專利名稱：一種piii工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的制作方法
技術領域：
一種Pl I I工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置
技術領·域本實用新型涉及PIII技術領域，特別涉及一種PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置。
背景技術：
半導體摻雜技術能夠使半導體呈現(xiàn)出不同的電學特性。目前，通常使用的半導體摻雜技術為束線離子注入(Ion Implantation, II),采用II時，利用質譜儀分析提取所需的離子組分，利用掃描裝置對提取出來的離子組分加速，使之具有一定的能量后注入到半導體基片中，采用II時，需要使用質譜儀和掃描裝置，成本很高，并且，束線離子注入的效率很低。同時，隨著集成電路特征尺寸的進一步減小，離子注入能量需要降低到一千電子伏特以下。但是，粒子束能量降低后，束流會分散，束流的均勻性會變差，注入效率也會進一步降低。為了解決上述問題，近些年出現(xiàn)了等離子體浸入離子注入(Plasma ImmersionIon Implantation, PHI), PIII利用作為半導體基片基座的偏壓電極引入負偏壓，向注入系統(tǒng)的工作腔室內通入工藝氣體，向注入系統(tǒng)施加功率源，產(chǎn)生用于PIII的等離子體。等離子體與工作腔室壁和偏壓電極接觸處能夠形成等離子體鞘層，該等離子體鞘層由帶正電的離子構成，呈電正性，從而，形成由等離子體指向工作腔室壁或者偏壓電極的電場。當?shù)入x子體中的正離子由等離子體穿過該鞘層到達工作腔室壁或者偏壓電極時，會被等離子體鞘層電壓加速。在PIII中，利用該等離子體鞘層，偏壓電極能夠引入相對于等離子體中心的負偏壓，該負偏壓最終會全部降落到該等離子體鞘層上，通過調整該負偏壓的大小，便可以控制注入到半導體基片中的正離子的能量，進而控制該正離子注入到半導體基片中的深度。PIII的優(yōu)點如下DPIII不需要質譜儀和掃描儀，因此，半導體摻雜技術的裝置結構簡單，成本降低。2)PIII采用鞘層加速機理，注入過程為整片注入，與基片尺寸無關，因此，產(chǎn)出率不會受到基片面積的影響。但是，PIII也存在如下問題DPIII難以在線對等離子體注入劑量進行檢測；2)PIII難以在線對等離子體注入均勻性進行檢測；3)難以對PIII的過程進行控制。PIII中，用于檢測等離子體注入劑量的方法主要有偏壓電流檢測法和法拉第杯檢測法。偏壓電流檢測法通過檢測流過基片的電流檢測離子注入劑量。當?shù)入x子體注入基片時，[0015]流過基片的電流為I，I = Ii0n+Ie+Ise+Idis+Isi，(I)其中，Iim，注入等離子體電流；Ie，等離子體中電子流向基片的電流；Ise，基片表面發(fā)射二次電子形成的電流；Idis，位移電流； Isi，基片發(fā)射二次離子形成的電流。若注入基片的等離子體劑量的面密度為Iii,
I rJrTil = 一 f Iiondt，( 2 )
ne ,0其中，n，注入等離子體帶的單位電荷量；e，單位電荷；T，注入時間。大多數(shù)情況下，Ie、Idis和Isi相對于其他部分較小，可以忽略，但是，有些情況下，當Idis不能忽略時，采用偏壓電流法測量PIII劑量更加困難。事實是，通常情況下，Ise比Iim大一到兩倍，甚至更多，并且Ise與基片材料，偏壓電流的大小相關，因此，Ise的大小難以確定；同時，組成Iim的離子不僅帶有一種電荷量，還有多次電力的離子，即式⑵中的η并不唯一，所以，采用偏壓電流法測得的PIII劑量并不是PIII的真實劑量數(shù)據(jù)，因而，難以根據(jù)偏壓電流法的Iii對PIII的流程進行控制。法拉第杯檢測法與偏壓電極檢測法的本質相同，都是通過測量等離子體電流來測量PIII的劑量，所不同的是，偏壓電極檢測法將整個載物臺作為電流測量探頭，而法拉第杯檢測法中有一個獨立的工作腔室，注入的等離子體進入該工作腔室之后才被測量。法拉第杯檢測法的優(yōu)點如下法拉第杯檢測法能夠利用獨立的工作腔室消除偏壓電流檢測法中存在的位移電流和二次電流。法拉第杯檢測法的不足如下單法拉第杯檢測法無法滿足PIII均勻性檢測的要求，也難以對PIII的流程進行控制?，F(xiàn)有的既可以對PIII劑量進行檢測，有可以對PIII均勻性進行檢測的方法包括二次離子質譜檢測法和方阻檢測法。二次離子質譜檢測法的優(yōu)點在于，二次離子質譜檢測法既可以對PIII劑量進行檢測，也可以對PIII均勻性進行檢測。二次離子質譜檢測法的缺點在于，I) 二次離子質譜檢測法昂貴且費時，特別是當PIII深度接近IOnm量級時，二次離子質譜檢測法的應用更加困難。2) 二次離子質譜檢測法是一種非在線檢測法。[0041]方阻檢測法是一種能夠間接反映PIII劑量和均勻性的方法。方阻檢測法的缺點在于，采用方阻檢測法之前，需要對基片進行退火，所以，方阻檢測法也不能用于在線對PIII劑量和均勻性進行檢測。

