本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種離子注入工藝的精確控制方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件制造的邏輯制程中，先進(jìn)制程節(jié)點對離子注入劑量精度的要求更加嚴(yán)格。在使用相同注入程式的情況下，離子注入阻隔層會影響當(dāng)層實際注入劑量。

輕摻雜漏極(LDD)層次在邏輯制程中的主要作用，是改善熱載流子注入及淺溝道效應(yīng)，因此，該層次對產(chǎn)品電性參數(shù)有很大的影響。業(yè)界通常采用先進(jìn)制程控制系統(tǒng)(APC)根據(jù)前層多晶硅柵極尺寸(CD)量測值，來對離子注入劑量進(jìn)行監(jiān)控及精確優(yōu)化。

目前，業(yè)界通常采用一維模型，在進(jìn)行多晶硅柵極尺寸測量時，隨機(jī)抽取數(shù)枚(例如2-3枚)晶片進(jìn)行測量，并在該數(shù)枚晶片的量測平均值基礎(chǔ)上，求得晶片所在組(例如6枚或者25枚等)的量測平均值，即為這個晶片分組的平均柵極尺寸(CD)。然后通過數(shù)據(jù)庫分析，確認(rèn)所在的補償范圍區(qū)間和后續(xù)離子注入制程的劑量系數(shù)，并對后續(xù)多道輕摻雜漏極(LDD)制程的工藝菜單劑量乘以此系數(shù)，得到最終補償?shù)男碌碾x子注入工藝菜單。

然而，上述方法僅采用單一的一維參數(shù)模型制定后續(xù)多道輕摻雜漏極制程的劑量系數(shù)，其未考慮到后續(xù)其他制程對輕摻雜漏極層次的影響。并且，通常采用以組為單位的分組方式進(jìn)行劑量補償，無法對單枚晶片的情況進(jìn)行確認(rèn)，因而具有較大的風(fēng)險性。此外，采用上述方法還需要準(zhǔn)備大量現(xiàn)存的已知工藝菜單，否則無法進(jìn)行后續(xù)離子注入，其工作量巨大，且生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種離子注入工藝的精確控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種離子注入工藝的精確控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟01：提供一半導(dǎo)體晶片，選取所述半導(dǎo)體晶片上后續(xù)離子注入?yún)^(qū)域中至少兩個不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量；

步驟02：建立后續(xù)離子注入的劑量與所述不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)庫對所述不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行分析，得到后續(xù)離子注入的劑量；

步驟03：將上步驟得到的后續(xù)離子注入的劑量輸入離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)；

步驟04：通過離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)控制后續(xù)離子注入時在所述半導(dǎo)體晶片上的掃描速度，以自動調(diào)節(jié)后續(xù)離子注入的劑量。

優(yōu)選地，步驟01中，在所述半導(dǎo)體晶片的正常作業(yè)過程中，于相應(yīng)的站點測量不同特征的關(guān)鍵尺寸。

優(yōu)選地，所述不同特征的關(guān)鍵尺寸包括柵極尺寸、側(cè)墻膜厚和/或掩蔽膜厚。

優(yōu)選地，步驟02中，所述后續(xù)離子注入的劑量與所述不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系滿足：

Dn＝aX+bY+cZ…

式中Dn為后續(xù)離子注入的劑量，n為正整數(shù)，表示不同層次離子注入的序列，a、b、c為系數(shù)，X、Y、Z表示不同特征的關(guān)鍵尺寸。

優(yōu)選地，針對不同的產(chǎn)品和流程，所述系數(shù)a、b、c的取值范圍不同。

優(yōu)選地，所述系數(shù)a、b、c的取值方法為：根據(jù)不同產(chǎn)品的最終測試數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)性和敏感度分析，得出對應(yīng)產(chǎn)品和對應(yīng)離子注入層次的相關(guān)a、b、c值。

優(yōu)選地，所述最終測試數(shù)據(jù)包括電性參數(shù)和良率。

優(yōu)選地，所述柵極尺寸為必選的關(guān)鍵尺寸。

優(yōu)選地，步驟04中，所述掃描速度與后續(xù)離子注入的劑量之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系滿足：

