CN116759325A - 用于监控离子注入剂量的阻值监控方法 - Google Patents

用于监控离子注入剂量的阻值监控方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，包括：提供试验片，试验片为未进行加工的晶圆；在对试验片进行离子注入之前，对试验片进行去氧热退火；自进行去氧热退火后的试验片的正面进行一次离子注入，且对正面进行一次离子注入后的试验片进行第一激活热退火；监控经过第一激活热退火的试验片的正面的方块电阻；将经过第一激活热退火的试验片进行翻面；自进行翻面后的试验片的背面进行二次离子注入，且对背面进行二次离子注入后的试验片进行第二激活热退火；监控经过第二激活热退火的试验片的背面的方块电阻。在本申请中，去氧热退火将试验片内的间隙氧减少，间隙氧的消除可以有效减少其导致的试验片的正面与背面的阻值差异。

Description

用于监控离子注入剂量的阻值监控方法
技术领域
本申请涉及集成电路生产制造技术领域，特别是涉及一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法。
背景技术
在传统的离子注入工艺制程中，通常需要先对试验片进行离子注入，并在离子注入后进行热退火，然后量测试验片的进行离子注入的表面的方块电阻，从而对离子注入机的离子注入剂量进行监控。然后，根据对离子注入机的离子注入剂量监控的结果，再对工艺片进行离子注入。
同时，因为测量过方块电阻的试验片无法直接作为工艺片使用，而是通常需要送去报废或者研磨。为了减少试验片使用成本，通常可以将试验片翻面使用。但是，将试验片翻面使用时，存在同样的离子注入条件下，通过试验片的正面与背面进行监控时，获取的方块电阻的阻值差异较大，从而导致对离子注入机的离子注入剂量的监控结果不一致，进而影响工艺制程。
发明内容
基于此，有必要针对传统的将试验片翻面使用时，正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异较大，影响对离子注入机的离子注入剂量的监控的问题提供一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法。
为了实现上述目的，本申请提供了一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，包括：
提供试验片，所述试验片为未进行加工的晶圆；
在对所述试验片进行离子注入之前，对所述试验片进行去氧热退火；
自进行去氧热退火后的所述试验片的正面进行一次离子注入，且对正面进行一次离子注入后的所述试验片进行第一激活热退火；
监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻；
将经过所述第一激活热退火的所述试验片进行翻面；
自进行所述翻面后的所述试验片的背面进行二次离子注入，且对背面进行二次离子注入后的所述试验片进行第二激活热退火；
监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻；
所述去氧热处理过程包括：将试验片快速加热至去氧温度，在去氧温度下维持去氧时间，最后将试验片进行降温，使得试验片降至室温，所述去氧温度大于等于1000℃，所述去氧时间包括30s至60s。
在其中一个实施例中，监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻，包括：
将所述试验片的正面划分为多个正面区域；
分别检测所述多个正面区域的方块电阻；
监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻，包括：
将所述试验片的背面划分为多个背面区域；
分别检测所述多个背面区域的方块电阻。
在其中一个实施例中，所述分别检测所述多个正面区域的方块电阻之后，还包括：
根据所述多个正面区域的方块电阻，获取各个正面区域的离子注入剂量；
当各个正面区域的离子注入剂量相近，所述一次离子注入剂量的均一性较好。
在其中一个实施例中，所述分别检测所述多个背面区域的方块电阻之后，还包括：
根据所述多个背面区域的方块电阻，获取各个背面区域的离子注入剂量；
当各个背面区域的离子注入剂量相近，所述二次离子注入剂量的均一性较好。
在其中一个实施例中，所述去氧热退火的温度为1000℃至1200℃，所述第一激活热退火的温度为800℃至1000℃，所述第二激活热退火的温度为800℃至1000℃。
在其中一个实施例中，所述去氧热退火的温度等于所述第一激活热退火的温度。
在其中一个实施例中，所述去氧热退火的温度等于所述第二激活热退火的温度。
在其中一个实施例中，通过四探针检测方法，监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻。
在其中一个实施例中，通过四探针检测方法，监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻。
上述用于监控离子注入剂量的阻值监控方法中，试验片来料使用前，增加了去氧热退火，去氧热退火在离子注入前，将试验片正面与背面的间隙氧消除或者接近消除。间隙氧的消除，使得进行一次离子注入前试验片正面的间隙氧含量与进行二次离子注入前试验片背面的间隙氧含量相同或者接近相同。因此，此时，在相同的离子注入条形下，获取的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异可以被有效降低。应用试验片的正面与背面对离子注入机的离子注入剂量进行监控时，获取的监控结果可以保持一致，进而可以有效减小对工艺制程的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中提供的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法的流程图；