實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型提出了一種PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置。本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置，包括工作腔 室、氣源、功率源、偏壓源、真空系統(tǒng)、偏壓電極、冷卻系統(tǒng)；所述氣源為所述工作腔室提供工作氣體，所述功率源用于產(chǎn)生等離子體，所述偏壓源用于偏置所述偏壓電極，所述真空系統(tǒng)用于為所述工作腔室營造工作環(huán)境，所述冷卻系統(tǒng)用于所述基片散熱；所述PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置還包括法拉第杯系統(tǒng)、信號檢出系統(tǒng)、信號處理與控制系統(tǒng)和人機交互界面；所述偏壓電極上具有用于放置需要對其進行PIII的基片的區(qū)域，所述偏壓電極上于所述區(qū)域之內均勻地開設有至少兩個第I種通孔，并且，所述偏壓電極于所述區(qū)域之外還開設有至少一個第I種通孔，所述法拉第杯系統(tǒng)布置于所述偏壓電極上，所述法拉第杯的布置位置與所述第I種通孔的位置相對應，所述法拉第杯的開口的當量>所述第I種通孔的當量；所述PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置通過人機交互界面輸入初始條件； 所述信號處理與控制系統(tǒng)接收來自人機交互界面的初始條件信號，并且，所述信號處理與控制系統(tǒng)將所述初始條件信號轉化成相應終端部件的控制信號后傳輸給所述相應的終端部件；所述相應終端部件接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號進行動作；所述相應終端部件采集實時狀態(tài)參數(shù)后將所述實時狀態(tài)參數(shù)信號傳輸給所述信號處理與控制系統(tǒng)，其中，PIII劑量和均勻性通過所述法拉第杯系統(tǒng)由所述信號檢出系統(tǒng)實時檢出，所述信號檢出系統(tǒng)將實時檢出的PIII劑量和均勻性信號傳輸給所述信號處理與控制系統(tǒng)；所述信號處理與控制系統(tǒng)能夠根據(jù)所述初始條件信號、所述實時狀態(tài)參數(shù)信號和所述PIII劑量和均勻性信號對PIII工藝流程進行控制；并且，所述信號處理與控制系統(tǒng)能夠將所述實時狀態(tài)參數(shù)信號和所述PIII劑量和均勻性信號傳輸給所述人機交互界面。作為優(yōu)選，所述區(qū)域上還覆蓋有覆蓋基片，所述覆蓋基片上開設有與所述區(qū)域上開設的第I種通孔相對應的第II種通孔，所述第II種通孔的當量<所述第I種通孔的當量。作為優(yōu)選，所述第I種通孔呈環(huán)狀或者十字狀或者輻射狀排布。作為優(yōu)選，所述覆蓋基片的材料選自硅、碳化硅、石墨、鋁、鋁合金、不銹鋼中的一種或者他們的復合物。作為優(yōu)選，所述信號檢出系統(tǒng)獨立存在。[0059]作為優(yōu)選，所述信號檢出系統(tǒng)與所述法拉第杯系統(tǒng)集成為一體。本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的有益效果在于本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置能夠實現(xiàn)在線檢測PIII劑量和均勻性。

圖I為本實用新型實施例提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置 的結構不意圖；圖2為本實用新型實施例提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的結構中第一種偏壓電極的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的結構中第二種偏壓電極的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的結構中第一種覆蓋基片的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例提供的本實用新型實施例提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的結構中第二種覆蓋基片的結構示意圖。
