CN102446783A

CN102446783A - 一种用于监测离子注入剂量的方法

Info

Publication number: CN102446783A
Application number: CN2011102652646A
Authority: CN
Inventors: 俞柳江
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明涉及一种用于监测离子注入剂量的方法，首先是对测试硅片进行锗（或者碳）的离子注入，接下来在注入有所述离子的硅片上生长二氧化硅薄膜，由于之前注入的离子，对硅衬底的晶格有损伤，在生长二氧化硅薄膜的过程中，会在二氧化硅薄膜与硅衬底之间引入悬挂键等界面态，不同的注入剂量，会造成不同程度的晶格损伤，因此也会引入不同密度的界面态密度，然后再在二氧化硅薄膜上进行一层掺杂的多晶硅薄膜生长，接着，通过电荷泵方法，对二氧化硅薄膜和衬底硅之间的界面态密度进行测量，由于不同的界面态密度，是由于不同注入剂量所造成的，因此，根据界面态密度的测量结果，可以对工艺线上的注入工艺中，锗、碳的离子注入剂量进行监测。

Description

一种用于监测离子注入剂量的方法

技术领域

本发明一般涉及一种半导体制备技术领域，更确切的说，本发明涉及一种用于监测锗离子或碳离子注入剂量的方法。

背景技术

在半导体器件的制备工艺过程中，芯片是批量进行处理的，在同一晶圆上形成大量复杂器件。随着超大规模集成电路的迅速发展，在芯片的集成度越来越高的同时，芯片尺寸也愈来愈小。同时，对于芯片制造的工艺要求也越来越高。

在半导体器件的制备工艺中，注入是一道很重要的工艺模组，会使用在阱注入，轻掺杂源漏，重掺杂源漏等工艺之中。随着芯片制造工艺的需求，注入的剂量要求越来越精确，对注入剂量的日常监测也变得越来越重要。

通常，对于离子注入的日常监测流程如图1所示，首先对测试硅片进行注入，然后通过炉管加热使得注入离子激活，接下来用湿法刻蚀以及清洗工艺去除硅片表面的氧化层和杂质，最后利用四探针方法测量注入后硅片的电阻。对于硼、磷等三五族元素，在炉管激活后会取代硅原子在晶格中的位置，从而可以提供空穴（硼等三族元素）或者电子（磷等五族元素）等载流子，改变测试硅片的电阻，不同注入剂量的离子，激活后测试硅片的电阻也有差别，通过监测电阻的变化，可以间接监测注入剂量是否稳定，是否有变化。

但是，并不是所有的离子注入都能通过图1所示的方法进行监测的，例如锗、碳等离子注入，由于锗、碳与硅一样，都属于四族原子，所以在炉管注入激活后，并不能提供空穴或电子等载流子，所以测试硅片的电阻并不随注入剂量的变化而改变，因此不能采用图1所示的方法监测注入剂量是否稳定。

通常，工艺线上采用热波（Thermal Wave）的方法对锗、碳等四族元素进行监测，其原理如图2所示，将泵激光（Pump Laser，633nm的激光）照射至硅衬底上，会产生热波扩散现象，而此扩散热波将被硅衬底内由离子注入所造成的晶格缺陷所阻挡，会使该区域的局部热密度高于其他区域，使得该区域的硅表面发生热膨胀，从而使得该区域的硅表面曲率发生变化，通过测量探测激光（Probe Laser，488nm的激光）的反射率的变化，可以间接得到晶格的破坏程度。由于晶格的破坏程度与离子的注入剂量相关，所以通过热波方法，可以间接的监测锗、碳等离子注入的剂量是否稳定。但是，采用热波的方法，很难精确的监测注入剂量，也越来越难满足先进工艺对注入剂量的监测需求。

发明内容

本发明针对以上问题，利用在注入后的硅衬底上生长二氧化硅薄膜，由于离子注入会引起硅衬底的晶格损伤，所以会直接影响硅与二氧化硅的界面态密度，在二氧化硅薄膜生长完成后，通过电荷泵（Charge Pump）的方法测量界面态密度，从而达到监测注入剂量的目的。由于电荷泵是比较精确的测量方法，因此，本方法提高了工艺线上对注入剂量的监测精度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于监测离子注入剂量的方法，其包括以下步骤：

