一种监控离子注入机稳定性和均匀性的方法技术

本发明专利技术公开了一种监控离子注入机稳定性和均匀性的方法，通过先在待测样本晶圆衬底表面形成锗非晶化阻挡层，以降低随后晶圆在被监控的离子注入机内的离子注入深度，再经高温退火以在晶圆表面形成具有良好导电性能的掺杂硅锗合金，从而可以直接采用四探针测试仪普通的探针头准确量测RS，实现准确监控离子注入机的稳定性和均匀性。因此，本发明专利技术的使用降低了量测的成本，延长了量测机台的使用寿命；同时，本发明专利技术的方法有效地提高了RS量测的准确性和稳定性，大为减小了因误判而造成的宕机风险，提高了离子注入机台的产能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，通过先在待测样本晶圆衬底表面形成锗非晶化阻挡层，以降低随后晶圆在被监控的离子注入机内的离子注入深度，再经高温退火以在晶圆表面形成具有良好导电性能的掺杂硅锗合金，从而可以直接采用四探针测试仪普通的探针头准确量测RS，实现准确监控离子注入机的稳定性和均匀性。因此，本专利技术的使用降低了量测的成本，延长了量测机台的使用寿命；同时，本专利技术的方法有效地提高了RS量测的准确性和稳定性，大为减小了因误判而造成的宕机风险，提高了离子注入机台的产能。【专利说明】
本专利技术涉及一种半导体制造中的监控离子注入机性能的方法，更具体地，涉及一种通过降低离子注入深度、从而可精确量测晶圆方块电阻的方法，用来监控离子注入机的稳定性和均匀性。
技术介绍
高集成度电路的发展需要更小的特征图形尺寸和更近的电路器件间距。而热扩散对先进电路的生产有所限制。其所受限之处在于横向扩散、超浅结、粗劣的掺杂控制、表面污染的干涉以及位错的产生。离子注入技术则克服了扩散的上述限制，同时也提供了额外的优势。离子注入过程中没有侧向扩散，工艺在接近室温下进行，杂质原子被置于晶圆表面的下面，同时使得宽范围浓度的掺杂成为可能。有了离子注入，可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制。因此，离子注入技术在半导体制造技术中占有重要的地位。扩散是一个化学过程，而离子注入是一个物理过程。离子注入工艺采用气态和固态的杂质源材料。在离子注入过程中，掺杂原子被离化、分离、加速(获取动能)，形成离子束流，扫过晶圆。杂质原子对晶圆进行物理轰击，进入晶圆表面并在表面以下停止。离子注入机是用于离子注入工艺的设备，是多个极为复杂精密的子系统的集成。常用的离子注入可包括中电流离子注入、高电流离子注入和高能离子注入。在离子注入工艺中，原子数量(注入剂量)是由离子束流密度(每平方厘米面积上的离子数量)和注入时间来决定的。通过测量离子电流可严格控制剂量。在离子注入的过程中，由于入射离子的碰撞，晶圆晶体结构会受到损伤。修复晶体损伤可以通过对晶圆的加热退火来实现。离子注入后的晶圆变化可能来自多种因素:离子注入机产生的束流的均匀性、电压的变化、扫描的变化以及机械系统的问题。这些潜在问题有可能导致比扩散工艺更大的方块电阻的变化。随着半导体制造技术的不断发展，对离子注入机的工艺稳定性和均匀性有了更高的要求。有效地监控离子注入机的稳定性和均匀性，准确地反映离子注入机的状况，对保持现有半导体制造工艺的稳定性和对新工艺的研发具有重要意义。对离子注入晶圆的稳定性和均匀性这些工艺质量的评估方法，一种方法是采用热波探测仪(TW)来检测注入后晶圆的表面损伤。但这种检测手段只能表征晶圆表面的状况，对注入到内部的离子状况无法监控，因而具有一定的局限性。另外一种常用的监控方法是对离子注入后的晶圆在进行高温退火后，采用四探针测试仪量测晶圆离子注入层的方块电阻(RS)。离子注入层的方块电阻是半导体材料的一个重要电学参数，其定义为表面为正方形的半导体薄层，在平行于正方形边的电流方向所呈现的电阻。当离子注入剂量不足时，方块电阻值较高；反之，剂量过大时则方块电阻值较低。对于高能离子注入机和中电流以上的离子注入机，由于其注入能量较高,掺杂原子会注入到离晶圆表面较深的位置，在退火后表面掺杂原子的浓度较低，导致其导电性容易受到影响。在这种情况下，如果使用四探针测试仪普通的探针头进行量测，就会发生无法准确量测到晶圆的RS的现象，导致对RS量测的不敏感。目前的解决方法是采用测头较尖的一种探针头，来替代普通的探针头量测接受高能和中电流以上离子注入晶圆的RS。这种测头较尖的探针头相对普通探针头来说，价格昂贵且使用寿命较短，仅约为两个月。在增加量测成本的同时，还会造成量测机台维护频率的增加。