專利名稱：等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測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控制裝置，特別是涉及一種等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置。
背景技術(shù)：
在半導體工藝中，主流的雜質(zhì)摻雜技術(shù)都采用束線離子注入技術(shù)(Ion Implantation, II)，這種方法是由離子源產(chǎn)生等離子體，再通過質(zhì)譜分析將所需的離子組分提取出來，對離子加速到一定能量并注入到半導體基片中(如硅片)。這種方法需要復雜的質(zhì)譜分析和掃描裝置，注入效率低，結(jié)構(gòu)復雜，成本極高。隨著集成電路特征尺寸的進一步縮小，離子注入能量需要進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出現(xiàn)束流分散、均勻性變差、效率進一步降低等一系列負面效應。因而近年提出了新型的等離子體浸沒注入技術(shù)(Plasma Immersion Ion Implantation, PHI)來避免以上問題。等離子體浸沒注入中將半導體基片放置在作為陰極的電極上，并在該電極上加負偏壓。向注入系統(tǒng)工作腔室內(nèi)引入需要的氣體，并對系統(tǒng)加功率源，通過感性耦合、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偏壓，這樣在基片附近就會有負偏壓鞘層存在。在此鞘層的高電壓加速下，鞘層中的正離子會穿過鞘層并注入到基片中。該方法具有如下優(yōu)點1.無需從離子源中抽取離子、對離子進行質(zhì)譜分析和線性加速，使得注入設備的結(jié)構(gòu)大為簡化，節(jié)省大量成本；2.該技術(shù)采用鞘層加速機理，注入過程為整片注入，與基片尺寸無關(guān)，所以該技術(shù)
產(chǎn)率極高。因此，等離子體浸沒注入是一種非常有希望取代束線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)，注入離子劑量檢測與控制便是其中之一。PIII中用于劑量檢測的方法主要有偏壓電流法與法拉弟杯檢測方法。偏壓電流法通過測量流過基片的電流測量注入離子劑量。當?shù)入x子體注入時，流過基片電流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
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ne 其中η為注入離子帶的單位電荷量，T為注入時間。組成基片電流的五部分中， Idis、Isi、Ie相對于其他部分較小可忽略(有時位移電流不可忽略，這樣偏壓電流法測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)而無法精確確定。同時組成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，所以偏壓電流法測得的離子劑量Iii并不是PIII注入到基片中的真實離子劑量，從而不可以根據(jù)Hi控制控制PIII工藝流程。法拉弟杯的檢測原理與偏壓電流法本質(zhì)相同都是通過 測量離子電流來測量注入離子劑量，所不同的是偏壓電流法通常將整個載物臺作為電流測量探頭，而法拉弟杯有一個獨立的腔室，注入離子進入這個腔室之后才被測量。由于法拉第杯測量法有一個獨立的測量腔室就可以通過各種方法和結(jié)構(gòu)設計來消除偏壓電流法中存在的位移電流、二次電流。但法拉弟杯檢測方法仍然無法解決多種帶電離子問題，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和控制仍然不可行。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中離子注入劑量檢測存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置。所述技術(shù)方案如下本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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，計算得出注入工藝參數(shù)；與所述計算單元相連接的控制單元，用于根據(jù)所述計算單元的輸出信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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、等離子體電勢與等離子體電子溫度。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，所述注入工藝參數(shù)為確定目標注入劑量下的注入工藝時間和確定注入工藝時間內(nèi)的注入離子劑量。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，所述計算單元包括注入時間計算模塊以及注入劑量計算模塊，所述注入時間計算模塊根據(jù)利用準靜態(tài) Child-Langmuir鞘層理論計算出注入確定劑量的等離子體所需的時間；所述注入劑量計算模塊根據(jù)利用準靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計算出在確定是時間內(nèi)注入的等離子體劑量。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，所述控制單元根據(jù)所述計算單元的輸出的注入劑量工信號控制等離子體浸沒注入機的注入工藝，具體為控制等離子體浸沒注入機的供氣單元、功率單元、偏壓單元和真空單元。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，所述控制單元根據(jù)所述計算單元的輸出的注入時間信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝，具體為控制等離子體浸沒注入機的注入工藝過程的開始和結(jié)束。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置可以克服現(xiàn)有的離子注入劑量檢測中存在多種帶電離子檢測的問題；同時本發(fā)明的注入離子劑量檢測控制裝置可以用于準確控制離子注入的工藝流程。


圖1是應用本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置的等離子體浸沒注入系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置主要包括4個部分， 分別為診斷單元、分析單元、計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，實際應用中，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的不同需要來確定選擇的儀器。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，用于檢測獲得等離子體中粒子組分和各組分粒子含量。計算單元與分析單元和診斷單元分別相連接。計算單元采可用單片機、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)合準靜態(tài)蔡爾德-朗繆爾鞘層注入模型理論，計算得出注入工藝參數(shù)。計算單元包括注入時間計算模塊以及注入劑量計算模塊。注入時間計算模塊根據(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，利用準靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計算出注入確定劑量的等離子體所需的時間；而注入劑量計算模塊根據(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， 利用準靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論計算出在確定是時間內(nèi)注入的等離子體劑量。注入工藝參數(shù)為外部輸入的目標注入劑量下的注入工藝時間或外部輸入的注入工藝時間內(nèi)的注入離子劑量。與所述計算單元相連接的是控制單元，用于根據(jù)計算單元的輸出信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝，包括調(diào)整等離子體浸沒注入機的供氣單元、 功率單元、偏壓單元和真空單元中一個單元或幾個單元工作參數(shù)，使其達到理想的工藝狀態(tài)?？刂茊卧刹捎脝纹瑱C、DSP、ARM或通用CPU構(gòu)成。此外，控制單元還可以根據(jù)計算單元的輸出信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機注入工藝過程的開始于結(jié)束。根據(jù)準靜態(tài)Child-Langmuir鞘層理論對于對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，板形鞘層擴展，經(jīng)過足夠長時間演變成穩(wěn)定的Child鞘層。此時鞘層的厚度
權(quán)利要求
1.一種等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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，計算得出注入工藝參數(shù)；與所述計算單元相連接的控制單元，用于根據(jù)所述計算單元的輸出信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，其特征在于，所述注入工藝參數(shù)為確定目標注入劑量下的注入工藝時間和確定注入工藝時間內(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注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，其特征在于，所述計算單元包括注入時間計算模塊以及注入劑量計算模塊，所述注入時間計算模塊根據(jù)利用準靜態(tài)蔡爾德_朗繆爾鞘層理論計算出注入確定劑量的等離子體所需的時間； 所述注入劑量計算模塊根據(jù)利用準靜態(tài)蔡爾德_朗繆爾鞘層理論計算出在確定是時間內(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注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，其特征在于，所述控制單元根據(jù)所述計算單元的輸出的注入劑量控制信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，其特征在于，所述控制單元根據(jù)所述計算單元輸出的注入時間信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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)明公開了一種等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置，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，計算得出注入工藝參數(shù)的計算單元；以及用于根據(jù)計算單元的輸出信號以及注入工藝參數(shù)控制等離子體浸沒注入機的注入工藝的控制單元。本發(fā)明的等離子體浸沒注入機的注入離子劑量檢測控制裝置可以克服現(xiàn)有的離子注入劑量檢測中存在多種帶電離子檢測的問題；同時還可以用于準確控制離子注入的工藝流程。
文檔編號H01L21/66GK102376520SQ201010255068
公開日2012年3月14日 申請日期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 申請人:中國科學院微電子研究所