CN116779464A - 一种监控氢注入工艺稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，包括以下步骤：制备具有目标离子浓度区的控片衬底，所述控片衬底的导电类型为P型，所述目标离子浓度区的导电类型为N型；对所述目标离子浓度区进行氢注入工艺，以形成氢注入区；对所述控片衬底进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性，该方法易于实现，且可以快速对氢注入工艺的变化准确监控，还可以提高氢注入机台生产效率，减少由于热波导致的氢注入机台不必要的宕机。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种监控氢注入工艺稳定性的方法。
背景技术
热波(Thermal-Wave)是用于测试离子注入后晶格结构损伤的技术。当前通过热波来显示并监控氢注入机台在氢注入工艺的参数(能量、剂量和角度)稳定性。该监控方法包括：提供样品衬底，在样品衬底中进行氢注入工艺，再采用热波仪量测晶格损伤。上述测试方法已经较为成熟，且流程较为简单。
但是，由于氢原子质量轻(氢原子质量为1)，在氢注入时能量和剂量的变化引起的热波损伤值较小，同时由于显示监控敏感度低，这就使得氢离子注入机台的问题无法及时被察觉，从而存在影响产品良率的风险；在角度(即离子注入角度)为0°(离子束与垂直于样品衬底表面的方向夹角为0°)时，由于受到隧穿效应的影响较大，在角度发生轻微变化时会导致热波损伤值变化较大(即噪音较大)，例如热波损伤值达到+/-10％的变化率，该噪音淹没并覆盖了机台的问题造成的热波损伤值变化(即有效数据无法捕捉)，从而使得无法有效地监控氢注入机台的氢注入制程，且监控准确性低，甚至造成氢注入机台发生宕机，从而影响了氢注入机台跑货效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，可以有效地监控氢注入制程，并提高监控准确性，还提高氢注入机台跑货效率。
为了解决以上问题，本发明提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，包括以下步骤：
制备具有目标离子浓度区的控片衬底，所述控片衬底的导电类型为P型，所述目标离子浓度区的导电类型为N型；
对所述目标离子浓度区进行氢注入工艺，以形成氢注入区；
对所述控片衬底进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性。
可选的，制备具有目标离子浓度区的控片衬底的步骤具体包括：
提供控片衬底；
对所述控片衬底进行高能注入工艺，以形成目标离子浓度区；
对所述控片衬底执行退火工艺。
可选的，所述控片衬底为＜100＞晶向的P型硅衬底。
进一步的，所述控片衬底的电阻率为0～100Ω·m。
进一步的，所述高能注入工艺的参数为：注入离子为磷离子，能量为700KeV，剂量为5E13，角度为7°。
进一步的，所述退火工艺为快速热退火工艺。
进一步的，所述快速热退火参数具体为：温度为1100℃，时间为20秒。
可选的，所述氢注入工艺的参数具体为：能量为400KeV，剂量为1E14，角度为7°。
可选的，判断氢注入工艺稳定性的方法包括：
根据所述方块电阻和氢注入工艺参数建立关系式，其中，所述氢注入工艺参数包括氢注入工艺的能量、剂量和角度；
将实测所述方块电阻以及根据所述关系式计算出的所述方块电阻来判断所述氢注入工艺的稳定性是否符合要求。
进一步的，判断氢注入工艺的稳定性是否符合要求的方法包括：
计算出的所述方块电阻与实测的所述方块电阻差值的绝对值，与计算出的所述方块电阻相比较，以获得最终取值；
将所述最终取值与预设阈值进行比较，并在所述最终取值小于所述预设阈值时判定所述氢注入工艺的稳定性符合要求。
进一步的，当所述能量和剂量的取值固定时，所述角度和方块电阻之间能建立线性关系式；
当所述剂量和角度的取值固定时，所述能量和方块电阻之间能建立线性关系式；
当所述能量和角度的取值固定时，所述剂量和方块电阻之间能建立线性关系式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，包括以下步骤：制备具有目标离子浓度区的控片衬底，所述控片衬底的导电类型为P型，所述目标离子浓度区的导电类型为N型；对所述目标离子浓度区进行氢注入工艺，以形成氢注入区；对所述控片衬底进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性，该方法易于实现，且可以快速对氢注入工艺的变化准确监控，还可以提高氢注入机台生产效率，减少由于热波导致的氢注入机台不必要的宕机。进一步的，由于氢注入的参数对方块电阻的影响是线性的，可以更加快速对氢注入工艺的变化准确监控。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种监控氢注入工艺稳定性的方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例在磷离子注入工艺后的结构示意图；
图3为本发明一实施例在氢注入工艺后的结构示意图；
