對于許多仍在使用旋轉(zhuǎn)輪的離子注入設(shè)備，大顆粒粒子可能掉落在晶圓表面，這如同一個高速導(dǎo)彈與建筑物的墻壁碰撞。在先進(jìn)集成電路芯片制造中，晶圓必須經(jīng)過15?20道離子注入過程，粒子導(dǎo)致成品率損失的效應(yīng)是累計性的，所以必須降低污染粒子在每一道離子注入過程中的增加量。

利用激光掃描整個晶圓表面，并使用光感測器收集、轉(zhuǎn)換以及放大由粒子引起的散射信號，就可以檢測到晶圓表面的粒子。一般情況下，最小尺寸粒子的數(shù)量和位置將在離子注入前及注入后被測量出來。粒子總數(shù)的差稱為新增粒子。新增粒子的位置也將被記錄，所以它提供一個有效的工具以判斷粒子的來源。

粒子能經(jīng)由磨損的移動零件機(jī)械地引入到半導(dǎo)體制造中，移動零件有氣閥和密封、夾鉗與裝載機(jī)器手臂。粒子也會通過工藝過程引入，例如砷、磷和銻的蒸氣將沿著射線再凝結(jié)，而且殘渣在真空泵抽真空過程中也會落到晶圓表面。高能離子濺射也是主要的粒子來源，從射線和阻擋器所濺射的鋁和碳也可能是新增粒子的來源。當(dāng)晶圓破碎時，硅晶圓本身就可能引入粒子。光刻膠薄膜為易碎性物質(zhì)，光刻技術(shù)中，不適當(dāng)?shù)倪吘壡蛐挝锶コǎ‥BR）會將光刻膠殘留在晶圓邊緣。在晶圓的移除和處理過程中，機(jī)器人手臂和晶圓夾具的夾鉗將破壞邊緣的光刻膠，使其剝落而產(chǎn)生污染粒子。

離子注入機(jī)的改進(jìn)和維護(hù)都有助于離子注入過程中降低新增粒子。利用統(tǒng)計的方法可以識別大部分的污染源并改善工藝控制。

元素污染

元素污染由摻雜物與其他元素的共同離子注入造成。帶電荷的鉬離子94MO++與氟化硼離子11BF2+有相同的荷質(zhì)比(AMU/e=49),無法通過質(zhì)譜儀將二者分開，所以94MO++可以隨著11BF2+的離子注入到硅晶圓造成重金屬污染，因此離子源不能使用含鑰的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼，通常使用如石墨和鉭等材料。

如果有極小的氣孔裂縫，氮氣可以進(jìn)入離子源反應(yīng)室內(nèi)，"凡+離子與用在預(yù)先非晶態(tài)注入的硅離子”Si+有相同的荷質(zhì)比。同樣，離子源反應(yīng)室墻壁的釋氣過程也可能釋放出一氧化碳。當(dāng)一氧化碳離子化時，也有相同的荷質(zhì)比:AMU/e=28。

某些離子具有非常接近的荷質(zhì)比，質(zhì)譜儀的解析度不能將其分開。例如，75As+離子在錯非晶態(tài)注入中將污染74Ge+或76Ge+離子，30BF+離子也將污染31P+離子的注入過程。

其他的元素污染由射線管與晶圓夾具材料的濺射引起。例如，鋁和碳將導(dǎo)致這些離子注入進(jìn)入晶圓中。鋁和碳在硅襯底中會引起元器件的性能惡化。

離子注入工藝評估

摻雜物的種類、結(jié)深與摻雜物濃度是離子注入工藝的最重要因素。摻雜物種類可以通過離子注入機(jī)的質(zhì)譜儀決定，摻雜物濃度由離子束電流與注入時間的乘積決定。四點探針是離子注入監(jiān)測中最常使用的測量工具，可以測量硅表面的薄片電阻。離子注入過程中，薄片電阻Rs由Rs=p/t定義。電阻系數(shù)p主要由摻雜物濃度決定，厚度方主要由摻雜結(jié)深決定，結(jié)深由摻雜物離子的能量決定。薄片電阻的測量可以提供有關(guān)摻雜物濃度的信息，因為結(jié)深可以由已知的離子能量、離子種類和襯底材料估計。

審核編輯：劉清