CN1612312A - 一种离子布植制程的监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种离子布植制程的监控方法，用于监控低能量(布植能量小于10KeV)杂质的布植，包含下列步骤：使用低温制程在该离子布植层上覆盖一层遮蔽层；高温快速回火处理；及测量组件参数。其中低温制程是在低于400℃的温度下进行，并可以使用一电浆增强－四乙氧基硅烷(PETEOS)制程。该遮蔽层为一氧化物层且厚度为350－1000，因此可以避免杂质在回火过程中逸出，大幅改进监控品质。
Description
技术领域
本发明是有关于一种离子布植制程的监控方法，更有关于一种监控低能量杂质的布植，以实时改善组件制程，增加良品率的监控方法。
背景技术
随着半导体组件技术的进步，组件制作要求也越来越精密，因此对于杂质原子在深度及分布上的要求也越来越精密。传统上是用热扩散方式将杂质原子或是离子由表面扩散到组件内部的制程，因为横向扩散的问题而无法适用于深次微米组件制程。
而离子布植法是将杂质原子以带电离子的型式加速直接进入芯片内，离子植入的深度可以用能量大小控制，杂质剂量可以用布植时间及离子束电流控制，至于植入杂质原子种类可以用布植机的分析磁场做精确选择。
离子布植由于是以加速方式进入芯片内部，会造成晶格毁损或是脱序，进而严重影响半导体组件参数；同时为了使植入的离子到置换位置，在布植后需要进行回火(annealing)步骤。目前在业界广泛使用的回火方式为使用快速升温回火(RTA)，仅需100秒左右即可完成回火，而使用炉管则需数分钟到数小时。如需更进一步降低回火时间，可以用激光束或是电子束进行回火。
参见图1，为一习知离子布植机29的剖视图，为了对制程参数做校正，在机台23除了组件芯片20外，还设置有测试芯片22。在生产前，可以旋转机台23而使测试芯片22置于真空状态的反应室(chamber)24的内，并接受离子束28的布植，接着将测试芯片22移到测量区间32a。在测量区间32a处该测试芯片22进行快速回火。在快速回火之后，即可用激光33透过透明窗50对测试芯片22测量反射率；或是用四点探针测量组件特性参数如面电阻(sheet resistance)等，即可了解离子布植结果是否符合需求，如果布植量不够，则将组件芯片20置入反应室24，继续进行布植；如果布植量太多，则调整制程参数，在下一批(batch)制程时，减少布植的剂量。
然而对于低能量(＜10KeV)的离子布植制程而言，由于离子浓度大都集中于表面，在快速回火制程，这些离子极容易自组件表面逸失，造成测量及校准时的误差。参见图2，为习知校准过程中对同一制程参数不同时间的测量结果。横轴为不同的制程日期，而纵轴为测量到的面电阻值。由此图可以看出，对于低能量(＜10KeV)的离子布植制程而言，习知的校准方式极不精确，进而会影响到后续的大量生产制程。
发明内容
因此本发明的一目的在于提供一种可以有效监控离子布植制程的方法，以实时改善组件制程，增加良品率。
本发明的另一目的在于提供一种具有实时监控功能的离子布植装置，可用于监控低能量杂质的布植，以实时改善组件制程，增加良品率。
为达到本发明的上述目的，本发明提供一种离子布植制程的监控方法，是用于监控低能量杂质的布植，包含下列步骤：使用低温制程在该离子布植层上覆盖一层遮蔽层；高温快速回火处理；及测量组件参数；其中低温制程是在低于400℃的温度下进行，并可以使用一电浆增强一四乙氧基硅烷(PETEOS)制程；该遮蔽层为一厚度350-1000_的氧化物层且可以避免杂质在回火过程中逸出，大幅改进监控品质。
为达到本发明的上述目的，本发明提供一种具有实时监控功能的离子布植装置，是用于监控低能量杂质的布植，该离子布植装置包含：一离子布植机，具有一反应室，可将置于反应室内的一测试芯片植入杂质离子；一化学气相沉积单元，可以在低温条件下于测试芯片上沉积一层遮蔽层；一快速回火单元；及一组件测量单元；该遮蔽层为一厚度为350-1000_的氧化物层且可以避免杂质在回火过程中逸出，大幅改进监控品质；该组件测量单元为一四点探针以测量组件的面电阻，亦可以为光学测量***以测量组件的反射率。
附图说明
图1为一习知离子布植机的剖视图；
图2为习知离子布植机监控方法的测量数据；
图3为本发明的流程图；
图4为本发明监控方法的测量数据。
图中标号说明
23机台
20组件芯片 22测试芯片
24反应室 28离子束
29布植机 32a测量区间
33激光 50透明窗
具体实施方式
参见图3，为本发明离子布植制程的监控方法的流程图，本发明的离子布植制程的监控方法可用于监控低能量N型杂质的布植且包含下列步骤：
S200：置备一测试芯片；
S202：进行低能量N型杂质离子布植；
S204：使用低温制程在离子布植层上覆盖一层遮蔽层；
S206：高温快速回火处理；及
S208：测量组件参数。
其中在步骤S202中，低能量离子布植是指布植能量在2KeV下的布植条件。因为对于低能量(＜10KeV)的离子布植制程而言，由于离子浓度大都集中于表面，在快速回火制程中，这些离子极容易自组件表面逸失，造成测量及校准时的误差。在该步骤中，如果测试芯片为一硅芯片，则N型杂质可以为磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)。
