离子注入设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种离子注入设备及方法，该离子注入设备包括离子源、一与该真空腔相连通的掺杂气体供应装置、一氢气供应装置，和偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流。通过偏转，可以通过采样部分或者全部束流，从而得知束流中氢和掺杂源元素的比例，并且通过检测结果来调整气态掺杂源和/或氢气的供应量，由此获得较为理想的束流参数。

Ion Implantation Equipment and Method

The invention discloses an ion implantation device and method, which comprises an ion source, a doping gas supply device connected with the vacuum chamber, a hydrogen supply device, and a deflection element for separating doping source ion beam and hydrogen ion beam from at least part of the beam, and an ion beam detection device for doping source ion beam on the ion beam transport path of the doping source. A hydrogen ion beam detection device is installed and/or located on the transmission path of hydrogen ion beam. The doping source ion beam detection device is used to detect the current of the doping source ion beam, and the hydrogen ion beam detection device is used to detect the current of the hydrogen ion beam. By deflection, the proportion of hydrogen and doping source elements in the beam can be obtained by sampling part or all of the beams, and the supply of gaseous doping source and/or hydrogen can be adjusted by the test results, thus the ideal beam parameters can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
离子注入设备及方法
本专利技术涉及一种离子注入设备及方法，特别是涉及一种束流稳定的离子注入设备及方法。
技术介绍
目前在主流的离子注入机中，需要N型掺杂时通常采用磷作为掺杂材料。为了产生磷离子束流，常用的是离子化磷烷(PH3)以引出磷离子束流。然而，离子化了磷烷后，需要增加质量分选装置将磷离子和氢离子分开，而质量分选装置无疑会增加设备的复杂度，增加设备的成本。而且，对于尺寸较大的束流(例如300mm高的束流)，质量分选装置的入口和出口必须大于300mm，较大的质量分选器会产生较大的电磁辐射，由此还需要增加屏蔽装置来保证生产者的安全。而如果不加质量分选装置，那么磷和氢均被注入至衬底中，而引出的束流中磷和氢的比例难以得到控制，检测到的电流是磷和氢的量的总和，这样一来被注入至衬底中的磷可能并未达到所需的剂量，注入剂量的不准确控制可能会对器件的性能产生影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中使用磷烷、硼烷等气态掺杂源作为待离子化气体时束流中气态掺杂源和氢的比例难以检测并控制的缺陷，提供一种束流稳定的离子注入设备及方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔，以及引出电极，其特点在于，该离子源还包括有：一掺杂气体供应装置，用于容置气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中，进入该真空腔中的氢气在该真空腔中产生氢等离子体；连接于该掺杂气体供应装置和该真空腔之间的第一流量计，用于控制被传输至该真空腔中的气态掺杂源的流量，连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的第二流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量；该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中根据质量的不同分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流和/或电流密度。采用磷烷或者硼氢化合物作为气态掺杂源时，除了掺杂元素(硼和磷)之外，还会有氢离子的产生。在不使用质量分选器的情况下，本专利技术通过偏转至少部分束流，来检测总的束流中掺杂元素和氢的比例，从而保证注入至衬底中的掺杂元素是符合要求的(如果没有这一检测，实际注入至衬底中的掺杂元素通常是不符合要求的，不足量或者过量)。另外，本专利技术通过适当引入额外的氢气提高了束流的稳定性，由于氢气的存在真空腔中会产生氢等离子体，由此使得真空腔的内部温度分布均匀，产生的等离子体更加稳定。优选地，该第一流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制气态掺杂源的流量，和/或，该第二流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制氢气的流量。本专利技术可以在不中断注入的情况下采样部分束流，以检测束流中氢和掺杂源的比例，以便调节气态掺杂源或者氢气的量，来达到理想的注入效果。或者，在注入之前，采样整体束流，同样根据检测结果来判断是否需要调整掺杂源的量。优选地，该离子注入设备还包括一整体束流检测装置，用于检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。为了获得束流的形态、电流(密度)等参数，离子注入装置可设置有用于检测整体束流的束流检测装置，例如可动的束流扫描检测装置，或者固定式的法拉第杯。通过束流检测装置可以获得总束流的参数(例如电流)，在这种情况下，只需要测得氢离子束流的参数或者掺杂源离子束流的参数，就能够根据检测结果来调节气态掺杂源和氢气，从而获得理想的束流。优选地，该掺杂源离子束流检测装置还用于检测掺杂源离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量，该氢离子束流检测装置还用于检测氢离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量。优选地，离子注入设备还包括：一控制器和一比较器，该控制器用于计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该第一流量计使通入的气态掺杂源降低第一流量阈值，和/或，启用该第二流量计使通入的氢气流量增加第二流量阈值；若该比值小于第二阈值，该控制器则用于启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该第一流量计使通入的气态掺杂源增加第三流量阈值，和/或，启用该第二流量计使通入的氢气流量减小第四流量阈值；若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则采用该束流完成对衬底的离子注入，其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值。优选地，该比较器优先启用该第一流量计调节该气态掺杂源的流量。优选地，该氢气供应装置为氢气发生器或氢气瓶。优选地，该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体传输至该真空腔中，该惰性气体用于在该真空腔中产生惰性气体等离子体以使该真空腔的温度维持在100℃-500℃。优选地，该离子源为RF离子源或IHC(间热式阴极)离子源。优选地，该离子源为RF离子源时，该RF离子源还用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果调整RF电源的功率以调节气态掺杂源的电离程度；该离子源为IHC离子源时，该IHC离子源还用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果调整arc(电弧)电压以调节气态掺杂源的电离程度。优选地，该离子注入设备还包括一整体束流检测装置，用于检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。优选地，该氢离子束流为该束流的0.01-0.5。(假设总束流的电流为10mA，氢束流就是0.1mA-5mA)优选地，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀。优选地，通入氢气的流量为0.1-50sccm(每分钟标准毫升)。优选地，该气态掺杂源为磷烷或硼氢化合物、BF3、BCl3，其中，采用磷烷时，该掺杂源离子束流包括PH2+束流、PH2+束流和磷离子束流。优选地，该离子注入装置不采用质量分析装置从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流。本专利技术还提供一种离子注入方法，包括以下步骤：步骤S1：将气态掺杂源通入真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体，其特点在于，在执行步骤S1之前、或执行步骤S1的同时或执行了步骤S1之后还包括：步骤St：将氢气通入真空腔中以在该真空腔中产生氢等离子体，在步骤S1和步骤St之后还包括：步骤S2：从该真空腔中引出束流，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流；步骤S3：根据质量的不同偏转至少部分束流以分离出掺杂源离子束流和氢离子束流，检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，和/或氢离子束流的电流和/或电流密度；步骤S4：根据检测结果控制气态掺杂源的流量和/或氢气的流量，并且采用调整后的束流完成对衬底的离子注入。优选地，步骤S4包括以下步骤：步骤S41：计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则进入步骤S42；若该比值小于第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔，以及引出电极，其特征在于，该离子源还包括有：一掺杂气体供应装置，用于容置气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中，进入该真空腔中的氢气在该真空腔中产生氢等离子体；连接于该掺杂气体供应装置和该真空腔之间的第一流量计，用于控制被传输至该真空腔中的气态掺杂源的流量，连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的第二流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量；该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流和/或电流密度。

