提高注入机生产效率的方法与流程

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种提高注入机生产效率的方法。

背景技术：

随着超大规模集成电路技术的迅速发展，半导体器件的尺寸在不断缩小，因此制造工艺中离子注入需要进行多步离子注入，具体包括超浅结注入、袋状(pocket)结构注入、环形(halo)结构注入、沟道注入、高精度的侧壁注入和像素区域等对离子注入。随着离子注入步骤的增加，因此对注入机台生产效率的要求也随之提高。离子注入剂量(d)与注入束流(i)、注入时间(t)、注入源种所带电荷(q)、束流面积(束流宽度w和束流高度h)有如下关系：d＝i*t/(q*w*h)。因此，通过提高注入机台生产效率在同等条件下，可以通过提高注入束流来降低注入时间。

表1

结合表1所示，研究相同注入程式在不同产品生产效率有很大差异。

分析a和b产品离子注入详细过程，发现a产品注入中腔内真空值瞬间较b差,甚至超过机台真空设定上限，需要等待冷泵抽到注入起始真空值才可以正常注入，a产品多余注入时间为等待机台真空恢复。

表2产品光刻胶(pr)开口率对照表

结合表2所示，进一起分析a和b产品相同注入程式差异，发现b产品光刻胶开口比率(tr％)远远大于a产品，故注入时a产品光刻胶挥发会较b产品严重，生产效率则会远远小于b产品。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种提高注入机生产效率的方法，能够有效提高光刻胶开口率较小的产品生产效率，缩短单片晶圆(wafer)完成全片注入的时间，提高注入机每小时所能完成的作业晶圆片数(waferperhour，wph)。

为解决上述技术问题，本发明的提高注入机生产效率的方法包括如下步骤：

步骤一、根据单次注入时间的要求来调节注入机的注入束流，所述单次注入时间为注入机对晶圆的单次注入区进行所需注入剂量的注入时间，所述单次注入时间和注入束流的积和所述注入剂量成正比，通过增加所述注入束流的大小降低所述单次注入时间。

步骤二、所述注入机通过对所述晶圆进行不同区域的扫描并在各扫描区域进行离子注入实现对所述晶圆的全片注入，根据减少总体扫描时间的要求来调节所述注入束流；所述注入束流越大，所述注入束流对光刻胶的碰撞而产生的水汽也越多，水汽的增加会使所述注入机的注入腔体的压强增加，当所述注入腔体的压强增加增加到一个上限值时，离子注入会停止，所述注入束流的大小要求设置到保证在整个注入扫描过程中所述注入腔体的压强都小于上限值，从而不会产生离子注入停止，减少所述总体扫描时间。

进一步的改进是，在步骤二中所述注入束流的大小满足保证在整个注入扫描过程中不会产生离子注入停止的条件下，所述注入束流根据步骤一进行设置的值越大，所述晶圆完成整片注入的时间越短。