图4为本发明一实施例的方块电阻与氢注入时的能量之间的离散图；
图5为本发明一实施例的方块电阻与氢注入时的剂量之间的离散图；
图6为本发明一实施例的方块电阻与氢注入时的角度之间的离散图。
其中，10-控片衬底；20-目标离子浓度区；30-氢注入区。
具体实施方式
以下将对本发明的一种监控氢注入工艺稳定性的方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例提供的一种监控氢注入工艺稳定性的方法的流程示意图。如图1所示，本实施例提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤S10：制备具有目标离子浓度区的控片衬底，所述控片衬底的导电类型为P型，所述目标离子浓度区的导电类型为N型；
步骤S20：对所述目标离子浓度区进行氢注入工艺，以形成氢注入区；
步骤S30：对所述控片衬底进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性。
以下结合图2-图6对本实施例提供的监控氢注入工艺稳定性的方法进行详细说明。
如图2所示，首先执行步骤S10，制备具有目标离子浓度区20的控片衬底10，所述控片衬底10的导电类型为P型，所述目标离子浓度区20的导电类型为N型。
本步骤具体包括：
首先，提供控片衬底10，所述控片衬底10为＜100＞晶向的P型硅衬底，且所述控片衬底10的电阻率为0～100Ω·m。
接着，对所述控片衬底10进行高能注入工艺，以形成高能注入区，所述高能注入区从所述控片衬底10的表面向所述控片衬底10中延伸，使得从控片衬底10的表面向控片衬底10中第一预设厚度的控片衬底10中形成高能注入区。
其中，该高能注入区导电类型为N型离子，例如是磷离子，使得N型离子达到目标浓度的高能注入区即为目标离子浓度区20。
接着，对所述控片衬底10执行退火工艺，例如执行快速热退火工艺，以对所述高能注入工艺造成的晶格损坏进行修复，同时优化所述高能注入区中磷离子的分布，还赋予了控片衬底10一定的电阻率。
如图3所示，接着执行步骤S20，对所述目标离子浓度区20进行氢注入工艺，以形成氢注入区30，本步骤使得经过氢注入工艺的控片衬底10中形成了pn结。所述氢注入区30从所述控片衬底10的表面向所述控片衬底10中延伸，使得从控片衬底10的表面向控片衬底10中第二预设厚度的控片衬底10中形成氢注入区30。
在本步骤中，所述氢注入区30至少与所述目标离子浓度区20的大部分区域重叠，详细的，所述氢注入区30可以沿厚度方向与所述目标离子浓度区20的大部分区域重叠，此时，所述第二预设厚度小于第一预设厚度，即所述氢注入区30的深度小于所述目标离子浓度区20的深度；所述氢注入区30还可以与所述目标离子浓度区20完全重叠，此时，所述第二预设厚度等于第一预设厚度，即所述氢注入区30的深度等于所述目标离子浓度区20的深度；所述氢注入区30还可以与所述目标离子浓度区20完全重叠后，还与所述目标离子浓度区20下方的控片衬底10具有重叠区域，且此时所述第二预设厚度略大于第一预设厚度，即所述氢注入区30的深度略大于所述目标离子浓度区20的深度。
接着执行步骤S30，对所述控片衬底10进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性。
本步骤具体包括：
首先，对所述控片衬底10进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻。本步骤采用当前的四探针方块电阻测量方法进行即可，因此，此处不对其进行赘述。
接着，根据所述方块电阻和氢注入工艺参数(即氢注入工艺的能量、剂量和角度)建立关系式；
接着，根据以上步骤获得的实测所述方块电阻、关系式中计算出的所述方块电阻来判断氢注入工艺的稳定性是否符合要求。详细的，根据以上步骤获得的关系式获得计算出的方块电阻，所述计算出的方块电阻与实测所述方块电阻差值的绝对值与所述计算出的方块电阻相比较，以获得最终取值(即一百分比)，并将最终取值与预设阈值进行比较，当最终取值小于所述预设阈值时，则氢注入工艺的稳定性符合要求，当最终取值不小于所述预设阈值时，则氢注入工艺的稳定性不符合要求，从而实现了对氢注入工艺稳定性的判断。
以下针对所述氢注入工艺稳定性的方法进行举例说明：
首先，提供一P型控片衬底；再对所述控片衬底10进行高能注入工艺，以形成N型目标离子浓度区20，其中，所述高能注入工艺的参数为：注入离子为磷离子,能量为700KeV，剂量为5E13，角度为7°；再对所述控片衬底10执行快速热退火工艺，其中，快速热退火参数具体为：温度为1100℃，时间为20秒。
接着，对所述目标离子浓度区20进行氢注入工艺，以形成氢注入区30。其中，氢注入参数具体为：能量为400KeV，剂量为1E14，角度为7°。
接着，对所述控片衬底10进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻。再根据所述方块电阻和氢注入工艺参数建立关系式。
