CN102751154A

CN102751154A - 离子注入实时检测和控制装置

Info

Publication number: CN102751154A
Application number: CN2011101025727A
Authority: CN
Inventors: 洪俊华
Original assignee: SHANGHAI KAISHITONG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI KAISHITONG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种离子注入实时检测和控制装置，其包括一束流传输系统、一电子枪和一工件；一电量测量模块，用于测量所述电子枪发射并进入所述工件的电量；以及一扫描控制模块，用于根据所述电量测量模块测量的电量，控制晶圆相对离子束流的移动和/或控制所述束流传输系统生成的离子束流，进而控制注入剂量和注入均匀性。本发明的离子注入实时检测和控制装置通过检测用于中和带电离子的电子流量，从而能够实时的反馈调节和控制注入离子的剂量，从而通过晶圆相对离子束流扫描的状态，例如晶圆相对离子束流扫描的速度和幅度等，将扫描幅度控制在最小，消除无谓的过度扫描，使得晶片中各个区域的注入剂量的均匀。

Description

离子注入实时检测和控制装置

技术领域

本发明涉及一种离子注入实时检测和控制装置，特别是涉及一种通过测量用于中和带电离子的电子流来实时地控制离子注入的装置。

背景技术

离子注入是用来把改变导电率的杂质引入半导体晶片的标准技术。所需要的杂质材料在离子源中被离子化，离子被加速成具有规定能量的离子束，而且离子束对准晶片的表面。射束中的高能离子深入半导体材料的主体并且嵌入半导体材料的晶格形成导电率符合需要的区域。

而且用离子注入法在单晶或多晶硅中掺杂，是制造现代集成电路中使用的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产逐渐趋向较大晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已向18英寸发展)的工艺，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。晶圆工件越大，注入所需的时间就越长，因此要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也变得越来越困难。

并且对作为半导体离子掺杂工艺线的关键设备之一的离子注入机，也提出了很高的要求，要求离子注入机具有：整机可靠性好、生产效率高、多种电荷态离子宽能量范围注入、精确控制束注入能量精度、精确控制束纯度、低尘粒污染、整机全自动控制、注片均匀性和重复性好等多种功能和特征。所以需要能够精确控制晶片注入掺杂剂量控制器，它是离子注入掺杂核心技术之一。

现有技术的剂量检测是对注入晶片或其他工件中的离子的测量。在控制注入离子的剂量时，为了动态调节注入，从而在注入的工件中达到均匀性，通常采用反馈控制系统。所述控制系统利用监控电流来控制扫描速度。法拉第盘或法拉第杯周期性地测量束流，并调节扫描速度以确保连续掺杂。但是周期性测量不能实时的检测注入剂量的变化，从而不能实时的对注入剂量进行调整，所以不能确保注入晶片的均匀性。同时由于离子注入束斑大小的不一和变化，导致大束斑情况下，晶片边缘常出现注入剂量过度现象，以及在小束斑情况下，易于做无谓的过度扫描，降低了应有的产能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的离子注入检测中不能实时检测，从而导致晶片中注入剂量不均匀的缺陷，提供一种离子注入检测装置，从而能够实时的检测注入剂量的变化，并实时的自动地调整晶圆相对于离子束流扫描的速度和幅度，所以能够使得晶片注入剂量更均匀，产能效率更高。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种离子注入实时检测和控制装置，其包括一束流传输系统、一电子枪和一工件，一电量测量模块，用于测量所述电子枪发射并进入所述工件的电量；以及一扫描控制模块，用于根据所述电量测量模块测量的电量，控制工件相对离子束流的移动和/或控制所述束流传输系统生成的离子束流，进而控制注入剂量和注入均匀性。

较佳地，所述电量测量模块为一电流表。

较佳地，所述电子枪为PEF。

较佳地，所述工件为晶圆。

较佳地，所述扫描控制模块用于调节工件相对离子束流扫描的速度和幅度和/或所述束流传输系统生成的束流的束流角度分布和束流强度分布，进而控制注入剂量和注入均匀性，从而提高产能效率。

本发明还提供了一种离子注入实时检测和控制装置，其包括一束流传输系统和一电子枪，其特点是所述离子注入实时检测和控制装置还包括一探针，具有一偏置电压并用于接收所述电子枪产生的部分电子；一电量测量模块，用于测量流入所述探针的电量；以及一扫描控制模块，用于根据所述电量测量模块测量的电量，控制工件相对离子束流的移动和/或控制所述束流传输系统生成的离子束流，进而控制注入剂量和注入均匀性。

