[發(fā)明專利]靠近連續(xù)注入機最后能量過濾器中彎折部的閉環(huán)回路劑量控制劑量杯

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580051298.8
• 申請日: 2005-06-06
• 公開（公告）號: CN101238539A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·拉思梅爾
• 申請（專利權(quán)）人: 艾克塞利斯技術(shù)公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/147;H01J37/05
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉杰;王小衡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離子注入系統(tǒng)，且更具體地涉及一種在連續(xù)離子注入機中存在光致抗蝕劑氣體釋出、壓力及離子源波動時用于離子劑量測量和補償?shù)南到y(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體裝置的制造中，離子注入用于將雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體。離子束注入機使用離子束來處理硅晶片，從而在集成電路制作過程中產(chǎn)生n或p型外來材料摻雜或者形成鈍化層。當用于摻雜半導(dǎo)體時，離子束注入機注入選定的離子物質(zhì)，以產(chǎn)生期望的外來材料。注入由諸如銻、砷或磷的源材料產(chǎn)生的離子形成“n型”外來材料晶片，而如果期望“p型”外來材料晶片時，則可注入使用諸如硼、鎵或銦的源材料所產(chǎn)生的離子。

典型的離子束注入機包括用于由可電離源材料產(chǎn)生正電荷離子的離子源。所產(chǎn)生的離子形成為離子束，并且沿預(yù)定束路徑被引導(dǎo)至注入站。該離子束注入機可包括在該離子源與該注入站之間延伸的束形成及成形結(jié)構(gòu)。該束形成及成形結(jié)構(gòu)維持離子束，并界定出延長的內(nèi)腔或通道，離子束途中經(jīng)過該延長的內(nèi)腔或通道到達注入站。當操作注入機時，通常將該通道抽空，以降低離子由于與空氣分子碰撞而偏離該預(yù)定束路徑的幾率。

離子的質(zhì)量相對于其上電荷(例如，電荷-質(zhì)量比)會影響其在軸向上及橫向上被靜電場或磁場加速的程度。因此，可以使得到達半導(dǎo)體晶片或其它目標物的期望區(qū)域的束非常純凈，這是因為不期望分子量的離子將被偏轉(zhuǎn)到離開束的位置，并且可避免注入不期望的材料。選擇性地分離期望和不期望電荷-質(zhì)量比的離子的過程稱為質(zhì)量分析。質(zhì)量分析器通常采用一種質(zhì)量分析磁體，該質(zhì)量分析磁體產(chǎn)生偶極磁場，以在弧狀通道里通過磁性偏轉(zhuǎn)來偏轉(zhuǎn)離子束中的各種離子，這會有效地分離具有不同電荷-質(zhì)量比的離子。

劑量測量(dosimetry)是對注入晶片或其它工件中的離子所進行的測量。在控制注入離子的劑量時，通常利用閉環(huán)回路反饋控制系統(tǒng)來動態(tài)地調(diào)整注入，以實現(xiàn)在被注入工件中的均勻性。這種控制系統(tǒng)利用實時流監(jiān)測(real-time?current?monitoring)來控制注入機的慢掃描速度。法拉第碟或法拉第杯周期性地測量束流并調(diào)整慢掃描速度以確保恒定的劑量。頻繁測量使得該劑量控制系統(tǒng)能夠快速地對束流變化進行響應(yīng)。該法拉第杯可以是靜止、具有良好遮蔽且被置為靠近晶片，從而使其對摻雜晶片的束流敏感。然而，該法拉第杯僅測量該束流的電流部分。

離子束與在注入過程中形成的氣體之間的相互作用可導(dǎo)致該電流即電荷通量(flux)改變，即使在該粒子流即摻雜劑通量恒定時也是如此。為補償這種影響，劑量控制器可同時從法拉第杯讀取該束流并從壓力計讀取壓力。當對注入配方指定了壓力補償因子時，則通過軟件修改所測得的束流，以向控制該慢掃描的電路提供經(jīng)過補償?shù)氖餍盘枴Ｒ虼耍诖碎]環(huán)回路系統(tǒng)中的補償量(例如在經(jīng)過補償?shù)氖餍盘栔?可為在該法拉第杯測得的束流以及該壓力二者的函數(shù)。

在適當?shù)貞?yīng)用時，壓力補償改善了在寬注入壓力范圍上的可重復(fù)性與均勻性。然而，注入機內(nèi)的真空絕不會是完美的。在系統(tǒng)里總是存在一些殘余氣體。通常該殘余氣體不會引起問題(事實上，少量的氣體對于良好的束傳輸及有效的電荷控制是有益的)。不過，在足夠高的壓力下，例如因光致抗蝕劑氣體釋出而壓力增加時，離子束與殘余氣體之間的電荷交換會造成劑量測量誤差。如果注入裸晶片與注入經(jīng)光致抗蝕劑涂覆(PR)的晶片之間的劑量偏移大得無法接受，或者如果劑量均勻性顯著地降低時，則可以采用壓力補償來改善均勻性。

離子束與殘余氣體之間的電荷交換反應(yīng)可以增加或減少離子的電子，從而改變離子的電荷狀態(tài)使其偏離該配方中的期望值。當電荷交換反應(yīng)是中和時，入射離子通量的一部分被中和。其結(jié)果為電流降低，同時粒子流(包含中性物)維持不變。當電荷交換反應(yīng)為電子剝除時，離子通量的一部分失去電子。其結(jié)果為電流增加，同時粒子流維持不變。

對于其中電荷交換是一個重點的典型配方而言，束通常經(jīng)歷的中和比剝除多得多。結(jié)果，每當終端站(end?station)壓力增加時，由法拉第杯測得的束流減少。束內(nèi)的離子被中和，但是未被殘余氣體偏轉(zhuǎn)或阻止。經(jīng)分析磁體后，該劑量率，即單位面積單位時間的摻雜劑原子，并未通過電荷交換而改變。注入的中性物對晶片所接收的劑量有貢獻，但未被法拉第杯所測得。因此，該晶片可能會劑量過度。