进一步的改进是，步骤二中，需要根据所述光刻胶的开口率的大小调节所述注入束流，所述光刻胶的开口率越小，被所述注入束流碰撞所产生的水汽也越多，所述注入束流的值越小。

进一步的改进是，步骤二中，需要根据所述光刻胶的厚度的大小调节所述注入束流，所述光刻胶的厚度越厚，被所述注入束流碰撞所产生的水汽也越多，所述注入束流的值越小。

进一步的改进是，各种不同的产品共用同一个离子注入工艺参数，在步骤二中所述注入束流根据设置条件最差的产品进行设置。

进一步的改进是，所述产品对应的光刻胶的开口率越小，步骤二中对应的所述注入束流的设置条件越差。

进一步的改进是，所述产品对应的光刻胶的厚度越厚，步骤二中对应的所述注入束流的设置条件越差。

进一步的改进是，离子注入的注入能量大于1000kev。

进一步的改进是，所述光刻胶的开口率最小值达3％以下。

进一步的改进是，随着产品的提升，所述注入束流的设置条件越来越差，通过按比例缩小的方式减少所述注入束流的最大值。

进一步的改进是，所述注入束流的最大值按8％～15％的比例降低。

进一步的改进是，所述注入束流的最大值按10％的比例降低。

进一步的改进是，所述注入束流的最大值按12％的比例降低。

进一步的改进是，离子注入的类型包括超浅结注入、袋状结构注入、环形结构注入、沟道注入、高精度的侧壁注入和像素区域等对离子注入。

进一步的改进是，所述晶圆为硅衬底晶圆。

本发明的技术方案根据本发明的技术问题进行了特别设置，也即本发明的技术方案是从缩短单片晶圆完成全片注入的时间以减少wph出发进行设置的，本发明不仅只考虑到了离子注入将对应的注入区域单次注入到所需的注入剂量所要的单次注入时间，而且还考虑到了在进行晶圆的整片扫描过程中所需要的时间，虽然缩短单次注入时间能在一定程度上减少完成整片晶圆的注入所需要的时间；但是，随着产品的工艺的进步，半导体器件的尺寸会越来越小，离子注入对应的光刻胶的开口率和厚度会产生相应的变化，而当光刻胶的开口率变小以及厚度增加时，容易在离子注入过程中产生水汽从而会使注入腔体的压强增加，当注入腔体的压强增加到大于上限值时，离子注入会停止，而这种在对晶圆进行整片扫描注入过程中产生了离子注入的停止会wph产生较大的影响；由此可知，当只考虑单次注入时间的调节时，势必会增加注入束流，最后会产生离子注入停止，从而反而会使wph降低；而本发明则克服了现有技术中仅根据单次注入时间来调节注入束流的缺陷，本发明同时通过两个方面来调节注入束流，使得能实现在满足对晶圆进行整片的扫描注入过程中不产生离子注入停止的条件，尽量通过增加注入束流来减少单次注入时间，最后能使得缩短单片晶圆完成全片注入的时间，减少wph。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是注入机进行对晶圆进行扫描注入的示意图；

图2a是表1中的产品a对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和各扫描位置的随时间变化的曲线；

图2b是表1中的产品b对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和各扫描位置的随时间变化的曲线；

图3a是表1中的产品a对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和注入腔体的压强的随时间变化的曲线；

图3b是表1中的产品b对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和注入腔体的压强的随时间变化的曲线；

图4是本发明实施例方法流程图；

图5是注入束流和wph的关系图。

具体实施方式

本发明实施例方法是在对现有技术问题进行分析的基础上形成的，在详细介绍本发明实施例技术方案之前分析一下现有方法的技术问题：

如图1所示，是注入机进行对晶圆进行扫描注入的示意图；在离子注入工艺中，晶圆103会放置在注入机的注入腔体中，注入机提供离子注入源101，离子注入源形成一注入束流注入到晶圆103的表面，在图1中注入到晶圆103的表面的注入束流用标记102表示，可以看出注入束流的宽度为w，高度为h。由于注入束流102的面积要小于晶圆103的面积，为了要实现对晶圆103的全片注入，需要对晶圆103进行扫描，即进行扫描式注入；图1中标记103a表示晶圆103对应的前一个位置，标记103b表示晶圆103对应的后一个位置，从标记104所对应的箭头可以看出，晶圆103将会上下移动，也即晶圆103通过上下移动来确定所需要扫描的区域。

另外，晶圆103上还通过光刻胶来定义所需要的离子注入区图形，在需要形成离子注入区的地方的光刻胶被打开，光刻胶被打开的区域的面积和整片光刻胶的面积的比率为开口率。

针对产品a对应的wph比产品b差的原因做了如下分析：

如图2a所示，是表1中的产品a对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和各扫描位置的随时间变化的曲线；曲线201是离子注入的时间曲线，可以看出，曲线201呈断断续续的结构，无法实现连续的离子注入；曲线202是晶圆的扫描位置的曲线，可以看出很多扫描位置处都没有进行离子注入，这会造成：如果要使晶圆的各扫描位置都实现良好的注入即达到要求的注入剂量，需要重复移动晶圆使对应的扫描位置得到扫描，以及在整个全片注入过程中需要更多的时间。

如图2b所示，是表1中的产品b对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和各扫描位置的随时间变化的曲线；曲线204是离子注入的时间曲线，可以看出，曲线204是连续的离子注入；曲线205是晶圆的扫描位置的曲线，可以看出在所有的扫描位置处都进行了离子注入，和图2a相比，产品b中完成整个全片注入过程中需要的时间会减少，wph更高。比较图2a的标记203所示区域以及图2b的标记206所示区域可知，标记206中采用更短的时间实现了更多位置的晶圆的注入。

由上面分析可知，产品a之所以具有较低的wph，是由于离子注入会产生停止造成的。申请人通过比较产品a和产品b的离子注入过程中的工艺产生发现产品a的开口率更小，两者的开口率的比较请参考表2所示。申请人发现，开口率较小的产品在离子注入中更容易使光刻胶产生水汽，水汽的挥发使得注入腔体的压强增加，当注入腔体的压强增加到一个上限值时注入腔体会停止离子注入。如图3a所示，是表1中的产品a对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和注入腔体的压强的随时间变化的曲线；直线301表示注入腔体的压强的上限值，曲线302表示注入腔体的压强的随时间变化的曲线，可以看出，曲线302中会产生注入腔体的压强超出直线301规定的上限值的情形，这时会产生离子注入的停止。

如图3b所示，是表1中的产品b对应的离子注入工艺在整片离子注入过程中离子注入和注入腔体的压强的随时间变化的曲线；曲线303表示注入腔体的压强的随时间变化的曲线，可以看出，曲线303一直为超出直线301规定的上限值，故曲线204能实现连续的离子注入。

