离子束注入机的离子剂量测定装置和方法制造方法及图纸

离子注入机包括剂量控制装置，用来测量并控制加在置于该机注入站内的工件上的离子束剂量，它允许校正函数的直接计算，后者包括至少一个Ｋ值的校正因数。剂量控制电路利用Ｋ值将由设在注入站内的法拉第筒测得的离子束电流Ｉ↑［ｆ］转变为有效的离子束电流Ｉ↑［Ｔ］。Ｋ值是从测得的离子束电流Ｉ↑［ｆ］［Ｉ↑［＋］］和注入站内的压力Ｐ之间的关系得出的。在生产流程中，剂量控制电子机构（２０）选用适合的Ｋ值确定有效离子束电流Ｉ↑［Ｔ］，从而利用该有效值准确地控制离子束剂量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种离子束注入机，更具体点说，涉及测定和控制注入工件内的离子剂量的装置和方法，其时工件被暴露在离子注入机的离子束下。离子注入机被广泛地用在半导体晶片的搀杂过程上。离子束注入机产生具有所需品种正离子的离子束。离子束冲击在半导体晶片工件的外露表面上，从而用所需的离子“搀杂”或注入工件表面。某些离子束注入机采用逐批注入法，其中单个半导体晶片被定位在注入室内的一个支座上。该支座的取向使工件在离子束的束线内，于是离子束反复在工件上扫描以资注入所需用剂量的离子。当注入完毕时，从支座内取出工件并将另一工件定位在支座上。另一种型式的离子束注入机采用可旋转并移动的盘状支座而将多个半导体工件装在其上。支座被支承在离子束注入机一端注入站的一个注入室内。由于支座的旋转和移动，使每一个工件在一次生产流程中都能被离子束照射到。能够捕获离子束中的离子同时拦阻电子从筒内逃出并排斥伴随离子束的电子的法拉第筒被普遍用来测定离子束电流使离子注入用剂量容易被控制。但在离子束中的中性原子是法拉第筒不能检测出来的。如果离子束有相当多的部分被中和，那么法拉第筒的离子束电流读数将对工件所接受的真正的离子注入给出错误的测量。在注入过程中注入半导体晶片工件内的离子数量的精确程度极为重要。在制造半导体器件时对均匀性和总注入量的容许公差目前在很多用途上为1％或更低的水平。对远低的公差水平必需考虑到离子束沿途中离子被中和的数目。离子的中和是由于带电荷的离子与在离子束注入机的内部区域内沿着离子束途径或束线存在的剩余原子和电子碰撞而造成的。这种中和的离子具有与带电荷的离子基本相同的能量，并且就注入量而言，基本上也与带电荷的离子相当。在离子束注入机内部区域内的剩余原子，特别是剩余的气体原子是由至少三个不同的来源造成的。第一个来源是，结合离子束中和器或电子淋浴器，气体被喷射到内部区域内。在注入之前须由设在束线上的离子束中和器中和离子束中带正电荷的离子。如果在注入晶片之前离子上的正电荷没有被中和，那么搀杂的晶片将具有一个净的正电荷。在晶片工件上的这种净正电荷具有不希望有的特性。将中和气体喷射到离子束电子淋浴器内，由于离子束离子和喷射中和气体的碰撞，便会在束线上造成中和的离子。在某些离子束注入器内，与离子束中和器有关的中和气体在离子束注入机内部区域内的剩余气体中占着最大的体积。典型的中和气体包括氙(xe)和氩(Ar)。在某些离子束注入机的内部区域内占第二位(在另一些注入机内有时可占第一位)最大体积的剩余气体为从覆盖在半导体晶片工件上的光阻材料的放气。当离子束冲击在工件表面上时，光阻材料便挥发或放气。光阻材料的放气主要含有氢气(H2)、多种碳氢化合物、和被光阻材料捕获的少量在大气中的氮气(N2)。在离子束注入机内部区域内的剩余气体的一个小得多的来源是从离子源的等离子室逸出的源气体。源气体被喷射到等离子室内进行离子化。离子通过等离子室盖上的一个孔或弧形缝从等离子室逸出，然后沿着离子束的束线被加速。少量的源气体也通过弧形缝逸出，成为离子束注入机内部区域内的剩余气体中的一小部分。类型的源气体包括砷化三氢(AsH3)、汽化的锑(Sb)、磷化三氢(H3P)、乙硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)、汽化的镓(Ga)、汽化的铟(In)、氨(NH3)、氢(H2)和氮(N2)。当注入机内部区域内沿着束线的压力足够低时，注入机品种基本上为由离子束注入机的分析磁铁所选择的单独带电荷的正离子。分析磁铁定位在束线上并使离子束弯向注入室。分析磁铁的磁场的强度和方向被这样设定，使只有具有适当原子量的离子品种才能以适当的曲率半径被弯曲，才能遵循所需的束线途径来到注入室。但若在离子注入机内部区域内沿着束线的压力并不足够低时，那么在离子束的带电荷的离子中有相当大的比例会通过其与剩余气体原子的碰撞而改变其带电荷的状态，同时能量并没有显著的改变。