CN102800604A - 获取离子注入工艺参数的方法、监测晶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种获取离子注入工艺参数的方法，包括：提供监测晶片，所述监测晶片的第一表面具有离子注入层，所述监测晶片相对于第一表面的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层；在第一温度状态，对所述监测晶片进行快速退火；测量所述经快速退火的监测晶片的平面电阻；如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。本发明还提供一种监测快速退火工艺的晶片及其制作方法。采用本发明的获取离子注入工艺参数的方法、监测晶片及监测晶片的制造方法，可以使得监测过程更为接近实际晶片的快速退火工艺。

Description

获取离子注入工艺参数的方法、监测晶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种获取离子注入工艺参数的方法、监测快速退火工艺的晶片、其制造方法。

背景技术

集成电路，已经从单个芯片上互联几个器件发展到了今天的集百万器件于一体的超大规模集成电路，现代超大规模集成电路的复杂性及所具备的功能已非当初想象所能及，为进一步增加集成度，即单位面积上的器件数目，单个器件的最小尺寸也在不断减小。增加集成度不仅可以提高电路的性能，减轻整个电路产品的体积重量，而且可以降低成本。然而，在集成电路制造过程中，都是采用生产线作业，每条生产线往往价值数亿美元。一个晶元到制作成最后的集成电路，一般要经过上百道工艺，每道工艺都有一个技术极限。也就是说，通常一种工艺所能处理的最小尺寸有一个限制，器件尺寸需要做得更小，要么得通过改变器件布局，要么得改变工艺。

通过改变工艺达到减小器件尺寸的一个实例就是浅结MOS器件。MOS器件的源极与漏极一般是通过杂质离子注入来改变载流子浓度的，浅结MOS器件是通过采用低的离子注入能量、高的离子注入纯度来达到减小结深(JunctionDepth)的目的。

但是，在MOS器件的制作过程中，仅将杂质离子采用离子束注入到晶片中，它们还没有处于需提供载流子浓度的位置。杂质离子只有处于被活化或被置于晶格中的硅位置时才能提供载流子。因此，在注入后，还需采用高温退火工艺来活化杂质离子并修正由注入引起的晶格损坏。目前工艺中普遍使用的是快速退火工艺。

为了节省成本，同时又能得到一批产品的离子注入及快速退火工艺的参数，需采用裸晶片模拟离子注入及快速退火工艺过程。例如，专利号为US7259027B的美国专利中提到的监测低能量离子注入的晶片的方法，包括：

提供裸晶片，所述裸晶片具有离子注入层；

在第二温度状态，对所述监测晶片进行快速退火，所述第二温度为使所述监测晶片中注入离子活化或处于本征粒子位置的温度；

持续快速退火第二时间后，取出所述监测晶片；

测量所述取出的监测晶片的平面电阻；

如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。

然而，本发明人在实际生产过程中发现，采用这种模拟离子注入及快速退火工艺过程并不能准确反映真实退火工艺所导致的晶片性质的变化。具体表现如表1所示：

表1

表1以退火50度为例，由表1可以看出，第一批晶片1的实际快速退火温度1072.634度，高于模拟晶片的退火温度1067.466度，并且第一批晶片1的实际快速退火时间，即第二时间1.79秒长于第一批晶片1的模拟晶片的退火时间1.68秒；同样的，第二批晶片2与第三批晶片3的实际退火温度都分别高于第二批晶片2与第三批晶片3的模拟晶片的退火温度，并且第二批晶片2与第三批晶片3的实际退火时间都分别长于第二批晶片2与第三批晶片3的模拟晶片的退火时间；第一批晶片1与第三批晶片3在实际快速退火工艺中的最高温度，即：开始进行退火的温度，相差1.48度，最高温度下降50度所需时间也相差0.04s。而采用分别对应的模拟晶片，第一批次晶片1与第三批次晶片3最高温度以及最高温度下降50度所需时间都没有差异。所以采用这种模拟晶片模拟实际晶片的离子注入及快速退火工艺过程并不能准确反映真实退火工艺所导致的晶片性质的变化。

发明内容

本发明解决的问题是提出一种监测快速退火工艺的方法，使得监测过程更为准确反映真实退火工艺所导致的晶片性质的变化。

为解决上述问题，本发明提供一种获取离子注入工艺参数的方法，包括：

提供监测晶片，所述监测晶片的第一表面具有离子注入层，所述监测晶片相对于第一表面的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层；

