用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的半導體器件及方法

2023-09-16 22:00:55

專利名稱：用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的半導體器件及方法
技術領域：
本發明涉及半導體檢測技術，特別涉及一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況 的半導體器件及方法。
背景技術：
隨著半導體集成度越來越高，器件的尺寸越來越小，特別是對於65nm工藝節點 以及更小尺寸的CMOS器件，對於源/漏區注入的工藝要求越來越高。在源/漏區注入 過程中，要求注入離子束具有超低的能量且呈電中性。這是因為離子束帶來的電荷會在 柵氧化物層上形成積累，即所謂的「荷電效應」。晶圓上濺射出二次電子更會加重了這 一電荷積累效應。電荷積累直接的影響是產生電荷破壞，從而影響器件的結構、製造缺 陷，降低成品率，尤其是會破壞薄介電層以及影響到CMOS器件的使用壽命。其次，晶 圓上積累的電荷反過來影響離子束的束斑大小，從而嚴重影響注入的均勻性和重複性。 隨著器件的高度集成化，柵氧化膜薄層化，柵面積的縮小化以及晶圓的大口徑化，使得 電荷積累引起的問題越來越嚴重。因此，在離子注入工藝中設法控制晶圓的電荷積累已 經成為一項十分關鍵的技術。
解決晶圓電荷積累的傳統方法是用淹沒式等離子槍(PFG)來中和底材上的電 荷。如圖IA所示，PFG 100發射電子到晶圓101的表面。然而，當PFG自身發生故 障，例如燈絲變淡導致發射的電子流變弱時，由於發射的電子數量不夠，因此無法完全 中和晶圓上的多餘正電荷，這樣會造成離子注入過程中晶圓上電荷的積累。在常規技術 中，通常採用裸晶離線測試PFG的工作狀況。但是，由於裸晶離線檢測時是將裸晶圓直 接放在工作檯上，因此晶圓通過工作檯接地。如圖IB所示，如果PFG由於自身故障導 致電弧電流減小從而使得發射的電子數量不夠時，接地的晶圓會自動從接地一端引入電 子來中和多晶矽上剩餘的正電荷。這樣就無法檢測出PFG是否發射的電子不足，也就無 法及時調整PFG以消除晶圓的電荷積累。現有技術中通過檢測離子束電勢來監測PFG工 作狀態，但這種手段有很大的局限性，只有特殊設計的晶圓才能夠檢測電勢，這將大大 提高製作成本，並且耗費時間，延長了生產周期。
因此，需要一種容易實施且快速的方法來檢測PFG是否處於正常的工作狀態， 以保證PFG可以發射足夠的電子來中和底材上的電荷，消除晶圓的荷電效應。發明內容
在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中 進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術 方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。
為了能夠快速且便捷地檢測PFG是否處於正常的工作狀態，以保證PFG可以發 射足夠的電子來中和底材上的電荷，消除晶圓的荷電效應，本發明提供了一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的半導體器件，所述半導體器件包括晶圓；在所述晶圓上沉 積的一氧化物層；以及在所述氧化物層上沉積的並注入雜質的一多晶矽層。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的方 法，所述方法包括下列步驟在晶圓上沉積一氧化物層；在所述氧化物層上沉積一多晶 矽層；向所述多晶矽層注入雜質；將所述晶圓進行退火處理，以激活注入的雜質；通過 所述淹沒式等離子槍向所述晶圓發射電子束，檢測晶圓上多個位置的方塊電阻值。
根據本發明製備的檢測晶圓，可以通過檢測晶圓的方塊電阻來直接反應PFG的 工作狀況，這種檢測方法方便快捷，且十分有效。用於檢測的晶圓可以重複使用，因此 根據本發明的方法具有成本效益。


本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本 發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中，
圖IA是PFG向晶圓發射中和電子的示意圖IB是現有的晶圓接收PFG發射中和電子的示意圖2是根據本發明改進的晶圓接收PFG發射中和電子的示意圖3是根據本發明的檢測PFG工作狀況的方法流程圖4A和圖4B是不同的PFG弧電流的大小與晶圓方塊電阻變化之間的關係圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。 然而，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而 得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術 特徵未進行描述。
