一种改善离子注入监控的方法与流程

本发明涉及半导体工艺技术领域，特别涉及一种改善离子注入监控的方法。

背景技术：

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。

现有的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中，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。在采用方块电阻监控离子注入的过程中，有以下三个方面的因素影响了监控的准确性：

(1)、监控片表面形貌好坏会影响四探针的测量，一方面是监控片本身的形貌会有不同程度的凹凸或形成自然氧化层，另一方面，监控片在注入过程中表面被损伤。

(2)、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，测量不准确。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。

(3)、在离子注入后的离子激活和退火工艺中，存在一定的剂量损失。当离子注入剂量较小时，对监控的影响会更加严重。

由于存在上述的影响因素，从而导致监控不准的现象，使得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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种改善离子注入监控的方法，准确地监控离子注入机的稳定性和均匀性，避免因量测不准问题造成宕机而影响产能现象的发生。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种改善离子注入监控的方法，包括：

对监控片进行氧化，在所述监控片的表面生长氧化层；

对表面具有所述氧化层的监控片进行离子注入；

对离子注入后的所述监控片进行杂质激活退火；

去除退火后的所述监控片表面的氧化层；

测量所述监控片的方块电阻。

其中，所述氧化层的厚度为10nm～1μm。

其中，所述氧化层的厚度的均匀性小于0.5％。

其中，所述对离子注入后的所述监控片进行杂质激活退火，包括：

对完成离子注入的所述监控片采用水平炉管或快速热处理设备进行杂质激活退火，退火温度为900℃～1150℃，退火时间为10s～30min，退火气氛为在N₂、O₂或N₂与O₂的混合气体下进行退火。

其中，所述去除退火后的所述监控片表面的氧化层，包括：

采用缓冲氧化硅腐蚀液或HF溶液去除所述氧化层，所述缓冲氧化硅腐蚀液为NH₄F和HF的混合液，NH₄F和HF的体积比为7:1。

其中，采用所述缓冲氧化硅腐蚀液或所述HF溶液去除所述氧化层的时间大于2min。

其中，在所述去除退火后的所述监控片表面的氧化层和所述测量所述监控片的方块电阻之间，还包括：

对所述监控片进行清洗。

其中，所述对所述监控片进行清洗，包括:

用去离子水对所述监控片清洗2min～10min；

用H₂O₂与NH₄OH的混合溶液对所述监控片进行清洗1min～5min；

去离子水对所述监控片清洗2min～10min。

其中，所述测量所述监控片的方块电阻，包括:

采用四探针测量所述监控片的方块电阻。

其中，所述采用四探针测量所述监控片的方块电阻，包括：

选取所述监控片的至少5个不同位置的测量点测量所述监控片的方块电阻。

本发明实施例所提供的改善离子注入监控的方法，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法，包括：

对监控片进行氧化，在所述监控片的表面生长氧化层；

对表面具有所述氧化层的监控片进行离子注入；

对离子注入后的所述监控片进行杂质激活退火；

去除退火后的所述监控片表面的氧化层；

测量所述监控片的方块电阻。

所述改善离子注入监控的方法，通过先在监控片上生长氧化层，使得注入的离子以一定的能量穿过氧化层注入到监控片内。氧化层保护了监控片的表面，同时减少了激活退火过程中注入剂量的损失。氧化层间接降低离子注入的能量，减少离子注入的深度，避免了高能离子注入中方阻无法测量或测量误差较大的情形，从而有效的改善了离子注入监控的准确性。在去除氧化层后，测量方块电阻，可以有效的改善离子注入监控的准确性和对比性，从而降低因监控导致对机台状态的误判，有利于提高机台使用率和降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法的另一种具体实施方式的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1～图2，图1为本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；图2为本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法的另一种具体实施方式的步骤流程示意图。

在一种具体实施方式中，所述改善离子注入监控的方法，包括：

步骤1，对监控片进行氧化，在所述监控片的表面生长氧化层；这样在后续的离子注入以一定的能量穿过氧化层注入到监控片内，氧化层保护了监控片的表面，同时减少了后续激活退火过程中注入剂量的损失，氧化层也间接降低离子注入的能量，减少离子注入的深度，避免了高能离子注入中方阻无法测量或测量误差较大的情形，从而有效的改善了离子注入监控的准确性。

步骤2，对表面具有所述氧化层的监控片进行离子注入；本发明对注入监控片的离子的种类、能量以及离子注入使用的设备、注入温度等不做限定。

步骤3，对离子注入后的所述监控片进行杂质激活退火；由于在离子注入后，一般只有部分注入的离子能处于激活状态参与导电，而有一部分注入的离子不参与导电，这样就会降低离子注入的效率，为了提高离子注入的效率，通过退火的方式将所有注入的离子激活，这样就能够精确获得离子注入的精确度，否则很难获得在离子注入的过程中，到底有多少比例的离子处于激活状态，使得离子注入失败。

步骤4，去除退火后的所述监控片表面的氧化层；由于氧化层中的注入离子不是实际需要的注入离子，因此需要在将氧化层去除之后，通过测量获得注入离子的浓度；

步骤5，测量所述监控片的方块电阻，由于在离子注入之后，会改变监控片表面的电阻，通过测量监控变的表面方阻，精确获得离子注入的浓度值，可以有效的改善离子注入监控的准确性和对比性，从而降低因监控导致对机台状态的误判，有利于提高机台使用率和降低生产成本。

