一种评估离子注入工艺的监测方法

本发明属于半导体制造领域，特别涉及一种评估离子注入工艺的监测方法。

背景技术：

1、在半导体制造工艺中，离子注入工艺的稳定性对器件性能有至关重要的影响。为了评估离子注入之后的结果，方阻测量是一个常用的评估方法；但该方法只能笼统地评估离子注入所得的总体影响，无法获得离子注入厚度方向中能量和剂量的影响信息，存在一定的局限性。利用带电极的二氧化硅和多晶复合结构，通过测量离子注入后总体电阻的变化来判定注入能量的影响，但是又无法单独确定各层的电阻来体现注入剂量带来的影响大小。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供了一种评估离子注入工艺的监测方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：

3、一种评估离子注入工艺的监测方法，包括如下步骤：

4、提供晶圆衬底，在所述晶圆衬底表面依次形成二氧化硅层和多晶硅层，形成离子注入的陪片；

5、将若干陪片和待检测的正片一同完成离子注入工艺，对所述陪片进行激活退火；

6、对不同陪片刻蚀至不同厚度，确认不同陪片的多晶硅厚度并测量对应的方阻，获取不同厚度的方阻监测数据；

7、获取相同离子注入工艺条件下的基准样品以及不同厚度的半导体测试材料层对应的基准方阻值；

8、根据陪片多晶硅层中不同厚度的方阻监测数据与基准方阻值的偏差，评估待检测的正片在相同离子注入工艺条件下不同时间和批次间的偏差及判定结果。

9、进一步的，还包括：采用srim仿真获取相同离子注入工艺条件下的峰值浓度的深度rp，其中多晶硅厚度不小于rp×120％。

10、进一步的，所述二氧化硅层通过热氧化或化学气相沉积的方法形成。

11、进一步的，所述二氧化硅层厚度为50nm-300nm。

12、进一步的，所述陪片进行激活退火具体采用快速热退火或高温炉管退火。

13、进一步的，对所述陪片刻蚀至不同厚度，确认多个厚度的多晶硅厚度并测量对应的方阻，获取不同厚度的方阻监测数据具体包括：借助干法刻蚀工艺将所述陪片刻蚀至不同厚度，采用椭偏仪确认多个厚度的多晶硅层厚度并以四探针法测量对应的方阻。

14、进一步的，所述陪片刻蚀工艺为反应性离子刻蚀。

15、进一步的，还包括：利用二次离子质谱仪sims测定样品作为基准样品。

16、进一步的，还包括：选取预定的n个厚度元素浓度与仿真结果偏差在±10％以内的样品作为基准样品。

17、进一步的，还包括：比较和计算不同批次间同一刻蚀厚度对应方阻值的偏差，设定偏差容许范围来评估离子注入工艺的稳定性；或比较不同注入工艺间的厚度方阻差异，反映离子注入工艺带来的差异。

18、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

19、本发明提出一种评估离子注入工艺的监测方法，提出了一种多晶硅和二氧化硅叠层结构，通过反应性离子刻蚀配合椭偏仪测量刻蚀至预定厚度的多晶掺杂层，获取注入厚度方向的四探针方阻测量值，并且通过不同时间和批次之间的方阻差异，反映离子注入的厚度分布信息，以较为简易地方法实现了相同离子注入工艺的稳定性评估，也能为对比不同离子注入条件差异带来参考。

20、本发明可以用于硅晶圆通用元素离子注入以及碳化硅晶圆部分元素(如磷等)离子注入工艺稳定性的监测与评估，解决了一些量产测试所需加工工艺对待检测的正片带来的不利影响；能够获取离子注入在不同深度上的性能反馈；同时，二氧化硅绝缘层隔离了晶圆衬底的电阻率对方阻测量的影响。

技术特征：

1.一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，还包括：采用srim仿真获取相同离子注入工艺条件下的峰值浓度的深度rp，其中，多晶硅厚度不小于rp×120％。

3.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，所述二氧化硅层通过热氧化或化学气相沉积的方法形成。

4.根据权利要求3所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，所述二氧化硅层厚度为50nm-300nm。

5.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，所述陪片进行激活退火具体采用快速热退火或高温炉管退火。

6.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，对所述陪片刻蚀至不同厚度，确认多个厚度的多晶硅厚度并测量对应的方阻，获取不同厚度的方阻监测数据具体包括：借助干法刻蚀工艺将多个陪片刻蚀至不同厚度，采用椭偏仪确认多个多晶硅层厚度并以四探针法测量对应的方阻。

7.根据权利要求6所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，所述陪片刻蚀工艺为反应性离子刻蚀。

8.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，利用二次离子质谱仪sims测定样品作为基准样品。

9.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，还包括：选取预定的n个厚度元素浓度与仿真结果偏差在±10％以内的样品作为基准样品。

10.根据权利要求1所述一种评估离子注入工艺的监测方法，其特征在于，还包括：比较和计算不同批次间同一刻蚀厚度对应方阻值的偏差，设定偏差容许范围来评估离子注入工艺的稳定性；或比较不同注入工艺间的厚度方阻差异，反映离子注入工艺带来的差异。

技术总结
本发明提供了一种评估离子注入工艺的监测方法，包括：提供晶圆衬底，在所述晶圆衬底表面依次形成二氧化硅层和多晶硅层，形成离子注入的陪片；将若干陪片和待检测的正片一同完成离子注入工艺，对所述陪片进行激活退火；对不同陪片刻蚀至不同厚度，获取不同厚度的方阻监测数据；获取相同离子注入工艺条件下的基准样品以及对应的基准方阻值；根据陪片多晶硅层中不同厚度的方阻监测数据与基准方阻值的偏差，评估待检测的正片在相同离子注入工艺条件下不同时间和批次间的偏差及判定结果。本发明实现了生产现场便捷对离子注入品质的评估与控制，并解决了一些量测所需加工工艺对待检测的正片带来的不利影响。

技术研发人员：谭学仕,任娜,盛况,徐弘毅
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15