具體實施方式
為了深入了解本實用新型，
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例一參加附圖1，本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置包括工作腔室70、氣源23、功率源、偏壓源12、真空系統(tǒng)、偏壓電極11、冷卻系統(tǒng)17 ;氣源23為工作腔室70提供工作氣體，功率源用于產(chǎn)生等離子體，偏壓源12用于偏置偏壓電極11，真空系統(tǒng)用于為工作腔室70營造工作環(huán)境，冷卻系統(tǒng)17用于基片40散熱；所述PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置還包括法拉第杯系統(tǒng)25、信號檢出系統(tǒng)51和信號處理與控制系統(tǒng)52 ；參見附圖2和附圖3，偏壓電極11上具有用于放置需要對其進行PIII的基片40的區(qū)域41，偏壓電極11上于區(qū)域41之內均勻地開設有至少兩個第I種通孔25a，并且，偏壓電極11于區(qū)域41之外還開設有至少一個第I種通孔25b，法拉第杯系統(tǒng)25布置于偏壓電極11上，法拉第杯于的布置位置與第I種通孔25a和25b的位置相對應，法拉第杯的開口的當量>第I種通孔25a或者25b的當量，本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置的工作原理如下首先，在區(qū)域41空載的情況下執(zhí)行PIII工藝流程。通過人機交互界面輸入初始條件；信號處理與控制系統(tǒng)52接收來自人機交互界面的初始條件信號，并且，將該初始條件信號轉化成相應終端部件的控制信號62后傳輸給相應終端部件。相應終端部件接收該控制信號62后進行動作并采集初始實時狀態(tài)參數(shù)信號，其中，PIII劑量和均勻性通過法拉第杯系統(tǒng)25由信號檢出系統(tǒng)51實時檢出。信號處理與控制系統(tǒng)52還接收初始實時狀態(tài)參數(shù)信號和PIII劑量和均勻性信號，所述信號處理與控制系統(tǒng)52將所述初始實時狀態(tài)參數(shù)和所述初始條件進行對比，當初始實時狀態(tài)參數(shù)和初始條件的偏差達到容許范圍內，并且，PIII劑量和均勻性達到限定的條件時，在區(qū)域41加載基片40，執(zhí)行PIII工藝流程，信號處理與控制系統(tǒng)52接收來自人機交互界面的初始條件信號，并且，將該初始條件信號轉化成相應終端部件的控制信號62后傳輸給相應終端部件。相應終端部件接收該控制信號62后進行動作并采集過程實時狀態(tài)參數(shù)信號，其中，PIII劑量和均勻性通過法拉第杯系統(tǒng)25由信號檢出系統(tǒng)51實時檢出。信號處理與控制系統(tǒng)52還接收過程實時狀態(tài)參數(shù)信號和PIII劑量和均勻性信號，信號處理與控制系統(tǒng)52能夠根據(jù)初始條件信號、過程實時狀態(tài)參數(shù)信號和PIII劑量和均勻性信號對PIII工藝流程進行控制，當過程實時狀態(tài)參數(shù)與初始條件偏差較大和/或PIII劑量和均勻性與限定的條件偏差較大時，信號處理與控制系統(tǒng)52強行終止PIII工藝流程。并且，信號處理與控制系統(tǒng)52能夠將實時狀態(tài)參數(shù)信號和PIII劑量和均勻性信號傳輸給人機交互界面。其中，參見附圖2和附圖3，區(qū)域41上開設的第I種通孔25a可以呈環(huán)狀或者十字狀或者輻射狀排布。其中，信號檢出系統(tǒng)51可以獨立存在。其中，信號檢出系統(tǒng)51可以與法拉第杯系統(tǒng)25集成為一體。本實用新型實施例一提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置工作時，整個工作腔室壁10接地，真空泵16、18和尾氣處理裝置19首先啟動，當工作腔室70的壓強達到工作壓強時，工作氣體從氣源23到達勻氣裝置30，被勻氣裝置30均勻后進入工作腔室70。等離子體起輝所需的功率由射頻功率源20通過匹配網(wǎng)絡21加到耦合線圈22上，耦合線圈將功率源的能量通過石英窗24耦合到工作腔室70內。然后，工作腔室70內的工作氣體起輝產(chǎn)生等離子體?；?0放置于偏壓電極11的區(qū)域41上，等離子體中的正離子在偏壓電場的加速作用下注入到基片40中，偏壓由負偏壓源12提供。PIII過程中，冷卻系統(tǒng)17為基片40散熱。法拉第杯系統(tǒng)25既是PIII工藝流程控制系統(tǒng)的組成部分，也為PIII劑量與均勻性信號檢出系統(tǒng)51提供檢出信號。