[发明专利]一种监控离子注入机稳定性和均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造中的监控离子注入机性能的方法，更具体地，涉及一种通过降低离子注入深度、从而可精确量测晶圆方块电阻的方法，用来监控离子注入机的稳定性和均匀性。

背景技术

高集成度电路的发展需要更小的特征图形尺寸和更近的电路器件间距。而热扩散对先进电路的生产有所限制。其所受限之处在于横向扩散、超浅结、粗劣的掺杂控制、表面污染的干涉以及位错的产生。

离子注入技术则克服了扩散的上述限制，同时也提供了额外的优势。离子注入过程中没有侧向扩散，工艺在接近室温下进行，杂质原子被置于晶圆表面的下面，同时使得宽范围浓度的掺杂成为可能。有了离子注入，可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制。因此，离子注入技术在半导体制造技术中占有重要的地位。扩散是一个化学过程，而离子注入是一个物理过程。离子注入工艺采用气态和固态的杂质源材料。在离子注入过程中，掺杂原子被离化、分离、加速（获取动能），形成离子束流，扫过晶圆。杂质原子对晶圆进行物理轰击，进入晶圆表面并在表面以下停止。

离子注入机是用于离子注入工艺的设备，是多个极为复杂精密的子系统的集成。常用的离子注入可包括中电流离子注入、高电流离子注入和高能离子注入。在离子注入工艺中，原子数量（注入剂量）是由离子束流密度（每平方厘米面积上的离子数量）和注入时间来决定的。通过测量离子电流可严格控制剂量。在离子注入的过程中，由于入射离子的碰撞，晶圆晶体结构会受到损伤。修复晶体损伤可以通过对晶圆的加热退火来实现。

离子注入后的晶圆变化可能来自多种因素：离子注入机产生的束流的均匀性、电压的变化、扫描的变化以及机械系统的问题。这些潜在问题有可能导致比扩散工艺更大的方块电阻的变化。

随着半导体制造技术的不断发展，对离子注入机的工艺稳定性和均匀性有了更高的要求。有效地监控离子注入机的稳定性和均匀性，准确地反映离子注入机的状况，对保持现有半导体制造工艺的稳定性和对新工艺的研发具有重要意义。

对离子注入晶圆的稳定性和均匀性这些工艺质量的评估方法，一种方法是采用热波探测仪（TW）来检测注入后晶圆的表面损伤。但这种检测手段只能表征晶圆表面的状况，对注入到内部的离子状况无法监控，因而具有一定的局限性。

另外一种常用的监控方法是对离子注入后的晶圆在进行高温退火后，采用四探针测试仪量测晶圆离子注入层的方块电阻（RS）。离子注入层的方块电阻是半导体材料的一个重要电学参数，其定义为表面为正方形的半导体薄层，在平行于正方形边的电流方向所呈现的电阻。当离子注入剂量不足时，方块电阻值较高；反之，剂量过大时则方块电阻值较低。

对于高能离子注入机和中电流以上的离子注入机，由于其注入能量较高，掺杂原子会注入到离晶圆表面较深的位置，在退火后表面掺杂原子的浓度较低，导致其导电性容易受到影响。在这种情况下，如果使用四探针测试仪普通的探针头进行量测，就会发生无法准确量测到晶圆的RS的现象，导致对RS量测的不敏感。目前的解决方法是采用测头较尖的一种探针头，来替代普通的探针头量测接受高能和中电流以上离子注入晶圆的RS。这种测头较尖的探针头相对普通探针头来说，价格昂贵且使用寿命较短，仅约为两个月。在增加量测成本的同时，还会造成量测机台维护频率的增加。而且，使用这种测头较尖的探针头时，也很容易因为被量测的离子注入机的工作不稳定，或因处于此探针头的使用寿命后期造成的量测性能不稳定，而导致晶圆量测结果超出规格，造成对离子注入机状态的误判而宕机。这对离子注入机的正常运行造成了干扰，并进一步影响了机台的产能。如何更准确地监控离子注入机的稳定性和均匀性，提高量测机台的寿命，避免因量测不准问题造成宕机而影响产能现象的发生，是我们急待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的监控离子注入机稳定性和均匀性的方法，通过先在待测样本晶圆衬底表面形成锗非晶化阻挡层，以降低随后晶圆在被监控的离子注入机内的离子注入深度，再经高温退火以在晶圆表面形成具有良好导电性能的掺杂硅锗合金，从而可以直接采用四探针测试仪普通的探针头准确量测RS，实现准确监控离子注入机的稳定性和均匀性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种监控离子注入机稳定性和均匀性的方法，包括以下步骤：

步骤一：在待测样本晶圆衬底上进行锗离子注入，以在所述晶圆表面形成锗非晶化阻挡层；

步骤二：将步骤一中得到的具有锗非晶化阻挡层的晶圆放入需要监控的离子注入机，进行常规的离子注入工艺，利用所述晶圆形成的锗非晶化阻挡层，降低离子的注入深度；