CN101452816B - 一种离子注入的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的离子注入的监控方法，用于防止离子注入时的离子污染和分析污染离子的形成原因。该监控方法包括以下步骤：1.先在离子注入的反应腔内通入测试离子源，并电离测试离子源成若干不同离子；2.采用离子束质谱分析对反应腔内离子进行测试，得出反应腔的离子束质量谱图；3.根据步骤2得出的离子束质量谱图，当谱图中有异常质量峰时，需要去除污染离子后才能进行离子注入，如果没有异常质量峰则可直接进行离子注入。根据离子束质量谱图中的质量峰是否异常来决定是否直接进行离子注入，这样可有效防止离子注入时的污染，同时离子束质量谱图的异常质量峰可帮助分析污染离子形成原因，预防离子注入时发生污染。

Description

一种离子注入的监控方法

技术领域

本发明涉及半导体制程中的离子注入领域，尤其涉及一种离子注入的监控方法以防止污染离子注入以及检测污染原因预防离子污染。

背景技术

离子注入是半导体制程中十分关键的一道工序。离子注入包括不同类型的离子注入，典型的是N型离子的注入和P型离子的注入。在半导体制程中N型离子注入中以磷(P)和砷(As)为主，P型离子以硼(B)和铟(In)为主。离子注入是在密封的反应腔内进行。目前的反应腔多是弧电反应腔，在进行离子注入时，将离子源和预注入离子的晶圆放入反应腔，然后电离离子，通过电磁场对离子进行塞选，同时提高塞选的离子能量，最后将其注入晶圆。在通过电磁场对电离进行塞选时，电磁场是通过荷质比对反应腔内的离子进行塞选。在进行这种离子塞选的时候，容易将荷质比与预塞选的离子相同的离子误选中注入晶圆，这样便会使注入离子受到其他离子的污染。

在半导体批量制程的过程中，离子注入的反应腔需要进行不同种类的离子注入。在不同种类离子注入之间，反应腔需要通净化气体对反应腔内离子环境进行净化，便于进行另外一种离子注入。通常这一净化气体选择惰性气体，常用的为氩气。然而这些净化气体也并不可能完全去除反应腔上一次离子注入时残留下的离子，这些残留下的离子就有可能对下一次的离子注入造成污染。

在目前传统的离子注入检测方法有方块电阻(sheet resistance)和热波(thermal wave)检测法。然而这些方法只能测量晶圆的离子注入剂量是否到达指定参数，不能检测出注入晶圆的离子是否有其他污染离子以及无法查找污染原因。

发明内容

本发明的目的是在于提供离子注入中防止污染离子注入的方法，以解决目前离子注入中不能检测到注入晶圆的离子是否有其他污染离子以及难以检测污染原因的问题。

为解决上述问题，本发明的离子注入的监控方法，所涉及的离子注入是在反应腔中电离注入离子源中的离子对晶圆进行离子注入，该方法包括以下步骤：步骤1：先在离子注入的反应腔内通入测试离子源，并电离测试离子源成若干不同离子；步骤2：采用离子束质谱分析对反应腔内离子进行测试，得出反应腔的离子束质量谱图；步骤3：根据步骤2得出的离子束质量谱图，当谱图中有异常质量峰时，需要去除污染离子后才能进行离子注入，如果没有异常质量峰则可直接进行离子注入。其中，注入离子源可作为步骤1中的测试源。在步骤1之前可先通入氩气对反应腔进行净化。步骤3中的异常污染离子的质量峰为测试离子源电离离子的质量峰以外的离子质量峰。离子注入的反应腔是材料为钼的弧电反应腔。

本发明的离子注入的监控方法，通过在离子注入前，采用离子束质谱分析对测试离子源电离后的反应腔内离子进行质量分析，观察得出的质量分析谱图中是否有异常污染离子的质量峰来判定腔内是否存在污染离子，通过图中污染离子的质量峰查找污染原因，预防离子注入时发生离子污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的离子注入的监控方法作进一步详细说明。

图1是反应腔A的离子束质量谱图。

图2是反应腔B的离子束质量谱图。

图3是未进行过碳注入的反应腔B的离子束质量谱图。

图4是进行过碳注入的反应腔B的离子束质量谱图。

具体实施方式

本发明的实施例以二氟化硼离子(BF2+)的注入为例，二氟化硼离子注入是在反应腔内电离注入离子源硼化合物，对晶圆进行二氟化硼离子注入。此离子注入反应腔以材料为钼的弧电反应腔为例。为防止注入二氟化硼离子时，受其他离子污染，在进行离子注入时，实施离子注入的监控。该监控方法包括以下具体步骤：

