专利名称：监控离子植入于半导体基材的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路以及制造半导体器件的工艺。具体地说，本发明提供了一种方法及系统来监控半导体制造时植入硅离子的精确度。除此之外，并可应用于其它更广泛的用途上。举例而言，本发明可应用于不同种类的器件上，比如动态随机存取内存(DRAM)、静态随机存取内存(SRAM)、，专用集成电路器件(ASIC)、微处理器、微控制器、闪存及其它器件。
所以在此提供了一种改良技术，针对上述半导体制程的改善是不可或缺的贡献。
具体而言，此发明提供了一种方法来精确的监控硅离子植入的剂量，方法如下首先在半导体基材的表面以第一种剂量及第一种能量，植入第一种离子，然后再以第二种剂量及第二种能量植入硅离子，此方法也包含回火半导体硅基材，以及测量其表面的片电阻。然后可经由片电阻来监控并验证所植入的硅离子精确剂量。
明确地说，本发明在集成电路制造上为半导体基材提供了一个精准的方法。此方法包括提供一片测试芯片于植入机台内。在此芯片上注入可作为参考剂量以及参考能量的离子种类， 再以其它剂量以及其它能量，注入硅离子。然后回火半导体硅基材，以及测量其表面的片电阻，再经由片电阻来监控并验证所植入的硅离子精确剂量。然后使用硅离子剂量的值，来校验植入设备，以确保此设备制造出来的半导体品质。
因此本发明可改善传统半导体制程监测技术上的限制。概略而言，本发明对半导体制程提供了一种精确且简便的监测技术。具体的说，本发明可精确监控硅离子植入的剂量，因而提升了芯片上器件的良率，再者不需经由改善机台设备以及制程等繁琐程序即可达上述效益。
本发明推算与监控植入硅离子剂量的具体方法如下1、提供一测试芯片；2、以“砷”作为杂质植入第一次剂量及第一次能量于测试片上；3、以硅作为第二次杂质，植入第二次剂量及第二次能量于测试片上；4、回火测试片；5、测量测试片的片电阻；6、在其它芯片上用不同剂量重复1~5的步骤；7、计算剂量与片电阻的关联性；8、在至少一片测试片或其它多片测试片上使用此关联性；
9、调整其它测试片的制程；10、执行其它所需步骤。
本发明提供以上的方法，亦即使用测试片来调整植入制程以达校验的目的，此种测试片通常不是产品芯片，而测量测试片的片电阻可用来校验或校准植入制程，本发明提供离子植入制程的使用者来调整或监控硅离子的植入剂量。以下更详细记录本发明。
图1至图5详细表述了本发明方法。这些图例仅做为说明，但不因此而限定本发明的权利申请范围。如图所示，先准备一片硅芯片(如标示100)。此硅芯片为P型具有电阻率为2~5欧姆-厘米。如图所示，硅晶格以单晶方式排列(如标示101，103)，此硅芯片为一测试片，被传入机台内，做为监控此机台设备是否可以从事生产。
如图2，杂质砷被植入于芯片表面到达某一深度(如标示201)，植入砷的剂量通常从1.0E12至1.0E13，其它杂质也可应用于此方法上。植入杂质砷用来提高其导电度并作为植入参考。
然后在芯片表面植入硅(如标示301)，接下来回火此芯片(如图4)，此回火过程使得硅离子移动至晶格结构的位置(如标示403)，并且也活化了植入的砷杂质，此回火需使用快速热制程(RTP)其温度约于950℃~1050℃的惰性环境中，在此所指的惰性环境是指包括在氮气或其它不起反应的气体的环境。
之后测量其片电阻，如图5所示。片电阻通常可用RS-75或其它仪器来测量片电阻，在此发明中，片电阻将随植入的硅的增加而增加。片电阻的增加是因为植入砷杂质的密度变低了，以下实例可更详细的说明本发明。
虽然本发明已经以较佳实施例配合上若干实验数据加以说明，但该实施例并非用以限定本发明，任何熟悉本术领域者均可以在不脱离本发明的精神及范围内，完成各种更动及变化。因此，本发明的精神及范围系由随附的权利要求来界定。
实施例为了验证本发明的原理及应用，我们做了以下实验。然而本实验除了做为一种验证外，并不因此而限制其发明的权利申请范围。在实验中，我们使用电阻率为2~5欧姆-厘米的P型芯片，这些芯片的植入值及测量值均如下表一所示。
表一
如图所示，植入硅，能量35KeV，剂量8E14atoms/cm2，并使用热波仪TP500来测量其TW热波值。第一片芯片植入100％的剂量，第二片植入105％的剂量，并分别测得其TW热波值为930.1及938.2。
TW热波值的改变百分率为0.87％(小于1％)，敏感度为0.174，计算方式如下TW(改变百分率)＝[(938.2-930.1)/930.1]*100％＝0.87％TW[敏感度]＝(0.87％÷5％)＝0.174在此0.5％为第一片与第二片芯片植入剂量的变化百分比。
如此低的敏感度无法监测出硅离子的植入剂量的微小变化，这便是目前传统方法的限制，所以我们采用以下的方法来改善。表二便是其植入值百分率及其片电阻资料表二
