一种离子注入工艺监控方法与流程

1.本发明属于半导体集成电路制造领域，涉及一种离子注入工艺监控方法。


背景技术：

2.随着半导体技术向大规模集成电路（lsi）或超大规模集成电路（vlsi）发展，半导体器件尺寸越来越小，对离子注入的要求也越来越高，离子注入机台主要是离子形态以特定的能量、原子量和角度注入晶圆中实现特定掺杂工艺的机台。离子注入的过程中，对剂量、角度等要求比较严格，一般要求剂量误差不超多3%，剂量过大或者过少就可能会造成晶圆报废的后果。
3.半导体制造离子注入工艺广泛应用于器件形成的各种离子掺杂，离子注入过程中晶圆（wafer）在靶盘（platen）上并与靶盘一起上下扫描，以保证整片晶圆都能够进行离子注入工艺，在上下扫描过程中离子束带（imp beam）的均匀性和稳定性决定了晶圆上离子注入剂量的准确性和均匀性等指标。目前，对于工艺的监控只是离线阻值测量或者热波监控（offline rs/tw monitor），缺乏在线有效手段，机台出现问题都要在进行晶圆可接受测试（wafer acceptance test，简称wat）的电性测试之后才能反馈出来，由于离子注入状态的反馈结果的滞后，造成线上批量的晶圆受到影响。
4.因此，急需寻找一种能够在线实时反馈离子注入状态的离子注入工艺监控方法。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离子注入工艺监控方法，用于解决现有技术中离子注入过程时离线监测离子注入状态滞后性造成的批量晶圆离子注入工艺不良的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种离子注入工艺监控方法，包括以下步骤：提供一待离子注入晶圆，于所述晶圆的上表面形成保护层；于所述保护层的上表面形成光阻层，将所述晶圆固定于离子注入机台的靶盘上，基于所述光阻层对所述晶圆进行离子注入；实时读出所述离子注入机台的工作日志中离子束带的扫描位置及对应扫描位置的等离子体发射枪产生的发射电流数据并导出，基于导出数据绘制所述离子束带扫描位置与所述发射电流的实时变化曲线；提供参照曲线，所述参照曲线是基于离子未注入进所述晶圆中时的所述离子束带扫描位置与发射电流数据绘制，将所述实时变化曲线与所述参照曲线进行对比，并根据对比结果判断所述离子注入机台的离子注入的实时工作状态，以确认机台是否正常工作。
7.可选地，形成所述光阻层之后，进行离子注入之前，还包括对所述光阻层进行图案化的步骤。
8.可选地，在离子注入的过程中，所述离子束带对所述晶圆进行上下扫描。
9.可选地，所述离子束带在垂直于扫描方向的长度不小于所述晶圆的直径，所述离子束带在扫描方向的长度小于所述晶圆的直径。
10.可选地，所述发射电流包括中和所述晶圆表面的电荷产生的电流及机台消耗电荷产生的电流。
11.可选地，正常离子注入的过程中，所述实时变化曲线呈类周期性变化。
12.可选地，正常离子注入过程中，所述离子束带扫描至所述晶圆的中间部分时对应的所述发射电流值大于所述离子束带扫描至所述晶圆的顶部及所述晶圆的底部时对应的所述发射电流值。
13.可选地，离子注入异常，所述发射电流的电流值低于正常离子注入的电流值。
14.可选地，基于对比结果对所述离子注入机台的相应硬件进行调整或者对所述离子束带进行微调。
15.可选地，所述实时变化曲线至少显示两个扫描周期。
16.如上所述，本发明的离子注入工艺监控方法利用所述离子注入机台的日志文件，在离子注入过程中，实时读取所述离子注入机台的日志中所述离子束带扫描位置与所述发射电流的数据，绘制出可视的所述发射电流与扫描位置的实时变化曲线图，并提供基于离子未注入进所述晶圆中时的离子束带扫描位置与发射电流数据绘制的所述参照曲线，将所述实时变化曲线与参照曲线进行对比，根据对比结果判断所述离子注入机台的离子注入状态，以确认机台是否正常工作，使工作人员可以及时对离子注入机台的相应硬件进行调控或者对离子束带进行调控，避免了离线测量离子注入工艺监控数据的过程中，由于离子注入工艺离线监控的滞后性的问题，造成在线产生批量的不良产品，继而造成较大的经济损失，具有高度产业利用价值。
