CN107946161A - 一种监测离子注入设备性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种监测离子注入设备性能的方法，其中，提供一待测晶圆，待测晶圆放置离子注入设备的反应腔体中；包括以下步骤：提供一离子束，离子束中包括第一离子以及第二离子；控制离子束的偏转半径使第一离子与第二离子分离，以将第一离子注入晶圆中；检测晶圆中的第二离子的含量是否超过一标准值，并在检测出的含量大于标准值时判断离子设备出现性能故障。其技术方案的有益效果在于，通过在于离子束中掺杂第二离子，进而在控制偏转半径使离子束中的第一离子注入晶圆，而第二离子则不会注入晶圆内若检测到晶圆中的第二离子的含量超过标准值，则说明此时的离子设备存在性能故障，具体表现在离子设备的分析磁场中解析力存在问题。

Description

一种监测离子注入设备性能的方法
技术领域
本发明涉及半导体制备领域，尤其涉及一种监测离子注入设备性能的方法。
背景技术
高集成度电路的发展需要更小的特征图形尺寸和更近的电路器件间距。而热扩散对先进电路的生产有所限制。其所受限之处在于横向扩散、超浅结、粗劣的掺杂控制、表面污染的干涉以及位错的产生。
离子注入技术则克服了扩散的上述限制，同时也提供了额外的优势。离子注入过程中没有侧向扩散，工艺在接近室温下进行，杂质原子被置于晶圆表面的下面，同时使得宽范围浓度的掺杂成为可能。有了离子注入，可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制。因此，离子注入技术在半导体制造技术中占有重要的地位。扩散是一个化学过程，而离子注入是一个物理过程。离子注入工艺采用气态和固态的杂质源材料。在离子注入过程中，掺杂原子被离化、分离、加速(获取动能)，形成离子束流，扫过晶圆。杂质原子对晶圆进行物理轰击，进入晶圆表面并在表面以下停止。
离子注入机是用于离子注入工艺的设备，是多个极为复杂精密的子系统的集成。常用的离子注入可包括中电流离子注入、高电流离子注入和高能离子注入。在离子注入工艺中，原子数量(注入剂量)是由离子束流密度(每平方厘米面积上的离子数量)和注入时间来决定的。通过测量离子电流可严格控制剂量。在离子注入的过程中，由于入射离子的碰撞，晶圆晶体结构会受到损伤。修复晶体损伤可以通过对晶圆的加热退火来实现。
离子注入后的晶圆变化可能来自多种因素：离子注入机分析磁场的解析力，产生的束流的均匀性、电压的变化、扫描的变化以及机械系统的问题。这些潜在问题有可能导致比扩散工艺更大的方块电阻的变化。
随着半导体制造技术的不断发展，对离子注入机的工艺稳定性有了更高的要求。如何有效地监控离子注入机，准确地反映离子注入机的状况以及发生故障的原因，对保持现有半导体制造工艺的稳定性和对新工艺的研发具有重要意义。
目前对离子注入工艺质量的评估方法，一种方法是采用热波探测仪(TW)来检测注入后晶圆的表面损伤。但这种检测手段只能表征晶圆表面的状况，对注入离子的类别无法监控，因而具有一定的局限性。另外一种常用的监控方法是对离子注入后的晶圆在进行高温退火后，采用四探针测试仪量测晶圆离子注入层的方块电阻(RS)。影响RS值的原因有多种，如能量，剂量，角度，真空等等。当分析磁场出现问题时，注入的元素也会发生变化，对RS值也会产生影响。因此，RS监控无法直接看出机台哪里有异常，也存在一定局限性。
发明内容
针对现有技术中对离子注入设备的监测存在的上述问题，现提供一种旨在可有效的分析出离子注入设备的性能是否出现故障的方法。
具体技术方案如下：
一种监测离子注入设备性能的方法，其中，提供一待测晶圆，所述待测晶圆放置离子注入设备的反应腔体中；
包括以下步骤：
步骤S1、提供一离子束，所述离子束中包括第一离子以及第二离子；
步骤S2、控制所述离子束的偏转半径使所述第一离子与所述第二离子分离，以将所述第一离子注入所述晶圆中；
步骤S3、检测所述晶圆中的所述第二离子的含量是否超过一标准值，并在检测出的所述含量大于所述标准值时判断所述离子设备出现性能故障。
优选的，所述离子注射设备包括一离子源，所述离子源中包括源腔体，生成所述第一离子和所述第二离子的方法包括：
向所述源腔体中通入第一反应气体以及第二反应气体，所述第一气体和所述第二气体在所述源腔体内经过分解反应形成所述第一离子以及所述第二离子。
