CN116266532A - 离子注入角度校准方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种离子注入角度校准方法，用于对不同能量段的离子注入机的靶台装置进行角度校准，所述方法包括：选取多片晶圆，并采用不同的离子注入角度分别对相应的所述晶圆进行离子注入；对所有经离子注入的晶圆进行热波测量，获得多个由离子注入角度和热波值组成的数据组；以所述离子注入角度为横坐标，且以所述热波值为纵坐标，将所有的数据组进行高斯函数拟合，获得高斯拟合曲线；根据所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度，获得角度校准值，并对所述靶台装置进行角度校准。本申请技术方案的校准方法适用于不同能量段离子注入机进行靶台装置的角度校准。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种离子注入角度校准方法。
背景技术
离子注入工艺是半导体晶片掺杂改变电性能的重要工艺，离子注入角度的准确性对于芯片的性能至关重要，离子注入角度的偏差会使得目标深度的离子浓度发生偏差，这种偏差对晶片的接受测试(Wafer Acceptance Test，WAT)是致命性的，因此为保证离子注入角度的准确性，要对离子注入机的靶台(platen)装置进行x轴/y轴以及旋转角度基准点的准确校准。
通常采用V-curve的测量方法来进行离子注入角度的校准，该方法具体来讲是通过采用多片晶片，按照不同的离子注入角度对晶片进行离子注入制程。由于离子注入角度不同，会导致用于探测晶格损伤的热波(Thermal Wave，TW)量测值的变化，得到离子注入角度-热波值曲线，再通过抛物线拟合的方法确认platen装置x轴/y轴以及旋转角度基准点。
但是，抛物线拟合方法对于大束流低能量的机型具有较好的拟合效果，但对于中束流高能量的机型往往不能很好的拟合，因此大幅度降低了中束流高能量机型的离子注入角度的校准精度。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种离子注入角度校准方法，适用于不同能量段的离子注入机进行靶台装置的角度校准。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种离子注入角度校准方法，用于对不同能量段的离子注入机的靶台装置进行角度校准，所述方法包括：选取多片晶圆，并采用不同的离子注入角度分别对相应的所述晶圆进行离子注入；对所有经离子注入的晶圆进行热波测量，获得多个由离子注入角度和热波值组成的数据组；以所述离子注入角度为横坐标，且以所述热波值为纵坐标，基于所有的数据组进行高斯函数拟合，获得高斯拟合曲线；根据所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度，获得角度校准值，并对所述靶台装置进行角度校准。
在本申请实施例中，所述高斯拟合曲线的关系式如下：
在本申请实施例中，所述a的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值的差值；所述b的初值为所述数据组中最小热波值对应的离子注入角度；所述c的初值为所述数据组中最大热波值对应的离子注入角度与最小热波值对应的离子注入角度的差值；所述d的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值之间的任意值。
在本申请实施例中，采用最小二乘法或梯度下降法对所有的数据组、所述a的初值、所述b的初值、所述c的初值及所述d的初值进行拟合，获得所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。
在本申请实施例中，以所述晶圆表面的几何中心为原点，以经过所述原点且平行于水平面的直线为x轴，并以经过所述原点且垂直于所述x轴的直线为y轴；采用以x轴为对称轴的若干离子注入角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的在y轴方向的角度校准值。
在本申请实施例中，采用以y轴为对称轴的若干离子注入角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的在x轴方向的角度校准值。
在本申请实施例中，所述晶圆上包括缺角标记，所述缺角标记相对所述圆心的旋转角度为所述靶台装置的旋转角度；采用不同的所述旋转角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的旋转角度校准值。
在本申请实施例中，所述靶台装置在x轴方向或y轴方向的角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。
在本申请实施例中，所述靶台装置的旋转角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度与180°差值的绝对值。
在本申请实施例中，进行热波测量时，每片晶圆上的测量点数为至少三个，且同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值不超过0.2。
在本申请实施例中，若同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值超过0.2，则重新选择测量点。
在本申请实施例中，所述晶圆为硅<100>，且晶向误差不超过1°。
