專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉離子注入劑量檢測(cè)控制裝置，特別是涉及一種等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，主流的雜質(zhì)摻雜技術(shù)都采用束線(xiàn)離子注入技術(shù)(Ion Implantation, II)，這種方法是由離子源產(chǎn)生等離子體，再通過(guò)質(zhì)譜分析將所需的離子組分提取出來(lái)，對(duì)離子加速到一定能量并注入到半導(dǎo)體基片中(如硅片)。這種方法需要復(fù)雜的質(zhì)譜分析和掃描裝置，注入效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本極高。隨著集成電路特征尺寸的進(jìn)一步縮小，離子注入能量需要進(jìn)一步降低到一千電子伏特以下(亞KeV)，然而離子束能量降低后會(huì)出現(xiàn)束流分散、均勻性變差、效率進(jìn)一步降低等一系列負(fù)面效應(yīng)。因而近年提出了新型的等離子體浸沒(méi)注入技術(shù)(Plasma Immersion Ion Implantation, PHI)來(lái)避免以上問(wèn)題。等離子體浸沒(méi)注入中將半導(dǎo)體基片放置在作為陰極的電極上，并在該電極上加負(fù)偏壓。向注入系統(tǒng)工作腔室內(nèi)引入需要的氣體，并對(duì)系統(tǒng)加功率源，通過(guò)感性耦合、容性耦合等放電方法使被引入腔室的氣體起輝，形成等離子體。由于在陰極上加有負(fù)偏壓，這樣在基片附近就會(huì)有負(fù)偏壓鞘層存在。在此鞘層的高電壓加速下，鞘層中的正離子會(huì)穿過(guò)鞘層并注入到基片中。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1.無(wú)需從離子源中抽取離子、對(duì)離子進(jìn)行質(zhì)譜分析和線(xiàn)性加速，使得注入設(shè)備的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，節(jié)省大量成本；2.該技術(shù)采用鞘層加速機(jī)理，注入過(guò)程為整片注入，與基片尺寸無(wú)關(guān)，所以該技術(shù)
產(chǎn)率極高。因此，等離子體浸沒(méi)注入是一種非常有希望取代束線(xiàn)離子注入的下一代注入技術(shù)。但PIII也面臨諸多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，注入離子劑量檢測(cè)與控制便是其中之一。PIII中用于劑量檢測(cè)的方法主要有偏壓電流法與法拉弟杯檢測(cè)方法。偏壓電流法通過(guò)測(cè)量流過(guò)基片的電流測(cè)量注入離子劑量。當(dāng)?shù)入x子體注入時(shí)，流過(guò)基片電流I = Iion+Ie+Ise+Idis+Isi,⑴其中Iitm為注入離子電流，Ie為等離子體中電子流向基片的電流，Ise為基片表面發(fā)射二次電子形成的電流，Idis為位移電流，Isi為基片發(fā)射二次離子形成的電流。若注入基片的離子劑量的面密度
_0]I1lOndt ,(2)
ne 其中η為注入離子帶的單位電荷量，T為注入時(shí)間。組成基片電流的五部分中， Idis、Isi、Ie相對(duì)于其他部分較小可忽略(有時(shí)位移電流不可忽略，這樣偏壓電流法測(cè)量注入離子劑量更加困難)，但二次電子電流Ise卻比Iim要大一到兩倍甚至更多，且Ise與基片材料，偏壓大小等等因素相關(guān)而無(wú)法精確確定。同時(shí)組成Iitm的離子并不僅僅只帶有一種電荷量還有多次電離的離子即式⑵中的η并不唯一，所以偏壓電流法測(cè)得的離子劑量Iii并不是PIII注入到基片中的真實(shí)離子劑量，從而不可以根據(jù)Hi控制控制PIII工藝流程。法拉弟杯的檢測(cè)原理與偏壓電流法本質(zhì)相同都是通過(guò) 測(cè)量離子電流來(lái)測(cè)量注入離子劑量，所不同的是偏壓電流法通常將整個(gè)載物臺(tái)作為電流測(cè)量探頭，而法拉弟杯有一個(gè)獨(dú)立的腔室，注入離子進(jìn)入這個(gè)腔室之后才被測(cè)量。由于法拉第杯測(cè)量法有一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量腔室就可以通過(guò)各種方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)消除偏壓電流法中存在的位移電流、二次電流。但法拉弟杯檢測(cè)方法仍然無(wú)法解決多種帶電離子問(wèn)題，所以該方法雖然比偏壓電流法有所提高，但將其直接用于PIII中注入離子劑量檢測(cè)和控制仍然不可行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中離子注入劑量檢測(cè)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置。