CN103646892A - 离子注入角度监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入角度监控方法，包含提供一晶片；利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；进行数据测量，建立电阻值—注入角度特征曲线，并确定监控参考角度，将该监控参考角度、预定能量、剂量的离子设为离子注入条件；定期在所述离子注入条件下进行离子注入，并测量相应的晶片电阻值；根据所测量的晶片电阻值与电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性。本发明能够对离子注入过程中晶片的偏转角度进行准确的监控。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域的离子注入技术，特别涉及一种监控离子注入角度准确性的方法。
背景技术
离子注入技术是现代半导体制造技术的一个重要组成部分，使用离子注入机将电离的杂质原子经静电场加速打到晶片表面，实现对衬底硅晶片的掺杂，并最终形成各种晶体管结构。
掺杂杂质（即注入离子）的分布是影响半导体器件运行状态的决定性因素。对于实现掺杂的离子注入技术来说，离子束的能量、剂量和晶片偏转角度都需要得到严格的控制。一直以来，在半导体制造厂内，离子束的能量和剂量的监控都被很好地执行，但关于角度的监控却几乎没有。相比于传统的批处理式离子注入机，现代的单片式离子注入机使用偏转晶片的方式来实现离子注入角度的偏转，参见图1，其所示为现有离子注入机中晶片相对于离子束偏转的示意图，其在消除角度偏差方面已经大有进步，但仍然需要定期的监控。因为离子注入角度的偏差会严重影响离子注入深度，进入影响器件的驱动电流、截止漏电流等相关电性能参数。
鉴于此，需要提供一种方法定期地监控晶片偏转角度，以保证离子注入时角度的准确性。
发明内容
本发明的主要目的旨在提供一种能够保证离子注入角度准确性的监控方法。
为达成上述目的，本发明提供一种离子注入角度监控方法，具体包含以下步骤：提供一晶片；在上述晶片中，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；在以每一注入角度进行离子注入和快速热退火处理之后，均进行数据测量，获得所述不同注入角度下的晶片电阻值，建立电阻值—注入角度特征曲线；根据所述电阻值—注入角度特征曲线确定监控参考角度，并将该监控参考角度、预定能量、剂量的离子设为离子注入条件；定期在所述离子注入条件下进行离子注入，并测量相应的晶片电阻值；以及根据所测量的晶片电阻值与电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性。
优选地，所述监控参考角度为所述不同注入角度中对应于所述电阻值—注入角度特征曲线的斜率为最大的注入角度。
优选地，根据所测量的晶片电阻值与电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性的步骤包括：将所测量的晶片电阻值减去所述监控参考角度对应的晶片电阻值得到一差值；以及将该差值与所述监控参考角度对应的晶片电阻值相比得到离子注入角度的偏差，所述离子注入角度的偏差与所述离子注入角度的准确性成反比。
优选地，所述离子注入机的注入能量范围为0.5～1500千电子伏，注入的离子的剂量范围为1E11～1E16。
本发明还提供了另一种粒子注入角度监控方法，包括以下步骤：提供一晶片；在上述晶片中，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；在以每一注入角度进行离子注入和快速热退火处理之后，均进行数据测量，获得所述不同注入角度下的热波值和晶片电阻值，分别建立热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线；根据所述热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线确定监控参考角度，并将该监控参考角度、预定能量、剂量的离子设为离子注入条件；定期在所述离子注入条件下进行离子注入，并测量相应的热波值和/或晶片电阻值；以及根据所测量的所述热波值或所述晶片电阻值，以及所述热波值—注入角度特征曲线或所述电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性。
优选地，根据所述热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线的斜率确定所述监控参考角度。
优选地，确定离子注入角度的准确性的步骤包括：将所测量的热波值或晶片电阻值减去所述监控参考角度对应的热波值或晶片电阻值得到一差值；以及将该差值与所述监控参考角度对应的热波值或晶片电阻值相比得到离子注入角度的偏差，所述离子注入角度的偏差与所述离子注入角度的准确性成反比。
优选地，所述离子注入机的注入能量范围为0.5～1500千电子伏，注入的离子的剂量范围为1E11～1E16。