附图说明
17.图1显示为本发明的本发明的离子注入工艺监控方法的流程图。
18.图2显示为本发明的离子注入工艺监控方法的离子注入过程示意图。
19.图3显示为本发明的离子注入工艺监控方法的等离子体发射枪发射离子的电荷中和示意图。
20.图4显示为本发明的离子注入工艺监控方法的离子束带上下扫描晶圆的示意图。
21.图5显示为本发明的离子注入工艺监控方法的模拟正常离子注入过程中产生的发射电流的实时变化曲线图。
22.图6显示为本发明的离子注入工艺监控方法的在线正常离子注入的实时变化曲线图。
23.图7显示为本发明的离子注入工艺监控方法的参照曲线图。
24.图8显示为本发明的离子注入工艺监控方法的在线离子注入从正常突变为异常的实时变化曲线图。
25.附图标号说明：1 晶圆，11 聚焦器，2 离子束带。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
27.请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
28.实施例一本实施例提供一种离子注入工艺监控方法，如图1所示，为所述离子注入工艺监控方法的流程图，包括以下步骤：s1：提供一待离子注入晶圆，于所述晶圆的上表面形成保护层；s2：于所述保护层的上表面形成光阻层，将所述晶圆固定于离子注入机台的靶盘上，基于所述光阻层对所述晶圆进行离子注入；s3：实时读出所述离子注入机台的工作日志中离子束带的扫描位置及对应扫面位置的等离子体发射枪产生的发射电流数据并导出，基于导出数据绘制所述离子束带扫描位置与所述发射电流的实时变化曲线；s4：提供参照曲线，所述参照曲线是基于离子未注入进所述晶圆中时的所述离子束带扫描位置与发射电流数据绘制，将所述实时变化曲线与所述参照曲线进行对比，并根据对比结果判断所述离子注入机台的离子注入的实时工作状态，以确认机台是否正常工作。
29.请参阅图2，执行所述步骤s1及所述步骤s2：提供一待离子注入晶圆1，于所述晶圆1的上表面形成保护层（未图示）；于所述保护层的上表面形成光阻层（未图示），将所述晶圆1固定于离子注入机台的靶盘（未图示）上，基于所述光阻层对所述晶圆进行离子注入。
30.具体的，所述晶圆1的材质包括硅、硅锗、碳化硅或者其他适合的材料。本实施例中，采用硅作为所述晶圆1的材料。
31.具体的，所述晶圆1的尺寸可以根据实际情况进行选择，这里不再限制。
32.具体的，所述晶圆1可以是已经掺杂过的晶圆，需要再次进行离子注入的晶圆，也可以是未进行掺杂过的晶圆。
33.作为示例，所述保护层包括氧化层或者其他适合的薄膜层。
34.具体的，由于所述光阻层与所述晶圆1的结合力较弱，所述保护层用于增强所述光阻层的粘附性，同时所述保护层还用于防止所述晶圆1被所述光阻层污染。
35.具体的，形成所述光阻层之后，可以不用对所述光阻层进行图案化，基于未图案化的所述光阻层对所述晶圆1进行离子注入。
36.作为示例，形成所述光阻层之后，进行离子注入之前，还包括对所述光阻层进行图案化的步骤。
37.具体的，对所述光阻层进行图案化以得到待离子注入的区域，继而可以对待离子注入的区域进行离子注入工艺。
38.具体的，所述靶盘上设有固定装置，将所述晶圆1放置于所述靶盘上时，并开启所述靶盘上的固定装置，可以使所述晶圆1固定至所述靶盘上。
39.具体的，在进行离子注入前，还需对所述离子注入机台中的离子注入参数进行设置，以使所述离子注入机台按照所设参数进行离子注入工艺。
