[發(fā)明專利]用于檢測等離子體浸沒注入劑量的法拉第杯

無效

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• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN101615578A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 汪明剛;劉杰;夏洋;李超波;陳瑤;趙麗莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;C23C14/48
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 王建國

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種用于檢測等離子體浸沒注入劑量的法拉第杯。

背景技術

在半導體工藝中，主流的雜質摻雜技術都采用離子注入技術(也稱為束線離子注入)，這種方法是由離子源產生等離子體，再通過質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(例如硅片)。這種方法需要復雜的質譜分析和掃描裝置，注入效率低，結構復雜，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，然而離子束能量降低后會出現(xiàn)束流分散、均勻性變差和效率降低等一系列負面效應。近年來，提出了一種新型的等離子體浸沒注入技術來避免以上問題。等離子體浸沒注入技術是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、對離子進行質譜分析和線性加速，使得注入設備的結構大為簡化，節(jié)省大量成本；2)該技術采用鞘層加速機理，注入過程為整片注入，與基片尺寸無關，所以該技術產率極高。因此，等離子體浸沒注入技術是一種非常有希望取代束線離子注入的下一代注入技術。

在任何帶電粒子流的工藝設備中，注入粒子的劑量檢測都是一項非常關鍵的技術，通常都采用法拉第杯(或法拉第筒)的形式，依靠它的實時檢測，可以確定束流大小、注入時間，可以對工藝進行完全的控制，保證設備運行的可靠性和穩(wěn)定性。在現(xiàn)有技術中利用法拉第杯檢測浸沒注入離子劑量時，由于法拉第杯的杯身與杯底一般成垂直的角度，因此，法拉第杯內壁易受到高能粒子的轟擊會濺射出二次帶電粒子，其中主要是二次電子。濺射出來的二次電子劑量與入射離子的能量、種類、杯內壁材料等因素有關，且與入射離子無特定的標度關系。法拉第杯檢測到的電流為注入離子形成的電流與二次電子電流之和，因此若要精確檢測離子劑量就必須抑制二次電子電流。在束線離子注入中，通過在杯內壁用低二次電子發(fā)射率的材料(例如石墨)來抑制二次電子，除此之外還可以采用如下的技術方案來抑制二次電子：

1.加一垂直于離子軌跡方向的橫向磁場；二次電子會在該磁場的作用做回旋而減小逸出杯口的幾率，減小二次電子的影響，提高檢測的精度；

2.加一平行于離子軌跡方向的縱向電場，電場的方向指向杯口；在杯內產生的二次電子會被該電場拉回杯底而減小逸出杯口的幾率，提高檢測精度；

3.同時加橫向磁場和縱向電場。

但是，上述抑制二次電子的方法在具體實施起來卻存在著諸多問題：a)用外加磁場來減小二次電子溢出的方法，產生的二次電子會在杯內做回旋運動，回旋的電子會和中性粒子或離子碰撞，前者會出現(xiàn)中性粒子電離，后者會出現(xiàn)離子復合，二者對注入離子劑量的檢測精確度都是不利的，同時法拉第杯內中性粒子的電離更是不容許的；同時，為了保證改變電子運動的方向，所加的磁場一般比較大，速度較大的電子就會一直在杯內做回旋運動而無法回到杯壁上，新產生的二次電子同樣也會不停地回旋，這樣檢測出來的劑量顯然是不準確的；b)采用外加電場抑制二次電子，外加電場需要是恒電場，這就需要有直流電源，并且還需要將直流偏壓和其他脈沖偏壓部分(例如杯底和杯身)分開，這就使法拉第杯在電性上被分成了很多部分，彼此之間的絕緣性不容易處理，結構更加復雜；同時，直流偏壓中有信號電流流過還需要將這部分電流從直流偏壓中提取出來加到最終檢測結果中，這會使后續(xù)信號提取和處理變得更加復雜；c)外加電場或磁場需要在原有的法拉第杯上加上諸多附件，從而使得法拉第杯變得大而笨重。另外，在束線離子注入中，由于法拉第檢測是非實時的檢測，法拉第系統(tǒng)處在注入腔之外并不緊靠基片，所以可以有足夠的空間容納復雜的法拉第系統(tǒng)，安裝相對簡單；而在等離子體浸沒注入中，法拉第檢測是實時在線檢測，法拉第杯緊靠基片且放電腔室并不很大，這就會使法拉第系統(tǒng)的安裝變得困難。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于通過幾何結構來抑制二次電子逸出法拉第杯杯口，并簡化現(xiàn)有技術中抑制二次電子逸出所需的復雜結構以及降低安裝的復雜度。

根據本發(fā)明，提供了一種用于檢測等離子體浸沒注入劑量的法拉第杯，包括杯身、杯底和杯口，其特征在于，所述杯身相對于所述杯底的至少一個傾角小于90度；