DD301837A9 - Verfahren zur Dosis-Sofortkontrolle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosis-Sofortkontrolle von Niedrigdosis-Ionenimplantationen von schweren Ionen mittels Schichtwiderstandsmessung, wobei nach der Vorimplantation und dem Aktivierungstempern sowie dem Oxidätzen eine Temperatur-Zeit-Belastung durchgeführt wird, wobei der Abbau der Dotandenanreicherung an der Oberfläche, der Siliziumscheibe erfolgt, noch vor dem ersten Einsatz der Kontrollscheibe.{Verfahren; Sofortkontrolle; Ionenimplantation; Oxidschicht; Schichtwiderstandsmessung; Ionen schwer; Kontrollscheibe; Siliziumscheibe}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sofortigen Kontrolle der ordnungsgemäßen Durchführung von lonenimplantations-Teilschritten mittels Schichtwidorstandsmessung, wobei der Einbau der Atome in ein Halbleitermaterial zum Zweck der Herstellung diskreter oder integrierter Halbleiteranordnungen dient.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der Anwendung der Ionenimplantation zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente werden Ionen (Dotanden, aber auch nichtdotierende Elemente) aus einem geeigneten Quellenmaterial erzeugt, auf eine gewünschte Energie beschleunigt und in das Halbleitermaterial eingeschossen. In einem oberflächennahen Bereich werden die Ionen deponiert und - sofern sie zur Dotierung dienen sollen - durch eine anschließende Hochtemperaturbehandlung elektrisch aktiviert.

Im Mittel- und Hochdosisbereich ist die Prozeßkontrolle im Anschluß an die Aktivierung mittels Schichtwiderstandsmessung problemlos möglich.

Zur Kontrolle von Niedrigdosisimplantationen (ca. 10¹⁰... 5 · 10¹²cm~²) stellte Markert (ECS-Spring Meeting Sa , Francisco 1983) die Methode der Doppelimplantation vor.

Das Verfahren basiert auf der Realisierung eines Schichtwiderstandes R₉₁ einer pn-isolierten Schicht durch (Vor-) Implantation und Aktivierungstemperung sowie der Beeinflussung (Erhöhung) dieses Widerstandes auf einen Wert R,? durch Wirkung des Strahlenschadens einer zweiten, nicht zu aktivierenden (Test-) Implantation. Mit zunehmender Dosis dieser zweiten Implantation steigen der Grad der Strahlenschädigung und somit der R_<2-Wert. Dieser R,₂-Weri (bzw. die Differenz AR = R,₂ - R,,)wirddann mit dem aus einer entsprechenden Steuerkurve zu entnehmenden Soll-Wert verglichen.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die beschriebenen Testscheiben mehrfach zu verwenden. Voraussetzung dafür ist, daß

- nach der R,₂-Messung eine Temperung zur Ausheilung des Strahlenschadens erfolgt und somit der gleiche R,i-Wert wiederhergestellt wird;

- die Dosiswerte der Vor- und Testimplantation hinreichend verschieaen sind und

- die Ausheiltemperung bei ausreichend niedrigerer Temperatur erfolgt als die Aktivierungstemperung.

Auf eine Reihe von grundsätzlichen Problemen bei der Nutzung der von ihm vorgeschlagenen Verfahrensweise weist schon Markert hin. Darüber hinaus werden in DD 265263 insbesondere die Probleme hinsichtlich schlechter Homogenität und Reproduzierbarkeit bei der Kontrolle der Implantation schwerer Ionen genannt.

Eine wesentliche Verbesserung speziell der R.-Homogenität/Scheibe wird dort erreicht, indem auch der zu kontrollierende Implantationsschritt durch ein Streuoxid erfolgt. Dies erfordert jedoch einen höheren Aufwand (Fotolithografie vor der Implantation bzw. Lackentfernung/Oxidätzen nach der Implantation) und schließt eine Sofortkontrolle wie auch eine mehrfache Nutzung der Testscheibe praktisch aus.

Der Mehrfacheinsatz entsprechender Kontrollscheiben war bei der Implantation schwerer Ionen (z. B. As) insbesondere auch deshalb bisher nicht möglich, da im Ergebnis der nach jedem Einsatz erforderlichen Ausheiltemperung ein Ansteigen von R₅, und somit auch R_s2 um bis zu 10% nach nur wenigen Einsätzen zu verzeichnen ist und so die erforderliche Reproduzierbarkeit nicht erreicht wird.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Kontrolle von Niedrigdosisimplantationen schwerer Elemente, wobei für die präparierten Kontrollscheiben die erforderliche Reproduzierbarkeit und Homogenität gewährleistet wird und eine Mehrfachnutzung dieser Scheiben möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Verfahren der Kontrolle von Niedrigdosisimplantationen mittels Doppelimplantation so zu verändern, daß der bei Einsatz schwerer Ionen auftretende Drifteffekt der R,-Wertθ vermieden wird. Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst auf einer p-leitenden Halbleiterscheibe eine dünne Oxidschicht aufgebracht. Mittels Implantation eines Dotanden (bevorzugt des zu kontrollierenden) durch diese Oxidschicht und anschließende Aktivierungstemperung wird die η-leitende Oberflächenschicht erzeugt. Erfindungsgemäß erfolgt nach der naßchemischen Oxidentfernung durch eine weitere geeignete Temperatur-Zeit-Belastung bei Temperaturen von 800-1050°C und einer Zeitdauer von 30-300min der Abbau der Dotandenanreicherung an der Oberfläche der Silizium-Scheibe infolge Ausdiffusion noch vor dem ersten Einsatz der Kontrollscheibe. Danach kann mittels Vierspitzenmessung der Ausgangswiderstand R₁, ermittelt werden.

