监控离子注入能量的方法和系统与流程

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种监控离子注入能量的方法和系统。

背景技术：

1、离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性技术，也是半导体制造领域必不可少的关键工艺之一，其定义为：离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变靶材料表层的物理或化学性质。

2、离子注入有两个关键的工艺参数：注入能量和注入剂量。一般晶圆制造厂，离子注入的日常监控手段为：在裸硅片上将一定能量和剂量的离子通过离子注入的方式进行掺杂，经快速热退火进行晶格损失修复和离子激活，最后用方块电阻测量仪测量其方块电阻，因不同剂量、不同能量掺杂，晶圆的电性改善程度也不相同，从而达到监控离子注入剂量和能量的目的。

3、然而实际上，注入能量偏差对方块电阻并不会有明显的改变，传统方法只能有效监控离子注入剂量的偏差，暂时缺乏一种对注入能量高效、可行的监控方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够对离子注入能量进行有效且可行的监控方法和系统。

2、一种监控离子注入能量的方法，包括如下步骤：

3、对半导体衬底进行离子注入，形成非晶层，所述半导体衬底具有晶态结构；

4、测量所述非晶层的厚度；

5、根据所述非晶层的厚度判断离子注入能量是否异常。

6、在其中一些实施例中，还包括：

7、获得多个标准半导体衬底；

8、以不同的标准离子注入能量对所述标准半导体衬底进行离子注入，获得多个标准非晶层；

9、测量每个所述标准非晶层的厚度；

10、根据所述标准离子注入能量和所述标准非晶层的厚度，建立标准离子注入能量和所述标准非晶层的厚度的关系，记为标准关系；

11、在根据所述非晶层的厚度判断离子注入能量是否异常的步骤中，根据所述标准关系和所述非晶层的厚度判断离子注入能量是否异常。

12、在其中一些实施例中，在对半导体衬底进行离子注入的步骤中，以两个不同的离子注入能量进行离子注入，形成两个所述非晶层；

13、根据所述非晶层的厚度判断离子注入能量是否异常的步骤包括：根据两个所述非晶层的厚度和两个所述离子注入能量，得到单位离子注入能量下非晶层的厚度的变化值，记为待测变化值；

14、判断所述待测变化值是否符合设定范围，所述设定范围通过如下步骤获得：

15、根据任意两个所述标准离子注入能量下所得到的标准非晶层的厚度，得到单位标准离子注入能量下，标准非晶层的厚度的变化值，记为标准变化值；

16、根据所述标准变化值的最大值和最小值，获得所述设定范围。

17、在其中一些实施例中，在测量所述非晶层的厚度的步骤中，分别用透射电子显微镜和椭偏仪测量所述非晶层的厚度，再根据透射电子显微镜所测量的厚度对椭偏仪进行校准。

18、在其中一些实施例中，所述离子注入的剂量为5e14atoms/cm2～1e16atoms/cm2，所述离子注入的能量为1kev～60kev。

19、在其中一些实施例中，所述离子注入的过程中，采用中性气体为离子源。

20、在其中一些实施例中，还包括：对所述半导体衬底进行快速热退火，以消除所述非晶层，所述快速热退火的温度为900℃～1050℃，退火时间为至少1min。

21、在其中一些实施例中，在对半导体衬底进行离子注入的步骤之前，还包括：对所述半导体衬底进行清洗。

22、在其中一些实施例中，依次用氢氟酸水溶液、sc1溶液和sc2溶液对所述半导体衬底进行清洗。

23、在其中一些实施例中，所述半导体衬底包括硅衬底。

24、一种监控离子注入能量的系统，用于监控离子注入能量是否异常，包括：

25、离子注入设备，用于对半导体衬底进行离子注入以形成非晶层；及

26、厚度测量设备，用于测量所述非晶层的厚度。

27、在其中一些实施例中，所述厚度测量设备包括椭偏仪和可选地透射电子显微镜。

28、在其中一些实施例中，所述监控离子注入能量的系统还包括清洗设备和退火设备中的至少一种，所述清洗设备用于对所述半导体衬底进行清洗，所述退火设备用于对所述半导体衬底进行退火处理。

29、发明人在实验中发现，离子注入能量波动时，会对非晶层的厚度带来明显变化，而离子注入剂量会影响离子浓度，而不会对非晶层的厚度有影响，因此，通过对具有晶态结构的半导体衬底进行离子注入，高能离子轰击半导体衬底表面对晶格结构造成损伤，而在半导体衬底中形成非晶层，之后测量非晶层的厚度，根据非晶层的厚度对离子注入能量进行监控，该方法可以有效监控因离子注入机台带来的注入能量偏差，从而减少对器件带来的品质波动，为监控离子注入能量提供了一种新的可行的方法。

技术特征：

1.一种监控离子注入能量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，在对半导体衬底进行离子注入的步骤中，以两个不同的离子注入能量进行离子注入，形成两个所述非晶层；

4.根据权利要求1～3任一项所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，在测量所述非晶层的厚度的步骤中，分别用透射电子显微镜和椭偏仪测量所述非晶层的厚度，再根据透射电子显微镜所测量的厚度对椭偏仪进行校准。

5.根据权利要求1～3任一项所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，对半导体衬底进行离子注入的步骤满足如下条件中的任一个或几个：

6.根据权利要求1所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，还包括：对所述半导体衬底进行快速热退火，以消除所述非晶层，所述快速热退火的温度为900℃～1050℃，退火时间为至少1min。

7.根据权利要求1所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，在对半导体衬底进行离子注入的步骤之前，还包括：对所述半导体衬底进行清洗；

8.根据权利要求1所述的监控离子注入能量的方法，其特征在于，所述半导体衬底包括硅衬底。

9.一种监控离子注入能量的系统，其特征在于，用于监控离子注入能量是否异常，包括：

10.根据权利要求9所述的监控离子注入能量的系统，其特征在于，所述厚度测量设备包括椭偏仪和可选地透射电子显微镜；和/或，

技术总结
本发明涉及一种监控离子注入能量的方法和系统，包括如下步骤：对半导体衬底进行离子注入，形成非晶层；测量非晶层的厚度；根据非晶层的厚度判断离子注入能量是否异常。发明人在实验中发现，离子注入能量波动时，会对非晶层的厚度带来明显变化，而离子注入剂量会影响离子浓度，而不会对非晶层的厚度有影响，因此，通过对半导体衬底进行离子注入，形成非晶层，之后测量非晶层的厚度，根据非晶层的厚度对离子注入能量进行监控，该方法可以有效监控因离子注入机台带来的注入能量偏差，从而减少对器件带来的品质波动，为监控离子注入能量提供了一种新的可行的方法。

技术研发人员：蒋邦邦,胡慕
受保护的技术使用者：江苏卓胜微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23