批处理离子注入机台锥角效应及注入角度对产品的影响【完整版】

批处理离子注入机台锥角效应及注入角度对产品的影响【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）批处理离子注入机台锥角效应及注入角度对产品的影响【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）第第14卷，第12期ol.14，No.12电 子 与 封 装ELECTRONICS&ACKAGING总第140期2021年12月第14第14卷第12期朱红波1，周祖源2，何永根2，秦宏志1〔1.中芯国际集成电路制造〔北京〕，北京100176；2.中芯国际集成电路制造〔上海〕，上海202103〕摘 锥角效应的综合影响；得出了对于不同锥角机台适宜的离子注入角度设定。关键词：批处理离子注入机；锥角效应；沟道效应；均匀性中图分类号：TN306 文献标识码：A 文章编号：1681-1070〔2021〕12-0037-05ConeAngleEffectofBatchImplanterandImplantAngleSelectiontoPreventfromProductionNon-uniformityZHUHongbo1,ZHOUZuyuan2,HEQINHongzhi1〔1.SemiconductorManufacturingInternational(Beijing)Corp.,Beijing100176,China；2.SemiconductorManufacturingInternational(Shanghai)Corp.,Shanghai202103,China〕Keywords:batchtypeimplanter;coneangleeffect;channelingeffect;uniformity1 引言进入300mm晶圆的大批量生产以来，大局部生产机台根本完成了从批处理机台向单片处理机台的

转换。对于离子注入机台，现在只剩下高能量离子注入还有局部保存批处理机台，在可预见的将来，它们也会逐步进入单片处理机台时代。离子注入工艺在半导体制造中引入用于晶圆硅材料中的掺杂，由于其对掺杂剂量、角度和掺杂形收稿日期：2021-09-26第14卷第12期

电子与封装貌分布的完美表现，从其应用第一天起就开始大量取代传统扩散炉管工艺。由于晶圆单晶体的特性，对离子注入角度设定有着特别的工艺控制需求以确保离子注入均匀稳定，首要的就是注入角度的选取以防止沟道效应〔channelingeffect〕，经典的设定是注入角度为7°[1,2]，如图1所示。图1阱区掺杂分布形貌图示[1]对于批处理机台，众所周知的是，由于在离子注入过程中离心力和晶圆均匀冷却的考量，放置晶圆的靶盘设定了一个角度，也就是要重点讨论到的锥角〔ConeAngle〕，如图2所示。图2批处理离子注入机台锥角和晶圆上注入角度变化由于锥角的存在，就产生了一个所谓的锥角效应〔ConeAngleEffect〕，即在工艺程式设定一个固定注入角度的条件下，却由于锥角产生的空间效应使得实际在晶圆不同半径位置上离子注入角度不同，从而导致整片晶圆上工艺的不一致性[3]。注入角度是0°的条件下，晶圆中间注入较深，而两边较浅，如图3所示。沟道效应和锥角效应在批处理机台上的综合影响，实验晶圆片上热波〔TW-ThermalWave〕分析和二次离子质谱〔SIMS-SecondaryIonMassSpectroscopy〕分析表现为均匀性不一致，中间和边率损失，见图4。由于沟道效应的影响，产品晶圆中抑制了沟道效应却使得晶圆边缘有较好的良率。回忆了晶圆离子注入的沟道效应和锥角效应的影响，本篇的重点是讨论在现今不断进步的半导体工艺条件下，对于批处理机台离子注入角度如何设定以得到更好的工艺一致性和稳定性。

图3锥角效应产生的晶圆工艺不一致性图4产品晶圆上沟道效应产生的严重良率损失务。由于线宽的降低，7°已经不是最好的离子注入角度设定了，而要降低角度以防止注入时光刻胶〔PR-图5阱区光刻胶产生的阴影效应对不同器件尺寸离子注入工艺的影响[1]同样的，图6也给出了一个大角度的转4次角度离子注入工艺和小角度单次离子注入工艺导致的N型阱区分布形貌和尺寸的差异比拟。图6不同注入角度下的阱区形貌[1]从图5、图6可以看到，在先进的工艺技术上，-38-第14卷第12期

朱红波，周祖源，何永根，等：批处理离子注入机台锥角效应及注入角度对产品的影响2 实验内容和结果我们先用实验控片通过不同角度设定的程式，运用二次离子质谱分析，实验验证了在批处理机台上不同离子注入角度以及不同锥角的影响。评估方法和方向：不同锥角的机台在晶圆上不同半径点上的SIMS分布是否一样，从而预估对产品电性的影响。图7、图8给出了不同锥角的机台导致离子注入角度在晶圆上的实际分布，5°锥角机台0±1.1°，1.5°锥角机台0±0.33°。表1也同样做了总结。图7不同锥角机台晶圆上的角度分布表1不同锥角机台晶圆上的角度分布总结机台类型锥角 晶圆边缘最大〔150mm〕锥角效应机台一 1.5° 0.33°机台二 5° 1.1°出中间和旁边的差异，但是已经有了明显的改善。图9锥角5°的机台晶圆上不同点的SIMS分布图10锥角1.5°的机台晶圆上不同点的SIMS分布SIMS结果和分析二〔离子注入程式设定：能量800KeV，剂量1×1013ions·c-2,注入角度为7°〕：锥角5°和1.5°机台SIMS分析结果分别如图11、图12所示，在晶圆中间、左边和右边分别取样测试的结果显示，由于离子注入角度选取为7°，锥角效应根本被消除，SMIS的分布没有了中间和旁边的差异。机台间的差异也根本被掩盖。图8不同锥角机台晶圆上的角度分布示意图SIMS结果和分析一〔离子注入程式设定：能量800KeV，剂量1×1013ions·c-2，注入角度为0°〕：〔1〕锥角5°机台SIMS分析结果如图9所示，在晶圆中间、左边和右边分别取样测试的结果显示，由于锥角5°的影响，3条曲线表现出明显的差异；〔2〕锥角1.5°机台SIMS分析结果如图10所示，锥角5°的机台晶圆上不同点的SIMS分布我们也在先进的45nm产品上做了分析试验，在45nm工艺技术上的机台间工艺匹配实验给我们以启waferacceptancetest〕参数匹配根本一致，但出现了一些没有预料到的结果。锥角1.5°的高能量离子注入机上生产的产品均匀性并没有像预料中的好于锥角5°的高能量离子注入机上生产的产品，反倒略差，结电容标准方差略大，如表2所示。-39-第14卷第12期

