检测离子束内中性粒子的系统和方法技术方案

提供了一种用于离子注入系统（１０）的改进的中性粒子检测器（５２），用于检测主要包括中性粒子和正电荷离子的离子束的中性粒子含量。中性粒子检测器（５２）包括（ｉ）位于负电位的偏束板（７８）；（ｉｉ）相对于偏束板（７８）为正电位的第一收集电极（８２），用于收集由于离子束内的中性粒子与偏束板（７８）撞击由偏束板（７８）发射的二次电子；以及（ｉｉｉ）相对于偏束板（７８）为正电位的第二收集电极（８４），用于收集由于离子束内的正电荷离子与偏束板（７８）撞击由偏束板（７８）发射的二次电子。偏束板（７８）和收集电极（８２，８４）间隔一段距离，离子束穿过其中。中性粒子检测器（５２）确定与离子束传输穿过的残留背景气体的成分或压力无关的离子束的中性粒子比例。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及离子注入机领域，特别涉及通过检测离子束内的中性粒子监视和控制注入衬底的掺杂剂浓度的改进的系统和方法。在集成电路的大规模制造中，离子注入已变成用杂质掺杂半导体的生产中优选的技术。离子剂量和离子能量是定义注入步骤的两个重要的变量，离子能量用于控制半导体器件内的结深。组成离子束的离子的能量决定了注入离子的深度程度。离子剂量与给定半导体材料的注入离子浓度有关。通常，大电流注入机(通常大于10毫安(mA)的离子束电流)用于高剂量的注入，而中电流注入机(通常能达到约1mA电流)用于较低剂量的应用。典型的离子注入机包括三个部分或子系统(i)输出离子束的离子源，(ii)用于质量分解和调节焦距以及离子束能量的束线，以及(iii)含有离子束要注入的半导体晶片或其它衬底的靶室。靶室通常包括功能为准确地测量和控制注入到靶晶片内离子剂量的剂量控制或剂量测定系统。剂量控制系统通常包括测量束电流的装置，因为掺杂剂量直接与束电流有关。如法拉第盒等的装置通常用于测量束电流。法拉第盒通过捕获并测量束内的荷电离子测量束电流，同时阻止电子进入或脱离盒。虽然可以适当地计算荷电的粒子，但束内的中性原子带来更困难的问题，是由于法拉第盒不能检测它们，因此对测量的束电流没有做出贡献。因此，当基于法拉第盒测量值计算整个剂量时，没有考虑离子束内的中性原子。然而，由于中性原子与粒子有基本上相同的能量，它们注入到晶片内并对整个掺杂剂的浓度作出贡献。如果发生束的显著中和，法拉第盒将对衬底的真实注入剂量提供错误的测量值。束的中和程度部分取决于束线内的气压。如果束线真空气压足够低，那么注入的种类理想地为由质量分析磁铁选择的粒子的单电荷正离子。然而，如果压力不足够低，束内的离子会通过与残留的背景气体原子的原子碰撞改变电荷状态，而能量没有显著的变化。此外，束中和的程度也取决于离子束在其中传输的残留背景气体的成分。当对半导体表面例如易于脱气和溅射的光刻胶进行注入时，由此改变了残留背景气体的成分束的中和特别成问题。在任何一种情况中，撞击法拉第盒的束会充分中和，从而拥有大部分注入到衬底内的足够能量的原子，然而却没有被法拉第盒作为包括荷电的离子和中性粒子的整个束流量的一部分计算。监视注入到衬底内的原子剂量(即，剂量控制)补偿束中和趋势的一种方式显示在Farley的U．S．专利No．4，539，217中，该专利由本专利技术的受让人共同拥有，如果在这里完全显示出那么引入仅供参考。Farley自动地补偿在要到注入晶片的飞行路径中与气体原子相互作用已被中和的注入离子。补偿基于初始的正离子束与气体原子沿它的路径碰撞导致以可科学地确定的概率将电子填加到或从一些单电荷正离子中脱离的事实。概率取决于并且是离子种类、离子速度(能量)以及离子束穿过的残留背景气体的成分和压力的函数。通过测量这些参数，最初基于法拉第盒束电流测量值的注入剂量的确定可以纠正计算中性粒子。剂量测量值的增大补偿(以防止剂量过大)基于离子束中和程度的确定，没有对法拉第盒束电流测量值作贡献而的确对剂量做出贡献。剂量测量值的减小补偿(以防止剂量不足)基于双电荷离子程度的确定，对剂量的贡献与单电荷离子相同而被法拉第盒按两倍对束电流作贡献计算。Farley假设在注入器件的束线内遇到的大范围的压力内，函数基本上为线性。在束内特定点进行压力的单个测量，假设沿束的压力路径进行积分。基于假定，可以确定束内每个点的局部压力分量。来自法拉第盒的离子束电流与压力的测量值由此输入到注入机的控制系统，以产生补偿随压力改变在检测的中性粒子内变化的校正信号。该过程，作为本领域公知的压力补偿，能准确地监视和控制注入剂量。然而，剂量控制系统中使用的压力补偿技术的缺点在于在注入过程期间与压力和残留背景气体的成分有关的假设会变化。