一种监测离子注入角度的方法

一种监测离子注入角度的方法
【专利摘要】本发明提供一种监测离子注入角度的方法，包括：提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底以及形成于所述半导体衬底正面的沟槽以及覆盖所述沟槽底部以及侧壁和所述半导体衬底表面的多晶硅层，其中，所述多晶硅层未进行掺杂；对所述多晶硅层进行沿一个方向的倾斜离子注入，其中，定义所述倾斜离子注入方向与竖直方向的锐角夹角为注入角度α；去除未掺杂多晶硅层，并测量位于所述沟槽底部的被去除的未掺杂多晶硅层的宽度w，以及位于所述沟槽侧壁上的剩余掺杂多晶硅层的高度h；以公式计算所述注入角度α。根据本发明的方法，提供监测晶圆通过非电学方法监测离子注入角度，该方法简单，易操作，分析周期短，测量数据准确。
【专利说明】
-种监测离子注入角度的方法
技术领域
[0001] 本发明设及半导体技术领域，具体而言设及一种监测离子注入角度的方法。
【背景技术】
[0002] 离子注入是现代集成电路制造中的一种非常重要的技术，其利用离子注入机实现 半导体的渗杂，即将特定的杂质原子W离子加速的方式注入娃半导体晶体中改变其导电特 性并最终形成晶体管结构。
[0003] 渗杂杂质的精确定位是保证先进器件最佳运行状态的重要因素。对于离子注入来 说，剂量、能量和离子注入角度都需要精确的控制，才能保证形成的半导体器件的性能符合 工艺要求，离子注入角度不同将造成离子注入深度改变而影响器件的电参数，因此，对离子 注入角度实行精确的控制非常必要。 W04] 传统的倾斜离子注入的注入角度的监测方法一般通过对9片晶圆进行 TW(thermal wave)热波测量或者退火后片电阻Rs测量，进而绘制V-曲线来定义注入角度 的波动和如何纠正。然而上述方法分析周期长，操作复杂，不能直接而准确的对注入角度进 行监测。 阳0化]因此，有必要提出一种新的监测方法，W解决现有技术的不足。

【发明内容】

[0006] 在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，运将在【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。
[0007] 为了克服目前存在的问题，本发明提供一种监测离子注入角度的方法，包括：
[0008] 提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底W及形成于所述半导体衬底正面的 沟槽W及覆盖所述沟槽底部W及侧壁和所述半导体衬底表面的多晶娃层，其中，所述多晶 娃层未进行渗杂；
[0009] 对所述多晶娃层进行沿一个方向的倾斜离子注入，其中，定义所述倾斜离子注入 方向与竖直方向的锐角夹角为注入角度a ;
[0010] 去除未渗杂多晶娃层，并测量位于所述沟槽底部的被去除的未渗杂多晶娃层的宽 度W，W及位于所述沟槽侧壁上的剩余渗杂多晶娃层的高度h ;
[0011] W公式计算所述注入角度a，其中所述公式为：
[0012]
[0013] 进一步，采用稀释的氨水溶液刻蚀去除所述未渗杂多晶娃层。
[0014] 进一步，所述沟槽的深宽比大于等于1。
[0015] 进一步，所述W的值小于等于沟槽的宽度。
[0016] 进一步，所述h的值小于等于沟槽的深度。
[0017] 进一步，所述监测晶圆的制作步骤包括：
[0018] 提供半导体衬底，在所述半导体衬底的表面上形成硬掩膜层；
[0019] 依次刻蚀所述硬掩膜层和所述半导体衬底，W形成沟槽；
[0020] 去除剩余的所述硬掩膜层；
[0021] 在所述沟槽的底部和侧壁W及所述半导体衬底的表面上形成多晶娃层，所述多晶 娃层未进行渗杂。
[0022] 进一步，所述硬掩膜层包括自下而上的氧化物层和氮化物层的叠层。
[0023] 进一步，，采用热氧化法形成所述氧化物层。
[0024] 进一步，所述氮化物层为氮化娃层。
[0025] 综上所述，根据本发明的方法，提供监测晶圆通过非电学方法监测离子注入角度， 该方法简单，易操作，分析周期短，测量数据准确。
【附图说明】
[00%] 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。
[0027] 附图中：
[0028] 图1A-1D示出了本发明所使用监测晶圆的制作步骤依次实施所获得器件的剖面 示意图；
[0029] 图2A-2C示出了本发明的监测离子注入角度的方法依次实施对应监测晶圆的剖 面示意图；
[0030] 图3示出了注入角度a与W和h的关系图；
[0031] 图4示出了本发明的监测离子注入角度的方法依次实施的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节W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而言显而易见的是，本发明可W无需一个或多个运些细节而得W 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。
[0033] 应当理解的是，本发明能够W不同形式实施，而不应当解释为局限于运里提出的 实施例。相反地，提供运些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给 本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸W及相对尺寸可能被夸大。自始至终 相同附图标记表示相同的元件。
