CN106158607B - 一种离子注入工艺的精确控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入工艺的精确控制方法，包括选取半导体晶片上后续离子注入区域中至少两个不同特征的关键尺寸进行测量，建立后续离子注入的剂量与不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系，通过数据库对不同特征的关键尺寸进行分析，得到后续离子注入的剂量，通过离子注入机剂量控制系统控制后续离子注入时在半导体晶片上的扫描速度，自动调节注入剂量，从而可精确控制单枚晶片的注入剂量补偿，可为相关产品的漏电率问题提供解决方案，并可稳定和提高先进制程的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，更具体地，涉及一种离子注入工艺的精确控制方法。
背景技术
在半导体器件制造的逻辑制程中，先进制程节点对离子注入剂量精度的要求更加严格。在使用相同注入程式的情况下，离子注入阻隔层会影响当层实际注入剂量。
轻掺杂漏极(LDD)层次在逻辑制程中的主要作用，是改善热载流子注入及浅沟道效应，因此，该层次对产品电性参数有很大的影响。业界通常采用先进制程控制系统(APC)根据前层多晶硅栅极尺寸(CD)量测值，来对离子注入剂量进行监控及精确优化。
目前，业界通常采用一维模型，在进行多晶硅栅极尺寸测量时，随机抽取数枚(例如2-3枚)晶片进行测量，并在该数枚晶片的量测平均值基础上，求得晶片所在组(例如6枚或者25枚等)的量测平均值，即为这个晶片分组的平均栅极尺寸(CD)。然后通过数据库分析，确认所在的补偿范围区间和后续离子注入制程的剂量系数，并对后续多道轻掺杂漏极(LDD)制程的工艺菜单剂量乘以此系数，得到最终补偿的新的离子注入工艺菜单。
然而，上述方法仅采用单一的一维参数模型制定后续多道轻掺杂漏极制程的剂量系数，其未考虑到后续其他制程对轻掺杂漏极层次的影响。并且，通常采用以组为单位的分组方式进行剂量补偿，无法对单枚晶片的情况进行确认，因而具有较大的风险性。此外，采用上述方法还需要准备大量现存的已知工艺菜单，否则无法进行后续离子注入，其工作量巨大，且生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种离子注入工艺的精确控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：提供一半导体晶片，选取所述半导体晶片上后续离子注入区域中至少两个不同特征的关键尺寸进行测量；
步骤02：建立后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系，通过数据库对所述不同特征的关键尺寸进行分析，得到后续离子注入的剂量；
步骤03：将上步骤得到的后续离子注入的剂量输入离子注入机剂量控制系统；
步骤04：通过离子注入机剂量控制系统控制后续离子注入时在所述半导体晶片上的扫描速度，以自动调节后续离子注入的剂量。
优选地，步骤01中，在所述半导体晶片的正常作业过程中，于相应的站点测量不同特征的关键尺寸。
优选地，所述不同特征的关键尺寸包括栅极尺寸、侧墙膜厚和/或掩蔽膜厚。
优选地，步骤02中，所述后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系满足：
Dn＝aX+bY+cZ…
式中Dn为后续离子注入的剂量，n为正整数，表示不同层次离子注入的序列，a、b、c为系数，X、Y、Z表示不同特征的关键尺寸。
优选地，针对不同的产品和流程，所述系数a、b、c的取值范围不同。
优选地，所述系数a、b、c的取值方法为：根据不同产品的最终测试数据，通过数据库进行相关性和敏感度分析，得出对应产品和对应离子注入层次的相关a、b、c值。
优选地，所述最终测试数据包括电性参数和良率。
优选地，所述栅极尺寸为必选的关键尺寸。
优选地，步骤04中，所述扫描速度与后续离子注入的剂量之间的对应数学关系满足：
扫描速度＝束流大小×扫描经过次数/后续离子注入的剂量/晶片宽度
其中，束流大小和扫描经过次数由基准工艺菜单决定，晶片宽度为所述半导体晶片的尺寸。
从上述技术方案可以看出，本发明通过半导体晶片建立二维或二维以上模型，确定半导体晶片的关键尺寸偏差与后续离子注入剂量之间的综合函数，并在后续离子注入过程中由离子注入机剂量控制系统通过控制扫描速度，自动调节注入剂量，从而可精确控制单枚晶片的注入剂量补偿；本发明为相关产品的漏电率问题提供了解决方案，并稳定和提高了先进制程的良率。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种离子注入工艺的精确控制方法逻辑示意图；
图2是一种离子注入机剂量控制系统的结构原理图；
图3是离子注入工艺的一种扫描方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
本发明的一种离子注入工艺的精确控制方法，可通过以下步骤来实现：
步骤01：提供一半导体晶片，选取所述半导体晶片上后续离子注入区域中至少两个不同特征的关键尺寸进行测量；
步骤02：建立后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系，通过数据库对所述不同特征的关键尺寸进行分析，得到后续离子注入的剂量；
