基于等離子體的離子注入的法拉第劑量和均勻度監測器制造技術

一種法拉第劑量和均勻度監測器可包括環繞目標晶片（２０）的磁抑制環狀法拉第杯（８０）。窄孔可減少法拉第杯開口（６０）內的放電。該環狀法拉第杯可具有連續的截面以此消除由于中斷而導致的放電。不同半徑下的多個法拉第杯可獨立測量電流密度以此監測等離子體均勻度中的變化。該磁抑制場可被配置成具有隨距離非常迅速降低的場強以此將等離子體和注入擾動降到最小，并且可包括徑向和方位分量或者主要方位分量。方位場分量可由交變極性的多個垂直取向的磁體產生，或者通過使用磁場線圈來產生。另外，劑量電子器件可提供高壓下的脈沖電流的積分，而且可將這種集成電荷轉變成光耦合至劑量控制器的光脈沖序列。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術所公開的方法和系統通常涉及用于工件的離子注入的等離子體摻雜系統，具體涉及用于測量注入工件的劑量和劑量的均勻度的方法和設備。
技術介紹
離子注入是用于將改變導電性的雜質引入半導體晶片的標準技術。在常規的離子注入系統中，將所希望的雜質材料在離子源中電離、將這些離子加速以此形成規定能量的離子束并且將離子束對準晶片的表面。射束中的高能離子穿透半導體材料的主體并嵌入半導體材料的晶格，以此形成所希望的導電性區域。在某些應用中，有必要在半導體晶片中形成淺結，其中雜質材料限制在晶片表面附近的區域。在這些應用中，常規離子注入機的高能加速和相關的射束形成硬件是不必要的。因此，曾經建議采用等離子體摻雜系統以此在半導體晶片中形成淺結。在等離子體摻雜系統中，將半導體晶片放置在作為陰極的導電壓板上。將含有所希望的摻雜材料的可電離氣體引入室中并且在壓板與陽極或室壁之間施加高壓脈沖，從而導致具有在晶片附近的等離子殼層的等離子體的形成。所施加的電壓導致等離子體中的離子穿過等離子體殼層并注入晶片中。注入深度與在晶片和陽極之間所施加的電壓有關。等離子體摻雜系統在美國專利No.5,354,381中進行了描述，該專利于1994年10月11頒發給了Sheng。在前面所述的等離子體摻雜系統中，高壓脈沖產生等離子體并使從等離子體到晶片的陽離子加速。在稱為等離子體浸沒系統的其它類型的等離子體系統中，典型地通過施加射頻(RF)功率所產生的連續等離子體被保持在壓板與陽極之間。每隔一段時間，將高壓脈沖施加于壓板與陽極之間，從而導致等離子體中的陽離子朝著晶片被加速。對涉及與注入晶片的累積離子劑量以及整個晶片表面的劑量均勻度有關的離子注入的半導體制造工藝有著嚴格的要求。所注入的劑量確定了注入區域的電活性，同時劑量均勻度需要確保半導體晶片上的所有器件具有規定限度內的運行特性。撞擊目標或晶片的離子電流的精確測量需要控制注入工藝的時間，以便獲取可重復的離子注入劑量，而不降低工藝性能。根據必須在非常接近離子注入目標之處實施利用負DC偏壓加以脈沖以此實現來自等離子體的陽離子注入的事實來看，這種測量是復雜的。因此，在高電位時測得的離子電流信號信息必須耦合到供正在控制注入工藝時間的控制系統使用的接地電壓，。理想的是均勻度測量可并入離子電流測量結構。正如前面提及的美國專利No.5,354,381所描述的，等離子體摻雜系統中劑量測量的一種現有技術的方法涉及通過高壓脈沖輸送到等離子體的電流的測量。然而，這種方法往往不準確。所測得的電流包括離子注入期間所產生的電子，并且把注入工件中的中性分子排除在外，即使這些中性分子對總劑量有貢獻。此外，由于測得的電流通過所注入的晶片，所以它取決于晶片的特性，而晶片的特性可能會產生測得的電流中的誤差。晶片的這些特性包括來自晶片上光刻膠的氣體排放、發射率、局部充電等。因此，對于相同的離子劑量來說，不同的晶片給出不同的測得電流。此外，所測得的電流脈沖包括可能引入測量誤差的大電容或位移電流分量。E.Jones等人在IEEE Transactions on Plasma Science，Vol.25，No.1，February 1997，pp.42-52中對等離子體摻雜劑量測定法技術進行了描述。注入機電流和注入電壓的測量值用于確定單注入脈沖的注入分布。單脈沖的注入分布用于表明最終的注入分布和總注入劑量的特點。這種方法也不準確，部分是因為這種方法依賴于電源和氣體控制穩定性以此確保可重復性的事實。此外，這種經驗方法既耗時又費錢。在涉及向晶片施加高能射束的常規離子注入系統中，典型地通過定位在目標晶片前面的法拉第杯或法拉第籠對累積離子劑量進行測量。