等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，属于微电子技术领域。所述装置包括用于诊断等离子体离子密度、电子密度、等离子体电势与等离子体电子温度等特性参数的诊断单元；用于获得等离子体中粒子组分和各组分粒子含量的分析单元；用于根据等离子体特性参数以及等离子体中粒子组分和所述各组分粒子含量，计算得出注入工艺参数的计算单元；以及用于根据计算单元的输出信号以及注入工艺参数控制等离子体浸没注入机的注入工艺的控制单元。本实用新型专利技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置可以克服现有的离子注入剂量检测中存在多种带电离子检测的问题；同时还可以用于准确控制离子注入的工艺流程。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及离子注入剂量检测控制装置，特别是涉及一种等离子体浸没注入 机的注入离子剂量检测控制装置。
技术介绍
在半导体工艺中，主流的杂质掺杂技术都采用束线离子注入技术 (Ionlmplantation, II)，这种方法是由离子源产生等离子体，再通过质谱分析将所需的离 子组分提取出来，对离子加速到一定能量并注入到半导体基片中(如硅片)。这种方法需要 复杂的质谱分析和扫描装置，注入效率低，结构复杂，成本极高。随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，离子注入能量需要进一步降低到一千电子 伏特以下(亚KeV)，然而离子束能量降低后会出现束流分散、均勻性变差、效率进一步降低 等一系列负面效应。因而近年提出了新型的等离子体浸没注入技术(Plasmalmmersion Ion Implantation, PIII)来避免以上问题。等离子体浸没注入中将半导体基片放置在作为阴 极的电极上，并在该电极上加负偏压。向注入系统工作腔室内引入需要的气体，并对系统加 功率源，通过感性耦合、容性耦合等放电方法使被引入腔室的气体起辉，形成等离子体。由 于在阴极上加有负偏压，这样在基片附近就会有负偏压鞘层存在。在此鞘层的高电压加速 下，鞘层中的正离子会穿过鞘层并注入到基片中。该方法具有如下优点1.无需从离子源中抽取离子、对离子进行质谱分析和线性加速，使得注入设备的 结构大为简化，节省大量成本；2.该技术采用鞘层加速机理，注入过程为整片注入，与基片尺寸无关，所以该技术产率极高。因此，等离子体浸没注入是一种非常有希望取代束线离子注入的下一代注入技 术。但PIII也面临诸多技术上的挑战，注入离子剂量检测与控制便是其中之一。PIII中用于剂量检测的方法主要有偏压电流法与法拉弟杯检测方法。偏压电流法 通过测量流过基片的电流测量注入离子剂量。当等离子体注入时，流过基片电流I = Iion+Ie+Ise+Idis+Isi，(1)其中Iitm为注入离子电流，Ie为等离子体中电子流向基片的电流，Ise为基片表面 发射二次电子形成的电流，Idis为位移电流，Isi为基片发射二次离子形成的电流。若注入基 片的离子剂量的面密度_0]I1lOndt ,(2)ne 其中η为注入离子带的单位电荷量，T为注入时间。组成基片电流的五部分中， Idis、Isi、Ie相对于其他部分较小可忽略(有时位移电流不可忽略，这样偏压电流法测量注入 离子剂量更加困难)，但二次电子电流Ise却比Iim要大一到两倍甚至更多，且Ise与基片材 料，偏压大小等等因素相关而无法精确确定。同时组成Iitm的离子并不仅仅只带有一种电 荷量还有多次电离的离子即式⑵中的η并不唯一，所以偏压电流法测得的离子剂量Iii并不是PIII注入到基片中的真实离子剂量，从而不可以根据Hi控制控制PIII工艺流程。法拉弟杯的检测原理与偏压电流法本质相同都是通过测量离子电流来测量注入离子剂量，所不同的是偏压电流法通常将整个载物台作为电流测量探头，而法拉弟杯有一 个独立的腔室，注入离子进入这个腔室之后才被测量。由于法拉第杯测量法有一个独立的 测量腔室就可以通过各种方法和结构设计来消除偏压电流法中存在的位移电流、二次电 流。但法拉弟杯检测方法仍然无法解决多种带电离子问题，所以该方法虽然比偏压电流法 有所提高，但将其直接用于PIII中注入离子剂量检测和控制仍然不可行。
技术实现思路
针对现有技术中离子注入剂量检测存在的上述问题，本技术提供了一种等离 子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置。所述技术方案如下本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，包括诊断单元，用于诊断等离子体特性参数；分析单元，用于获得等离子体中粒子组分和各组分粒子含量；与所述诊断单元和分析单元相连接的计算单元，用于根据所述等离子体特性参数 以及所述等离子体中粒子组分和所述各组分粒子含量，计算得出注入工艺参数；与所述计算单元相连接的控制单元，用于根据所述计算单元的输出信号以及注入 工艺参数控制等离子体浸没注入机的注入工艺。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述诊断单元 诊断的等离子体特性参数包括等离子体离子密度、电子密度、等离子体电势与等离子体电 子温度。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述注入工艺 参数为确定目标注入剂量下的注入工艺时间和确定注入工艺时间内的注入离子剂量。