所述技術(shù)方案如下本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，包括診斷單元，用于診斷等離子體特性參數(shù)；分析單元，用于獲得等離子體中粒子組分和各組分粒子含量；與所述診斷單元和分析單元相連接的計(jì)算單元，用于根據(jù)所述等離子體特性參數(shù)以及所述等離子體中粒子組分和所述各組分粒子含量，計(jì)算得出注入工藝參數(shù)；與所述計(jì)算單元相連接的控制單元，用于根據(jù)所述計(jì)算單元的輸出信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述診斷單元診斷的等離子體特性參數(shù)包括等離子體離子密度、電子密度、等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述注入工藝參數(shù)為確定目標(biāo)注入劑量下的注入工藝時(shí)間和確定注入工藝時(shí)間內(nèi)的注入離子劑量。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述計(jì)算單元包括注入時(shí)間計(jì)算模塊以及注入劑量計(jì)算模塊，所述注入時(shí)間計(jì)算模塊根據(jù)利用準(zhǔn)靜態(tài) Child-Langmuir鞘層理論計(jì)算出注入確定劑量的等離子體所需的時(shí)間；所述注入劑量計(jì)算模塊根據(jù)利用準(zhǔn)靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計(jì)算出在確定是時(shí)間內(nèi)注入的等離子體劑量。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述控制單元根據(jù)所述計(jì)算單元的輸出的注入劑量工信號(hào)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝，具體為控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的供氣單元、功率單元、偏壓?jiǎn)卧驼婵諉卧?。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述控制單元根據(jù)所述計(jì)算單元的輸出的注入時(shí)間信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝，具體為控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述診斷單元由朗繆爾(Langmuir)靜電探針、波診斷儀、微波干涉儀中的一種或幾種構(gòu)成。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，所述分析單元采用質(zhì)譜儀構(gòu)成。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置可以克服現(xiàn)有的離子注入劑量檢測(cè)中存在多種帶電離子檢測(cè)的問(wèn)題；同時(shí)本發(fā)明的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置可以用于準(zhǔn)確控制離子注入的工藝流程。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置的等離子體浸沒(méi)注入系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置主要包括4個(gè)部分， 分別為診斷單元、分析單元、計(jì)算單元以及控制單元。診斷單元可以采用繆爾(Langmuir)靜電探針、波診斷儀、微波干涉儀中的一種或幾種構(gòu)成，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的不同需要來(lái)確定選擇的儀器。診斷單元用于診斷等離子體特性參數(shù)，包括等離子體離子密度、電子密度、等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度等參數(shù)。分析單元通常采用質(zhì)譜儀構(gòu)成，用于檢測(cè)獲得等離子體中粒子組分和各組分粒子含量。計(jì)算單元與分析單元和診斷單元分別相連接。計(jì)算單元采可用單片機(jī)、DSP、ARM或通用CPU構(gòu)成，用于根據(jù)由診斷單元輸出的等離子體特性參數(shù)以及由分析單元輸出的等離子體中粒子組分和各組分粒子含量，結(jié)合準(zhǔn)靜態(tài)蔡爾德-朗繆爾鞘層注入模型理論，計(jì)算得出注入工藝參數(shù)。計(jì)算單元包括注入時(shí)間計(jì)算模塊以及注入劑量計(jì)算模塊。注入時(shí)間計(jì)算模塊根據(jù)診斷單元用于診斷等離子體特性參數(shù)，包括等離子體離子密度、電子密度、等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度等參數(shù)，以及等離子體中粒子組分和各組分粒子含量，利用準(zhǔn)靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計(jì)算出注入確定劑量的等離子體所需的時(shí)間；而注入劑量計(jì)算模塊根據(jù)診斷單元用于診斷等離子體特性參數(shù)，包括等離子體離子密度、電子密度、 等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度等參數(shù)，以及等離子體中粒子組分和各組分粒子含量， 利用準(zhǔn)靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計(jì)算出在確定是時(shí)間內(nèi)注入的等離子體劑量。