离子注入工艺的监控方法及监控装置与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种离子注入工艺的监控方法及监控装置。

背景技术：

1、目前，半导体集成电路(ic)产业已经经历了指数式增长。ic材料和设计中的技术进步已经产生了数代ic，其中，每代ic都比前一代ic具有更小和更复杂的电路。在ic发展的过程中，功能密度(即每一芯片面积上互连器件的数量)已普遍增加，而几何尺寸(即使用制造工艺可以产生的最小部件)却已减小。除了ic部件变得更小和更复杂之外，在其上制造ic的晶圆变得越来越大，这就对晶圆的质量要求越来越高。

2、离子注入工艺是半导体制造工艺中用于调整膜层性能的常用工艺。在离子注入工艺中，需要对离子注入工艺进行监控，以确保离子注入后半导体结构的性能。当前对于室温条件下的离子注入工艺，可以通过量测tw(thermal wave，热波)来对离子注入工艺进行监控，但是，量测tw的方法仅适用于室温下的离子注入工艺，且tw与时间有关，从而导致对离子注入监控的准确性和可靠性降低。

3、因此，如何有效的监控离子注入的情况，从而改善离子注入的效果，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供的离子注入工艺的监控方法及监控装置，用于提高离子注入工艺监控的准确度和可靠性，且适用范围广，从而有效改善离子注入的效果，提高晶圆产品的性能。

2、根据一些实施例，本发明提供了一种离子注入工艺的监控方法，包括如下步骤：

3、提供晶圆；

4、注入辅助元素至所述晶圆，于所述晶圆内形成第一掺杂区；

5、注入待监控元素至所述晶圆，于所述晶圆内形成第二掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区上方，且所述第二掺杂区的边缘与所述第一掺杂区的边缘接触，所述辅助元素的导电类型与所述待监控元素的导电类型相反；

6、测量所述晶圆的方块电阻，作为所述晶圆的实测方块电阻；

7、根据所述实测方块电阻监控所述待监控元素的实际注入剂量。

8、在一些实施例中，所述辅助元素为第ⅲa族元素，所述待监控元素为第ⅴa族元素。

9、在一些实施例中，注入辅助元素离子至所述晶圆之前，还包括如下步骤：

10、形成覆盖所述晶圆的表面的保护层。

11、在一些实施例中，测量所述晶圆的方块电阻之前，还包括如下步骤：

12、对所述晶圆进行退火处理；

13、去除所述保护层。

14、在一些实施例中，对所述晶圆进行退火处理的具体步骤包括：

15、采用预设温度对所述晶圆进行退火处理，所述预设温度等于或者高于所述辅助元素的激活温度，且所述预设温度低于所述待监控元素的激活温度。

16、在一些实施例中，测量所述晶圆的方块电阻的具体步骤包括：

17、采用四探针法测量所述晶圆的方块电阻。

18、在一些实施例中，注入待监控元素至所述晶圆之前，还包括如下步骤：获取注入所述辅助元素之后的所述晶圆的方块电阻，作为所述晶圆的初始方块电阻；

19、根据所述实测方块电阻监控所述待监控元素的实际注入剂量的具体步骤包括：根据所述初始方块电阻与所述实测方块电阻之间的差值获取所述待监控元素的实际注入剂量。

20、在一些实施例中，根据所述实测方块电阻监控所述待监控离子的实际注入剂量的具体步骤包括：

21、建立所述待监控元素的注入剂量与晶圆的方块电阻之间的映射关系；

22、根据所述实测方块电阻和所述映射关系确定所述待监控元素的实际注入剂量。

23、在一些实施例中，建立所述待监控元素的注入剂量与晶圆的方块电阻之间的映射关系的具体步骤包括：

24、提供多片测试晶圆，并设置与多片所述测试晶圆一一对应的多种测试注入剂量，且多种所述测试注入剂量互不相同；

25、分别注入预设剂量的所述辅助元素至多片所述测试晶圆；

26、分别于每片所述测试晶圆中注入与其对应的测试注入剂量的所述待监控元素；

27、分别测量多片所述测试晶圆的方块电阻，作为每片所述测试晶圆的测试方块电阻；

28、根据多片所述测试晶圆的所述测试注入剂量和所述测试方块电阻建立所述待监控元素的注入剂量与晶圆的方块电阻之间的映射关系。

29、根据另一些实施例，本发明还提供了一种离子注入工艺的监控装置，包括：

30、注入结构，包括反应腔室，所述反应腔室用于容纳晶圆，所述注入结构用于向所述晶圆注入辅助元素以于所述晶圆内形成第一掺杂区，并用于向所述晶圆注入待监控元素以于所述晶圆内形成第二掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区上方，且所述第二掺杂区的边缘与所述第一掺杂区的边缘接触，所述辅助元素的导电类型与所述待监控元素的导电类型相反；

