專利名稱：離子注入實時檢測和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子注入實時檢測和控制裝置，特別是涉及一種通過測量用于中和帶電離子的電子流來實時地控制離子注入的裝置。
背景技術(shù)：
離子注入是用來把改變導(dǎo)電率的雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。所需要的雜質(zhì)材料在離子源中被離子化，離子被加速成具有規(guī)定能量的離子束，而且離子束對準(zhǔn)晶片的表面。射束中的高能離子深入半導(dǎo)體材料的主體并且嵌入半導(dǎo)體材料的晶格形成導(dǎo)電率符合需要的區(qū)域。
而且用離子注入法在單晶或多晶硅中摻雜，是制造現(xiàn)代集成電路中使用的一種常規(guī)工藝過程。由于半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)逐漸趨向較大晶圓(從8英寸到12英寸，而現(xiàn)在已向18英寸發(fā)展)的工藝，單晶圓工藝(一次處理一片晶圓)最近已被廣泛地采用。晶圓工件越大，注入所需的時間就越長，因此要想達(dá)到一定的注入劑量均勻性和注入角度均勻性也變得越來越困難。并且對作為半導(dǎo)體離子摻雜工藝線的關(guān)鍵設(shè)備之一的離子注入機，也提出了很高的要求，要求離子注入機具有整機可靠性好、生產(chǎn)效率高、多種電荷態(tài)離子寬能量范圍注入、精確控制束注入能量精度、精確控制束純度、低塵粒污染、整機全自動控制、注片均勻性和重復(fù)性好等多種功能和特征。所以需要能夠精確控制晶片注入摻雜劑量控制器，它是離子注入摻雜核心技術(shù)之一?，F(xiàn)有技術(shù)的劑量檢測是對注入晶片或其他工件中的離子的測量。在控制注入離子的劑量時，為了動態(tài)調(diào)節(jié)注入，從而在注入的工件中達(dá)到均勻性，通常采用反饋控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)利用監(jiān)控電流來控制掃描速度。法拉第盤或法拉第杯周期性地測量束流，并調(diào)節(jié)掃描速度以確保連續(xù)摻雜。但是周期性測量不能實時的檢測注入劑量的變化，從而不能實時的對注入劑量進(jìn)行調(diào)整，所以不能確保注入晶片的均勻性。同時由于離子注入束斑大小的不一和變化，導(dǎo)致大束斑情況下，晶片邊緣常出現(xiàn)注入劑量過度現(xiàn)象，以及在小束斑情況下，易于做無謂的過度掃描，降低了應(yīng)有的產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的離子注入檢測中不能實時檢測，從而導(dǎo)致晶片中注入劑量不均勻的缺陷，提供一種離子注入檢測裝置，從而能夠?qū)崟r的檢測注入劑量的變化，并實時的自動地調(diào)整晶圓相對于離子束流掃描的速度和幅度，所以能夠使得晶片注入劑量更均勻，產(chǎn)能效率更高。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的本發(fā)明提供了一種離子注入實時檢測和控制裝置，其包括一束流傳輸系統(tǒng)、一電子槍和一工件，一電量測量模塊，用于測量所述電子槍發(fā)射并進(jìn)入所述工件的電量；以及一掃描控制模塊，用于根據(jù)所述電量測量模塊測量的電量，控制工件相對離子束流的移動和/或控制所述束流傳輸系統(tǒng)生成的離子束流，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。較佳地，所述電量測量模塊為一電流表。較佳地，所述電子槍為PEF。較佳地,所述工件為晶圓。較佳地，所述掃描控制模塊用于調(diào)節(jié)工件相對離子束流掃描的速度和幅度和/或所述束流傳輸系統(tǒng)生成的束流的束流角度分布和束流強度分布，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性，從而提聞廣能效率。本發(fā)明還提供了一種離子注入實時檢測和控制裝置，其包括一束流傳輸系統(tǒng)和一電子槍，其特點是所述離子注入實時檢測和控制裝置還包括一探針，具有一偏置電壓并用于接收所述電子槍產(chǎn)生的部分電子；一電量測量模塊，用于測量流入所述探針的電量；以及一掃描控制模塊，用于根據(jù)所述電量測量模塊測量的電量，控制工件相對離子束流的移 動和/或控制所述束流傳輸系統(tǒng)生成的離子束流，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。