图2为一实施例中提供的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法的流程示意图；
图3为一实施例中提供的直拉单晶硅中间隙氧的原子结构示意图；
图4为一实施例中提供的间隙氧对电阻率的影响的示意图；
图5为一实施例中提供的N型试验片传统方法与本方法两种情况下，正面方块电阻与背面方块电阻的差异示意图；
图6为一实施例中提供的P型试验片传统方法与本方法两种情况下，正面方块电阻与背面方块电阻的差异示意图；
图7为一实施例中提供的应用四探针检测方法检测方块电阻的示意图。
附图标记说明：100-试验片，110-正面，120-背面。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本申请的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。
如背景技术所言，在同样的离子注入条件下，通过试验片的正面与背面进行监控时，获取的方块电阻差异较大，从而导致对离子注入机的离子注入剂量的监控结果不一致，从而影响工艺制程。
经发明人研究发现，出现上述问题的原因在于：
试验片的材料可以为单晶硅。单晶硅可以采用直拉法进行制作而成，然而应用直拉法进行制作时，会因石英坩埚的污染引入氧杂质，氧杂质进入单晶硅形成间隙氧。请参阅图3，该图为间隙氧存在于直拉单晶硅的原子结构中的示意图。请参阅图4，试验片中间隙氧会形成多余的电子，进而对试验片的电阻产生线性影响。
传统方法中，试验片来料后，直接对未进行加工的试验片的正面进行离子注入，然后进行热退火激活并量测正面方块电阻。而此时激活时进行的热退火会减少试验片表面的间隙氧，从而使得此时试验片背面的间隙氧同对其正面进行离子注入前正面的间隙氧含量不同。
因此，将试验片翻面，在同样的离子注入条件下，对其背面进行离子注入并激活后，量测的背面方块电阻与对正面方块电阻差异较大，从而导致对离子注入机的离子注入剂量的监控结果不一致，从而影响工艺制程。
基于此，本申请实施例提供一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法。在一个实施例中，请参阅图1以及图2，提供一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，包括：
步骤S100，提供试验片100，试验片100为未进行加工的晶圆；
步骤S200，在对试验片100进行离子注入之前，对试验片100进行去氧热退火；
步骤S300，自进行去氧热退火后的试验片100的正面110进行一次离子注入，且对正面110进行一次离子注入后的试验片100进行第一激活热退火；
步骤S400，监控经过第一激活热退火的试验片100的正面方块电阻；
步骤S500，将经过第一激活热退火的试验片100进行翻面；
步骤S600，自进行翻面后的试验片100的背面120进行二次离子注入，且对背面120进行二次离子注入后的试验片100进行第二激活热退火；
步骤S700，监控经过第二激活热退火的试验片100的背面方块电阻。
作为示例，本申请的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法可以应用在离子注入机的日常工作中。
在步骤S100中，请参阅图2中的（a）图，试验片100是未进行加工的晶圆，可以理解的，此时试验片100未进行离子注入。
作为示例，试验片100可以包括N型试验片以及P型试验片。
试验片100可以设有正面110以及背面120，可以将进行一次离子注入的试验片100的表面作为试验片100的正面110，此时，将进行二次离子注入的试验片100的表面作为试验片100的背面120。在此并不限制试验片100的数量，试验片100的数量可以为一个，也可以为多个，具体可以同注入离子的种类数量相同。
在步骤S200中，请参阅图2中的（b）图，在对试验片100进行离子注入之前，对其进行去氧热退火。去氧热退火可以减少试验片100表面的间隙氧（oxygen donor），具体地，去氧热退火可以消除或接近消除试验片100正面110以及背面120的间隙氧。
作为示例，去氧热退火过程包括：将试验片100快速加热至去氧温度，然后在去氧温度下维持去氧时间，最后将试验片100进行降温，使得晶圆降至室温。去氧时间包括30s至60s。
在步骤S300中，请参阅图2中的（c）图，自进行去氧热退火后的试验片100的正面110进行一次离子注入，并且将上述进行一次离子注入后的试验片100进行第一激活热退火。
在此并不限制进行注入的离子种类。不同离子注入工艺可能会注入不同的离子，因此对注入不同离子的工艺片进行离子注入之前，可以采用对不同的试验片100进行相应的监控。
对试验片100进行第一激活热退火，第一激活热退火用于激活注入的离子，进行推阱。作为示例，第一激活热退火过程包括：将试验片100快速加热至第一激活温度，然后在第一激活温度下维持第一激活时间，最后将试验片100进行降温，使得晶圆降至室温。第一激活时间可以大于30s。
