用于差错检测和工艺控制的等离子体离子注入监视系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于差错检测和工艺控制的等离子体离子注入监视系统。具体涉及一种等离子体离子注入装置，包括：工艺室；位于所述工艺室中用于支撑衬底的台板；位于所述工艺室中且与所述台板空间上分开的阳极；被耦合到所述工艺室的工艺气体源，其中，含有工艺气体离子的等离子体在所述阳极与所述台板之间的等离子体放电区域中被产生；脉冲源，用于在所述台板与所述阳极之间施加注入脉冲以将来自等离子体的离子向衬底中加速；以及被配置以获取所述注入脉冲的样本的数据获取单元，其中，所获取的样本指示等离子体离子注入装置的操作情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于衬底的等离子体离子注入的系统和方法，更具体地，涉及用于监视等离子体离子注入系统的方法和装置。
技术介绍
离子注入是将电导率变化的杂质引入半导体晶片的标准技术。在传统的射束线 (beamline)离子注入系统中，所需的杂质材料在离子源中被离子化，离子被加速以形成规定能量的离子束，并且离子束被指引到晶片的表面。离子束中的高能离子透入半导体材料的本体，并嵌入半导体材料的晶格中以形成所需电导率的区。半导体工业中众所周知的趋势是更小，更高速的器件。特别而言，半导体器件的横向尺度和特征深度都正在降低。掺杂剂材料的注入深度至少部分地由注入半导体晶片的离子的能量来确定。射束线离子注入器被典型地设计用于在相对高的注入能量下高效地工作，而在浅结注入所需的低能量下可能不高效地运转。已研究了用于在半导体晶片中形成浅结的等离子体掺杂系统。在等离子体掺杂系统中，半导体晶片置于导电台板上，其起到阴极的作用并且位于工艺室中。含有所需掺杂剂材料的可离子化的工艺气体被引入工艺室，且在台板和阳极或室壁之间施加电压脉冲， 使得形成等离子体鞘在晶片附近的等离子体。所施加的脉冲使得等离子体中的离子穿过等离子体鞘并被注入晶片。注入的深度与在晶片和阳极之间施加的电压有关。可以实现非常低的注入能量。等离子体掺杂系统在例如1994年10月11日授予Sieng的美国专利 No. 5，354，381,2000 年 2 月 1 日授予 Liebert 等人的美国专利 No. 6，020，592 和 2001 年 2 月6日授予Goeckner等人的美国专利No. 6，182，604中有描述。如上所述的等离子体掺杂系统中，所施加的电压脉冲产生等离子体，并将正离子从等离子体向着晶片加速。在称为等离子体浸入系统的其他类型的等离子体系统中，持续的或脉冲的RF能量被施加到工艺室，由此产生持续的或脉冲的等离子体。每隔一段时间， 在台板和阳极之间施加可与RF脉冲同步的负电压脉冲，使得等离子体中的正离子向着晶片加速。等离子体中不同离子质荷比的分布和频率对等离子体离子注入中的注入剂量和注入深度轮廓分布有重要的影响。许多因素可以影响等离子体离子注入系统中的质量分布，包括工艺室壁的条件、标靶和工艺室组件的电子发射系数、晶片上的氧化物和光刻胶涂层等。为了获取可重复的等离子体离子注入工艺，这些因素的变化应该被检测并被补偿或中和，使得对于工艺来说可以获得可重复的离子质量分布和强度。这允许获得在等离子体离子注入工艺中可重复的离子剂量和掺杂剂深度分布。质量分析已经在传统的射束线离子注入系统中被使用。但是，为了在基于等离子体的工艺中获取非常高产量的好处，质量分析在等离子体离子注入系统中已经被放弃。于 2000年8月15日被授权给Denholm等人的美国专利No. 6，101，971公开了在等离子离子注入系统中光发射光谱和质量分析的使用。该专利没有教导将质量分析用于等离子体离子注入系统中的原位等离子体状态测量或工艺控制。在等离子体注入系统中，短的DC电压脉冲(大约为1到100微秒)被施加给浸没在等离子体中的衬底。这些脉冲将等离子体中的正离子朝向标靶加速，从而引起离子注入。 DC注入脉冲的电压和电流波形以及这些波形的变化可以指示注入工艺中的问题。典型的等离子体离子注入的监视包括残留气体分析器或光发射光谱仪。这种类型的等离子体监视是在长到无法检测在等离子体离子注入中所使用的DC脉冲的临界电压和电流波形的瞬时变化的时间范围上进行的。当典型的等离子体监视技术被使用时，包括在这些波形中的有价值的工艺监视信息被丢失。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了等离子体离子注入装置。