實施例二與實施例一的不同之處在于區(qū)域41上還可以覆蓋有覆蓋基片42，從而能夠在測量PIII劑量均勻性時保護處于區(qū)域41內的偏壓電極不受等離子體轟擊，覆蓋基片42上開設有與區(qū)域41上開設的第I種通孔25a相對應的第II種通孔43，第II種通孔43的當量<第I種通孔25a或者25b的當量，進行PIII時將覆蓋基片42移除，將基片40放置在區(qū)域41上。其中，覆蓋基片42的材料可以選自硅、碳化硅、石墨、鋁、鋁合金、不銹鋼中的一種或者他們的復合物。本實用新型提供的PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置能夠實現(xiàn)在線檢測PIII劑量和均勻性。以上所述的具體實施方式
，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式
而已，并不用于限、制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置，包括工作腔室、氣源、功率源、偏壓源、真空系統(tǒng)、偏壓電極、冷卻系統(tǒng)；所述氣源為所述工作腔室提供工作氣體，所述功率源用于產(chǎn)生等離子體，所述偏壓源用于偏置所述偏壓電極，所述真空系統(tǒng)用于為所述工作腔室營造工作環(huán)境，所述冷卻系統(tǒng)用于所述基片散熱； 其特征在于， 還包括法拉第杯系統(tǒng)、信號檢出系統(tǒng)、信號處理與控制系統(tǒng)和人機交互界面； 所述偏壓電極上具有用于放置需要對其進行PIII的基片的區(qū)域， 所述偏壓電極上于所述區(qū)域之內均勻地開設有至少兩個第I種通孔，并且，所述偏壓電極于所述區(qū)域之外還開設有至少一個第I種通孔， 所述法拉第杯系統(tǒng)布置于所述偏壓電極上，所述法拉第杯的布置位置與所述第I種通孔的位置相對應，所述法拉第杯的開口的當量>所述第I種通孔的當量； 所述PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置通過人機交互界面輸入初始條件； 所述信號處理與控制系統(tǒng)接收來自人機交互界面的初始條件信號，并且，所述信號處理與控制系統(tǒng)將所述初始條件信號轉化成相應終端部件的控制信號后傳輸給所述相應的終端部件； 所述相應終端部件接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號進行動作；所述相應終端部件采集實時狀態(tài)參數(shù)后將所述實時狀態(tài)參數(shù)信號傳輸給所述信號處理與控制系統(tǒng)，其中，PIII劑量和均勻性通過所述法拉第杯系統(tǒng)由所述信號檢出系統(tǒng)實時檢出，所述信號檢出系統(tǒng)將實時檢出的PIII劑量和均勻性信號傳輸給所述信號處理與控制系統(tǒng)； 所述信號處理與控制系統(tǒng)能夠根據(jù)所述初始條件信號、所述實時狀態(tài)參數(shù)信號和所述PIII劑量和均勻性信號對PIII工藝流程進行控制； 并且，所述信號處理與控制系統(tǒng)能夠將所述實時狀態(tài)參數(shù)信號和所述PIII劑量和均勻性信號傳輸給所述人機交互界面。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述區(qū)域上還覆蓋有覆蓋基片，所述覆蓋基片上開設有與所述區(qū)域上開設的第I種通孔相對應的第II種通孔，所述第II種通孔的當量<所述第I種通孔的當量。
3.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第I種通孔呈環(huán)狀或者十字狀或者輻射狀排布。
4.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述信號檢出系統(tǒng)獨立存在。
5.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述信號檢出系統(tǒng)與所述法拉第杯系統(tǒng)集成為一體。
專利摘要本實用新型公開了一種PIII工藝流程控制和在線劑量、均勻性檢測裝置，屬于PIII技術領域。該裝置包括工作腔室、氣源、功率源、偏壓源、真空系統(tǒng)、偏壓電極、冷卻系統(tǒng)，還包括法拉第杯系統(tǒng)、信號檢出系統(tǒng)和信號處理與控制系統(tǒng)。該裝置能夠實現(xiàn)在線檢測PIII劑量和均勻性。
文檔編號H01L21/265GK202487543SQ20112052709
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者夏洋, 屈芙蓉, 李超波, 汪明剛 申請人:中國科學院微電子研究所