CN104237279B - 背离率的计算方法和二次离子质谱分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背离率的计算方法及二次离子质谱分析方法。包括提供待测样品和标准样品，并将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中；在保证区域面积和曲率不变的情况下，对所述待测样品和标准样品进行高斯平滑处理；将处理后的待测样品和标准样品做点对点除法处理，得到拟合曲线；在所述拟合曲线中限定可用区域；由所述可用区域获得所述背离率；获得了与离子注入角度偏差成正比的背离率，从而能够明确判断设备是否需要维护节省了时间和耗材；并能够侦测到离子注入机早期微小的异常并给出改进方向。

Description

背离率的计算方法和二次离子质谱分析方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种背离率的计算方法和二次离子质谱分析(Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS)方法。

背景技术

二次离子质谱分析(SIMS)是利用质谱法分析由初级离子入射靶材后所溅射产生的二次离子，从而获取材料表面或深度剖面元素信息的一种分析方法。

SIMS可以分析包括氢在内的全部元素并能给出同位素的信息，分析化合物组分和分子结构。二次离子质谱具有很高的灵敏度，可达到ppm甚至ppb的量级。在半导体制造业主要用于对限有制程的检验和对更先进制程的开发提供数据依据。

半导体制造中离子注入(implant)的精确性将直接影响到产品众多电性参数的好坏。而离子注入经常会因为机器异常或制程设计缺陷使注入离子的能量、剂量和角度等产生偏差。随着技术的不断进步，半导体器件尺寸越来越小对离子注入精确度要求越来越高,因此对SIMS分析精度要求也越来越高。通过SIMS可以直接定性定量的分析离子注入的能量、剂量和角度等信息，从而分析离子注入状态是否符合要求,制程设计是否达到了预期目标。

SIMS的曲线图(Profile)能直观的反映离子密度随样品深度的变化情况，所以当离子注入机将离子注入到控片(Control wafer)内，然后同时分析和对比控片与标准样品(Reference)的SIMS结果可以判断离子注入机台目前注入的离子是否存在异常。

离子注入可能出现注入剂量(Dosage)或角度偏斜(Tilt)的异常，业界传统的分析方法只对离子注入的剂量可接受偏差范围进行了界定，例如是3％，当剂量偏差大于3％则定义为数据不合格，从而说明注入存在异常。

但是，业界传统的分析方法对于离子注入的角度偏差所导致的SIMS图像不一致的情况目前只是根据分析工程师的经验判断数据是否合格，没有严格的分析方法加以判断，所以无法给出量化的参考数据，来指导离子注入机台的改进方向。

并且，当发现SIMS数据有微小异常时不能充分的肯定离子注入机是否有异常，当SIMS结果发现明显异常时离子注入机已经出现故障，此时离子注入机所注入的离子势必会影响到产品的电性参数，并需要耗费更多的精力来复机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背离率的计算方法和二次离子质谱分析方法，以解决现有技术中对离子注入结果分析不全面的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种背离率的计算方法，用于检测离子注入工艺参数，包括：

提供待测样品和标准样品，并将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中；

在保证区域面积和曲率不变的情况下，对所述待测样品和标准样品进行高斯平滑处理；

将处理后的待测样品和标准样品做点对点除法处理，得到拟合曲线；

在所述拟合曲线中限定可用区域；

由所述可用区域获得所述背离率；

其中，所述背离率与离子注入角度偏差成正比。

可选的，对于所述的背离率的计算方法，所述点对点除法处理为同一横坐标所对应的待测样品的纵坐标除以标准样品的纵坐标。

可选的，对于所述的背离率的计算方法，结合由所述待测样品和标准样品所决定的噪音区域、离子注入浓度相差最大的区域，包括至少95％的离子注入量及所述拟合曲线的纵坐标可用值限定可用区域。