掃描速度＝束流大小×掃描經(jīng)過次數(shù)/后續(xù)離子注入的劑量/晶片寬度

其中，束流大小和掃描經(jīng)過次數(shù)由基準(zhǔn)工藝菜單決定，晶片寬度為所述半導(dǎo)體晶片的尺寸。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過半導(dǎo)體晶片建立二維或二維以上模型，確定半導(dǎo)體晶片的關(guān)鍵尺寸偏差與后續(xù)離子注入劑量之間的綜合函數(shù)，并在后續(xù)離子注入過程中由離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)通過控制掃描速度，自動調(diào)節(jié)注入劑量，從而可精確控制單枚晶片的注入劑量補償；本發(fā)明為相關(guān)產(chǎn)品的漏電率問題提供了解決方案，并穩(wěn)定和提高了先進(jìn)制程的良率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實施例的一種離子注入工藝的精確控制方法邏輯示意圖；

圖2是一種離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是離子注入工藝的一種掃描方法示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發(fā)明的實施方式時，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對本發(fā)明的限定來加以理解。

本發(fā)明的一種離子注入工藝的精確控制方法，可通過以下步驟來實現(xiàn)：

步驟01：提供一半導(dǎo)體晶片，選取所述半導(dǎo)體晶片上后續(xù)離子注入?yún)^(qū)域中至少兩個不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量；

步驟02：建立后續(xù)離子注入的劑量與所述不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)庫對所述不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行分析，得到后續(xù)離子注入的劑量；

步驟03：將上步驟得到的后續(xù)離子注入的劑量輸入離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)；

步驟04：通過離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)控制后續(xù)離子注入時在所述半導(dǎo)體晶片上的掃描速度，以自動調(diào)節(jié)后續(xù)離子注入的劑量。

在以下本發(fā)明的具體實施方式中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一較佳實施例的一種離子注入工藝的精確控制方法邏輯示意圖。如圖1所示，以在半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行多道輕摻雜漏極(LDD)離子注入作業(yè)為例，本發(fā)明的一種離子注入工藝的精確控制方法，可包括以下邏輯流程：

框S01：晶片作業(yè)。

在半導(dǎo)體晶圓上進(jìn)行正常作業(yè)，形成半導(dǎo)體晶片。

框S02：特征區(qū)域關(guān)鍵尺寸測量。

在所述半導(dǎo)體晶片的正常作業(yè)過程中，選取每枚半導(dǎo)體晶片上后續(xù)多道輕摻雜漏極(LDD)離子注入?yún)^(qū)域中至少兩個不同特征的關(guān)鍵尺寸，并于相應(yīng)的站點對選取的不同特征區(qū)域中不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明是對每枚晶片都進(jìn)行測量，只有這樣才能精確控制單枚晶片的注入劑量補償。這些不同特征的關(guān)鍵尺寸例如包括多晶硅柵極尺寸(Poly CD)、側(cè)墻膜厚(SPA-1OCD THK)；根據(jù)不同的工藝流程，注入工藝前的掩蔽膜厚(Screen THK)也可成為選取的特征的關(guān)鍵尺寸。也就是說，可在多晶硅柵極尺寸、側(cè)墻膜厚以及掩蔽膜厚等參數(shù)中，選取其中的兩個或以上進(jìn)行測量。

框S03：數(shù)據(jù)庫分析。

建立后續(xù)離子注入的劑量與所述不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系，將上述測量得到的所述不同特征的關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，可得到后續(xù)離子注入的劑量。所述數(shù)據(jù)庫用以存儲、分析后續(xù)注入所需要的劑量(Dose)。

其中，所述后續(xù)離子注入劑量與所述不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系滿足：

Dn＝aX+bY+cZ…

式中Dn為后續(xù)離子注入的劑量，單位統(tǒng)一為原子數(shù)每平方厘米(atoms/cm²)；n為正整數(shù)，表示不同層次離子注入的序列；a、b、c為系數(shù)，其通常的取值范圍可為-10E18～10E18；針對不同的工藝產(chǎn)品和流程，所述系數(shù)a、b、c的取值范圍可不同；X、Y、Z表示不同特征的關(guān)鍵尺寸，單位統(tǒng)一為埃

