【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種離子注入能量監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

在電子工業(yè)中，離子注入是半導(dǎo)體制造工藝中的一種非常重要的摻雜技術(shù)，也是控制晶體管閾值電壓的一個(gè)重要手段。在當(dāng)代半導(dǎo)體芯片，特別是大規(guī)模集成電路芯片的制造工藝中，離子注入技術(shù)可以說(shuō)是一種必不可少的手段。

在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中，離子注入工藝的關(guān)鍵參數(shù)就是注入劑量和注入能量，注入能量決定了注入的深度值，越大的注入能量，注入的深度越大。目前離子注入的監(jiān)控手段，只能很好的監(jiān)控注入劑量，但是對(duì)于離子注入能量，暫時(shí)沒(méi)有可靠且高效的辦法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

比如，一種傳統(tǒng)的離子注入檢測(cè)方法是：在硅片上進(jìn)行一定劑量和能量的離子注入，然后進(jìn)行退火激活離子，再對(duì)硅片上的注入?yún)^(qū)域進(jìn)行電阻率測(cè)量。如果離子注入的劑量發(fā)生偏差，測(cè)量硅片的電阻率會(huì)有明顯的反應(yīng)。如果注入的能量發(fā)生偏差，則只會(huì)導(dǎo)致在硅片中離子注入的深度發(fā)生變化。電阻率不會(huì)發(fā)生明顯的變化。除非注入能量發(fā)生了極大的偏差，諸如能量偏差超過(guò)50％，才可能通過(guò)電阻率變化檢測(cè)出離子注入能量異常，此將給離子注入在線工藝的穩(wěn)定性帶來(lái)極大的隱患。

有鑒于此，有必要提供一種離子注入能量監(jiān)控方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的其中一個(gè)目的在于為解決上述問(wèn)題而提供一種離子注入能量監(jiān)控方法。

本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法，包括：在硅襯底形成基礎(chǔ)氧化層；所述基礎(chǔ)氧化層表面形成多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)；在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)形成接觸孔，并在所述接觸孔制作金屬測(cè)試塊；對(duì)所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入處理；利用所述金屬測(cè)試塊對(duì)所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻測(cè)試，來(lái)檢測(cè)在所述離子注入過(guò)程中的離子注入能量是否出現(xiàn)偏差。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，每一多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)分別包括一個(gè)多晶硅層和形成在所述多晶硅層表面的絕緣層。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)多晶硅層通過(guò)其中間的絕緣層實(shí)現(xiàn)相互絕緣。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，在所述基礎(chǔ)氧化層表面形成多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)包括：在所述基礎(chǔ)絕緣層表面形成第一多晶硅層；在所述第一多晶硅層表面形成第一絕緣層，從而得到第一多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)；重復(fù)上述第一多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作步驟，在所述第一多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)表面依次形成其余多個(gè)多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述絕緣層為二氧化硅層。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述二氧化硅層具體通過(guò)在爐管中直接將其所對(duì)應(yīng)的多晶硅層的表面進(jìn)行氧化處理來(lái)制作得到。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述二氧化硅層具體為通過(guò)化學(xué)氣相淀積的方式在其對(duì)應(yīng)的多晶硅層表面來(lái)生長(zhǎng)得到的二氧化硅層。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述接觸孔穿透多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)并到達(dá)所述基礎(chǔ)氧化層，但未穿透所述基礎(chǔ)氧化層。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬測(cè)試塊填充到所述接觸孔并通過(guò)所述接觸孔與所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)中的各個(gè)多晶硅層進(jìn)行導(dǎo)電接觸。

作為在本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法的一種改進(jìn)，在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)中各個(gè)多晶硅層或絕緣層的厚度是相同。

本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法通過(guò)在硅襯底依次形成多層相互絕緣的多晶硅層并對(duì)其進(jìn)行離子注入，并通過(guò)電阻測(cè)試來(lái)檢測(cè)離子注入能量，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便高效地監(jiān)控離子注入能量。

【附圖說(shuō)明】

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1為本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法一種實(shí)施例的流程示意圖；

圖2為圖1所示的方法中在硅襯底形成基礎(chǔ)氧化層的剖面示意圖；

圖3為在圖2所示的基礎(chǔ)氧化層表面多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；

圖4為在圖3所示的多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)形成接觸孔的剖面示意圖；

圖5為在圖4所示的接觸孔形成金屬測(cè)試塊的剖面接觸示意圖；

圖6為在圖5所示的金屬測(cè)試塊形成之后進(jìn)行離子注入的示意圖；

圖7為離子注入深度與離子濃度的分布曲線圖。

【具體實(shí)施方式】

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為解決現(xiàn)有技術(shù)的在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中離子注入能量難以監(jiān)控的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種離子注入能量監(jiān)控方法，其主要通過(guò)在硅襯底依次形成多層相互絕緣的多晶硅層并對(duì)其進(jìn)行離子注入，并通過(guò)電阻測(cè)試來(lái)檢測(cè)離子注入能量，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便高效地監(jiān)控離子注入能量。

