一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置，属于PIII技术领域。该装置包括工作腔室、气源、功率源、偏压源、真空系统、偏压电极、冷却系统，还包括法拉第杯系统、信号检出系统和信号处理与控制系统。该装置能够实现在线检测PIII剂量和均匀性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种Pl I I工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置技术领·域本技术涉及PIII
，特别涉及一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置。
技术介绍
半导体掺杂技术能够使半导体呈现出不同的电学特性。目前，通常使用的半导体掺杂技术为束线离子注入(Ion Implantation, II),采用II时，利用质谱仪分析提取所需的离子组分，利用扫描装置对提取出来的离子组分加速，使之具有一定的能量后注入到半导体基片中，采用II时，需要使用质谱仪和扫描装置，成本很高，并且，束线离子注入的效率很低。同时，随着集成电路特征尺寸的进一步减小，离子注入能量需要降低到一千电子伏特以下。但是，粒子束能量降低后，束流会分散，束流的均匀性会变差，注入效率也会进一步降低。为了解决上述问题，近些年出现了等离子体浸入离子注入(Plasma ImmersionIon Implantation, PHI), PIII利用作为半导体基片基座的偏压电极引入负偏压，向注入系统的工作腔室内通入工艺气体，向注入系统施加功率源，产生用于PIII的等离子体。等离子体与工作腔室壁和偏压电极接触处能够形成等离子体鞘层，该等离子体鞘层由带正电的离子构成，呈电正性，从而，形成由等离子体指向工作腔室壁或者偏压电极的电场。当等离子体中的正离子由等离子体穿过该鞘层到达工作腔室壁或者偏压电极时，会被等离子体鞘层电压加速。在PIII中，利用该等离子体鞘层，偏压电极能够引入相对于等离子体中心的负偏压，该负偏压最终会全部降落到该等离子体鞘层上，通过调整该负偏压的大小，便可以控制注入到半导体基片中的正离子的能量，进而控制该正离子注入到半导体基片中的深度。PIII的优点如下DPIII不需要质谱仪和扫描仪，因此，半导体掺杂技术的装置结构简单，成本降低。2)PIII采用鞘层加速机理，注入过程为整片注入，与基片尺寸无关，因此，产出率不会受到基片面积的影响。但是，PIII也存在如下问题DPIII难以在线对等离子体注入剂量进行检测；2)PIII难以在线对等离子体注入均匀性进行检测；3)难以对PIII的过程进行控制。PIII中，用于检测等离子体注入剂量的方法主要有偏压电流检测法和法拉第杯检测法。偏压电流检测法通过检测流过基片的电流检测离子注入剂量。当等离子体注入基片时，流过基片的电流为I，I = Ii0n+Ie+Ise+Idis+Isi，(I)其中，Iim，注入等离子体电流；Ie，等离子体中电子流向基片的电流；Ise，基片表面发射二次电子形成的电流；Idis，位移电流； Isi，基片发射二次离子形成的电流。若注入基片的等离子体剂量的面密度为Iii, I rJrTil = 一 f Iiondt，( 2 ) ne ,0其中，n，注入等离子体带的单位电荷量；e，单位电荷；T，注入时间。大多数情况下，Ie、Idis和Isi相对于其他部分较小，可以忽略，但是，有些情况下，当Idis不能忽略时，采用偏压电流法测量PIII剂量更加困难。事实是，通常情况下，Ise比Iim大一到两倍，甚至更多，并且Ise与基片材料，偏压电流的大小相关，因此，Ise的大小难以确定；同时，组成Iim的离子不仅带有一种电荷量，还有多次电力的离子，即式⑵中的η并不唯一，所以，采用偏压电流法测得的PIII剂量并不是PIII的真实剂量数据，因而，难以根据偏压电流法的Iii对PIII的流程进行控制。法拉第杯检测法与偏压电极检测法的本质相同，都是通过测量等离子体电流来测量PIII的剂量，所不同的是，偏压电极检测法将整个载物台作为电流测量探头，而法拉第杯检测法中有一个独立的工作腔室，注入的等离子体进入该工作腔室之后才被测量。法拉第杯检测法的优点如下法拉第杯检测法能够利用独立的工作腔室消除偏压电流检测法中存在的位移电流和二次电流。法拉第杯检测法的不足如下单法拉第杯检测法无法满足PIII均匀性检测的要求，也难以对PIII的流程进行控制。现有的既可以对PIII剂量进行检测，有可以对PIII均匀性进行检测的方法包括二次离子质谱检测法和方阻检测法。二次离子质谱检测法的优点在于，二次离子质谱检测法既可以对PIII剂量进行检测，也可以对PIII均匀性进行检测。二次离子质谱检测法的缺点在于，I) 二次离子质谱检测法昂贵且费时，特别是当PIII深度接近IOnm量级时，二次离子质谱检测法的应用更加困难。