半导体器件离子注入工艺的优化方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体器件离子注入工艺的优化方法，该方法采用材料芯片实验方法，对半导体制程中离子注入工艺条件进行优化，可以加速器件开发速度和节省晶片数量。该方法包括：在晶片上覆盖光刻胶；选择实验区域进行第一次注入区域的选择性曝光和显影；在所述被暴露区域进行第一次离子注入；去除光刻胶；在所述晶片上的实验区域覆盖光刻胶；进行第二次注入区域的选择性曝光和显影；在所述被暴露区域进行第二次离子注入；去除光刻胶；依此，进行需要的第Ｎ次离子注入，获得若干组注入条件不同的芯片组，通过收集性能参数优化离子注入工艺条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制作工艺的优化方法，特别是涉及采用材料 芯片方法进行。
技术介绍
半导体器件的制作需要经过大量的制程步骤，如材料淀积，以及材料层的刻蚀，离子注入掺杂等。随着器件尺寸降到深次微米，如65nm或45nm， 为了满足设计目标，需要开发或优化非常多的器件和过程的参数，如N/P 型MOS器件的阱制程和延伸的制程，包括离子注入能量、离子注入剂量 以及离子注入角度等。这种工艺条件的优化需要非常大量的实验。用于初期的生物实验中的材料芯片方法可以实现在一个芯片上进行 大量的实验。为了提高材料科学的研究效率，美国劳伦斯一伯克莱国家实验室的 Xiang 禾卩 Schultz ( Xiang XD, Sun X， Briceno G et al, Science, 1995，268(5218):1738-1740)借鉴生物免疫系统对抗入侵病毒时在短时间内 生成大量不同抗体，从中发现那些对病毒杀伤力最大者加以大量繁殖的模 式，提出了新材料合成和优化的集成材料芯片方法，并成功地将其应用于 高温超导材料、磁阻材料、紫外发光材料、介电/铁电材料等的研究，进而 发现并优化了许多性能优异的新型功能材料。集成材料芯片方法的核心思想在于快速合成、处理和检测大量不同成 份、不同惨杂和不同条件处理的样品阵列，从中发现并优化有应用价值或 有潜在应用价值的新型功能材料。材料芯片的基本要求是尽可能高的密度和尽可能高的效率。以四元组 合方案结合薄膜顺序沉积是一个典型的例子。该方案利用一组精确定位 的，具有自相似的物理掩模，可在2.5cm见方的衬底上以20步的薄膜沉 积生成1024个不同组分或不同掺杂的样品阵列。其过程如图1所示首先用掩模A覆盖在衬底上沉积Al，然后转动掩模90。沉积A2，…，到 A4沉积完毕时完成了一层的沉积；换用掩模B， C， D和E以相同的方法 、沉积B1， B2， B3， B4， Cl， C2， C3， C4， Dl， D2， D3， D4禾QE1， E2， E3， E4共五层的材料，所获样品阵列的组分将覆盖AnBmC,DkEj(其中，n， m， 1， k， j=l， 2， 3， 4)所有可能的组合。该方法是用图1中a e共5张物理掩模，然后靠在工艺过程中不断90 度转动掩模，或更换掩模，实现各个区域材料的不同成分组合。材料芯片方法还可以在生物遗传研究中应用。构成DNA遗传基因只 有四种，通过n层，共4Xn步的核苷酸联接，可生成链长为n的所有DNA (共4种)片段。材料芯片方法在光刻和溶液喷射方法中也有一定应用价值。其中又以 光刻方法的潜在密度最高，但前提是材料必须与光刻胶及显影定影过程相 兼容；溶液喷射法则必须找到合适的溶液，且密度难以提高。在现有技术的半导体芯片实验中通常是采用每个晶片进行一种工艺 条件的考察，这样即费时又费晶片。如果将这种材料芯片方法引入集成电路的新器件的开发过程，可以加 速器件开发速度和节省晶片数量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，将材料芯片方法应用于半导体制程，通过采用半 导体工艺中常用的光阻掩模法，利用光刻机可控制的选择性曝光和光刻， 实现晶片上各个区域中的集成电路芯片不同的离子注入条件，以优化半导 体器件离子注入工艺，加速器件开发速度和节省晶片数量。本专利技术的，包括如下步骤一种半导体离子注入工艺的优化方法，包括如下步骤在晶片上或者选择材料芯片实验区域覆盖光刻胶；进行第一次注入区域的选择性曝光和显影；在显影后被暴露的区域进行第一次离子注入；去除光刻胶；在所述实验区域再覆盖光刻胶；进行第二次注入区域的选择性曝光和显影；在显影后被暴露的区域进行第二次离子注入；去除光刻胶；依此，进行需要的第N次离子注入，获得若干组注入条件不同的芯片组。根据本专利技术，所述的实验区域可以是整个晶片，也可以是晶片上的部 分区域。根据本专利技术的方法，可以同时进行集成电路工艺中离子注入窗口的光 刻和材料芯片实验区域的光刻。在本专利技术中光刻胶可以是任何适宜的光刻胶，如正型或负型光刻胶。当采用正型光刻胶时，实验区域中被曝光的区域是离子注入区域；当 采用负型光刻胶时，实验区域中未被曝光的区域是离子注入区域。