為了徹底了解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發明是 如何利用額外的氧化物層以及檢測方塊電阻Rs值來解決監測PFG工作狀態的問題。顯 然，本發明的施行並不限定於半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳 實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
參照圖2，根據本發明的測試PFG工作狀況的半導體器件包括測試用晶圓201， 沉積在晶圓201上的一氧化物層202以及沉積在該氧化物層202上的多晶矽層203。所述 氧化物層的成分優選是二氧化矽，氧化物層的厚度大約為100 1500埃，多晶矽厚度大 約為1500 3500埃。通過引入氧化物層202，可以將多晶矽層203與晶圓201隔離，從 而阻止電子從晶圓201的接地一端被導入到多晶矽層203以中和多晶矽上積累的正電荷。 這樣，當PFG工作不正常時，例如由於燈絲故障而導致電弧電流減小從而使發射的電子 數量不足以中和由於注入工藝產生的多餘正電荷時，注入的離子會產生分散的效應，導 致晶圓的方塊電阻Rs產生不均勻的分布。通過測量晶圓中不均勻分布的方塊電阻值及變 化趨勢，可以直接得到PFG是否工作正常的信息。
圖3示出了根據本發明的測量PFG工作狀況的工藝流程圖。在步驟301中，以 化學氣相沉積(CVD)法在晶圓上沉積一氧化物層，工藝溫度為900 1100攝氏度，所述氧化物層的成分優選是二氧化矽，氧化物層的厚度大約為100 1500埃。在步驟302 中，在氧化物層表面沉積一層多晶矽，工藝溫度為845 1045攝氏度左右，多晶矽厚度 大約為1500 3500埃。接著，在步驟303中，向多晶矽注入硼(B)，硼注入能量為1 IOkeV,劑量為5X IOw 5X 1015cm2，工藝溫度為950 1150攝氏度，注入時間為10 30秒。在步驟304中，進行退火處理，激活注入的硼離子。退火溫度約為1100°C，時 間為20秒。在步驟305中，通過PFG向晶圓發射電子束，以中和由於在步驟303中進 行的注入而產生的多餘電荷。然後在步驟306中，對晶圓不同位置處的方塊電阻進行檢 測，可採用四探針法進行檢測。在步驟307中，可選地，當整個檢測工藝完成後，可以 剝離所沉積的氧化物層以及多晶矽層。而剝離氧化物層以及多晶矽層之後的晶圓可以再 次循環使用，大大節約了檢測的成本。
圖4A至4C示出了 PFG發射電弧電流的大小與晶圓方塊電阻變化之間的關係， 橫坐標為晶圓樣品從中心向兩側延伸的檢測位置，0代表晶圓中心的位置，150代表晶圓 邊緣的位置；縱坐標為方塊電阻的大小。在沿晶圓表面相互垂直的兩個方向上，即0° 和90°方向上分別測試晶圓樣品在不同的PFG發射電弧電流的情況下方塊電阻的分布情 況。晶圓樣品上沉積的多晶矽厚度為2500埃，硼注入能量為5keV，劑量為1 X IO15cm2。 在1100攝氏度，含氧10%的氣氛下退火20秒。這裡通過調整PFG的弧電流大小並檢 測晶圓的方塊電阻，來模擬PFG的檢測方法。即通過檢測晶圓的方塊電阻的變化趨勢來 直接反應出PFG的弧電流發射情況。如圖4A所示，PFG弧電流為3A時為PFG發射的 電子數量足夠的情況，在兩個互相垂直的方向(0°和90° )上選取多點進行檢測，得到 晶圓的方塊電阻的平均值為M8.57歐姆/ 口。所測得的晶圓的方塊電阻最大值與最小值 之差為12.62歐姆每方。從統計數據中可以看出，晶圓各個位置的方塊電阻大小基本相 同，變化並不顯著，這說明PFG發射的中和電子的數目是足夠的，因此整個晶圓的注入 是均勻的，從而反應了 PFG工作正常。如圖4B所示，當PFG弧電流減小到0.3A時， 為PFG發射的電子數量不足的情況，在兩個互相垂直的方向(0°，90° )上選取多點進 行檢測，得到晶圓的方塊電阻的平均值為251.92歐姆/ 口。所測得的晶圓的方塊電阻最 大值與最小值之差為31.46歐姆每方。從統計數據中可以看出，在所測的兩個方向上晶圓 邊緣位置處的方塊電阻相差很大，可知晶圓邊緣處和中心處相比雜質的濃度很不均勻， 從而反應了 PFG發射的中和電子數量不足，因此工作不正常。
這樣，通過根據本發明製備的檢測晶圓，可以通過檢測晶圓的方塊電阻來直接 反應PFG的工作狀況，這種檢測方法方便快捷，且十分有效。用於檢測的晶圓可以重複 使用，因此根據本發明的方法具有成本效益。
