離子注入機失效檢測新方法

隨著(zhù)器件線(xiàn)寬和層厚的縮小，離子注入計量設備對硅片上雜質(zhì)分布均勻性進(jìn)行直接監測的能力已經(jīng)開(kāi)始受到限制。同時(shí)，特征尺寸的縮小和參數性能的要求，使關(guān)鍵注入參數的工藝窗口不斷變窄，而離子束電流和硅片尺寸卻在不斷增大。這樣一來(lái)，就使得通過(guò)測量平均偏差與標準偏差（SD，或分布展寬）來(lái)量化硅片上注入摻雜均勻性的傳統方法，缺乏所需的統計信息來(lái)監測離子注入工藝。

National Semiconductor公司的Kendra Gurcan與來(lái)自QC Solutions的合作者們一起，通過(guò)研究中等電流離子注入機掃描臂系統的失效機理1，解決了這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)中等電流離子注入機已經(jīng)通過(guò)常規的工具認證，可以在中等掃描速度下完成測試硅片的離子注入，然后在該公司的ICT300系統上進(jìn)行測量。使用現有認證的離子注入條件，可以通過(guò)在不同的機械掃描速度下進(jìn)行測試——中等vs.快速掃描——來(lái)使掃描臂系統的問(wèn)題變得更嚴重，進(jìn)而在離子注入后的測量中凸顯出來(lái)。該小組采用基于表面光伏響應（SPV）的高分辨率制圖（mapping）技術(shù)，從而可以辨別出傳統的平均統計與SD統計方法所無(wú)法分辨的2-D空間均勻性，并能夠觀(guān)測硅片圖上的 空間分布狀況。硅片圖能顯示出垂直于硅片機械掃描方向的條狀區域的分布。

下一步就是確定檢測該問(wèn)題的定量方法。這需要開(kāi)發(fā)出新的測試流程和測量圖案，通過(guò)測量穿過(guò)硅片中心的條狀區域來(lái)獲得截面的非均勻性。“這些平均偏差與中心偏差狀況被用做報告出現任何掃描系統失效的基礎，” Gurcan說(shuō)。“線(xiàn)端電學(xué)測試和參數分類(lèi)數據表明，器件失效的空間分布與一個(gè)存在問(wèn)題的注入特征有關(guān)，借助于SPV就可以在硅片圖上分辨出這一點(diǎn)。”可以用高分辨率SPV硅片制圖方法來(lái)實(shí)時(shí)監測這些缺陷，并對數據進(jìn)行微觀(guān)均勻性統計評估，以便分析沿著(zhù)注入慢掃描軸（如圖所示）的被選擇空間圖案。這種分析，連同高分辨率的硅片制圖（>1750點(diǎn)/硅片）一起，使得我們能夠在線(xiàn)端電學(xué)測試或分類(lèi)參數制圖之前，對已知的注入失效模式進(jìn)行日常監測。這種測試流程不是在產(chǎn)品硅片上進(jìn)行的，而是在測試硅片上。它可成為制造人員的日常工作基礎之一，以便對設備的性能進(jìn)行監測。

到目前為止，還沒(méi)有其它方法能夠探測這種失效模式。除QCS 離子注入機認證以外，也可以使用一種標準的電阻率認證，但是后者無(wú)法探測到掃描系統的失效。在獲得最終概念之前，它大約需要兩個(gè)月的時(shí)間來(lái)完成多種測試方案。第一步是確定對于從離子注入機掃描系統的失效來(lái)觀(guān)測非均勻性而言，哪種掃描速度最佳。第二步是確定一種定量的方式，當出現這類(lèi)問(wèn)題時(shí)能夠提供一個(gè)信號，而不只是硅片上的一個(gè)空間圖案。定量的測量或計算值能夠在生產(chǎn)現場(chǎng)發(fā)出警報，表明離子注入機出現問(wèn)題，需要處理。

這種新型測量流程已經(jīng)被用于檢測中等電流離子注入機的掃描系統失效，解決以前測試遺留下來(lái)的問(wèn)題。

參考文獻

1. K. Gurcan, A. Bertuch and K. Steeples, Real-Time High Resolution Wafer Mapping for Advanced Ion Implant Process Control, Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics Intl. Conf., 2007.