CN108054118A - 离子注入机束流均匀性的监控方法 - Google Patents

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李楠
姚雷
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Abstract

本发明提供了一种离子注入机束流均匀性的监控方法，用于对离子束电流在10mA‑25mA之间的离子注入机束流的均匀性进行监控，包括：提供一晶圆；对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆；对所述测试晶圆进行破坏值量测；根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。若所述离子注入机束流的均匀性满足控制要求，则判定所述离子注入机状况正常，适用于进行离子注入，可进行产品的批量生产；若不满足，则判定所述离子注入机状况异常，不适用于进行离子注入，不可进行产品的批量生产。本发明提供的离子注入机束流均匀性的监控方法简单有效，提高了产品的良率，避免了批量不良品的产生。

Description

离子注入机束流均匀性的监控方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种离子注入机束流均匀性的监控方法。
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可控制数量的杂质离子经静电场加速引入到晶圆表面，实现对衬底硅晶圆的掺杂，以改变其电学性能，并最终形成各种晶体管结构。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛的应用，而杂质离子(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、剂量和均匀性都需要得到严格的控制。
目前对离子注入机束流的均匀性的监控方式并不能真实地反映离子注入机的离子注入状况，亦无法保证离子注入工艺的稳定性。在实际制造过程中发现，高电流的离子注入机工艺的稳定性比较差，制造出的器件的良率较低，且目前没有可以有效监控高电流离子注入机束流的均匀性的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子注入机束流均匀性的监控方法，以解决现有技术中高电流的离子注入机工艺的稳定性比较差的问题。
本发明的另一个目的在于解决现有技术中无法直观有效的对离子注入机束流的均匀性进行监控的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种离子注入机束流均匀性的监控方法，用于对离子束电流在10mA-25mA之间的离子注入机束流的均匀性进行监控，包括：
提供一晶圆；
对所述晶圆进行炉管退火；
对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆；
对所述测试晶圆进行破坏值量测；
根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求；
可选的，当所述破坏值是均匀的，所述离子注入机束流也是均匀的；当所述破坏值是非均匀的，所述离子注入机束流也是非均匀的。
可选的，所述离子注入机的离子束电流在10mA-25mA之间；
可选的，对所述测试晶圆进行破坏值量测的方法包括：采用热波量测仪量测所述测试晶圆固定一深度的多个热波值；
可选的，量测多组不同深度的热波值；
可选的，对所述裸片晶圆注入的离子包括砷离子、磷离子、硼离子和砷离子中的至少一种；
可选的，所述注入的离子的注入浓度包括1E13/cm2-9E15/cm2；
可选的，所述注入的离子的注入能量包括0.5KeV-80KeV；
可选的，所述离子注入机的聚焦电压包括0-6Kv；
可选的，所述晶圆的材料包括P型硅片和N型硅片；
可选的，对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆之前，所述离子注入机束流均匀性的监控方法还包括：对所述晶圆进行湿法清洗。
发明人研究发现，离子注入成为硅片制造的重要技术，其主要原因之一是它能够重复向硅片中注入相同剂量的杂质，离子注入机是借助离子的正电荷实现此目的的。当正杂质离子形成离子束，它的流量被称为离子束电流，而离子束电流的量级是定义剂量的一个变量，如果电流增大，单位时间内注入杂质离子的数量也增大，而高电流离子注入机的离子束电流例如在10mA-25mA之间，在单位时间内注入的离子更多，离子束的束流中包含的离子数量更大，虽然有利于减少注入时间，提高硅片的产量，但是会产生均匀性的问题，而目前没有一种有效的监控高电流离子注入机束流均匀性的方法。
发明人认为，离子注入时，高能的杂质离子轰击硅原子会将原子撞击出晶格结构而损伤硅片晶格，当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，产生晶格损伤，如果注入剂量很大，被注入层将变成非晶。如果对离子注入后的晶圆进行破坏值测量，就可以根据破坏值是否均匀判断出离子注入机束流是否均匀。
