专利名称：用于检测淹没式等离子枪工作状况的半导体器件及方法
技术领域：
本发明涉及半导体检测技术，特别涉及一种用于检测淹没式等离子枪工作状况 的半导体器件及方法。
背景技术：
随着半导体集成度越来越高，器件的尺寸越来越小，特别是对于65nm工艺节点 以及更小尺寸的CMOS器件，对于源/漏区注入的工艺要求越来越高。在源/漏区注入 过程中，要求注入离子束具有超低的能量且呈电中性。这是因为离子束带来的电荷会在 栅氧化物层上形成积累，即所谓的“荷电效应”。晶圆上溅射出二次电子更会加重了这 一电荷积累效应。电荷积累直接的影响是产生电荷破坏，从而影响器件的结构、制造缺 陷，降低成品率，尤其是会破坏薄介电层以及影响到CMOS器件的使用寿命。其次，晶 圆上积累的电荷反过来影响离子束的束斑大小，从而严重影响注入的均勻性和重复性。 随着器件的高度集成化，栅氧化膜薄层化，栅面积的缩小化以及晶圆的大口径化，使得 电荷积累引起的问题越来越严重。因此，在离子注入工艺中设法控制晶圆的电荷积累已 经成为一项十分关键的技术。
解决晶圆电荷积累的传统方法是用淹没式等离子枪(PFG)来中和底材上的电 荷。如图IA所示，PFG 100发射电子到晶圆101的表面。然而，当PFG自身发生故 障，例如灯丝变淡导致发射的电子流变弱时，由于发射的电子数量不够，因此无法完全 中和晶圆上的多余正电荷，这样会造成离子注入过程中晶圆上电荷的积累。在常规技术 中，通常采用裸晶离线测试PFG的工作状况。但是，由于裸晶离线检测时是将裸晶圆直 接放在工作台上，因此晶圆通过工作台接地。如图IB所示，如果PFG由于自身故障导 致电弧电流减小从而使得发射的电子数量不够时，接地的晶圆会自动从接地一端引入电 子来中和多晶硅上剩余的正电荷。这样就无法检测出PFG是否发射的电子不足，也就无 法及时调整PFG以消除晶圆的电荷积累。现有技术中通过检测离子束电势来监测PFG工 作状态，但这种手段有很大的局限性，只有特殊设计的晶圆才能够检测电势，这将大大 提高制作成本，并且耗费时间，延长了生产周期。
因此，需要一种容易实施且快速的方法来检测PFG是否处于正常的工作状态， 以保证PFG可以发射足够的电子来中和底材上的电荷，消除晶圆的荷电效应。发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中 进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术 方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了能够快速且便捷地检测PFG是否处于正常的工作状态，以保证PFG可以发 射足够的电子来中和底材上的电荷，消除晶圆的荷电效应，本发明提供了一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的半导体器件，所述半导体器件包括晶圆；在所述晶圆上沉 积的一氧化物层；以及在所述氧化物层上沉积的并注入杂质的一多晶硅层。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的方 法，所述方法包括下列步骤在晶圆上沉积一氧化物层；在所述氧化物层上沉积一多晶 硅层；向所述多晶硅层注入杂质；将所述晶圆进行退火处理，以激活注入的杂质；通过 所述淹没式等离子枪向所述晶圆发射电子束，检测晶圆上多个位置的方块电阻值。
根据本发明制备的检测晶圆，可以通过检测晶圆的方块电阻来直接反应PFG的 工作状况，这种检测方法方便快捷，且十分有效。用于检测的晶圆可以重复使用，因此 根据本发明的方法具有成本效益。
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本 发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图IA是PFG向晶圆发射中和电子的示意图IB是现有的晶圆接收PFG发射中和电子的示意图2是根据本发明改进的晶圆接收PFG发射中和电子的示意图3是根据本发明的检测PFG工作状况的方法流程图4A和图4B是不同的PFG弧电流的大小与晶圆方块电阻变化之间的关系图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。 然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而 得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术 特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是 如何利用额外的氧化物层以及检测方块电阻Rs值来解决监测PFG工作状态的问题。显 然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳 实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
参照图2，根据本发明的测试PFG工作状况的半导体器件包括测试用晶圆201， 沉积在晶圆201上的一氧化物层202以及沉积在该氧化物层202上的多晶硅层203。所述 氧化物层的成分优选是二氧化硅，氧化物层的厚度大约为100 1500埃，多晶硅厚度大 约为1500 3500埃。通过引入氧化物层202，可以将多晶硅层203与晶圆201隔离，从 而阻止电子从晶圆201的接地一端被导入到多晶硅层203以中和多晶硅上积累的正电荷。 这样，当PFG工作不正常时，例如由于灯丝故障而导致电弧电流减小从而使发射的电子 数量不足以中和由于注入工艺产生的多余正电荷时，注入的离子会产生分散的效应，导 致晶圆的方块电阻Rs产生不均勻的分布。通过测量晶圆中不均勻分布的方块电阻值及变 化趋势，可以直接得到PFG是否工作正常的信息。
图3示出了根据本发明的测量PFG工作状况的工艺流程图。在步骤301中，以 化学气相沉积(CVD)法在晶圆上沉积一氧化物层，工艺温度为900 1100摄氏度，所述氧化物层的成分优选是二氧化硅，氧化物层的厚度大约为100 1500埃。在步骤302 中，在氧化物层表面沉积一层多晶硅，工艺温度为845 1045摄氏度左右，多晶硅厚度 大约为1500 3500埃。接着，在步骤303中，向多晶硅注入硼(B)，硼注入能量为1 IOkeV,剂量为5X IOw 5X 1015cm2，工艺温度为950 1150摄氏度，注入时间为10 30秒。在步骤304中，进行退火处理，激活注入的硼离子。退火温度约为1100°C，时 间为20秒。在步骤305中，通过PFG向晶圆发射电子束，以中和由于在步骤303中进 行的注入而产生的多余电荷。然后在步骤306中，对晶圆不同位置处的方块电阻进行检 测，可采用四探针法进行检测。在步骤307中，可选地，当整个检测工艺完成后，可以 剥离所沉积的氧化物层以及多晶硅层。而剥离氧化物层以及多晶硅层之后的晶圆可以再 次循环使用，大大节约了检测的成本。