注入工藝參數(shù)為外部輸入的目標(biāo)注入劑量下的注入工藝時(shí)間或外部輸入的注入工藝時(shí)間內(nèi)的注入離子劑量。與所述計(jì)算單元相連接的是控制單元，用于根據(jù)計(jì)算單元的輸出信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝，包括調(diào)整等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的供氣單元、 功率單元、偏壓?jiǎn)卧驼婵諉卧幸粋€(gè)單元或幾個(gè)單元工作參數(shù)，使其達(dá)到理想的工藝狀態(tài)?？刂茊卧刹捎脝纹瑱C(jī)、DSP、ARM或通用CPU構(gòu)成。此外，控制單元還可以根據(jù)計(jì)算單元的輸出信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)注入工藝過(guò)程的開(kāi)始于結(jié)束。根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論對(duì)于對(duì)一種離子而言有板形鞘層的厚度S0 = (2 ε 0V0/en0)1/2,(3)其中^為中空介電常數(shù)，Vtl為脈沖偏壓值
板形鞘層內(nèi)的離子全部注入所需的時(shí)間T0 ^ 2. 7X2 π /ωρ ,(4)其中copi = (e2npi/ ε 0Mpi)1/2為等離子體振蕩頻率加上脈沖偏壓后，板形鞘層擴(kuò)展，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間演變成穩(wěn)定的Child鞘層。此時(shí)鞘層的厚度
權(quán)利要求
1.一種等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述裝置包括診斷單元，用于診斷等離子體特性參數(shù)；分析單元，用于獲得等離子體中粒子組分和各組分粒子含量；與所述診斷單元和分析單元相連接的計(jì)算單元，用于根據(jù)所述等離子體特性參數(shù)以及所述等離子體中粒子組分和所述各組分粒子含量，計(jì)算得出注入工藝參數(shù)；與所述計(jì)算單元相連接的控制單元，用于根據(jù)所述計(jì)算單元的輸出信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述診斷單元診斷的等離子體特性參數(shù)包括等離子體離子密度、電子密度、等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述注入工藝參數(shù)為確定目標(biāo)注入劑量下的注入工藝時(shí)間和確定注入工藝時(shí)間內(nèi)的注入離子劑量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元包括注入時(shí)間計(jì)算模塊以及注入劑量計(jì)算模塊，所述注入時(shí)間計(jì)算模塊根據(jù)利用準(zhǔn)靜態(tài)蔡爾德_朗繆爾鞘層理論計(jì)算出注入確定劑量的等離子體所需的時(shí)間； 所述注入劑量計(jì)算模塊根據(jù)利用準(zhǔn)靜態(tài)蔡爾德_朗繆爾鞘層理論計(jì)算出在確定是時(shí)間內(nèi)注入的等離子體劑量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述控制單元根據(jù)所述計(jì)算單元的輸出的注入劑量控制信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述控制單元根據(jù)所述計(jì)算單元輸出的注入時(shí)間信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述診斷單元由蔡爾德_朗繆爾靜電探針、波診斷儀、微波干涉儀中的一種或幾種構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，其特征在于，所述分析單元采用質(zhì)譜儀構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括用于診斷等離子體離子密度、電子密度、等離子體電勢(shì)與等離子體電子溫度等特性參數(shù)的診斷單元；用于獲得等離子體中粒子組分和各組分粒子含量的分析單元；用于根據(jù)等離子體特性參數(shù)以及等離子體中粒子組分和所述各組分粒子含量，計(jì)算得出注入工藝參數(shù)的計(jì)算單元；以及用于根據(jù)計(jì)算單元的輸出信號(hào)以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入工藝的控制單元。本發(fā)明的等離子體浸沒(méi)注入機(jī)的注入離子劑量檢測(cè)控制裝置可以克服現(xiàn)有的離子注入劑量檢測(cè)中存在多種帶電離子檢測(cè)的問(wèn)題；同時(shí)還可以用于準(zhǔn)確控制離子注入的工藝流程。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102376520SQ201010255068
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者劉杰, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 汪明剛, 趙麗莉, 陳瑤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所