40.作为示例，在离子注入的过程中，所述离子束带2对所述晶圆1进行上下扫描。
41.具体的，所述等离子体发射枪发射出所述离子束带2后，通过离子束聚焦器11将所述离子束带2调控成带状。
42.作为示例，所述离子束带2在垂直于扫描方向的长度不小于所述晶圆1的直径，所述离子束带2在扫描方向的长度小于所述晶圆1的直径。
43.具体的，在离子注入的过程中，所述离子束带2进行上下扫描是通过所述靶盘的上下移动实现的，即所述离子束带2的入射方向及位置不变，所述靶盘进行上下移动，以实现所述离子束带2对位于所述靶盘上的所述晶圆1进行上下扫描。
44.请参阅图3至图6，执行所述步骤s3及所述步骤s4：实时读出所述离子注入机台的工作日志中离子束带2的扫描位置及对应扫描位置的等离子体发射枪产生的发射电流数据并导出，基于导出数据绘制所述离子束带2扫描位置与所述发射电流的实时变化曲线；提供参照曲线，所述参照曲线是基于离子未注入进所述晶圆1中时的所述离子束带扫描位置与发射电流数据绘制，将所述实时变化曲线与所述参照曲线进行对比，并根据对比结果判断所述离子注入机台的离子注入的实时工作状态，以确认机台是否正常工作。
45.作为示例，如图3所示，为所述等离子体发射枪发射离子的电荷中和示意图，所述发射电流包括中和所述晶圆1表面的电荷产生的电流及机台消耗电荷产生的电流。
46.具体的，由于进行离子注入的过程中，进入所述晶圆1的离子为正离子，当离子进入所述晶圆1或者所述光阻层中时，在所述光阻层或者所述晶圆1中产生电荷积累，需要向所述晶圆1的表面发射电子，以中和所述晶圆1或者所述光阻层表面的正电荷，继而产生电流。
47.具体的，当所述晶圆1或者所述光阻层中积累的电荷过多的正电荷时，由于同种电荷相互排斥，入射的离子将受到排斥力，导致入射离子偏离入射轨道，无法与电子中和，继而无电流产生。
48.作为示例，正常离子注入的过程中，所述实时变化曲线呈类周期性变化。
49.具体的，如图4及图5所示，分别为所述离子束带2上下扫描所述晶圆1的示意图及模拟离子注入过程中产生的所述发射电流的实时变化曲线，当离子注入无异常时，由于所述离子束带2呈带状，且所述离子束带2在垂直于扫描方向的长度不小于所述晶圆1的直径，所述晶圆1呈圆形，在进行上下扫描的过程中，所述离子束带2与所述晶圆1在所述晶圆1顶部位置及所述晶圆1底部的接触面积较小，进入所述晶圆1中或者所述光阻层表面的离子较少，参与中和的电荷较少，靠近所述晶圆1中间位置的过程中，所述晶圆1与所述离子束带2的接触面积逐渐增大，进入所述晶圆1中或者所述光阻层表面的离子逐渐增多，参与中和的电荷也逐渐增多，继而使整个扫描过程中所述发射电流的电流变化曲线呈现类周期性变化。
50.作为示例，如图6所示，为在线正常离子注入过程中所述实时变化曲线走势图，正常离子注入过程中，其中，图中所述扫描位置曲线的峰值为所述晶圆1顶部位置，低谷值为所述晶圆1的底部位置，位于峰值与谷值之间的中间位置为所述晶圆1的中间位置，所述离子束带2扫描至所述晶圆1的中间部分时对应的所述发射电流值大于所述离子束带2扫描至
所述晶圆1的顶部及所述晶圆1的底部时对应的所述发射电流值。
51.作为示例，离子注入异常，所述发射电流的电流值低于正常离子注入的电流值。
52.具体的，图7及图8所示，分别参照曲线图及在线离子注入从正常突变为异常的实时变化曲线图，其中，所述扫描位置曲线的峰值为所述晶圆1顶部位置，低谷值为所述晶圆1的底部位置，位于峰值与谷值之间的中间位置为所述晶圆1的中间位置，当离子注入出现异常时，由于电荷积累造成电荷同性相斥，使所述离子束带2的束流发生偏移，导致入射离子少部分注入或者未注入到所述晶圆1中，导致参与中和所述晶圆1表面的正电荷的电子较少，此时所述发射电流的仅为所述离子注入机台消耗产生的电流，继而使日志中收集到的所述发射电流的电流值低于正常的离子注入时的电流值。