請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明提供的離子注入能量監(jiān)控方法一種實(shí)施例的流程示意圖。所述離子注入能量監(jiān)控方法包括以下步驟：

步驟s1，在硅襯底形成基礎(chǔ)氧化層；

請(qǐng)參閱圖2，在步驟s1中，首先提供一個(gè)硅襯底，并通過(guò)氧化層生長(zhǎng)工藝在所述硅襯底的表面生長(zhǎng)出基礎(chǔ)氧化層，所述基礎(chǔ)氧化層可以具體為二氧化硅層，其可以是800℃～1300℃的生長(zhǎng)條件下在所述硅襯底表面生長(zhǎng)而成，且作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，所述基礎(chǔ)氧化層的厚度可以為0.5μm～3.00μm。

步驟s2，在所述基礎(chǔ)氧化層表面形成多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中相鄰兩個(gè)多晶硅層通過(guò)其中間的絕緣層相互絕緣；

具體地，請(qǐng)參閱圖3，每一多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)分別包括一個(gè)多晶硅層和形成在所述多晶硅層表面的氧化層，因此，在步驟s2中，在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)形成之后，所述基礎(chǔ)氧化層表面便具有多個(gè)相互絕緣間隔設(shè)置的多晶硅層，且相鄰兩個(gè)多晶硅層通過(guò)其中間的絕緣層實(shí)現(xiàn)相互絕緣。

在一種實(shí)施例中，所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)可以具體通過(guò)以下方法來(lái)制作而成。

首先，在所述基礎(chǔ)絕緣層表面形成第一多晶硅層，所述第一多晶硅層是非摻雜的多晶硅層，其可以是400℃～1000℃的生長(zhǎng)條件下在所述基礎(chǔ)氧化層表面直接生長(zhǎng)而成。在具體實(shí)施例中，所述第一多晶硅層的厚度可以根據(jù)離子注入能量的大小來(lái)確定；離子注入能量越低，則所述第一多晶硅層的厚度可以設(shè)計(jì)得越薄。作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一多晶硅層的厚度可以為0.005μm～1.000μm。

在所述第一多晶硅層形成之后，可以進(jìn)一步在所述第一多晶硅層表面形成第一絕緣層，從而得到第一多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中，所述第一絕緣層可以具體為氧化層，比如二氧化硅層，其可以通過(guò)以下兩種方式來(lái)形成：第一，在爐管中直接將所述第一多晶硅層的表面進(jìn)行氧化處理并形成二氧化硅層來(lái)作為所述第一絕緣層；第二，采用化學(xué)氣相淀積的方式在所述第一多晶硅層表面生長(zhǎng)一層二氧化硅層來(lái)作為所述第一絕緣層。在具體實(shí)施例中，所述第一絕緣層的厚度同樣可以根據(jù)離子注入能量的大小來(lái)確定；離子注入能量越低，則所述第一絕緣層的厚度可以設(shè)計(jì)得越薄。作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一絕緣層的厚度同樣可以為0.005μm～1.000μm。

接著，重復(fù)上述制作多晶硅層和絕緣層步驟，在所述第一絕緣層表面依次連續(xù)形成第二多晶硅層、第二絕緣層、第三多晶硅層、第三絕緣層、第四多晶硅層和第四絕緣層，即依次形成第二多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)、第三多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)和第四多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖3所示的實(shí)施例以四個(gè)多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)作為例子，但在實(shí)際應(yīng)用中，所述多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)量沒(méi)有特殊的限定，其可以根據(jù)實(shí)際需要而定，所述多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)量越多，則能夠檢測(cè)的離子注入能量范圍就越大。

另一方面，所述第一多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)、所述第二多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)、第三多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)和第四多晶硅-氧化層復(fù)合結(jié)構(gòu)中各個(gè)多晶硅層和絕緣層的厚度也可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成相同，也可以設(shè)計(jì)成不同。

步驟s3，在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)形成接觸孔；

具體地，請(qǐng)參閱圖4，在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)形成之后，可以通過(guò)干法刻蝕方式在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的兩端位置分別形成第一接觸孔和第二接觸孔，所述第一接觸孔和所述第二接觸孔分別穿透所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)并到達(dá)所述基礎(chǔ)氧化層。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于硅襯底本身是可以導(dǎo)電的，因此在步驟s3中需要控制干法刻蝕的刻蝕深度，以保證所述基礎(chǔ)氧化層不會(huì)被蝕刻穿，來(lái)確保各個(gè)多晶硅層與所述硅襯底之間的相互隔離，保證本發(fā)明的離子注入能量監(jiān)控方法的檢測(cè)精度。

步驟s4，在所述接觸孔形成金屬測(cè)試塊；

請(qǐng)參閱圖5，在步驟s4中，首先，通過(guò)濺射的方式在所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的頂層表面形成金屬層，所述金屬層除了覆蓋所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的頂層表面以外，同時(shí)填充到所述第一接觸孔和所述第二接觸孔，從而通過(guò)所述第一接觸孔和所述第二接觸孔與所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的多個(gè)多晶硅層進(jìn)行導(dǎo)電接觸。在具體實(shí)施例中，所述金屬層的材料可以具體為常規(guī)的硅鋁銅或者純鋁，且其厚度可以為0.01μm～5.00μm。

