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CN103839858B - 离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法 - Google Patents

离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法，其中，所述离子注入机的工艺能力的监控方法包括：提供一裸片晶圆；在裸片晶圆上依次沉积氧化层和多晶硅层；对多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆；测试测试晶圆的电阻值，并判断该电阻值是否符合控制要求；其中，进行离子注入时对离子注入机的聚焦电压进行了设置。在本发明提供的离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法中，通过在裸片晶圆上依次形成氧化层和多晶硅层，并对多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆，测试测试晶圆的电阻值能够对离子注入机的工艺能力实现有效地监控，而在离子注入时通过调节聚焦电压提高多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性亦是本发明的内容之一。

Description

离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法。
背景技术
半导体器件的栅极通常采用多晶硅，为形成低电阻率的多晶硅栅极，通常需要对多晶硅栅极进行离子掺杂，由于离子注入工艺相对具有可控性好等优点，因此被广泛用来进行多晶硅栅极的离子掺杂。多晶硅栅极的离子注入状况关乎产品的良率和可靠性，因此在制造过程中需要对多晶硅栅极离子注入工艺进行控制。
目前采用的控制方法是选取裸片晶圆（Bare Wafer），即只有硅衬底、表面无其他膜层的晶圆，对其进行离子注入并测量其电阻值，从而间接地监测到多晶硅栅极的离子注入状况。
事实证明，多晶硅栅极离子注入的稳定性直接影响晶圆产品的电性参数RSGPVDP，而电性参数RSGPVDP是一项非常重要的WAT参数，能够反映多晶硅栅极离子注入工艺的状况。WAT参数是通过晶片允收测试（Wafer Acceptance Test，简称WAT）得到的，若晶片允收测试所测得的电性参数RSGPVDP超过了其控制范围，将会影响严重地产品的良率和可靠性。
事实上，目前的监控方式并不能真实地反映多晶硅栅极的离子注入状况，亦无法保证多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性。在实际制造过程中发现，多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性比较差，且目前没有可以有效监控离子注入机进行多晶硅栅极离子注入状况的方法。
因此，如何解决现有的多晶硅栅极离子注入工艺无法得到有效地控制，多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性差且离子注入机进行多晶硅栅极离子注入时工艺能力无法有效监测的问题成为当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法，以解决现有的离子注入机进行多晶硅栅极离子注入工艺时工艺能力无法得到有效监控，多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种离子注入机的工艺能力的监控方法，所述离子注入机的工艺能力的监控方法包括：
提供一裸片晶圆；
在所述裸片晶圆上依次沉积氧化层和多晶硅层；
对所述多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆；
测试所述测试晶圆的电阻值，并判断所述电阻值是否符合控制要求；
其中，进行离子注入时对所述离子注入机的聚焦电压进行了设置。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，所述氧化层的厚度在90埃到110埃之间。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，所述多晶硅层的厚度在1600埃到2000埃之间。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，所述离子注入的工艺参数为：注入的离子为磷离子，注入的剂量在1E15atoms/cm2到8E15atoms/cm2之间，工作电压在10Kev到50Kev之间，注入的角度在1到10°之间，扭转角度为在0°到1°之间。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，所述控制要求为电阻值在120Ω到140Ω之间。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，在提供一裸片晶圆之后，在所述裸片晶圆上沉积氧化层之前，还包括：对所述裸片晶圆进行湿法清洗。