31、测量结构，包括探针，所述测量结构用于通过所述探针测量所述晶圆的方块电阻，并以测量得到的所述方块电阻作为所述晶圆的实测方块电阻；

32、监控结构，连接所述测量结构，所述监控结构用于根据所述实测方块电阻监控所述待监控元素的实际注入剂量。

33、在一些实施例中，所述辅助元素为第ⅲa族元素，所述待监控元素为第ⅴa族元素。

34、在一些实施例中，所述测量结构包括四个探针，且所述测量结构用于采用四探针法测量所述晶圆的方块电阻。

35、在一些实施例中，所述监控结构包括：

36、存储器，用于存储所述待监控元素的注入剂量与晶圆的方块电阻之间的映射关系；

37、处理器，连接所述存储器，用于根据所述实测方块电阻和所述映射关系确定所述待监控元素的实际注入剂量。

38、本发明提供的离子注入工艺的监控方法及监控装置，通过先向晶圆中注入辅助元素以形成第一掺杂区，再向所述晶圆中注入待监控元素形成第二掺杂区，且所述第一掺杂区围绕所述第二掺杂区的外周分布，所述辅助元素的导电类型与所述待监控元素的导电类型相反，从而在所述第一掺杂区和所述第二掺杂区之间形成pn结，以构造了晶圆方块电阻的测量条件，使得能够通过测量的方法获取所述晶圆的实测方块电阻，并根据所述实测方块电阻来监控所述待监控元素的实际注入剂量，实现了对所述待监控元素注入剂量的有效监控，且监控方法简单，适用范围广，有助于改善离子注入效果以及提高晶圆产品的性能。

技术特征：

1.一种离子注入工艺的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，所述辅助元素为第ⅲa族元素，所述待监控元素为第ⅴa族元素。

3.根据权利要求1所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，注入辅助元素至所述晶圆之前，还包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，测量所述晶圆的方块电阻之前，还包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，对所述晶圆进行退火处理的具体步骤包括：

6.根据权利要求1所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，测量所述晶圆的方块电阻的具体步骤包括：

7.根据权利要求1所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，注入待监控元素至所述晶圆之前，还包括如下步骤：获取注入所述辅助元素之后的所述晶圆的方块电阻，作为所述晶圆的初始方块电阻；

8.根据权利要求1所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，根据所述实测方块电阻监控所述待监控离子的实际注入剂量的具体步骤包括：

9.根据权利要求8所述的离子注入工艺的监控方法，其特征在于，建立所述待监控元素的注入剂量与晶圆的方块电阻之间的映射关系的具体步骤包括：

10.一种离子注入工艺的监控装置，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的离子注入工艺的监控装置，其特征在于，所述辅助元素为第ⅲa族元素，所述待监控元素为第ⅴa族元素。

12.根据权利要求10所述的离子注入工艺的监控装置，其特征在于，所述测量结构包括四个探针，且所述测量结构用于采用四探针法测量所述晶圆的方块电阻。

13.根据权利要求10所述的离子注入工艺的监控装置，其特征在于，所述监控结构包括：

技术总结
本发明涉及一种离子注入工艺的监控方法及监控装置。所述离子注入工艺的监控方法包括如下步骤：提供晶圆；注入辅助元素至所述晶圆，于所述晶圆内形成第一掺杂区；注入待监控元素至所述晶圆，于所述晶圆内形成第二掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区上方，且所述第二掺杂区的边缘与所述第一掺杂区的边缘接触，所述辅助元素的导电类型与所述待监控元素的导电类型相反；测量所述晶圆的方块电阻，作为所述晶圆的实测方块电阻；根据所述实测方块电阻监控所述待监控元素的实际注入剂量。本发明实现了对待监控元素实际注入剂量的有效监控，且监控方法简单，适用范围广。

技术研发人员：乔琪琪,董新宇,靖伯超,张晓宇,姚军
受保护的技术使用者：上海积塔半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27