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述计算单元 包括注入时间计算模块以及注入剂量计算模块，所述注入时间计算模块根据利用准静态 Child-Langmuir鞘层理论计算出注入确定剂量的等离子体所需的时间；所述注入剂量计 算模块根据利用准静态Child-Langmuir鞘层理论计算出在确定是时间内注入的等离子体 剂量。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述控制单元 根据所述计算单元的输出的注入剂量工信号控制等离子体浸没注入机的注入工艺，具体为 控制等离子体浸没注入机的供气单元、功率单元、偏压单元和真空单元。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述控制单元 根据所述计算单元的输出的注入时间信号以及注入工艺参数控制等离子体浸没注入机的 注入工艺，具体为控制等离子体浸没注入机的注入工艺过程的开始和结束。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述诊断单元 由朗缪尔(Langmuir)静电探针、波诊断仪、微波干涉仪中的一种或几种构成。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，所述分析单元 采用质谱仪构成。本技术提供的技术方案的有益效果是本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置可以克服现有的离子注入剂量检测中存在多种带电离子检测 的问题；同时本技术的注入离子剂量检测控制装置可以用于准确控制离子注入的工 艺流程。附图说明图1是应用本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置的 等离子体浸没注入系统示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地详细描述。本技术的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置主要包括4个 部分，分别为诊断单元、分析单元、计算单元以及控制单元。诊断单元可以采用缪尔(Langmuir)静电探针、波诊断仪、微波干涉仪中的一种或 几种构成，实际应用中，根据数据采集的不同需要来确定选择的仪器。诊断单元用于诊断等 离子体特性参数，包括等离子体离子密度、电子密度、等离子体电势与等离子体电子温度等 参数。分析单元通常采用质谱仪构成，用于检测获得等离子体中粒子组分和各组分粒子含量。计算单元与分析单元和诊断单元分别相连接。计算单元采可用单片机、DSP、ARM或 通用CPU构成，用于根据由诊断单元输出的等离子体特性参数以及由分析单元输出的等离 子体中粒子组分和各组分粒子含量，结合准静态蔡尔德-朗缪尔鞘层注入模型理论，计算 得出注入工艺参数。计算单元包括注入时间计算模块以及注入剂量计算模块。注入时间计 算模块根据诊断单元用于诊断等离子体特性参数，包括等离子体离子密度、电子密度、等离 子体电势与等离子体电子温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，其特征在于，所述装置包括：　　诊断单元，用于诊断等离子体特性参数；　　分析单元，用于获得等离子体中粒子组分和各组分粒子含量；　　与所述诊断单元和分析单元相连接的计算单元，用于根据所述等离子体特性参数以及所述等离子体中粒子组分和所述各组分粒子含量，计算得出注入工艺参数；　　与所述计算单元相连接的控制单元，用于根据所述计算单元的输出信号以及注入工艺参数控制等离子体浸没注入机的注入工艺。

【技术特征摘要】
一种等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，其特征在于，所述装置包括诊断单元，用于诊断等离子体特性参数；分析单元，用于获得等离子体中粒子组分和各组分粒子含量；与所述诊断单元和分析单元相连接的计算单元，用于根据所述等离子体特性参数以及所述等离子体中粒子组分和所述各组分粒子含量，计算得出注入工艺参数；与所述计算单元相连接的控制单元，用于根据所述计算单元的输出信号以及注入工艺参数控制等离子体浸没注入机的注入工艺。2.根据权利要求1所述的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，其特征 在于，所述诊断单元诊断的等离子体特性参数包括等离子体离子密度、电子密度、等离子体 电势与等离子体电子温度。3.根据权利要求1所述的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，其特征 在于，所述注入工艺参数为确定目标注入剂量下的注入工艺时间和确定注入工艺时间内的 注入离子剂量。4.根据权利要求1所述的等离子体浸没注入机的注入离子剂量检测控制装置，其特征 在于，所述计算单元包括注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明刚，刘杰，夏洋，李超波，陈瑶，赵丽莉，李勇滔，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]