一种减少离子植入中金属污染的方法与流程

本发明涉及离子植入，特别涉及一种减少离子植入中金属污染的方法。

背景技术：

1、半导体器件在生产过程中需要进行离子植入，例如cis(cmos image sensor，cmos图像传感器)在生产过程中需要使用植入机(implanter)进行像素区域的植入(pixel zoneimplant)。

2、如图1和图2所示，植入机包括用于产生离子束5(beam)的源腔(source chamber)，源腔包括腔壁1(chamber wall)、反射极2(repeller)、阴极3(cathode)和灯丝4(filament)，源腔包含的这些部件通常都是用钨制成的。源腔中的电子和离子在与这些部件碰撞过程中，会导致钨材质解离出钨离子，钨离子随离子束5离开源腔后进入如图2所示的磁场筛选单元，在筛选过程中，因钨离子和离子束5的原子质量与电荷比不同，钨离子会集中在离子束5的某一边上。离子束5经过beamline(离子束区域)后，因离子束5撞击离子束区域的金属内壁会进一步增加金属污染。在离子束5植入到晶圆的过程中，金属离子会植入到晶圆的边缘位置，因金属污染导致产品白色像素不良(white pixel worse)。如图3所示，由于离子植入采用四个步骤，在切换步骤时，晶圆要逆时针旋转90°，四个步骤完成之后可以形成方形的图形(map，图形)，图形位于未被金属污染的区域6内；未被金属污染的区域6通常位于晶圆的中间位置，被金属污染的区域7通常位于晶圆的边缘位置，白色像素通常集中在被金属污染的区域7上。

3、为了减少金属污染，目前的解决方案主要是在离子束区域设置mrk(metalsreduction kit，减少金属部件)，即在离子束区域的内侧壁上设置石墨或涂层，以减少金属污染。然而，这样不能从源头减少源腔带来的金属污染。

技术实现思路

1、本发明提供了一种减少离子植入中金属污染的方法，以解决现有的解决方案不能从源头减少源腔带来的金属污染的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种减少离子植入中金属污染的方法，包括以下步骤：

3、调节源磁场电流，获取多组源磁场电流和对应的离子束电流；根据所述多组源磁场电流和对应的离子束电流，拟合得到第一拟合曲线；根据所述第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流确定目标源磁场电流；

4、保持所述源磁场电流为所述目标磁场电流不变，调节源气体流量，获取多组源气体流量和对应的离子束电流；根据所述多组源气体流量和对应的离子束电流，拟合得到第二拟合曲线；根据所述第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量确定目标源气体流量；

5、保持所述源气体流量为所述目标源气体流量不变，调节阴极和灯丝之间的阴极-灯丝电流，获取多组阴极-灯丝电流和对应的离子束电流；根据所述多组阴极-灯丝电流和对应的离子束电流，拟合得到第三拟合曲线；根据所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流确定目标阴极-灯丝电流；

6、利用所述目标源磁场电流、所述目标源气体流量和所述目标阴极-灯丝电流进行离子植入。

7、可选的，所述根据所述第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流确定目标源磁场电流的步骤，具体包括以下步骤：将所述第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流作为目标源磁场电流。

8、可选的，所述根据所述第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量确定目标源气体流量的步骤，具体包括以下步骤：将所述第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量作为目标源气体流量。

9、可选的，所述根据所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流确定目标阴极-灯丝电流的步骤，具体包括以下步骤：将所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流作为目标阴极-灯丝电流。

10、可选的，所述将所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流作为目标阴极-灯丝电流的步骤和所述利用所述目标源磁场电流、所述目标源气体流量和所述目标阴极-灯丝电流进行离子植入的步骤之间，还包括以下步骤：

11、判断所述目标阴极-灯丝电流对应的离子束电流是否等于预设阈值，如果所述目标阴极-灯丝电流对应的离子束电流等于所述预设阈值，则执行所述利用所述目标源磁场电流、所述目标源气体流量和所述目标阴极-灯丝电流进行离子植入的步骤；如果所述目标阴极-灯丝电流对应的离子束电流大于所述预设阈值，则减小所述目标阴极-灯丝电流；如果所述目标阴极-灯丝电流对应的离子束电流小于所述预设阈值，则增加所述目标源气体流量之后，再执行所述调节阴极和灯丝之间的阴极-灯丝电流，获取多组阴极-灯丝电流和对应的离子束电流的步骤。