在第一温度状态，对所述监测晶片进行快速退火，所述第一温度为使所述监测晶片中注入离子活化或处于本征粒子位置的温度；

测量所述经快速退火的监测晶片的平面电阻；

如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。

可选地，所述方法还包括：如果所述监测晶片的平面电阻不落入规定范围，则修正所述注入参数组合，直到获得使所述监测晶片的平面电阻落入规定范围的注入参数组合。

可选地，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：300-500A。

可选地，所述监测晶片还包括形成在第一氮化层上的第二氧化层。

可选地，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：100-300A，所述第二氧化层的厚度范围为：200-500A。

可选地，所述注入参数组合包括离子注入剂量、离子注入能量或离子类型。

本发明还提供一种监测快速退火工艺的晶片：

所述晶片的第一表面具有离子注入层；所述离子注入层的离子注入参数组合与所述晶片快速退火后的平面电阻具有关联；

所述晶片的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层，所述第二表面与所述晶片的第一表面相对。

可选地，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：300-500A。

可选地，所述晶片还包括形成在第一氮化层上的第二氧化层。

可选地，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：100-300A，所述第二氧化层的厚度范围为：200-500A。

可选地，所述离子注入层的注入离子为III族或V族元素。

本发明还提供一种制作监测快速退火工艺的晶片的方法，包括：

提供裸晶片；

在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层，形成监测晶片半成品；

对所述监测晶片半成品进行离子注入，所述离子注入通过所述第一表面进行，所述第一表面与所述裸晶片的第二表面相对；所述离子注入层的离子注入参数组合与所述晶片快速退火后的平面电阻具有关联。

可选地，在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层步骤包括：

对所述裸晶片进行沉积工艺，形成覆盖所述第二表面的第一氧化层与覆盖所述第一表面的第三氧化层；

进行沉积工艺，以形成覆盖所述第一氧化层的第一氮化层与覆盖所述第三氧化层的第二氮化层；

去除第二氮化层；

去除第三氧化层。

可选地，在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层步骤后，所述制作监测快速退火工艺的晶片的方法还包括：在所述第一氮化层上沉积第二氧化层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：杂质离子经注入并活化或处于硅的位置时，晶片内空穴载流子与电子载流子耦合产生光子；本发明利用晶片的第二表面，即反面覆盖有第一氧化层与第一氮化层，所述第一氧化层与所述第一氮化层可以提高所述光子的反射率，从而可以准确地测得所述光子的反射率，进而准确地测得所述第一温度，以使得监测过程更为接近实际晶片的快速退火工艺。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的监测快速退火工艺的晶片横截面示意图；

图2是本发明实施例一提供的监测晶片对应的制作方法流程示意图；

图3-图7是本发明实施例一提供的监测晶片对应的制作方法获得的中间结构示意图；

图8是使用本发明实施例一提供的监测晶片进行获取离子注入工艺参数的方法流程示意图；

图9是本发明实施例二提供的监测快速退火工艺的晶片横截面示意图；

图10是本发明实施例二提供的监测晶片对应的制作方法流程示意图；

图11是使用本发明实施例二提供的监测晶片进行获取离子注入工艺参数的方法流程示意图；

图12是使用图11的方法测得的所述监测晶片批次与发射率关系图。

具体实施方式

如背景技术所述，采用裸晶片模拟实际晶片的离子注入及快速退火工艺过程并不准确。本发明人分析，快速退火工艺中的退火温度，即第一温度是采用测量发射率的办法得到的，而实际生产中的晶片的发射率一般在0.9，裸晶片的发射率仅为0.67。因而，采用裸晶片作为监测晶片来模拟监测快速退火工艺，测得的温度必然低于实际生产中的晶片的实际温度，进而整个模拟过程都会存在偏差。

因此，本发明提供一种监测快速退火工艺的晶片：所述晶片的第一表面具有离子注入层；所述离子注入层的离子注入参数组合与所述晶片快速退火后的平面电阻具有关联；所述晶片的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层，所述第二表面与所述晶片的第一表面相对。

