换电子变为负离子；

步骤S200：负离子通过加速后与气体交换电子重新变更为正离子；

步骤S300：所述正离子通过加速后，通过能量筛选电磁场筛选出满足注入能量的束流；

步骤S400：在所述能量筛选电磁场后增加对束流垂直方向偏转一定角度的电场来消除金属污染。

根据本发明较佳实施例，所述电场对束流垂直方向偏转15-30度的角度。所述束流进入电场后，在水平方向做匀速直线运动，在垂直方向做加速运动，通过设定的垂直偏转角度来进一步消除金属污染。

根据本发明较佳实施例，所述束流进入垂直偏转电场后，偏离水平方向角度为：

tanΘ＝Vy/Vx＝at/Vo＝qUL/mdVo²，

其中Θ表示为水平方向偏转角度；U表示为偏转电场电压；L表示为偏转电场水平长度；q表示为束流电荷；m表示为束流原子质量；d表示为垂直方向距离；V0表示为加速电场进入偏转电场速度。

进一步的，根据束流在加速电场获得最终速度得到故束流的水平偏转角度tanΘ＝UL/(2*E*d)，其中E表示为加速电场最终电压。由于偏转电场的偏转角度α＝900-Θ，因此该垂直偏转电场最终偏转角度仅与束流能量有关，可以进一步消除金属污染。

进一步的，所述气体为Ar气体。

综上所述，本发明提出的晶圆高能离子注入机金属污染改善方法，通过在能量筛选电磁场后，增加一个对束流垂直方向束流偏转的一定角度(15-30度)的电场来消除金属污染。该电场通过束流进入电场后，在水平方向做匀速直线运动，在垂直方向做加速运动，通过给定特殊的垂直偏转角度来进一步消除金属污染。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。