[0034] 应当明白，当元件或层被称为"在…上V'与…相邻V嘴接到"或"禪合到"其它元 件或层时，其可W直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或禪合到其它元件或层，或者 可W存在居间的元件或层。相反，当元件被称为"直接在…上"、"与…直接相邻"、"直接连接 到"或"直接禪合到"其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术 语第一、第二、第=等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，运些元件、部件、区、层和/或 部分不应当被运些术语限制。运些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一 个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、 区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。 阳03引空间关系术语例如"在…下"、"在…下面"、"下面的"、"在…之下"、"在…之上"、"上 面的"等，在运里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元 件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向W外，空间关系术语意图还包括使用和操 作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为"在其它元件下面"或 "在其之下"或"在其下"元件或特征将取向为在其它元件或特征"上"。因此，示例性术语 "在…下面"和"在…下"可包括上和下两个取向。器件可W另外地取向（旋转90度或其它 取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0036] 在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使 用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。还应明白术语"组成"和/或"包括"，当在该说明书中使用时，确定所述特征、 整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操 作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任 何及所有组合。
[0037] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，W便阐释本发明提出 的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了运些详细描述外，本发明还可W 具有其他实施方式。
[0038] 示例性实施例
[0039] 下面将参照图1A-1D、图2A-2C、图3和图4对本发明的监测离子注入角度的方法 做详细描述。
[0040] 首先，执行步骤401，提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底W及形成于所 述半导体衬底正面的沟槽W及覆盖所述沟槽底部W及侧壁和所述半导体衬底表面的多晶 娃层，其中，所述多晶娃层未进行渗杂。
[0041] 示例性地，参考图1A-1D对监测晶圆的一种制作方式做进一步描述。
[0042] 如图IA所示，提供半导体衬底100。半导体衬底100可W是W下所提到的材 料中的至少一种：娃、绝缘体上娃（SOI)、绝缘体上层叠娃（SSOI)、绝缘体上层叠错化娃 (S-SiGeOI)、绝缘体上错化娃（SiGeOI) W及绝缘体上错（GeOI)等。作为一个实例，所述半 导体衬底100为娃衬底。
[0043] 接着，如图IB所示，在所述半导体衬底100的表面上形成硬掩膜层。示例性地，所 述硬掩膜层包括自下而上的氧化物层101和氮化物层102的叠层。可选地，所述氧化物层 101为娃氧化物层。可选用化学气相沉积、磁控瓣射、热氧化等方法形成所述娃氧化物层。 本实施例中，较佳地采用热氧化法形成所述氧化物层。可选地，所述氮化物层102为氮化娃 层。可采用本领域技术人员熟知的任何沉积方法形成所述氮化物层，例如，等离子化学气相 沉积法等。
[0044] 值得一提的是，尽管图IB中示出了在半导体衬底100的正反两面均形成有硬掩膜 层，但是可W想到的是，只在预定形成沟槽的一面形成硬掩膜层即可。
[0045] 接着，如图IC所示，依次刻蚀所述硬掩膜层和所述半导体衬底100, W形成沟槽 103。
[0046] 可采用任何适合的刻蚀方法进行所述刻蚀，例如湿法刻蚀或干法刻蚀，干法蚀刻 工艺包括但不限于：反应离子蚀刻巧IE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻或者激光切割。最 好通过一个或者多个RIE步骤进行干法蚀刻。湿蚀刻法能够采用氨氣酸溶液，例如缓冲 氧化物蚀刻剂化uffer oxide etchant (BOE))或氨氣酸缓冲溶液化uffer solution of hy化ofluoric acid度HF))。可选地，在沟槽103刻蚀过程中，控制沟槽的深宽比大于等于 Io
[0047] 去除剩余的硬掩膜层，可采用湿法清洗的方法，在此不作寶述。
[0048] 接着，如图ID所示，在所述沟槽103的底部和侧壁W及所述半导体衬底100的表 面上形成多晶娃层104,所述多晶娃层104未进行渗杂。
