TW460898B - Charge-up measuring apparatus - Google Patents

Description

46〇Ssg 五、發明說明（l) ' --: 發明之昔吾 1,發明之颔迹 本發明係關於一種充電測量裝置，其係配合一離子束脬 射，置而使用，用於以離子束照射一基材，以進行離子= 入等處理，或配合一離子植入裝置而使用，用於以一離 ^照射一半導體基材，以在半導體基材之表面形成肋^場 效電日日體（field effect i；ransist〇r，簡稱MOSFET)，戍 配合其他類似裝置而使用，用於以離子束照射測量基材3 充電（電荷現象），特別係關於一種供模擬式測量基 之充電測量裝置。 電 相關技藝之說明 . ，ΐ今μ人!1!執行離子植入至半導體基材，例如半導體 裝置，藉以在半導體基材之表面形

場效電晶體10。 口0 Υ所不之M〇S 簡單而言，M0S場效電晶體丨〇係藉根據 導體基材（例如石夕基材）2之声面預疋圖案’在半 膜4及一元件分隔氧化物薄膜5，在閑極氧化氧 ^ 面形成一閘極電極6，及使用閘極電極6作為^ # ,、以表 摻雜物（摻雜雜質）離子之離子植入 f 執行 藉以形成二雜質摻雜層8之預定閉：電極6之兩側’ 質摻雜層8變為源極及另一雜質雜屉步：所製成。-雜 π κ #仏此％ 雖負私雜層8變為汲極。 閘極虱化物薄膜4夾在閘極電極6 聊場效電晶體10之部份，形成體基材2中間之 雜物離子植入時間，相應所傳送 ^構’並且在接 正電何積聚在閘極電極

89107834.ptd 4e〇898 五、發明說明（2) 此刪S場效電晶體10有細微化之；#M =成二微時’開極氧化物薄膜4變薄。例" ϊΐIΓ, ^^ ^^, 膜4之射懕滅彳εΓ 3極氧化物缚膜4變薄時，閘極氧化物薄 匕物薄膜4約為5〇毫微米 毛何在閘極電極6隨離子植入而積聚， :且電壓變為約5伏時’電流開始流動 ::。貫穿閉極氧化物薄膜4之電荷量儘可能減 致專 ::極氧化物薄膜4之可靠性，並延長顧場效電晶體丨。： 為抑制如以上所說明，由離子所導致之正充電（電荷積 :旦雷/ 裝置通常設有-電子供給源，用於供給低 = 以！在摻雜基材之上游附近中和至離子束。電 2;::;為一刪給源，用於供給含低能量電子之 如果提供此種電子供給源或電聚供給 材表面便發生正充•，並且在 :量則；；材；充電1此，較佳為控制電子供 ’D此-ί ΐ 必要測量在基材之充電狀態。 此寻充電測量技術之一，為一種技術，並中在美 :形成-充電測量裝置，並在離子植入後，檢查“之特 將推雜基材自真空容器取“供測量此在：=電ΐ

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4 β〇89 Β 五、發明說明（4) 充電測量精確度降低。 之概述 因此本發明之一項目的，為提供一種充電測量裝置，能 模擬式測量基材之充電，而且具有高準確度。 根據本發明之第一態樣s提 複數個測量導體設置在一穿過 束’複數個雙向固定電壓元件 ~對應，及複數個電流測量儀 疋電壓元件流動之電流之極性 根據本發明之第一態樣，如 測量導體經歷離子束照射，並 正或負升高。然而，由於使用 導體之電壓小於對應雙向固定 向固定電壓元件阻斷測量導體 ，電流測量儀器。如果任何測 =電壓’便使連接至測量導體 電丄並且極性及量級響應測量 ^定電壓元件流入對其校正之 貝J里電流之極性及量級。因 相似於基材者之狀態，從而 當雙向固定電壓元件 『电，不升高高於對應雙向固 即’每·一測量導體之充電電壞 而’在測量時間，可減少每 供一種充電測量裝置，包含 離子束之平面以供接收離子 連接至測量導體成一種一對 器各供測量通過對應雙向固 及量級。 果離子束不完全中和，每一 予以正或負充電，並使電壓 雙向固定電壓元件，在測量 電壓元件之崩潰電壓時，雙 之電壓，並且無電流流入對 量導體有充電電壓升高至崩 之雙向固定電壓元件成為導 導體之充電之電流通過雙向 %流測量儀器。電流測量儀 此，將每一測量導體置於在 可模擬式測量基材之充電。 導電時，每一測量導體之充 定電壓元件之崩潰電壓。亦 %限於崩潰電壓或更低。從 蜊量導體之電壓在低能量電