与现有技术相比，本申请技术方案考虑了注入离子深度在晶圆中符合高斯分布的特征，提出了一种基于高斯拟合函数进行离子注入角度校准的方法，能高精度拟合离子注入角度-热波值曲线，适合对不同能量段的离子注入机的platen装置进行x轴/y轴以及旋转角度的校准。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1为离子入射至晶圆表面的示意图；
图2为以x轴为对称轴的五个入射角度的分布情况；
图3为采用抛物线函数拟合获得的离子注入角度-热波值曲线；
图4为采用抛物线函数拟合获得的platen旋转角度-热波值曲线；
图5为本申请实施例的离子注入角度校准方法的流程图；
图6为实施例1中以离子注入角度为横坐标，热波值为纵坐标获得的数据散点图；
图7为实施例1中高斯拟合与抛物线拟合的对比图；
图8为实施例2中以离子注入角度为横坐标，热波值为纵坐标获得的数据散点图；
图9为实施例2中高斯拟合与抛物线拟合的对比图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
为了提高离子注入角度的准确性，需要对platen装置进行x轴/y轴以及旋转角度基准点的准确校准。参考图1，现对x轴/y轴及旋转角度进行定义，以被离子注入晶圆表面Si<100>的几何中心为原点O，以经过所述原点O且平行于水平面的直线为x轴，并以经过所述原点O且垂直于所述x轴的直线为y轴。所述晶圆表面Si<100>上还设置缺角标记notch，所述缺角标记notch相对所述圆心O的旋转角度为离子注入机台的靶台装置的旋转角度。图1中的θ为离子束方向与y轴方向的夹角，A为离子束注入面。
目前在进行platen装置的x轴/y轴以及旋转角度基准角的校准时，通过采用一系列不同离子注入角度对多片晶圆进行离子注入制程，得到不同离子注入角度下的热波值，再经抛物线拟合得到离子注入角度-热波值曲线，根据离子注入角度-热波值曲线判断离子注入的x轴/y轴基准角和platen旋转角是否发生漂移。
以x轴/y轴角度校准为例，对目前的中束流高能量机型的校准方法进行说明。选用10片晶圆，选取以x轴为对称轴的五个入射角度，分别是1°，0.5°，0°，-0.5°和-1°，图2为以x轴为对称轴的五个入射角度的分布情况，每个入射角度均对应一组角度坐标。作为示例(-1°，0°)，其中-1°表示离子束在x轴和晶圆法线构成的平面内，离子束入射方向在该平面投影相对法线的夹角，0°表示离子束在y轴和晶圆法线构成的平面内，离子束入射方向在该平面投影相对法线的夹角。再选取以y轴为对称轴的五个入射角度，分别是1°，0.5°，0°，-0.5°和-1°。经离子注入以及热波值量测后，以离子注入角度为横坐标，以热波值为纵坐标，采用抛物线函数拟合曲线，曲线中最低点所对应的角度就是轴向基准零点。platen旋转角度校准方法类似，其选用角度有区别，在带有一定tilt角度的前提下，例如分别选用旋转角度为178°，179°，180°，181°及182°进行离子注入。采用抛物线函数拟合获得的离子注入角度-热波值曲线如图3所示，platen旋转角度-热波值曲线如图4所示。
参考图3和图4，对中束流高能量的离子注入机的靶台装置进行角度校准时，采用抛物线拟合方法获得的离子注入角度-热波值曲线和platen旋转角度-热波值往往与实测的数据点具有很大的偏差，因此将曲线最低点对应的角度作为基准零点进行校准时，会有较大误差，降低了离子注入角度的校准精度。
基于此，本申请实施例提供一种离子注入角度校准方法，采用高斯拟合方法对离子注入角度进行校准计算，能够满足不同能量段离子束进行离子注入角度校准精度的要求。
参考图5，本申请实施例的离子注入角度校准方法，不仅可以用于大束流低能量的离子注入机的角度校准，还可以用于中束流高能量的离子注入机的角度校准，所述方法可以包括：
步骤S1：选取多片晶圆，并采用不同的离子注入角度分别对相应的所述晶圆进行离子注入；
步骤S2：对所有经离子注入的晶圆进行热波测量，获得多个由离子注入角度和热波值组成的数据组；
步骤S3：以所述离子注入角度为横坐标，且以所述热波值为纵坐标，基于所有的数据组进行高斯函数拟合，获得高斯拟合曲线；
步骤S4：根据所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度，获得角度校准值，并对所述靶台装置进行角度校准。
进行离子注入的晶圆为硅<100>，且晶向误差不超过1°，以提高校准精度。选择的不同离子注入角度与需要进行校准的角度有关，例如若要校准platen在y轴方向的角度时，采用以x轴为对称轴的若干离子注入角度；若要校准platen在x轴方向的角度时，采用以y轴为对称轴的若干离子注入角度；若要校准platen的旋转角度时，则固定platen在x轴方向和y轴方向的角度，而改变晶圆上的缺角标记相对圆心的旋转角度。
每一片晶圆对应其中一种离子注入角度进行离子注入制程。例如，选取以x轴为对称轴的五个入射角度时，相应的也应选取五片晶圆。选择的离子注入角度具有一定的梯度，一般情况下的离子注入角度梯度不超过1°为宜。作为示例，可选择以x轴为对称轴的1°，0.5°，0°，-0.5°和-1°。对晶圆进行离子注入制程时，除想要校准的角度之外，需控制其他的参数如掺杂离子的种类、浓度、注入能量等保持一致。
离子注入后对所有经离子注入的晶圆进行热波测量，使每个离子注入角度均对应一个热波值，获得若干由离子注入角度和相应热波值组成的数据组，所述数据组用于后续的高斯函数拟合。进行热波测量时，每片晶圆上至少有两个测量点。在一些实施例中，同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值不超过0.2，若同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值超过0.2，则重新选择测量点，以提高校准精度。在一些实施例中，可以以所述离子注入角度为横坐标，以所述热波值为纵坐标，获得数据散点图或者数据柱状图。