所述系數(shù)a、b、c的取值方法為：根據(jù)不同產(chǎn)品的最終測試數(shù)據(jù)，例如：電性參數(shù)WAT，良率CP等，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)性和敏感度分析，得出對應(yīng)產(chǎn)品和對應(yīng)離子注入層次的相關(guān)a、b、c值，即多少單位的某個參數(shù)能夠影響另一個多少單位的參數(shù)。也就是說，系數(shù)a、b、c分別是由相關(guān)性和敏感度分析所引入的一個相關(guān)因子。

上述后續(xù)離子注入劑量與各不同特征的關(guān)鍵尺寸之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系成立的原理是：在工藝流程中，前后工藝之間存在著相互影響；因此可以通過數(shù)據(jù)庫中儲存的理想或優(yōu)選的數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)層次的理想或優(yōu)選的相關(guān)數(shù)據(jù)；或者可根據(jù)目前的狀態(tài)，分析可通過如何調(diào)整工藝以得到最終理想或優(yōu)選的數(shù)據(jù)。

在選取每枚半導(dǎo)體晶片上后續(xù)離子注入?yún)^(qū)域中不同特征的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量時，所述柵極尺寸為必選的關(guān)鍵尺寸。并且，公式Dn＝aX+bY+cZ…中，在具有多影響參數(shù)(即多個特征的關(guān)鍵尺寸)的情況下，如果選2個特征的關(guān)鍵尺寸(即選取X和Y)，例如選柵極尺寸和側(cè)墻膜厚，這時公式后面的常數(shù)c即為0(參數(shù)Z、例如掩蔽膜厚為不選)。

框S04-框S06：離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)、Y方向掃描系統(tǒng)、完成多道LDD注入。

將上步驟得到的后續(xù)離子注入的劑量輸入離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。

請參閱圖2，圖2是一種離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，其顯示系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。如圖2所示，離子注入機(jī)中的離子注入劑量控制系統(tǒng)，由劑量控制器系統(tǒng)1，Y方向掃描系統(tǒng)2，傾斜角系統(tǒng)3，扭轉(zhuǎn)角系統(tǒng)4，以及監(jiān)測反饋校正系統(tǒng)5組成。其中，傾斜角系統(tǒng)3和扭轉(zhuǎn)角系統(tǒng)4執(zhí)行相關(guān)已知工藝菜單的設(shè)定；監(jiān)測反饋校正系統(tǒng)5進(jìn)行帶狀束流6的相關(guān)束流圖形、束流大小、束流平行度等參數(shù)的監(jiān)測、反饋和校正；劑量控制器系統(tǒng)1發(fā)出速度命令至Y方向掃描系統(tǒng)2，Y方向掃描系統(tǒng)2同步反饋和進(jìn)行Y方向掃描作業(yè)，完成后續(xù)多道輕摻雜漏極(LDD)離子注入作業(yè)。有關(guān)離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)的相關(guān)知識可進(jìn)一步參考現(xiàn)有技術(shù)加以理解。

請參閱圖3，圖3是離子注入工藝的一種掃描方法示意圖，其顯示在半導(dǎo)體晶片7上的掃描狀態(tài)。如圖3所示，通過Y方向掃描系統(tǒng)對帶狀束流6(ribbon beam)在半導(dǎo)體晶片7上沿圖示垂直的Y方向的掃描速度控制，可以自動調(diào)節(jié)后續(xù)離子注入的劑量。

通過離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)并使用帶狀束流技術(shù)，可以得出掃描速度與后續(xù)離子注入的劑量Dn之間的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系，其滿足：

掃描速度＝束流大小×掃描經(jīng)過次數(shù)/后續(xù)離子注入的劑量/晶片寬度

式中束流大小的單位統(tǒng)一為安培(A)，掃描經(jīng)過次數(shù)為正整數(shù)，后續(xù)離子注入的劑量的單位統(tǒng)一為原子數(shù)每平方厘米(atoms/cm²)，晶片寬度的單位統(tǒng)一為厘米(cm)，掃描速度的單位統(tǒng)一為厘米每秒(cm/s)。