可选的，对于所述的背离率的计算方法，所述拟合曲线的纵坐标值可用值的范围为0.55～1.45。

可选的，对于所述的背离率的计算方法，在所述可用区域中定义点a、b、c，分别计算a、b两点和b、c两点的斜率，并取绝对值最大的一个斜率的绝对值作为背离率。

可选的，对于所述的背离率的计算方法，将所述可用区域沿横坐标方向三等分分为三个区域，对每个区域中的所有点的坐标取平均值，分别得到a、b、c三点的坐标。

相应的，本发明提供一种二次离子质谱分析方法，包括：

由如上所述的方法算得背离率；

定义所述背离率的限值；

由所述背离率和所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差判断二次离子质谱数据是否合格。

可选的，对于所述的二次离子质谱分析方法，所述背离率的限值为0.96。

可选的，对于所述的二次离子质谱分析方法，所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差的限值为3％。

可选的，对于所述的二次离子质谱分析方法，所述判断二次离子质谱数据是否合格包括：

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差大于限值，则二次离子质谱数据不合格，离子注入情况存在异常；

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差小于等于限值，背离率大于限值，则二次离子质谱数据不合格，离子注入情况存在异常；

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差小于等于限值，背离率小于等于限值，则二次离子质谱数据合格。

可选的，对于所述的二次离子质谱分析方法，在将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中之前，还包括：检测所述标准样品的可靠性。

可选的，对于所述的二次离子质谱分析方法，检测所述标准样品的可靠性包括：

将与所述标准样品来自同一标准片产生的之前任一合格样品进行比较，判断所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差，若所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差小于等于1％，则认可所述标准样品，反之，调用另一标准样品进行该操作，直至所述标准样品被认可。

与现有技术相比，在本发明提供的背离率的计算方法及二次离子质谱分析方法中，通过处理待测样品和标准样品，获得了与离子注入角度偏差成正比的背离率，以此作为调整离子注入机台性能的参考数据，省去了大量的重复性SIMS实验，节省了控片的使用，缩短了离子注入机的复机检测时间；并由所述背离率定量的给出了离子注入剂量偏差在限值以内但曲线不一致的分析流程，能有有效的判断出数据是否合格，从而精确的侦测到离子注入机早期微小的异常并给出改进方向。

附图说明

图1为本发明实施例的背离率的计算方法的流程图；

图2a-图2f为本发明实施例的背离率的计算方法的过程示意图；

图3为本发明实施例的背离率的计算方法中背离率与离子注入角度偏差的函数关系；

图4为本发明实施例的二次离子质谱分析方法的流程图。

具体实施方式

在背景技术中已经提及，目前由于分析方法不彻底的问题，离子注入的角度偏差所导致的SIMS图像不一致的情况不能够得出有效的结果，发明人在研究中发现，由离子注入的角度偏差引起的图像波动在一定范围内是可接受的，进而由此深入研究发现离子注入的角度偏差与图像具有一固定关系，称之为背离率，记为K。而在使用背离率后，能够有效的解决SIMS图像出现微小异常时技术人员不易判断该结果是否可以接受的难题。

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的背离率的计算方法和二次离子质谱分析方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

首先请参考图1，本发明提供一种用于硅片键合时对准过程中的二次离子质谱分析方法，包括：

步骤S101：提供待测样品和标准样品，并将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中；具体的，所述待测样品和标准样品皆为离子注入后获取的SIMS坐标图像，其表征不同注入深度所对应的离子注入量；

步骤S102：在保证区域面积和曲率不变的情况下，对所述待测样品和标准样品进行高斯平滑处理；

步骤S103：将处理后的待测样品和标准样品做点对点除法处理，得到拟合曲线；

步骤S104：在所述拟合曲线中限定可用区域；

步骤S105：由所述可用区域获得所述背离率。

下面请结合图2a-图2f，对本发明的上述步骤进行详细说明。

请参考图2a-图2c，首先提供待测样品1和标准样品2，并整合于一个坐标系中，通常情况待测样品1和标准样品2是有差异的，即不完全匹配(match)，这就导致直接进行点对点除法会形成如图2c所示的拟合曲线4，相比图2b所示的经过处理后进行点对点除法后形成的拟合曲线3，具有太大的噪音(noise)，使用价值很低，因此，本实施例对所述待测样品1和标准样品2采用了高斯平滑处理，其中，保证区域面积(即坐标轴与SIMS图像所围成的区域)和曲率不变，以免在高斯平滑处理后曲线不能对应于原曲线，进而在此基础上，将二者进行点对点除法计算，获得拟合曲线3。其中，图2b和图2c中，横坐标为离子注入的深度，单位为纳米(nm)，纵坐标为在某一注入深度时待测样品1和标准样品2的离子浓度比。