接著，通過(guò)光刻工藝將所述金屬層刻蝕成預(yù)設(shè)的金屬圖形，從而得到分別與所述第一接觸孔和第二接觸孔對(duì)應(yīng)的第一金屬測(cè)試塊和第二金屬測(cè)試塊。

步驟s5，對(duì)所述多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入處理；

請(qǐng)參閱圖6，在所述金屬測(cè)試塊形成之后，從所述多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面對(duì)內(nèi)部的多晶硅層進(jìn)行離子注入處理。其中，離子注入所采用注入劑量或者能量可以與實(shí)際需要監(jiān)控的離子注入工藝條件相一致。注入所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的離子濃度與注入深度一般類(lèi)似于高斯分布，如圖7所示；因此，所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部每一個(gè)多晶硅層的離子濃度是不同的。所述多晶硅層注入的離子濃度越高，則所述多晶硅層的電阻就會(huì)越低。

假設(shè)實(shí)際需要監(jiān)控的離子注入能量，在正常情況下的注入深度峰值在所述第三多晶硅層所在的位置，則所述第三多晶硅層的電阻r3應(yīng)當(dāng)?shù)陀谒龅诙嗑Ч鑼拥碾娮鑢2和所述第四多晶硅層的電阻r4，且正常情況下注入的離子未能穿透到達(dá)所述第一多晶硅層，因此所述第一多晶硅層的電阻r1應(yīng)當(dāng)很大，接近于斷路。

步驟s6，通過(guò)退火處理激活注入到所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)中的離子；

在具體實(shí)現(xiàn)上，通過(guò)上述離子注入工藝注入到所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的離子可以通過(guò)熱退火或者激光退火等方式進(jìn)行激活，然本發(fā)明實(shí)施例并不對(duì)具體退火激活方式進(jìn)行限制。

步驟s7，利用所述金屬測(cè)試塊對(duì)所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻測(cè)試，來(lái)檢測(cè)在所述離子注入過(guò)程中的離子注入能量是否出現(xiàn)偏差。

由于離子注入能量變化時(shí)，注入到所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的離子穿透能力是不同的，因此離子注入能量的變化會(huì)造成不同的多晶硅的電阻率發(fā)生變化，并引起所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的總電阻值發(fā)生變化。因此，通過(guò)測(cè)量所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)的總電阻值，便可以檢測(cè)出離子注入能量是否出現(xiàn)偏差，并計(jì)算出偏差量的大小。

為更好步驟s7通過(guò)電阻測(cè)試來(lái)監(jiān)控離子注入能量是否出現(xiàn)偏差的原理，以下仍以實(shí)際需要監(jiān)控的離子注入能量在正常情況下的注入深度峰值在所述第三多晶硅層所在的位置為例進(jìn)行說(shuō)明。假設(shè)所述第一多晶硅層、所述第二多晶硅層、所述第三多晶硅層和所述第四多晶硅層的電阻分別為r1、r2、r3和r4，而通過(guò)所述第一金屬測(cè)試塊和所述第二金屬測(cè)試塊對(duì)所述多個(gè)多晶硅-絕緣層復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻測(cè)試所測(cè)量到的總電阻為r，則r跟r1、r2、r3和r4滿足以下公式：

1/r＝1/r4+1/r3+1/r2+1/r1

如上所述，由于因?yàn)檎Ｇ闆r下注入的離子未能穿透到達(dá)所述第一多晶硅層，因此所述第一多晶硅層的電阻r1很大，1/r1接近為0，所以總電阻r可以簡(jiǎn)化為：

1/r＝1/r4+1/r3+1/r2

并且，對(duì)于電阻值r2、r3和r4，存在如下關(guān)系：r3小于r2和r4。當(dāng)離子注入能量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，離子注入的深度就會(huì)發(fā)生變化，比如，離子注入能量變大時(shí)，則有可能存在離子穿透并注入到所述第一多晶硅層，此時(shí)所述第一多晶硅層的電阻值就會(huì)急劇降低，因此通過(guò)所述第一金屬測(cè)試塊和所述第二金屬測(cè)試塊測(cè)量得到的總電阻r就變成：

1/r＝1/r4+1/r3+1/r2+1/r1

在上述情況下，由于離子注入能量的變化導(dǎo)致離子注入濃度峰值所在的注入深度發(fā)生變化，因此所述第二多晶硅層、所述第三多晶硅層和所述第四多晶硅層的電阻r2～r4也將發(fā)生變化，因此通過(guò)電阻測(cè)試測(cè)量得到的總電阻值r必然發(fā)生變化，從而可以檢測(cè)出離子注入能量是否出現(xiàn)偏差以及偏差量的大小。

以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，在此應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進(jìn)，但這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。