2) 二次离子质谱检测法是一种非在线检测法。方阻检测法是一种能够间接反映PIII剂量和均匀性的方法。方阻检测法的缺点在于，采用方阻检测法之前，需要对基片进行退火，所以，方阻检测法也不能用于在线对PIII剂量和均匀性进行检测。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出了一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置。本技术提供的PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置，包括工作腔 室、气源、功率源、偏压源、真空系统、偏压电极、冷却系统；所述气源为所述工作腔室提供工作气体，所述功率源用于产生等离子体，所述偏压源用于偏置所述偏压电极，所述真空系统用于为所述工作腔室营造工作环境，所述冷却系统用于所述基片散热；所述PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置还包括法拉第杯系统、信号检出系统、信号处理与控制系统和人机交互界面；所述偏压电极上具有用于放置需要对其进行PIII的基片的区域，所述偏压电极上于所述区域之内均匀地开设有至少两个第I种通孔，并且，所述偏压电极于所述区域之外还开设有至少一个第I种通孔，所述法拉第杯系统布置于所述偏压电极上，所述法拉第杯的布置位置与所述第I种通孔的位置相对应，所述法拉第杯的开口的当量>所述第I种通孔的当量；所述PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置通过人机交互界面输入初始条件； 所述信号处理与控制系统接收来自人机交互界面的初始条件信号，并且，所述信号处理与控制系统将所述初始条件信号转化成相应终端部件的控制信号后传输给所述相应的终端部件；所述相应终端部件接收所述控制信号，并根据所述控制信号进行动作；所述相应终端部件采集实时状态参数后将所述实时状态参数信号传输给所述信号处理与控制系统，其中，PIII剂量和均匀性通过所述法拉第杯系统由所述信号检出系统实时检出，所述信号检出系统将实时检出的PIII剂量和均匀性信号传输给所述信号处理与控制系统；所述信号处理与控制系统能够根据所述初始条件信号、所述实时状态参数信号和所述PIII剂量和均匀性信号对PIII工艺流程进行控制；并且，所述信号处理与控制系统能够将所述实时状态参数信号和所述PIII剂量和均匀性信号传输给所述人机交互界面。作为优选，所述区域上还覆盖有覆盖基片，所述覆盖基片上开设有与所述区域上开设的第I种通孔相对应的第II种通孔，所述第II种通孔的当量<所述第I种通孔的当量。作为优选，所述第I种通孔呈环状或者十字状或者辐射状排布。作为优选，所述覆盖基片的材料选自硅、碳化硅、石墨、铝、铝合金、不锈钢中的一种或者他们的复合物。作为优选，所述信号检出系统独立存在。作为优选，所述信号检出系统与所述法拉第杯系统集成为一体。本技术提供的PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置的有益效果在于本技术提供的PIII工艺流程控制和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置，包括工作腔室、气源、功率源、偏压源、真空系统、偏压电极、冷却系统；所述气源为所述工作腔室提供工作气体，所述功率源用于产生等离子体，所述偏压源用于偏置所述偏压电极，所述真空系统用于为所述工作腔室营造工作环境，所述冷却系统用于所述基片散热； 其特征在于， 还包括法拉第杯系统、信号检出系统、信号处理与控制系统和人机交互界面； 所述偏压电极上具有用于放置需要对其进行PIII的基片的区域， 所述偏压电极上于所述区域之内均匀地开设有至少两个第I种通孔，并且，所述偏压电极于所述区域之外还开设有至少一个第I种通孔， 所述法拉第杯系统布置于所述偏压电极上，所述法拉第杯的布置位置与所述第I种通孔的位置相对应，所述法拉第杯的开口的当量>所述第I种通孔的当量； 所述PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测装置通过人机交互界面输入初始条件； 所述信号处理与控制系统接收来自人机交互界面的初始条件信号，并且，所述信号处理与控制系统将所述初始条件信号转化成相应终端部件的控制信号后传输给所述相应的终端部件； 所述相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明刚，李超波，屈芙蓉，夏洋，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：实用新型
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