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2010 年第一期 计量技术 IC 生产线上离子注入剂量测试方法介绍 杨富宝 金红杰 陈荣 程宏亮 （杭州士兰集成电路有限公司， 杭州 310018 ） 摘要 在 IC 生产线上，对离子注入剂量的监控非常重要。目前，离子注入剂量的测试方法有很多种， 它们在测试原理、仪器价格、测试灵敏度、样品制备和操作方便性等方面存在较大差异。为了让 IC 工程师 清晰地、系统地认识各种测试方法，本文重点介绍了MOS C-V 法、扩展电阻探针（SRP ）法和热波（TW ） 法的测试原理和测试过程，并比较分析了各种测试方法的优缺点，从而给 IC 工程师选择合适的测试方法监 控离子注入剂量提供参考。 关键词 离子注入剂量；MOS C-V 法；扩展电阻探针；热波法 0 引言 随着IC 的电源电压逐渐降低，对MOSFET 和CMOS 等器件的阈值电压（VT ）的精确控制日益重要。 工艺上控制阈值电压的主要方法是对栅下沟道进行低剂量离子注入。阈值电压的值取决于注入剂量的大小， [1] 因此精确测试离子注入剂量对IC 工艺控制来讲就显得非常重要 。在IC 生产线上，离子注入剂量的测试方 法有MOS C-V 法、扩展电阻探针(SRP)法、热波 （TW ）法、四探针（FPP ）法和二次离子质谱仪 （SIMS） 法。上述测试方法在测试原理、仪器价格、测试灵敏度、样品制备和操作方便性等方面存在较大差异。IC 工 程师只有了解这些差异，才能根据所监控离子注入剂量的大小，所要求的测试灵敏度，选择合适的、性价比 高的测试仪器。目前，介绍上述内容的文献资料较少，因此本文详细介绍各种离子注入剂量测试方法的测试 原理，并比较分析它们在仪器价格、测试灵敏度、样品制备和操作方便性等方面存在的差异，从而为 IC 工 程师选择满足自己要求的测试方法提供参考。 1 MOS C-V 法的测试原理和方法 1996 年，Solid State Measurements.Inc 开发出脉冲MOS C-V 法（PROCAP Partial Implant Dose (PID) Measurement ），此法是一种直接的、定量的离子注入剂量测试方法，克服了传统MOS C-V 法的缺陷。传统 MOS C-V 法的数据分析采用耗尽近似算法，只考虑电离掺杂杂质对整体电荷量的贡献。在距Si-SiO2 界面3 个Debye 长度内，硅材料内部客观存在着的自由载流子和Si-SiO2 界面处的界面陷阱给数据分析带来误差。 因此，只有当距Si-SiO2 界面的深度大于3 个Debye 长度时，传统MOS C-V 法测出的载流子浓度曲线才是 [2] 正确的 ；反之，当深度小于3 个Debye 长度时，测出的载流子浓度曲线是不正确的。 -2 在低剂量范围内：1E10～1E13 cm ，脉冲MOS C-V 法测试灵敏度优于±2% 。此法采用脉冲电压测试 C-V 数据，可以避免少数载流子生成并减小界面陷阱的影响。其测试过程如下：首先，采集两条C-V 曲线： 2010 年第一期 计量技术 第一条CV 曲线是低分辨率曲线，主要用于计算氧化层电容和衬底掺杂浓度；第二条C-V 曲线是由上千个 数据点构成的高分辨率曲线，从平带电压扫描到深耗尽态。其次，采用 Savitzky-Golay[3-4]数值微分法处理 [1] C-V 数据，得到一条精确的、高信噪比的载流子浓度曲线，载流子浓度N(W) 的计算公式 为： 2 N (W ) 2 2 qK  A (d (1/ C ) / dV ) S 0 (1)