監測注入矽片溫度的方法與流程

2023-05-11 12:19:01 3

本發明設計半導體器件工藝領域，特別涉及一種監測注入矽片溫度的方法。

背景技術：

在超大規模集成電路製造中，離子注入工藝技術已得到越來越廣泛的應用。表面製作有圖形器件的矽片在工藝過程中受到大量離子的轟擊而受熱，從而導致溫度逐漸增高；如果這些熱量不能被及時帶走，將會影響摻雜的電性，甚至導致光刻膠形態發生變化，光刻圖形變形。此時再以變形後的光刻圖形進行離子注入就會得到參數異常的器件，使半導體工藝失敗。

與此同時，注入靶盤通過循環冷卻水進行降溫(圖1)，從而保證在工藝過程中控制溫度在一定範圍內，比如不超過100℃。即便採用如此水冷系統，部分對工藝溫度十分敏感的產品仍然會表現出特殊的分布，甚至由於注入時的溫度波動造成低良率，因此對注入機把盤溫度的精確監控十分必要。

中國專利CN102943245A公開了離子注入方法及離子注入機，該方法由離子源產生無金屬雜質的離子束，由引出縫將純的無金屬雜質的帶狀離子束引入靶室，離子束向靶片注入無金屬雜質的多種離子；該離子注入機由RF電源驅動，天線設置在放電室頂部外，放電室由石英製成，離子束經由引出縫引出，引出系統中離子束經過的通道，由矽材料製成或鑲嵌矽材料製成的部件；靶片能在靶室內在垂直於所述的引出縫的長度方向上移動，天線沿著引出縫的長度方向設置。該專利無需對引出離子束進行分析和整形，使離子注入機的價格降低了50％以上,但並沒有解決無法監測離子注入情況的問題。

此外,現有注入機溫度監控還通常採用的方式是觀察溫度貼片是否變色的方式：在矽基控片上安裝已進行溫度標定的貼片(圖2)，然後將控片傳入靶盤上進行離子注入，完後檢查貼片是否變色，當注入中實際溫度達到或超過該標定值時，貼片就會變色，以此來判斷注入中的溫度。

該種溫度監測方法有局限性：1.條件單一：只適合在統一的注入條件下進行觀察是否變色並進行比較，如果產品條件各不相同則很難判斷；2.溫度測量範圍過於寬泛，只能通過是否變色來判斷該溫度點是否達到；3.操作繁瑣，降低機臺使用率，做該溫測後要進行腔室清掃，避免溫測測試時帶來的微塵影響。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種監測注入矽片溫度的方法，可以在各種注入條件下進行，同時測量範圍精確，操作簡單。

