[发明专利]一种离子注入监控片的重复利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子注入监控片的重复利用方法，属于半导体领域。

背景技术

在半导体器件制造工艺中，通过掺杂可以在硅衬底上形成各种器件结构，离子注入是最常用的掺杂技术。为确保离子注入工艺的稳定性，需要对离子注入机的工艺能力作定期监控。常规的离子注入监控方法一般为两种：一种是在电阻率恒定的监控片上进行离子注入，经高温退火后测量监控片的方块电阻，其要求监控片具有恒定的电阻率，因此成本较高，且由于掺杂的不可逆，这些监控片通常只能降级使用；另一种是测量监控片热波值，其能通过退火或沉积屏蔽层的方式实现监控片的重复利用，但缺点是一般仅适用于小剂量(此处定义为小于1e¹⁵ions/cm²，以下同)离子注入，对大剂量(大于1e¹⁵ions/cm²，以下同)离子注入的测量精度不佳，因此适用范围较窄。

现有技术中，中国专利02145359提出在监控片上沉积屏蔽层，通过测量热波值监控离子注入，并在测量后去除屏蔽层的方式实现监控片的重复利用。中国专利200810119158.5则在此基础上省去了沉积和去除屏蔽层的过程，直接以裸片进行监控。以上两种方式均可实现监控片的重复利用，但缺点是监控范围较窄，仅限于小剂量离子注入。本发明能够将监控范围拓宽至大剂量离子注入，有效解决了这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子注入监控片的重复利用方法，在实现监控片重复利用的同时，适用于大剂量离子注入，且具有较高的灵敏度和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供的离子注入监控片的重复利用方法包括：

第一步、提供裸片。

所述裸片即单晶硅衬底，其上不存在其它材料的薄膜。所述裸片的规格适用于所监控的离子注入机。需要说明的是，所述裸片可以为未使用过的裸片，或是经过刻蚀处理过的回收的监控片，满足在肉眼观察下无凹槽、突起和非硅沉积物质即可。

第二步、在裸片上依次沉积氮化硅层和多晶硅层，得到监控片。

根据本发明，所述氮化硅层通过化学气相沉积工艺形成，厚度在1500埃到2000埃之间，要求厚度非均匀性小于2％。沉积氮化硅层的目的在于形成对单晶硅的保护层，以防止在后续的刻蚀过程中过刻对单晶硅造成不可恢复的影响。

根据本发明，所述多晶硅层通过化学气相沉积工艺在氮化硅层上形成，厚度在8000埃到10000埃之间，要求厚度非均匀性小于1％。该层直接用于后续的监控过程，通过在该层依次进行离子注入和高温退火，然后测量该层的方块电阻值，即可反映监控的结果。

所述氮化硅层和多晶硅层的厚度可根据刻蚀程度和离子注入工艺参数的变化作相应调整，厚度非均匀性则应尽可能小，以充分降低由于多晶硅厚度差异对监控结果(即多晶硅层方块电阻值及电阻非均匀性)的影响。

第三步、对多晶硅层进行离子注入，经高温退火后测量方块电阻值作为基准值。

根据本发明，此处采用硼离子(B+)或磷离子(P+)进行单次离子注入。所述离子能量范围在10keV到60keV之间，离子剂量大于1e¹⁵ions/cm²，除特殊工艺要求通常在1e¹⁶ions/cm²以下。

根据本发明，对多晶硅层进行离子注入后，需要对监控片进行高温退火以激活被注入的离子。此处高温退火采用快速退火工艺，退火的温度在1000℃到1100℃之间，退火时间在10秒到20秒之间。

根据本发明，退火后在同一监控片上选取不同点，采用四探针法测量各点的方块电阻值，然后将各点的方块电阻加和并求平均值，作为基准值。

优选在第三步后进行可靠性验证。方法为从第二步得到的监控片中任选几片，对多晶硅层依次进行与第三步中条件相同的离子注入和高温退火过程，然后将每块监控片的方块电阻均值与第三步得到的基准值代入式Ⅰ计算：

并将计算结果与临界值进行比较。所述临界值可根据实际工艺窗口制定，在本发明的实施例中将临界值选取为3％。如果计算结果小于等于临界值，说明离子注入机的工艺能力稳定，并进行下一步。否则说明离子注入机的状态需要调整，需要结束当前流程。