專利名稱：改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種改善離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法，特別是指一種應用于半導體制程中的改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法。
隨著科技的進步，半導體產業(yè)已從以往的次微米(Sub Micron)時代進入現(xiàn)今的深次微米(Sub Half Micron)時代，同時半導體產品體積也有漸趨縮小化的趨勢，為達此目的則必須同時藉由半導體產品結構的設計與制程上兩者良好的搭配。眾所皆知的半導體制程中的擴散制程技術中，其中低能量離子植入(Low EnergyIon Implantation)與快速加熱程序(Rapid Thermal Process Spike Anneal，RTPSpike Anneal)的配合即是為了滿足半導體產品縮小化的要求。
簡言之，此低能量離子植入與快速加熱程序(RTP Spike Anneal)的配合即是藉由低能量離子植入方式將+3價或+5價離子打入純硅晶層(Bare SiliconLayer)中，再經由一快速加熱程序(RTP Spike Anneal)將該純硅晶層中因離子植入時遭受破壞的晶格結構予以修復。然而，當這項制程技術要被應用在生產時，首先要考慮到片電阻量測值(Resistance，Rs)的均勻性(Uniformity)與重復性(Repeatability)，倒是這項技術卻存在著片電阻量測值的均勻性與重復性不佳的缺點。為達到片電阻量測值的良好的均勻性與重復性，亦有相關研究在快速加熱程序時，藉由加入少量氧氣以在純硅晶層上方經化學反應形成一化學氧化層(Chemical Oxide Layer)以達到很好趨勢，但是藉由加入少量氧氣的方式將會影響離子擴散深度，而快速加熱程序時間太長的話，亦會造成純硅晶層中的離子向外擴散。顯然地，此項技術存在著無法提升半導體制程良率的問題。
如上所述，傳統(tǒng)作法的缺點在于為達到低能量離子植入與快速加熱程序(RTP Spike Anneal)配合的要求，將存在片電阻量測值的均勻性與重復性不佳的問題；以及在快速加熱程序(RTP Spike Anneal)中，由于離子向外擴散，致使片電阻量測值隨時間下降，進而導致半導體制程良率低的問題。
因此，本發(fā)明鑒于傳統(tǒng)技術的缺點失，經悉心地試驗，并一本鍥而不舍的研究精神，終于開發(fā)出本發(fā)明的“改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法”。
本發(fā)明的主要目的，即在于提供一種可有效改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法。
本發(fā)明的次要目的，即在于提供一種可完成半導體制程中的低能量離子植入制程。
本發(fā)明的又一目的，即在于提供一種可提升半導體制程良率的低能量離子植入制程。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種改善低能量離子植入(Low EnergyImplantation)下的片電阻量測值(Resistance，Rs)穩(wěn)定性的方法，藉此以達到發(fā)明目的。其方法是可應用于一半導體制程的一純硅晶層(Bare Silicon Layer)中，其中該方法的步驟可包括(a)藉由低能量離子植入方式將離子打入此純硅晶層中；(b)經由一清洗與氧化步驟以保護芯片表面與延緩表面狀態(tài)隨時間改變的速度；以及(c)經由加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構。
依據(jù)上述構想，其中該離子可為一砷(As)離子。
依據(jù)上述構想，其中該純硅晶層上方具有一自然氧化層(Native OxideLayer)。
依據(jù)上述構想，其中該步驟(b)的該清洗與氧化步驟包括b1)經由稀氫氟酸(Dilute Hydrofluoric Acid，Dilute HF)清洗以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層；b2)經由稀氫氯酸(Dilute Hydrochloric Acid，Dilute HCl)清洗以除去該純硅晶層表面的污染物；以及b3)經由臭氧水(O3 Water)浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層(Chemical Oxide Layer)。
依據(jù)上述構想，其中該加熱程序可為一快速加熱程序(Rapid Thermal ProcessSpike Anneal，RTP Spike Aneal)。
依據(jù)上述構想，其中該快速加熱程序是快速持續(xù)升溫至一溫度后則立即冷卻至室溫。