例如，由于真空泄漏，残留背景气体的成分会改变。此外，用于测量束内特定点压力的压力计的校准会漂移。此外，由于真空泵内速度变化或要注入衬底的脱气或溅射的变化使沿束的压力分布改变。再者，通过要注入的衬底的光刻胶脱气，对残留的背景气体贡献氢和水，压力和残留背景气体的成分很难测量。而且，即使使用压力补偿技术能确定确切的压力和残留的背景气体的成分，也必须对要注入的每个种类和气体粒子的能量重复地进行该过程。因此，本专利技术的一个目的是提供一种在离子束与靶衬底撞击之前，对在沿束线传输过程中已被中和的那部分离子束的更直接测量。本专利技术的再一目的是提供一种在沿束线传输过程中对已加倍荷电的那部分离子束的直接测量。本专利技术的又一目的是使用已知的束电流测量机构例如法拉第盒测量离子注入系统内离子束中和以及加倍荷电的程度。本专利技术的还一目的是提供一种不需要直接的压力测量或分析离子束传输通过其的残留背景气体的成分，就能测量离子束内离子束中和以及加倍荷电程度的系统和方法。提供了一种用于离子注入系统的改进的中性粒子检测器，用于检测主要包括中性粒子和正电荷离子的离子束的中性粒子的含量。中性粒子检测器包括(i)位于负电位的偏束板；(ii)相对于偏束板位于正电位的第一收集电极，用于收集由于离子束内的中性粒子与偏束板撞击由偏束板发射的二次电子；以及(iii)相对于偏束板为正电位的第二收集电极，用于收集由于离子束内的正电荷离子与偏束板撞击由偏束板发射的二次电子。偏束板和收集电极间隔一段距离，离子束穿过其中。中性粒子检测器确定与离子束传输穿过的残留背景气体的成分或压力无关的离子束的中性粒子比例。附图说明图1为将根据本专利技术的原理构成的剂量控制系统的一个实施例引入其中的离子注入系统的透视图；以及图2为图1的剂量控制系统的剖面图。现在参考附图，图1公开了一种离子注入机，通常用10表示，包括离子源12，质量分析磁铁14，束线汇集件15，和靶室或端站16。离子源12和质量分析磁铁14以及它们的各电源集中地称做终端设备17。本专利技术的一个应用是如图1所示的低能注入机，其中由于低量能束在传输过程中膨胀(即，“扩张”)的趋势，所以束线汇集处15较短。然而，本专利技术可以应用于利用剂量控制的任何注入系统的应用中。离子源12包括限定等离子室20的罩18，离子提取组件22。束线汇集处15包括(i)由真空泵43抽成真空并包含一个端口21、分解口23和标识法拉第42的分解器罩19，以及(ii)含有一个电子喷淋器45的束中和器24，这些没有一个构成本专利技术的一部分。束中和器24的下游为端站16，包括要处理的晶片安装其上的盘形晶片支架25。这里能使用的晶片包括能用离子束注入的任何类型的衬底。盘形晶片支架25保持在(通常)垂直于注入束方向的靶平面内。离子源12安装到L形框架26上。将以压缩气体的形式直接得到的或从已汽化的固体形式间接得到的可离化的掺杂气体注入到等离子室18内。典型的源元素为硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)和砷(As)。除了硼通常以气态的三氟化硼或乙硼烷形式提供之外，这些源元素的大多数都以固体形式提供。能量传递到可离化的掺杂气体以在等离子室20内产生离子。虽然本专利技术也适用于源产生负离子的系统，但通常，产生正离子。包括多个电极27的离子提取组件20通过等离子室18内的狭缝提取正离子。因此，离子提取组件的作用是通过提取口50从等离子室提取正离子的束28，并将提取的离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离子注入系统（１０）的中性粒子检测器（５２），用于检测主要包括中性粒子和正电荷离子的离子束（２８）内中性粒子含量，所述中性粒子检测器（５２）包括： 位于负电位的偏束板（７８）； 相对于所述偏束板（７８）位于正电位的第一收集电极（８２），用于收集由于离子束内的中性粒子与所述偏束板（７８）撞击由所述偏束板（７８）发射的二次电子；以及 相对于所述偏束板（７８）位于正电位的第二收集电极（８４），用于收集由于离子束内的正电荷离子与所述偏束板（７８）撞击由所述偏束板（７８）发射的二次电子，所述偏束板和所述收集电极（８２，８４）间隔一段距离，离子束穿过。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VM本文尼斯特，
申请(专利权)人：艾克塞利斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]