CN104091767B - 离子注入的监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子注入的监控方法，涉及半导体领域，能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，有效避免衬底的本征电阻波动造成监测结果超限的缺陷，提高监测准确性，改善了器件的性能和良品率。所述离子注入的监控方法包括：a、提供监控片，并在监控片上形成部分覆盖的掩膜层；b、进行离子注入制程，对监控片进行预定剂量的杂质离子注入，监控片上未被掩膜层覆盖区域为杂质注入区域，被掩膜层覆盖区域为杂质未注入区域；c、剥离监控片上的掩膜层；d、对监控片进行氧化处理；e、分别测试监控片上杂质注入区域和杂质未注入区域的氧化层厚度，根据杂质注入区域和杂质未注入区域的氧化层厚度比值，监测离子注入的杂质剂量。

Description

离子注入的监控方法
技术领域
本发明涉及显示及半导体领域，尤其涉及一种离子注入的监控方法。
背景技术
离子注入是通过高能离子来轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被轰入硅本体，在其他区域，杂质离子被硅表面的保护层屏蔽，从而完成区域性选择掺杂。离子注入是半导体制程中十分关键的一道工序，在显示和半导体制造领域，通过离子注入可以在半导体衬底上形成不同类型的半导体掺杂区域，这是形成各种器件结构的基础。
在离子注入工艺中，为确保注入杂质后的衬底能够达到预定的电学性能，对注入的杂质浓度和深度均有严格的要求，为此，通常需要对离子注入工艺进行实时监测。现有离子注入工艺的监控方法是在离子注入完成后，先对监测片进行相应的退火处理，激活所注入的杂质，再通过四探针法测量其电阻，最后根据电阻判断注入的杂质浓度是否满足需求。然而，该种监测方法中，因硅片衬底的本征电阻有较大的波动，影响最终的计算结果，导致即使使用相同的注入条件和相同的退火条件，不同本征电阻的硅片衬底测试出来的最终结果也会有较大差异，出现超控和超限(指离子注入后的电阻不能准确监控以及超过规格要求)的风险较高，监测结果的准确性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种离子注入的监控方法，能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，并有效避免了现有技术中衬底的本征电阻波动造成监测结果超限的缺陷，提高了监测的准确性，从而改善了器件的性能和良品率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种离子注入的监控方法，包括：
a、提供监控片，并在所述监控片上形成部分覆盖的掩膜层；
b、进行离子注入制程，对所述监控片进行预定剂量的杂质离子注入，所述监控片上未被所述掩膜层覆盖区域为杂质注入区域，所述监控片上被所述掩膜层覆盖区域为杂质未注入区域；
c、剥离所述监控片上的掩膜层；
d、对所述监控片进行氧化处理；
e、分别测试所述监控片上所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度，根据所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度比值，监测离子注入的杂质剂量。
可选地，步骤d具体为：在高温退火炉中进行对所述监控片进行氧化处理。
具体地，步骤d中，氧化处理的温度为800～1000℃，氧化处理的时间为1～2h，氧气的流量为400～500ml/min。
可选地，步骤e中，采用变角X射线光电子能谱的方法测试所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度。
可选地，步骤b中，所述离子注入的杂质离子为B+，或者P+，或者As+。
可选地，所述掩膜层为光刻胶层；步骤a中，通过在所述监控片上涂覆光刻胶再经光刻的方法，形成所述掩膜层。
可选地，所述监控片上所述掩膜层覆盖区域与未覆盖区域的面积比值为1：1。
本发明实施例提供一种离子注入的监控方法，通过设置监控片，使用掩膜层对监控片进行部分遮挡，然后进行离子注入制程的同步监控(或者采用与待监控离子注入制程相同的参数，进行前置监控)，对监控片进行预定剂量的杂质离子注入，去除掩膜层并对监控片进行氧化处理，由于不同剂量的离子注入会产生不同程度的氧化增强作用，因此可通过测试注入和未注入区域氧化层厚度的比值，能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，并有效避免了现有技术中半导体本征电阻波动造成的监测结果超限的缺陷，提高了监测的准确性，从而改善了器件的性能和良率。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的离子注入的监控方法多晶硅阵列基板上多晶硅薄膜电阻的测试方法流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种离子注入的监控方法，能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，并有效避免了现有技术中衬底的本征电阻波动造成监测结果超限的缺陷，提高了监测的准确性，从而改善了器件的性能和良品率。
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种离子注入的监控方法，如图1所示，该方法包括：
a、提供监控片，并在监控片上形成部分覆盖的掩膜层；
因离子注入中注入的杂质浓度和深度受三方面的因素影响：基质膜层、注入的杂质离子和离子注入时的参数，离子注入时的参数主要包括注入剂量和注入能量，因此可以理解的是，监控片上具有与待监控产品进行离子注入时相同的基质膜层，一般而言，该基质膜层一般为半导体材料。
本实施例所述监控片的具体数目可根据生产需要进行设置，本实施例对此不加限定。另外，由于衬底材质对形成在其上的膜层组分、结构及膜层质量(例如疏松程度)有影响，所以优选地，不仅基质膜层相同，监控片还选用与待监控产品的基板相同的材质，来形成基质膜层。