本发明利用晶片的第二表面覆盖有第一氧化层与第一氮化层，可以真实模拟实际生产中的晶片结构，所述第一氧化层与所述第一氮化层可以提高所述光子的反射率，从而可以准确地测得所述光子的反射率，进而准确地测得所述第一温度，以使得监测过程更为接近实际晶片的快速退火工艺。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，由于重点在于说明本发明的原理，所以没有按比例制图。

实施例一

本发明实施例一提供的监测快速退火工艺的晶片横截面如图1所示，所述晶片1包括：

裸晶片10，所述裸晶片10的第一表面具有硼离子注入层15，具体地，所述裸晶片10为硅片；

第一氧化层11，所述第一氧化层11的第一面(未标示)与所述裸晶片10的第二表面(未标示)接触，具体地，所述第一氧化层11为氧化硅；

第一氮化层12，所述第一氮化层12的第一面(未标示)与所述第一氧化层11的第二面(未标示)接触，具体地，所述第一氮化层12为氮化硅。

在具体实施过程中，所述第一氧化层11与所述第一氮化层12的厚度可以根据实际要模拟的晶片的厚度做选择。本发明人在模拟过程中发现，所述第一氧化层11的厚度范围采用10-100A，所述第一氮化层12的厚度范围第一300-500A，接近实际产品的晶片厚度。

图2所示为本发明实施例一提供的监测晶片对应的制作方法。

如图3所示，执行步骤S21，提供裸晶片10。

执行步骤S22，在所述裸晶片的第二表面(未标示)与第一表面(未标示)沉积氧化物，形成第一氧化层11与第三氧化层13，所述第一氧化层11的第一面(未标示)与所述晶片10的第二表面接触，所述第三氧化层13的第一面(未标示)与所述晶片10的第一表面接触，得到图4所示结构。

本步骤中，所述第一氧化层11与所述第三氧化层13采用炉管工艺形成，需要说明的是，本领域内技术人员也可采用其他熟知手段形成。

执行步骤S23，在所述第一氧化层11的第二面(未标示)与所述第三氧化层13的第二面(未标示)沉积氮化物，形成第一氮化层12与第二氮化层14，所述第一氮化层12的第一面(未标示)与所述第一氧化层11的第二面(未标示)接触，所述第二氮化层14的第一面(未标示)与所述第三氧化层13的第二面(未标示)接触，得到图5所示结构。

本步骤中，所述第一氮化层12与第二氮化层14可以通过化学气相沉积法实现。

执行步骤S24，去除第二氮化层14，得到图6所示结构。

本步骤中，所述去除第二氮化层步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀，这对本领域技术人员来说都是熟知手段，在此不再赘述。

执行步骤S25，去除第三氧化层13，形成监测晶片半成品，得到图7所示结构。

本步骤中，所述去除第三氧化层步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀，这对本领域技术人员来说都是熟知手段，在此不再赘述。

执行步骤S26，通过所述半成品的第一表面，对所述监测晶片进行硼离子注入，在具体实施过程中，离子注入步骤中的元素也可为其它III族元素或V族元素，例如磷，得到图1所示结构。

图8所示为使用本发明实施例一提供的监测晶片进行获取离子注入工艺参数的方法。

执行步骤S31，提供监测晶片，所述监测晶片具有离子注入层，在相对于所述离子注入层的另一面，依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层。

执行步骤S32，在第一温度状态，对所述监测晶片进行快速退火。

所述第一温度为使所述监测晶片中注入离子活化或处于硅的位置的温度，在具体实施过程中，一般采用加热使所述监测晶片达到的最高温度即第一温度。

执行步骤S33，持续快速退火第一时间后，取出所述监测晶片。

所述第一时间可以为监测晶片从第一温度下降50度所需的时间。

执行步骤S34，测量所述监测晶片的平面电阻；

本步骤中，可以选择所述监测晶片多个点的平面电阻进行测量，所述平面电阻的大小可以反应空穴载流子与电子载流子浓度的大小。

执行步骤S35，如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。

执行步骤S36，如果所述监测晶片的平面电阻不落入规定范围，则修正所述注入参数组合，直到获得使所述监测晶片的平面电阻落入规定范围的注入参数组合。即重新提供监测晶片，所述新提供的监测晶片的第一表面以修正后的注入参数组合进行离子注入，而后重新执行步骤S32-S35。