作为示例，去氧热退火的温度（去氧温度）与第一激活热退火的温度（第一激活温度）可以相同，也可以不同。
在步骤S400中，请参阅图2中的（d）图，监控经过第一激活热退火的试验片100的正面方块电阻。方块电阻可以直接反应试验片100的正面110进行离子注入的注入剂量，方块电阻的阻值同离子注入的注入剂量成正比。
在步骤S500中，请参阅图2中的（e）图，将试验片100进行翻面时，可以利用分选机（Sorter）的翻片功能对试验片100进行翻片。
在步骤S600中，请参阅图2中的（f）图，自进行翻面后的试验片100的背面120进行二次离子注入，并且将上述进行二次离子注入后的试验片100进行第二激活热退火。
对试验片100进行第二激活热退火，第二激活热退火用于激活注入的离子，进行推阱。作为示例，第二激活热退火过程包括：将试验片100快速加热至第二激活温度，然后在第二激活温度下维持第二激活时间，最后将试验片100进行降温，使得晶圆降至室温。第二激活时间可以大于30s。
作为示例，去氧热退火的温度（去氧温度）与第二激活热退火的温度（第二激活温度）可以相同，也可以不同。
在步骤S700中，请参阅图2中的（g）图，监控经过第二激活热退火的试验片100的背面方块电阻。方块电阻可以直接反应试验片100的背面120进行离子注入的注入剂量，方块电阻的阻值同离子注入的注入剂量成正比。
请参阅图5，图中展示了N型试验片传统方法与本实施例方法两种情况下，试验片100两面均用于离子注入监控时，在相同的离子注入条形下，获取的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异，其中，A表示传统方法中获取的试验片100（即在离子注入前未进行去氧热退火的试验片100）的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异，B表示本实施例方法中获取的试验片100（即在离子注入前进行去氧热退火的试验片100）正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异。请参阅图6，图中展示了P型试验片传统方法与本实施例方法两种情况下，试验片100两面均用于离子注入监控时，在相同的离子注入条件下，获取的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异，其中，A表示传统方法中获取的试验片100（即在离子注入前未进行去氧热退火的试验片100）的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异，B表示本实施例方法中获取的试验片100（即在离子注入前进行去氧热退火的试验片100）正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异。
由此可知，去氧热退火显著减少了试验片100两面均用于离子注入监控时，在相同的离子注入条形下，获取的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异。
在本实施例中，试验片100来料使用前，增加了去氧热退火，去氧热退火在离子注入前，将试验片100正面110与背面120的间隙氧消除或者接近消除。间隙氧的消除，使得进行一次离子注入前试验片100正面的间隙氧含量与进行二次离子注入前试验片100背面的间隙氧含量相同或者接近相同。因此，此时，在相同的离子注入条形下，获取的正面方块电阻与背面方块电阻的阻值差异可以被有效降低。应用试验片的正面110与背面120对离子注入机的离子注入剂量进行监控时，获取的监控结果可以保持一致，进而可以有效减小对工艺制程的影响。
在一个实施例中，步骤S400包括：
步骤S410，将试验片100的正面110划分为多个正面区域；
步骤S420，分别检测多个正面区域的方块电阻；
步骤S700包括：
步骤S710，将试验片100的背面120划分为多个背面区域；
步骤S720，分别检测多个背面区域的方块电阻。
在步骤S410中，将试验片100的正面110划分为多个正面区域，多个表示两个或者两个以上。作为示例，可以将试验片100的正面110划分为49个正面区域。
在步骤S420中，分别检测多个正面区域的方块电阻，进而反应各个正面区域的离子注入剂量。
作为示例，在步骤S420之后，还包括：步骤S430，根据多个正面区域的方块电阻，确定一次离子注入剂量的均一性。当各个正面区域的方块电阻的阻值相近时，各个正面区域的离子注入剂量相近，此时试验片100正面110进行的一次离子注入的均一性较好。
在步骤S710中，将试验片100的背面120划分为多个背面区域，多个表示两个或者两个以上。作为示例，可以将试验片100的背面划分为49个背面区域。
在步骤S720中，分别检测多个背面区域的方块电阻，进而反应各个背面区域的离子注入剂量。
作为示例，在步骤S720之后，还包括：步骤S730，根据多个背面区域的方块电阻，确定二次离子注入剂量的均一性。当各个背面区域的方块电阻的阻值相近时，各个背面区域的离子注入剂量相近，此时试验片100背面120进行的二次离子注入的均一性较好。
在一个实施例中，步骤S200包括：
步骤S210，于大于等于1000℃的温度条件下，对试验片100进行去氧热退火。
去氧热退火过程包括：将试验片100快速加热至大于等于1000℃的去氧温度，然后在该去氧温度下维持去氧时间，最后将试验片100进行降温，使得晶圆降至室温。去氧时间可以为30s至60s。去氧热退火的温度越高，去氧热退火对于试验片100的间隙氧的消除效果越好。
