基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，尤其涉及一種基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造過程中，通常同時使用多臺離子注入機(jī)。盡管在各個離子注入機(jī)上設(shè)定了相同的工藝參數(shù)，但實際進(jìn)行離子注入的過程中，不同的離子注入機(jī)的注入能量往往不同，注入劑量也不同。因此，在進(jìn)行批量生產(chǎn)之前，需要對多臺離子注入機(jī)的工藝參數(shù)進(jìn)行匹配，以使每臺離子注入機(jī)的注入能量相同，注入劑量也相同。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，通過測量兩臺離子注入機(jī)分別進(jìn)行離子注入所獲得的晶圓的電阻值，若電阻值不同則調(diào)節(jié)其中一臺離子注入機(jī)的劑量控制單元的設(shè)備參數(shù)，然后重復(fù)執(zhí)行上述過程，直至電阻值相同，從而實現(xiàn)這兩臺離子注入機(jī)的工藝參數(shù)匹配。
[0004]但在實際應(yīng)用過程中，往往發(fā)現(xiàn)即使在測得兩片晶圓具有相同電阻值從而完成工藝參數(shù)匹配的時候，這兩臺不同離子注入機(jī)的注入能量和注入劑量仍不能對應(yīng)相同，也就是說現(xiàn)有技術(shù)中工藝參數(shù)匹配的準(zhǔn)確度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法和裝置，用于提高工藝參數(shù)匹配的準(zhǔn)確度。
[0006]本發(fā)明的第一個方面是提供一種基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法，包括:
[0007]針對至少兩組中每一組晶圓,利用至少兩臺離子注入機(jī)分別對所對應(yīng)的晶圓以預(yù)設(shè)工藝參數(shù)進(jìn)行離子注入；所述晶圓包括襯底和在所述襯底表面覆蓋的膜層，所述至少兩組晶圓的襯底的電阻值均為參考電阻值，同一組晶圓的膜層厚度相同，各組晶圓的膜層厚度按照離子注入順序依次減小；
[0008]對所述至少兩組離子注入后的各晶圓進(jìn)行熱處理；
[0009]比較同一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值；
[0010]若所述至少兩組中的目標(biāo)組中，熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且不等于所述參考電阻值，則確定所述至少兩臺離子注入機(jī)的離子注入能量的工藝參數(shù)匹配；其中，所述目標(biāo)組的前一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且等于所述參考電阻值。
[0011]本發(fā)明的另一個方面是提供一種基于離子注入的工藝參數(shù)匹配裝置，包括:
[0012]離子注入模塊，用于針對至少兩組中每一組晶圓，利用至少兩臺離子注入機(jī)分別對所對應(yīng)的晶圓以預(yù)設(shè)工藝參數(shù)進(jìn)行離子注入；所述晶圓包括襯底和在所述襯底表面覆蓋的膜層，所述至少兩組晶圓的襯底的電阻值均為參考電阻值，同一組晶圓的膜層厚度相同，各組晶圓的膜層厚度按照離子注入順序依次減??；
[0013]熱處理模塊，用于對所述至少兩組離子注入后的各晶圓進(jìn)行熱處理；
[0014]比較模塊，用于比較同一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值；
[0015]第一匹配模塊，用于若所述至少兩組中的目標(biāo)組中，熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且不等于所述參考電阻值，則確定所述至少兩臺離子注入機(jī)的離子注入能量的工藝參數(shù)匹配；其中，所述目標(biāo)組的前一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且等于所述參考電阻值。
[0016]本發(fā)明提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法和裝置，通過針對至少兩組中每一組晶圓，利用至少兩臺離子注入機(jī)分別對所對應(yīng)的晶圓以預(yù)設(shè)工藝參數(shù)進(jìn)行離子注入，然后對至少兩組離子注入后的各晶圓進(jìn)行熱處理，比較同一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值，若至少兩組中的目標(biāo)組中，熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且不等于所述參考電阻值，則確定離子注入能量的工藝參數(shù)匹配，其中，至少兩組中膜層厚度依次減小，且目標(biāo)組滿足在其前一組熱處理后的各晶圓的襯底的電阻值相同且等于離子注入前至少兩組晶圓的襯底的參考電阻值，也就是說目標(biāo)組的膜層厚度使得在當(dāng)前離子注入能量下注入離子剛好穿透，由于在注入離子剛好穿透膜層時，膜層所覆蓋襯底的電阻值與離子注入機(jī)的注入能量相關(guān)，因此，根據(jù)襯底的電阻值即可確定離子注入機(jī)的注入能量是否相同，實現(xiàn)了離子注入機(jī)的注入能量的匹配，提高了工藝參數(shù)匹配的準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0017]圖1A為離子注入的注入離子在襯底中高斯分布圖；