較佳地，所述電量測量模塊為一電流表。較佳地，所述電子槍為PEF。較佳地，所述探針臨近所述電子槍的電子發(fā)射口，從而減少對離子束流的影響。較佳地，所述用于調(diào)節(jié)工件相對離子束流掃描的速度和幅度和/或所述束流傳輸系統(tǒng)生成的束流的束流角度分布和束流強度分布，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性，從而提高產(chǎn)能效率。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的離子注入實時檢測和控制裝置通過檢測用于中和帶電離子的電子流量，從而能夠?qū)崟r的反饋離子束流中實際注入到晶圓上的離子劑量，從而通過控制晶圓相對于離子束流掃描的速度和幅度，使得晶片中各個區(qū)域，特別是晶圓邊緣的注入劑量保持均勻，進(jìn)一步地提聞了注入晶片的質(zhì)量。本發(fā)明的另一特征效果是其可按晶圓的所在掃描位置以及離子束流的束斑尺寸，實時調(diào)整掃描幅度消除過渡掃描，從而達(dá)到產(chǎn)能最優(yōu)化。此外由于只需要對原有的離子注入設(shè)備做少量的改動就可達(dá)到提高均勻性，產(chǎn)能最優(yōu)化的目的，所以節(jié)約了生產(chǎn)成本。


圖I為本發(fā)明的離子注入實時檢測和控制裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的第一實施例中電流與束流/晶片交疊比的測試信號示意圖。圖3為本發(fā)明的離子注入實時檢測和控制裝置的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的第二實施例中電流與束流/晶片交疊比的測試信號示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。第一實施例如圖I所示的離子注入實時檢測和控制裝置，其中包括一離子源系統(tǒng)I、一PEF2 (Plasma electron flood淹沒式等離子體電子槍)、一電流表3、一掃描控制模塊4、一工件掃描單兀5以及一束流傳輸系統(tǒng)7。
其中所述離子源系統(tǒng)I用于產(chǎn)生離子并通過所述束流傳輸系統(tǒng)7生成注入晶圓的離子束流，從而實現(xiàn)改變晶圓的導(dǎo)電率。由于所述離子源系統(tǒng)I和所述束流傳輸系統(tǒng)7為離子注入中的常規(guī)部件所以此處不再詳細(xì)論述。所述PEF2通過利用等離子體僅將低能量電子引進(jìn)晶圓或僅對晶圓提供低能量電子來中和正電荷，從而在對晶圓注入離子時，可以防止在晶圓上積聚的正電荷產(chǎn)生的靜電高壓。所述PEF2為半導(dǎo)體領(lǐng)域中廣泛使用的電荷中和機構(gòu)，此外還可以采用其他種類的能夠產(chǎn)生電子的現(xiàn)有電子槍來實現(xiàn)相同的中和電荷的功能。所述電流表3用于檢測所述PEF2發(fā)射出的電量，由于當(dāng)從離子束流注入晶圓的正電荷與PEF2產(chǎn)生的電子中和時，PEF2中由于電子流動到晶圓，所以會產(chǎn)生相應(yīng)的電流，所以所述電流表3產(chǎn)生的電流值對應(yīng)于所述PEF2產(chǎn)生并進(jìn)入所述晶圓的電量，從而所述電流值對應(yīng)于注入晶圓的離子束流，所以電流表3實現(xiàn)了實時地監(jiān)控離子注入的劑量。此外采用其他種類的測量電量的模塊或裝置都可以實現(xiàn)檢測所述PEF2發(fā)射 并進(jìn)入所述晶圓的電量，而不是僅限于本實施例中的電流表3。本實施例中所述工件掃描單元5中包含用于離子注入的晶圓并用于響應(yīng)對所述晶圓相對離子束流掃描的速度和幅度的調(diào)節(jié)，并產(chǎn)生相應(yīng)地調(diào)節(jié)動作。所述掃描控制模塊4用于根據(jù)所述電流表3測量的結(jié)果調(diào)節(jié)工件掃描單元5來控制對晶圓的掃描，即通過調(diào)節(jié)晶圓相對離子束流掃描的速度和幅度，來進(jìn)一步控制注入劑量以及注入的均勻性。所述掃描控制模塊4也可以控制離子源系統(tǒng)I和所述束流傳輸系統(tǒng)7共同生成的離子束流，即通過改變所述離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7生成的束流的束流角度分布和束流強度分布等參數(shù)來進(jìn)一步控制注入劑量以及注入的均勻性，消除不必要的過度掃描幅度。此外，還可以同時采用上述的兩種控制方式，即在調(diào)節(jié)晶圓相對離子束流掃描的速度和幅度的同時，調(diào)整所述離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7生成的束流的束流角度分布和束流強度分布等參數(shù)，來進(jìn)一步控制注入劑量以及注入的均勻性。由上所述，所述電流表3產(chǎn)生的電流值對應(yīng)于注入晶圓的離子束流量，所以所述掃描控制模塊4通過所述電流值可以實時地得到檢測和反映離子的實際注入劑量，從而可以通過改變工件掃描單元5的掃描參數(shù)或離子源系統(tǒng)I和所述束流傳輸系統(tǒng)7共同生成的離子束流來實現(xiàn)實時地控制晶圓中注入的離子的劑量，因而進(jìn)一步地保證了離子注入劑量以及注入的均勻性，保持必要的掃描幅度，以及消除不必要的過度掃描幅度等。本實施例的工作原理如下如圖2的電流與束流/晶片交疊比的測試信號示意圖所示，其中左邊的端點對應(yīng)于當(dāng)所述離子源系統(tǒng)I和所述束流傳輸系統(tǒng)7產(chǎn)生的離子束流未掃描到所述晶圓時，電流與束流/晶片交疊比的關(guān)系。在理想的情況下，此時由于晶圓中沒有注入離子，所以僅需要一小部分電子來中和離子束的空間電荷分布，此時晶圓未有帶較強的正電現(xiàn)象，所以所述PEF2不需要額外的電子去中和所述晶圓，因此電流表3檢測到是一電流低值。此后所述掃描控制模塊4根據(jù)電流表3的檢測結(jié)果控制所述工件掃描單元5和離子源系統(tǒng)I和所述束流傳輸系統(tǒng)7，例如改變工件掃描的速度和幅度等，從而實現(xiàn)對注入劑量和掃描范圍的控制。
然后當(dāng)所述晶圓掃描逐漸進(jìn)入離子束流時，即離子束流與晶圓的交疊比不斷增大，隨著晶圓中注入的正離子的增多，所需的所述PEF2發(fā)射并進(jìn)入晶圓的低能量的中和電子也隨之不斷增多，所以所述電流表3產(chǎn)生的電流值不斷增加，如圖2中電流與束流/晶片交疊比的示意圖所示。而且所述電流值能夠?qū)崟r地反應(yīng)實際注入晶圓的離子劑量。此時所述掃描控制模塊4根據(jù)電流表3的檢測結(jié)果控制工件掃描單元5和所述離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7，例如改變工件掃描的速度和幅度以及離子束流的束流角度分布和束流強度分布等，從而可以實時地調(diào)節(jié)注入劑量和注入均勻性，以及掃描范圍。此后，如圖2電流與束流/晶片交疊比的示意圖中的右端點所示，當(dāng)所述晶圓掃描完全覆蓋離子束流時，此時由于注入晶圓的正離子的量就是離子的電流量，不在有明顯變化直到晶圓掃描完全漸出離子束流為止，所以所述電流表3產(chǎn)生的電流值也無明顯變化，所以在圖2中表現(xiàn)為右端點。此外由于電流表3產(chǎn)生的電流值能夠?qū)崟r的反應(yīng)實際注入劑量的變化，所以此時如果實際注入的劑量產(chǎn)生波動還可以通過所述掃描控制模塊4和所述離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7，從而可以抑制實際注入劑量的波動，從而更進(jìn)一步地控制 晶圓的注入的均勻性，并有效地控制晶圓掃描范圍，最大地提高產(chǎn)能。此后當(dāng)所述晶圓逐漸掃描出離子束流的過程中，所述電流與束流/晶片交疊比之間的變化的曲線與圖2中的所示曲線相同，其與所述晶圓逐漸掃描進(jìn)入離子束流的過程的區(qū)別在于曲線的變化的方向相反。采用本實施例中的離子注入實時檢測和控制裝置可以實時地監(jiān)控離子注入劑量，并實時地調(diào)節(jié)注入的劑量，從而進(jìn)一步的提高的晶片注入的均勻性，并有效地實時控制晶圓的掃描范圍，提高離子束流的利用率，達(dá)到產(chǎn)能最優(yōu)化。第二實施例如圖3所示離子注入實時檢測和控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中本實施例中的離子注入實時檢測和控制裝置在第一實施例的離子注入實時檢測和控制裝置的基礎(chǔ)上還包括一探針6，并且所述電流表3不再檢測所述PEF2發(fā)射出的電量，而是檢測流入所述探針6的電量。