优选的，所述第一反应气体为BF3，与所述第一反应气体对应的所述第一离子为BF2+；
所述第二反应气体为WF6，与所述第二反应气体对应的所述第二离子为WF++。
优选的，提供一电感耦合等离子质谱仪，通过所述电感耦合等离子质谱仪对所述晶圆中的所述第二离子的含量进行检测并判断所述第二离子的含量是否超过所述标准值；
若是，则表示所述离子注入设备的性能出现故障；
若否，则表示所述离子注入设备的工作正常。
优选的，所述离子注入设备包括一质量分析仪，所述质量分析仪与所述离子源的输出口连接；
所述质量分析提供一磁场分析器，通过所述磁场分析器控制所述第一离子的偏转半径，使所述第二离子与所述第一离子分离，所述第一离子注入到所述晶圆中，所述第二离离子偏转至所述质量分析仪的侧壁上。
优选的，还包括一加速器，所述加速器与所述质量分析仪连接，通过所述加速器将偏转通过的所述第一离子进行电场加速，以注入所述晶圆中。
优选的，还包括一电子透镜，所述电子透镜与加速器连接，通过所述电子透镜将所述第一离子进行聚焦，以均匀注入到所述晶圆上。
优选的，所述晶圆包括一预定厚度的氧化膜。
优选的，所述一离子的注入能量为0～50KeV。
优选的，所述第一离子的注入剂量为1e15～5e15 ions/cm2。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过在于离子束中掺杂第二离子，进而在控制偏转半径使离子束中的第一离子注入晶圆，而第二离子则不会注入晶圆内若检测到晶圆中的第二离子的含量超过标准值，则说明此时的离子设备存在性能故障，具体表现在离子设备的分析磁场中解析力存在问题。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明一种监测离子注入设备性能的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的技术方案中包括一种监测离子注入设备性能的方法。
一种监测离子注入设备性能的方法的实施例，其中，提供一待测晶圆，待测晶圆放置离子注入设备的反应腔体中；
如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、提供一离子束，离子束中包括第一离子以及第二离子；
步骤S2、控制离子束的偏转半径使第一离子与第二离子分离，以将第一离子注入晶圆中；
步骤S3、检测晶圆中的第二离子的含量是否超过一标准值，并在检测出的含量大于标准值时判断离子设备出现性能故障。
针对现有技术中，离子注入设备的分析磁场中的解析力出现问题，若不能及时发现则可能导致比扩散工艺更大的方块电阻的变化，现有技术中提供的检测方法分别存在的局限性。
本发明中，通过在在离子束中掺杂第二离子，其中需要说明的是第一离子和第二离子的荷质比接近，并且正常的离子设备是可以分离第一离子和第二离子的，在形成离子束之后通过控制偏转半径允许第一离子通过注入到晶圆上，而时第二离子不通过即与第一离子偏离，在注入第一离子之后对注入的晶圆进行检测，若检测获得晶圆中的第二离子的含量大于预设的标准值，则说明此时的离子设备已出现性能故障，具体表现在具体表现在离子设备的分析磁场中解析力存在问题。
在一种较优的实施方式中，离子注射设备包括一离子源，离子源中包括源腔体，生成第一离子和第二离子的方法包括：
向源腔体中通入第一反应气体以及第二反应气体，第一气体和第二气体在源腔体内经过分解反应形成第一离子以及第二离子。在一种较优的实施发方式中，所第一反应气体为BF3，与第一反应气体对应的第一离子为BF2+；
第二反应气体为WF6，与第二反应气体对应的第二离子为WF++。
在一种较优的实施方式中，提供一电感耦合等离子质谱仪，通过电感耦合等离子质谱仪对晶圆中的第二离子的含量进行检测并判断第二离子的含量是否超过标准值；
若是，则表示离子注入设备的性能出现故障；
若否，则表示离子注入设备的工作正常。
在一种较优的实施方式中，离子注入设备包括一质量分析仪，质量分析仪与离子源的输出口连接；
质量分析提供一磁场分析器，通过磁场分析器控制第一离子的偏转半径，使第二离子与第一离子分离，第一离子注入到晶圆中，第二离离子偏转至质量分析仪的侧壁上。
在一种较优的实施方式中，还包括一加速器，加速器与质量分析仪连接，通过加速器将偏转通过的第一离子进行电场加速，以注入晶圆中。