本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用 於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技 術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更 多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保 護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。
權利要求
1.一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的半導體器件，所述半導體器件包括 晶圓；在所述晶圓上沉積的一氧化物層；以及在所述氧化物層上沉積的並注入雜質的一多晶矽層；其中通過檢測所述晶圓上多個位置的方塊電阻值，判斷淹沒式等離子槍的工作狀況。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其特徵在於所述氧化物層是二氧化矽。
3.如權利要求1所述的半導體器件，其特徵在於所述氧化物層的厚度為100 1500埃。
4.如權利要求1所述的半導體器件，其特徵在於所述多晶矽層的厚度為1500 3500埃。
5.如權利要求1所述的半導體器件，其特徵在於所述氧化物層通過化學氣相沉積法形 成，工藝溫度為900 1100攝氏度。
6.如權利要求1所述的半導體器件，其特徵在於所述多晶矽層通過化學氣相沉積法形 成，工藝溫度為845 1045攝氏度。
7.一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的方法，所述方法包括下列步驟 在晶圓上沉積一氧化物層；在所述氧化物層上沉積一多晶矽層；向所述多晶矽層注入雜質；將所述晶圓進行退火處理，以激活注入的雜質；通過所述淹沒式等離子槍向所述晶圓發射電子束，檢測晶圓上多個位置的方塊電阻值。
8.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述氧化物層是二氧化矽。
9.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述氧化物層的厚度為100 1500埃。
10.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述多晶矽層的厚度為1500 3500埃。
11.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述氧化物層通過化學氣相沉積法形 成，工藝溫度為900 1100攝氏度。
12.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述多晶矽層通過化學氣相沉積法形 成，工藝溫度為845 1045攝氏度。
13.如權利要求7所述的檢測方法，其特徵在於所述注入的雜質是硼，注入能量為 1 IOkeV,劑量為5X IO14 5X 1015cm2，工藝溫度為950 1150攝氏度，注入時間為 10 30秒。
14.如權利要求7所述的用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的方法，其特徵在於所述 退火處理的溫度為1100°C，時間為20秒。
15.如權利要求7所述的用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的方法，還包括將所述晶 圓上沉積的氧化物層以及多晶矽層剝離，以便循環使用所述晶圓。
全文摘要
本發明公開了一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的半導體器件，所述半導體器件包括晶圓；在所述晶圓上沉積的一氧化物層；以及在所述氧化物層上沉積的並注入雜質一多晶矽層。本發明還提供了一種用於檢測淹沒式等離子槍工作狀況的方法，所述方法包括下列步驟在晶圓上沉積一氧化物層；在所述氧化物層上沉積一多晶矽層；向所述多晶矽層注入雜質；將所述晶圓進行退火處理，以激活注入的雜質；通過所述淹沒式等離子槍向所述晶圓發射電子束，檢測晶圓上多個位置的方塊電阻值。根據本發明製備的檢測晶圓，可以通過檢測晶圓的方塊電阻來直接反應PFG的工作狀況，這種檢測方法方便快捷，且十分有效。
文檔編號G01R27/02GK102023257SQ200910195809
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者陳勇 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司