[发明专利]一种离子注入工艺的监测方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，尤其是一种晶圆在离子注入工艺之后，对离子注入工艺的状态进行监测的方法。

背景技术

在集成电路制造工艺中，通过掺杂可以在硅衬底上形成不同类型的半导体区域，形成各种器件结构。离子注入是一种掺杂技术，通过高能离子来轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被注入硅本体，在其他部位，杂质离子被硅表面的保护层屏蔽，完成选择掺杂的过程。

在离子注入过程中，为判断离子的注入能量和注入剂量是否达到规范要求，需要一片用于监测的晶园，通过在不同的设备上分别进行监测或者是在同一台离子注入设备上进行多次监测，利用监测结果判定离子注入状态的一致性和稳定性。业界的判定标准是：对于不同的离子注入设备，提供相同的离子注入剂量，离子注入完成后，实际注入监测晶圆的剂量之差＜3％，则上述不同离子注入设备之间符合一致性。监测晶圆的剂量之差可以通过其方块电阻值(RS)反映。

在现有的离子注入监测方法中，我们使用新下线的裸晶(bare wafer)来直接注入，然后经快速退火(RTA)后量测方块电阻。在这种监测方式中，bare wafer的衬底电阻(一般的，P type wafer：5～25ohm/cm)有很大的波动，对最终的结果影响较大。在实际监测过程中，当使用相同注入条件(同一注入机和同一注入菜单)和相同退火条件(同一RTP机台和同一退火菜单)以及相同量测条件时，不同衬底电阻的bare wafer量测出来的最终结果会有较大差异，出现超控和超限(OOC/OOS)的概率较高。

因此，有必要对现有的离子注入状态监测方法做改进，以提高监测结果的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种离子注入工艺的监测方法，该方法通过先在晶圆衬底上制作一层外延层，利用外延层的电阻率比较稳定的特性，在外延层上实施离子注入并测量离子注入状态，然后换算成同等工艺下在晶圆中的离子注入状态，从而避免了因晶圆衬底电阻不稳所带来的测量不准的问题。

根据本发明的目的提出的一种离子注入工艺的监测方法，包括步骤：

以所述监测晶圆为衬底，制作一外延层；

在所述外延层上进行离子注入工艺，离子注入的深度小于该外延层厚度；

测量所述经离子注入之后的外延层方块电阻；

根据上述外延层方块电阻，计算离子在该外延层中的注入状态；

根据外延层与衬底的一换算关系，得出该次离子注入工艺相对该监测晶圆的离子注入状态。

优选的，所述外延层为单晶硅层，对该单晶硅层实施掺杂，以形成P型外延层或N型外延层。

优选的，当所述外延层为P型外延层时，该离子注入工艺注入的离子为N型离子，当所述外延层为N型外延层时，该离子注入工艺注入的离子为P型离子。

优选的，对所述外延层进行离子注入后，还包括对所述监测晶圆进行快速退火工艺的处理步骤。

优选的，所述方块电阻通过四探针测量方法测得。

优选的，所述离子在外延层中的注入状态为离子在横向和纵向上的注入深度以及离子的密度。

优选的，所述换算关系为：在所述确定参数的离子注入工艺下，衬底注入状态与对应的外延层注入状态对照表。

优选的，所述确定参数包括离子注入能量、注入角度和注入剂量。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

第一、离子注入状态监测结果的稳定性和可靠性有了保证，使得工艺人员能够及时有效地控制在线工艺；

第二、减少了监测过程中，Rs发生OOC/OOS的几率，保证了整个半导体制程工艺的流畅性；

第三、由于监测用的晶圆可重复利用，大大降低了监测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的离子注入工艺监测方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的离子注入工艺的监测方法，直接以裸晶作为监测的样本，而裸晶本身的衬底电阻极不稳定，容易产生如下问题：

1、增加了监测过程中的结果不确定性，对工艺人员保证在线离子注入状态有影响；