CN104332377B - 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法 - Google Patents

一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104332377B
CN104332377B CN201410457041.3A CN201410457041A CN104332377B CN 104332377 B CN104332377 B CN 104332377B CN 201410457041 A CN201410457041 A CN 201410457041A CN 104332377 B CN104332377 B CN 104332377B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dosage
grammed switch
line
circuit
ion implantation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410457041.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104332377A (zh
Inventor
钟新华
王迪平
易文杰
袁卫华
彭立波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Scintillation Section Zhongkexin Electronic Equipment Co.,Ltd.
Original Assignee
CETC 48 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 48 Research Institute filed Critical CETC 48 Research Institute
Priority to CN201410457041.3A priority Critical patent/CN104332377B/zh
Publication of CN104332377A publication Critical patent/CN104332377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104332377B publication Critical patent/CN104332377B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法,测控装置，包括CPU单元，CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与法拉第杯接入端口连接。本发明能精确测量离子束流与剂量。

Description

一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法
技术领域
本发明涉及离子束注入领域,特别是一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法。
背景技术
早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其离子在电场中加速，获得较高的速度后植入固体材料的表面，以改变这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。
从1858年世界上第一块集成电路诞生至今的50多年中，世界集成电路技术与产业的飞速发展，经历小规模（数百个元件）、中规模、大规模、超大规模、到今天已进入特大规模（千万以上个元件）的时代。随着集成度的提高和电路规模的增大，电路中单元器件尺寸不断缩小，图形特征尺寸成为每一代电路技术的特有表征。20世纪末，集成电路制造技术主流为0.13微米的8英寸硅片；但是经过几年的时间，100纳米，65纳米，32纳米，28纳米的工艺也陆续进入生产；同时受到经济利益的驱动，集成电路制造厂商追求更低的生产成本和更高的生产效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，从而可以在单块硅片上可以生产更多的器件。
随着关键尺寸的减小和硅片尺寸的增大，对注入剂量的准确性、注入剂量的均匀性提出了更高的要求。离子注入设备的束流和剂量的测量与控制器是保注入剂量的准确性和注入剂量的均匀性关键部件。由于离子束从离子源引出来为一点状束斑，通过束斑和晶片相对二维运动，将离子束均匀地洒落到晶片表面。束斑和晶片相对二维运动，有以下几种实现方法：第一种方法是晶片固定不动，束斑通过水平方向和垂直方向的扫描电场控制其在晶片表面做二维运动；第二种方法是束斑固定不动，晶片放置在一个二维机械运动平台上，二维机械扫描运动也可以将离子束洒满整个晶片表面；第三种方法是在水平方向，通过扫描电场控制束斑往复运动，垂直方向，通过机械扫描运动，控制晶片垂直上下运动。现有的测控技术无法实现粒子束流与剂量的精确测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法，精确有效地测量离子束流与剂量。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与法拉第杯接入端口连接。
本发明还提供了一种利用上述离子注入机束流与剂量测控装置控制离子注入剂量的方法，该方法为：离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流峰值采集功能，通过读取AD转换数据，确定合适的档位并通过档位程控开关选择档位；离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流采集功能，水平方向移动法拉第杯同时采集不同位置的束流值，通过水平方向的束流密度分布产生校准的扫描波形，并通过SPI通信接口将波形数据存入到CPU单元的波形数据寄存区；离子注入工艺时，采用垂直机械扫描运动和水平方向电场扫描运动将离子均匀地植入到晶片表面；所述晶片所在平面与法拉第杯所在平面垂直；垂直机械扫描时，每运动一个等距离ΔS，向CPU单元发出一个触发脉冲，即位置同步信号；CPU单元检测到该触发信号，输出一个“W”型扫描波形，控制离子束水平方向返复扫描4次，完成一次剂量Q采集，即单次注入机离子密度为D = Q / (ΔS * W )，其中W为法拉第杯开口宽度。
ΔS取值为1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm中的一种。
所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路，所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻连接；所述可调电阻与+15V电源连接。
所述峰值捕捉电路包括第二运算放大器；所述第二运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述第二运算放大器的两个电源引脚各与一个电容连接，所述电容接地；所述第二运算放大器的输出端与场效应晶体管的漏极和源极连接。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明能精确测量离子束流与剂量，并提供了一种准确有效的剂量控制方法，保证离子注入剂量的均匀性、重复性和精度均能达到较高水平，能满足当前先进生产工艺需求。
附图说明
图1为本发明一实施例测控装置构成示意图；
图2为本发明一实施例离子注入剂量控制时序示意图。
图3为本发明一实施例离子注入扫描示意图；
图4为本发明一实施例剂量积分电路原理图；
图5为本发明一实施例峰值捕捉电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明了一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元，芯片型号为PIC18C452，用于存储扫描波形数据、运行控制程序、接收外部指令及垂直机械扫描同步信号和统一指挥协调其它功能模块工作等。所述CPU单元与SPI通信接口连接，实现与外部数据的交互。所述CPU单元通过16位并行接口与波形发生电路连接，波形发生电路采用的主要芯片型号为AD768AR，在波形输出时，控制程序将波形数据实时地送到波形发生电路，产生预存的扫描波形输出。所述CPU单元通过片选信号与通道程控开关、档位程控开关和束流/剂量程控开关相连，程控开关采用固态继电器组实现，控制法拉第杯通道选择、合适档位选择和采集目标的选择。所述CPU单元向剂量积分电路（图4）和峰值捕捉电路（图5）输出触发信号控制两个功能模块工作，触发信号低电平有效，有效电平宽度精确可控。所述CPU单元通过ADC触发信号启动型号为AD977的16位ADC模块完成一次AD转换，ADC触发信号可以由命令发出，也可以由剂量/峰值触发信号联动产生，即当剂量/峰值触发信号关闭后延时几个微秒自动发出。本发明的装置通过法拉第杯接入端口同时接入5个法拉第杯、5档束流测量量程、通过波形发生器产生两路正负对称的扫描波形，设计了剂量积分电路和束流峰值检测电路，能与垂直机械扫描同步。
本发明的离子注入扫描与剂量控制方法，在垂直机械扫描时，每运动一个等距离ΔS，向离子注入机束流和剂量控制器发出一个触发脉冲，即位置同步信号，ΔS有几种不同的取值1.27mm、0.635mm、0.508mm和0.381mm，为了保证同步信号在等时间间隔发出，即不同的扫描速度有不同的ΔS取值。离子注入机束流和剂量控制器检测到此触发信号，上升沿有效，输出一个“W”型扫描波形。然而，每个“W”型扫描波形控制一个剂量积分信号的产生，积分信号宽度（低电平有效）可在扫描波形数据中进行设定。三个信号时序关系如图２所示。即重直方向机械扫描运动每移动一个ΔS，离子束斑在水平方向完成4次往复扫描，完成一次剂量Q采集。即单次注入机离子密度为D = Q / (ΔS * W )，其中W为法拉第杯开口宽度,其取值为3.18mm。
如图4所示，所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路(C3、C9），所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容C2、C4连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻R1连接；所述可调电阻与+15V电源连接。
如图5所示，所述峰值捕捉电路包括第二运算放大器；所述第二运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述第二运算放大器的两个电源引脚各与一个电容C8、C7连接，电容C8、C7接地；所述第二运算放大器的输出端与场效应晶体管2N5432的漏极和源极连接；场效应晶体管2N5432的栅极与电容C1连接，电容C1接地；第二运算放大器的负输入端与场效应晶体管2N5432的栅极连接，输出峰值；第二运算放大器的正输入端输入束流。

