监测注入硅片温度的方法与流程

本发明设计半导体器件工艺领域，特别涉及一种监测注入硅片温度的方法。

背景技术：

在超大规模集成电路制造中，离子注入工艺技术已得到越来越广泛的应用。表面制作有图形器件的硅片在工艺过程中受到大量离子的轰击而受热，从而导致温度逐渐增高；如果这些热量不能被及时带走，将会影响掺杂的电性，甚至导致光刻胶形态发生变化，光刻图形变形。此时再以变形后的光刻图形进行离子注入就会得到参数异常的器件，使半导体工艺失败。

与此同时，注入靶盘通过循环冷却水进行降温(图1)，从而保证在工艺过程中控制温度在一定范围内，比如不超过100℃。即便采用如此水冷系统，部分对工艺温度十分敏感的产品仍然会表现出特殊的分布，甚至由于注入时的温度波动造成低良率，因此对注入机把盘温度的精确监控十分必要。

中国专利CN102943245A公开了离子注入方法及离子注入机，该方法由离子源产生无金属杂质的离子束，由引出缝将纯的无金属杂质的带状离子束引入靶室，离子束向靶片注入无金属杂质的多种离子；该离子注入机由RF电源驱动，天线设置在放电室顶部外，放电室由石英制成，离子束经由引出缝引出，引出系统中离子束经过的通道，由硅材料制成或镶嵌硅材料制成的部件；靶片能在靶室内在垂直于所述的引出缝的长度方向上移动，天线沿着引出缝的长度方向设置。该专利无需对引出离子束进行分析和整形，使离子注入机的价格降低了50％以上,但并没有解决无法监测离子注入情况的问题。

此外,现有注入机温度监控还通常采用的方式是观察温度贴片是否变色的方式：在硅基控片上安装已进行温度标定的贴片(图2)，然后将控片传入靶盘上进行离子注入，完后检查贴片是否变色，当注入中实际温度达到或超过该标定值时，贴片就会变色，以此来判断注入中的温度。

该种温度监测方法有局限性：1.条件单一：只适合在统一的注入条件下进行观察是否变色并进行比较，如果产品条件各不相同则很难判断；2.温度测量范围过于宽泛，只能通过是否变色来判断该温度点是否达到；3.操作繁琐，降低机台使用率，做该温测后要进行腔室清扫，避免温测测试时带来的微尘影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种监测注入硅片温度的方法，可以在各种注入条件下进行，同时测量范围精确，操作简单。