本实施例所述掩膜层在步骤b中要求能够作为离子注入的遮挡层，因此，所述掩膜层的材料及厚度根据此要求确定。一种可选的具体实施方式中，选用光刻胶形成所述掩膜层，步骤a中，具体通过在监控片上涂覆光刻胶再经光刻的方法，形成图形化的掩膜层，作为离子注入窗口。掩膜层的图形不做限定，只要掩膜层分布范围不是全部覆盖监控片即可，但为计算方便，监控片上掩膜层覆盖区域与未覆盖区域的面积比值一般为1：1。
b、进行离子注入制程，对所述监控片进行预定剂量的杂质离子注入，所述监控片上未被掩膜层覆盖区域为杂质注入区域，所述监控片上被掩膜层覆盖区域为杂质未注入区域；
离子注入时的参数主要包括注入剂量和注入能量，但本领域人员均知监控离子注入的意义，主要是监控离子注入时的注入剂量。
本步骤中监控片可以与待监控产品同步进行离子注入，也可以仅仅采用与待监控产品进行离子注入时相同的参数，进行前置监控。可选地，本步骤b中，所述离子注入的杂质离子通常为B+，或者P+，或者As+，杂质离子类型可以是n型，也可以是p型。
c、剥离监控片上的掩膜层；
掩膜层的形成和剥离方法与材料有关，在此不再详述。
d、对监控片进行氧化处理；
本步骤对氧化处理的具体方式不做限定，可以是本领域所公知的任何方式。一种可选的具体氧化处理方式如下：在高温退火炉中进行对所述监控片进行氧化处理，具体参数如下：氧化处理的温度为800～1000℃，优选950℃；氧化处理的时间为1～2h，优选1h；氧气的流量为400～500ml/min，优选450ml/min。
e、分别测试所述监控片上所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度，根据所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度比值，监测离子注入的杂质剂量。
由于不同剂量的离子注入会产生不同程度的氧化增强作用，并且氧化增强作用是由于离子本身的高能量轰击造成的，与选用的衬底无关，因此氧化层厚度包含离子注入的杂质深度和剂量的信息，并且注入和未注入氧化层的厚度比与离子注入的注入剂量成线性关系。基于此，本方案中通过测试注入和未注入区域氧化层厚度，计算其比值以消除衬底的影响，从而能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，有效避免了现有技术中半导体本征电阻波动造成的监测结果超限的缺陷，提高了监测的准确性从而改善了器件的性能和良率。
可选地，本步骤e中，可以采用变角X射线光电子能谱的方法(变角XPS)测试杂质注入区域和杂质未注入区域的氧化层厚度，但并不限于该方法。
一种更为具体的实施例中，离子注入时设置的条件为：离子注入的能量为85kv，离子注入的注入剂量为5E15/cm2，氧化处理的温度为950度，时间为1小时，离子注入区域和离子未注入区域的氧化层厚度比值为1.06，将测试出的氧化层厚度比值与表1中该注入剂量对应的氧化层厚度比值进行比照，从而判断离子注入的剂量是否达到预定要求。例如，与表1中注入剂量为5E15/cm2对应的氧化层厚度比值为1.059～1.061时符合生产要求，本实施例测试出的氧化层厚度比值为1.06，在1.059～1.061范围内，因此说明离子注入的剂量达到了预定要求。下表中示出离子注入的注入剂量与氧化层厚度的对照关系，该表格可通过预先获得实验，主要是通过制作标样，预先进行测试的方法。
表1：氧化层厚度比值与离子注入的剂量的关系图
注入剂量 1.00E14/cm2 1.00E15/cm2 5.00E15/cm2
氧化层厚度比值 1.027～1.029 1.033～1.035 1.059～1.061
本发明实施例一种离子注入的监控方法，通过设置监控片，使用掩膜层对监控片进行部分遮挡，然后进行离子注入制程的同步监控(或者采用与待监控离子注入制程相同的参数，进行前置监控)，对监控片进行预定剂量的杂质离子注入，去除掩膜层并对监控片进行氧化处理，由于不同剂量的离子注入会产生不同程度的氧化增强作用，因此可通过测试注入和未注入区域氧化层厚度的比值，能够准确地监控离子注入的剂量是否达到预定要求，并有效避免了现有技术中半导体本征电阻波动造成的监测结果超限的缺陷，提高了监测的准确性，从而改善了器件的性能和良率。
需要说明的是，本发明实施例中的各项技术特征在不冲突的前提下，可任意组合使用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种离子注入的监控方法，其特征在于，包括：
a、提供监控片，并在所述监控片上形成部分覆盖的掩膜层；
b、进行离子注入制程，对所述监控片进行预定剂量的杂质离子注入，所述监控片上未被所述掩膜层覆盖区域为杂质注入区域，所述监控片上被所述掩膜层覆盖区域为杂质未注入区域；
c、剥离所述监控片上的掩膜层；
d、对所述监控片进行氧化处理；
e、分别测试所述监控片上所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度，根据所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度比值，监测离子注入的杂质剂量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d具体为：
在高温退火炉中进行对所述监控片进行氧化处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤d中，
氧化处理的温度为800～1000℃，氧化处理的时间为1～2h，氧气的流量为400～500ml/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中，
采用变角X射线光电子能谱的方法测试所述杂质注入区域和所述杂质未注入区域的氧化层厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，
离子注入的杂质离子为B+，或者P+，或者As+。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜层为光刻胶层；步骤a中，
通过在所述监控片上涂覆光刻胶再经光刻的方法，形成所述掩膜层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述监控片上所述掩膜层覆盖区域与未覆盖区域的面积比值为1：1。
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