為達上述目的，本發(fā)明另一方面提供一種改善低能量離子植入(Low Energy IonImplantation)下的片電阻量測值(Resistance，Rs)穩(wěn)定性的方法，其可應用于一半導體制程的一純硅晶層(Bare Silicon Layer)中，而該純硅晶層上方具有一自然氧化層(Native Oxide Layer)，其中該方法包括下列步驟a)藉由低能量離子植入方式將砷離子打入此該硅晶層中；b)經由稀氫氟酸(DiluteHydrofluoric Acid，Dilute HF)清洗以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層；c)經由稀氫氯酸(Dilute Hydrochloric Acid，Dilute HCl)清洗以除去該純硅晶層表面的污染物；d)經由臭氧水(O3Water)浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層(Chemical Oxide Layer)；以及e)經由加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構。
依據(jù)上述構想，其中該低能量系可小于10Kev以下。
依據(jù)上述構想，其中該快速加熱程序系快速持續(xù)升溫至一溫度后則立即冷卻至室溫。
因此，藉由上述的低能量離子植入下的方法，將可改善片電阻量測值穩(wěn)定性，也確實能提升半導體制程良率。
本發(fā)明以及其進一步目的與功效，將參閱一較佳實施例的詳細說明與附圖，將得一更深入的了解。


圖1為傳統(tǒng)方法與本發(fā)明的較佳實施例的片電阻量測值的隨時間變化的趨勢圖。
本發(fā)明可應用于半導體制程的純硅晶層(Bare Silicon Layer)中，且于該純硅晶層上方具有一因置于空氣中而自然形成的自然氧化層(Native OxideLayer)，并藉由低能量離子植入(Low Energy Ion Implantation)方式將砷離子打入此純硅晶層中；再經由稀氫氟酸清洗以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層，再由稀氫氯酸清洗以除去該純硅晶層表面的污染物，以及由臭氧水(O3 Water)浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層(Chemical Oxide Layer)，這些清洗與氧化步驟用以保護芯片表面與延緩表面狀態(tài)隨時間改變的速度；最后，并經一快速加熱程序(RTP Spike Anneal)以修復遭受離子植入而被破壞的純硅晶層晶格結構；以完成該半導體制程中的砷離子的低能量離子植入制程。
請參閱表一與圖1，為傳統(tǒng)方法與本發(fā)明的較佳實施例的片電阻量測值均勻性與其隨時間的趨勢圖。
本發(fā)明的較佳實施例的實施步驟為首先，準備一含有一純硅晶層(Bare Silicon Layer)的晶圓，且于該純硅晶層上方具有一自然氧化層(Native Oxide Layer)；以低能量離子植入(Low Energy Ion Implantation)方式將砷離子以2Kev能量、植入量1×1015/cm2打入此純硅晶層中；
經等待數(shù)小時后，進行一清洗與氧化步驟。亦即，經由稀氫氟酸(Water20L/min，HF(49％)0.083 L/min)清洗70sec以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層，再由稀氫氯酸(water20L/min，HCl(36％)0.29L/min)清洗180sec以除去該純硅晶層表面的污染物，以及由臭氧水(5ppm)浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層(Chemical Oxide Layer)，這些清洗與氧化用以保護芯片表面與延緩表面狀態(tài)隨時間改變的速度；并經一快速加熱程序(RTP Spike Anneal)由室溫急速升溫至達1100℃則立即降回室溫，以修復遭受離子植入而被破壞的純硅晶層晶格結構；以完成該半導體制程中的砷離子的低能量離子植入制程；以及最后，在該晶圓上各區(qū)域平均取49點計算片電阻量測值的平均值，以及計算該49點片電阻量測值的均勻性(Uniformity)或標準差STD％，以了解本發(fā)明與傳統(tǒng)方法在片電阻量測值上的差異性。
其中，由表一的數(shù)據(jù)經繪圖后即如圖1所示。表一顯示，無論是否經過清洗與氧化步驟，藉由一快速加熱程序(RTP Spike Anneal)由室溫急速升溫至達1100℃則立即降回室溫，將可得到良好的片電阻量測值的均勻性。圖1亦顯示，片電阻量測值將隨低能量離子植入后等待快速加熱程序的時間增長而漸漸下降，這是因為植入于純硅晶層中的砷離子隨時間向外擴散，致使片電阻量測值無法控置于一穩(wěn)定值，然而經由本發(fā)明的實施，確實可控制片電阻量測值于較傳統(tǒng)方法更為穩(wěn)定的數(shù)值，亦即可得到良好的片電阻量測值的重復性。經由本發(fā)明的改善低能量離子植入下片電阻量測值穩(wěn)定性的方法，片電阻量測值至少可維持24hr于一可接受范圍。