步骤03：将上步骤得到的后续离子注入的剂量输入离子注入机剂量控制系统；
步骤04：通过离子注入机剂量控制系统控制后续离子注入时在所述半导体晶片上的扫描速度，以自动调节后续离子注入的剂量。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种离子注入工艺的精确控制方法逻辑示意图。如图1所示，以在半导体晶片上进行多道轻掺杂漏极(LDD)离子注入作业为例，本发明的一种离子注入工艺的精确控制方法，可包括以下逻辑流程：
框S01：晶片作业。
在半导体晶圆上进行正常作业，形成半导体晶片。
框S02：特征区域关键尺寸测量。
在所述半导体晶片的正常作业过程中，选取每枚半导体晶片上后续多道轻掺杂漏极(LDD)离子注入区域中至少两个不同特征的关键尺寸，并于相应的站点对选取的不同特征区域中不同特征的关键尺寸进行测量。与现有技术不同的是，本发明是对每枚晶片都进行测量，只有这样才能精确控制单枚晶片的注入剂量补偿。这些不同特征的关键尺寸例如包括多晶硅栅极尺寸(Poly CD)、侧墙膜厚(SPA-1OCD THK)；根据不同的工艺流程，注入工艺前的掩蔽膜厚(Screen THK)也可成为选取的特征的关键尺寸。也就是说，可在多晶硅栅极尺寸、侧墙膜厚以及掩蔽膜厚等参数中，选取其中的两个或以上进行测量。
框S03：数据库分析。
建立后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系，将上述测量得到的所述不同特征的关键尺寸数据输入数据库，通过数据库进行分析，可得到后续离子注入的剂量。所述数据库用以存储、分析后续注入所需要的剂量(Dose)。
其中，所述后续离子注入剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系满足：
Dn＝aX+bY+cZ…
式中Dn为后续离子注入的剂量，单位统一为原子数每平方厘米(atoms/cm2)；n为正整数，表示不同层次离子注入的序列；a、b、c为系数，其通常的取值范围可为-10E18～10E18；针对不同的工艺产品和流程，所述系数a、b、c的取值范围可不同；X、Y、Z表示不同特征的关键尺寸，单位统一为埃
所述系数a、b、c的取值方法为：根据不同产品的最终测试数据，例如：电性参数WAT，良率CP等，通过数据库进行相关性和敏感度分析，得出对应产品和对应离子注入层次的相关a、b、c值，即多少单位的某个参数能够影响另一个多少单位的参数。也就是说，系数a、b、c分别是由相关性和敏感度分析所引入的一个相关因子。
上述后续离子注入剂量与各不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系成立的原理是：在工艺流程中，前后工艺之间存在着相互影响；因此可以通过数据库中储存的理想或优选的数据，得出相应层次的理想或优选的相关数据；或者可根据目前的状态，分析可通过如何调整工艺以得到最终理想或优选的数据。
在选取每枚半导体晶片上后续离子注入区域中不同特征的关键尺寸进行测量时，所述栅极尺寸为必选的关键尺寸。并且，公式Dn＝aX+bY+cZ…中，在具有多影响参数(即多个特征的关键尺寸)的情况下，如果选2个特征的关键尺寸(即选取X和Y)，例如选栅极尺寸和侧墙膜厚，这时公式后面的常数c即为0(参数Z、例如掩蔽膜厚为不选)。
框S04-框S06：离子注入机剂量控制系统、Y方向扫描系统、完成多道LDD注入。
将上步骤得到的后续离子注入的剂量输入离子注入机剂量控制系统进行调整设定。
请参阅图2，图2是一种离子注入机剂量控制系统的结构原理图，其显示系统的硬件结构。如图2所示，离子注入机中的离子注入剂量控制系统，由剂量控制器系统1，Y方向扫描系统2，倾斜角系统3，扭转角系统4，以及监测反馈校正系统5组成。其中，倾斜角系统3和扭转角系统4执行相关已知工艺菜单的设定；监测反馈校正系统5进行带状束流6的相关束流图形、束流大小、束流平行度等参数的监测、反馈和校正；剂量控制器系统1发出速度命令至Y方向扫描系统2，Y方向扫描系统2同步反馈和进行Y方向扫描作业，完成后续多道轻掺杂漏极(LDD)离子注入作业。有关离子注入机剂量控制系统的相关知识可进一步参考现有技术加以理解。
请参阅图3，图3是离子注入工艺的一种扫描方法示意图，其显示在半导体晶片7上的扫描状态。如图3所示，通过Y方向扫描系统对带状束流6(ribbon beam)在半导体晶片7上沿图示垂直的Y方向的扫描速度控制，可以自动调节后续离子注入的剂量。
通过离子注入机剂量控制系统并使用带状束流技术，可以得出扫描速度与后续离子注入的剂量Dn之间的对应数学关系，其满足：
扫描速度＝束流大小×扫描经过次数/后续离子注入的剂量/晶片宽度
式中束流大小的单位统一为安培(A)，扫描经过次数为正整数，后续离子注入的剂量的单位统一为原子数每平方厘米(atoms/cm2)，晶片宽度的单位统一为厘米(cm)，扫描速度的单位统一为厘米每秒(cm/s)。
其中，束流大小和扫描经过次数由基准工艺菜单决定，晶片宽度为所述半导体晶片的尺寸，即晶圆的直径(如图3中半导体晶片7的尺寸H所示)，例如可以是15cm，20cm，或30cm等。此处以圆形晶圆举例，方形或其他形状的晶圆同理可知。
