離子注入機(jī)失效檢測新方法

隨著器件線寬和層厚的縮小，離子注入計(jì)量設(shè)備對硅片上雜質(zhì)分布均勻性進(jìn)行直接監(jiān)測的能力已經(jīng)開始受到限制。同時(shí)，特征尺寸的縮小和參數(shù)性能的要求，使關(guān)鍵注入?yún)?shù)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，就使得通過測量平均偏差與標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD，或分布展寬）來量化硅片上注入摻雜均勻性的傳統(tǒng)方法，缺乏所需的統(tǒng)計(jì)信息來監(jiān)測離子注入工藝。

National Semiconductor公司的Kendra Gurcan與來自QC Solutions的合作者們一起，通過研究中等電流離子注入機(jī)掃描臂系統(tǒng)的失效機(jī)理1，解決了這個(gè)問題。這個(gè)中等電流離子注入機(jī)已經(jīng)通過常規(guī)的工具認(rèn)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(tǒng)上進(jìn)行測量。使用現(xiàn)有認(rèn)證的離子注入條件，可以通過在不同的機(jī)械掃描速度下進(jìn)行測試——中等vs.快速掃描——來使掃描臂系統(tǒng)的問題變得更嚴(yán)重，進(jìn)而在離子注入后的測量中凸顯出來。該小組采用基于表面光伏響應(yīng)（SPV）的高分辨率制圖（mapping）技術(shù)，從而可以辨別出傳統(tǒng)的平均統(tǒng)計(jì)與SD統(tǒng)計(jì)方法所無法分辨的2-D空間均勻性，并能夠觀測硅片圖上的 空間分布狀況。硅片圖能顯示出垂直于硅片機(jī)械掃描方向的條狀區(qū)域的分布。

下一步就是確定檢測該問題的定量方法。這需要開發(fā)出新的測試流程和測量圖案，通過測量穿過硅片中心的條狀區(qū)域來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(bào)告出現(xiàn)任何掃描系統(tǒng)失效的基礎(chǔ)，” Gurcan說。“線端電學(xué)測試和參數(shù)分類數(shù)據(jù)表明，器件失效的空間分布與一個(gè)存在問題的注入特征有關(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硅片制圖方法來實(shí)時(shí)監(jiān)測這些缺陷，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行微觀均勻性統(tǒng)計(jì)評估，以便分析沿著注入慢掃描軸（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，使得我們能夠在線端電學(xué)測試或分類參數(shù)制圖之前，對已知的注入失效模式進(jìn)行日常監(jiān)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(chǔ)之一，以便對設(shè)備的性能進(jìn)行監(jiān)測。

到目前為止，還沒有其它方法能夠探測這種失效模式。除QCS 離子注入機(jī)認(rèn)證以外，也可以使用一種標(biāo)準(zhǔn)的電阻率認(rèn)證，但是后者無法探測到掃描系統(tǒng)的失效。在獲得最終概念之前，它大約需要兩個(gè)月的時(shí)間來完成多種測試方案。第一步是確定對于從離子注入機(jī)掃描系統(tǒng)的失效來觀測非均勻性而言，哪種掃描速度最佳。第二步是確定一種定量的方式，當(dāng)出現(xiàn)這類問題時(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(jì)算值能夠在生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)出警報(bào)，表明離子注入機(jī)出現(xiàn)問題，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(jī)的掃描系統(tǒng)失效，解決以前測試遺留下來的問題。

參考文獻(xiàn)

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.