本发明中，对监控片进行氧化可以采用水平炉管，也可以采用历史撸管，氧化温度一般为700℃～1200℃，氧化方式可以为湿氧、干氧、掺杂氧化或组合氧化等，本发明对氧化方式不做具体限定。

本发明中的监控片是指需要获得的半导体材料的离子注入参数的半导体芯片。如，要获得硅片的离子注入的精确值，那么监控片就是指硅片，这里的监控片并不限定于硅片，也可以是其它的半导体芯片，如GaAs片、GAN片等。

在本发明中，监控片的衬底的参杂类型与后续的离子注入的杂质类型相反，如前者是N型掺杂，后者是P型掺杂，或者是相反。本发明对离子注入的具体的注入能量以及注入的离子的类型不做具体限定。

需要指出的是，在本发明中对对监控片进行氧化，在所述监控片的表面生长氧化层过程中的氧化工艺以及氧化层的厚度不做具体限定。

所述氧化层的厚度一般为10nm～1μm。如果需要进一步降低注入离子的能量以及深度，也可以增加氧化时间，或者改变氧化工艺，增加氧化层的厚度，本发明对此不作具体限定。

而为了保证对离子注入的监测的准确性，减少由于设置氧化层能带来的误差，所述氧化层的厚度的均匀性小于0.5％，即通过设置厚度差别极小的氧化层，在不带来误差的同时，提高对离子注入监测的准确性。

在完成了离子注入后，需要对注入的离子进行激活，所述对离子注入后的所述监控片进行杂质激活退火，包括：

对完成离子注入的所述监控片采用水平炉管或快速热处理设备进行杂质激活退火，退火温度为900℃～1150℃，退火时间为10s～30min，退火气氛为在N₂、O₂或N₂与O₂的混合气体下进行退火。

这里的退火气氛为在纯N₂、纯O₂或N₂与O₂的混合气体下进行退火。

需要指出的是，本发明对杂质激活退火的设备以及工艺不做具体限定。

本发明中在监测片的方阻之前需要去除表面的氧化层，在一种具体实施方式中，所述去除退火后的所述监控片表面的氧化层，包括：

采用缓冲氧化硅腐蚀液或HF溶液去除所述氧化层，所述缓冲氧化硅腐蚀液为NH₄F和HF的混合液，NH₄F和HF的体积比为7:1。

需要指出的是，本发明并不限定使用以上的缓冲氧化硅腐蚀液或HF溶液去除所述氧化层，还可以使用其它的方式去除氧化层，只要对注入的离子没有影响，不影响后续的方阻检测的准确性即可。

由于氧化层的厚度与去除氧化层的溶液的反应时间成正比，为了保证去除氧化层的彻底性，采用所述缓冲氧化硅腐蚀液或所述HF溶液去除所述氧化层的时间大于2min。

为了降低了探针与监控片表面的接触误差，提高监控片衬底表面的一致性，提高了离子注入监控的对比性和准确性，在完成杂质的激活退火后去除监控片表面氧化层并表面清洗，即在所述去除退火后的所述监控片表面的氧化层和所述测量所述监控片的方块电阻之间，还包括：

步骤6，对所述监控片进行清洗。

其中，所述对所述监控片进行清洗，包括:

用去离子水对所述监控片清洗2min～10min；

用H₂O₂与NH₄OH的混合溶液对所述监控片进行清洗1min～5min；

去离子水对所述监控片清洗2min～10min。

需要指出的是，本发明还可以采用其它的溶液对监控片的表面进行清洗，以去除在去除氧化层过程中残留的溶液。通过先用去离子水清洗掉大部分残留的在去除氧化层过程中残留的溶液，然后用H₂O₂与NH₄OH的混合溶液进行反应清洗，最后再使用去离子水完全清洗掉残留在监控片表面的所有的杂质，提高后续的方阻测量的准确性。

所述测量所述监控片的方块电阻，包括:

采用四探针测量所述监控片的方块电阻。

由于四探针法测量方阻简单，准确性高，因此一般采用四探针法进行方阻的测量。当然，如果有其它的测量方法能够提高方阻测量的准确性，也可以使用，本发明对此不作具体限定。

为了提高方阻测量的精度，在本发明汇总采用较多的测量点，既能够直接获得离子注入是否均匀，还能够获得准确的离子注入浓。，所述采用四探针测量所述监控片的方块电阻，包括：

选取所述监控片的至少5个不同位置的测量点测量所述监控片的方块电阻。

需要指出的是，本发明对采用四探针测量所述监控片的方块电阻的具体的测量点的数量和位置不做具体限定，但是一般选择较多的测量点，选择具有代表性的测量点进行测量。

综上所述，本发明实施例提供的改善离子注入监控的方法，通过先在监控片上生长氧化层，使得注入的离子以一定的能量穿过氧化层注入到监控片内。氧化层保护了监控片的表面，同时减少了激活退火过程中注入剂量的损失。氧化层间接降低离子注入的能量，减少离子注入的深度，避免了高能离子注入中方阻无法测量或测量误差较大的情形，从而有效的改善了离子注入监控的准确性。在去除氧化层后，测量方块电阻，可以有效的改善离子注入监控的准确性和对比性，从而降低因监控导致对机台状态的误判，有利于提高机台使用率和降低生产成本。

以上对本发明所提供的改善离子注入监控的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。