专利名称：一种监测f元素离子注入制程均一性与稳定性的方法
技术领域：
本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法。
背景技术：
随着集成电路工艺的发展以及按比例尺寸缩小，器件的控制越来越精细，离子注入对器件性能起到关键作用，比如F元素离子注入对很多关键的电性参数有很大影响，负偏压温度不稳定性(NBTI Negative Bias Temperature Instability)就是其中之一。目前针对F原子团(如BF2)的脱机监测主要通过测量薄层电阻Rs数数值进行，但是此种方法由于需要将探针扎入晶圆，会严重损毁晶圆，很难进行回收和二次利用。而针对F原子的脱机监测，常用的方式是通过热波量测仪对量测晶圆表面的粗糙度进行，此种方法对热波量测仪的精度要求很高，但是热波量测仪的激光发射器件属于易于损耗的器件，所发射的激光容易产生衰减，造成对实际量测数据的误差。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是一种能够监测F元素离子注入制程的均一性与稳定性的方法，有效监控F元素离子注入制程，为提高器件性能与良率提供保障；并有效降低晶圆的损害或者提高回收利用率，节省成本。本发明的目的是通过下述技术方案实现的
一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，包括以下步骤
51:提供一晶圆，将所述晶圆划分成多块晶粒区域；
52:在所述晶粒区域中注入一定剂量的F元素；
53:在掺杂有F元素离子的所述晶粒区域表面沉积一层氧化物；
54:对所述晶粒区域进行高温退火工艺，在所述氧化物表面产生凸起；
55:对所述晶粒区域的所述凸起进行周长测量，计算所有所述凸起的周长之和；
56:确定不同剂量的F元素，重复执行步骤S1-S5，建立周长-F元素注入剂量之间的关系数据库系统。上述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，在执行步骤S6之前，重复多次执行步骤S1-S5，重复注入同一剂量的F元素，计算出多个所述凸起的周长之和数值，对所述多个周长之和的数值进行平均计算，得出平均周长数值。上述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，所述氧化物为含有硅元素的氧化物。上述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，所述晶粒区域的面积为 20umx50um。上述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，在步骤S5中，采用电子显微镜的量化制程监测方法测算所述凸起的周长。
上述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，在步骤S4中，所述高温退火工艺为RTA退火工艺。本发明是发明一种能够监测F元素离子注入制程的均一性与稳定性的方法，是应用F元素在离子注入后的退火过程中易于析出的性质，在晶圆上设计测试模块，并注入想要监测的F元素剂量，经过气相沉积硅的氧化物后的退火制程，使F产生析出，然后应用电子显微镜(SEM)的量化制程监测(QPM: Quantified Process Monitoring)方法对设计模块上F析出的情况进行计算，并建立F元素剂量与F析出情况的数据库，进而只需将每次监测结果与此数据库进行比较，即可实现监测效果。
图I是本发明的一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法中选定的待测试晶圆的结构不意 图2A-图2C是本发明的步骤S2-步骤S3的工艺步骤分解状态示意图。图3是本发明中的执行步骤S4后的晶粒区域的结构示意图。图4是本发明的一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法流程示意框图。
具体实施例方式下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。参见图4中所示的一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法的步骤流程图，结合图1、2和图3 —种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，包括以下步骤
步骤SI :如图I中所示，提供一晶圆1，将晶圆I划分成多块晶粒区域2，例如，将每个晶粒区域2的面积确定为20umx50um。步骤S2 :如图2A中所示,在该晶粒区域2中注入一定剂量的F元素3 ；