与目前采用抛物线拟合方法不同的是，本申请实施例采用高斯函数以所述离子注入角度为横坐标，以所述热波值为纵坐标，对所有的数据组进行高斯函数拟合，获得高斯拟合曲线。所述高斯拟合曲线的关系式如下：
在所述高斯拟合曲线的关系式中，X代表离子注入角度，Y代表离子注入角度为X时的热波值。a是与高斯分布峰高相关的参数，所述a的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值的差值。b是位于高斯分布中间位置的离子注入角度，所述b的初值为所述数据组中最小热波值对应的离子注入角度。c是与高斯分布的半峰宽相关的参数，所述c的初值为所述数据组中最大热波值对应的离子注入角度与最小热波值对应的离子注入角度的差值。d为高斯拟合的热波补偿参数，所述d的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值之间的任意值。
根据所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度，获得角度校准值，并对所述靶台装置进行角度校准。在本申请实施例中，可以采用最小二乘法或梯度下降法对所有的数据组、所述a的初值、所述b的初值、所述c的初值及所述d的初值进行拟合，拟合精度可达0.000001，获得所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。若进行离子注入制程时，采用的离子注入角度是以x轴为对称轴，则获得的角度校准值为所述靶台装置的在y轴方向的角度校准值，对所述靶台装置进行y轴方向的校准；若离子注入制程时采用的离子注入角度是以x轴为对称轴，则获得的角度校准值为所述靶台装置的在y轴方向的角度校准值，对所述靶台装置进行y轴方向的校准；若离子注入制程时采用的离子注入角度是以y轴为对称轴，则获得的角度校准值为所述靶台装置的在x轴方向的角度校准值，对所述靶台装置进行x轴方向的校准；若离子注入制程时改变的是所述靶台装置的旋转角度，则获得的角度校准值为所述靶台装置的旋转角度校准值，对所述靶台装置进行旋转角度的校准。其中，所述靶台装置在x轴方向或y轴方向的角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。所述靶台装置的旋转角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度与180°差值的绝对值。
实施例1
由于靶台装置的x轴和y轴角度校准方法类似，因此本实施例以y轴角度校准为例进行说明。选取五片晶圆，采用硼作为掺杂离子，注入能量为700KeV，选取以x轴为对称轴的五个离子注入角度(1°，0.5°，0°，-0.5°和-1°)进行离子注入制程，之后进行热波值测量，得到如表1所示的五组数据组，并且以离子注入角度为横坐标，热波值为纵坐标获得如图6所示的数据散点图。
表1热波值测量结果
| 离子注入角度 | 热波值 |
| -1° | 622 |
| -0.5° | 581 |
| 0° | 534 |
| 0.5° | 580 |
| 1° | 624 |
采用高斯函数拟合方法，以X表示离子注入角度，Y为对应的热波值，拟合公式如下：
根据五组数据，最大热波值与最小热波值的差值为44，并作为拟合公式中a的初值。计算最大热波值对应的离子注入角度与最小热波值对应的离子注入角度的差值为1，并作为拟合公式中c的初值。将最小热波值对应的离子注入角度0°作为b的初值。本申请实施例选择624作为d的初值。
对五组数据进行拟合求解，采用梯度下降法进行拟合，拟合精度为0.000001，得到相应的b值为0.001631，即0.001631°为platen装置Y轴的角度校准值。再采用同样的拟合精度对五组数据进行抛物线拟合求解，得到的拟合对比图可参见图7。由图7可见，本申请实施例的高斯函数拟合方法更适合靶台装置的y轴角度校准。
实施例2
选取五片晶圆，采用硼作为掺杂离子，注入能量为700KeV，在离子注入角度为35°的条件下，选取platen的五个旋转角度进行离子注入制程(178°，179°，180°，181°和182°)进行离子注入制程，之后进行热波值测量，得到如表2所示的五组数据组，并且以离子注入角度为横坐标，热波值为纵坐标获得如图8所示的数据散点图。
表2热波值测量结果
| 旋转角度 | 热波值 |
| 178° | 657 |
| 179° | 608 |
| 180° | 584 |
| 181° | 633 |
| 182° | 658 |
采用高斯函数拟合方法，以X表示离子注入角度，Y为对应的热波值，拟合公式如下：
根据五组数据，最大热波值与最小热波值的差值为74，并作为拟合公式中a的初值。计算最大热波值对应的离子注入角度与最小热波值对应的离子注入角度的差值为2，并作为拟合公式中c的初值。将最小热波值对应的离子注入角度180°作为b的初值。本申请实施例选择658作为d的初值。
对五组数据进行拟合求解，采用梯度下降法进行拟合，拟合精度为0.000001，得到相应的b值为179.7866，则platen装置旋转角度需要校准的值为0.2134°(180°-179.7866°)。再采用同样的拟合精度对五组数据进行抛物线拟合求解，得到的拟合对比图可参见图9。由图9可见，本申请实施例的高斯函数拟合方法更适合靶台装置的旋转角度校准。
