离子注入方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种离子注入方法。

背景技术：

在半导体集成电路制造技术中，给半导体引入指定杂质的掺杂工艺是关键步骤之一。掺杂工艺包括扩散工艺和离子注入工艺，其中扩散工艺由于粗劣的掺杂控制、晶圆表面位错的产生，逐步被离子注入工艺取代。离子注入工艺可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制。在离子注入工艺过程中，离子源气体被离化、分离、加速(获取动能)，形成掺杂离子束流，扫过晶圆。掺杂离子对晶圆进行物理轰击，在晶圆表面产生高斯分布。

目前，离子注入工艺中使用的受主杂质主要是硼(b)，离子源气体通常为bf3(三氟化硼)，离子注入机将离子源气体离子化后，一般以b+或bf2+掺杂离子的形式注入到衬底中。离子注入机通常分为气体系统、电机系统、真空系统、控制系统和射线系统。射线系统又包含了离子源、萃取电极、质谱仪、加速系统、注入系统及终端分析系统。离子注入解离过程中，由于离子注入机整体机台为金属材质，离子束在离子源腔体及运行路径上的溅射会产生金属污染。

由于半导体器件关键尺寸不断缩小，半导体技术不断向着更小的工艺节点推进，半导体产品对金属污染越来越敏感，成品率损失一直是制造工厂关注的重点，控制金属污染成为一个难题。

微米技术节点前，由于关键尺寸较大，离子注入工艺中存在的金属污染对工艺制程影响可以忽略。进入纳米技术节点之后，由于关键尺寸较小，离子注入工艺中存在的金属污染对工艺制程影响很大。特别是55nm产品，为了得到结深浅且稳定的pps/d，在采用bf2+源种注入时，同位素离子源气体bf3在离子化产生高能离子束，与离子源腔及运行路径上墙壁发生碰撞，产生反应生成mo2+，相同能量的bf2+和mo2+有相近的等效质荷比，部分mo2+会随着bf2+注入到晶圆中，带来钼金属污染。

目前对离子注入机通常通过电感耦合等离子体分析仪(icpms)量测控片的金属含量来对金属钼进行监控，icpms测试存在测试时间较长、成本高、容易受控片品质影响、测试稳定性较差，且无法控制金属污染。

在半导体集成电路制造技术中，如何减少及控制金属钼污染是一个难题。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一种离子注入方法，包括将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，以增大或减小离子注入机将离子源气体bf3离子化形成的bf2+掺杂离子的等效质荷比。

更进一步的，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成的bf2+掺杂离子的等效质荷比与mo2+的等效质荷比的差值不小于1。

更进一步的，同位素离子源气体bf3中的氟f为氟f的同位素17f。

更进一步的，将由硼和氟的同位素17f构成的离子源气体b17f3作为离子注入机的离子源，离子注入机将离子源气体b17f3离子化形成b17f2+掺杂离子。

更进一步的，同位素离子源气体bf3中的硼b为相对原子质量小于9.8的硼b的同位素。

更进一步的，同位素离子源气体bf3中的硼b为硼b的同位素9b。

更进一步的，同位素离子源气体bf3中的硼b为硼b的同位素10b、氟f为氟f同位素18f。

更进一步的，将由硼的同位素10b和氟的同位素18f构成的离子源气体10b18f3作为离子注入机的离子源，形成10b18f2+掺杂离子。

更进一步的，将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，其中bf2+掺杂离子的等效质荷比比钼金属mo2+的等效质荷比至少大1。

更进一步的，将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，其中bf2+掺杂离子的等效质荷比比钼金属mo2+的等效质荷比至少小1。

在本发明一实施例中，通过将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，如此增大或减小bf2+掺杂离子的等效质荷比，使bf2+掺杂离子的等效质荷与mo2+的等效质荷比的差值不小于1，如此，调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将bf2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染，以从根源上控制钼金属污染。

附图说明

图1为质谱仪分析磁场的示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

100、真空腔体；200、磁铁。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例中，在于提供一种离子注入方法，包括：将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，其中bf2+掺杂离子的等效质荷比与钼金属mo2+的等效质荷比的差值不小于1。

离子注入机中的质谱仪分析磁场是离子注入机中对离子筛选的主要部件。请参阅图1，图1为质谱仪分析磁场的示意图。如图1所示，质谱仪分析磁场主要有弧形的真空腔体100和上下一对磁铁200组成。当带电离子被吸极电场加速后会获得一定的能量e：