本步骤中，所述规定范围可以为允许误差范围，即标准电阻值的正负2％。

需要说明的是，采用图8所示的获取离子注入工艺参数的方法也获取了实际生产工艺中晶片的快速退火工艺参数，例如第一温度，第一时间。

实施例二

本发明实施例二提供的监测快速退火工艺的晶片横截面如图9所示，所述晶片4包括：

裸晶片40，所述裸晶片40的第一表面具有硼离子注入层44，具体地，所述裸晶片40为硅片；

第一氧化层41，所述第一氧化层41的第一面(未标示)与所述裸晶片40的第二表面(未标示)接触，具体地，所述第一氧化层41为氧化硅；

第一氮化层42，所述第一氮化层42的第一面(未标示)与所述第一氧化层41的第二面(未标示)接触，具体地，所述第一氮化层42为氮化硅。

第二氧化层43，所述第一氮化层42的第二面(未标示)与所述第二氧化层43接触，具体地，所述第二氧化43层为氧化硅。

在具体实施过程中，所述第一氧化层41、所述第一氮化层42与所述第二氧化层43的厚度可以根据实际要模拟的晶片的厚度做选择。本发明人发现采用以下厚度比较接近真实晶片的厚度，所述第一氧化层41的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层42的厚度范围为：100-300A，所述第二氧化层43的厚度范围为：200-500A。

图10所示为本发明实施例二提供的监测晶片对应的制作方法。

结合图9，执行步骤S51，提供裸晶片40。

执行步骤S52，在所述裸晶片的第二表面与第一表面沉积氧化物，形成第一氧化层41与第三氧化层(未图示)，所述第一氧化层41的第一面与所述晶片40的第二表面接触，所述第一氧化层41的第一面与所述晶片40的第二表面接触；

本步骤中，所述第一氧化层41与所述第三氧化层(未图示)采用炉管工艺形成，需要说明的是，本领域内技术人员也可采用其他熟知手段形成。

执行步骤S53，在所述第一氧化层41的第二面与所述第三氧化层的第二面沉积氮化物，形成第一氮化层42与第二氮化层(未图示)，所述第一氮化层42的第一面与所述第一氧化层41的第二面接触，所述第二氮化层的第一面与所述第三氧化层的第二面接触；

本步骤中，所述第一氮化层42与第二氮化层可以通过化学气相沉积法实现。

执行步骤S54，在所述第一氮化层42的第二面与所述第二氮化层的第二面沉积氧化物，形成第二氧化层43与第四氧化层(未图示)，所述第二氧化层43的第一面与所述第一氮化层42的第二面接触，所述第四氧化层的第一面与所述第二氮化层的第二面接触；

本步骤中，所述第二氧化层43与所述第四氧化层形成方法和所述第一氧化层41与所述第三氧化层形成方法可以相同，采用炉管工艺形成，也可以采用本领域内技术人员也可采用其他熟知手段形成。

执行步骤S55，去除第四氧化层；

本步骤中，所述去除第四氧化层步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀，这对本领域技术人员来说都是熟知手段，在此不再赘述。

执行步骤S56，去除第二氮化层；

本步骤中，所述去除第二氮化层步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀，这对本领域技术人员来说都是熟知手段，在此不再赘述。

执行步骤S57，去除第三氧化层，形成监测晶片半成品；

本步骤中，所述去除第三氧化层步骤采用干法刻蚀或湿法刻蚀，这对本领域技术人员来说都是熟知手段，在此不再赘述。

执行步骤S58，通过所述半成品的第一表面对所述半成品监测晶片进行硼离子注入，在具体实施过程中，离子注入步骤中的元素也可为其它III族元素或V族元素，例如磷，形成图9所示结构。

图11所示为使用本发明实施例二提供的监测晶片进行获取离子注入工艺参数的方法。

执行步骤S61，提供监测晶片，所述监测晶片具有离子注入层，在相对于所述离子注入层的另一面，依次覆盖有第一氧化层、第一氮化层、第二氧化层。

执行步骤S62，在第三温度状态，对所述监测晶片进行快速退火。

所述第一温度为使所述监测晶片中注入离子活化或处于硅的位置的温度，在具体实施过程中，一般采用加热使所述监测晶片达到的最高温度即第三温度。

执行步骤S63，持续快速退火第三时间后，取出所述监测晶片。

所述第三时间可以为监测晶片从第三温度下降50度所需的时间。

执行步骤S64，测量所述监测晶片的平面电阻；

本步骤中，可以选择所述监测晶片多个点的平面电阻进行测量，所述平面电阻的大小可以反应空穴载流子与电子载流子浓度的大小。

执行步骤S65，如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。

执行步骤S66，如果所述监测晶片的平面电阻不落入规定范围，则修正所述注入参数组合，直到获得使所述监测晶片的平面电阻落入规定范围的注入参数组合。即重新提供监测晶片，所述新提供的监测晶片的第一表面以修正后的注入参数组合进行离子注入，而后重新执行步骤S62-S65。