在一种较优的实施方式中，还包括一电子透镜，电子透镜与加速器连接，通过电子透镜将第一离子进行聚焦，以均匀注入到晶圆上。
在一种较优的实施方式中，晶圆包括一预定厚度的氧化膜。
在一种较优的实施方式中，离子的注入能量为0～50KeV。
在一种较优的实施方式中，第一离子的注入剂量为1e15～5e15ions/cm2。以下以一种具体的实施方式进行说明，在第一离子为BF2+，第二离子为WF++的实施例下；
其中，WF++，m＝203，q＝2，其有效质量(荷质比的倒数)为，50.7；BF2+，m＝49，q＝1，其有效质量(荷质比的倒数)为，49。
其中离子偏转半径R＝√2mE￣/Bqe，m表示离子质量，E表示电场强度，q表示电荷数量，e表示电子电荷；
通过控制离子偏转半径，使BF2+注入晶圆内，而使WF++偏转在离子设备的磁场壁上，注入完成后进行ICPMS(电感耦合等离子质谱仪)测试；测试完成后对钨(W)的含量进行分析，超出规格时可以判定离子注入机解析能力异常。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种监测离子注入设备性能的方法，其特征在于，提供一待测晶圆，所述待测晶圆放置离子注入设备的反应腔体中；
包括以下步骤：
步骤S1、提供一离子束，所述离子束中包括第一离子以及第二离子；
步骤S2、控制所述离子束的偏转半径使所述第一离子与所述第二离子分离，以将所述第一离子注入所述晶圆中；
步骤S3、检测所述晶圆中的所述第二离子的含量是否超过一标准值，并在检测出的所述含量大于所述标准值时判断所述离子设备出现性能故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子注射设备包括一离子源，所述离子源中包括源腔体，生成所述第一离子和所述第二离子的方法包括：
向所述源腔体中通入第一反应气体以及第二反应气体，所述第一气体和所述第二气体在所述源腔体内经过分解反应形成所述第一离子以及所述第二离子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一反应气体为BF3，与所述第一反应气体对应的所述第一离子为BF2+；
所述第二反应气体为WF6，与所述第二反应气体对应的所述第二离子为WF++。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供一电感耦合等离子质谱仪，通过所述电感耦合等离子质谱仪对所述晶圆中的所述第二离子的含量进行检测并判断所述第二离子的含量是否超过所述标准值；
若是，则表示所述离子注入设备的性能出现故障；
若否，则表示所述离子注入设备的工作正常。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子注入设备包括一质量分析仪，所述质量分析仪与所述离子源的输出口连接；
所述质量分析提供一磁场分析器，通过所述磁场分析器控制所述第一离子的偏转半径，使所述第二离子与所述第一离子分离，所述第一离子注入到所述晶圆中，所述第二离离子偏转至所述质量分析仪的侧壁上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括一加速器，所述加速器与所述质量分析仪连接，通过所述加速器将偏转通过的所述第一离子进行电场加速，以注入所述晶圆中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括一电子透镜，所述电子透镜与加速器连接，通过所述电子透镜将所述第一离子进行聚焦，以均匀注入到所述晶圆上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圆包括一预定厚度的氧化膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一离子的注入能量为0～50KeV。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子的注入剂量为1e15～5e15ions/cm2。
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