其中，q为离子的电荷量；u为吸极电场的电压；m为离子质量；v为离子速度。

当带电离子在磁场中运动且运动方向和磁场方向垂直时，带点离子将受洛伦兹力的影响做圆周运动，即

其中，b代表磁场强度；r为圆周运动的半径，也就是分析磁场的曲率半径。离子注入机的分析磁场的曲率半径r一般是固定的，只有满足公式2的离子才能进入可变狭缝，选择出要注入的掺杂离子。混合的离子束加入磁场后会发生偏转，等效质荷比(m/q)大的离子会轰击到分析磁场的外壁，而小的离子会轰击到内壁，只有比值恰好符合设定的所需离子才会顺利通过这一区域，而非所需离子被阻挡下来。通常，通过调节分析磁场的励磁电流而改变磁场强度的办法，选择某固定质荷比的离子。然而，若采用同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，bf2+掺杂离子的质荷比与形成bf2+掺杂离子过程中产生的钼金属mo2+的质荷比相近，通常bf2+掺杂离子的质荷比为48.8，mo2+的质荷比为48，因此调节分析磁场的励磁电流为一电流时，质荷比相近的bf2+掺杂离子和钼金属mo2+很难被完全分离开来，因此部分钼金属mo2+会随着bf2+掺杂离子注入到晶圆中，带来金属污染。

而本发明，将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，以增大或减小离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成的bf2+掺杂离子的等效质荷比，使bf2+掺杂离子的等效质荷与mo2+的等效质荷比的差值不小于1，如此，调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将bf2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染。

具体的，本发明一实施例中，同位素离子源气体bf3中的氟f为氟f的同位素17f。将由硼和氟的同位素17f构成的离子源气体b17f3作为离子注入机的离子源，离子注入机将离子源气体b17f3离子化形成b17f2+掺杂离子，其中b17f2+的质荷比为44.8，而mo2+的质荷比为48，因此调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将b17f2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染。当然，同位素离子源气体bf3中的氟f并非只能为氟f的同位素17f，在本发明一实施例中，相对原子质量小于18.5的氟f的同位素均可适用于本发明。

当然，本发明一实施例中，同位素离子源气体bf3中的硼b可为其同位素9b。将由硼的同位素9b和氟构成的离子源气体9bf3作为离子注入机的离子源，形成9bf2+掺杂离子，以减小9bf2+的质荷比，在本发明一实施例中，9bf2+的质荷比为47，使9bf2+掺杂离子的等效质荷与mo2+的等效质荷比的差值不小于1，而调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将9bf2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染。当然，同位素离子源气体bf3中的硼b并非只能为其同位素9b，在本发明一实施例中，相对原子质量小于9.8的硼b的同位素均可适用于本发明。

当然，本发明一实施例中，同位素离子源气体bf3中的硼b为其同位素10b、氟f同时为其同位素18f。将由硼的同位素10b和氟的同位素18f构成的离子源气体10b18f3作为离子注入机的离子源，形成10b18f2+掺杂离子，以减小10b18f2+的质荷比，在本发明一实施例中，10b18f2+的质荷比为46，使10b18f2+掺杂离子的等效质荷与mo2+的等效质荷比的差值不小于1，而调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将10b18f2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染。

在本发明一实施例中，将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，其中bf2+掺杂离子的等效质荷比比钼金属mo2+的等效质荷比至少大1。

在本发明一实施例中，将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，其中bf2+掺杂离子的等效质荷比比钼金属mo2+的等效质荷比至少小1。

如此，在本发明一实施例中，通过将由硼的同位素和/或氟的同位素构成的同位素离子源气体bf3作为离子注入机的离子源，离子注入机将同位素离子源气体bf3离子化形成bf2+掺杂离子，如此增大或减小bf2+掺杂离子的等效质荷比，使bf2+掺杂离子的等效质荷与mo2+的等效质荷比的差值不小于1，如此，调节分析磁场的励磁电流为一电流时，较易将bf2+掺杂离子分离与钼金属mo2+，而当掺杂离子注入到晶圆中时，不会带来钼金属mo2+污染。与目前常用的电感耦合等离子体分析仪(icpms)量测控片的金属含量来对金属钼进行监控的方法相比，本发明可以从根源上控制钼金属污染。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。