选择曝光的多次注入区域一般不相同，不过，多次注入的条件不同时， 可以允许选择曝光的多次注入区域相同。当选择曝光的多次注入区域完全 相同时，可以采用同一次曝光。在本专利技术中，离子注入的注入条件可以是注入元素、注入剂量、注入 能量或注入角度；也可以是注入元素、注入剂量、注入能量、注入角度中 的至少两种。各次离子注入之间的注入条件可以相同，也可以不相同，也可以是部 分离子注入次数之间的注入条件相同。通过各次注入区域的选择曝光，最 后组合得到若干组注入条件各不相同的芯片组。每个所述芯片组可以包括注入条件相同的l个或4个芯片，以便每个 注入条件得到1个或4个实验数据。每个芯片包含SPICE测试结构布图(SPICE test keys layout)，该布 图用于收集器件性能参数。本专利技术中，可以是任何晶片，如200mm或300mm晶片，可以分别采 用200mm或300mm步进式曝光机。按照目前的半导体制程常用的300mm步进机设备，优选的材料芯片实 验晶片为300mm硅晶片。所述的曝光采用300mm步进式曝光机。本专利技术的方法与前述现有技术的方法不同，是采用半导体工艺中常用的光阻掩模法，利用光刻机可控制的选择性曝光和光刻，实现各个区域中 的集成电路芯片不同的离子注入条件。本专利技术首次将材料芯片的概念应用于集成电路工艺开发领域，其与集 成电路的工艺相容性好；由于高精度的光刻技术，可以同时实现集成电路 工艺中离子注入窗口的光刻和材料芯片方法中选中区域的光刻采用本专利技术的方法进行半导体制程的工艺条件的实验，可以加速器件 开发速度和节省晶片数量。附图说明下面结合附图详细介绍本专利技术。然而需要注意的是，这些附图只是用 来说明本专利技术的典型实施例，而不构成为对本专利技术的任何限制，在不背离 本专利技术构思的情况下，可以具有更多其他等效实施例。而本专利技术的保护范 围由权利要求书决定。图1是现有技术的采用5张物理掩模通过的在工艺过程中不断90度 转动掩模，或更换掩模，实现各个区域材料的不同成分组合的例子，即四 元组合方案结合薄膜顺序沉积的示意图。其中，(a)掩模A; (b)掩模B;(C)掩模C;(d)掩模D; (e)掩模E。图2A 2F是本专利技术采用材料芯片实验方法进行离子注入实验的一个 实施例的示意图，得到16组注入条件不同的芯片组，每组1个芯片。图3A 3F是本专利技术采用材料芯片实验方法进行离子注入实验的另一 个实施例的示意图，得到16组注入条件不同的芯片组，其中每组有注入 条件相同的4个芯片。附图标记说明11 选择性曝光区域(或选择离子注入区域)12 未被曝光的光刻胶覆盖的部分具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。采用半导体工艺中常用的光阻掩模法，利用300mm步进机进行可控制的选择性曝光和光刻，实现各个区域中的集成电路芯片不同的离子注入 条件。其中以采用正型光刻胶为例进行说明。 实施例1在一个晶片上进行两个元素掺杂(DOE)注入实验。 如图2A 图2C，在晶片上具有16个芯片的区域，利用三种不同的选 择曝光可以获得一种元素四个注入条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体离子注入工艺的优化方法，包括如下步骤：　在晶片上或选定实验区域覆盖光刻胶；　进行第一次注入区域的选择性曝光和显影；　在显影后被暴露的区域进行第一次离子注入；　去除光刻胶；　在所述晶片上或选定实验区域再 覆盖光刻胶；　进行第二次注入区域的选择性曝光和显影；　在显影后被暴露的区域进行第二次离子注入；　去除光刻胶；　依此，进行需要的第Ｎ次离子注入，获得若干组注入条件不同的芯片组。

【技术特征摘要】
1. 一种半导体离子注入工艺的优化方法，包括如下步骤在晶片上或选定实验区域覆盖光刻胶；进行第一次注入区域的选择性曝光和显影；在显影后被暴露的区域进行第一次离子注入；去除光刻胶；在所述晶片上或选定实验区域再覆盖光刻胶；进行第二次注入区域的选择性曝光和显影；在显影后被暴露的区域进行第二次离子注入；去除光刻胶；依此，进行需要的第N次离子注入，获得若干组注入条件不同的芯片组。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的实验区域是整 个晶片或晶片上的部分区域。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时进行集成电路工 艺中离子注入窗口的光刻和材料芯片实验区域的光刻。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当选择曝光的多次注入 区域完全相同时，采用同一次曝光。5. 根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：居建华，余兴，仇志军，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]