53.作为示例，基于对比结果对所述离子注入机台的相应硬件进行调整或者对所述离子束带进行微调。
54.具体的，当离子注入过程出现异常时，由于离子未注入进所述晶圆1或者所述光阻层中，所述发射电流将会明显低于正常值，基于对比结果，及时对所述离子注入机台的相应硬件进行调整或者对所述离子束带2进行微调，减少在线产生的离子注入不良产品量，以提升离子注入的良率，降低生产损失。
55.具体的，实时读出所述离子注入机台的日志中所述离子束带2的扫描位置及等离子体发射枪产生的发射电流数据并导出的方法，可以是基于现有的软件，也可以是基于实时读出程序读出并导出。本实施例中，基于实时读出程序读出并导出所述离子注入机台的日志中的扫描位置数据及所述发射电流数据。
56.具体的，将导出数据绘制成实时变化曲线图的过程，可以是基于现有的实时绘图软件，也可以是基于实时绘图程序绘制。本实施例中，基于实时读出程序读出的数据，利用实时绘图程序绘制所述实时变化曲线图，并将绘制的图形实时输出至监测屏幕，以便于工作人员实时在线监控离子注入工艺的离子注入状态，避免了离子注入工艺监控的滞后性问题，避免了线上产生批量的不良产品，提升了离子注入工艺中产品的良率，减少了生产损失。
57.具体的，离子未注入进所述晶圆1中的所述发射电流曲线是指在所述晶圆1或者所述光阻层中正电荷积累后，由于同性电荷相斥，等离子体发射枪发射出的离子难以注入到所述晶圆1或者所述光阻层中，基于所述离子注入机台的工作日志中所述离子束带2的扫描位置及所述发射电流的数据绘制曲线，同时将该曲线作为参照曲线。
58.作为示例，所述实时变化曲线至少显示两个扫描周期，这里的扫描周期是所述离子束带2至所述晶圆1的顶端（底端）向下（向上）扫描完一个晶圆到下一个晶圆的扫描开始的时间段。
59.具体的，由于同一批次的所述晶圆1离子注入的过程中，离子注入工艺的工艺参数、光阻条件及晶圆均相同，两个周期的变化曲线可以对比两个周期曲线变化情况，能够更好的监控离子注入工艺的实时变化情况。
60.本实施例的离子注入工艺监控方法利用离子注入机台在离子注入过程中产生的日志文件信息，在离子注入过程中，实时读取所述离子注入机台的日志文件中所述离子束带2的扫描位置与所述发射电流的数据并导出，根据实时读取的数据绘制出的所述发射电流与所述离子束带2的扫描位置的所述实时曲线变化图，再将得到的所述实时变化曲线与
所述参照曲线进行对比，根据对比结果判断所述离子注入机台的离子注入状态，以确认机台是否正常工作，便于及时对离子注入机台的相应硬件进行调控或者对离子束带进行调控，避免了离线测量数据的过程中，离子注入工艺监控滞后的问题，提升了离子注入工艺的良率，避免了在线产生大量的不良产品，减少了生产损失。
61.综上所述，本发明的离子注入工艺监控方法利用离子注入机台进行离子注入的过程中产生的日志文件中的数据，通过从日志文件中实时读出离子注入过程中发射电流及离子束带的扫描位置的数据信息并导出，基于导出数据中的实时发射电流及离子束带扫描位置的数据信息绘制出发射电流及离子束带扫描位置的实时变化曲线，将绘制的实时变化曲线输出，并与参照曲线作对比，以实时判断离子注入机台的离子注入状态并确认机台是否正常工作，便于工作人员及时根据判断结果对离子注入机台的相应硬件进行调整或者对离子束带进行微调，避免了由于离子注入工艺监控的滞后性的问题，造成线上产生批量的不良产品，提升了离子注入工艺的良率，减少了生产损失。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
62.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。