半導(dǎo)體離子注入工藝評(píng)估

下圖所示的四點(diǎn)探針是最常用于測(cè)量薄片電阻的工具。通過(guò)在兩個(gè)探針之間施加定量的電流并測(cè)量另外兩個(gè)探針之間的電壓差，薄片電阻便能被計(jì)算出來(lái)。四點(diǎn)探針測(cè)量通常在熱退火過(guò)程后進(jìn)行，因?yàn)闊嵬嘶鹉苄迯?fù)損壞的晶體結(jié)構(gòu)并激活摻雜物。由于四點(diǎn)探針直接與晶圓表面接觸，所以這種測(cè)量方法主要用在測(cè)試晶圓上進(jìn)行工藝過(guò)程的發(fā)展、驗(yàn)證以及控制。在測(cè)量過(guò)程中，必須使用足夠的力使探針與硅表面接觸，這樣探針才能穿透10?20A的原生氧化層與硅襯底真實(shí)接觸。下圖說(shuō)明了一個(gè)離子注入退火后的晶圓利用四點(diǎn)探針?lè)y(cè)量的例子。

熱波法

另一個(gè)常使用的工藝監(jiān)測(cè)過(guò)程是熱波探針系統(tǒng)。熱波系統(tǒng)中，氯激光在晶圓表面上產(chǎn)生熱脈沖，而He-Ne探針激光將在同一點(diǎn)測(cè)量由加熱激光造成的直流反射系數(shù)（E）和反射系數(shù)的調(diào)制量。二者的比例稱為熱波（ThermalWave,TW）。熱波信號(hào)與晶體的損傷有關(guān)，因?yàn)榫w損傷是離子注入劑量的函數(shù)。下圖所示為熱波法系統(tǒng)示意圖。

熱波測(cè)量是在離子注入后的熱退火前進(jìn)行。這是優(yōu)于四點(diǎn)探針技術(shù)的方面，因?yàn)樗狞c(diǎn)探針在測(cè)量之前需要先進(jìn)行退火。熱波探針的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是非破壞性測(cè)量，所以可以應(yīng)用在產(chǎn)品晶圓上，而四點(diǎn)探針只能用在測(cè)試晶圓上。熱波量測(cè)的缺點(diǎn)之一是在低劑量時(shí)靈敏度較低，例如當(dāng)神與磷注入的劑量為10的12次方離子/cm2時(shí)，10%的劑量變化只能引起熱波信號(hào)2%的改變。另一個(gè)缺點(diǎn)為熱波信號(hào)對(duì)時(shí)間的漂移，這由室溫退火或周圍環(huán)境退火引起，所以熱波測(cè)量需要在離子注入后盡快進(jìn)行。由激光束在測(cè)量期間引起的晶圓加熱也會(huì)加速損傷松弛，這個(gè)松弛效應(yīng)也會(huì)改變襯底的反射系數(shù)。測(cè)量過(guò)程將干擾被測(cè)數(shù)值，因此熱波測(cè)量缺乏較高的測(cè)量準(zhǔn)確性。許多因素將影響熱波測(cè)量,例如離子束電流、離子束能量、晶圓圖形及屏蔽氧化層的厚度。熱波主要的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)量產(chǎn)品晶圓，其他的測(cè)量則無(wú)法做到。熱波測(cè)量提供給工藝工程師一個(gè)有用的工具，通過(guò)離子注入后立刻測(cè)量產(chǎn)品晶圓進(jìn)行工藝控制，從而可以避免其他工藝監(jiān)測(cè)所需的長(zhǎng)時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