[發明專利]一種用于等離子體浸沒注入中劑量檢測裝置

有效

• 申請號: 201110412965.8
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103165371A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 李超波;汪明剛;屈芙蓉;夏洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01J37/244
• 分類號: H01J37/244;H01J37/32;G01T1/02
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種用于等離子體浸沒注入中劑量檢測裝置。

背景技術

半導體工藝中，主流雜質摻雜技術為束線離子注入技術(Ion?Implantation，II)，它是由離子源產生等離子體，通過質譜分析提取所需的離子組分，再對離子加速到一定能量并注入到半導體基片中(如硅片)。該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(亞KeV)，然而離子束能量降低后會出現束流分散、均勻性變差、效率進一步降低等一系列負面效應。因而近年提出了一種新型的等離子體浸沒注入技術(Plasma?Immersion?Ion?Implantation，PIII)來避免以上問題。等離子體浸沒注入中通過作為半導體基片基座的偏壓電極引入負偏壓，并向注入系統工作腔室內通入所需工藝氣體，向系統施加功率源產生等離子體。等離子體與腔室壁包括偏壓電極接觸處會形成一個等離子體鞘層，該鞘層由帶正電離子構成，呈電正性，形成由等離子指向腔室壁或者是偏壓電極的電場。當等離子體中的正離子由等離子體穿過該鞘層到達腔室壁或偏壓電極時，會被等離子體鞘層電壓加速。等離子體浸沒注入方法中，利用該等離子體鞘層，由偏壓電極引入相對于等離子體中心的負偏壓，該偏壓最終全部降落到等離子體鞘層上，通過調整偏壓電極引入的負偏壓的大小便可以控制注入到偏壓電極上半導體基片中的正離子能量，進而控制注入到半導體基片深度。

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。當等離子體注入時，流過基片電流

I＝I_ion+I_e+I_se+I_dis+I_si????(1)

其中I_ion為注入離子電流，I_e為等離子體中電子流向基片的電流，I_se為基片表面發射二次電子形成的電流，I_dis為位移電流，I_si為基片發射二次離子形成的電流。若注入基片的離子劑量的面密度

ni=1ne∫0TIiondt,---(2)]]>

其中n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，I_dis、I_si、I_e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I_se卻比I_ion要大一到兩倍甚至更多，且I_se與基片材料，偏壓大小等等因素相關而無法精確確定。同時組成I_ion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(2)中的n并不唯一，所以偏壓電流法測得的離子劑量n_i并不是PIII注入到基片中的真實離子劑量，從而不可以根據n_i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構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，無法獲得精確的總離子注入劑量，所以該方法雖然比偏壓電流法有所提高，但仍無法實現離子注入劑量的精確檢測與控制，以及無法獲得某一種離子的注入劑量更無法獲得某一種元素的原子注入劑量。

發明內容