4 SO 8^8 五、發明說明（5) 而且具 = ί應。因A ’可模擬式測量基材之充電 根據本發明之第二態樣’ 器，代替電流夠量儀器，各旦u個電荷量測量儀 電壓元件之正及負電荷之量。因=徵動通過對應雙向固定 可模擬式測量基材之充電，而』女，據通過之電荷量， 根據本發明之第三態#，為根據：：確⑨。 置使用充電測量裝t，供藉離 1配合離子植入裝 形綱場效電晶體，較佳 —雔在:導體基衬之表面 】潰=幾，QS場效電晶體之之 ^。因此’可使每-測量導體之最大充電電/幾/μ之耐 基材表面之騰場效電晶 成手寺於在 式測量基材之充電，而且具有高準確度電，因而可横擬 根攄本發明之第四態樣，可提供複數個 器，代替電流剛量儀器’各供測量流動 ；以 電而貫穿MOS場效負電電/1之量。因/^可模擬式測量因為充 ^ 電晶體之閘極乳化物溥膜之電荷量，而 ” ^車乂 ^準確度。從而，不僅可測量Μ 〇 S場效電晶體1 〇之 據通過問極氧化物薄膜之電荷量， 發明之較佳具 以下將參，、、、p付圖，說明本發明之較佳具體例。 圖1—為本I月配合〜離子束照射裝置使用之充電測量 置之實例之圖。圖2為圖1中之測量導體之環境之放大侧視

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第9頁 4 898 五'發明說明（6) 圖。 2，離、子束照射裝置在真空大氣以一離子束1 2照射一基材 —1 以2供執行基材2之離子植入1離子束蝕刻等處理。為執 Y每一植入至基材2 ’該裝置可稱為離子植入裝置。如以 2 j明，基材2例如為一種矽基材等之半導體基材。 ^例’離子束12藉掃描裝置（未示），在X方向（例如水 驻搞三壯予以知描。為以離子束1 2照射基材2之整個表面， 置（未示）在一實際正交於X方向之Y方向（例如Y方 :，、0I械式知描基材2。為使離子束1 2入射在稍後所說明 ^ ί —體22，使基材2自離子束12之轨道後退。 之#二1 R電子供給源之實例，將一用於供給含低能量電子 其;y· 9水供電褚中和至離子束1 2之電漿供給源14置於在 Λ ，&。電漿供給源14也稱為電漿溢流搶。 在—*二f置裝置2〇在此具體例有複數個測量導體22設置 向固ίΪ界子之平面，以供接收離子束12 ’複數個雙 $ ，土疋件連接至測量導體成一種一對一對應，及 ;28 動==量儀器3〇各供測量通過對應雙向固定i塵元 將電流1之極性(換言之方向)及量'級。 述體22,排設置在離子束12之掃描*向’亦即上 絕緣及"如圖2 ^ I例，# 一測量導體22為矩形，並予以電 支承在—支座24前面。 體22之數愈大，：量但不限於特定數1量導 較佳為’將測量導體22置於靠近將行對其作測量之基材

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第]〇頁 460898 五、發明說明（7) 2。如此，可將測量導體22置於在—相似於基材2者之狀 態’亦即可使電漿1 6中之電子及到達基材2之離子束1 2之 狀態接近電漿1 6中之電子及到達測量導體22之離子束丨2之 狀態者’因而可更準確作成基材2之充電測量。可使用一 多點束視益作為支座2 4，例如供如j p 一 a - 4 - 2 2 9 0 0號中所 說明，測量離子束等之平行度。 母雙向固入電壓元件28為一示正電壓及負電壓之固定 電壓特徵之元件。亦即，其為一有下列特徵之元件：電流 t艮少流動，直到稱為崩潰電壓之正電壓及負電壓之固定電 壓)亚且在超過崩潰電壓時，電流開始快速流動，並且越 =元件之電壓不升咼高於崩潰電壓。何以使用雙向固定電 壓π件28之原因，為基材2或每—測量導體22依自電漿供 :1 4之電子供給量而正或負充電’纟因此可使用雙向固 疋電壓元件28測量正充電及負充電。 ,ίϊ為，使用—示正電塵及負電壓之曾納(Ζτ)特徵 之雙向曹納（Zener)二極體，竹氣夂 她丄 , 高特徵μ共雙向曾納，ί負4;有復明晰之電流升 使用—雔e w a ϋ—極胆朋潰電壓稱為曾納電壓。可 使用雙向變阻&作為每一雙向固定電 比較大電容組件，並且由於快 ^ 能流動之虞1此為此原因，也；電：可 體。 〜仪^便用雙向曾納二極 上=固定在？元件28可由二固定電壓元件(例如 曰極體）在相反方向串聯連接所構成；此種組態也