Claims (7)

1. 一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；其特征在于，所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与离子注入机的法拉第杯接入端口连接；所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路，所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻连接；所述可调电阻与+15V电源连接。
2.根据权利要求1所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述CPU单元型号为PIC18C452。
3.根据权利要求1或2所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述波形发生电路型号为AD768AR。
4.根据权利要求3所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关均采用固态继电器组。
5.根据权利要求1所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述峰值捕捉电路包括第二运算放大器；所述第二运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述第二运算放大器的两个电源引脚各与一个电容连接，所述电容接地；所述第二运算放大器的输出端与场效应晶体管的漏极和源极连接。
6.一种利用权利要求1所述的离子注入机束流与剂量测控装置控制离子注入剂量的方法，其特征在于，该方法为：
离子注入前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流峰值采集功能，通过读取AD转换数据，确定合适的档位并通过档位程控开关选择档位；通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流采集功能，水平方向移动法拉第杯同时采集不同位置的束流值，通过水平方向的束流密度分布产生校准的扫描波形，并将扫描波形数据存入到CPU单元的波形数据寄存区；
离子注入时，采用垂直机械扫描运动和水平方向电场扫描运动将离子均匀地植入到晶片表面；所述晶片所在平面与法拉第杯所在平面垂直；垂直机械扫描时，每运动一个等距离ΔS，向CPU单元发出一个触发脉冲，即位置同步信号；CPU单元检测到该触发信号，输出一个“W”型扫描波形，控制离子束水平方向返复扫描4次，完成一次剂量Q采集，即单次注入机离子密度为D = Q / (ΔS * W )，其中W为法拉第杯开口宽度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，ΔS取值为1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm中的一种。
CN201410457041.3A 2014-09-10 2014-09-10 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法 Active CN104332377B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410457041.3A CN104332377B (zh) 2014-09-10 2014-09-10 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410457041.3A CN104332377B (zh) 2014-09-10 2014-09-10 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104332377A CN104332377A (zh) 2015-02-04
CN104332377B true CN104332377B (zh) 2016-08-17

