[發明專利]離子注入設備及方法

在審

• 申請號: 201710712878.1
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN109148247A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 何川;洪俊華;張勁;陳炯;楊勇
• 申請（專利權）人: 上海凱世通半導體股份有限公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/32;H01J37/244;H01L21/265
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;楊東明

本發明公開了一種離子注入設備及方法，該離子注入設備包括離子源、一與該真空腔相連通的摻雜氣體供應裝置、一氫氣供應裝置，和偏轉元件，用于從至少部分束流中分離出摻雜源離子束流和氫離子束流；位于摻雜源離子束流傳輸路徑上的摻雜源離子束流檢測裝置和/或位于氫離子束流傳輸路徑上的氫離子束流檢測裝置，該摻雜源離子束流檢測裝置用于檢測摻雜源離子束流的電流，該氫離子束流檢測裝置用于檢測氫離子束流的電流。通過偏轉，可以通過采樣部分或者全部束流，從而得知束流中氫和摻雜源元素的比例，并且通過檢測結果來調整氣態摻雜源和/或氫氣的供應量，由此獲得較為理想的束流參數。

技術領域

本發明涉及一種離子注入設備及方法，特別是涉及一種束流穩定的離子注入設備及方法。

背景技術

目前在主流的離子注入機中，需要N型摻雜時通常采用磷作為摻雜材料。為了產生磷離子束流，常用的是離子化磷烷(PH₃)以引出磷離子束流。然而，離子化了磷烷后，需要增加質量分選裝置將磷離子和氫離子分開，而質量分選裝置無疑會增加設備的復雜度，增加設備的成本。而且，對于尺寸較大的束流(例如300mm高的束流)，質量分選裝置的入口和出口必須大于300mm，較大的質量分選器會產生較大的電磁輻射，由此還需要增加屏蔽裝置來保證生產者的安全。而如果不加質量分選裝置，那么磷和氫均被注入至襯底中，而引出的束流中磷和氫的比例難以得到控制，檢測到的電流是磷和氫的量的總和，這樣一來被注入至襯底中的磷可能并未達到所需的劑量，注入劑量的不準確控制可能會對器件的性能產生影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中使用磷烷、硼烷等氣態摻雜源作為待離子化氣體時束流中氣態摻雜源和氫的比例難以檢測并控制的缺陷，提供一種束流穩定的離子注入設備及方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

一種離子注入設備，其包括離子源，該離子源包括一真空腔，以及引出電極，其特點在于，該離子源還包括有：

一摻雜氣體供應裝置，用于容置氣態摻雜源以及將氣態摻雜源傳輸至該真空腔中以在該真空腔中產生摻雜源等離子體；

一氫氣供應裝置，用于將氫氣傳輸至該真空腔中，進入該真空腔中的氫氣在該真空腔中產生氫等離子體；

連接于該摻雜氣體供應裝置和該真空腔之間的第一流量計，用于控制被傳輸至該真空腔中的氣態摻雜源的流量，連接于該氫氣供應裝置和該真空腔之間的第二流量計，用于控制被傳輸至該真空腔中的氫氣的流量；

該引出電極用于從該真空腔中引出束流以完成對襯底的離子注入，其中該束流中包括摻雜源離子束流和氫離子束流，

該離子注入設備還包括：位于該引出電極下游的偏轉元件，用于從至少部分束流中根據質量的不同分離出摻雜源離子束流和氫離子束流；

位于摻雜源離子束流傳輸路徑上的摻雜源離子束流檢測裝置和/或位于氫離子束流傳輸路徑上的氫離子束流檢測裝置，該摻雜源離子束流檢測裝置用于檢測摻雜源離子束流的電流和/或電流密度，該氫離子束流檢測裝置用于檢測氫離子束流的電流和/或電流密度。

采用磷烷或者硼氫化合物作為氣態摻雜源時，除了摻雜元素(硼和磷)之外，還會有氫離子的產生。在不使用質量分選器的情況下，本發明通過偏轉至少部分束流，來檢測總的束流中摻雜元素和氫的比例，從而保證注入至襯底中的摻雜元素是符合要求的(如果沒有這一檢測，實際注入至襯底中的摻雜元素通常是不符合要求的，不足量或者過量)。另外，本發明通過適當引入額外的氫氣提高了束流的穩定性，由于氫氣的存在真空腔中會產生氫等離子體，由此使得真空腔的內部溫度分布均勻，產生的等離子體更加穩定。

優選地，該第一流量計用于根據氫離子束流的檢測結果和摻雜源離子束流的檢測結果控制氣態摻雜源的流量，和/或，該第二流量計用于根據氫離子束流的檢測結果和摻雜源離子束流的檢測結果控制氫氣的流量。