[發明專利]在等離子體離子注入過程中測量摻雜物濃度的方法

無效

• 申請號: 200980108920.2
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101971317A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 馬耶德·A·福阿德;李實健
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/265
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

發明背景

技術領域

本發明的各實施方式大致是關于處理基板的方法，且特別是有關于在摻雜工藝中用來測量基板上的摻雜物濃度的方法。

背景技術

在諸如等離子體增強型化學氣相沉積(plasma-enhanced?chemical?vapor?deposition，PE-CVD)工藝、高密度等離子體化學氣相沉積(high?density?plasma?chemical?vapor?deposition，HDP-CVD)工藝、等離子體浸沒式離子注入(plasma?immersion?ion?implantation，P3I)工藝，以及等離子體刻蝕(plasma?etch)之類的等離子體工藝中，恰當地控制離子劑量是相當重要的。集成電路制造中的離子注入工藝，特別需要恰當的設備和控制方法，才能在半導體基板上達到想要的離子劑量。

離子注入的劑量一般所指的是，在每單位面積中穿過被處理基板表面的全部離子的數量。被注入的離子會自行擴散至基板的內容積中。注入離子密度(每單位容積的離子數)主要的變化發生在沿著離子通量的方向上，通常是垂直于基板表面的方向上。沿著垂直方向的離子密度(每單位容積的離子數)的分布形成了離子注入深度的輪廓(profile)。用以調節離子注入劑量(每單位面積的離子數)的設備和控制系統有時會被稱為劑量測定計(dosimetry)。

離子注入可在離子束注入設備和等離子體浸沒式離子注入設備中進行。離子束注入設備(可產生窄離子束(narrow?ion?beam)且必須逐行掃描(raster-scanned)基板的表面)通常一次僅能注入一種原子。在這種設備中的離子流可被精準地測量并以時間進行積分(integrated?over?time)，而計算出真正的劑量。因為全部離子束皆會撞擊基板，且離子束中的原子種類均為已知，所以可精準地確定離子注入劑量。這對于離子束注入設備是非常重要的，因為離子束注入機使用的是直流離子源(其輸出電流會產生顯著的漂移(drift))，且所使用的各種網格(grid)和電極同樣也會產生漂移(這是因受到直流電源的影響使得沉積材料會堆積在部件表面)。所以，離子束注入設備必須具備精確的測定計。將精確監控的離子束以時間積分來計算出一瞬間電流的注入劑量，且當劑量達到預定的目標值時，工藝就停止。

相對地，等離子體浸沒式離子注入反應器在測量摻雜物量時，就會遭遇一因難的問題。一般而言，入射進基板的離子的原子重量無法被精確地測定，因為這種反應器使用了含有理想離子注入物質以及其它物質的前驅物氣體。例如，在硼的等離子體浸沒式離子注入中，一般會使用多種元素的化合物，例如前驅物二硼烷，此時硼原子和氫原子都會入射進基板中。因此難以從所測量的電流中測定硼的劑量。其它在等離子體浸沒式離子注入反應器中的劑量測定的因難點在于，等離子體離子會連續地撞擊整個基板，所以難以有效直接地測量在基板上全部的離子流量。相反的，僅能以間接方式，從非常小區域中的測量去推算出摻雜物量。特別是在使用無線射頻(radio?frequency，RF)等離子體源功率或是RF等離子體偏壓功率的反應器中更是如此。

所以，需要一種能在等離子體摻雜工藝中確定出預設摻雜物濃度終點(end?point)的方法。

發明內容

本發明的具體實施方式提供了一種在等離子體摻雜工藝中用來檢測預定摻雜物濃度終點的方法和設備。在一具體實施方式中，提供了一種在等離子體摻雜工藝中用來檢測基板表面摻雜物濃度的方法，包含：將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低于約250℃；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；將由該等離子體所產生的一光線穿過該基板，其中該光線由該基板的該上表面進入并由該下表面離開基板；由位于該基板下方的一傳感器接收該光線。此方法還包含：產生一信號，其與該傳感器所接收到的該光線成比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在摻雜工藝中，當基板達到最終的摻雜物濃度時，產生多組光信號，其與由該傳感器所接收到的該光線的一減少量成比例；以及停止對該基板進行注入。

在一些具體實施方式中，此方法可包含產生多組與一增加的摻雜物濃度成比例的信號。由等離子體所產生的光線可包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。在一實例中，光線包含紅外線。通常來說，在等離子體摻雜過程中，基板溫度可以是介于約0℃至約90℃的范圍內，較佳為介于約25℃至約45℃的范圍內。