一種離子注入監控片的重複利用方法
2023-05-10 18:24:41
一種離子注入監控片的重複利用方法
【專利摘要】本發明提供了一種離子注入監控片的重複利用方法，包括提供裸片；在裸片上依次沉積氮化矽層和多晶矽層得到監控片；對多晶矽層進行離子注入，經高溫退火後測量方塊電阻值作為基準值，所述離子注入劑量大於1e15ions/cm2；以及通過刻蝕依次去除多晶矽層和氮化矽層，得到裸片進行回收。相比於現有技術中測量熱波值的監控方法，本發明在實現監控片重複利用的同時擴大了離子注入劑量的監控範圍，具有更好的適用性。
【專利說明】-種離子注入監控片的重複利用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種離子注入監控片的重複利用方法，屬於半導體領域。
【背景技術】
[0002] 在半導體器件製造工藝中，通過摻雜可以在矽襯底上形成各種器件結構，離子注 入是最常用的摻雜技術。為確保離子注入工藝的穩定性，需要對離子注入機的工藝能力作 定期監控。常規的離子注入監控方法一般為兩種：一種是在電阻率恆定的監控片上進行離 子注入，經高溫退火後測量監控片的方塊電阻，其要求監控片具有恆定的電阻率，因此成本 較高，且由於摻雜的不可逆，這些監控片通常只能降級使用；另一種是測量監控片熱波值， 其能通過退火或沉積屏蔽層的方式實現監控片的重複利用，但缺點是一般僅適用於小劑量 (此處定義為小於le 15ions/cm2,以下同）離子注入，對大劑量（大於le15ions/cm 2,以下同） 離子注入的測量精度不佳，因此適用範圍較窄。
[0003] 現有技術中，中國專利02145359提出在監控片上沉積屏蔽層，通過測量熱波 值監控離子注入，並在測量後去除屏蔽層的方式實現監控片的重複利用。中國專利 200810119158. 5則在此基礎上省去了沉積和去除屏蔽層的過程，直接以裸片進行監控。以 上兩種方式均可實現監控片的重複利用，但缺點是監控範圍較窄，僅限於小劑量離子注入。 本發明能夠將監控範圍拓寬至大劑量離子注入，有效解決了這一問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種離子注入監控片的重複利用方法，在實現監控片重複利 用的同時，適用於大劑量離子注入，且具有較高的靈敏度和可靠性。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供的離子注入監控片的重複利用方法包括：
[0006] 第一步、提供裸片。
[0007] 所述裸片即單晶矽襯底，其上不存在其它材料的薄膜。所述裸片的規格適用於所 監控的離子注入機。需要說明的是，所述裸片可以為未使用過的裸片，或是經過刻蝕處理過 的回收的監控片，滿足在肉眼觀察下無凹槽、突起和非矽沉積物質即可。
[0008] 第二步、在裸片上依次沉積氮化矽層和多晶矽層，得到監控片。
[0009] 根據本發明，所述氮化矽層通過化學氣相沉積工藝形成，厚度在1500埃到2000埃 之間，要求厚度非均勻性小於2%。沉積氮化矽層的目的在於形成對單晶矽的保護層，以防 止在後續的刻蝕過程中過刻對單晶矽造成不可恢復的影響。
[0010] 根據本發明，所述多晶矽層通過化學氣相沉積工藝在氮化矽層上形成，厚度在 8000埃到10000埃之間，要求厚度非均勻性小於1 %。該層直接用於後續的監控過程，通過 在該層依次進行離子注入和高溫退火，然後測量該層的方塊電阻值，即可反映監控的結果。
[0011] 所述氮化矽層和多晶矽層的厚度可根據刻蝕程度和離子注入工藝參數的變化作 相應調整，厚度非均勻性則應儘可能小，以充分降低由於多晶矽厚度差異對監控結果（即 多晶矽層方塊電阻值及電阻非均勻性）的影響。
[0012] 第三步、對多晶矽層進行離子注入，經高溫退火後測量方塊電阻值作為基準值。
[0013] 根據本發明，此處採用硼離子（B+)或磷離子（P+)進行單次離子注入。所述離 子能量範圍在10keV到60keV之間，離子劑量大於le 15ions/cm2,除特殊工藝要求通常在 le16ions/cm 2 以下。
[0014] 根據本發明，對多晶矽層進行離子注入後，需要對監控片進行高溫退火以激活被 注入的離子。此處高溫退火採用快速退火工藝，退火的溫度在1000°C到1100°C之間，退火 時間在10秒到20秒之間。
[0015] 根據本發明，退火後在同一監控片上選取不同點，採用四探針法測量各點的方塊 電阻值，然後將各點的方塊電阻加和並求平均值，作為基準值。
[0016] 優選在第三步後進行可靠性驗證。方法為從第二步得到的監控片中任選幾片，對 多晶矽層依次進行與第三步中條件相同的離子注入和高溫退火過程，然後將每塊監控片的 方塊電阻均值與第三步得到的基準值代入式I計算：
[0017]
【權利要求】
1. 一種離子注入監控片的重複利用方法，包括： 第一步、提供裸片； 第二步、在裸片上依次沉積氮化矽層和多晶矽層，得到監控片； 第三步、對多晶矽層進行離子注入，經高溫退火後測量方塊電阻值作為基準值，所述離 子注入劑量大於le15ionS/Cm2 ; 第四步、通過刻蝕依次去除多晶矽層和氮化矽層，得到裸片進行回收。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述裸片為單晶矽襯底。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述氮化矽層厚度在1500埃到2000埃之 間，厚度非均勻性小於2%。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多晶矽層厚度在8000埃到10000埃 之間，厚度非均勻性小於1%。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用硼離子或磷離子進行單次離子注入， 所述離子能量範圍在IOkeV到60keV之間。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述高溫退火的溫度在1000°C到IKKTC 之間，退火時間在10秒到20秒之間。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，退火後在同一監控片上選取不同點，採用 四探針法測量各點的方塊電阻值，然後將各點的方塊電阻加和並求平均值作為基準值。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在第三步後進行可靠性驗證，方法為從第 二步得到的監控片中任選幾片，對多晶矽層依次進行與第三步中條件相同的離子注入和高 溫退火過程，然後將每塊監控片的方塊電阻均值與第三步得到的基準值代入式I計算：
如果計算結果小於等於臨界值進行第四步，否則結束當前流程，優選所述臨界值選取 為3%。
9. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，除去多晶矽層的第一刻蝕液為硝酸、水和 氫氟酸的混合液，除去氮化矽層的第二刻蝕液為氫氟酸。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，第一刻蝕液中硝酸、水和氫氟酸的體積 比為50:20:1，所述硝酸為質量分數大於69 %工業濃硝酸，氫氟酸的體積濃度> 40 % ; 第二刻蝕液為體積濃度> 40%的氫氟酸； 優選地，刻蝕時間根據刻蝕液的刻蝕速率以及氮化矽層和多晶矽層的厚度計算得到， 實際刻蝕時間為計算時間的120%。
【文檔編號】H01L21/265GK104377147SQ201410705846
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】尹峙檸, 羅海輝, 劉根, 唐雲 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司