在步骤S204中是使用低温制程在离子布植层上覆盖一层遮蔽层，例如可以使用PETEOS制程在离子布植层上覆盖一层氧化物遮蔽层，此氧化物可以抑制植入离子自组件表面逸出。因此在后续的回火过程中，可以避免因高温产生的离子逸出，进而影响到组件参数的测量。
四乙氧基硅烷(TEOS)是一个有机分子，并可以与表面原子形成氢键并物理吸附于芯片表面。因此TEOS薄膜具有很好的阶梯覆盖性(stepcoverage)。为了降低制程温度，可以使用电浆增强-四乙氧基硅烷(PETEOS)，其反应式如下：
由于使用电浆辅助加热，因此制程温度可以控制在400℃之下，也可以防止因高温产生的离子逸出。
在步骤S206是进行高温快速回火处理，由于在离子布植之后，靠近表面的硅晶体结构会受到高能量离子的冲击而严重受损，因此需要一个高温的制程来使损伤回火，以恢复单晶结构且使掺杂物活化(activation)。在活化过程需防止杂质有扩散现象，因此需在1000℃的高温下进行快速回火。
在步骤S208是进行组件参数测量，以评估离子布植的制程。离子布植掺杂物的种类、接面深度与掺杂物浓度是影响组件参数的重要因素。四点探针是布植制程中监测常使用的工具，可以测量面电阻，进而得到掺杂物浓素的数据。另一种可以使用的测量方式是光学测量***(opticalmeasurement system，OMS)，是使用激光作为测量工具，藉由测量反射率而知道掺杂物浓素。
为了验证本发明离子布植制程的监控方法的效果，发明人进行下列测试实验：
杂质种类：砷
布植能量：2KeV
掺杂剂量：1015/cm2，并分别做±10％的变化
倾角： 0度
在S204中使用低温制程在离子布植层上覆盖一层遮蔽层的步骤可分别形成350_的PEOX或是1000_的PETEOS；在S206是进行高温快速回火处理的步骤可以分别使用1100℃、30秒的RTA处理(1100RTA30S)及1050℃、30秒的RTA处理(1050RTA30S)，这些不同处理的状况的编号如下表1所示：
表1
| Dose | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | |
| PEOX(350) | 90％ | D | D | D | D | ||||||||||||||||||||
| 100％ | D | D | D | D | |||||||||||||||||||||
| 110％ | D | D | D | D | |||||||||||||||||||||
| PETEOS(1000) | 90％ | D | D | D | D | ||||||||||||||||||||
| 100％ | D | D | D | D | |||||||||||||||||||||
| 110％ | D | D | D | D | |||||||||||||||||||||
| 1100RTA30S | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D | |||||||||||||
| 1050RTA30S | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D | D |
而测量结果如下表2所示：
表2
| Dose | Mean | Std. | Sens. | Mean | Std. | Sens. |
| PEOX(350A) | 1100RTA30S | 1050RTA30S | ||||
| 9.00E+14 | 163.34 | 0.375 | 1.2362 | 207.65 | 0.647 | 1.3118 |
| 1.00E+15 | 145.37 | 0.344 | 183.57 | 0.530 | ||
| 1.10E+15 | 131.71 | 0.350 | 0.9397 | 167.84 | 0.416 | 0.8569 |
| PETEOS(1000A) | 1100RTA30S | 1050RTA30S | ||||
| 9.00E+14 | 167.99 | 0.689 | 1.2270 | 213.97 | 0.457 | 1.3416 |
| 1.00E+15 | 149.63 | 0.427 | 188.66 | 0.447 | ||
| 1.10E+15 | 136.07 | 0.464 | 0.9062 | 170.48 | 0.389 | 0.9636 |
(Mean：平均值 Std：标准差 Sens：面电阻对于剂量的敏感度)
由表2可以看出，使用本发明离子布植制程的监控方法后，可以大幅改进资料的误差。本发明的效果可以由图4的测量数据而知，如此图所示，在使用了氧化物覆盖层后，可以抑制离子在高温回火时的逸出现象，而得到更精确的组件参数测量数据。
本发明的离子布植制程的监控方法亦可用于监控低能量P型杂质的布植且包含下列步骤：
S200’：置备一测试芯片；
S202’：进行低能量P型杂质离子布植；
S204’：使用低温制程在离子布植层上覆盖一层遮蔽层；
S206’：高温快速回火处理；及
S208’：测量组件参数。
其中P型杂质离子为硼(B)。