该等离子体离子注入装置包括工艺室；位于所述工艺室中用于支撑衬底的台板；位于所述工艺室中且与所述台板空间上分开的阳极；被耦合到所述工艺室的工艺气体源，其中，含有工艺气体离子的等离子体在所述阳极与所述台板之间的等离子体放电区域中被产生；脉冲源，用于在所述台板与所述阳极之间施加注入脉冲以将来自等离子体的离子向衬底中加速；以及等离子体监视器，被配置以测量所述工艺室中的离子的质量和能量。测量的离子质量和能量指示等离子体离子注入装置的操作情况。根据本专利技术的第二方面，提供了等离子体离子注入装置。该等离子体离子注入装置包括工艺室；位于所述工艺室中用于支撑衬底的台板；位于所述工艺室中且与所述台板空间上分开的阳极；被耦合到所述工艺室的工艺气体源，其中，含有工艺气体离子的等离子体在所述阳极与所述台板之间的等离子体放电区域中被产生；脉冲源，用于在所述台板与所述阳极之间施加注入脉冲以将来自等离子体的离子向衬底中加速；以及被配置以获取所述注入脉冲的样本的数据获取单元，其中，所获取的样本指示等离子体离子注入装置的操作情况。根据本专利技术的第三方面，提供了用于衬底的等离子体离子注入的方法。该方法包括提供等离子体离子注入系统，该等离子体离子注入系统包括工艺室、用于在工艺室中产生等离子体的源、位于工艺室中用于支撑衬底的台板和用于产生将来自等离子体的离子向衬底中加速的注入脉冲的脉冲源；获取所述工艺室中离子的质量和能量的测量结果；以及基于所获取的离子质量和能量测量结果确定等离子体离子注入系统的操作情况。根据本专利技术的第四方面，提供了用于衬底的等离子体离子注入的方法。该方法包括提供等离子体离子注入系统，该等离子体离子注入系统包括工艺室、用于在工艺室中产生等离子体的源、位于工艺室中用于支撑衬底的台板和用于产生将来自等离子体中的离子向衬底中加速的注入脉冲的脉冲源；获取所述注入脉冲的样本；以及基于所获取的样本确定等离子体离子注入系统的操作情况。附图说明为了更好地理解本专利技术，参照附图，附图被包含在这里作为参照并且其中图1是等离子体离子注入系统的简化示意框图；图2是根据本专利技术第一实施例的等离子体离子注入系统的简化示意框图；图3是根据本专利技术第二实施例的等离子体离子注入系统的简化示意框图；图4是根据本专利技术第三实施例的等离子体离子注入系统的简化示意框图；图5是根据本专利技术第四实施例的用于获取时间分辨质量和能量测量的系统的框图；图6是图示在图5中所示系统的操作的时序图；以及图7是根据本专利技术第五实施例的等离子体离子注入系统的示意框图。具体实施例方式适用于实现本专利技术的等离子体离子注入系统的实例在图1中示意性地示出。本专利技术的实施例被结合图2到7描述。图1到7中相同的单元具有相同的标号。工艺室10界定了封闭空间12。定位在室10内的台板14提供用于支撑例如半导体晶片20的衬底的表面。晶片20例如可以在其边缘处被夹到台板14的平坦表面上，或者可以被静电地夹住。在一个实施例中，台板具有用于支撑晶片20的导电表面。在另一个实施例中，台板包括用于连接到晶片20的导电的钉(未示出)。此外，台板14可以配备有用于控制晶片/衬底温度的加热/冷却系统。阳极M位于室10内，与台板14在空间上分开。阳极M可以在由箭头沈表示的垂直于台板14的方向上移动。阳极典型地连接到室10的导电的壁，两者都可以接地。在另一种实施方式中，台板14接地，且阳极M被提供负电压的脉冲。在其他的实施方式中， 阳极M和台板14都可以相对于地偏置。晶片20 (通过台板14)和阳极M连接到高压脉冲源30，使得晶片20起到阴极的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种等离子体离子注入装置，包括：工艺室；位于所述工艺室中用于支撑衬底的台板；在所述工艺室中与所述台板空间上分开的阳极；被耦合到所述工艺室的工艺气体源，其中，含有工艺气体离子的等离子体在所述阳极与所述台板之间的等离子体放电区域中被产生；脉冲源，用于在所述台板与所述阳极之间施加注入脉冲以将来自等离子体的离子向衬底中加速；以及被配置以获取所述注入脉冲的样本的数据获取单元，其中，所获取的样本指示等离子体离子注入装置的操作情况。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：方子伟，高圣天，埃德蒙·J·温德，丹尼尔·迪斯塔索，卢多维克·戈代，高本雄，贾伊·T·朔伊尔，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备联合公司，
类型：发明
国别省市：US