因此，藉由本發(fā)明上述的較佳實施例的低能量離子植入方式、清洗與氧化步驟、快速加熱程序之配合，將可避免傳統(tǒng)方法的片電阻量測值的均勻性與重復性較差的問題，也就是改善了片電阻量測值穩(wěn)定性，同時，本發(fā)明的方法也確實能提升半導體制程良率。是以，本發(fā)明當顯較目前存在之各種傳統(tǒng)技術為優(yōu)，亦為一極具產業(yè)價值的發(fā)明。
本發(fā)明可由本技術領域的人員進行種種變化修飾，然都不會脫離所附權利要求的范圍。
表一
權利要求
1.一種改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法，可應用于半導體制程的純硅晶層中，該方法包括下列步驟藉由低能量離子植入方式將離子打入該純硅晶層中；經由清洗與氧化步驟以保護芯片表面與延緩表面狀態(tài)隨時間改變的速度；以及經由加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該低能量系可小于10Kev。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該離子為一砷離子。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該純硅晶層上方具有自然氧化層。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，該步驟(b)的清洗與氧化步驟包括下列步驟b1)經由稀氫氟酸清洗以除去該純硅晶層上方的自然氧化層；b2)經由稀氫氯酸清洗以除去該純硅晶層表面的污染物；以及b3)經由臭氧水浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱程序為一快速加熱程序。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，該快速加熱程序是快速持續(xù)升溫至一溫度后則立即冷卻至室溫。
8.一種改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法，可應用于半導體制程的純硅晶層中，而該純硅晶層上方具有自然氧化層，該方法包括下列步驟藉由低能量離子植入方式將離子打入此純硅晶層中；去除該自然氧化層與在該純硅晶層上形成一化學氧化層以保護芯片表面與延緩表面狀態(tài)隨時間改變的速度；以及經由加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該低能量小于10Kev。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該離子為一砷離子。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該步驟(b)中的去除該自然氧化層與形成一化學氧化層的步驟包括下列步驟b1)經由稀氫氟酸清洗以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層；以及b2)經由臭氧水浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，該步驟(b1)之后還包括一經由稀氫氯酸清洗以除去該純硅晶層表面的污染物的步驟。
13.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該加熱程序為一快速加熱程序。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，該快速加熱程序是快速持續(xù)升溫至一溫度后則立即冷卻至室溫。
15.一種改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法，可應用于半導體制程的純硅晶層中，而該純硅晶層上方具有自然氧化層，其特征在于，該方法包括下列步驟藉由低能量離子植入方式將砷離子打入此該硅晶層中；經由稀氫氟酸清洗以除去該純硅晶層上方的該自然氧化層；經由稀氫氯酸清洗以除去該純硅晶層表面的污染物；經由臭氧水浸洗以在該純硅晶層上方形成一化學氧化層；以及經由加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，該低能量小于10Kev。
17.如權利要求15所述的方法，其特征在于，該快速加熱程序為快速持續(xù)升溫至一溫度后則立即冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明關于改善低能量離子植入下的片電阻量測值穩(wěn)定性的方法,可應用于半導體制程的純硅晶層中,在純硅晶層上方具有自然氧化層,并藉由低能量離子植入方式將砷離子打入此純硅晶層中;再經由稀氫氟酸清洗以除去純硅晶層上方的自然氧化層,再由稀氫氯酸清洗以除去純硅晶層表面的污染物,以及由臭氧水浸洗以形成化學氧化層于純硅晶層上方;并經快速加熱程序以修復遭受破壞的純硅晶層晶格結構;完成半導體制程中的低能量離子植入制程。
文檔編號H01L21/306GK1378241SQ0111232
公開日2002年11月6日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權日2001年3月29日
發(fā)明者莊岳鎮(zhèn) 申請人:華邦電子股份有限公司