[發明專利]一種離子注入機束流與劑量測控裝置及劑量控制方法

有效

• 申請號: 201410457041.3
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104332377A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 鐘新華;王迪平;易文杰;袁衛華;彭立波
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/244
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及離子束注入領域,特別是一種離子注入機束流與劑量測控裝置及劑量控制方法。?

背景技術

早在20世紀60年代，離子注入技術就應用在半導體器件的生產上。離子注入技術就是將某種元素的原子進行電離，并使其離子在電場中加速，獲得較高的速度后植入固體材料的表面，以改變這種材料表面的物理或者化學性能的一種技術。

從1858年世界上第一塊集成電路誕生至今的50多年中，世界集成電路技術與產業的飛速發展，經歷小規模（數百個元件）、中規模、大規模、超大規模、到今天已進入特大規模（千萬以上個元件）的時代。隨著集成度的提高和電路規模的增大，電路中單元器件尺寸不斷縮小，圖形特征尺寸成為每一代電路技術的特有表征。20世紀末，集成電路制造技術主流為0.13微米的8英寸硅片；但是經過幾年的時間，100納米，65納米，32納米，28納米的工藝也陸續進入生產；同時受到經濟利益的驅動，集成電路制造廠商追求更低的生產成本和更高的生產效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，從而可以在單塊硅片上可以生產更多的器件。

隨著關鍵尺寸的減小和硅片尺寸的增大，對注入劑量的準確性、注入劑量的均勻性提出了更高的要求。離子注入設備的束流和劑量的測量與控制器是保注入劑量的準確性和注入劑量的均勻性關鍵部件。由于離子束從離子源引出來為一點狀束斑，通過束斑和晶片相對二維運動，將離子束均勻地灑落到晶片表面。束斑和晶片相對二維運動，有以下幾種實現方法：第一種方法是晶片固定不動，束斑通過水平方向和垂直方向的掃描電場控制其在晶片表面做二維運動；第二種方法是束斑固定不動，晶片放置在一個二維機械運動平臺上，二維機械掃描運動也可以將離子束灑滿整個晶片表面；第三種方法是在水平方向，通過掃描電場控制束斑往復運動，垂直方向，通過機械掃描運動，控制晶片垂直上下運動。現有的測控技術無法實現粒子束流與劑量的精確測量。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種離子注入機束流與劑量測控裝置及劑量控制方法，精確有效地測量離子束流與劑量。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種離子注入機束流與劑量測控裝置，包括CPU單元；所述CPU單元與SPI通信接口模塊、ADC模塊、通道程控開關、檔位程控開關、束流/劑量程控開關、劑量積分電路、峰值捕捉電路、波形發生電路連接；所述SPI通信接口模塊與所述ADC模塊連接；所述ADC模塊與所述束流/劑量程控開關連接；所述束流/劑量程控開關與所述峰值捕捉電路、劑量積分電路連接；所述束流/劑量程控開關、峰值捕捉電路、劑量積分電路均與所述檔位程控開關連接；所述檔位程控開關與所述通道程控開關連接；所述通道程控開關與法拉第杯接入端口連接。

本發明還提供了一種利用上述離子注入機束流與劑量測控裝置控制離子注入劑量的方法，該方法為：離子注入工藝前，通過所述通道程控開關，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關，選擇束流峰值采集功能，通過讀取AD轉換數據，確定合適的檔位并通過檔位程控開關選擇檔位；離子注入工藝前，通過所述通道程控開關，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關，選擇束流采集功能，水平方向移動法拉第杯同時采集不同位置的束流值，通過水平方向的束流密度分布產生校準的掃描波形，并通過SPI通信接口將波形數據存入到CPU單元的波形數據寄存區；離子注入工藝時，采用垂直機械掃描運動和水平方向電場掃描運動將離子均勻地植入到晶片表面；所述晶片所在平面與法拉第杯所在平面垂直；垂直機械掃描時，每運動一個等距離ΔS，向CPU單元發出一個觸發脈沖，即位置同步信號；CPU單元檢測到該觸發信號，輸出一個“W”型掃描波形，控制離子束水平方向返復掃描4次，完成一次劑量Q采集，即單次注入機離子密度為D?=?Q?/?(ΔS?*?W?)，其中W為法拉第杯開口寬度。

ΔS取值為1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm中的一種。

所述劑量積分電路包括第一運算放大器，所述第一運算放大器負輸入端和輸出端之間并聯有兩個電容支路，所述兩個電容支路并聯；所述第一運算放大器正輸入端接地；所述第一運算放大器的兩個電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述兩個電源引腳各與一個接地電容連接；所述第一運算放大器的兩個偏置調整端通過可調電阻連接；所述可調電阻與+15V電源連接。