较佳地，所述电量测量模块为一电流表。

较佳地，所述电子枪为PEF。

较佳地，所述探针临近所述电子枪的电子发射口，从而减少对离子束流的影响。

较佳地，所述用于调节工件相对离子束流扫描的速度和幅度和/或所述束流传输系统生成的束流的束流角度分布和束流强度分布，进而控制注入剂量和注入均匀性，从而提高产能效率。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的离子注入实时检测和控制装置通过检测用于中和带电离子的电子流量，从而能够实时的反馈离子束流中实际注入到晶圆上的离子剂量，从而通过控制晶圆相对于离子束流扫描的速度和幅度，使得晶片中各个区域，特别是晶圆边缘的注入剂量保持均匀，进一步地提高了注入晶片的质量。

本发明的另一特征效果是其可按晶圆的所在扫描位置以及离子束流的束斑尺寸，实时调整扫描幅度消除过渡扫描，从而达到产能最优化。此外由于只需要对原有的离子注入设备做少量的改动就可达到提高均匀性，产能最优化的目的，所以节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明的离子注入实时检测和控制装置的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明的第一实施例中电流与束流/晶片交叠比的测试信号示意图。

图3为本发明的离子注入实时检测和控制装置的第二实施例的结构示意图。

图4为本发明的第二实施例中电流与束流/晶片交叠比的测试信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

第一实施例：

如图1所示的离子注入实时检测和控制装置，其中包括一离子源系统1、一PEF2(Plasma electron flood淹没式等离子体电子枪)、一电流表3、一扫描控制模块4、一工件扫描单元5以及一束流传输系统7。

其中所述离子源系统1用于产生离子并通过所述束流传输系统7生成注入晶圆的离子束流，从而实现改变晶圆的导电率。由于所述离子源系统1和所述束流传输系统7为离子注入中的常规部件所以此处不再详细论述。

所述PEF2通过利用等离子体仅将低能量电子引进晶圆或仅对晶圆提供低能量电子来中和正电荷，从而在对晶圆注入离子时，可以防止在晶圆上积聚的正电荷产生的静电高压。所述PEF2为半导体领域中广泛使用的电荷中和机构，此外还可以采用其他种类的能够产生电子的现有电子枪来实现相同的中和电荷的功能。

所述电流表3用于检测所述PEF2发射出的电量，由于当从离子束流注入晶圆的正电荷与PEF2产生的电子中和时，PEF2中由于电子流动到晶圆，所以会产生相应的电流，所以所述电流表3产生的电流值对应于所述PEF2产生并进入所述晶圆的电量，从而所述电流值对应于注入晶圆的离子束流，所以电流表3实现了实时地监控离子注入的剂量。

此外采用其他种类的测量电量的模块或装置都可以实现检测所述PEF2发射并进入所述晶圆的电量，而不是仅限于本实施例中的电流表3。

本实施例中所述工件扫描单元5中包含用于离子注入的晶圆并用于响应对所述晶圆相对离子束流扫描的速度和幅度的调节，并产生相应地调节动作。

所述扫描控制模块4用于根据所述电流表3测量的结果调节工件扫描单元5来控制对晶圆的扫描，即通过调节晶圆相对离子束流扫描的速度和幅度，来进一步控制注入剂量以及注入的均匀性。

所述扫描控制模块4也可以控制离子源系统1和所述束流传输系统7共同生成的离子束流，即通过改变所述离子源系统1和束流传输系统7生成的束流的束流角度分布和束流强度分布等参数来进一步控制注入剂量以及注入的均匀性，消除不必要的过度扫描幅度。

此外，还可以同时采用上述的两种控制方式，即在调节晶圆相对离子束流扫描的速度和幅度的同时，调整所述离子源系统1和束流传输系统7生成的束流的束流角度分布和束流强度分布等参数，来进一步控制注入剂量以及注入的均匀性。

由上所述，所述电流表3产生的电流值对应于注入晶圆的离子束流量，所以所述扫描控制模块4通过所述电流值可以实时地得到检测和反映离子的实际注入剂量，从而可以通过改变工件扫描单元5的扫描参数或离子源系统1和所述束流传输系统7共同生成的离子束流来实现实时地控制晶圆中注入的离子的剂量，因而进一步地保证了离子注入剂量以及注入的均匀性，保持必要的扫描幅度，以及消除不必要的过度扫描幅度等。