本发明提供了一种离子注入机束流均匀性的监控方法，用于对离子束电流在10mA-25mA之间的离子注入机束流的均匀性进行监控，包括：提供一晶圆；对所述晶圆进行炉管退火工艺，以改善晶圆原始的晶格损伤，对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆，离子注入时，高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞，所述测试晶圆会有晶格损伤，如果测试晶圆上的晶格损伤是均匀的，那么离子注入机的束流也是均匀的，反之，果测试晶圆上的晶格损伤是非均匀的，那么离子注入机的束流也是非均匀的，对所述测试晶圆进行破坏值量测，就可以根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。若所述离子注入机束流的均匀性满足控制要求，则判定所述离子注入机状况正常，适用于进行离子注入，可进行产品的批量生产；若不满足，则判定所述离子注入机状况异常，不适用于进行离子注入，不可进行产品的批量生产。本发明提供的离子注入机束流均匀性的监控方法简单有效，提高了产品的良率，避免了批量不良品的产生。
附图说明
图1为实施例提供的离子注入机束流均匀性的监控方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图1，其为实施例提供的离子注入机束流均匀性的监控方法的流程图，所述离子注入机束流均匀性的监控方法包括：
S1：提供一晶圆；
S2：对所述晶圆进行炉管退火；
S3：对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆；
S4：对所述测试晶圆进行破坏值量测；
S5：根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。
本实施例通过对晶圆进行离子注入以形成测试晶圆，离子注入后，测试晶圆会有晶格损伤，测试晶圆的晶格损伤的均匀性可以反映出离子注入机的束流的均匀性，对所述测试晶圆进行破坏值量测以判断出所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。若所述离子注入机束流的均匀性满足控制要求，则判定所述离子注入机状况正常，适用于进行离子注入，可进行产品的批量生产；若不满足，则判定所述离子注入机状况异常，不适用于进行离子注入，不可进行产品的批量生产。本发明提供的离子注入机束流均匀性的监控方法简单有效，提高了产品的良率，避免了批量不良品的产生。
所述离子注入机在超高真空下工作，具备完成杂质电离、离子分离、加速、聚焦、扫描、轰击硅晶圆等过程的功能。首先含有杂质原子的化合物气态源进入离子化反应室，被电子轰击而电离，生成多种类型带正电荷的离子，包括注入所需的杂质离子；接着这些离子形成的束流通过离子分析器磁体的选择，分离出注入所需的一种(杂质)离子；然后分离出的这种带正电荷的离子形成束流进入加速器，在加速管的电场负高压作用下被进一步加速，获得注入晶圆所需要的能量；离开加速管的离子束流再经静电或磁性透镜聚焦后，通过扫描系统实现在晶圆上扫描，完成离子注入，本实施例中的离子注入机为高电流的离子注入机，其离子束电流例如在10mA-25mA之间，可以理解的是，这一电流范围并不作为本发明的限定，其他电流的离子注入机亦在本发明的思想范围之内。
具体的，首先提供一晶圆，具体可以是一裸片晶圆，所述裸片晶圆的材料可以是N型硅片和P型硅片，所述裸片晶圆只包括衬底，优选的，所述衬底的材料包括诸如硅、锗、锗化硅、砷化镓或者硅锗半导体等，不限于此。
所述裸片晶圆表面通常有一层自然的氧化层，例如，在所述裸片晶圆进行离子注入之前，可以对所述裸片晶圆浸入稀释的氢氟酸溶液中进行湿法清洗。所述湿法清洗包括多次清洗，例如是三次，能够将裸片晶圆表面的自然氧化层去除并清洗干净，其中，第一次湿法清洗采用的药液是硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的混合液，清洗时间在200秒到400秒之间。第二次湿法清洗采用的药液是氢氟酸(HF)，清洗时间在30秒到100秒之间。第三次湿法清洗采用的药液是清洗液SC1和清洗液SC2，所述裸片晶圆按照一定的顺序依次经过这两种清洗液的清洗，总的清洗时间在300秒到800秒之间，其中，常用的清洗液SC1的组分为：氢氧化铵(NH4OH)：双氧水(H2O2)：去离子水(DIWATER)＝1∶2∶40；常用的清洗液SC2的组分为：盐酸(HCL)：双氧水(H2O2)：去离子水(DIWATER)＝1∶1∶40。
接下来对所述裸片晶圆进行离子注入以形成测试晶圆，将湿法清洗并甩干后的裸片晶圆进行高温炉管退火工艺，以改善所述裸片晶圆原始的晶格损伤，将所述裸片晶圆放置于离子注入机中进行离子注入。所述注入裸片晶圆的离子可以包括砷离子、磷离子、硼离子和砷离子，注入离子的注入浓度优选的为1E13/cm2，注入离子的注入能量优选的为30KeV，注入角度优选为7度。本实施例中，注入裸片晶圆的离子为砷离子。可以理解的是，所述注入离子的注入浓度在1E13/cm2-9E15/cm2之间，例如是5E15/cm2、8E15/cm2；所述注入离子的注入能量在0.5KeV-80KeV之间，例如是10KeV、30KeV和50KeV；所述注入离子的注入角度在0度-10度之间。本发明中对注入的离子、离子的注入浓度、注入能量和注入角度不作限制，可以根据实际的产品要求来调整注入离子的参数。
