离子注入能量的监测方法和半导体结构与流程

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种离子注入能量的监测方法和半导体结构。

背景技术：

离子注入技术是近几十年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性技术，其基本原理是：用能量为几十到几千keV量级的杂质离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。

离子注入是半导体工艺中的一个重要的工序，对于离子注入来说，剂量、能量和离子注入角度都需要精确的控制，才能保证形成的晶体管的性能符合工艺要求。离子能量的不同将造成离子注入深度改变，从而影响器件的电参数，因此，对离子注入能量的监控非常必要，但是现有尚不存在对注入能量进行监测的有效手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是怎样实现对注入能量进行监测。

本发明提供了一种离子注入能量的监测方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成第一阻挡层；

在所述第一阻挡层上形成半导体材料层；

在所述半导体材料层上形成第二阻挡层；

在一待监测注入能量下，在第二阻挡层、半导体材料层和第一阻挡层中注入杂质离子；

进行退火以激活杂质离子；

进行退火后，测量所述半导体材料层的电阻值，判断测量的电阻值与设定值是否存在差异，若存在差异，则注入的能量存在漂移。

可选的，所述半导体材料层的材料为硅或锗，所述第一阻挡层的材料为氧化硅或氮化硅，所述第二阻挡层的材料为氧化硅、氮化硅或光刻胶。

可选的，所述第一阻挡层、半导体材料层和第二阻挡层的厚度的需满足：设定一目标注入能量，所述目标注入能量为待监测注入能量不存在偏移时的注入能量，进行注入时，待监测注入能量小于目标注入能量的杂质离子被保留到第二阻挡层中，待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子被保留到半导体材料层中，待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子被保留到第一阻挡层和/或半导体衬底中。

可选的，所述目标注入能量不同时，所述第一阻挡层、半导体材料层和第二阻挡层的厚度不同。

可选的，当待监测注入能量偏移目标注入能量时，注入到半导体材料层中的杂质离子减少，更多的杂质离子被注入到第一阻挡层或第二阻挡层中，使得半导体材料层的测量的电阻值与设定值存在差异。

可选的，在去除第二阻挡层后，进行退火以激活杂质离子。

可选的，所述注入的杂质离子包括硼离子、磷离子、砷离子、铟离子或锑离子中的一种或几种。

可选的，测量所述半导体材料层的电阻值采用4探针电阻测量法。

可选的，所述设定值为待监测注入能量不存在漂移时，进行离子注入后，测量半导体材料层获得的电阻值，所述待监测注入能量为进行离子注入时离子注入设备中设定的某一注入能量。

本发明还提供了一种用于前述的离子注入能量的监测的半导体结构，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的第一阻挡层；

位于所述第一阻挡层上的半导体材料层；

位于所述半导体材料层上的第二阻挡层。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明的离子注入能量的监测方法，在所述半导体衬底上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成半导体材料层；在所述半导体材料层上形成第二阻挡层；在一待监测注入能量下，在第二阻挡层、半导体材料层和第一阻挡层中注入杂质离子，本发明中通过形成第二阻挡层、半导体材料层和第一阻挡层构成的三明治结构，在注入时，当待监测的注入能量发生偏移时，注入到半导体材料层中的杂质离子减少，更多的杂质离子被注入到第一阻挡层或第二阻挡层中，因而在进行退火后，通过测量所述半导体材料层的电阻值，通过判断测量的电阻值与设定值是否存在差异，若存在差异，则注入的能量存在漂移，从而实现对注入能量的监测。

进一步，所述第一阻挡层、半导体材料层和第二阻挡层的厚度的需满足：设定一目标注入能量，所述目标注入能量为待监测注入能量不存在偏移时的注入能量(所述目标注入能量即为待监测注入能量不存在能量的偏移时所对应的注入能量)，进行注入时，待监测注入能量小于目标注入能量的杂质离子被保留到第二阻挡层中，待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子被保留到半导体材料层中，待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子被保留到第一阻挡层和/或半导体衬底中，从而简便的实现对偏移目标注入能量的杂质离子进行筛选，提高监测的简便性和监测的准确性。