本實施例中的探針6具有一偏置電壓并用于接收所述PEF2產(chǎn)生的部分電量。所述探針6臨近所述PEF2的發(fā)射口，此外所述探針6還可以是在所述束流傳輸系統(tǒng)7產(chǎn)生的離子束流的傳輸路徑上，也可以是在所述束流傳輸系統(tǒng)7產(chǎn)生的離子束流的傳輸路徑以外的區(qū)域，但為了減少探針6對離子束流的影響，一般會將探針6到所述離子束流的傳輸路徑的距離設(shè)置在較遠(yuǎn)于所述PEF2到所述離子束流的傳輸路徑的距離處，即所述探針6遠(yuǎn)離束流的傳輸路徑并靠近所述PEF2;從而在能夠接收所述PEF2產(chǎn)生的部分電量的同時減少探針6上的偏置電壓對注入的離子束流的影響。其中用戶可以通過調(diào)節(jié)所述探針6的偏置電壓，探針6的幾何形狀，和到PEF2的距離來控制所述探針接收的電量信號強弱和靈敏度。所述電流表3用于檢測所述探針6的電量，由于本實施例中米用的PEF2在一定工作條件下有一較穩(wěn)定的電子生成率，因而當(dāng)PEF2產(chǎn)生的電子中，與離子束流中的正電荷中和的電子增加時，探針6從所述PEF2接收的電量就會相應(yīng)減少，所以所述電流表3產(chǎn)生的電流值與所述PEF2發(fā)射并進(jìn)入晶圓的電量成一類似反比的關(guān)系，從而所述電流值也同樣與注入的離子束流成類似反比的關(guān)系，所以本實施例中的電流表3同樣實現(xiàn)了實時地監(jiān)控離子注入的劑量。
此外其他的部件的功能都與第一實施例中相同，此處就不在贅述。本實施例的工作原理如下所述本實施例中晶圓掃描通過離子束流的過程中的電流曲線如圖4的電流與束流/晶片交疊比的示意圖所示，其中左邊的端點對應(yīng)于當(dāng)所述晶圓掃描進(jìn)入離子束流前，電流與束流/晶片交疊比的關(guān)系。此時無論在理想的情況下還是實際的情況下，由于晶圓中幾乎沒有注入離子，所以晶圓不呈現(xiàn)正電偏壓，也無需要用電子來中和，此時所述PEF2產(chǎn)生的低能量的電子極少進(jìn)入晶圓，所以探針6從PEF2接收的電子最多，因此電流表3產(chǎn)生的電流值有極大值。此后所述掃描控制模塊4根據(jù)電流表3的檢測結(jié)果控制工件掃描單元5以及離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7，例如改變工件掃描的速度和幅度和離子束流的束流角度分布和束流強度分布等，從而可以實時地調(diào)節(jié)注入劑量和注入均勻性，以及掃描范圍。然后當(dāng)所述晶圓逐漸掃描進(jìn)入離子束流時，即離子束流與晶圓的交疊比不斷增大，隨著晶圓中注入的正離子的增多，所述PEF2產(chǎn)生的低能量的電子中進(jìn)入晶圓進(jìn)行中和 的電子也隨之不斷增多，所以所述探針從PEF2能夠接收到的電子相應(yīng)減少，呈現(xiàn)出一種類似反比的關(guān)系。因此電流表3產(chǎn)生的電流值不斷減少，如圖4中電流與束流/晶片交疊比的示意圖所示。而且所述電流值是隨注入劑量的變化不斷變化的，因而實時地反應(yīng)了實際注入晶圓的劑量。此后，如圖4的電流與束流/晶片交疊比的示意圖中的右端點所示，當(dāng)所述晶圓掃描完全覆蓋離子束流時，此時由于注入晶圓的正離子為一極大值，所以所述探針從PEF2能夠接收的電子量最少，因此電流表3產(chǎn)生的電流值為一極小值，所以在圖4中表現(xiàn)為右端點。此外由于電流表3產(chǎn)生的電流值能夠?qū)崟r的反應(yīng)實際注入劑量的變化，所以此時如果實際注入的劑量產(chǎn)生波動還可以通過所述掃描控制模塊4以及離子源系統(tǒng)I和束流傳輸系統(tǒng)7改變晶圓的掃描速度和幅度和離子束流，從而可以抑制實際注入劑量的波動，從而更進(jìn)一步地控制晶圓的注入的均勻性。此后當(dāng)所述晶圓逐漸掃描出離子束流時，所述電流與束流/晶片交疊比之間的變化的曲線與圖4中的所示曲線相同，其與所述晶圓逐漸掃描進(jìn)入離子束流的過程的區(qū)別在于變化曲線的變化的方向相反。本實施例通過采用一探針，從而減少了 PEF參數(shù)變化對電量檢測的影響，提高了電量檢測的重復(fù)性。