详细的，定义氢注入的剂量和角度固定时，如图4所示，图中x轴为氢注入的能量，y轴为方块电阻，由于R2＝0.9786，即R2取值大于0.95，此时，氢注入的能量对方块电阻的影响是线性的，也就是说，所述方块电阻与氢注入的能量之间可以建立线性关系，即y＝1.4168x+1300.8；再根据以上关系式获得计算出的方块电阻，所述计算出的方块电阻与实测所述方块电阻差值的绝对值与所述计算出的方块电阻相比较，以获得最终取值，并将最终取值与预设阈值进行比较。
定义氢注入的能量和角度固定时，如图5所示，图中x轴为氢注入的剂量，y轴为方块电阻，由于R2＝0.9992，即R2取值大于0.95，此时，氢注入的剂量对方块电阻的影响是线性的，也就是说，方块电阻与氢注入的剂量之间可以建立线性关系，即y＝1E-12x+621.33；再根据以上关系式获得计算出的方块电阻，所述计算出的方块电阻与实测所述方块电阻差值的绝对值与所述计算出的方块电阻相比较，以获得最终取值，并将最终取值与预设阈值进行比较。
定义氢注入的能量和剂量固定时，如图6所示，图中x轴为氢注入的角度，y轴为方块电阻，由于R2＝0.9622，即R2取值大于0.95，此时，氢注入的角度对方块电阻的影响是线性的，也就是说，方块电阻与氢注入的角度之间可以建立线性关系，即y＝6.09x+766.02。再根据以上关系式获得计算出的方块电阻，所述计算出的方块电阻与实测所述方块电阻差值的绝对值与所述计算出的方块电阻相比较，以获得最终取值，并将最终取值与预设阈值进行比较。
本发明提供一种监控氢注入工艺稳定性的方法，易于实现，且可以快速对氢注入工艺的变化准确监控，还可以提高氢注入机台生产效率，减少由于热波导致的氢注入机台不必要的宕机。进一步的，由于氢注入的参数对方块电阻的影响是线性的，可以更加快速对氢注入工艺的变化准确监控。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (11)
1.一种监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备具有目标离子浓度区的控片衬底，所述控片衬底的导电类型为P型，所述目标离子浓度区的导电类型为N型；
对所述目标离子浓度区进行氢注入工艺，以形成氢注入区；
对所述控片衬底进行四探针方块电阻测量，以获得方块电阻，并根据所述方块电阻和氢注入工艺的工艺参数判断氢注入工艺稳定性。
2.如权利要求1所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，制备具有目标离子浓度区的控片衬底的步骤具体包括：
提供控片衬底；
对所述控片衬底进行高能注入工艺，以形成目标离子浓度区；
对所述控片衬底执行退火工艺。
3.如权利要求1或2所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述控片衬底为＜100＞晶向的P型硅衬底。
4.如权利要求1或2所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述控片衬底的电阻率为0～100Ω·m。
5.如权利要求2所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述高能注入工艺的参数为：注入离子为磷离子，能量为700KeV，剂量为5E13，角度为7°。
6.如权利要求2所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述退火工艺为快速热退火工艺。
7.如权利要求6所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述快速热退火参数具体为：温度为1100℃，时间为20秒。
8.如权利要求1所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，所述氢注入工艺的参数具体为：能量为400KeV，剂量为1E14，角度为7°。
9.如权利要求1所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，判断氢注入工艺稳定性的方法包括：
根据所述方块电阻和氢注入工艺参数建立关系式，其中，所述氢注入工艺参数包括氢注入工艺的能量、剂量和角度；
将实测所述方块电阻以及根据所述关系式计算出的所述方块电阻来判断所述氢注入工艺的稳定性是否符合要求。
10.如权利要求9所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，判断氢注入工艺的稳定性是否符合要求的方法包括：
计算出的所述方块电阻与实测的所述方块电阻差值的绝对值，与计算出的所述方块电阻相比较，以获得最终取值；
将所述最终取值与预设阈值进行比较，并在所述最终取值小于所述预设阈值时判定所述氢注入工艺的稳定性符合要求。
11.如权利要求9所述的监控氢注入工艺稳定性的方法，其特征在于，
当所述能量和剂量的取值固定时，所述角度和方块电阻之间能建立线性关系式；
当所述剂量和角度的取值固定时，所述能量和方块电阻之间能建立线性关系式；
当所述能量和角度的取值固定时，所述剂量和方块电阻之间能建立线性关系式。
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