本发明的有益效果在于，通过建立电阻值—注入角度曲线确定电阻值对于角度变化较敏感的角度作为监控参考角度，并根据定期监控所获得的电阻值以及该电阻值—注入角度曲线获得晶片偏转角度相对于监控参考角度的偏差，从而可以在不改变原有设备的基础上，对离子注入过程中晶片的偏转角度进行准确的监控，从而确保离子注入条件的准确性，提高半导体器件成品率。
附图说明
图1为现有技术离子注入机中晶片相对于离子束偏转的示意图；
图2为本发明一实施例离子注入角度监控方法的流程图；
图3为本发明一实施例中热波值与晶片偏转角度关系的曲线图；
图4为本发明一实施例中晶片电阻值与晶片偏转角度关系的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
下面将结合具体的实施例对本发明的离子注入角度监控方法进行详细的说明。
图2所示为本发明的离子注入角度监控方法的流程图，监控方法包括以下步骤：
首先，进行步骤S1，提供一晶片，晶片的材料可以是任何适合的材料，如P型硅片或N型硅片。
然后，进行步骤S2，在上述晶片中，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子。并在进行离子注入之后，对晶片进行快速热退火处理。其中，注入的离子类型、能量和剂量可以是任何适合的参数，较佳的离子注入机的注入能量范围为0.5～1500千电子伏（Kev），注入的离子的剂量范围为1E11～1E16，注入的离子可为磷离子、硼离子、氟离子、氟化硼离子或砷离子。在本实施例中，离子注入机注入的是能量为150千电子伏（Kev），剂量为1E14的磷（P）离子，注入中晶片偏转的角度分别为0，1，2，3和4度。
步骤S3，在快速热退火处理后，进行数据测量，获得退火后的晶片电阻值Rs。由于离子注入机是按照不同的注入角度进行离子注入，因此在以每一个注入角度进行离子注入和快速热处理退火步骤后，都要进行数据测量步骤，从而可获得不同角度下的电阻值。电阻值的测量方法为本领域技术人员所熟知，在此不做赘述。由于在上述的注入能量范围和注入离子剂量范围下，晶片电阻值对离子注入剂量、退火温度等其它参数变化敏感性很低，但对离子注入角度（晶片偏转角度）变化的敏感性很高，因此，通过所获得的不同离子注入角度下的电阻值，可建立电阻值—注入角度特征曲线（Rs-TILT特征曲线），请参见图3。通过上述特征曲线，就能够找到电阻值对于角度变化最敏感的一特定角度，该特定角度可根据热波值/电阻值变化和角度变化的比值，也即是特征曲线的斜率来确定。将离子注入的多个注入角度所对应的曲线斜率为最大的角度定义为离子注入角度监控所采用的参考角度。根据图3可知，在本实施例中，当晶片偏转为2度时，曲线斜率最大，因此，参考角度为2度。由此，确定本实施例的最适于定期监控晶片偏转角度（也即是离子注入角度）的离子注入条件是注入能量为150Kev，剂量为1E14的P离子，且晶片偏转角度为2度。
接着，进行步骤S4，根据前述所得的离子注入条件定期对晶片进行离子注入和快速热退火处理，并测量相应的晶片电阻值。根据所测的数值进行数学计算，判断晶片偏转角度的准确性。具体来说，例如监控频率为每周一次，对于测量的电阻值A’，将该值与步骤2中相同离子注入条件下晶片偏转角度为2度时对应的电阻值A相减，将相减得到的差值再与电阻值A相比所得百分数即为偏差值，该偏差值与晶片相对于参考角度的偏转程度成正比，也即是与晶片偏转角度（离子注入角度）的准确性成反比，偏差值越小，说明离子注入角度的准确性也就越高。
当然，在其他实施例中，也可以将监控测量得到的晶片电阻值根据电阻值—注入角度特征曲线得到其对应的角度，对该角度和参考角度进行数学计算，例如将该角度和参考角度相减得到差值，将差值再与参考角度相比得到百分数为偏差值，同样能确定离子注入角度的准确性。
在本发明的另一实施例中，监控参考角度是根据表征晶片表面损伤性的热波值和电阻值结合来确定。具体来说，与前述实施例同样的，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；在以每一个注入角度进行离子注入和快速热处理退火步骤后，进行数据测量步骤，获得不同角度下的热波值TW和电阻值Rs。由于在上述的预定注入能量范围和注入离子剂量范围下，晶片的热波值和电阻值对离子注入剂量、退火温度等其它参数变化敏感性很低，但对离子注入角度（晶片偏转角度）变化的敏感性很高，因此，可分别建立电阻值—注入角度特征曲线（Rs-TILT特征曲线）和热波值—注入角度特征曲线（TW-TILT），请参见图3和图4。通过上述特征曲线，就能够找到电阻值对于角度变化最敏感的一特定角度作为监控参考角度。该特定角度可根据两条特征曲线的斜率的加权来确定，例如将电阻值—注入角度特征曲线的斜率比重设为高于热波值—注入角度特征曲线的斜率比重，对于每一注入角度在两条特征曲线中的斜率加权计算得到的最大值的注入角度即为监控参考角度，并设定离子注入条件。