接着，在拟合曲线3中获得可用区域，具体的，请参考图2d，在整合有所述况待测样品1和标准样品2的坐标系中，首先排除噪音区域6，以提高数据的有效性，其次，需要包含离子注入浓度相差最大的区域5，以及包括至少95％的离子注入量，结合上述三个条件，可以初步确定所述拟合曲线3的合适区域，此外，在图2b中，需要考虑到纵坐标(即待测样品1和标准样品2的离子浓度比)的影响，因此需要设定一可用区间，这可以由本领域技术人员依据生产经验来拟定，在本实施例中，设定可用的纵坐标值的范围为0.55～1.45，从而得到图2e所示的可用区域，即由y1＝1.45，y2＝0.55，及限定至少95％的离子注入量的两条线段l1，l2所构成的区域。

接着，请参考图2f，将所示可用区域沿横坐标方向三等分，在每一分中算得所有点的坐标的平均值a(x1，y1)，b(x2，y2)，c(x3，y3)，则以此获得a、b两点和b、c两点所成直线的斜率1，2，并分别取绝对值，那么背离率为绝对值最大的一个斜率的绝对值。

可选的，所述a、b、c三点还可以采用如下方法获得：b点为可用区域中纵坐标值为1及最接近1的多个点的坐标平均值，例如可以是50个点，或者根据实际情况设定，则a为产生b点的所有点左侧的各点坐标的平均值，c为产生b点的所有点右侧的各点坐标的平均值。该方法在可用区域中具有较多的点时，基本等同于采用三等分方法所获得的a、b、c三点坐标，因而在点数较多时，优选为采用三等分方法，能够快速获得三点坐标，而在点数相对较少时，采用本方法能够则相对较为可靠。

在获得背离率后，发明人对背离率与离子注入角度的偏差进行了大量的实验与分析，得到如图3所示的结果，由图3可知，在背离率小于等于1时，背离率与角度偏差成正比，当大于1时，虽然角度偏差的增大会使得背离率变大，但已不规律。在实际生产中，通常背离率大于1时，生产数据已不能满足需要，因此背离率的有效范围可取为0～1，那么，可以认为所述背离率与离子注入角度偏差成正比，从而由此定量的获知角度偏差。

下面请参考图4，本发明给出一种二次离子质谱分析方法。首先进行准备工作，例如设备的调试，待测样品和标准样品的获取等；对于标准样品，为了保证其是有效的，还需进一步检测其有效性，具体可以是：将与所述标准样品来自同一标准片产生的之前任一合格样品进行比较，判断所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差，若所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差小于等于1％，则认可所述标准样品，反之，调用另一标准样品(例如使用另一标准片获得的标准样品)进行该操作，也应当进行确认设备的参数是否设定正确等，直至所述标准样品被认可。

对所述标准样品的检测是很重要的，直接决定着后续工作是否有意义，决定着实验数据的可靠性。

当确认标准样品准确无误时，接下来，初步判断待测样品是否合格，具体的比较待测样品和标准样品的注入剂量偏差是否在限值以内，限值通常由生产需要和工艺参数综合设定，例如可以是3％，并且SIMS图像是否匹配，若测样品和标准样品的注入剂量偏差是在限值以内并且SIMS图像匹配，则可判定检测结果通过，并上传结果，整个分析过程结束。若二者至少有一个不能满足，那么进行再次判断，优选的，一方面进行重新检测，另一方面重新制备待测样品进行检测，要求依然是比较待测样品和标准样品的注入剂量偏差是否在限值以内并且SIMS图像是否匹配，若重新检测和重新制备的待测样品皆通过，则判定检测结果通过。