进一步，在去除第二阻挡层后，进行退火以激活杂质离子，以防止第二阻挡层中的杂质离子扩散到半导体材料层中影响后续电阻测量的准确性。

本发明的监测结构能实现对注入能量的监测。

附图说明

图1-图4为本发明实施例离子注入能量的监测过程的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所言，现有尚不存在对注入能量进行监测的有效手段。

为此，本发明提供了一种离子注入能量的监测方法和半导体结构，本发明的离子注入能量的监测方法，在所述半导体衬底上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成半导体材料层；在所述半导体材料层上形成第二阻挡层；在一待监测注入能量下，在第二阻挡层、半导体材料层和第一阻挡层中注入杂质离子，本发明中通过形成第二阻挡层、半导体材料层和第一阻挡层构成的三明治结构，在注入时，当待监测的注入能量发生偏移时，注入到半导体材料层中的杂质离子减少，更多的杂质离子被注入到第一阻挡层或第二阻挡层中，因而在进行退火后，通过测量所述半导体材料层的电阻值，通过判断测量的电阻值与设定值是否存在差异，若存在差异，则注入的能量存在漂移，从而实现对注入能量的监测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图1-图4为本发明实施例离子注入能量的监测过程的结构示意图。

参考图1，提供半导体衬底200。

所述半导体衬底200作为后续工艺的载体。所述半导体衬底200为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。本实施例中，所述半导体衬底200的材料为硅，具体的，所述半导体衬底200可以为硅晶圆。

参考图2，在所述半导体衬底200上形成第一阻挡层201；在所述第一阻挡层201上形成半导体材料层202；在所述半导体材料层202上形成第二阻挡层203。

所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203构成三明治结构的监测结构，通过三明治结构能对偏移目标注入能量的杂质离子进行筛选，当待监测注入能量偏移目标注入能量时，注入到半导体材料层202中的杂质离子减少，更多的杂质离子被保留到第一阻挡层201或第二阻挡层202中，使得半导体材料层202的测量的电阻值与设定值存在差异，因而后续在进行退火后，通过测量所述半导体材料层202的电阻值，通过判断测量的电阻值与设定值是否存在差异，若存在差异，则注入的能量存在漂移，从而实现对注入能量的监测。

具体的，在进行监测时，所述第二阻挡层203能将待监测注入能量小于目标注入能量的杂质离子保留在第二阻挡层203中，半导体材料层202能将待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子保留在半导体材料层中，第一阻挡层201(和/或半导体衬底200)能待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子保留到第一阻挡层(和/或半导体衬底200)，从而简便的实现对偏移目标注入能量的杂质离子进行筛选，提高监测的简便性和监测的准确性。

所述半导体材料层202的材料为硅或锗，所述第一阻挡层201的材料为氧化硅或氮化硅，所述第二阻挡层203的材料为氧化硅、氮化硅或光刻胶，本实施例中，所述半导体材料层202的材料为硅，所述第一阻挡层201的材料为氧化硅，所述第二阻挡层203的材料为氧化硅，所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203均可以通过化学气相沉积工艺形成。

所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203的厚度的需满足：设定一目标注入能量，所述目标注入能量为待监测注入能量不存在偏移时的注入能量(所述目标注入能量即为待监测注入能量不存在能量的偏移时所对应的注入能量)，进行注入时，待监测注入能量小于目标注入能量的杂质离子被保留到第二阻挡层203中，待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子被保留到半导体材料层202中，待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子被保留到第一阻挡层201和/或半导体衬底200中，从而简便的实现对偏移目标注入能量的杂质离子进行筛选，提高监测的简便性和监测的准确性。在具体的实施例中，所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203的具体厚度可以通过实验获得。