其中，束流大小和掃描經(jīng)過次數(shù)由基準(zhǔn)工藝菜單決定，晶片寬度為所述半導(dǎo)體晶片的尺寸，即晶圓的直徑(如圖3中半導(dǎo)體晶片7的尺寸H所示)，例如可以是15cm，20cm，或30cm等。此處以圓形晶圓舉例，方形或其他形狀的晶圓同理可知。

上述公式中只有掃描速度和后續(xù)離子注入的劑量Dn兩個變量，即體現(xiàn)了本發(fā)明的核心：通過建立半導(dǎo)體晶片的關(guān)鍵尺寸偏差與后續(xù)離子注入劑量之間的綜合函數(shù)，由離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)通過控制在半導(dǎo)體晶片上一維掃描方向(即Y方向)的掃描速度，自動調(diào)節(jié)注入劑量，從而精確控制單枚晶片的注入劑量補償。

通過離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)束流圖形、束流大小、束流平行度等參數(shù)的監(jiān)測和反饋/校正；通過劑量控制器系統(tǒng)發(fā)出速度命令至Y方向掃描系統(tǒng)，實時調(diào)整和監(jiān)測針對晶片Y方向的掃描速度，并完成后續(xù)多道LDD離子注入作業(yè)。由離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)注入劑量，從而可精確控制單枚晶片的注入劑量補償。例如：當(dāng)前層的特征區(qū)域的關(guān)鍵尺寸偏大、但處于合格區(qū)間，通過數(shù)據(jù)庫計算可得出后續(xù)的需要補償?shù)淖⑷雱┝?此時需要加大部分劑量)；此時，離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)則控制對Y方向進(jìn)行減速掃描，以達(dá)到目的；反之亦然。

實施例一

對于某一特定的產(chǎn)品，選取多晶硅柵極尺寸為關(guān)鍵尺寸X，并選取側(cè)墻膜厚為關(guān)鍵尺寸Y；實測X為Y為由相關(guān)性和敏感度的分析得出此時多晶硅柵極尺寸X的系數(shù)a為1.18E11，側(cè)墻膜厚Y的系數(shù)b為6.84E12；由公式Dn＝aX+bY，得出此時后續(xù)LDD注入的劑量D1為9.56E14atoms/cm²。如離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)中原設(shè)定的工藝注入劑量為1E15atoms/cm²，則在其他條件不變的情況下，需要相應(yīng)減少注入劑量(計算過程略)；此時，可通過Y方向掃描系統(tǒng)對應(yīng)地提高掃描速度，例如將掃描速度由10cm/s提高至10.8cm/s。

實施例二

對于某一特定的產(chǎn)品，選取多晶硅柵極尺寸為關(guān)鍵尺寸X，并選取掩蔽膜厚為關(guān)鍵尺寸Y；實測X為Y為由相關(guān)性和敏感度的分析得出此時多晶硅柵極尺寸X的系數(shù)a為1.03E11，掩蔽膜厚Y的系數(shù)b為3.11E12；由公式Dn＝aX+bY，得出此時后續(xù)LDD注入的劑量D2為4.68E14atoms/cm²。如離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)中原設(shè)定的工藝注入劑量為4E14atoms/cm²，則在其他條件不變的情況下，需要相應(yīng)增加注入劑量(計算過程略)；此時，可通過Y方向掃描系統(tǒng)對應(yīng)地減小掃描速度，例如將掃描速度由10cm/s減小至8.7cm/s。

綜上所述，本發(fā)明通過半導(dǎo)體晶片建立二維或二維以上模型，確定半導(dǎo)體晶片的關(guān)鍵尺寸偏差與后續(xù)離子注入劑量之間的綜合函數(shù)，并在后續(xù)離子注入過程中由離子注入機(jī)劑量控制系統(tǒng)通過控制掃描速度，自動調(diào)節(jié)注入劑量，從而可精確控制單枚晶片的注入劑量補償；本發(fā)明可為相關(guān)產(chǎn)品的漏電率問題提供解決方案，并可穩(wěn)定和提高先進(jìn)制程的良率。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。