需要说明的是，SIMS图像的匹配以完全重合为佳，考虑到实际情况，通常是由技术人员按照经验进行匹配标准设定。然而这却不够具有说服力，那么，接下来，首先判断测样品和标准样品的注入剂量偏差是否大于限值，若超过限值则直接判定失败，表明离子注入情况存在异常；否则，按照本发明上述对背离率的描述计算出背离率，并根据产品的性能指标和生产工艺设定背离率的限值，一般情况下，考虑到目前对产品的质量要求，优选的，所述背离率的限值小于等于1，例如可以是0.96，那么由算得的背离率与限值进行比较，小于等于限值的则认可分析结果，反之则认为失败。

对于引入背离率后的分析，能够定量的得到离子注入情况，例如对于离子注入剂量偏差在限值内，而SIMS图像匹配并不能使人满意时，不能够有效的说明设备是否具有异常，继续生产就需要承担一定的风险，而停机检查或者进行大量的重复性SIMS试验来分析又有可能浪费时间和控片，做无用功，这在大规模生产中是很忌讳的，而按照本发明的方法，通过背离率能够定量的表达出设备是否存在异常，既能够有效的指明设备是否需要进行维护，又能够在早期发现问题，引起技术人员的注意，例如以根据多次二次离子质谱分析结果中的背离率的一系列值，获知设备是处于稳定期还是衰弱期，从而指导技术人员及早制定相应的方案，以避免事故的发生。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种背离率的计算方法，用于检测离子注入工艺参数，其特征在于，包括：

提供待测样品和标准样品，并将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中，所述待测样品和标准样品皆为离子注入后获取的二次离子质谱分析坐标图像；

在保证区域面积和曲率不变的情况下，对所述待测样品和标准样品进行高斯平滑处理；

将处理后的待测样品和标准样品做点对点除法处理，得到拟合曲线；

在所述拟合曲线中限定可用区域，结合由所述待测样品和标准样品所决定的噪音区域、离子注入浓度相差最大的区域，包括至少95％的离子注入量及所述拟合曲线的纵坐标可用值限定可用区域；

由所述可用区域获得所述背离率，在所述可用区域中定义点a、b、c，分别计算a、b两点和b、c两点的斜率，并取绝对值最大的一个斜率的绝对值作为背离率；

其中，在所述背离率小于等于1时，所述背离率与离子注入角度偏差成正比。

2.如权利要求1所述的背离率的计算方法，其特征在于，所述点对点除法处理为同一横坐标所对应的待测样品的纵坐标除以标准样品的纵坐标。

3.如权利要求1所述的背离率的计算方法，其特征在于，所述拟合曲线的纵坐标值可用值的范围为0.55～1.45。

4.如权利要求1所述的背离率的计算方法，其特征在于，将所述可用区域沿横坐标方向三等分分为三个区域，对每个区域中的所有点的坐标取平均值，分别得到a、b、c三点的坐标。

5.一种二次离子质谱分析方法，其特征在于，包括：

由如权利要求1～4任一项所述的方法算得背离率；

定义所述背离率的限值；

由所述背离率和所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差判断二次离子质谱数据是否合格。

6.如权利要求5所述的二次离子质谱分析方法，其特征在于，所述背离率的限值为0.96。

7.如权利要求5所述的二次离子质谱分析方法，其特征在于，所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差的限值为3％。

8.如权利要求5所述的二次离子质谱分析方法，其特征在于，所述判断二次离子质谱数据是否合格包括：

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差大于限值，则二次离子质谱数据不合格，离子注入情况存在异常；

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差小于等于限值，背离率大于限值，则二次离子质谱数据不合格，离子注入情况存在异常；

若所述待测样品和标准样品的离子注入剂量偏差小于等于限值，背离率小于等于限值，则二次离子质谱数据合格。

9.如权利要求5所述的二次离子质谱分析方法，其特征在于，在将所述待测样品和标准样品整合在同一坐标系中之前，还包括：检测所述标准样品的可靠性。

10.如权利要求9所述的二次离子质谱分析方法，其特征在于，检测所述标准样品的可靠性包括：

将与所述标准样品来自同一标准片产生的之前任一合格样品进行比较，判断所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差，若所述标准样品和所述合格样品的离子注入剂量偏差小于等于1％，则认可所述标准样品，反之，调用另一标准样品进行该操作，直至所述标准样品被认可。