CN101000870A - 控制离子注入的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制离子注入的方法和装置，该装置包括产生束流装置、晶片、法拉第杯、晶片驱动器、控制器、真空系统装置、真空腔体，其中产生束流装置产生一个直线束流；该束流垂直注入到晶片当中；法拉第杯检测束流值，输出一个反映束流大小的信号给控制器；晶片驱动器与控制器进行通讯，通过接受控制器传送的参数命令驱动晶片进行上下扫描；束流在传输过程中处于一个密封的真空腔体内，其真空环境则依靠真空系统装置来维持；控制器控制注入剂量。本方法用直接检测束流变化的方式为控制离子注入补偿提供依据，而不是去检测真空压力的变化，从而达到控制离子注入均匀性和剂量准确性的目的。

Description

控制离子注入的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造控制系统，尤其涉及一种控制离子注入的方法和装置。

背景技术

离子注入机是一种通过引导杂质注入半导体晶片，从而改变晶片的传导率的设备，其中，杂质注入的深度和密度的均匀性都直接决定了注入晶片的品质。在离子束撞击在晶片表面的瞬间，导致光刻胶或涂在晶片上的其他材料而产生放气、挥发或溅射的现象，从而引起真空波动，对注入剂量和均匀性都造成了影响。例如，当由放气等原因引起真空值上升时，束流中带有单电荷的正离子将与放气等原因产生的残留原子相碰撞，从而使束流中的部分正离子被中和，然后注入到晶片当中。部分束流正离子被中和后，检测束流的装备(通常是法拉第杯)就会检测到束流降低；相反，当束线和晶片表面的真空值很稳定的情况下，系统一直维持高真空，引起电子交换的碰撞机率就会很少，检测到的束流就不会发生变化。

引起电子交换的撞击还会产生一个问题，那就是检测束流的装置(法拉第杯)只能检测到带电离子，电子经撞击后产生的中性粒子是不能被检测到的。而部分中性粒子依然会以与束流相同的能量注入到晶片中去，成为总剂量的一部分。这样，检测到的束流比实际的束流小，控制器往往会认为还有其他因素(如离子源不稳定)造成束流的减少而去调整晶片的扫描次数，进行束流补偿控制，最后使得晶片注入的剂量过大。

离子注入机领域在这个问题上一直没有找到比较好的方法，只有在提高真空稳定性方面大做文章，但是在离子注入过程中真空波动的问题是无法消除的；后来有人提出在离子注入过程中根据真空值的变化来即时调整离子源参数，这个方法的弊病是控制滞后，无法达到即时控制的目的。因此，在离子注入过程中由于真空波动引起的注入均匀性不高和剂量不准确的问题一直得不到解决。

因此，如何用一套适当的方法和装置来消除真空波动对注入品质和剂量的影响，是离子注入机控制系统需要解决的问题。

发明内容

本发明是针对现有技术中系统真空波动时，控制离子稳定注入比较难的情况，提出了一套新的方法和装置，用直接检测束流变化的方式为控制离子注入补偿提供依据，而不是去检测真空压力的变化，从而达到控制离子注入均匀性和剂量准确性的目的。

本发明通过以下技术方案实现：控制离子注入的装置，包括产生束流装置、晶片、法拉第杯、晶片驱动器、控制器、真空系统装置、真空腔体，其中产生束流装置是将需要注入的元素通过离子源电离而产生，经过磁场分析过滤处理后的一个直线的束流；束流经过扫描、聚焦、角度修正、能量加速等处理后，垂直注入到晶片当中；法拉第杯用来检测束流值，输出一个反映束流大小的信号给控制器；晶片驱动器能与控制器进行通讯，通过接受控制器传送的参数命令驱动晶片垂直于纸面方向进行上下扫描；束流在传输过程中处于一个密封的真空腔体内，其真空环境则依靠真空系统装置来维持并且真空系统装置测量到的各个部分的真空值都发送给控制器，由控制器来控制注入剂量和判断注入过程中的波动真空值是否超出范围，从而决定是否继续进行注入。

控制离子注入的方法，其步骤为：

1.由产生束流装置输出束流，该束流必须是具有一定能量的、准备进行注入的最终束流；同时这个束流必须是稳定的、没有引起真空波动以前的束流，该束流值定为束流参考值。

2.控制器存储该束流参考值。

3.开始离子注入，法拉第杯检测束流值的变化，在检测到离子源参数稳定的情况下，假设这个束流变化完全时由真空波动所引起的，而不考虑其它可能的因素。

4.控制器就会将存储的束流参考值与当前检测到的束流值相比较，得到一个束流差值，控制器存储该束流差值。但这个束流差值并不能直接反映真空波动对剂量的影响，因为在真空下降中由于粒子碰撞而产生的中性粒子，只有接近晶片腔体的直线区域的中性粒子会成为剂量的一部分，而远离晶片腔体的非直线区域中，中性粒子会被分析磁铁过滤或者在静电扫描过程中被丢弃。因此，必须判断非线性区的实际遗失束流的多少，从而确定剂量的补偿参数。

5.在不同的离子注入系统，不同的注入元素，都会有不同的剂量补偿参数，这个参数需要根据大量的实验和经验值来确定。控制器通过补偿参数，调整晶片扫描频率来补偿注入剂量，从而达到离子注入的剂量要求。