上述公式中只有扫描速度和后续离子注入的剂量Dn两个变量，即体现了本发明的核心：通过建立半导体晶片的关键尺寸偏差与后续离子注入剂量之间的综合函数，由离子注入机剂量控制系统通过控制在半导体晶片上一维扫描方向(即Y方向)的扫描速度，自动调节注入剂量，从而精确控制单枚晶片的注入剂量补偿。
通过离子注入机剂量控制系统，进行相关束流图形、束流大小、束流平行度等参数的监测和反馈/校正；通过剂量控制器系统发出速度命令至Y方向扫描系统，实时调整和监测针对晶片Y方向的扫描速度，并完成后续多道LDD离子注入作业。由离子注入机剂量控制系统自动调节注入剂量，从而可精确控制单枚晶片的注入剂量补偿。例如：当前层的特征区域的关键尺寸偏大、但处于合格区间，通过数据库计算可得出后续的需要补偿的注入剂量(此时需要加大部分剂量)；此时，离子注入机剂量控制系统则控制对Y方向进行减速扫描，以达到目的；反之亦然。
实施例一
对于某一特定的产品，选取多晶硅栅极尺寸为关键尺寸X，并选取侧墙膜厚为关键尺寸Y；实测X为Y为由相关性和敏感度的分析得出此时多晶硅栅极尺寸X的系数a为1.18E11，侧墙膜厚Y的系数b为6.84E12；由公式Dn＝aX+bY，得出此时后续LDD注入的剂量D1为9.56E14atoms/cm2。如离子注入机剂量控制系统中原设定的工艺注入剂量为1E15atoms/cm2，则在其他条件不变的情况下，需要相应减少注入剂量(计算过程略)；此时，可通过Y方向扫描系统对应地提高扫描速度，例如将扫描速度由10cm/s提高至10.8cm/s。
实施例二
对于某一特定的产品，选取多晶硅栅极尺寸为关键尺寸X，并选取掩蔽膜厚为关键尺寸Y；实测X为Y为由相关性和敏感度的分析得出此时多晶硅栅极尺寸X的系数a为1.03E11，掩蔽膜厚Y的系数b为3.11E12；由公式Dn＝aX+bY，得出此时后续LDD注入的剂量D2为4.68E14atoms/cm2。如离子注入机剂量控制系统中原设定的工艺注入剂量为4E14atoms/cm2，则在其他条件不变的情况下，需要相应增加注入剂量(计算过程略)；此时，可通过Y方向扫描系统对应地减小扫描速度，例如将扫描速度由10cm/s减小至8.7cm/s。
综上所述，本发明通过半导体晶片建立二维或二维以上模型，确定半导体晶片的关键尺寸偏差与后续离子注入剂量之间的综合函数，并在后续离子注入过程中由离子注入机剂量控制系统通过控制扫描速度，自动调节注入剂量，从而可精确控制单枚晶片的注入剂量补偿；本发明可为相关产品的漏电率问题提供解决方案，并可稳定和提高先进制程的良率。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：提供一半导体晶片，选取所述半导体晶片上后续离子注入区域中至少两个不同特征的关键尺寸进行测量；
步骤02：建立后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系，通过数据库对所述不同特征的关键尺寸进行分析，得到后续离子注入的剂量；其中，所述后续离子注入的剂量与所述不同特征的关键尺寸之间的对应数学关系满足：
Dn＝aX+bY+cZ…
式中Dn为后续离子注入的剂量，n为正整数，表示不同层次离子注入的序列，a、b、c为系数，X、Y、Z表示不同特征的关键尺寸；
步骤03：将上步骤得到的后续离子注入的剂量输入离子注入机剂量控制系统；
步骤04：通过离子注入机剂量控制系统控制后续离子注入时在所述半导体晶片上的扫描速度，以自动调节后续离子注入的剂量。
2.根据权利要求1所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，步骤01中，在所述半导体晶片的正常作业过程中，于相应的站点测量不同特征的关键尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，所述不同特征的关键尺寸包括栅极尺寸、侧墙膜厚和/或掩蔽膜厚。
4.根据权利要求1所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，针对不同的产品和流程，所述系数a、b、c的取值范围不同。
5.根据权利要求1所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，所述系数a、b、c的取值方法为：根据不同产品的最终测试数据，通过数据库进行相关性和敏感度分析，得出对应产品和对应离子注入层次的相关a、b、c值。
6.根据权利要求5所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，所述最终测试数据包括电性参数和良率。
7.根据权利要求3所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，所述栅极尺寸为必选的关键尺寸。
8.根据权利要求1所述的离子注入工艺的精确控制方法，其特征在于，步骤04中，所述扫描速度与后续离子注入的剂量之间的对应数学关系满足：
扫描速度＝束流大小×扫描经过次数/后续离子注入的剂量/晶片宽度
其中，束流大小和扫描经过次数由基准工艺菜单决定，晶片宽度为所述半导体晶片的尺寸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |