專利名稱：一種等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的劑量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的劑量控制 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
等離子體浸沒(méi)注入技術(shù)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新型離子注入技術(shù)，它改變 了傳統(tǒng)束狀離子注入視線性的局限，有著加工批量高效、易于處理異型工件的諸多優(yōu)勢(shì)，廣 泛應(yīng)用于材料表面改性和材料制備領(lǐng)域。等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備如附

圖1所示，主要包括 等離子體發(fā)生源，真空腔體以及負(fù)載電源三大部分。進(jìn)行等離子體浸沒(méi)注入時(shí)，等離子體發(fā) 生源在腔體內(nèi)部產(chǎn)生等離子體，加載于靶臺(tái)上的負(fù)高壓加速等離子體往靶臺(tái)運(yùn)動(dòng)，離子注 入到靶臺(tái)上的樣品表面。但是等離子浸沒(méi)注入技術(shù)存在如注入層較薄、劑量和能量控制不均勻等缺陷，其 中離子注入劑量的控制直接決定了該技術(shù)在半導(dǎo)體材料制備中的應(yīng)用前景。等離子體浸沒(méi) 注入劑量受到諸多參數(shù)的影響，如注入離子類型、靶臺(tái)材料及等離子體源的功率、注入電壓 等，因此缺乏準(zhǔn)確標(biāo)定等離子體注入劑量的方法。目前存在的一些劑量標(biāo)定的理論模型，如 基于Child公式和離子殼層模型，在脈沖方波電壓負(fù)載下推導(dǎo)出的等離子注入劑量公式
= (|)1β21/2 s0mtfe-mn0mrn-m Fu\m (l)
其中Dt。tal為注入劑量，ε ^為真空介電常數(shù)，e和m為注入離子的電量和質(zhì)量，n0為等 離子體密度，而t，V，f，tp分別為注入時(shí)間，注入電壓，電壓頻率和脈沖寬度。上述方法中等離子體密度Iitl的測(cè)量存在一定難度，常用的光譜法和雙探針?lè)ǘ即?在著較大的誤差；且理論模型假設(shè)等離子體密度Iltl保持恒定，而實(shí)驗(yàn)測(cè)量Iltl在腔體縱向Z 軸上有較大的差別；模型還省略了脈沖內(nèi)注入過(guò)程中等離子體的恢復(fù)和補(bǔ)充，上述近似和 假設(shè)均使劑量的精確標(biāo)定產(chǎn)生困難。此外等離子體密度Iltl還受到氣體類型和等離子體源 功率等多個(gè)參數(shù)的影響，當(dāng)注入?yún)?shù)改變時(shí)需要重新測(cè)定IV使得此方法繁雜而缺乏可操 作性。近年來(lái)，等離子體浸沒(méi)注入技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于各類新型領(lǐng)域，如冶金學(xué)和 生物高分子學(xué)。特別是等離子體浸沒(méi)注入技術(shù)的非視線性特點(diǎn)，使其在半導(dǎo)體材料的溝道 摻雜和材料制備方面有著巨大優(yōu)勢(shì)。因此，等離子體浸沒(méi)注入劑量的精確控制尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能對(duì)等離子體浸沒(méi)注入劑量進(jìn)行精確控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供的等離子體浸沒(méi)注入劑量控制系統(tǒng)，如圖2所示，包括等離子體浸沒(méi) 注入設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)采集器，外部的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；其中，所述信號(hào)采 集器單獨(dú)收集等離子體注入設(shè)備的腔體內(nèi)靶臺(tái)各處的等離子體注入信號(hào)，實(shí)時(shí)模擬不同位 置樣品的離子注入情況；所述外部的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)接受并測(cè)量由信號(hào)采集器收集的信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；所述計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，接受并處理信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量 得到的信號(hào)，并據(jù)此對(duì)等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備進(jìn)行控制；計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)處理信號(hào)是根據(jù) 樣品工件的實(shí)際注入情況，按照本發(fā)明提出的離子體浸沒(méi)注入劑量標(biāo)定方法，計(jì)算得到離 子的注入劑量，并反饋控制等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的工作。當(dāng)離子注入劑量滿足設(shè)定條件 之后，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)自動(dòng)控制等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備停止工作。通過(guò)這套系統(tǒng)能夠達(dá)到 等離子體浸沒(méi)注入劑量的自動(dòng)精確控制。本發(fā)明提供了一種離子體浸沒(méi)注入劑量標(biāo)定方法，即使用測(cè)定電流總量來(lái)標(biāo)定離 子注入劑量，通過(guò)經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定的注入劑量和回路電流波形的關(guān)系，即可得到更為精確和可 靠的離子注入劑量值。具體方法如下
首先通過(guò)示波器實(shí)時(shí)測(cè)定離子注入脈沖的電壓電流。如附圖1所示，即在等離子體浸 沒(méi)注入裝置中，在高壓脈沖電源和等離子腔體以及靶臺(tái)兩端形成電路回路，從高壓探頭連 接處6測(cè)定脈沖電壓，在回路線路中測(cè)定相應(yīng)脈沖內(nèi)的回路電流?；芈冯娏?圖3)中，主要 包括注入離子電流和濺射二次電子電流以及殼層擴(kuò)散電流的成分。而在整個(gè)回路內(nèi)，殼層 擴(kuò)散電流由于等離子體的產(chǎn)生擴(kuò)散等重新復(fù)合，可以忽略不計(jì)。所以如果能夠確定二次電 子電流在整個(gè)回路電流的貢獻(xiàn)，即可以得到離子電流部分，從而確定注入離子的劑量。離子注入的電量總量可以通過(guò)積分電流，并且消除二次電子所得。由電量總量除 以相應(yīng)離子類型所帶的電荷數(shù)即可以得到單位面積時(shí)間注入的離子劑量，計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
一種等離子體浸沒(méi)注入劑量標(biāo)定方法，其特征在于在等離子體浸沒(méi)注入裝置中，首先通過(guò)示波器實(shí)時(shí)測(cè)定離子注入脈沖的電壓電流，即在高壓脈沖電源和等離子腔體以及靶臺(tái)兩端形成電路回路，從高壓探頭處測(cè)定脈沖電壓，在回路線路中測(cè)定相應(yīng)脈沖內(nèi)的回路電流；然后采用積分回路電流并除去二次電子貢獻(xiàn)進(jìn)行離子注入劑量計(jì)算，其計(jì)算的公式為 ，其中η0為特定條件下的離子注入的二次電子產(chǎn)生效率，δ為不同條件下二次電子產(chǎn)生效率的修正因子，它與不同的離子注入類型并且和不同的注入?yún)?shù)設(shè)置相關(guān)，tp為脈沖電壓脈寬，I為實(shí)測(cè)電流，e為注入離子電量，A為靶材面積，t為整體注入時(shí)間，f為脈沖電壓頻率，Dim為單位面積離子注入劑量。600857dest_path_image002.jpg
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒(méi)注入劑量標(biāo)定方法，其特征在于δ為注入?yún)?shù)的函數(shù)，具體形式表示為
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體浸沒(méi)注入劑量標(biāo)定方法，其特征在于修正因子
4.一種基于如權(quán)利要求3所述方法的測(cè)量等離子體浸沒(méi)注入劑量的設(shè)備，其特征在 于，該設(shè)備包括安裝于腔體內(nèi)靶臺(tái)的信號(hào)采集器，附屬的金屬引線以及外圍的信號(hào)測(cè)量系 統(tǒng)；其中，所述信號(hào)采集器為導(dǎo)電金屬片和絕緣體基片的雙層結(jié)構(gòu)，其上層金屬片實(shí)現(xiàn)注入 電場(chǎng)模擬，而下層的絕緣基片實(shí)現(xiàn)采集器與靶臺(tái)的電絕緣；所述金屬引線為剛性結(jié)構(gòu)，與信 號(hào)采集器連接，并通過(guò)外圍機(jī)械傳動(dòng)來(lái)控制信號(hào)采集器在靶臺(tái)上的移動(dòng)；金屬引線在測(cè)量 離子浸沒(méi)注入劑量時(shí)加載電壓，并由此金屬引線引出信號(hào)，收集信息；所述外圍的信號(hào)測(cè)量 系統(tǒng)包括一高壓探頭，用于加載信號(hào)收集器上的高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)示波器收集信號(hào)和 處理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)量等離子體浸沒(méi)注入劑量設(shè)備，其特征在于，金屬引線與等 離子體真空腔體為電絕緣和真空密封，并通過(guò)特氟龍材料模具和0型密封圈實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的測(cè)量等離子體浸沒(méi)注入劑量設(shè)備，其特征在于，所述信號(hào)采集器距離靶臺(tái)中心位置的距離與轉(zhuǎn)動(dòng)角度存在關(guān)系
7. 一種等離子體浸沒(méi)注入的劑量控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求4所述的測(cè) 量等離子體浸沒(méi)注入劑量的設(shè)備以及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；其中，測(cè)量等離子體浸沒(méi)注入劑量 的設(shè)備包括等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)采集器和外圍的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)；所述信號(hào)采 集器單獨(dú)收集等離子體注入設(shè)備的腔體內(nèi)靶臺(tái)各處的等離子體注入信號(hào)，實(shí)時(shí)模擬不同位 置樣品的離子注入情況；所述外圍的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)接受并測(cè)量由信號(hào)采集器收集的信號(hào)， 并將此信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；所述計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，接受并處理信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量 得到的信號(hào)，并據(jù)此對(duì)等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備進(jìn)行控制；計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)處理信號(hào)是根據(jù) 樣品工件的實(shí)際注入情況，按照權(quán)利要求1或3的方法，計(jì)算得到離子的注入劑量，并反饋 控制等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的工作。
全文摘要
本發(fā)明屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的劑量控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括位于離子注入設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)采集器，外圍的信號(hào)測(cè)量設(shè)備以及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。其中信號(hào)采集器的設(shè)計(jì)依據(jù)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的算法包含了本發(fā)明系統(tǒng)提供的離子注入劑量標(biāo)定方法。系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)采集器收集離子注入信號(hào)，而后通過(guò)測(cè)量設(shè)備測(cè)量信號(hào)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理信號(hào)獲得離子注入信息，并控制等離子體浸沒(méi)注入設(shè)備的工作。本發(fā)明系統(tǒng)解決了等離子體浸沒(méi)注入劑量測(cè)定工作的復(fù)雜性，從而有效進(jìn)行離子注入劑量的標(biāo)定和控制。本發(fā)明系統(tǒng)可以在各類等離子體浸沒(méi)注入的設(shè)備中使用。
文檔編號(hào)G01T1/02GK101985739SQ20101051460
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者劉立龍, 盧茜, 吳曉京, 張昕, 朱瑋, 杜曉琴, 王一鵬 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)