[发明专利]等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置

说明书

技术领域

本发明涉离子注入剂量检测控制装置，特别是涉及一种等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置。

背景技术

在半导体工艺中，主流的杂质掺杂技术都采用束线离子注入技术(Ion Implantation，II)，这种方法是由离子源产生等离子体，再通过质谱分析将所需的离子组分提取出来，对离子加速到一定能量并注入到半导体基片中(如硅片)。这种方法需要复杂的质谱分析和扫描装置，注入效率低，结构复杂，成本极高。

随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，离子注入能量需要进一步降低到一千电子伏特以下(亚KeV)，然而离子束能量降低后会出现束流分散、均匀性变差、效率进一步降低等一系列负面效应。因而近年提出了新型的等离子体浸没注入技术(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)来避免以上问题。等离子体浸没注入中将半导体基片放置在作为阴极的电极上，并在该电极上加负偏压。向注入系统工作腔室内引入需要的气体，并对系统加功率源，通过感性耦合、容性耦合等放电方法使被引入腔室的气体起辉，形成等离子体。由于在阴极上加有负偏压，这样在基片附近就会有负偏压鞘层存在。在此鞘层的高电压加速下，鞘层中的正离子会穿过鞘层并注入到基片中。该方法具有如下优点：

1.无需从离子源中抽取离子、对离子进行质谱分析和线性加速，使得注入设备的结构大为简化，节省大量成本；

2.该技术采用鞘层加速机理，注入过程为整片注入，与基片尺寸无关，所以该技术产率极高。

因此，等离子体浸没注入是一种非常有希望取代束线离子注入的下一代注入技术。但PIII也面临诸多技术上的挑战，注入离子剂量检测与控制便是其中之一。

PIII中用于剂量检测的方法主要有偏压电流法与法拉弟杯检测方法。偏压电流法通过测量流过基片的电流测量注入离子剂量。当等离子体注入时，流过基片电流

I＝I_ion+I_e+I_se+I_dis+I_si，               (1)

其中I_ion为注入离子电流，I_e为等离子体中电子流向基片的电流，I_se为基片表面发射二次电子形成的电流，I_dis为位移电流，I_si为基片发射二次离子形成的电流。若注入基片的离子剂量的面密度

ni=1ne∫0TIiondt,---(2)]]>

其中n为注入离子带的单位电荷量，T为注入时间。组成基片电流的五部分中，I_dis、I_si、I_e相对于其他部分较小可忽略(有时位移电流不可忽略，这样偏压电流法测量注入离子剂量更加困难)，但二次电子电流I_se却比I_ion要大一到两倍甚至更多，且I_se与基片材料，偏压大小等等因素相关而无法精确确定。同时组成I_ion的离子并不仅仅只带有一种电荷量还有多次电离的离子即式(2)中的n并不唯一，所以偏压电流法测得的离子剂量n_i并不是PIII注入到基片中的真实离子剂量，从而不可以根据n_i控制控制PIII工艺流程。