89107834.pld mmm 460898 五、發明說明（8) 提供一實際雙向固定電壓元件。 每一電流測量儀器3 0例如為广安培計。流動通過每一雙 向固定電壓元件2 8之電流j，可配合一電流測量儀器而非 複數個電流測量儀器30予以切換及測量。 根據充電測量裝置2〇，如果離子束12不完全中和，每一 測量導體2 2經歷離子束照射，並予以正或負充電，並且電 壓正或負升高。然而，由於使用雙向固定電壓元件“，在 測直導體22之電壓小於對應雙向固定電壓元件28之崩潰電 壓牯，雙向固定電壓元件28阻斷測量導體22之電壓’並且 t ΐ ϊ ί 3應電流測量儀器3〇。如果任何測量導體22有 固定電；元壓’便使連接至測量導體22之雙向 22之充電之雷、、& ^為導電，並且極性及量級響應測量導體 之電流測量儀過雙向固曰定電壓元件28流入對其校正 量級。因此，將—電流測量儀益3 0測量電流I之極性及 之狀態’從測量導體22置於在一相似於基材2者 攸而可模擬式測量基材2之充電。 之充電電壓不升，電壓元件28導電時，每-測量導體22 壓。亦即，备一网局於對應雙向固定電壓元件28之崩潰電 低。從而，在測ΐ量導體22之充電電壓限於崩潰電壓或更 低能量電子軌2 :時間，可減少每-測量導體22之電壓在 電，而且具有ii;::因此，可模擬式測量基材之充 置Γ二:2置2°之測量結果之實例。圖示流入 '蕙導體22a至22h之電流工之測量結果。測

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嘯 第12頁 460898 五、發明說明（9) 量導體及22e位於在中央。每—雪、、ά 示對應測量導體22a至之充電者由i'及量級表 向掃描，峰位置隨時間而變化。 .丁不i Ζ之Λ刀 圖5示-不使用電漿供給源14之實例 正電荷所導致之正充電發生在所右Θ雕子束以之 圖6示一雖然使用電裝供給源導體…至22h。 射出之電子量未最佳化之實例；蒼一電漿供給源1 4所 生在測量導體22a，22h等。考慮自大正充電最後發 電子不足夠達到離子束12之末;部份二、給源14所射出之 圖7示一自電漿供給源14所射出之”電子 例；看出在測量導體至22(：最 量取么化之只 且充電整體受到很好抑制。 麦僅卷生略微負充電，並 可提供複數個電荷量測量儀器 3 〇，各供測量流動通過每一雙向二電流測I儀器 電荷量Q。 疋電麗元件28之正及負 每-電荷量測量儀器32有—電荷量 極體34a，供測量正電荷量〇1 破置36a及一一 及一二極體34b，供測量負電荷量⑽:電，量測量裝置36b 例’電荷量測量裝置^及二極體如在圖3中所示之實 36b及二極體34b並聯連接。每_ J電荷量測量裝置 電荷量測量裝置咖），係例如由所：量裳置36a(每-戍。 α 文培計及一整合器構 流動通過每一雙向固定電壓元件28 電荷量測量儀器’而非複數 ：：夏Q，可利用- 电何里測量儀器32予以切換 460898 五、發明說明（ίο) ------ 及測量。關於圖3中之每—♦洱旦、日丨旦奸故。。 母 ％何量測量裝置36a及36b亦復 提供電荷量測量儀器32 ’從而可依據通過 電流，模擬式測量基材2之充電，@且具有高準確度里。而非 為配合離子植入裝置使用充電測量裝置2〇， =藉植入在基材2如半導體基材之表面，形成 m體”’車交佳為使每一雙向固定電廢元㈣ί :二::：幾乎等於，場效電晶體1 0之閘極氧化物薄臈4之 π =美β =，可使每一測量導體22之最大充電電壓幾乎等 可模擬式測詈穿雪/ 體10之最大充電電壓，因而 明，Μ〇ς m、!·充電， 具有較高準確度。如以上所說 晶體ίο之„曰曰體10之充電電塵不升高高於M0S場效電 2: ί -睡巧？氧化物薄膜4之耐壓；當雙向固定電廢元件 電壓，因而每測量導體22之充電電壓也不升高高於崩潰 Α 可更準確模擬基材2之充電狀態。 為酉己ΰ離+播人般：班 基材之表面妒使用充電測量裝置20，供在半導體 —替而η h形成M〇S %效電晶體10 ,如以上所說明設定每 儀器3°2，定私f兀件28之崩潰電壓，並可使用電荷量測量 電而貫弈Μη«/+旦电'瓜測里儀器3 〇 S從而可模擬式測量因為充 而有較言、；場效電晶體1 0之閑極氧化物薄膜4之電荷量’ 場效^ Γ準確度。從而’不僅使能測量在基材表面之MOS 體二=狀態’但也使能作下列測量： 能力，作冤印體1 0之閘極氧化物薄膜4通常有一種自回復 女果貝牙閘極氧化物薄膜4之所有電荷量變為—

