摻雜工藝中的測量

下圖的四點探針法是最常使用的測量薄片電阻的工具，只要在其中兩個探針間加上一?定的電流，同時測量另外兩探針間的電壓差，便可以計算出薄片電阻。一般情況下，探針間的距離為Si =S2 = S3 = 1 mm,如果將電流I加在P1 和P4 之間（見下圖），則薄片電阻Rs =4.53 V/I, V為P2 和P3 之間的電壓。如果電流加在P1 和P3之間，則R=5.75V/I，而V為P2 和P4之間的電壓。這兩個等式是在薄膜面積無限大的假設下推導的，在晶圓上進行薄膜測量時這個假設不成立。先進的工具都進行四次測量，依序進行上述兩種測量組合，并改變每組的電流方向以減少邊緣效應便可獲得正確的測量結果。

由于四點探針和晶圓直接接觸將在晶圓表面造成缺陷，所以這種方法只能用于測量測試晶圓進行工藝改進、鑒定和控制。進行測量時必須有足夠的力使探針穿過厚度為10?20 A的薄原生氧化層，這樣才能接觸到硅襯底以形成良好接觸。

退火過程

退火是一種加熱過程，這個過程是將晶圓加熱產生所需的物理或化學變化，并在晶圓表面增加或移除少量的物質。

離子注入過程中，高能摻雜物離子將對靠近晶圓表面的硅晶體結構造成破壞。為了滿足元器件性能的要求，必須利用退火工藝將晶格的損傷修復，使其恢復單晶結構并激活摻雜物。?當摻雜物原子在單晶晶格位置時，才能有效提供電子或空穴作為傳導電流的主要載流子。高溫工藝中，原子利用熱能快速移動，并尋找停留在自由能最低的單晶晶格位置，這樣就修復了單晶的結構。下圖（a）說明了離子注入后造成的晶體損傷，下圖（b）表明退火后晶體復原和摻雜物激活的情況。

20世紀90年代之前，高溫爐廣泛用于進行注入后的退火處理。高溫爐退火是批量處理, 通常在充滿氮氣和氧氣環境下的850T?1000T的高溫范圍內進行30 min。使用少量的氧氣有助于防止暴露的硅晶圓表面形成氮化硅。高溫爐閑置狀態時仍維持在650Y?850Y的高溫，所以晶圓必須緩慢推進或拉出高溫爐以避免晶圓彎曲。由于緩慢進出的原因，晶舟承載架或塔架兩端的晶圓有不同的退火時間，從而可能造成晶圓對晶圓的不均勻。

高溫爐退火的另一個問題是熱積存效應和退火過程中的摻雜物擴散問題。高溫爐退火過程需要相當長時間，而且將引起過多摻雜物擴散，這是尺寸較小的晶體管所不能容許的。所以先進的IC生產多使用快速加熱退火（RTA）過程進行注入后退火處理。RTA系統能在大約10 s 的極短時間內將晶圓溫度由室溫提高到1100Y。RTP工藝能精確控制晶圓的溫度和晶圓內的溫度均勻性，當溫度大約為1100Y時，能在約10 s內恢復單晶結構且只引起少量的摻雜物擴散。RTA工藝也有較好的晶圓對晶圓溫度均勻性控制，因此只在某些非關鍵性的注入后退火過程中才繼續使用高溫爐IC工藝，如阱區注入退火和驅入過程。

編輯：黃飛

?