12、可选的，所述第一拟合曲线的表达式为y1＝a6x6+a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0，其中，y1表示离子束电流，x表示源磁场电流，a6、a5、a4、a3、a2、a1、a0表示拟合得到的系数。

13、可选的，所述第二拟合曲线的表达式为y2＝b6x6+b5x5+b4x4+b3x3+b2x2+b1x+b0，其中，y2表示离子束电流，x表示源气体流量，b6、b5、b4、b3、b2、b1、b0表示拟合得到的系数。

14、可选的，所述第三拟合曲线的表达式为y3＝c6x6+c5x5+c4x4+c3x3+c2x2+c1x+c0，其中，y3表示离子束电流，x表示阴极-灯丝电流，c6、c5、c4、c3、c2、c1、c0表示拟合得到的系数。

15、可选的，在执行所述获取多组源磁场电流和对应的离子束电流的步骤的同时，还执行以下步骤：获取多组源磁场电流和对应的弧电流。

16、可选的，在执行所述获取多组源气体流量和对应的离子束电流的步骤的同时，还执行以下步骤：获取多组源气体流量和对应的弧电流。

17、本发明提供的一种减少离子植入中金属污染的方法，通过理论分析和统计分析，确定弧电流的大小受到源磁场电流、源气体流量和阴极-灯丝电流这三个参数影响。所以采用目标源磁场电流、目标源气体流量和目标阴极-灯丝电流进行离子植入，意想不到的技术效果是可以使离子束电流符合需求，以完成离子植入；并且弧电流较小，由于弧电流较小，离子和电子与腔壁碰撞的频率较小，可以从源头减少源腔带来的金属污染。

技术特征：

1.一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述根据所述第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流确定目标源磁场电流的步骤，具体包括以下步骤：将所述第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流作为目标源磁场电流。

3.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述根据所述第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量确定目标源气体流量的步骤，具体包括以下步骤：将所述第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量作为目标源气体流量。

4.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述根据所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流确定目标阴极-灯丝电流的步骤，具体包括以下步骤：将所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流作为目标阴极-灯丝电流。

5.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述将所述第三拟合曲线的最高点对应的阴极-灯丝电流作为目标阴极-灯丝电流的步骤和所述利用所述目标源磁场电流、所述目标源气体流量和所述目标阴极-灯丝电流进行离子植入的步骤之间，还包括以下步骤：

6.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述第一拟合曲线的表达式为y1＝a6x6+a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0，其中，y1表示离子束电流，x表示源磁场电流，a6、a5、a4、a3、a2、a1、a0表示拟合得到的系数。

7.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述第二拟合曲线的表达式为y2＝b6x6+b5x5+b4x4+b3x3+b2x2+b1x+b0，其中，y2表示离子束电流，x表示源气体流量，b6、b5、b4、b3、b2、b1、b0表示拟合得到的系数。

8.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，所述第三拟合曲线的表达式为y3＝c6x6+c5x5+c4x4+c3x3+c2x2+c1x+c0，其中，y3表示离子束电流，x表示阴极-灯丝电流，c6、c5、c4、c3、c2、c1、c0表示拟合得到的系数。

9.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，在执行所述获取多组源磁场电流和对应的离子束电流的步骤的同时，还执行以下步骤：获取多组源磁场电流和对应的弧电流。

10.如权利要求1所述的一种减少离子植入中金属污染的方法，其特征在于，在执行所述获取多组源气体流量和对应的离子束电流的步骤的同时，还执行以下步骤：获取多组源气体流量和对应的弧电流。

技术总结
本发明提供了一种减少离子植入中金属污染的方法，包括以下步骤：调节源磁场电流，获取多组源磁场电流和对应的离子束电流；拟合得到第一拟合曲线；根据第一拟合曲线的最高点对应的源磁场电流确定目标源磁场电流；获取多组源气体流量对应的离子束电流；拟合得到第二拟合曲线；根据第二拟合曲线的最高点对应的源气体流量确定目标源气体流量；获取多组阴极‑灯丝电流和对应的离子束电流；拟合得到第三拟合曲线；根据第三拟合曲线的最高点对应的阴极‑灯丝电流确定目标阴极‑灯丝电流；利用目标源磁场电流、目标源气体流量和目标阴极‑灯丝电流进行离子植入。本方案可以使离子束电流符合需求，并且弧电流较小，从源头减少源腔带来的金属污染。

技术研发人员：张志坤,王曼真,李文兵,吝辉辉
受保护的技术使用者：合肥晶合集成电路股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17