Family

ID=52407087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410457041.3A Active CN104332377B (zh) 2014-09-10 2014-09-10 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104332377B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109309023A (zh) * 2017-07-26 2019-02-05 北京中科信电子装备有限公司 一种通用的监测离子束流分布的方法
CN109671606A (zh) * 2017-10-16 2019-04-23 北京中科信电子装备有限公司 一种离子注入机中剂量控制系统
CN112635280B (zh) * 2020-12-12 2024-02-23 北京烁科中科信电子装备有限公司 一种离子注入机束流与剂量测控装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6169015B1 (en) * 2000-01-14 2001-01-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Method and apparatus for controlling the dosage of ions implanted into a semiconductor wafer
CN102347194A (zh) * 2010-08-02 2012-02-08 北京中科信电子装备有限公司 一种精确控制离子注入分布均匀的方法
CN103094035A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 北京中科信电子装备有限公司 一种宽带束均匀性控制的方法与装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6169015B1 (en) * 2000-01-14 2001-01-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Method and apparatus for controlling the dosage of ions implanted into a semiconductor wafer
CN102347194A (zh) * 2010-08-02 2012-02-08 北京中科信电子装备有限公司 一种精确控制离子注入分布均匀的方法
CN103094035A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 北京中科信电子装备有限公司 一种宽带束均匀性控制的方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104332377A (zh) 2015-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104332377B (zh) 一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法
CN108267679B (zh) 基于重离子微束辐照的锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法
CN103646892B (zh) 离子注入角度监控方法
CN103219217A (zh) 一种用于离子注入机靶室的法拉第系统及离子束束流品质检测的方法
CN100524628C (zh) 一种离子注入均匀性控制系统及控制方法
Van der Heide et al. Explanation of high solar cell diode factors by nonuniform contact resistance
CN110289224A (zh) 一种精确监控并改善方块电阻量测稳定性的方法
CN103367193A (zh) 栅氧化层陷阱密度及位置的测试方法及装置
Römer Polycrystalline silicon/monocrystalline silicon junctions and their application as passivated contacts for Si solar cells
CN105974294B (zh) 一种半导体器件γ射线辐射响应的实时在线测试系统
Mauch et al. Ultrafast reverse recovery time measurement for wide-bandgap diodes
CN102005362A (zh) 一种离子注入机双法拉第杯测量比值校正系统及校正方法
CN105960696B (zh) 用于在扫描束离子布植器中提高束利用率的方法
CN100378915C (zh) 一种平行束注入角度测量方法
CN103344898A (zh) 晶圆允收测试系统及方法
CN106324654B (zh) 离子注入的测量方法
Roth et al. In-depth analysis of transient errors of inline IV measurements
CN103868952B (zh) 离子注入层载流子浓度测试方法
Fell et al. A fast and easy perovskite solar cell simulation tool featuring ion migration
Fell et al. Characterization of laser-doped localized pn junctions for high efficiency silicon solar cells
CN103715048B (zh) 一种离子注入机竖直方向离子束角度测控系统及测量方法
TWI823125B (zh) 帶電粒子束裝置及相關的非暫時性電腦可讀媒體
Franks et al. E-TCT characterization of a thinned, backside biased, irradiated HV-CMOS pixel test structure
Demidova et al. Different chips at identical marking on the example of OP1177
CN103839849B (zh) 离子注入段问题机台的判定方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210122

Address after: 1st floor, building 1, No.6 Xingguang 2nd Street, Tongzhou District, Beijing

Patentee after: Beijing Scintillation Section Zhongkexin Electronic Equipment Co.,Ltd.

Address before: 410111, No. 1025, paving road, Tianxin District, Hunan, Changsha

Patentee before: FORTY-EIGHTH RESEARCH INSTITUTE OF CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY Group Corp.