作为示例，去氧热退火的温度（去氧温度）可以设置为1000℃至1200℃，第一激活热退火的温度（第一激活温度）可以设置为800℃至1000℃，第二激活热退火的温度（第二激活温度）可以设置为800℃至1000℃。
在一个实施例中，通过四探针检测方法，监控经过第一激活热退火的试验片100的正面方块电阻。
在一个实施例中，通过四探针检测方法，监控经过第二激活热退火的试验片100的背面方块电阻。
作为示例，请参阅图7，四探针检测方法包括：
步骤S810，提供四个探针，在第一方向上，四个探针依次排列。
可以理解的是，四个探针在与第一方向垂直的第二方向上，四个探针的坐标可以不同，也可以相同，在此不做限制。例如，请参阅图7，四个探针可以呈梯形排列。或者，四个探针也可以在排列在沿第一方向延伸的一条直线上。
步骤S820，使四个探针与待测表面接触。
具体地，在监控经过第一激活热退火的试验片100的正面方块电阻时，可以使得四个探针分别与试验片100的正面110相接触。在监控经过第二激活热退火的试验片100的背面方块电阻时，可以使得四个探针分别与试验片的背面120相接触。在对试验片100的多个正面区域分别进行方块电阻的检测时，可以使得四个探针分别同各个正面区域相接触。在对试验片100的多个背面区域分别进行方块电阻的检测时，可以使得四个探针分别同各个背面区域相接触。
步骤S830，在四个探针中，获取在第一方向上位于内侧的两个探针间的电压，且获取在第一方向上位于外侧的两个探针间的电流。
具体地，可以获取四个探针中位于内侧的两个探针（例如，探针A与探针B）的电压；获取四个探针中位于外侧的两个探针（例如，探针C与探针D）的电流。
步骤S840，根据位于内侧的两个探针间的电压以及位于外侧的两个探针间的电流以及探针之间距离，计算待测表面的方块电阻。
在此并不对方块电阻的具体计算步骤进行赘述，本领域的技术人员可以根据本领域的知识进行计算。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，包括：
提供试验片，所述试验片为未进行加工的晶圆；
在对所述试验片进行离子注入之前，对所述试验片进行去氧热退火；
自进行去氧热退火后的所述试验片的正面进行一次离子注入，且对正面进行一次离子注入后的所述试验片进行第一激活热退火；
监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻；
将经过所述第一激活热退火的所述试验片进行翻面；
自进行所述翻面后的所述试验片的背面进行二次离子注入，且对背面进行二次离子注入后的所述试验片进行第二激活热退火；
监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻；
所述去氧热处理过程包括：将试验片快速加热至去氧温度，在去氧温度下维持去氧时间，最后将试验片进行降温，使得试验片降至室温，所述去氧温度大于等于1000℃，所述去氧时间包括30s至60s。
2.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，
监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻，包括：
将所述试验片的正面划分为多个正面区域；
分别检测所述多个正面区域的方块电阻；
监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻，包括：
将所述试验片的背面划分为多个背面区域；
分别检测所述多个背面区域的方块电阻。
3.根据权利要求2所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，所述分别检测所述多个正面区域的方块电阻之后，还包括：
根据所述多个正面区域的方块电阻，获取各个正面区域的离子注入剂量；
当各个正面区域的离子注入剂量相近，所述一次离子注入剂量的均一性较好。
4.根据权利要求2所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，所述分别检测所述多个背面区域的方块电阻之后，还包括：
根据所述多个背面区域的方块电阻，获取各个背面区域的离子注入剂量；
当各个背面区域的离子注入剂量相近，所述二次离子注入剂量的均一性较好。
5.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，所述去氧热退火的温度为1000℃至1200℃，所述第一激活热退火的温度为800℃至1000℃，所述第二激活热退火的温度为800℃至1000℃。
6.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，所述去氧热退火的温度等于所述第一激活热退火的温度。
7.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，所述去氧热退火的温度等于所述第二激活热退火的温度。
8.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，通过四探针检测方法，监控经过所述第一激活热退火的所述试验片的正面方块电阻。
9.根据权利要求1所述的用于监控离子注入剂量的阻值监控方法，其特征在于，通过四探针检测方法，监控经过所述第二激活热退火的所述试验片的背面方块电阻。
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