【技术特征摘要】
2017.06.16 CN 20171045711041.一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔，以及引出电极，其特征在于，该离子源还包括有：一掺杂气体供应装置，用于容置气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中，进入该真空腔中的氢气在该真空腔中产生氢等离子体；连接于该掺杂气体供应装置和该真空腔之间的第一流量计，用于控制被传输至该真空腔中的气态掺杂源的流量，连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的第二流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量；该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流和/或电流密度。2.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该第一流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制气态掺杂源的流量，和/或，该第二流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制氢气的流量。3.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该掺杂源离子束流检测装置还用于检测掺杂源离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量，该氢离子束流检测装置还用于检测氢离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量。4.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，离子注入设备还包括：一控制器和一比较器，该控制器用于计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该第一流量计使通入的气态掺杂源降低第一流量阈值，和/或，启用该第二流量计使通入的氢气流量增加第二流量阈值；若该比值小于第二阈值，该控制器则用于启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该第一流量计使通入的气态掺杂源增加第三流量阈值，和/或，启用该第二流量计使通入的氢气流量减小第四流量阈值；若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则采用该束流完成对衬底的离子注入，其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值，优选地，该比较器优先启用该第一流量计调节该气态掺杂源的流量。5.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该比较器还用于判断掺杂源离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，则启用该控制器计算该比值；若否，则采用该束流完成对衬底的离子注入。6.如权利要求1-5中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该氢气供应装置为氢气发生器或氢气瓶；和/或，该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体传输至该真空腔中，该惰性气体用于在该真空腔中产生惰性气体等离子体以使该真空腔的温度维持在100℃-500℃。7.如权利要求1-5中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该氢离子束流为该束流的0.01-0.5。8.如权利要求1-5中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀，和/或，该离子源为RF离子源或IHC离子源，优选地，该离子源为RF离子源时，该RF离子源还用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果调整RF电源的功率以调节气态掺杂源的电离程度；该离子源为IHC离子源时，该IHC离子源还用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果调整arc电压以调节气态掺杂源的电离程度，和...

【专利技术属性】
技术研发人员：何川，洪俊华，张劲，陈炯，杨勇，
申请(专利权)人：上海凯世通半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31