法拉第籠典型地是導電罩，而且常常使晶片位于這種罩的下游端并構成法拉第系統的一部分。離子束穿過法拉第籠到達晶片并在法拉第籠中產生電流。將法拉第電流提供給電子劑量處理器，該處理器求出電流相對于時間的積分以此確定總的離子劑量。這種劑量處理器可以是用于控制離子注入機的反饋回路的一部分。現有技術已公開了用于離子注入機的各種各樣的法拉第籠配置。1979年1月16頒發給Forneris等人的美國專利No.4,135,097、1984年2月21日頒發給Turner的美國專利No.4,433,247、1983年12月20日頒發給Robertson等人的美國專利No.4,421,988、1984年7月31日頒發給Robertson等人的美國專利No.4,463,255、1982年11月30日頒發給Douglas的美國專利No.4,361,762、1988年11月22日頒發給Kolondra等人的美國專利No.4,786,814和1986年6月17日頒發給Wu等人的美國專利No.4,595,837公開了置于半導體晶片前面的法拉第籠。1980年10月14日頒發給Ryding的美國專利No.4,228,358、1980年11月18日頒發給Ryding的美國專利No.4,234,797和1986年5月6日頒發給Farley的美國專利No.4,587,433公開了置于轉盤后面的法拉第籠。正如在1988年6月14日頒發給Corey，Jr等人的美國專利No.4,751,393中所公開的，還利用角杯布置在常規的高能離子注入系統中進行劑量和劑量均勻度的測量。具有中心開口的掩模被置于離子束的路徑上。該離子束對掩模的區域進行掃描，其中部分穿過中心開口并撞擊晶片。小型法拉第杯位于掩模的四個角并感測這些位置的射束電流。2000年4月18日頒發給Chen等人的美國專利No.6,050,218、2000年8月15日頒發給Denholm等人的美國專利No.6,101,971和2000年2月1日頒發給Liebert等人的美國專利No.6,020,592描述了其它的法拉第杯配置。Chen等人和Denholm等人的專利描述了用于法拉第杯的靜電抑制的用法，這可通過“微弧放電”導致粒子污染。Liebert等人的專利描述了位于掩模與法拉第杯入口之間的磁場用于提供二次電子的磁抑制。然而，磁場擾動可能導致測量誤差。
技術實現思路
本專利技術公開的系統和方法可包括等離子體摻雜系統，該等離子體摻雜系統具有等離子體摻雜室、安裝在等離子體摻雜室中用于支撐工件(如半導體晶片)的通常呈圓形的壓板、耦合至所述室的可電離氣體源、與壓板隔開的陽極和用于在壓板與陽極之間施加高壓脈沖的脈沖源。高壓脈沖產生具有在工件附近的等離子殼層的等離子體。高壓脈沖使陽離子加速越過等離子體殼層朝著壓板用于注入工件。等離子體摻雜設備包括至少一個位于壓板附近并環繞壓板的環狀法拉第杯，用于收集加速越過等離子體殼層的陽離子樣本。該樣本表示注入工件的陽離子的劑量。孔寬度和厚度以及法拉第杯的深度比如將提供既淺又窄的法拉第，其可降低開口內的放電。法拉第杯的離子收集電極可具有連續的方位截面，其可消除由于方位對稱中的中斷而引起的放電。等離子體和注入擾動可通過利用具有隨距離非常快速降低的場強的磁抑制場而降到最小，這種快速降低可通過使北極和南極彼此非常接近來實現。這種場通常可取向為徑向越過收集電極，但是抑制磁體可提供交變方位磁場分量，以便在相鄰磁體的相反方向上旋轉徑向取向，這可減小二次電子平均自由行程。磁抑制場可包括具有徑向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子體摻雜設備，包含：　　　　等離子體摻雜室；　　　　壓板，安裝在所述等離子體摻雜室中用于支撐工件；　　　　可電離氣體源，耦合至所述室，所述可電離氣體含有注入所述工件的所希望的摻雜劑；　　　　等離子體源，用于產生具有在所述工件附近的等離子體殼層的等離子體，所述等離子體含有所述可電離氣體的陽離子，并且所述等離子體源用于使所述陽離子加速越過所述等離子體殼層朝向所述壓板以注入所述工件；　　　　環狀法拉第杯，被設置在所述壓板周圍用于收集加速越過所述等離子體殼層的所述陽離子的樣本，所述樣本表示注入所述工件的陽離子數；以及　　　　磁場發生機構，被定位成可在所述法拉第杯的收集表面產生磁場用于抑制二次電子從所述法拉第杯的逸出。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2004-4-2 10/817,7551.