在一实施例中，所述目标注入能量为具体的能量值，比如300Kev、400Kev、500Kev、550Kev，在其他实施例中，所述目标注入能量也可以为具有一定波动幅度的范围值，比如295Kev-305Kev(300±5Kev)，390Kev-410Kev(400±10Kev)，所述波动的幅度根据具体的工艺进行设定。

在集成电路的制作过程中，由于需要对不同注入能量进行监控，对不同的注入能量进行监控时，所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203的厚度相应会不同，即需要确定不同的目标注入能量，在所述目标注入能量不同时，相应的所述第一阻挡层201、半导体材料层202和第二阻挡层203的厚度也不同。

参考图3，在一待监测注入能量下，在第二阻挡层203、半导体材料层202和第一阻挡层201中注入杂质离子。

进行监测时，进行离子注入工艺21，在第二阻挡层203、半导体材料层202和第一阻挡层201中注入杂质离子，离子注入工艺21通过离子注入设备进行，在进行离子注入工艺21之前，一般需要在离子注入设备中设定某一注入能量，相应的注入剂量和注入离子类型等参数，其中设定的某一注入能量即为本申请中的待监测的注入能量。

在进行离子注入工艺21时，待监测注入能量小于目标注入能量(所述目标注入能量为待监测注入能量不存在偏移时的注入能量)的杂质离子22被注入到第二阻挡层22中，待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子23被注入到半导体材料层23中，待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子24被注入到第一阻挡层201和/或半导体衬底200中。即本申请中，当待监测注入能量偏移目标注入能量时，注入到半导体材料层23中的杂质离子会减少，更多的杂质离子被注入到第一阻挡层201或第二阻挡层203中，从而使得半导体材料202层的测量的电阻值与设定值存在差异。

所述待监测注入能量下注入的杂质离子包括硼离子、磷离子、砷离子、铟离子或锑离子中的一种或几种。

在进行离子注入后，进行退火以激活杂质离子。在一实施例中，在去除第二阻挡层203后，进行退火以激活杂质离子，以防止第二阻挡层203中的杂质离子扩散到半导体材料层202中影响后续电阻测量的准确性。

参考图4，进行退火后，测量所述半导体材料层202的电阻值，判断测量的电阻值与设定值是否存在差异，若存在差异，则注入的能量存在漂移。

所述设定值为待监测注入能量不存在漂移或者注入能量为目标注入能量时，进行离子注入后，测量半导体材料层202获得的电阻值。所述设定值可以为一具体的值或者具有一定波动的范围值。

所述测量的电阻值与设定值存在差异是指测量的电阻值小于设定值或大于设定值。

测量所述半导体材料层202的电阻值采用4探针电阻测量法。4探针电阻测量法包括直线四探针法和方形四探针法。本实施例中，采用直线探针法测量所述半导体材料层202的电阻，四个探针(包括探针1、探针2、探针3和探针4)呈直线接触半导体材料层202的表面，两侧的两个探针(探针1、探针4)施加测试电流I，测量中间两个探针(探针2、探针3)的电压V，然后通过下述公式计算获得半导体材料层202的电阻值。

ρ＝CV/I，其中ρ表示测量的电阻，C表示四探针的探针系数，V表示探针2和探针3间的电压V，I表示探针1和探针4上的电流。

本领域实施例还提供一种用于前述离子注入能量的监测的半导体结构，请参考图3，包括：

半导体衬底200；

位于所述半导体衬底200上的第一阻挡层201；

位于所述第一阻挡层201上的半导体材料层202；

位于所述半导体材料层202上的第二阻挡层203。

在进行监测时，所述第二阻挡层203能将待监测注入能量小于目标注入能量的杂质离子保留在第二阻挡层203中，半导体材料层202能将待监测注入能量等于目标注入能量的杂质离子保留在半导体材料层中，第一阻挡层201(和/或半导体衬底200)能待监测注入能量大于目标注入能量的杂质离子保留到第一阻挡层(和/或半导体衬底200)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。