当定期进行离子注入角度监控时，在该离子注入条件下测量相应的热波值或者晶片电阻值，根据测量值和相应的特征曲线进行数学计算来确定离子注入角度的准确性。具体计算方法可与上述实施例相同，例如对于测量值（热波值或者晶片电阻值），将该值与监控参考角度所对应的的热波值或晶片电阻值相减，将相减得到的差值再与监控参考角度所对应的的热波值或晶片电阻值相比所得百分数即为偏差值。其他实施例中，也可以根据测量值（热波值或者晶片电阻值）在相应的特征曲线中对应的角度，对该角度和参考角度进行数学计算来确定离子注入的准确性。
综上所述，本发明通过建立热波值—注入角度曲线，以及电阻值—注入角度曲线确定热波值和电阻值对于角度变化最敏感的角度作为监控参考角度，并根据定期监控所获得的热波值和电阻值以及该热波值—注入角度曲线，电阻值—注入角度曲线获得晶片偏转角度相对于监控参考角度的偏差，从而可以在不改变原有设备的基础上，对离子注入过程中晶片的偏转角度进行准确的监控，从而确保离子注入条件的准确性，达到提高半导体器件成品率的有益效果。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (8)
1.一种离子注入角度监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一晶片；
在上述晶片中，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；
在以每一注入角度进行离子注入和快速热退火处理之后，均进行数据测量，获得所述不同注入角度下的晶片电阻值，建立电阻值—注入角度特征曲线；
根据所述电阻值—注入角度特征曲线确定监控参考角度，并将该监控参考角度、预定能量、剂量的离子设为离子注入条件；
定期在所述离子注入条件下进行离子注入，并测量相应的晶片电阻值；以及
根据所测量的晶片电阻值与电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性。
2.根据权利要求1所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，所述监控参考角度为所述不同注入角度中对应于所述电阻值—注入角度特征曲线的斜率为最大的注入角度。
3.根据权利要求1所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，根据所测量的晶片电阻值与电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性的步骤包括：
将所测量的晶片电阻值减去所述监控参考角度对应的晶片电阻值得到一差值；以及
将该差值与所述监控参考角度对应的晶片电阻值相比得到离子注入角度的偏差，所述离子注入角度的偏差与所述离子注入角度的准确性成反比。
4.根据权利要求1所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，所述离子注入机的注入能量范围为0.5～1500千电子伏，注入的离子的剂量范围为1E11～1E16。
5.一种离子注入角度监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一晶片；
在上述晶片中，利用离子注入机按不同的注入角度注入预定能量、剂量的离子，并进行快速热退火处理；
在以每一注入角度进行离子注入和快速热退火处理之后，均进行数据测量，获得所述不同注入角度下的热波值和晶片电阻值，分别建立热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线；
根据所述热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线确定监控参考角度，并将该监控参考角度、预定能量、剂量的离子设为离子注入条件；
定期在所述离子注入条件下进行离子注入，并测量相应的热波值和/或晶片电阻值；以及
根据所测量的所述热波值或所述晶片电阻值，以及所述热波值—注入角度特征曲线或所述电阻值—注入角度特征曲线确定离子注入角度的准确性。
6.根据权利要求5所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，根据所述热波值—注入角度特征曲线以及电阻值—注入角度特征曲线的斜率确定所述监控参考角度。
7.根据权利要求5所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，确定离子注入角度的准确性的步骤包括：
将所测量的热波值或晶片电阻值减去所述监控参考角度对应的热波值或晶片电阻值得到一差值；以及
将该差值与所述监控参考角度对应的热波值或晶片电阻值相比得到离子注入角度的偏差，所述离子注入角度的偏差与所述离子注入角度的准确性成反比。
8.根据权利要求5所述的离子注入角度监控方法，其特征在于，所述离子注入机的注入能量范围为0.5～1500千电子伏，注入的离子的剂量范围为1E11～1E16。
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