在这种情况下，冲击法拉第筒的离子束将含有一部分中性原子。这些中性原子属于所需品种并具有注入所需能量，因此，这种中和原子应被计入到离子束的总能量内。但法拉第筒对这种中和的原子不能计数。1985.09.03发出授予Farley的美国专利4,539,217号曾公开过一种方法和装置可对注入过程中离子束的中和进行补偿。Farley的专利转让给本专利申请的受让人，前者的内容在这里被充分引用供参考。Farley的专利利用这样一个事实，即离子束中和的数量为在离子束注入机内部区域内沿离子束束线的气体压力的函数。另外，按照Farley的专利，有效的离子束电流IT由两个分量组成，即离子束单独离子化的、带正电荷的电流I+，和离子束的中性电流I0。有效的离子束电流IT是在将离子注入工件时对有效电流的量度，不管注入粒子的电荷如何。这样在确定一个具体的工件所接受的离子量时，离子化的离子束电流I+和离子束中性电流I0都应考虑进去。Farley的专利假定。由法拉第筒量出的电流If只含有单独离子化的带正电荷的电流I+。真正的或有效的电子束电流IT的第二分量即中性电流I0是法拉第筒量不出的。但在注入半导体晶片工件时，构成中性电流I0是原子与和构成离子化的带正电荷的电流I+是离子同样有效。另外，在离子注入机内部区域内气体的压力越大，中性电流也越大，因为在离子和气体原子之间将有更多的碰撞，而离子化的带正电荷的电流I+则越小。Farley的专利假定，在注入过程中所遇到的一段压力范围内，由法拉第筒量得的离子束电流If为离子注入机内部区域内压力P的线性函数。Farley专利中所揭露的方法可用来补偿在有效的离子束电流IT和离子化的带正电荷的电流I+之间的差异。量出的离子化的带正电荷的电流I+及在离子注入机内部区域内的压力P被使用在一个离子剂量控制系统中，这样当注入机内部区域的压力发生变化时便可产生一个校正信号来补偿法拉第筒所检测的离子的改变。一个具体生产流程用的校正信号取决于一个选定的校正因数或“K”值。Farley专利的控制离子束剂量的方法包括下列步骤1)使用法拉第筒量出投射到晶片工件上的离子化的带正电荷的束电流I+；2)量出在注入室内的气体压力P；3)使用关系式将离子化的束电流I+和压力的测量值P转变成真正的或有效的束电流IT；及4)作为有效束电流I+的函数变动离子注入的剂量。然后将真正的或有效的离子束电流IT输入到以微处理器为基础的注入机剂量控制系统中以便按照已知的实际经验用来监视和控制离子注入的剂量。按照Farley的专利，有一线性关系式可用来将离子化的离子束电流I+转变为有效的离子束电流IT，IT＝I+[1+KP]在Farley的专利中列出注入机操作的两种模式。在第一种或固定模式中，就离子束参数和晶片工件参数的各种不同的组合，估计出一套K值。将该套K值存储在微处理器的存储器内，使用时将离子束和工件的具体特性输入到微处理器内便可从存储器内抽出合适的K值。在操作的第二种或动态模式中，先选择一个开始的K值，并在工件支座的每一次完全旋转后修改该K值。在工件支座旋转的每一周，测量离子化的束电流I+和压力P，并计算K值，该值称为kj(kj为支座第j次旋转的k值)。找出三个最新的kj′值(kj、kj-1和kj-2)的滚动平均值，该值可称为KjA，将该值用来计算第j次支座旋转时的新的有效的束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子束注入机（１０），用来导引离子束（１４）使它投向工件（２１），该注入机具有： ａ）一个形成一个注入室（２２）的注入站（１６），工件（２１）就被支承在注入室（２２）内； ｂ）一个产生离子束（１４）的离子源（１２）； ｃ）离子束成形和导向装置（５０），该装置形成一个离子束注入机的内部区域（５２），通过该区域离子束（１４）从离子源（１２）投射到注入站（１６）； ｄ）一个压力调节系统（５５），可用来使离子束注入机内部区域加压和减压； ｅ）用来控制注入到工件（２１）内的离子剂量的剂量控制组件［装置］（６５），该装置包括： １）用来测量注入室（２２）内压力的压力测量装置（１１４）； ２）用来测量离子束（１４）的离子化电流的离子束电流测量装置（１１０）； ３）一个具有孔（７１）的限制板（７０），该板可在一个生产流程位置和一个校正位置之间移动，在生产流程位置上，限制板（７０）位于离子束束线之外，而在校正位置上，限制板（７０）位于离子束束线内，使离子束（１４）的一部分离子穿越限制板孔（７１）并被导向注入室（２２），在校正位置的限制板（７０）隔断离子束形成和导向装置（５０），将离子束注入机内部区域（５２）划分成包括注入室（２２）在内的第一区域和第二区域；及 ４）连接到压力调节系统（５５）、压力测量装置（１１４）和离子束电流测量装置（１１０）的控制电路（２０），该控制电路（２０）在校正流程中用来使第一区域内的检测气体的压力（Ｐ）在多个压力值之间变动，量出对应于多个压力值中每一个压力值的离子化电流值（Ｉ↑［ｆ］），并计算出将离子化电流值与多个压力值关联起来的校正值（Ｋ）；及 ５）控制电路（２０）在生产流程中用来控制工件（２１）所接受的离子量，办法是利用校正值（Ｋ）计算出有效离子束电流（Ｉ↑［Ｔ］）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-6-11 09/0958631.一种离子束注入机(10)，用来导引离子束(14)使它投向工件(21)，该注入机具有a)一个形成一个注入室(22)的注入站(16)，工件(21)就被支承在注入室(22)内；b)一个产生离子束(14)的离子源(12)；c)离子束成形和导向装置(50)，该装置形成一个离子束注入机的内部区域(52)，通过该区域离子束(14)从离子源(12)投射到注入站(16)；d)一个压力调节系统(55)，可用来使离子束注入机内部区域加压和减压；e)用来控制注入到工件(21)内的离子剂量的剂量控制组件〔装置〕(65)，该装置包括1)用来测量注入室(22)内压力的压力测量装置(114)；2)用来测量离子束(14)的离子化电流的离子束电流测量装置(110)；3)一个具有孔(71)的限制板(70)，该板可在一个生产流程位置和一个校正位置之间移动，在生产流程位置上，限制板(70)位于离子束束线之外，而在校正位置上，限制板(70)位于离子束束线内，使离子束(14)的一部分离子穿越限制板孔(71)并被导向注入室(22)，在校正位置的限制板(70)隔断离子束形成和导向装置(50)，将离子束注入机内部区域(52)划分成包括注入室(22)在内的第一区域和第二区域；及4)连接到压力调节系统(55)、压力测量装置(114)和离子束电流测量装置(110)的控制电路(20)，该控制电路(20)在校正流程中用来使第一区域内的检测气体的压力(P)在多个压力值之间变动，量出对应于多个压力值中每一个压力值的离子化电流值(If)，并计算出将离子化电流值与多个压力值关联起来的校正值(K)；及5)控制电路(20)在生产流程中用来控制工件(21)所接受的离子量，办法是利用校正值(K)计算出有效离子束电流(IT)。2.按照权利要求1的离注入机(10)，其特征为，离子束电流测量装置(110)为法拉第筒。3.按照权利要求1的离子束注入机(10)，其特征为，在第一区域内的检验气体为一种气体，其成分与生产流程中在离子束注入机内部区域(52)内存在的至少一种剩余气体相同。4.按照权利要求1的离子注入机(10)，其特征为，控制电路(20)包括校正电路(56)，后者能产生一个将离子化电流量(If)与注入室(22)内的检验气体压力量(P)联系起来的方程式可用来计算出校正值(K)，该方程式是以一条连续的曲线配合到多个压力值和相应的离子化电流值上为根据的。5.按照权利要求4的离子束注入机，其特征为，该连续曲线的形式为一指数曲线If＝Ae-(KP)，其中If为离子化电流量，P为在注入室内的检验气体压力量，K为校正常数，P为一常数。6.按照权利要求1的离子束注入机，其特征为，控制电路(20)还包括剂量控制电路(66)，后者能利用一个将有效离子束电流量(IT)与离子化电流量(If)、检验气体压力量(P)和校正值(K)联系起来的方程式。7.按照权利要求6的离子束注入机，其特征为，所说方程式的形式为IT＝Ife-(KP)，其中IT为有效离子束电流量，If为离子化流量，P为注入室内的检验气体压力量，而K为校正值。8.一种用于离子束注入机(10)的离子束剂量控制组件(65)，该组件具有a)用来测量注入机(10)的工件离子注入室(22)内的压力的压力测量装置(114)；b)用来测量注入机(10)所产生的离子束(14)的离子化电流(If)的离子束电流测量装置(110)；c)具有孔(71)的限制板(70)，可在生产流程位置和校正位置两者之间移动，在生产流程位置，限制板(70)位在离子束(14)束线之外，而在校正位置，限制板(70)位在离子束束线内以致...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM哈林，WA克鲁尔，
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]