本步骤中，所述规定范围可以为允许误差范围，即标准电阻值的正负2％。

需要说明的是，采用图11所示的获取离子注入工艺参数的方法也获取了实际生产工艺中晶片的快速退火工艺参数，例如第三温度，第三时间。

分别做8批监测晶片，其中，前四批按实施例一制得，后四批按实施例二制得；测得它们的发射率如图12所示。由图12可以看出，所述8批监测晶片的发射率基本都高于0.8600，基本接近实际生产中的晶片的发射率0.9，因而利用它们作模拟获得的结果也更准确。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，包括：

提供监测晶片，所述监测晶片的第一表面具有离子注入层，所述监测晶片相对于第一表面的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层；

在第一温度状态，对所述监测晶片进行快速退火，所述第一温度为使所述监测晶片中注入离子活化或处于本征粒子位置的温度；

测量所述经快速退火的监测晶片的平面电阻；

如果所述监测晶片的平面电阻落入规定范围，则将所述监测晶片的离子注入层对应的注入参数组合作为实际生产工艺中晶片的离子注入参数。

2.根据权利要求1所述的获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述监测晶片的平面电阻不落入规定范围，则修正所述注入参数组合，直到获得使所述监测晶片的平面电阻落入规定范围的注入参数组合。

3.根据权利要求1所述的获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：300-500A。

4.根据权利要求1所述的获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，所述监测晶片还包括形成在第一氮化层上的第二氧化层。

5.根据权利要求4所述的获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：100-300A，所述第二氧化层的厚度范围为：200-500A。

6.根据权利要求1所述的获取离子注入工艺参数的方法，其特征在于，所述注入参数组合包括离子注入剂量、离子注入能量或离子类型。

7.一种监测快速退火工艺的晶片，其特征在于：

所述晶片的第一表面具有离子注入层；所述离子注入层的离子注入参数组合与所述晶片快速退火后的平面电阻具有关联；

所述晶片的第二表面上依次覆盖有第一氧化层和第一氮化层，所述第二表面与所述晶片的第一表面相对。

8.根据权利要求7所述的监测快速退火工艺的晶片，其特征在于，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：300-500A。

9.根据权利要求7所述的监测快速退火工艺的晶片，其特征在于，所述晶片还包括形成在第一氮化层上的第二氧化层。

10.根据权利要求9所述的监测快速退火工艺的晶片，其特征在于，所述第一氧化层的厚度范围为：10-100A，所述第一氮化层的厚度范围为：100-300A，所述第二氧化层的厚度范围为：200-500A。

11.根据权利要求7所述的监测快速退火工艺的晶片，其特征在于，所述离子注入层的注入离子为III族或V族元素。

12.一种制作监测快速退火工艺的晶片的方法，其特征在于，包括：

提供裸晶片；

在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层，形成监测晶片半成品；

对所述监测晶片半成品进行离子注入，所述离子注入通过第一表面进行，所述第一表面与所述第二表面相对；所述离子注入层的离子注入参数组合与所述晶片快速退火后的平面电阻具有关联。

13.根据权利要求12所述的制作监测快速退火工艺的晶片的方法，其特征在于，在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层步骤包括：

对所述裸晶片进行沉积工艺，形成覆盖所述第二表面的第一氧化层与覆盖所述第一表面的第三氧化层；

进行沉积工艺，以形成覆盖所述第一氧化层的第一氮化层与覆盖所述第三氧化层的第二氮化层；

去除第二氮化层；

去除第三氧化层。

14.根据权利要求13所述的制作监测快速退火工艺的晶片的方法，其特征在于，在所述裸晶片的第二表面依次形成第一氧化层、第一氮化层步骤后，所述制作监测快速退火工艺的晶片的方法还包括：在所述第一氮化层上沉积第二氧化层。

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