89107834.ptd 第14頁 ^60898 五、發明說明（11) 預定值（例如1 〇庫侖/平方厘米）或更多， 力，並且閘極氧化物薄膜4被電崩潰。亦便喪失自回復能 體1 〇被電崩潰。由於充電测量裝置20可禮g卩，1^〇S場效電晶 極氧化物薄膜4之電荷量，而有較高準確、擬式測量貫穿閘 據通過閘極氧化物薄膜4之電荷量7並立艾故也可能依 電晶體10，模擬式測量一種斷路模式''。错伸通過MOS場效 式測量因為相對於M0S場效電晶體〗〇未自、。即^也可能模擬 量之充電，而流動之電荷量^ 回復之通過電荷 圊4為本發明配合—離子束照射裴置使 置之另一實例之圖。將主要討論在此充電^旦充電測量襄 參照圖1所說明充電測量裝置間之差昱。在1 f置與先前 :卜通過任何方向固定電壓元件28流動之電之/體 應於方向固定電壓元件28之電流* ，藉〜對 電壓：所提供之電壓藉—對A於電流—電壓：：：：成為 J二對應於A/D轉換器4〇之整合器42予以整人，/及負側 j荷量Q1及負電荷量Q2，藉二對應於二整合叫之外氣正 電荷量Q2與一參考電荷_比丄較器 =入至—電聚供给源控制器46，其然後控制電‘ 例如，供一用於如以上所說明在一基材2 ^效電晶體^之離子植人裝置，間 表面 ί電荷量約為10庫侖/平方厘米。因此，可選擇 1 =回 (例如約^丄至^叭）作為參考電荷量⑽。 4S089B 五、發明說明（12) 例如，在輪入點，亦即有正電何® Q1超過餐考電何sQO 之測量導體22之數為一預定數或更多時，自電漿供給源1 4 之所射出之電漿1 6之量，在電漿供給源控制器46之控制下 增加。在另一方面，在輸入點亦即有負電荷量Q2超過參考 電荷量Q0之測量導體22之數為一預定數或更多時，自電漿 供給源1 4之所射出之電漿1 6之量，在電漿供給源控制器4 6 之控制下減少，從而可使自電漿供給源1 4所射出電漿1 6之 量最佳化，並藉延伸電子量，以供抑制充電。因此，可例 如提供一如圖7中所示之良好結果。 在圖4中之實例，每一電流-電壓轉換器38及每一A/D轉 換器4 0對應於圖1中所示之每一電流測量儀器3 0，以及每 一電流-電壓轉換器38，每一A/D轉換器40，及整合器42對 應於圖1中所示之每一電荷量測量儀器3 2。 根據本發明之第一態樣，如果任何測量導體有充電電壓 升高至雙向固定電壓元件之崩潰電壓，便使連接至測量導 體之雙向固定電壓元件成為導電，並且極性及量級響應測 量導體之充電之電流通過雙向固定電壓元件流入對其校正 之電流測量儀器，並可利用電流測量儀器予以測量，因而 可模擬式測量基材之充電。而且，當雙向固定電壓元件導 電時，每一測量導體之充電電壓不升高高於對應雙向固定 電壓元件之崩潰電壓，因而在測量時間，可減少每一測量 導體2 2之電壓在低能量電子軌道之效應。因此，可模擬式 測量基材之充電，而且具有高準確度。 根據本發明之第二態樣，提供複數個電荷量測量儀器，