本发明实施例方法：

如图4所示，是本发明实施例方法流程图；本发明实施例提高注入机生产效率的方法包括如下步骤：

步骤一、根据单次注入时间的要求来调节注入机的注入束流，所述单次注入时间为注入机对晶圆的单次注入区进行所需注入剂量的注入时间，所述单次注入时间和注入束流的积和所述注入剂量成正比，通过增加所述注入束流的大小降低所述单次注入时间。

本发明实施例中的所述晶圆为硅衬底晶圆。

离子注入的类型包括超浅结注入、袋状结构注入、环形结构注入、沟道注入、高精度的侧壁注入和像素区域等对离子注入。

步骤二、所述注入机通过对所述晶圆进行不同区域的扫描并在各扫描区域进行离子注入实现对所述晶圆的全片注入，根据减少总体扫描时间的要求来调节所述注入束流；所述注入束流越大，所述注入束流对光刻胶的碰撞而产生的水汽也越多，水汽的增加会使所述注入机的注入腔体的压强增加，当所述注入腔体的压强增加增加到一个上限值时，离子注入会停止，所述注入束流的大小要求设置到保证在整个注入扫描过程中所述注入腔体的压强都小于上限值，从而不会产生离子注入停止，减少所述总体扫描时间。

本发明实施例中，所述注入束流的大小满足保证在整个注入扫描过程中不会产生离子注入停止的条件下，所述注入束流根据步骤一进行设置的值越大，所述晶圆完成整片注入的时间越短。

步骤二中需要根据所述光刻胶的开口率的大小调节所述注入束流，所述光刻胶的开口率越小，被所述注入束流碰撞所产生的水汽也越多，所述注入束流的值越小。需要根据所述光刻胶的厚度的大小调节所述注入束流，所述光刻胶的厚度越厚，被所述注入束流碰撞所产生的水汽也越多，所述注入束流的值越小。

各种不同的产品共用同一个离子注入工艺参数，在步骤二中所述注入束流根据设置条件最差的产品进行设置。所述产品对应的光刻胶的开口率越小，步骤二中对应的所述注入束流的设置条件越差。所述产品对应的光刻胶的厚度越厚，步骤二中对应的所述注入束流的设置条件越差。

本发明实施例中，离子注入的注入能量大于1000kev。所述光刻胶的开口率最小值达3％以下。随着产品的提升，所述注入束流的设置条件越来越差，通过按比例缩小的方式减少所述注入束流的最大值，也即可以在现有的所述注入束流的最大值的基础上进行按比例缩小即可。如：所述注入束流的最大值按8％～15％的比例降低。较佳为，所述注入束流的最大值按10％的比例降低；或者，所述注入束流的最大值按12％的比例降低。

如图5所示，是注入束流和wph的关系图，cc线对应于产品提升前的离子注入的注入束流的最大值，当产品提升后，如果还将注入束流的最大值设置在cc线，则虚线圈402所示区域的wph的值较小，会影响到生产效率；这时根据本发明实施例方法，仅需将离子注入工艺参数中的注入束流的最大值移动到bb线对应的值即可，这时，所以的离子注入的注入束流将会位于aa线对应的最小值和bb线对应的最大值之间，使得所有产品的wph值位于虚线圈401所示区域中，能消除虚线圈402所示的具有较小wph值的情形，所以本发明实施例能提高wph，提高注入机的生产效率。

本发明实施例的技术方案根据本发明的技术问题进行了特别设置，也即本发明实施例的技术方案是从缩短单片晶圆完成全片注入的时间以减少wph出发进行设置的，本发明实施例不仅只考虑到了离子注入将对应的注入区域单次注入到所需的注入剂量所要的单次注入时间，而且还考虑到了在进行晶圆的整片扫描过程中所需要的时间，虽然缩短单次注入时间能在一定程度上减少完成整片晶圆的注入所需要的时间；但是，随着产品的工艺的进步，半导体器件的尺寸会越来越小，离子注入对应的光刻胶的开口率和厚度会产生相应的变化，而当光刻胶的开口率变小以及厚度增加时，容易在离子注入过程中产生水汽从而会使注入腔体的压强增加，当注入腔体的压强增加到大于上限值时，离子注入会停止，而这种在对晶圆进行整片扫描注入过程中产生了离子注入的停止会wph产生较大的影响；由此可知，当只考虑单次注入时间的调节时，势必会增加注入束流，最后会产生离子注入停止，从而反而会使wph降低；本发明实施例则克服了现有技术中仅根据单次注入时间来调节注入束流的缺陷，本发明实施例同时通过两个方面来调节注入束流，使得能实现在满足对晶圆进行整片的扫描注入过程中不产生离子注入停止的条件，尽量通过增加注入束流来减少单次注入时间，最后能使得缩短单片晶圆完成全片注入的时间，减少wph。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。