综上所述，本申请实施例提出的基于高斯拟合函数进行离子注入角度校准计算的方法，考虑了注入离子深度在晶圆中符合高斯分布的特征，能高精度拟合离子注入角度-热波值曲线，适合不同能量段离子注入机的platen装置的x轴/y轴以及旋转角度校准。
在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本申请的示例性实施例的精神和范围内。应当理解，术语″包含″、″包含着″、″包括″或者″包括着″，在本申请文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
此外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。
Claims (12)
1.一种离子注入角度校准方法，其特征在于，用于对不同能量段的离子注入机的靶台装置进行角度校准，所述方法包括：
选取多片晶圆，并采用不同的离子注入角度分别对相应的所述晶圆进行离子注入；
对所有经离子注入的晶圆进行热波测量，获得多个由离子注入角度和热波值组成的数据组；
以所述离子注入角度为横坐标，且以所述热波值为纵坐标，基于所有的数据组进行高斯函数拟合，获得高斯拟合曲线；
根据所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度，获得角度校准值，并对所述靶台装置进行角度校准。
2.根据权利要求1所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述高斯拟合曲线的关系式如下：
其中，X为离子注入角度；Y为热波值；a是与高斯分布峰高相关的参数；b是位于高斯分布中间位置的离子注入角度；c是与高斯分布的半峰宽相关的参数；d为高斯拟合的热波补偿参数。
3.根据权利要求2所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述a的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值的差值；所述b的初值为所述数据组中最小热波值对应的离子注入角度；所述c的初值为所述数据组中最大热波值对应的离子注入角度与最小热波值对应的离子注入角度的差值；所述d的初值为所述数据组中最大热波值与最小热波值之间的任意值。
4.根据权利要求1所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，采用最小二乘法或梯度下降法对所有的数据组、所述a的初值、所述b的初值、所述c的初值及所述d的初值进行拟合，获得所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。
5.根据权利要求1所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，以所述晶圆表面的几何中心为原点，以经过所述原点且平行于水平面的直线为x轴，并以经过所述原点且垂直于所述x轴的直线为y轴；采用以x轴为对称轴的若干离子注入角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的在y轴方向的角度校准值。
6.根据权利要求4所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，采用以y轴为对称轴的若干离子注入角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的在x轴方向的角度校准值。
7.根据权利要求5所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述晶圆上包括缺角标记，所述缺角标记相对所述圆心的旋转角度为所述靶台装置的旋转角度；采用不同的所述旋转角度对相应的所述晶圆进行离子注入时，获得的角度校准值为所述靶台装置的旋转角度校准值。
8.根据权利要求5所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述靶台装置在x轴方向或y轴方向的角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度。
9.根据权利要求7所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述靶台装置的旋转角度校准值等于所述高斯拟合曲线中最低点对应的离子注入角度与180°差值的绝对值。
10.根据权利要求1所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，进行热波测量时，每片晶圆上的测量点数为至少三个，且同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值不超过0.2。
11.根据权利要求10所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，若同一晶圆上获得的测量数据的方差与均值的比值超过0.2，则重新选择测量点。
12.根据权利要求1所述的离子注入角度校准方法，其特征在于，所述晶圆为硅＜100＞，且晶向误差不超过1°。
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2021
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