为解决上述问题，本发明提供一种监测注入硅片温度的方法，该方法通过在具有多晶硅层的硅片上测量电阻来实现。

优选地，所述多晶硅层的厚度为3000埃。

优选地，该方法具体包括如下步骤：

步骤一，制作多晶硅监测片；

步骤二，在多晶硅监测片上贴温度检知片；

步骤三，多晶硅离子注入；

步骤四，电阻测量及分析；

步骤五，用药液刻蚀剥离注入后的多晶硅层并进行重新生长。

优选地，所述步骤一中制作多晶硅监测片的具体方法为，在硅衬底上淀积一层氧化硅，再生长一层3000埃的多晶硅层。

优选地，所述淀积多晶硅的方法为化学气相沉积法。

优选地，所述步骤二中温度贴片的收集温度范围在注入工艺常规温度范围为:20℃～60℃。

优选地，所述步骤三中，根据所监控产品工艺条件选择注入，然后将以上贴有不同范围温度检知贴片的多晶硅监测硅片依次传送至机台中，并逐个进行注入。

优选地，所述监控产品工艺条件为，所述离子注入的能量参数被设置在30KeV。

优选地，所述监控产品工艺条件为，离子注入的剂量为1E15/cm2。

优选地，所述监控产品工艺条件为，所注入的离子为1价硼离子，所要求的离子束电流为5MA。

优选地，所述步骤四具体为，收集以上注入完的若干枚多晶硅片，统一进行退火并测量方块电阻，记录数值并建立与对应实测温度的关联。

优选地，所述多晶硅监测片采用药液刻蚀去掉注入后的多晶硅层厚重新成长循环使用。

附图说明

图1为现有技术中注入靶盘通过循环冷却水进行降温示意图。

图2为现有技术中在硅基控片上安装已进行温度标定的贴片示意图。

图3为多晶硅示意图。

图4为本发明的监测注入硅片温度的方法中的多晶硅结构示意图。

图5为本发明的监测注入硅片温度的方法中多晶硅电阻值对应注入中温度的关联示意图。

图6为本发明的监测注入硅片温度的方法一较佳实施例的流程图。

图中附图标记说明：

1 靶盘

2 冷却管水路

3 温度贴片

4 多晶硅

5 氧化物

6 硅衬底

具体实施方式

如图3所示，多晶硅是半导体制造中的一种常用材质，其制造成本低，可通过CVD(化学气相沉积)方式成长，均匀性好，产率高；多晶硅膜可通过湿法药液槽剥离后再成长，硅片可循环反复使用。

如图6所示，本发明一较佳实施例的监测注入硅片温度的方法包括如下步骤：

步骤一，制作多晶硅监测片。在硅衬底上淀积一层氧化硅，再生长一层3000埃的多晶硅层。多晶硅层可以使用通过CVD(化学气相沉积)方式成长，化学气相沉积法的工作温度可以控制于500℃～700℃之间，在物理气相沉积设备中将多晶硅离子均匀沉积到所述氧化物层的表面,所述多晶硅层的厚度约为2000埃～3000埃,优选地,所述多晶硅层的厚度为3000埃。

图4示出了所述多晶硅监测片的结构，包括：硅衬底6，所述硅衬底上淀积有氧化物层，在本实施例中，所述氧化物层为二氧化硅层。氧化物层的表面沉积有多晶硅层，所述多晶硅层为不带杂质的纯净多晶硅。

步骤二，在多晶硅监测片上贴温度检知片。温度贴片的收集温度范围在注入工艺常规温度范围为:20℃～60℃。

步骤三，多晶硅离子注入。离子注入过程中，对多晶硅栅电极的形貌发生变形作用主要源自于离子注入能量参数，而不是离子注入的束流和质量。束流是指离子注入时打到晶圆表面的电流的大小，一般情况下，注入的束流越大，完成同样剂量离子注入的时间越短，可能会降低离子书对多晶硅栅电极的冲击。但是，实验证明，束流的变化并不会对多晶硅栅电极的变形发生显著影响。同样，在质量降低的情况下下，一般情况下，也会降低对晶圆表面的冲击；但是，由于离子是相对高速运动的，质量大小的调整对晶圆片产生的冲击的影响并不大；同样实验证明，在可选范围内的质量的变化并不会对多晶硅栅电极的变形发生显著影响。因此，难以通过调整离子注入的束流、质量参数来改善离子注入对多晶硅栅电极的影响。因此，本发明可以根据所监控产品工艺条件选择注入离子。

然后，将步骤二中贴有不同范围温度检知贴片的多晶硅监测硅片依次传送至机台中，并逐个进行注入。

在本实施例中，在注入离子时，可以选择磷作为掺杂源，目标掺杂浓度为1E15/cm-2左右。通过降低离子注入的能量可以减小多晶硅栅电极的变形。在本实施例中，离子注入的能量参数被设置在30KeV左右，但是，需要理解的是，在其他实施例中，离子注入的能量可以在10KeV-40KeV范围内选择设置，例如，20KeV、35KeV等。离子注入的其他参数可以设置为：离子注入的束流可以为10mA。所注入的离子可以为B+(1价硼离子)。

步骤四，电阻测量及分析；收集以上注入完的若干枚多晶硅片，统一进行退火并测量方块电阻，记录数值并建立与对应实测温度的关联。

由于,多晶硅注入对温度十分敏感，而离子在多晶硅上的channel effect(沟道效应)远小于单晶硅，注入中amorphous(非晶态)现象更加明显，其对离子撞击后产生的热量更加敏感，可直接反映在多晶硅电阻值上，本发明利用这一点，可建立多晶硅电阻值对应注入中温度的关联(图5)，从而通过电阻值来监测实际注入温度。因此，本发明的监测注入硅片温度的方法通过在具有多晶硅层的硅片上测量电阻来实现。

步骤五，用药液刻蚀剥离注入后的多晶硅层并进行重新生长。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。