优选的，在所述的离子注入机的工艺能力的监控方法中，在对所述多晶硅层进行离子注入之后，在形成测试晶圆之前，还包括：对离子注入后的多晶硅层进行退火。
本发明还提供了一种离子注入方法，所述离子注入方法包括：通过设置所述离子注入机的聚焦电压以提高离子注入工艺的稳定性。
优选的，在所述的离子注入方法中，所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间。
在本发明提供的离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法中，通过在裸片晶圆上依次形成氧化层和多晶硅层，并对多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆，测试所述测试晶圆的电阻值能够对离子注入机的工艺能力实现有效监控，另外，在所述离子注入中通过调节聚焦电压提高多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性亦是本发明的内容之一。
附图说明
图1是本发明实施例的离子注入机的工艺能力的监控方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例的离子注入机的工艺能力的监控方法的流程图。如图1所示，所述离子注入机的工艺能力的监控方法包括：
S10：提供一裸片晶圆；
S11：在所述裸片晶圆上依次沉积氧化层和多晶硅层；
S12：对所述多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆；
S13：测试所述测试晶圆的电阻值，并判断所述电阻值是否符合控制要求；
其中，进行离子注入时对所述离子注入机的聚焦电压进行了设置。
具体的，首先提供一裸片晶圆，所述裸片晶圆是只有硅衬底，表面上无其他膜层的晶圆。
之后，对所述裸片晶圆进行湿法清洗。所述湿法清洗包括第一次湿法清洗、第二次湿法清洗和第三次湿法清洗，三次清洗能够将所述裸片晶圆彻底清洗干净。其中，第一次湿法清洗采用的药液是硫酸（H2SO4）和双氧水（H2O2）的混合液，清洗时间在200秒到400秒之间。第二次湿法清洗采用的药液是氢氟酸（HF），清洗时间在30秒到100秒之间。第三次湿法清洗采用的药液是清洗液SC1和清洗液SC2，所述裸片晶圆按照一定的顺序依次经过这两种清洗液的清洗，总的清洗时间在300秒到800秒之间。
其中，常用的清洗液SC1的组分为：氢氧化铵（NH4OH）：双氧水（H2O2）：去离子水（DIWATER）＝1∶2∶40。常用的清洗液SC2的组分为：盐酸（HCL）：双氧水（H2O2）：去离子水（DIWATER）＝1∶1∶40。
接着，通过化学气相沉积工艺在所述裸片晶圆上形成氧化层，所述氧化层的厚度一般在90埃到110埃之间。优选的，所述氧化层的厚度为90埃、100埃或105埃。
此后，通过化学气相沉积工艺在所述氧化层上形成多晶硅层，所述多晶硅层的厚度一般在1600埃到2000埃之间。优选的，所述多晶硅层的厚度为1700埃、1800埃或1900埃。
本实施例中，通过在所述裸片晶圆上依次形成氧化层和多晶硅层以模拟真实的多晶硅栅极。
在形成多晶硅层之后，对所述多晶硅层进行离子注入。所述离子注入采用的离子为磷离子（P+），所述离子注入的剂量在1E15atoms/cm2到8E15atoms/cm2之间，工作电压在为10Kev到50Kev之间，注入的角度（Tilt）在1°到10°之间，扭转角度（Twist）在0°到1°之间。
优选的，所述离子注入的工艺参数为：注入的剂量为2E15atoms/cm2，工作电压为20Kev，注入的角度为7°，扭转角度为0°。
其中，进行离子注入时对聚焦电压（Focus Voltage）进行了设定。由于离子注入机之间不可避免地存在机台差异，即使采用相同的工艺条件所达到的工艺效果也不相同。为此，本实施中通过调节所述聚焦电压以调整离子束的聚集度，从而调整离子注入的效果，使得不同的离子注入机能够达到相同的离子注入效果。所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间。
在传统的多晶硅栅极离子注入工艺及其控制方法中，均不调节聚焦电压，聚焦电压为固定值。由于机台差异，离子注入工艺的稳定性比较差。本实施例中，根据离子注入机的差异调节聚焦电压，将聚焦电压调节到合适的电压值使得不同的离子注入机具有相同的离子注入效果，从而提高了离子注入工艺的稳定性。
接着，对离子注入后的多晶硅层进行退火。所述退火的温度范围在1000℃到1200℃之间，退火时间在30秒到60秒之间。优选的，所述退火的温度范围为1050℃、1100℃或1150℃。优选的，所述退火时间为40秒或50秒。