步骤S3 :如图2B中所示，在掺杂有F元素离子的晶粒区域2表面沉积一层含硅的氧化物4 ;
步骤S4 :如图2C中所示，对该晶粒区域2进行高温退火工艺，在氧化物4表面产生凸起5 ;
在此步骤S4中，采取快速退火工艺(RTA)工艺，对该有F离子注入的晶粒区域2进行退火，F元素会在热作用下使含硅的氧化物4产生凸起5。步骤S5 :如图3中所示，对晶粒区域2中的凸起5进行周长测量，计算所有凸起5的周长之和；
在此步骤中，采用电子显微镜(SEM)的量化制程监测方法(QPM: Quantified ProcessMonitoring)测算对每个晶粒区域2中的每个凸起5的底面周长进行测量，获得一个周长测量值，然后将该晶粒区域2中的所有凸起5的底面周长的测量值进行求和计算所得的数值即为该晶粒区域2的周长数值，再将该选定的所有晶粒区域2中的周长数值相加，即得到该待测晶圆在注入一定剂量的F元素后产生的凸起5的总的周长数值。然后，重复上述步骤，计算出在相同的待测晶圆I中注入同一剂量F元素后，晶圆I中的所有凸起5的总的周长数值，并且对所获得的每个晶圆I的总的周长数值进行求和平均计算，计算出一个平均周长数值，记录该平均周长数值与注入的F元素的剂量值的对应关系。步骤S6 :确定不同剂量的F元素，重复执行步骤S1-S5，建立平均周长-F元素剂量之间的关系数据库。即在此步骤中，通过注入不同剂量的F元素，重复执行上述步骤，获得每一个注入剂量值下，所获得的相应的平均周长数值并进行记录。进而，根据每一个剂量F元素注入对应的平均周长数值，制作出一个平均周长-F元素剂量关系的数据库。 利用该建立的平均周长-F元素剂量元素关系的数据库，将每次的监测结果与该数据库进行比较，既可以实现对F元素离子注入稳定性的监测。另外，通过将待监测的晶圆中的每个晶粒区域2的总周长数值进行比较，既可以实现对F元素离子注入均一行的监测。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤 51:提供一晶圆，将所述晶圆划分成多块晶粒区域； 52:在所述晶粒区域中注入一定剂量的F元素； 53:在掺杂有F元素离子的所述晶粒区域表面沉积一层氧化物； 54:对所述晶粒区域进行高温退火工艺，在所述氧化物表面产生凸起； 55:对所述晶粒区域的所述凸起进行周长测量，计算所有所述凸起的周长之和； 56:确定不同剂量的F元素，重复执行步骤S1-S5，建立周长-F元素注入剂量之间的关系数据库系统。
2.根据权利要求I所述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，在执行步骤S6之前，重复多次执行步骤S1-S5，重复注入同一剂量的F元素，计算出多个所述凸起的周长之和数值，对所述多个周长之和的数值进行平均计算，得出平均周长数值。
3.根据权利要求I所述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，所述氧化物为含有硅元素的氧化物。
4.根据权利要求I所述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，所述晶粒区域的面积为20umx50um。
5.根据权利要求I所述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，在步骤S5中，采用电子显微镜的量化制程监测方法测算所述凸起的周长。
6.根据权利要求I所述的监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述高温退火工艺为RTA退火工艺。
全文摘要
本发明公开了一种监测F元素离子注入制程均一性与稳定性的方法，其中，包括以下步骤提供一晶圆，将所述晶圆划分成多块晶粒区域；选定其中一个晶粒区域，在所述晶粒区域中注入一定剂量的F元素；在掺杂有F元素离子的所述晶粒区域表面沉积一层氧化物；对所述晶粒区域进行高温退火工艺，在所述氧化物表面产生凸起；对所述晶粒区域的所述凸起进行周长测量，计算所有所述凸起的周长之和；确定不同剂量的F元素，重复执行前述步骤，建立周长-F元素注入剂量之间的关系数据库系统。有效监控F元素离子注入制程，为提高器件性能与良率提供保障；并有效降低晶圆的损害或者提高回收利用率，节省成本。
文档编号H01L21/66GK102768967SQ201210225788
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者倪棋梁, 王恺, 范荣伟, 陈宏璘, 龙吟 申请人:上海华力微电子有限公司