89107S34.ptd 第16頁 ά60898 五、發明說明（13) 各供測量通過對應雙向固定電壓元件流動之 量。因此，可依據通過電荷量模擬式測及負電荷之 且具有高準確度。 ^才之充電，而 根據本發明之第三態樣，使每—雙向 ― 潰電壓幾乎等於形成在半導體基材之表面之==曰元件$之崩 體之閘極氧化物薄膜之耐壓。因此，可使每—、舒/文電晶 最大充電電壓幾乎等於在基材表面之M0S場效雷體之 大充電電壓。因此，可模擬式測量在美 日日體之最 電晶體之充電，而且具有較高準確;基材表面之M〇S場效 根據本發明之第四態樣，提供複數個電荷量測量 f供：量通過對應雙向固定電壓元件流動之正及負電；之 ϊ ! ΐ ::模擬式測量因為充電而貫穿M 0 s場效電晶體 #寻膜之電荷量’而具有較高準確度，從而不 = 效電晶體ι〇之充電狀態，而且也可依據通 過閘極乳化物薄臈之電荷量模擬測量斷路模式。

460898 ___案號 89107834 修正 年月曰

WW 圖式簡單說明 圖1為本發明配合一離子束照射裝置使用之充電測量裝 置實例之圖； 圖2為圖1中之測量導體'之環境之放大側視圖； 圖3為電路圖，顯示一電荷量測量儀器之實例； 圖4為本發明配合一離子束照射裝置使用之充電測量裝 置之另一實例之圖； 圖5為圖1中所示充電測量裝置之測量結果之實例之圖； 圖6為圖1中所示充電測量裝置之測量結果之另一實例之 圖； 圖7為圖1中所示充電測量裝置之測量結果之又一實例之 圖；以及 圖8為概略剖面圖，以放大比例示一形成在半導體基材 表面之MOS場效電晶體之實例。 元件編號說明 2 基材 4 閘極氧化物薄膜 5 元件分隔氧化物薄膜 6 閑極電極 8 雜質摻雜層 10 MOS場效電晶體 12 離子束 14 電漿供給源 16 電漿 20 充電測量裝置

89107834.ptc 第18頁 460898 案號 89107834 修正 9〇· 8· 28 圖式簡單說明 22 測量導體 22a~22h 測量導體 24 支座 26 電陶瓷 28 雙向固定電壓元件 30 電流測量儀器 32 電荷量測量儀器 34a 二極體 34b 二極體 3 6a 電荷量測量裝置 36b 電荷量測量裝置 38 電流-電壓轉換器 40 類比-數位轉換器 42 整合器 44 比較器 46 電漿供給源控制器 I 電流 Q0 參考電荷量 Q1 正電荷量 Q2 負電荷量

89107834,ptc 第18a頁

Claims (1)

1. 460898 六、申請專利範圍 1. —種充電測量裝置，其係配合—離子束照射裝置而使 用，用於以一離子束照射/基材’ δ玄充電測量裝置包含： 複數個測量導體，設置在一穿過離子朿之平面上，用於 接收離子束； 複數個雙向固定電塵元件，連换至该複數個測量導體’ 成一種一對一對應；以及 複數個電流測量儀器，各用於測量流過對應雙向固定電 Έ 件之電流的極性及量級。 2. ~種充電測量裝置，其係配合一離子束照射裝置而使 用’用於以一離子束照射一基材’該充電測量裝置包含： 複數個測量導體，設置在一穿過離子束之平面上，用於 接收離子束； 嗔數個雙向固定電壓元件’連接至該複數個測量導體， 成一種—對一對應；以及 複數個電荷量測量儀器，各用於測量流過對應雙向固定 電壓元件之正及負電荷量。 3'種充電測量裝置，其係配合一離子束照射裝置而使 用乂用於以一離子束照射一基材，以在半導體基材之表面 上形成一M0S場效電晶體，該充電測量裝置包含： 複數個測量導體，設置在一穿過離子束 接收離子束； 上用於 複數個雙向固定電壓元件，連接至該複數個測量 一種—對一對應，該複數個雙向固定電壓元件各且^ 朋潰電壓幾乎等於M0S場效電晶體之閘極氧化物薄骐之耐

   89107834.ptd 第19 ‘頁 460898 <、申請專利圍 壓；以及 複數個電流測量儀器，各用於測量流過對應雙向固定電 壓元件之電流的極性及量級。 4. 一種充電測量裝置，其係配合一離子束照射裝置而 使用，用於以一離子束照射一基材，以在半導體基材之表 面上形成一 Μ 0 S場效電晶體，該充電測量裝置包含： 複數個測量導體，設置在一穿過離子束之平面上，用於 接收離子束； 複數個雙向固定電壓元件，連接至該複數個測量導體， 成一種一對一對應，該複數個雙向固定電壓元件各具有一 崩潰電壓幾乎等於M0S場效電晶體之閘極氧化物薄膜之耐 壓；以及 複數個電荷量測量儀器，各用於測量流過對應雙向固定 電壓元件之正及負電荷量。

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