图4A至4C示出了 PFG发射电弧电流的大小与晶圆方块电阻变化之间的关系， 横坐标为晶圆样品从中心向两侧延伸的检测位置，0代表晶圆中心的位置，150代表晶圆 边缘的位置；纵坐标为方块电阻的大小。在沿晶圆表面相互垂直的两个方向上，即0° 和90°方向上分别测试晶圆样品在不同的PFG发射电弧电流的情况下方块电阻的分布情 况。晶圆样品上沉积的多晶硅厚度为2500埃，硼注入能量为5keV，剂量为1 X IO15cm2。 在1100摄氏度，含氧10%的气氛下退火20秒。这里通过调整PFG的弧电流大小并检 测晶圆的方块电阻，来模拟PFG的检测方法。即通过检测晶圆的方块电阻的变化趋势来 直接反应出PFG的弧电流发射情况。如图4A所示，PFG弧电流为3A时为PFG发射的 电子数量足够的情况，在两个互相垂直的方向(0°和90° )上选取多点进行检测，得到 晶圆的方块电阻的平均值为M8.57欧姆/ 口。所测得的晶圆的方块电阻最大值与最小值 之差为12.62欧姆每方。从统计数据中可以看出，晶圆各个位置的方块电阻大小基本相 同，变化并不显著，这说明PFG发射的中和电子的数目是足够的，因此整个晶圆的注入 是均勻的，从而反应了 PFG工作正常。如图4B所示，当PFG弧电流减小到0.3A时， 为PFG发射的电子数量不足的情况，在两个互相垂直的方向(0°，90° )上选取多点进 行检测，得到晶圆的方块电阻的平均值为251.92欧姆/ 口。所测得的晶圆的方块电阻最 大值与最小值之差为31.46欧姆每方。从统计数据中可以看出，在所测的两个方向上晶圆 边缘位置处的方块电阻相差很大，可知晶圆边缘处和中心处相比杂质的浓度很不均勻， 从而反应了 PFG发射的中和电子数量不足，因此工作不正常。
这样，通过根据本发明制备的检测晶圆，可以通过检测晶圆的方块电阻来直接 反应PFG的工作状况，这种检测方法方便快捷，且十分有效。用于检测的晶圆可以重复 使用，因此根据本发明的方法具有成本效益。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用 于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技 术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更 多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保 护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的半导体器件，所述半导体器件包括 晶圆；在所述晶圆上沉积的一氧化物层；以及在所述氧化物层上沉积的并注入杂质的一多晶硅层；其中通过检测所述晶圆上多个位置的方块电阻值，判断淹没式等离子枪的工作状况。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述氧化物层是二氧化硅。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述氧化物层的厚度为100 1500埃。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述多晶硅层的厚度为1500 3500埃。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述氧化物层通过化学气相沉积法形 成，工艺温度为900 1100摄氏度。
6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述多晶硅层通过化学气相沉积法形 成，工艺温度为845 1045摄氏度。
7.一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的方法，所述方法包括下列步骤 在晶圆上沉积一氧化物层；在所述氧化物层上沉积一多晶硅层；向所述多晶硅层注入杂质；将所述晶圆进行退火处理，以激活注入的杂质；通过所述淹没式等离子枪向所述晶圆发射电子束，检测晶圆上多个位置的方块电阻值。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述氧化物层是二氧化硅。
9.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述氧化物层的厚度为100 1500埃。
10.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述多晶硅层的厚度为1500 3500埃。
11.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述氧化物层通过化学气相沉积法形 成，工艺温度为900 1100摄氏度。
12.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述多晶硅层通过化学气相沉积法形 成，工艺温度为845 1045摄氏度。
13.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于所述注入的杂质是硼，注入能量为 1 IOkeV,剂量为5X IO14 5X 1015cm2，工艺温度为950 1150摄氏度，注入时间为 10 30秒。
14.如权利要求7所述的用于检测淹没式等离子枪工作状况的方法，其特征在于所述 退火处理的温度为1100°C，时间为20秒。
15.如权利要求7所述的用于检测淹没式等离子枪工作状况的方法，还包括将所述晶 圆上沉积的氧化物层以及多晶硅层剥离，以便循环使用所述晶圆。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的半导体器件，所述半导体器件包括晶圆；在所述晶圆上沉积的一氧化物层；以及在所述氧化物层上沉积的并注入杂质一多晶硅层。本发明还提供了一种用于检测淹没式等离子枪工作状况的方法，所述方法包括下列步骤在晶圆上沉积一氧化物层；在所述氧化物层上沉积一多晶硅层；向所述多晶硅层注入杂质；将所述晶圆进行退火处理，以激活注入的杂质；通过所述淹没式等离子枪向所述晶圆发射电子束，检测晶圆上多个位置的方块电阻值。根据本发明制备的检测晶圆，可以通过检测晶圆的方块电阻来直接反应PFG的工作状况，这种检测方法方便快捷，且十分有效。
文档编号G01R27/02GK102023257SQ200910195809
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者陈勇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司