电子与封装表2

制约，只需要在一定程度上抑制沟道效应。相应合机台类型锥角

结电容平均值〔FF/μm)

结电容标准方差〔FF/μm)

适的角度设定可选取1°、2°或3°。如图15所示，我们在产品上做的角度影响分析机台一 1.5° 0.1456 0.00254机台二 5° 0.1462 0.00241

实验，分布曲线说明：角度0°沟道效应明显，分布离散；1°那么能明显改善，分布收敛；3°以后就根本消除了沟道效应的影响。图12锥角1.5°的机台晶圆上不同点的SIMS分布进一步的产品电性合格测试全片多点验证也表明，沟道效应和锥角效应的综合影响使得两种机台的结电容表现不一样，如图13、图14所示各有3片晶圆可重复的结果。而且锥角1.5°的高能量离子注入机表达出来的结果略差。图13锥角5°的机台产品上电性全片分布分析

图15批处理机台不同注入角度产品电性分布分析3 结论本文总结了批处理离子注入机台的沟道效应和锥角效应，以及由于这些效应导致的晶圆片上的均匀性问题和产品上的良率损失。我们运用二次离子质谱分析和产品电性合格测试全片多点验证，说明了沟道效应和锥角效应的综合影响；得出了对于不同锥角机台适宜的离子注入角度设定，以得到更好的产品均匀性。致谢感谢中芯国际集成电路制造(上海)、图14锥角1.5°的机台产品上电性全片分布分析考虑到注入角度的工艺窗口范围±0.5°[4]，离子注入角度不超过3°，可选离子注入角度为1.6°~3.4°〔3°〕。适宜的角度设定为2°或3°。〔2〕锥角1.5°机台：晶圆内角度范围0.3°，锥角1.5°，考虑到注入角度的工艺窗口范围±0.5°，离子注入角度不超过3°，可选离子注入角度为2.3°~3°。适宜的角度设定为3°。〔3〕对于单片处理机台，那么由于没有了锥角的

中芯国际集成电路制造(北京)离子注入制程部同仁在技术和数据收集上的帮助，感谢中芯国际集成电路制造(上海)技术研究与开展部门同仁的指导和帮助。参考文献：[1]YHai,ENShauly.Influenceofbatch-to-batchsubstratevariationandconeeffectonhighenergyimplantdistributionprofile[C].IonImplantation2002.Proceedingsofthe14thInternationalConference.DateofConference:27-27Sept.2002.287-290.[2]LeeKangHai.Theeffectofimplantangleandresistshadowinginsubmicronimplanttechnology[D].ThesissubmittedinfulfillmentoftherequirementsforMaster-40-第14卷第12期

朱红波，周祖源，何永根，等：批处理离子注入机台锥角效应及注入角度对产品的影响Degree,UniversitySainsMalaysia2006,2-6.[3]MaryAJones,FrankSinclair.Across-waferchannelingvariationsonbatchimplanters:Agraphicaltechniquetoanalyzespinningdisksystems[C].IonImplantationTechnology.Proceedingsofthe11thInternationalConference.DateofConference:16-21Jun.1996.264-267.[4]DLenoble,FWacquant,EJosse,FArnaud.Impactoftiltanglevariationondeviceperformance[C].IonImplantationTechnology.2002.Proceedingsofthe14thInternational

Conference.DateofConference:27-27Sept.2002.44-47.作者简介：朱红波〔1975—〕，男，湖北汉川人，1999年本科毕业于武汉科技大学无机非金属材料专业，2004年硕士毕业于东华大学材料加工工程专业，现在中芯国际集成电路制造(北京)有限公司/中芯北方集成电路制造(北京)从事离子注入制程的工艺维护、技术改良方面的研究工作。〔上接第10页〕间，每秒可以完成4颗管芯的测试，相比单管芯测试，每片可提高测试效率300%。同时，采用自校准可以有效保证测试质量，减少操作人员上机时用样品电路手工校准所浪费的工时。6结束语在测试方案设计中，通过对浮动电源的合理使用，到达了对输出脚短接在一起的多个低压差线性稳压电路管芯并行测试的目的，同时采用自校准技术，减少了工时损失，提高了测试效率，降低了测试本钱，并降低了发生质量事故的可能性。

参考文献：[1]AlanHastings.TheArtofAnalogLayout[M].PearsonEducation,Inc.PrenticeHall,Inc.2001.[2]BehzadRazavi.DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuits[M].西安：西安交通大学出版社，2003.HYPERLINK[3][4]OceanDeng,DanielChien.TR6800Tutorial[M].ICReserchInc.作者简介：张鹏辉〔1983—〕，男，河南永〔上接第13页〕参考文献：[1]芦俊，曹盘江，皮志松，朱卫良.转盘式分选机中高速旋转真空吸盘的动力学分析及计算[J].机械设计，2021，12：35-38.[2]吴国平.基于ADAMS与VC6.0的凸轮机构设计、仿真与自动编程[J].机电工程技术，2021，7：133-135.[3]王丹，柳洪义，刘明晨，等.基于Adam