一種等離子體摻雜設備，包含等離子體摻雜室；壓板，安裝在所述等離子體摻雜室中用于支撐工件；可電離氣體源，耦合至所述室，所述可電離氣體含有注入所述工件的所希望的摻雜劑；等離子體源，用于產生具有在所述工件附近的等離子體殼層的等離子體，所述等離子體含有所述可電離氣體的陽離子，并且所述等離子體源用于使所述陽離子加速越過所述等離子體殼層朝向所述壓板以注入所述工件；環狀法拉第杯，被設置在所述壓板周圍用于收集加速越過所述等離子體殼層的所述陽離子的樣本，所述樣本表示注入所述工件的陽離子數；以及磁場發生機構，被定位成可在所述法拉第杯的收集表面產生磁場用于抑制二次電子從所述法拉第杯的逸出。2.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構包含位于所述收集表面下的交變極性的多個垂直對齊的磁體。3.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構產生取向為所述收集表面的方位角且通常平行于所述收集表面的磁場，用于引導所述二次電子徑向朝向所述法拉第杯的側壁。4.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構包含位于所述收集表面下的場線圈磁體。5.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構包含位于所述收集表面下的多個水平對齊的磁體。6.如權利要求5所述的設備，其中所述水平對齊的磁體具有方位交變的極性以此產生具有通常平行于所述收集表面的方位分量的磁場。7.如權利要求6所述的設備，其中每個所述水平對齊的磁體包含水平對齊且極性相同的一對磁體。8.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構產生取向為徑向且通常平行于所述收集表面的磁場，用于在所述法拉第杯內從方位上引導所述二次電子。9.如權利要求8所述的設備，其中所述磁場發生機構產生具有方位分量的磁場。10.如權利要求1所述的設備，其中所述磁場發生機構包含產生取向為徑向并且通常平行于所述收集表面的磁場的多個水平對齊的磁體，所述多個磁體中的至少一個產生具有方位分量的磁場。11.如權利要求10所述的設備，其中產生具有方位分量的磁場的所述多個磁體中的所述至少一個磁體形成相對于所述環狀法拉第杯的半徑的切線的角度。12.如權利要求11所述的設備，其中所述多個磁體的交變磁體形成相對于所述切線的補角。13.如權利要求12所述的設備，還包含設置在所述壓板周圍的屏蔽環，其中所述法拉第杯位于所述屏蔽環內，所述屏蔽環具有至少一個在所述法拉第杯的開口上方延伸的水平凸部以此減小所述開口的有效寬度。14.如權利要求13所述的設備，其中所述法拉第杯的收集表面的寬度大于所述法拉第杯的開口的寬度。15.如權利要求10所述的設備，其中所述多個磁體相對于所述法拉第杯的半徑的切線交替傾斜。16.如權利要求10所述的設備，包含被定位成降低由所述磁場發生機構在所述工件處產生的磁場并且被配置成加強所述法拉第杯內所述磁場的磁屏蔽。17.如權利要求16所述的設備，其中所述磁屏蔽被配置成一對通道的形狀，具有通常平行于所述法拉第杯的側壁而延伸的網和在朝著所述法拉第杯開口的方向上延伸的凸緣。18.如權利要求10所述的設備，包含被定位成可降低由所述磁場發生機構在所述工件處產生的磁場的磁屏蔽，其中所述磁屏蔽包含被定位成平行于所述法拉第杯的側壁并且與所述法拉第杯的開口相對的一對板。19.如權利要求1所述的設備，還包含被設置在所述壓板周圍的屏蔽環，其中所述法拉第杯位于所述屏蔽環內，所述屏蔽環具有至少一個在所述法拉第杯的開口上方延伸以此減小所述開口的有效寬度的水平凸部。20.如權利要求1所述的設備，其中所述法拉第杯的收集表面的寬度大于所述法拉第杯的開口的寬度。21.如權利要求1所述的設備，其中通過使所述側壁的至少一個逐漸變細而使所述法拉第杯的側壁之間的寬度隨著所述法拉第杯中的深度增加而增加。22.如權利要求1所述的設備，包含被定位成可降低...

【專利技術屬性】
技術研發人員：SR沃爾瑟，R多賴，H佩爾辛，J朔伊爾，BW擴，BO彼得森，C利維特，T米勒，
申請(專利權)人：瓦里安半導體設備公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]