再者，本发明亦提供一种具有实时监控功能的离子布植装置，可用于监控低能量杂质的布植，该离子布植装置主要在离子布植机之外，再加上一化学气相沉积单元，可以在低温条件下于测试芯片上沉积一层遮蔽层；一快速回火单元；及一组件测量单元。在离子布植机于反应室内的一测试芯片植入杂质离子后，该化学气相沉积单元可以在该离子布植层上覆盖一层遮蔽层，例如使用温度在400℃以下的电浆增强一四乙氧基硅烷(PETEOS)制程，形成厚度为350-1000_的氧化物。由于该氧化物可以抑制植入离子自组件表面逸出。因此在后续的回火过程中，可以避免因高温产生的离子逸出，进而影响到组件参数的测量。该组件测量单元为一四点探针以测量组件的面电阻，或是为光学测量***以测量组件的反射率。
综上所述，本发明的离子布植制程的监控方法，可有效监控离子布植制程的方法，以实时改善组件制程，增加良品率，实为一不可多得的发明。但须知本申请不限于上述具体实施例，而可做种种变化，皆在本申请案专利范围内。
Claims (23)
1.一种离子布植制程的监控方法，是用于监控低能量杂质的布植，其中在一测试芯片上用低能量杂质离子布植制程形成一离子布植层，此方法包含下列步骤：
使用低温制程在该离子布植层上覆盖一层遮蔽层；
高温快速回火处理；及
测量组件参数。
2.如权利要求1所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的低温制程是在低于400℃的温度下进行。
3.如权利要求2所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的低温制程为一电浆增强-四乙氧基硅烷(PETEOS)。
4.如权利要求3所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的遮蔽层为一氧化物层。
5.如权利要求4所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的氧化物层的厚度为350-1000_。
6.如权利要求1所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的测试芯片为一硅芯片。
7.如权利要求6所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的杂质离子为N型杂质。
8.如权利要求7所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的N型杂质可以为磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)。
9.如权利要求6所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的杂质离子为P型杂质。
10.如权利要求9所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的P型杂质可以为硼(B)。
11.如权利要求1所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的低能量杂质为布植能量小于10KeV的杂质。
12.如权利要求1所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的测量组件参数步骤可以测量组件的面电阻。
13.如权利要求12所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的面电阻是用四点探针测量。
14.如权利要求1所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的测量组件参数步骤可以测量组件的反射率。
15.如权利要求14所述的离子布植制程的监控方法，其特征是，所述的面电阻是用光学测量***测量。
16.一种具有实时监控功能的离子布植装置，可用于监控低能量杂质的布植，该离子布植装置包含：
一离子布植机，具有一反应室，可将置于反应室内的一测试芯片植入杂质离子；
一化学气相沉积单元，可以在低温条件下于测试芯片上沉积一层遮蔽层；
一快速回火单元；
一组件测量单元。
17.如权利要求16所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的低温制程是在低于400℃的温度下进行。
18.如权利要求17所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的化学气相沉积单元可进行电浆增强-四乙氧基硅烷(PETEOS)的低温制程。
19.如权利要求16所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的遮蔽层为一氧化物层。
20.如权利要求19所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的氧化物层的厚度为350-1000_。
21.如权利要求16所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的低能量杂质为布植能量小于10KeV的杂质。
22.如权利要求16所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的组件测量单元为一四点探针以测量组件的面电阻。
23.如权利要求16所述的具有实时监控功能的离子布植装置，其特征是，所述的组件测量单元为光学测量***以测量组件的反射率。
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