第一片芯片植入100％剂量，第二片植入105％的剂量，经由回火后，分别测得片电阻为2244及2351，片电阻的改变百分率为4.77％，因此计算出其敏感度为0.954，接近1。此方法乃以硅离子能量为30KeV，剂量为5.0E15植入于预先处理过的芯片。在此所谓预先处理过的芯片，乃指先以砷为植入杂质，能量60KkV，剂量为5.0E12，植入P型的测试片内。如上所示，此方法中的片电阻能显著并敏感的反应出剂量的微小改变，能够使我们比传统的监控法，更有效率的来监控离子植入制程。
虽然本发明已经以较佳实施例配合上若干实验数据加以说明，但该实施例并非用以限定本发明，任何熟悉本技术领域者均可以在不脱离本发明的精神及范围内，完成各种更动及变化。因此，本发明的精神及范围应由随附的权利要求书来界定。
权利要求
1.监测植入硅剂量的方法，包含在基材上先以第一道剂量、第一道能量，植入第一道杂质；在基材上以第二道剂量、 第二道能量，植入硅杂质；回火基材；测量基材表面片电阻；依据片电阻的值来监控或验证第二道剂量的值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一道植入杂质为砷。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一道剂量低于第二道剂量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一道剂量至少比第二道低10的3次方阶。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，片电阻为Rs值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一道杂质为砷、铟或锑。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含重复以其它剂量、其它能量植入硅杂质的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，回火环境为一快速热制程，且维持于不起反应的气体环境中。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基材为P型。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用回火活化原子。
11.如权利要坟1所述的方法，其特征在于，在不起反应的气体环境中进行回火。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，不起反应的气体环境为充氮气环境。
13.一种在半导体基材上制造集成电路的方法，包含插入一测试基材于植入机台内；在测试基材的表面以基准剂量、基准能量，植入一基准原子；在测试基材表面以第一道剂量、第一道能量，植入硅原子，以此做为第一道植入；在惰性环境内回火基材；测量基材表面的片电阻，此片电阻至少与第一道植入的硅原子有关；依据片电阻的值来监控并验证第一道植入的剂量值；使用第一道剂量的值来校验植入的机台设备；使用此机台制造半导体基材。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基准剂量低于第一道剂量。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基准剂量至少比第一道剂量低10的3次方阶。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，片电阻为Rs值。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基准原子为砷。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，半导体基材为成品圆片。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，回火环境为一快速热制程(RTP)，且维持于不起反应的气体环境中。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，半导体基材为P型基材。
全文摘要
本发明主要用来有效监控植入硅原子的剂量。其方法包括先以第一道剂量及第一道能量于半导体基材上植入第一道原子，然后再以第二道剂量及第二道能量植入硅原子，回火此半导体基材，测量其片电阻，再依据片电阻来监控并验证第二道剂量的值。本发明的方法还依据表面电阻值来确定第二道剂量值。
文档编号H01L21/66GK1467805SQ0216057
公开日2004年1月14日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者苏俊铭, 肖胜强, 王粒子, 黄晋德 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司, 中芯国际集成电路制造(上海)有限公