本实施例的工作原理如下：

如图2的电流与束流/晶片交叠比的测试信号示意图所示，其中左边的端点对应于当所述离子源系统1和所述束流传输系统7产生的离子束流未扫描到所述晶圆时，电流与束流/晶片交叠比的关系。在理想的情况下，此时由于晶圆中没有注入离子，所以仅需要一小部分电子来中和离子束的空间电荷分布，此时晶圆未有带较强的正电现象，所以所述PEF2不需要额外的电子去中和所述晶圆，因此电流表3检测到是一电流低值。此后所述扫描控制模块4根据电流表3的检测结果控制所述工件扫描单元5和离子源系统1和所述束流传输系统7，例如改变工件扫描的速度和幅度等，从而实现对注入剂量和扫描范围的控制。

然后当所述晶圆扫描逐渐进入离子束流时，即离子束流与晶圆的交叠比不断增大，随着晶圆中注入的正离子的增多，所需的所述PEF2发射并进入晶圆的低能量的中和电子也随之不断增多，所以所述电流表3产生的电流值不断增加，如图2中电流与束流/晶片交叠比的示意图所示。而且所述电流值能够实时地反应实际注入晶圆的离子剂量。此时所述扫描控制模块4根据电流表3的检测结果控制工件扫描单元5和所述离子源系统1和束流传输系统7，例如改变工件扫描的速度和幅度以及离子束流的束流角度分布和束流强度分布等，从而可以实时地调节注入剂量和注入均匀性，以及扫描范围。

此后，如图2电流与束流/晶片交叠比的示意图中的右端点所示，当所述晶圆扫描完全覆盖离子束流时，此时由于注入晶圆的正离子的量就是离子的电流量，不在有明显变化直到晶圆扫描完全渐出离子束流为止，所以所述电流表3产生的电流值也无明显变化，所以在图2中表现为右端点。此外由于电流表3产生的电流值能够实时的反应实际注入剂量的变化，所以此时如果实际注入的剂量产生波动还可以通过所述扫描控制模块4和所述离子源系统1和束流传输系统7，从而可以抑制实际注入剂量的波动，从而更进一步地控制晶圆的注入的均匀性，并有效地控制晶圆扫描范围，最大地提高产能。

此后当所述晶圆逐渐扫描出离子束流的过程中，所述电流与束流/晶片交叠比之间的变化的曲线与图2中的所示曲线相同，其与所述晶圆逐渐扫描进入离子束流的过程的区别在于曲线的变化的方向相反。

采用本实施例中的离子注入实时检测和控制装置可以实时地监控离子注入剂量，并实时地调节注入的剂量，从而进一步的提高的晶片注入的均匀性，并有效地实时控制晶圆的扫描范围，提高离子束流的利用率，达到产能最优化。

第二实施例：

如图3所示离子注入实时检测和控制装置的结构示意图，其中本实施例中的离子注入实时检测和控制装置在第一实施例的离子注入实时检测和控制装置的基础上还包括一探针6，并且所述电流表3不再检测所述PEF2发射出的电量，而是检测流入所述探针6的电量。

本实施例中的探针6具有一偏置电压并用于接收所述PEF2产生的部分电量。所述探针6临近所述PEF2的发射口，此外所述探针6还可以是在所述束流传输系统7产生的离子束流的传输路径上，也可以是在所述束流传输系统7产生的离子束流的传输路径以外的区域，但为了减少探针6对离子束流的影响，一般会将探针6到所述离子束流的传输路径的距离设置在较远于所述PEF2到所述离子束流的传输路径的距离处，即所述探针6远离束流的传输路径并靠近所述PEF2；从而在能够接收所述PEF2产生的部分电量的同时减少探针6上的偏置电压对注入的离子束流的影响。其中用户可以通过调节所述探针6的偏置电压，探针6的几何形状，和到PEF2的距离来控制所述探针接收的电量信号强弱和灵敏度。

所述电流表3用于检测所述探针6的电量，由于本实施例中采用的PEF2在一定工作条件下有一较稳定的电子生成率，因而当PEF2产生的电子中，与离子束流中的正电荷中和的电子增加时，探针6从所述PEF2接收的电量就会相应减少，所以所述电流表3产生的电流值与所述PEF2发射并进入晶圆的电量成一类似反比的关系，从而所述电流值也同样与注入的离子束流成类似反比的关系，所以本实施例中的电流表3同样实现了实时地监控离子注入的剂量。