[0018]圖1B為本發(fā)明一實施例提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法的流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明另一實施例提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法的流程示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明一實施例提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明另一實施例提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]離子注入是半導(dǎo)體制造中的一種對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行摻雜的工藝:離子注入機(jī)將硼、磷、砷或其它摻雜元素電離成離子并聚焦成注入離子束，在電場中加速，然后注入到半導(dǎo)體襯底的表層之中。在半導(dǎo)體制造工藝中，這些摻雜元素主要包括五族元素和三族元素，常用的五族元素包括磷、砷和銻元素，三族元素包括硼元素。摻入了五族元素的半導(dǎo)體襯底，為N型半導(dǎo)體，摻入了三族元素的半導(dǎo)體襯底，稱之為P型半導(dǎo)體。如果在同一半導(dǎo)體襯底中既摻入了五族元素也摻入了三族元素，則半導(dǎo)體的電特性表現(xiàn)為摻雜濃度較高的那一種摻雜元素。N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體都表現(xiàn)出導(dǎo)電特性，即電阻特性，摻入的五族元素或三族元素越多，其電阻率越小，行業(yè)內(nèi)通常采用測試方塊電阻的方法檢測其電阻特性，電阻率越小,方塊電阻也就越小。
[0023]離子注入工藝包含兩個最關(guān)鍵的工藝參數(shù):注入能量和注入劑量。注入劑量的單位為“原子/平方厘米”，表示每平方厘米的半導(dǎo)體襯底中注入的離子個數(shù)。注入能量的單位為“千電子伏”(kev)，研究證實，注入到半導(dǎo)體襯底之中的注入離子的濃度分布為高斯分布。圖1A為離子注入的注入離子在襯底中高斯分布圖，如圖1A所示，位于某個特定深度位置的注入離子的分布濃度最高，這一特定深度稱之為投影射程(Rp)，注入離子濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差稱之為投影射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Λ Rp);離子注入的Rp和Λ Rp的理論值都可以采用計算機(jī)模擬得到。對同一種摻雜元素而言，注入能量越大，Rp和Λ Rp也就越大，意味著注入離子分布在離襯底表面更深的區(qū)域，而且注入離子的分布更離散。按照高斯分布數(shù)學(xué)模型計算可得，分布在深度范圍(Rp±3X ARp)之外區(qū)域的注入離子的個數(shù)約等于總摻雜原子數(shù)的0.27%，在半導(dǎo)體制造中是不可忽視的；分布在深度范圍(Rp±6X ARp)之外區(qū)域的注入離子的個數(shù)約等于總注入離子數(shù)的0.0003%，可忽略不計。
[0024]半導(dǎo)體制造工廠通常有多臺離子注入機(jī)，在進(jìn)行批量生產(chǎn)之前，需要對實施相同或相近離子注入工藝的若干臺離子注入機(jī)進(jìn)行工藝參數(shù)匹配，以保證這些離子注入機(jī)的注入能量、注入劑量是互為匹配的。若采用現(xiàn)有的工藝參數(shù)匹配的方法往往出現(xiàn)兩臺離子注入機(jī)采用同一預(yù)設(shè)能量、劑量對兩片晶圓進(jìn)行離子注入產(chǎn)生的電阻值相等，但實際產(chǎn)生的問題是兩臺離子注入機(jī)的能量、劑量都出現(xiàn)了不匹配，而這些問題在批量生產(chǎn)的時候才會被發(fā)現(xiàn)，造成了極大的損失。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這是由于現(xiàn)有的工藝參數(shù)匹配的方法僅適合于對注入劑量進(jìn)行匹配，而不是注入能量，因此，需要提出一種可以對注入能量進(jìn)行匹配的方法。
[0025]根據(jù)圖1A所示，經(jīng)過高斯分布數(shù)學(xué)模型或計算機(jī)模擬分析計算可得，分布在深度范圍(Rp±3X ARp)之外區(qū)域的注入離子的個數(shù)約等于總注入離子數(shù)的0.27%，是不可忽視的；分布在深度范圍(Rp±6X ARp)之外區(qū)域的注入離子的個數(shù)約等于總注入離子數(shù)的
0.0003%，是可以忽視的；本發(fā)明采用若干組膜層厚度在(Rp+6X ARp)至(Rp+3X ARp)范圍的晶圓，當(dāng)兩臺或多臺臺離子注入機(jī)中的一臺或多臺的注入能量相比其它離子注入機(jī)偏大，較其它離子注入機(jī)會首先出現(xiàn)注入離子穿透膜層達(dá)到晶圓的襯底之中，對應(yīng)晶圓發(fā)生反型摻雜，從而襯底的電阻值發(fā)生變化，據(jù)此即可判斷離子注入機(jī)的注入能量是否相同，進(jìn)而當(dāng)離子注入機(jī)的注入能量不同時進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使注入能量相同從而實現(xiàn)工藝參數(shù)匹配。
[0026]圖1B為本發(fā)明一實施例提供的基于離子注入的工藝參數(shù)匹配方法的流程示意圖，如圖1B所示,包括:
[0027]101、針對至少兩組中每一組晶圓，利用至少兩臺離子注入機(jī)分別對所對應(yīng)的晶圓以預(yù)設(shè)工藝參數(shù)進(jìn)行離子注入。
[0028]其中，晶圓包括襯底和在所述襯底表面覆蓋的膜層，所述至少兩組晶圓的襯底的電阻值均為參考電阻值，同一組晶圓的膜層厚度相同，各組晶圓的膜層厚度按照離子注入順序依次減小。至少兩組中的第一組的膜層厚度不小于(Rp+6X ARp)，所述至少兩組中的最后一組的膜層厚度不大于(RP+3X ARp);其中，Rp為離子注入機(jī)所注入離子的投影射程Rp, ARp為所述投影射程Rp的標(biāo)準(zhǔn)偏差。并且同一組晶圓的摻雜類型相同，若晶圓為P型摻雜則進(jìn)行離子注入所采用的注入離子為N型，若晶圓為N型摻雜則進(jìn)行離子注入所采用的注入離子為P型。
[0029]具體的，至少兩組中每一組晶圓包括至少兩個晶圓，至少兩個晶