本发明具有如下显著优点：

1.采用了一种新的检测真空波动的方法，通过检测束流的变化代替检测真空压力的变化，能更直接的判断真空波动对离子注入的影响，并且用束流作反馈在控制补偿上不会有延时，对优化整个离子注入的控制有利。

2.确定了一个束流参考值作为控制离子注入的基准值，当注入过程中束流变化时可以用束流参考值作为比较计算，从而比较容易确定新的扫描参数。

3.提出了剂量补偿参数的概念。如果仅仅根据束流变化的差值来控制扫描参数，最终造成的结果往往是扫描次数过多，注入剂量过大，提出的剂量补偿参数可以控制根据具体情况大致确定束流的实际损耗，从而可以大幅度减少注入剂量与目标剂量的误差。

附图说明

图1是本发明的简易框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，控制离子注入的装置，包括产生束流装置1、晶片3、法拉第杯4、晶片驱动器5、控制器6、真空系统装置7、真空腔体8，其中产生束流装置1是将需要注入的元素通过离子源电离而产生，经过磁场分析过滤处理后的一个直线的束流2；束流2经过扫描、聚焦、角度修正、能量加速等处理后，垂直注入到晶片3当中；法拉第杯4用来检测束流2值，输出一个反映束流2大小的信号给控制器6；控制器6可以是一般的通用计算机，也可以是单片机电路，只要具有一定的运算和存储能力，具备简单的输入输出功能即可；晶片驱动器5包括一个伺服电机(图中未示)、一个气浮轴承(图中未示)和运动部件(图中未示)，是一个离子注入机的通用运动系统，并且晶片驱动器5能与控制器6进行通讯，通过接受控制器6传送的参数命令驱动晶片3垂直于纸面方向进行上下扫描。束流2传输过程中都处于一个密封的真空腔体8内，真空环境则依靠通用的真空系统装置7来维持，通用的真空系统装置7有真空泵(图中未示)、隔离阀(图中未示)以及检测压力的真空计(图中未示)等，并且真空计(图中未示)测量到的各个部分的真空值都发送给控制器5，由控制器5来判断注入过程中的波动真空值是否超出范围，从而决定是否继续进行注入。

在实际中束流2从产生束流装置1到晶片3的行程是弯曲的，期间经过磁分析器(图中未示)的磁场偏转，还经过扫描电源(图中未示)的静电扫描偏转，理论上来讲，最后只有符合要求的束流才能被注入。在晶片注入过程中，束流2经过扫描形成平行于纸面的光幕注入晶片3，而晶片3在晶片驱动器5的驱动下能够垂直于纸面作上下扫描，从而使束流2能够注入到晶片3的每一个位置。

在注入之前，确定束流2的各项参数稳定的情况下，晶片驱动器6使晶片3离开束流注入的位置，此时没有真空波动现象，然后判断系统真空度是否达到稳定的高真空要求，从而通过法拉第杯4采集的束流信号，确定一个束流参考值，存储到控制器6中。

控制器6发出开始注入命令，晶片驱动器5将晶片3送到注入位置。晶片3在被离子注入的过程中，表面的光刻胶等物质不可避免的发生放气、挥发和溅射等现象，从而造成真空腔体8内的系统真空波动。如前面所述，真空值的下降必然会增加束流2中的正离子与杂质离子碰撞的机率，从而使部分正离子被中和；部分中和后的离子尽管电荷发生改变，但能量不会改变，依然以相同的速度注入到晶片3当中，对总剂量和均匀性起作用；另一部分远离晶片3的束流粒子被中和后，或者被分析器磁铁过滤，或者在扫描过程中被偏离，不会对晶片3造成任何影响，因此，注入过程中实际的束流值要比法拉第杯4实时检测到的束流值要大，而比先前确定的束流参考值要小。

控制器6需要做的是实时保存每一个扫描点的实时束流值，并且记住相应的扫描位置，然后根据每个位置的束流差值来确定该位置需要补偿的剂量，计算的过程中会用到用实验得出来的剂量补偿参数，来确定需要补偿的实际剂量。在最后几次扫描中，控制器6计算出每一个位置需要补偿的剂量累计值，通过控制扫描的速度来进行各点的位置补偿，从而到达注入的剂量要求。

本发明的特定实施例已对发明内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (2)

1.一种控制离子注入的装置，其特征在于：包括产生束流装置、晶片、法拉第杯、晶片驱动器、控制器、真空系统装置、真空腔体，其中产生束流装置产生一个直线束流；该束流经过扫描、聚焦、角度修正、能量加速处理后，垂直注入到晶片当中；法拉第杯检测束流值，输出一个反映束流大小的信号给控制器；晶片驱动器与控制器进行通讯，通过接受控制器传送的参数命令驱动晶片进行上下扫描；束流在传输过程中处于一个密封的真空腔体内，其真空环境则依靠真空系统装置来维持并且真空系统装置测量到的各个部分的真空值都发送给控制器；控制器控制注入剂量和判断注入过程中的波动真空值是否超出范围，决定是否继续进行注入。

2.一种控制离子注入的方法，其步骤包括：

(1)由产生束流装置输出束流，该束流值定为束流参考值。

(2)控制器存储该束流参考值。

(3)开始离子注入，法拉第杯检测束流值的变化。

(4)控制器将存储的束流参考值与当前检测到的束流值相比较，得到一个束流差值，控制器存储该束流差值。

(5)控制器通过补偿参数，调整晶片扫描频率来补偿注入剂量，达到离子注入的剂量要求。

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