至此，形成了测试晶圆，所述测试晶圆用于监控多晶硅栅极离子注入工艺。
最后，测试所述测试晶圆的电阻值，并判断所述电阻值是否符合控制要求。若电阻值的测试结果在所设定的规格范围内，则说明所述离子注入机的工艺能力符合多晶硅栅极离子注入工艺的要求。若电阻值的测试结果超过所设定的规格范围，则说明所述离子注入机的工艺能力不符合多晶硅栅极离子注入工艺的要求，需要进行调整。
其中，所述控制要求为电阻值在120Ω到140Ω之间，即设定的规格范围在120Ω到140Ω之间，电阻值的测试结果若大于120Ω且小于140Ω则符合要求，电阻值的测试结果若小于120Ω或大于140Ω均不符合要求。需要指出的是，所述控制要求并不是唯一的，需要根据产品类型及产品要求进行调整。
相应的，本发明实施例还提供了一种离子注入方法，所述离子注入方法包括：通过设置所述离子注入机的聚焦电压以提高所述离子注入的稳定性。
具体的，所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间，通过设置所述离子注入机的聚焦电压能够提高离子注入工艺的稳定性。
所述离子注入方法可以适用于对多晶硅栅极进行离子掺杂，也可以适用于其他的离子掺杂工艺，例如源漏离子注入工艺等，不但可以提高多晶硅栅极离子注入工艺的稳定性，也可以提高源漏等其他离子注入工艺的稳定性。
实验证明：采用本发明实施例提供的离子注入方法，能够明显提高离子注入工艺的稳定性；采用本发明实施例的离子注入机的工艺能力的监控方法，可以有效监控离子注入机台进行多晶硅栅极离子注入工艺的状态，产品的良率更高。
综上，在本发明实施例提供的离子注入机的工艺能力的监控方法和离子注入方法中，通过在裸片晶圆上依次形成氧化层和多晶硅层以模拟真实的多晶硅栅极，对所述多晶硅层进行离子注入并测试离子注入后的电阻值能够直接监控多晶硅栅极离子注入工艺，监控方法简单有效，进一步的，在离子注入时将离子注入机的聚焦电压调节到合适的电压值，能够提高离子注入工艺的稳定性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，包括：
提供一裸片晶圆；
在所述裸片晶圆上依次沉积氧化层和多晶硅层；
对所述多晶硅层进行离子注入以形成测试晶圆；
测试所述测试晶圆的电阻值，并判断所述电阻值是否符合控制要求；若电阻值的测试结果在所设定的规格范围内，则说明所述离子注入机的工艺能力符合多晶硅栅极离子注入工艺的要求；若电阻值的测试结果超过所设定的规格范围，则说明所述离子注入机的工艺能力不符合多晶硅栅极离子注入工艺的要求，需要进行调整；
其中，进行离子注入时对所述离子注入机的聚焦电压进行了设置，通过调节所述聚焦电压以调整离子束的聚集度，从而调整离子注入的效果，使得不同的离子注入机能够达到相同的离子注入效果。
2.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间。
3.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，所述氧化层的厚度在90埃到110埃之间。
4.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度在1600埃到2000埃之间。
5.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，所述离子注入的工艺参数为：注入的离子为磷离子，注入的剂量在1E15atoms/cm2到8E15atoms/cm2之间，工作电压在10Kev到50Kev之间，注入的角度在1到10°之间，扭转角度为在0°到1°之间。
6.如权利要求1所述离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，所述控制要求为电阻值在120Ω到140Ω之间。
7.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，在提供一裸片晶圆之后，在所述裸片晶圆上沉积氧化层之前，还包括：对所述裸片晶圆进行湿法清洗。
8.如权利要求1所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，其特征在于，在对所述多晶硅层进行离子注入之后，在形成测试晶圆之前，还包括：对离子注入后的多晶硅层进行退火。
9.一种离子注入方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的离子注入机的工艺能力的监控方法，包括：通过设置所述离子注入机的聚焦电压以提高离子注入工艺的稳定性。
10.如权利要求9所述的一种离子注入方法，其特征在于，所述聚焦电压的电压范围在0到-6Kev之间。
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