而且，使用这种测头较尖的探针头时，也很容易因为被量测的离子注入机的工作不稳定，或因处于此探针头的使用寿命后期造成的量测性能不稳定，而导致晶圆量测结果超出规格，造成对离子注入机状态的误判而宕机。这对离子注入机的正常运行造成了干扰，并进一步影响了机台的产能。如何更准确地监控离子注入机的稳定性和均匀性，提高量测机台的寿命，避免因量测不准问题造成宕机而影响产能现象的发生，是我们急待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的监控离子注入机稳定性和均匀性的方法，通过先在待测样本晶圆衬底表面形成锗非晶化阻挡层，以降低随后晶圆在被监控的离子注入机内的离子注入深度，再经高温退火以在晶圆表面形成具有良好导电性能的掺杂硅锗合金，从而可以直接采用四探针测试仪普通的探针头准确量测RS，实现准确监控离子注入机的稳定性和均匀性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:，包括以下步骤:步骤一:在待测样本晶圆衬底上进行锗离子注入，以在所述晶圆表面形成锗非晶化阻挡层；步骤二:将步骤一中得到的具有锗非晶化阻挡层的晶圆放入需要监控的离子注入机，进行常规的离子注入工艺，利用所述晶圆形成的锗非晶化阻挡层，降低离子的注入深度；步骤三:对步骤二中注入完成的晶圆进行高温退火，以在所述晶圆表面形成掺杂的硅锗合金；步骤四:对步骤三中得到的形成掺杂的硅锗合金的所述晶圆，利用其具有的良好导电性能，采用四探针测试仪量测所述晶圆注入层的方块电阻；步骤五:根据方块电阻的量测值结果，对离子注入机的稳定性和均匀性进行判断，从而实现对需要监控的离子注入机的监控管理。对于相同剂量的正常的离子注入来说，中、高能注入由于注入太深，掺杂原子会注入到离晶圆表面较深的位置，在退火后表面掺杂原子的浓度较低，导致其导电性容易受到影响，进而造成使用四探针测试仪的普通探测头进行量测时，会发生无法准确量测到晶圆的RS的现象，导致对RS量测的不敏感；而使用测头较尖的探针头时，也很容易因为被量测的离子注入机的工作不稳定，或因处于此探针头的使用寿命后期造成的量测性能不稳定，而导致晶圆量测结果超出规格，造成对离子注入机状态的误判而宕机。锗非晶化阻挡层能够降低离子注入的深度，其阻挡机理是由于非晶化阻挡层可有效减小沟道效应的影响。因此，通过形成锗非晶化阻挡层，可阻止掺杂原子注入到离晶圆表面较深的位置，避免了退火后产生的表面掺杂原子浓度较低的现象，有效防止了其导电性受到影响，因而可利用形成的掺杂硅锗合金良好的导电性能，采用四探针测试仪的普通探测头，就可以准确量测晶圆注入层的RS，实现准确监控离子注入机的稳定性和均匀性。进一步地，步骤一中，采用与需要监控的离子注入机同型的离子注入标准机台进行锗离子注入，以保证较高的可比性和标准的一致性。进一步地，步骤一中，所述锗离子注入采用常规的锗离子注入工艺。进一步地，步骤一中，所述锗离子注入时的能量为10?50keV。进一步地，步骤一中，所述锗离子注入时的剂量为1E15?5E15atom/cm2。进一步地，步骤一中，所述晶圆表面形成的锗非晶化阻挡层的厚度为20nm?200nm。上述锗离子注入的工艺参数可根据不同工艺和监控需要进行具体确定。进一步地，步骤三中，对步骤二中注入完成的晶圆采用快速热处理工艺进行高温退火。进一步地，所述快速热处理工艺的温度为950?1100°C。进一步地，所述快速热处理工艺的时间为20?40s。上述热处理的工艺参数可根据不同工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监控离子注入机稳定性和均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在待测样本晶圆衬底上进行锗离子注入，以在所述晶圆表面形成锗非晶化阻挡层；步骤二：将步骤一中得到的具有锗非晶化阻挡层的晶圆放入需要监控的离子注入机，进行常规的离子注入工艺，利用所述晶圆形成的锗非晶化阻挡层，降低离子的注入深度；步骤三：对步骤二中注入完成的晶圆进行高温退火，以在所述晶圆表面形成掺杂的硅锗合金；步骤四：对步骤三中得到的形成掺杂的硅锗合金的所述晶圆，利用其具有的良好导电性能，采用四探针测试仪量测所述晶圆注入层的方块电阻；步骤五：根据方块电阻的量测值结果，对离子注入机的稳定性和均匀性进行判断，从而实现对需要监控的离子注入机的监控管理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张立，宋皓，赖朝荣，苏俊铭，张旭昇，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31