步骤A、在测试硅片中进行离子注入；

步骤B、在注入有所述离子的测试硅片上生长二氧化硅薄膜；

步骤C、在二氧化硅薄膜上进行一层掺杂的多晶硅薄膜的生长；

步骤D、通过电荷泵方法，对二氧化硅薄膜和测试硅片之间的界面态密度进行测量；

步骤E、根据界面态密度变化监测注入剂量。

所述的一种用于监测离子注入剂量的方法，其中，所述注入离子为锗离子或碳离子。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是对硼、磷等三五族元素注入剂量的监测方法流程图；

图2是热波方法监测注入剂量的原理示意图；

图3利用界面态密度的测量方法监测离子注入剂量的流程图。

具体实施方式

下面结合示意图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

图1是对硼、磷等三五族元素注入剂量的监测方法流程图，如图1所示，首先将待测硅片进行离子注入，由于高能杂质离子的轰击作用将对晶体结构产生损伤，当高能离子进入晶体与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，这种辐射损伤，大多数的晶体损伤都能用高温退火进行修复，待测硅片进行离子注入之后，进行炉管退火离子激活，修复因离子注入而产生的结构损伤，之后用湿法刻蚀以及清洗工艺将氧化层和杂质去除，然后用四探针法测量注入后的硅片的电阻。对于硼、磷等三五族元素，在炉管激活后会取代硅原子在晶格中的位置，从而可以提供空穴（硼等三族元素）或者电子（磷等五族元素）等载流子，改变测试硅片的电阻，不同注入剂量的离子，激活后测试硅片的电阻也有差别，通过监测电阻的变化，可以间接监测注入剂量是否稳定，是否有变化。

图2是热波方法监测注入剂量的原理示意图，热波系统被广泛应用于监测离子注入剂量浓度的方法，该方法是通过测量硅片上聚焦在同一点的两束激光在硅片表面反射率的变化量来进行的，工艺线上采用热波（Thermal Wave）的方法对锗、碳等四族元素进行监测，其原理如图2所示，泵激光2（Pump Laser，633nm的激光）照射至硅衬底上，会产生热波扩散现象，而此扩散热波将被硅衬底内由离子注入所造成的晶格缺陷5所阻挡，会使该区域的局部热密度高于其他区域，使得该区域的硅表面发生热膨胀，从而使得该区域的硅表面曲率发生变化，使硅表面4形成拱起7，由于热波6导致另一束测量探测激光1（Probe Laser， 488nm的激光）的反射光3的反射系数发生变化，可以通过测量探测激光1的反射率的变化，可以间接得到晶格的破坏程度。由于晶格的破坏程度与离子的注入剂量相关，所以通过热波方法，可以间接的监测锗、碳等离子注入的剂量是否稳定。但是，采用热波的方法，很难精确的监测注入剂量，也越来越难满足先进工艺对注入剂量的监测需求。

图3利用界面态密度的测量方法监测离子注入剂量的流程图，首先是对测试硅片进行锗或者碳的离子注入；接下来在注入的硅片上生长二氧化硅薄膜，由于之前注入的离子，对硅衬底的晶格有损伤，所以在生长二氧化硅薄膜的过程中，会在二氧化硅薄膜与硅衬底之间引入悬挂键等界面态，不同的注入剂量，会造成不同程度的晶格损伤，因此也会引入不同密度的界面态密度；然后再进行一层掺杂的多晶硅薄膜生长，以方便接下来的电荷泵测试的连线；接着，通过电荷泵方法，对二氧化硅薄膜和衬底硅之间的界面态密度进行测量，由于不同的界面态密度，是由于不同注入剂量所造成的，因此，根据界面态密度的测量结果，可以对工艺线上的注入工艺中，锗、碳的离子注入剂量进行监测。

由于电荷泵测量方法是一种精确的测量方法，相对于热波方法中对反射激光反射率的测量更加精准，从而提高了锗、碳等离子注入剂量监测的精度。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种用于监测离子注入剂量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、在测试硅片中进行离子注入；

步骤B、在注入有所述离子的测试硅片上生长二氧化硅薄膜；

步骤E、根据界面态密度变化监测注入剂量。

2.如权利要求1所述的一种用于监测离子注入剂量的方法，所述注入离子为锗离子或碳离子。