為解決上述問題，本發明提供一種監測注入矽片溫度的方法，該方法通過在具有多晶矽層的矽片上測量電阻來實現。

優選地，所述多晶矽層的厚度為3000埃。

優選地，該方法具體包括如下步驟：

步驟一，製作多晶矽監測片；

步驟二，在多晶矽監測片上貼溫度檢知片；

步驟三，多晶矽離子注入；

步驟四，電阻測量及分析；

步驟五，用藥液刻蝕剝離注入後的多晶矽層並進行重新生長。

優選地，所述步驟一中製作多晶矽監測片的具體方法為，在矽襯底上澱積一層氧化矽，再生長一層3000埃的多晶矽層。

優選地，所述澱積多晶矽的方法為化學氣相沉積法。

優選地，所述步驟二中溫度貼片的收集溫度範圍在注入工藝常規溫度範圍為:20℃～60℃。

優選地，所述步驟三中，根據所監控產品工藝條件選擇注入，然後將以上貼有不同範圍溫度檢知貼片的多晶矽監測矽片依次傳送至機臺中，並逐個進行注入。

優選地，所述監控產品工藝條件為，所述離子注入的能量參數被設置在30KeV。

優選地，所述監控產品工藝條件為，離子注入的劑量為1E15/cm2。

優選地，所述監控產品工藝條件為，所注入的離子為1價硼離子，所要求的離子束電流為5MA。

優選地，所述步驟四具體為，收集以上注入完的若干枚多晶矽片，統一進行退火併測量方塊電阻，記錄數值並建立與對應實測溫度的關聯。

優選地，所述多晶矽監測片採用藥液刻蝕去掉注入後的多晶矽層厚重新成長循環使用。

附圖說明

圖1為現有技術中注入靶盤通過循環冷卻水進行降溫示意圖。

圖2為現有技術中在矽基控片上安裝已進行溫度標定的貼片示意圖。

圖3為多晶矽示意圖。

圖4為本發明的監測注入矽片溫度的方法中的多晶矽結構示意圖。

圖5為本發明的監測注入矽片溫度的方法中多晶矽電阻值對應注入中溫度的關聯示意圖。

圖6為本發明的監測注入矽片溫度的方法一較佳實施例的流程圖。

圖中附圖標記說明：

1 靶盤

2 冷卻管水路

3 溫度貼片

4 多晶矽

5 氧化物

6 矽襯底

具體實施方式

如圖3所示，多晶矽是半導體製造中的一種常用材質，其製造成本低，可通過CVD(化學氣相沉積)方式成長，均勻性好，產率高；多晶矽膜可通過溼法藥液槽剝離後再成長，矽片可循環反覆使用。

如圖6所示，本發明一較佳實施例的監測注入矽片溫度的方法包括如下步驟：

步驟一，製作多晶矽監測片。在矽襯底上澱積一層氧化矽，再生長一層3000埃的多晶矽層。多晶矽層可以使用通過CVD(化學氣相沉積)方式成長，化學氣相沉積法的工作溫度可以控制於500℃～700℃之間，在物理氣相沉積設備中將多晶矽離子均勻沉積到所述氧化物層的表面,所述多晶矽層的厚度約為2000埃～3000埃,優選地,所述多晶矽層的厚度為3000埃。

圖4示出了所述多晶矽監測片的結構，包括：矽襯底6，所述矽襯底上澱積有氧化物層，在本實施例中，所述氧化物層為二氧化矽層。氧化物層的表面沉積有多晶矽層，所述多晶矽層為不帶雜質的純淨多晶矽。

步驟二，在多晶矽監測片上貼溫度檢知片。溫度貼片的收集溫度範圍在注入工藝常規溫度範圍為:20℃～60℃。

步驟三，多晶矽離子注入。離子注入過程中，對多晶矽柵電極的形貌發生變形作用主要源自於離子注入能量參數，而不是離子注入的束流和質量。束流是指離子注入時打到晶圓表面的電流的大小，一般情況下，注入的束流越大，完成同樣劑量離子注入的時間越短，可能會降低離子書對多晶矽柵電極的衝擊。但是，實驗證明，束流的變化並不會對多晶矽柵電極的變形發生顯著影響。同樣，在質量降低的情況下下，一般情況下，也會降低對晶圓表面的衝擊；但是，由於離子是相對高速運動的，質量大小的調整對晶圓片產生的衝擊的影響並不大；同樣實驗證明，在可選範圍內的質量的變化並不會對多晶矽柵電極的變形發生顯著影響。因此，難以通過調整離子注入的束流、質量參數來改善離子注入對多晶矽柵電極的影響。因此，本發明可以根據所監控產品工藝條件選擇注入離子。

然後，將步驟二中貼有不同範圍溫度檢知貼片的多晶矽監測矽片依次傳送至機臺中，並逐個進行注入。

在本實施例中，在注入離子時，可以選擇磷作為摻雜源，目標摻雜濃度為1E15/cm-2左右。通過降低離子注入的能量可以減小多晶矽柵電極的變形。在本實施例中，離子注入的能量參數被設置在30KeV左右，但是，需要理解的是，在其他實施例中，離子注入的能量可以在10KeV-40KeV範圍內選擇設置，例如，20KeV、35KeV等。離子注入的其他參數可以設置為：離子注入的束流可以為10mA。所注入的離子可以為B+(1價硼離子)。

步驟四，電阻測量及分析；收集以上注入完的若干枚多晶矽片，統一進行退火併測量方塊電阻，記錄數值並建立與對應實測溫度的關聯。

由於,多晶矽注入對溫度十分敏感，而離子在多晶矽上的channel effect(溝道效應)遠小於單晶矽，注入中amorphous(非晶態)現象更加明顯，其對離子撞擊後產生的熱量更加敏感，可直接反映在多晶矽電阻值上，本發明利用這一點，可建立多晶矽電阻值對應注入中溫度的關聯(圖5)，從而通過電阻值來監測實際注入溫度。因此，本發明的監測注入矽片溫度的方法通過在具有多晶矽層的矽片上測量電阻來實現。

步驟五，用藥液刻蝕剝離注入後的多晶矽層並進行重新生長。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。