本实施例还对离子注入时的聚焦电压(Focus Voltage)进行了设定。由于离子注入机之间不可避免地存在机台差异，即使采用相同的工艺条件所达到的工艺效果也不相同。为此，本实施中通过调节所述聚焦电压以调整离子束的聚集度，从而调整离子注入的效果，使得不同的离子注入机能够达到相同的离子注入效果。所述聚焦电压的电压范围在0到-6KV之间。
接着对所述测试晶圆进行破坏值量测，采用热波量测仪量测所述测试晶圆同一深度的多个热波值，以获取所述多个热波值在这一深度的均匀性。优选的，可以量测多组不同深度的热波值，以使所述量测结果更准确，有利于后续的判断。所述热波测量的基本原理依据表面反射率的变化，决定表面损坏的程度。因此，有关离子注入机束流的均匀性可以由检测热波的读数(热波值)的均匀性予以取得。
得到几组热波值以后，可以根据这几组热波值的均匀性来判断出所述离子注入机束流的均匀性(所述热波值的均匀性反应出晶格损伤的均匀性，所述晶格损伤的均匀性反应出离子注入机束流的均匀性)，当所述离子注入机束流的均匀性在达标范围内，说明所述离子注入机注入离子合格，所述测试晶圆为良品，相应的离子注入机台的束流符合离子注入工艺的要求，可以进行批量的离子注入，反之，当所述离子注入机束流的均匀性在达标范围之外，说明离子注入机注入离子不合格，所述测试晶圆为不良品，相应的离子注入机台束流的均匀性不符合离子注入工艺的要求，不能进行批量的离子注入，需要进行调整。
需要指出的是，所述控制要求和达标范围并非唯一，可以根据产品的类型及要求进行调整，测试所述测试晶圆的破坏值的方法也并非唯一，本发明不作限制。
综上，在本发明实施例提供的离子注入机束流均匀性的监控方法中，用于对离子束电流在10mA-25mA之间的离子注入机束流的均匀性进行监控，包括：提供一晶圆；对所述晶圆进行炉管退火工艺，以改善晶圆原始的晶格损伤，对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆，离子注入时，高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞，所述测试晶圆会有晶格损伤，如果测试晶圆上的晶格损伤是均匀的，那么离子注入机的束流也是均匀的，反之，果测试晶圆上的晶格损伤是非均匀的，那么离子注入机的束流也是非均匀的，对所述测试晶圆进行破坏值量测，就可以根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。若所述离子注入机束流的均匀性满足控制要求，则判定所述离子注入机状况正常，适用于进行离子注入，可进行产品的批量生产；若不满足，则判定所述离子注入机状况异常，不适用于进行离子注入，不可进行产品的批量生产。本发明提供的离子注入机束流均匀性的监控方法简单有效，提高了产品的良率，避免了批量不良品的产生。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆；
对所述晶圆进行炉管退火；
对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆；
对所述测试晶圆进行破坏值量测；
根据所述破坏值的均匀性判断所述离子注入机束流的均匀性是否满足控制要求。
2.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，当所述破坏值是均匀的，所述离子注入机束流也是均匀的；当所述破坏值是非均匀的，所述离子注入机束流也是非均匀的。
3.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，所述离子注入机的离子束电流在10mA-25mA之间。
4.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，对所述测试晶圆进行破坏值量测的方法包括：采用热波量测仪量测所述测试晶圆同一深度的多个热波值。
5.如权利要求4所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，量测多组不同深度的热波值。
6.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，对所述晶圆注入的离子包括砷离子、磷离子、硼离子和砷离子中的至少一种。
7.如权利要求6所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，所述注入的离子的注入浓度包括1E13/cm2-9E15/cm2。
8.如权利要求7所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，所述注入的离子的注入能量包括0.5KeV-80KeV。
9.如权利要求7所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，所述离子注入机的聚焦电压包括0-6KV。
10.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，所述晶圆的材料包括P型硅片和N型硅片。
11.如权利要求1所述的离子注入机束流均匀性的监控方法，其特征在于，对所述晶圆进行离子注入，以形成测试晶圆之前，所述离子注入机束流均匀性的监控方法还包括：对所述晶圆进行湿法清洗。
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