步骤1：先在离子注入的反应腔内通入测试离子源，并电离测试离子源成若干不同离子。在进行二氟化硼离子注入时，一般情况下离子源选取三氟化硼(BF₃)。为更真实模拟离子注入时的条件，将注入离子源BF₃作为测试离子源。为方便比较测试结果，将测试离子源BF₃通入两个离子注入反应腔，反应腔A和反应腔B内，并进行电离。通入的离子源的剂量与电离条件均相同。在通入测试离子源BF₃之前可先在两个反应腔内均通入氩气这种惰性气体对反应腔进行净化。

步骤2：采用离子束质谱分析对反应腔内离子进行测试，得出反应腔的离子束质量谱图。采用离子束对电离测试离子源BF₃后的两个反应腔进行测试。得出的反应腔A和反应腔B的离子束质量谱图分别如图1和图2所示。从图1中谱图得出的质量峰有硼离子(B⁺)的质量峰，对应为质量为11的质量峰；氟离子(F^-)的质量峰，对应为质量为19的质量峰；氟化硼离子(BF⁺)的质量峰，对应为质量为30的质量峰；二氟化硼(BF₂ ⁺)离子的质量峰，对应为图中质量为49的质量峰。从图1中的测出的质量峰可知电离测试离子源后的反应腔A内的离子种类正常。从图2中同样存在上述四种离子的质量峰，但是还存在其他的质量峰，离子质量为16的质量峰，离子质量为46的质量峰，这两个质量峰为异常质量峰。

步骤3：根据步骤2得出的离子束质量谱图，当谱图中有异常质量峰时，需要去除污染离子后才能进行离子注入，如果没有异常质量峰则可直接进行离子注入。测试结果为图1谱图的反应腔A可直接进行二氟化硼离子注入，测试结果为图2谱图的反应腔B，则需要去除反应腔内的污染离子之后才可进行离子注入。这种污染离子采用通入氩气净化气体是不能直接去除，需要对反应腔进行重新的维护才可以达到去除反应腔内的污染离子的目的。

反应腔A和反应腔B虽然测试条件一致，且在步骤1之前均通入氩气进行净化，但是测试结果不一样。从图2中反应腔B的谱图的异常质量峰1和2可推出，离子质量为16的质量峰1可判断反应腔B内应该存在氧离子，离子质量为46的质量峰2为钼92二价正离子(Mo92⁺⁺)。反应腔B不同于反应腔A仅在于在进行监控之前，反应腔B内进行了碳离子的注入(C)。碳离子注入的离子源采用二氧化碳(CO₂)。

当改变反应腔B内的注入离子源，使反应腔B没有进行CO₂离子源的碳离子注入，按照上述监控方法步骤，测出的谱图如图3所示，测出的质量峰为正常质量峰。当不改变反应腔B内的注入离子源，反应腔B内仍进行过CO₂离子源的碳离子注入，按照上述监控方法步骤，测出的谱图如图4所示，仍然出现了氧离子质量峰1和钼92二价正离子的质量峰2，由于反应腔材料金属钼存在质量数为98的同位素，钼98二价正离子(Mo98⁺⁺)的荷质比与BF₂ ⁺相同，因此容易造成BF₂ ⁺离子注入的离子污染。这样就查找出了形成污染离子的原因，为预防BF₂ ⁺离子注入时发生污染，在进行过碳注入的金属钼的弧电反应腔内不宜再进行BF₂ ⁺离子注入。

通过该离子注入的监控方法，可有效监测离子注入时反应腔内是否存在异常离子，防止离子注入时的污染。通过对离子束质量谱图的还可帮助找出污染离子形成的原因，有效预防离子注入的污染发生。

Claims (5)

1.一种离子注入的监控方法，所述离子注入是在反应腔中利用电离注入离子源产生的离子对晶圆进行离子注入，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤1：先在离子注入的反应腔内通入测试离子源，并电离测试离子源成不同离子；

步骤2：采用离子束质谱分析对反应腔内离子进行测试，得出反应腔内离子的离子束质量谱图；

步骤3：根据步骤2得出反应腔内离子的离子束质量谱图，当谱图中有异常质量峰时，去除污染离子后进行离子注入，没有异常质量峰则直接进行离子注入。

2.如权利要求1所述的离子注入的监控方法，其特征在于，所述注入离子源作为步骤1中测试离子源。

3.如权利要求1所述的离子注入的监控方法，其特征在于，在步骤1之前先通入氩气对反应腔进行净化。

4.如权利要求1所述的离子注入的监控方法，其特征在于，步骤3中所述污染离子的异常质量峰为所述测试离子源电离离子的质量峰以外的离子质量峰。

5.如权利要求1所述的离子注入的监控方法，其特征在于，所述反应腔是材料为钼的弧电反应腔。

Images