本實施例相對于第一實施例中采用的注入離子檢測的方法的另一優(yōu)點在于其可以通過調(diào)節(jié)所述探針6的偏置電壓，探針6的幾何形狀，和到PEF2的距離等參數(shù)來控制所述探針接收的電量信號的強弱和靈敏度以達(dá)到最佳控制效果。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種離子注入實時檢測和控制裝置,其包括一束流傳輸系統(tǒng)、一電子槍和一工件,其特征在于，所述離子注入實時檢測和控制裝置還包括 一電量測量模塊，用于測量所述電子槍發(fā)射并進(jìn)入所述工件的電量；以及一掃描控制模塊，用于根據(jù)所述電量測量模塊測量的電量，控制工件相對離子束流的移動和/或控制所述束流傳輸系統(tǒng)生成的離子束流，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。
2.如權(quán)利要求I所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述電量測量模塊為一電流表。
3.如權(quán)利要求I所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述電子槍為PEF。
4.如權(quán)利要求I所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述工件為晶圓。
5.如權(quán)利要求I所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述掃描控制模塊用于調(diào)節(jié)工件相對離子束流掃描的速度和幅度和/或所述束流傳輸系統(tǒng)生成的束流的束流角度分布和束流強度分布，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。
6.—種離子注入實時檢測和控制裝置,其包括一束流傳輸系統(tǒng)和一電子槍，其特征在于，所述離子注入實時檢測和控制裝置還包括 一探針，具有一偏置電壓并用于接收所述電子槍產(chǎn)生的部分電子； 一電量測量模塊，用于測量流入所述探針的電量；以及 一掃描控制模塊，用于根據(jù)所述電量測量模塊測量的電量控制工件相對離子束流掃描的移動和/或控制所述束流傳輸系統(tǒng)生成的離子束流，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。
7.如權(quán)利要求6所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述電量測量模塊為一電流表。
8.如權(quán)利要求6所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述電子槍為PEF。
9.如權(quán)利要求6所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述探針臨近所述電子槍的電子發(fā)射口。
10.如權(quán)利要求6所述的離子注入實時檢測和控制裝置，其特征在于，所述掃描控制模塊用于調(diào)節(jié)工件相對離子束流掃描的速度和幅度和/或所述束流傳輸系統(tǒng)生成的束流的束流角度分布和束流強度分布，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子注入實時檢測和控制裝置，其包括一束流傳輸系統(tǒng)、一電子槍和一工件；一電量測量模塊，用于測量所述電子槍發(fā)射并進(jìn)入所述工件的電量；以及一掃描控制模塊，用于根據(jù)所述電量測量模塊測量的電量，控制晶圓相對離子束流的移動和/或控制所述束流傳輸系統(tǒng)生成的離子束流，進(jìn)而控制注入劑量和注入均勻性。本發(fā)明的離子注入實時檢測和控制裝置通過檢測用于中和帶電離子的電子流量，從而能夠?qū)崟r的反饋調(diào)節(jié)和控制注入離子的劑量，從而通過晶圓相對離子束流掃描的狀態(tài)，例如晶圓相對離子束流掃描的速度和幅度等，將掃描幅度控制在最小，消除無謂的過度掃描，使得晶片中各個區(qū)域的注入劑量的均勻。
文檔編號H01J37/304GK102751154SQ20111010257
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者洪俊華 申請人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司