Die zu kontrollierende Implantation in die oxidfreie Si-Oberfläche führt infolge Wirkung des Strahlenschadens zu der bereits erwähnten Widerstandserhöhung auf den Wert R₁₂.

Im Anschluß an die Bewertung dieses Schichtwiderstandes (Vergleich mit Vorgabewert/Steuerkurve) kann dio Kontrollscheibe einer geeigneten Temperung unterzogen werden, woduich die Ausheilung des Strahlenschadens der zu kontrollierenden Implantation und die Wiederherstellung des ursprünglichen R,,-Wertes erfolgen. Damit ist die Kontrollscheibe zum neuerlichen Einsatz präpariert. '

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden Ausführungsbeispiel erläutere Als Substratmaterial dient (111)-p-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von (7... 13) Ω cm. Im Anschluß an einen Reinigungsschritt wird durch thermische Oxidation eine 25nm dicke Streuoxidschicht erzeugt.

Durch die Deckschicht hindurch erfolgt die Arsen-Vorimplantation mit einer Dosis von 3 · 10'⁶As⁺ cm"² und einer Energie von 160keV. Eine Temperung in ^-Atmosphäre (1000⁰C, 30 min) dient zur elektrischen Aktivierung der eingebrachten Dotanden.

Nach dem naßchemischen Oxidätzen führt eine zweite N₂-Temperung (900⁰C, 300 min) zum Abbau des zuvor an der SiO₂-Si-Grenzfläche im Si angereicherten As. Der Schichtwiderstand wird mittels Vierspitzenmessung bestimmt zu

R₁,, = 40,0 Ω/D ± 0,7 % (n = 25 Scheiben)

Die Parameter der zu kontrollierenden Implantation sind:

Dosis: 2 · 10'²As* cm"² Energie: 120 keV,

dem entspricht ein zu erwartender Soll-Wert R₁₂ = 75 Ω/Π. Unmittelbar nach der Implantation kann der R₁₂-WeH ermittelt werden zu

R_t2 = 74,2 Ω/α ± 4,1 % (n = 158 Scheiben x Einsätze)

Nach positiver Auswertung (Vergleich mit Vorgabewert) erfolgt die Ausheilung des Strahlenschadens (900⁰C, 15 min, N₂). Entspricht der anschließend ermittelte R,,„-Wert dem Vorgabewert

R_11n = 39,9n/D ± 1%(n = 266Scheiben χ Einsatz), so ist ein neuerlicher Einsatz der Kontrollscheibe möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Dosis-Sofortkontrolle basierend auf der Realisierung eines ersten Schichtwiderstandes (Meßgröße R₁) durch Vorimplantation durch eine dünne Oxidschicht und anschließendes Aktivierungstempern spwie der Erhöhung des Widerstandes auf einen dosisabhängigen zweiten Widerstandswert (Meßgröße R2) durch Wirkung des Strahlenschadens einer zweiten Implantation und nachfolgendem Soll-Ist-Vergleich des erhaltenen Widerstandes R₂ und/oder der Widerstandsdifferenz AR = R₂ - Ri mittels Steuerkurve und/oder Steuerwert für die entsprechenden Implantationsparameter der zu kontrollierenden Implantation, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem zur Messung des Widerstandswertes R₁ notwendigen Oxidätzen eine Hochtemperaturbehandlung bei 800 bis 1050⁰C und 30 bis 300 min durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zur dosisproportionalen Widerstandsänderung führende Strahlenschädigung durch einen wiederholbaren Hochtemperaturschritt ausgeheilt und somit die Kontrollscheibe für einen neuerlichen Einsatz regeneriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die durchzuführende Ausheilung durch einen Kurzzeittemperaturprozeß mittels Halogen- bzw. Bogenlampe oder Graphitheizer erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die durchzuführende Aus'heilung durch einen Kurzzeittemperprozeß mittef? Diffusionsanlage erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorimplantation mit dem gleichen Dotanden wie die zu kontrollierende Implantation erfolgt.