[發(fā)明專利]一種監(jiān)控離子注入機穩(wěn)定性和均勻性的方法

有效

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• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103904009A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 張立;宋皓;賴朝榮;蘇俊銘;張旭昇
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/265
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體制造中的監(jiān)控離子注入機性能的方法，更具體地，涉及一種通過降低離子注入深度、從而可精確量測晶圓方塊電阻的方法，用來監(jiān)控離子注入機的穩(wěn)定性和均勻性。

背景技術

高集成度電路的發(fā)展需要更小的特征圖形尺寸和更近的電路器件間距。而熱擴散對先進電路的生產有所限制。其所受限之處在于橫向擴散、超淺結、粗劣的摻雜控制、表面污染的干涉以及位錯的產生。

離子注入技術則克服了擴散的上述限制，同時也提供了額外的優(yōu)勢。離子注入過程中沒有側向擴散，工藝在接近室溫下進行，雜質原子被置于晶圓表面的下面，同時使得寬范圍濃度的摻雜成為可能。有了離子注入，可以對晶圓內摻雜的位置和數(shù)量進行更好的控制。因此，離子注入技術在半導體制造技術中占有重要的地位。擴散是一個化學過程，而離子注入是一個物理過程。離子注入工藝采用氣態(tài)和固態(tài)的雜質源材料。在離子注入過程中，摻雜原子被離化、分離、加速（獲取動能），形成離子束流，掃過晶圓。雜質原子對晶圓進行物理轟擊，進入晶圓表面并在表面以下停止。

離子注入機是用于離子注入工藝的設備，是多個極為復雜精密的子系統(tǒng)的集成。常用的離子注入可包括中電流離子注入、高電流離子注入和高能離子注入。在離子注入工藝中，原子數(shù)量（注入劑量）是由離子束流密度（每平方厘米面積上的離子數(shù)量）和注入時間來決定的。通過測量離子電流可嚴格控制劑量。在離子注入的過程中，由于入射離子的碰撞，晶圓晶體結構會受到損傷。修復晶體損傷可以通過對晶圓的加熱退火來實現(xiàn)。

離子注入后的晶圓變化可能來自多種因素：離子注入機產生的束流的均勻性、電壓的變化、掃描的變化以及機械系統(tǒng)的問題。這些潛在問題有可能導致比擴散工藝更大的方塊電阻的變化。

隨著半導體制造技術的不斷發(fā)展，對離子注入機的工藝穩(wěn)定性和均勻性有了更高的要求。有效地監(jiān)控離子注入機的穩(wěn)定性和均勻性，準確地反映離子注入機的狀況，對保持現(xiàn)有半導體制造工藝的穩(wěn)定性和對新工藝的研發(fā)具有重要意義。

對離子注入晶圓的穩(wěn)定性和均勻性這些工藝質量的評估方法，一種方法是采用熱波探測儀（TW）來檢測注入后晶圓的表面損傷。但這種檢測手段只能表征晶圓表面的狀況，對注入到內部的離子狀況無法監(jiān)控，因而具有一定的局限性。

另外一種常用的監(jiān)控方法是對離子注入后的晶圓在進行高溫退火后，采用四探針測試儀量測晶圓離子注入層的方塊電阻（RS）。離子注入層的方塊電阻是半導體材料的一個重要電學參數(shù)，其定義為表面為正方形的半導體薄層，在平行于正方形邊的電流方向所呈現(xiàn)的電阻。當離子注入劑量不足時，方塊電阻值較高；反之，劑量過大時則方塊電阻值較低。

對于高能離子注入機和中電流以上的離子注入機，由于其注入能量較高，摻雜原子會注入到離晶圓表面較深的位置，在退火后表面摻雜原子的濃度較低，導致其導電性容易受到影響。在這種情況下，如果使用四探針測試儀普通的探針頭進行量測，就會發(fā)生無法準確量測到晶圓的RS的現(xiàn)象，導致對RS量測的不敏感。目前的解決方法是采用測頭較尖的一種探針頭，來替代普通的探針頭量測接受高能和中電流以上離子注入晶圓的RS。這種測頭較尖的探針頭相對普通探針頭來說，價格昂貴且使用壽命較短，僅約為兩個月。在增加量測成本的同時，還會造成量測機臺維護頻率的增加。而且，使用這種測頭較尖的探針頭時，也很容易因為被量測的離子注入機的工作不穩(wěn)定，或因處于此探針頭的使用壽命后期造成的量測性能不穩(wěn)定，而導致晶圓量測結果超出規(guī)格，造成對離子注入機狀態(tài)的誤判而宕機。這對離子注入機的正常運行造成了干擾，并進一步影響了機臺的產能。如何更準確地監(jiān)控離子注入機的穩(wěn)定性和均勻性，提高量測機臺的壽命，避免因量測不準問題造成宕機而影響產能現(xiàn)象的發(fā)生，是我們急待解決的課題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種新的監(jiān)控離子注入機穩(wěn)定性和均勻性的方法，通過先在待測樣本晶圓襯底表面形成鍺非晶化阻擋層，以降低隨后晶圓在被監(jiān)控的離子注入機內的離子注入深度，再經高溫退火以在晶圓表面形成具有良好導電性能的摻雜硅鍺合金，從而可以直接采用四探針測試儀普通的探針頭準確量測RS，實現(xiàn)準確監(jiān)控離子注入機的穩(wěn)定性和均勻性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種監(jiān)控離子注入機穩(wěn)定性和均勻性的方法，包括以下步驟：

步驟一：在待測樣本晶圓襯底上進行鍺離子注入，以在所述晶圓表面形成鍺非晶化阻擋層；

步驟二：將步驟一中得到的具有鍺非晶化阻擋層的晶圓放入需要監(jiān)控的離子注入機，進行常規(guī)的離子注入工藝，利用所述晶圓形成的鍺非晶化阻擋層，降低離子的注入深度；