此外其他的部件的功能都与第一实施例中相同，此处就不在赘述。

本实施例的工作原理如下所述：

本实施例中晶圆扫描通过离子束流的过程中的电流曲线如图4的电流与束流/晶片交叠比的示意图所示，其中左边的端点对应于当所述晶圆扫描进入离子束流前，电流与束流/晶片交叠比的关系。此时无论在理想的情况下还是实际的情况下，由于晶圆中几乎没有注入离子，所以晶圆不呈现正电偏压，也无需要用电子来中和，此时所述PEF2产生的低能量的电子极少进入晶圆，所以探针6从PEF2接收的电子最多，因此电流表3产生的电流值有极大值。此后所述扫描控制模块4根据电流表3的检测结果控制工件扫描单元5以及离子源系统1和束流传输系统7，例如改变工件扫描的速度和幅度和离子束流的束流角度分布和束流强度分布等，从而可以实时地调节注入剂量和注入均匀性，以及扫描范围。

然后当所述晶圆逐渐扫描进入离子束流时，即离子束流与晶圆的交叠比不断增大，随着晶圆中注入的正离子的增多，所述PEF2产生的低能量的电子中进入晶圆进行中和的电子也随之不断增多，所以所述探针从PEF2能够接收到的电子相应减少，呈现出一种类似反比的关系。因此电流表3产生的电流值不断减少，如图4中电流与束流/晶片交叠比的示意图所示。而且所述电流值是随注入剂量的变化不断变化的，因而实时地反应了实际注入晶圆的剂量。

此后，如图4的电流与束流/晶片交叠比的示意图中的右端点所示，当所述晶圆扫描完全覆盖离子束流时，此时由于注入晶圆的正离子为一极大值，所以所述探针从PEF2能够接收的电子量最少，因此电流表3产生的电流值为一极小值，所以在图4中表现为右端点。此外由于电流表3产生的电流值能够实时的反应实际注入剂量的变化，所以此时如果实际注入的剂量产生波动还可以通过所述扫描控制模块4以及离子源系统1和束流传输系统7改变晶圆的扫描速度和幅度和离子束流，从而可以抑制实际注入剂量的波动，从而更进一步地控制晶圆的注入的均匀性。

此后当所述晶圆逐渐扫描出离子束流时，所述电流与束流/晶片交叠比之间的变化的曲线与图4中的所示曲线相同，其与所述晶圆逐渐扫描进入离子束流的过程的区别在于变化曲线的变化的方向相反。

本实施例通过采用一探针，从而减少了PEF参数变化对电量检测的影响，提高了电量检测的重复性。

本实施例相对于第一实施例中采用的注入离子检测的方法的另一优点在于其可以通过调节所述探针6的偏置电压，探针6的几何形状，和到PEF2的距离等参数来控制所述探针接收的电量信号的强弱和灵敏度以达到最佳控制效果。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种离子注入实时检测和控制装置，其包括一束流传输系统、一电子枪和一工件，其特征在于，所述离子注入实时检测和控制装置还包括：

一电量测量模块，用于测量所述电子枪发射并进入所述工件的电量；以及

一扫描控制模块，用于根据所述电量测量模块测量的电量，控制工件相对离子束流的移动和/或控制所述束流传输系统生成的离子束流，进而控制注入剂量和注入均匀性。

2.如权利要求1所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述电量测量模块为一电流表。

3.如权利要求1所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述电子枪为PEF。

4.如权利要求1所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述工件为晶圆。

5.如权利要求1所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述扫描控制模块用于调节工件相对离子束流扫描的速度和幅度和/或所述束流传输系统生成的束流的束流角度分布和束流强度分布，进而控制注入剂量和注入均匀性。

6.一种离子注入实时检测和控制装置，其包括一束流传输系统和一电子枪，其特征在于，所述离子注入实时检测和控制装置还包括：

一探针，具有一偏置电压并用于接收所述电子枪产生的部分电子；

一电量测量模块，用于测量流入所述探针的电量；以及

一扫描控制模块，用于根据所述电量测量模块测量的电量控制工件相对离子束流扫描的移动和/或控制所述束流传输系统生成的离子束流，进而控制注入剂量和注入均匀性。

7.如权利要求6所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述电量测量模块为一电流表。

8.如权利要求6所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述电子枪为PEF。

9.如权利要求6所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述探针临近所述电子枪的电子发射口。

10.如权利要求6所述的离子注入实时检测和控制装置，其特征在于，所述扫描控制模块用于调节工件相对离子束流扫描的速度和幅度和/或所述束流传输系统生成的束流的束流角度分布和束流强度分布，进而控制注入剂量和注入均匀性。