[0049] 多晶娃层104的形成方法可选用低压化学气相淀积（LPCVD)工艺。形成所述多晶 娃层的工艺条件包括：反应气体为硅烷（SiH4)，所述硅烷的流量范围可为100~200立方 厘米/分钟（seem)，如ISOsccm ;反应腔内溫度范围可为700~750摄氏度；反应腔内压力 可为250~350毫毫米隶柱（mTorr)，如SOOmTorr ;所述反应气体中还可包括缓冲气体，所 述缓冲气体可为氮气化e)或氮气，所述氮气和氮气的流量范围可为5~20升/分钟（Slm)， 女日 8slm、IOslm 或 15slm。
[0050] 通过上述步骤可获得监测晶圆。
[0051] 接着，执行步骤402,对所述多晶娃层进行沿一个方向的倾斜离子注入，其中，定义 所述倾斜离子注入方向与竖直方向的锐角夹角为注入角度a。
[0052] 可在常规离子注入制程进行之前，通过监测晶圆对注入角度a进行监测，W保证 后续离子注入制程的可控性和注入角度的精确性。
[0053] 如图2A所示，执行注入角度为a的离子注入之后，监测晶圆20上的多晶娃层部 分未被渗杂形成未渗杂多晶娃层104b，部分被渗杂形成渗杂多晶娃层104a。渗杂离子可W 采用半导体领域常用的离子，例如BF2。
[0054] 接着，执行步骤403,去除未渗杂多晶娃层，并测量位于所述沟槽底部的被去除的 未渗杂多晶娃层的宽度W，W及位于所述沟槽侧壁上的剩余渗杂多晶娃层的高度h。 阳化5] 示例性地，使用未渗杂多晶娃层对渗杂多晶娃层和半导体衬底具有高刻蚀选择比 的溶液，来去除所述为渗杂多晶娃层。本实施例中，较佳地使用稀释的氨水溶液去除所述未 渗杂多晶娃层。
[0056] 沟槽的深宽比影响离子注入的深度和范围，在一个示例中，如图2B所示，去除未 渗杂的多晶娃层之后，测量位于所述沟槽底部的被去除的未渗杂多晶娃层的宽度W，W及位 于所述沟槽侧壁上的剩余渗杂多晶娃层的高度h，在本示例中，宽度W小于沟槽的宽度，而 由于沟槽侧壁上的渗杂多晶娃层全部剩余，故高度h与沟槽的深度相等。
[0057] 在另一示例中，如图2C所示，沟槽底部的未渗杂多晶娃层被全部去除，因此宽度 W近似等于沟槽的宽度，位于所述沟槽侧壁上的剩余渗杂多晶娃层的高度h小于沟槽的深 度。
[0058] 接着，执行步骤404, W公式计算所述注入角度a。
[0059] 如图3所示，注入角度a与前述步骤中定义的宽度W和高度h之间的关系可W用 正切表示，进而推导获得注入角度a的计算公式：
[0060]
[0061] 通过将在步骤403中测量所得到的宽度W值和高度h值代入上述公式，即可获得 注入角度a的值，进而实现对离子注入角度的监测。
[0062] 综上所述，根据本发明的方法，提供监测晶圆通过非电学方法监测离子注入角度， 该方法简单，易操作，分析周期短，测量数据准确。
[0063] 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W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W做出更多种的 变型和修改，运些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围W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。
【主权项】
1. 一种监测离子注入角度的方法，包括： 提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底W及形成于所述半导体衬底正面的沟槽 W及覆盖所述沟槽底部W及侧壁和所述半导体衬底表面的多晶娃层，其中，所述多晶娃层 未进行渗杂； 对所述多晶娃层进行沿一个方向的倾斜离子注入，其中，定义所述倾斜离子注入方向 与竖直方向的锐角夹角为注入角度α ; 去除未渗杂多晶娃层，并测量位于所述沟槽底部的被去除的未渗杂多晶娃层的宽度W， W及位于所述沟槽侧壁上的剩余渗杂多晶娃层的高度h ; W公式计算所述注入角度α，其中所述公式为2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用稀释的氨水溶液刻蚀去除所述未渗 杂多晶娃层。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沟槽的深宽比大于等于1。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述W的值小于等于沟槽的宽度。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述h的值小于等于沟槽的深度。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测晶圆的制作步骤包括： 提供半导体衬底，在所述半导体衬底的表面上形成硬掩膜层； 依次刻蚀所述硬掩膜层和所述半导体衬底，W形成沟槽； 去除剩余的所述硬掩膜层； 在所述沟槽的底部和侧壁W及所述半导体衬底的表面上形成多晶娃层，所述多晶娃层 未进行渗杂。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硬掩膜层包括自下而上的氧化物层 和氮化物层的叠层。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用热氧化法形成所述氧化物层。9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氮化物层为氮化娃层。
【文档编号】H01L21/66GK105845591SQ201510023599
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】朱红波, 陈勇, 吴兵, 秦宏志
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司