离子注入浓度检测方法及不同离子机台离子注入浓度一致性的评测方法与流程

文档序号:14325211阅读:1815来源:国知局

本发明涉及半导体的制造工艺领域,特别涉及离子注入浓度检测方法及不同离子机台离子注入浓度一致性的评测方法。



背景技术:

离子注入是离子掺杂的一种,随着vlsi器件的发展,到了70年代,器件尺寸不断减小,结深降到1um以下,扩散技术有些力不从心。在这种情况下,离子注入技术比较好的发挥其优势。目前,结深小于1um的平面工艺,基本都采用离子注入技术完成掺杂。离子注入技术已经成为vlsi生产中不可缺少的掺杂工艺。

离子注入是现代先进的集成电路制造工艺中非常重要的技术,有些特殊的掺杂(如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等)是离子扩散无法实现的,而离子注入却能胜任。

在集成电路制造工艺中,离子注入表现为将杂质电离成电离子并聚焦成离子束,在电场中加速而获得极高的动能后,注入到硅中从而实现掺杂。由于离子注入具有高精度的剂量均匀性和重复性,因此可以获得理想的掺杂浓度和集成度,使电路的集成、速度、成品率和寿命大为提高,成本及功率降低。

由于在离子注入过程中,入射离子与半导体(靶)的原子核和电子不断发生碰撞,其方向不断改变,且能量逐渐减少,经过一段曲折路径的运动后,会最终因动能耗尽而停止在某处,因此注入具有一定的浓度分布和深度分布。

通过精确控制掺杂层的浓度和深度的分布可以获得任意形状的杂质分布,从而灵活地设计出多种满足需求的靶材料。而要精确地控制掺杂层的浓度和深度分布,需要精确地探知每次注入时离子的注入浓度和注入深度,因此对离子注入深度和不同深度的离子注入浓度的检测是离子注入技术中极为重要的一环。

常用的离子注入效果检测的方法为thermalwave和rs,但thermalwave只能检测被注入晶圆的表面的离子注入浓度,而rs只能检测出整个晶圆的平均注入浓度,这两种方法均无法准确地检测出离子注入深度以及不同深度处离子的注入浓度。



技术实现要素:

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个,本发明提供一种离子注入浓度检测方法及不同离子机台离子注入浓度一致性的评测方法。

根据本发明的第一方面,提供一种离子注入浓度的检测方法,包括以下步骤:

对晶圆进行离子注入。

刻蚀离子注入区的晶圆到目标深度。

在目标深度处氧化形成氧化膜。

计算氧化膜的生长速率,根据氧化膜的生长速率判断该处的离子注入浓度。

其中,氧化形成氧化膜的步骤中,氧化方法为干法氧化或湿法氧化,氧化温度为800-1200℃,氧化膜厚度为

其中,氧化成氧化膜的步骤中,当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,注入的离子为磷离子时,离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=3×1020x-6×1020

其中,氧化成氧化膜的步骤中,当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,注入的离子为硼离子时,离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=1020x-2×1020

其中,刻蚀步骤中,刻蚀方法为干法刻蚀或者湿法刻蚀中的一种;离子注入步骤中,离子注入的方法为使用离子注入机台进行离子注入。

根据本发明的第二方面,提供不同离子机台的离子注入浓度一致性的测评方法,包括以下步骤:

使用不同的离子机台对晶圆进行分区域离子注入,每个区域对应使用一个离子机台,保证每个区域的离子注入均不对其他区域产生影响。

刻蚀离子注入后的晶圆,分别在每个区域的同一固定深度处对应形成氧化膜。

一定时间后,探测生长在每个区域的新表面的氧化膜的厚度。

根据每个区域的氧化膜的厚度,确定对应的离子注入机台的离子注入浓度。

对比测评不同离子注入机台的离子注入浓度一致性。

其中,确定对应的离子机台的离子注入浓度的步骤中,当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,离子机台注入的离子为磷离子时,离子机台的注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=3×1020x-6×1020

其中,确定对应的离子机台的离子注入浓度的步骤中,当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,注入的离子为硼离子时,离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=1020x-2×1020

本发明的检测方法能够准确地判断离子注入浓度和不同深度的离子注入浓度的大小,并且能够用于判断不同的离子注入机台/程序的一致性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:

图1示出了根据本发明实施方式的离子注入浓度的检测方法的流程图;

图2a~图2c示出了根据本发明实施方式的离子注入浓度的检测方法的结构流程图;

图3示出了根据本发明实施方式的离子注入浓度与氧化膜的生长速率的关系示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的基本思想为,根据不同浓度掺杂的硅在含氧气氛中的氧化速率不同,通过刻蚀在晶圆的不同处形成新氧化膜,并根据探测氧化膜的生长速率判断不同处的离子注入浓度和离子机台的离子注入性能。

如图1所示,一种离子注入浓度的检测方法,包括以下步骤:

对晶圆进行离子注入;将离子注入后的晶圆刻蚀至一定深度,在晶圆的所述一定深度的某处形成新氧化膜;一定时间后,探测生长在新表面的氧化膜的厚度,并根据氧化膜的厚度判断某处的离子注入浓度。

下面将结合附图2a~2c,通过具体实施例的方式,对本发明提供的离子注入浓度的检测方法进行具体解释,其中附图2a~2c为本申请的制成工艺的纵截面结构的流程图,附图2a~2c中的每一张附图均表示在对应步骤中发生的结构变化。

图2a对应图1的离子注入步骤。如图2a所示,提供一晶圆,晶圆包括上表面10,使用离子机台对晶圆进行离子注入。图2b对应图1的刻蚀离子注入区的晶圆到目标深度步骤。如图2b所示,使用干法或者湿法刻蚀刻将晶圆刻蚀到目标深度处,露出新表面20。图2c对应图1的在目标深度处氧化形成氧化膜的步骤。如图2c所示,氧化一段时间后,在在目标深度处的新表面20处生长出一层氧化膜210。对该氧化膜210生长速率进行测量,并记录数据,根据氧化膜的生长速率判断该处的离子注入浓度。

氧化膜的生长速率与离子注入浓度的关系受到氧化膜的氧化方法、生长温度、氧化剂的含氧量、离子类型四种因素的影响。如图3所示,经过反复的实验验证,当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,氧体积浓度为65%,平衡气为氮气,且注入的离子为磷离子时,离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=3×1020x-6×1020。当氧化方法为干法氧化,氧化温度为950℃,氧体积浓度为65%,平衡气为氮气,且注入的离子为硼离子时,离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=1020x-2×1020

本发明的检测方法还可判断不同深度的离子注入浓度的大小。具体方法为,对晶圆进行离子注入;刻蚀离子注入区的晶圆到目标深度,裸露出新表面20,在新表面20氧化生长出一层氧化膜,重新刻蚀离子注入去的晶圆到另一目标深度,并裸露出另一新表面,在另一新表面氧化生长出另一层氧化膜。经实验发现,不管注入温度、含氧量、离子类型、晶圆结构形态如何改变,氧化膜的生长速率与离子注入浓度始终成正比,因此可以根据氧化膜和另一氧化膜的生长速率判断离子注入浓度的大小。

本发明的检测方法还可以判断不同离子机台的离子注入浓度一致性的测评方法,具体步骤包括:

使用不同的离子机台对晶圆进行分区域离子注入,每个区域对应使用一个离子机台,保证每个区域的离子注入均不对其他区域产生影响;刻蚀离子注入后的晶圆,分别在每个区域的同一固定深度处对应形成新氧化膜;根据每个区域的氧化膜的生长速率,确定对应的离子机台的离子注入浓度,当注入的离子为磷,氧化方法为干氧化,氧化温度为950℃,氧体积浓度为65%,平衡气为氮气时,离子机台的注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=3×1020x-6×1020。当注入的离子为硼,氧化方法为干氧化,氧化温度为950℃,氧体积浓度为65%,平衡气为氮气时,离子机台的注入浓度y与氧化速率x的关系为:离子注入浓度y与氧化速率x的关系为:y=1020x-2×1020

同一类型的离子注入时,氧化膜氧化速率与离子的注入浓度成正比,因此可以通过比较同一深度处每个区域的氧化膜的氧化速率,判断出每个区域的对应的离子机台的离子注入性能的异同,不同类型的离子注入是,需计算出相应的离子浓度,进而比较注入的一致性。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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