[发明专利]用于离子注入系统的离子束角度测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种半导体装置制造以及离子注入；更具体而言， 本发明涉及在装设期间或是在现场以有向性的方式校正、检测、及/或修 正离子束入射角度。。

背景技术

离子注入是应用于半导体装置制作中以选择地将掺杂剂注入到半导体 中和/或晶片材料中的物理过程。因此，注入的情况不依赖于掺杂剂和半 导体材料之间的化学的交互作用。对于离子注入，将掺杂剂原子/分子离 子化、加速、形成离子束、分析并扫过晶片，或晶片扫过离子束。掺杂剂 离子物理地冲击晶片、进入表面并在与其能量相关的深度处的表面下静 止。

离子注入系统是精密复杂的子系统的集合，其每个都在掺杂剂离子上 起到具体的作用。成气体或液体形式的掺杂剂元素被定位在离子室内，并 通过适合的离子加工离子化。在一种示例加工中，室保持在低压(真空)。 灯丝位于室内，并被加热到从灯丝源产生电子的点。负电荷电子吸引也在 室内的正电荷的阳极。在从灯丝到阳极的行进期间，电子与掺杂剂源成分 (例如，分子或原子)碰撞，并从分子中的成分产生正电荷离子的晶核。

通常，除了需要的掺杂剂离子外，还产生其它正离子。所需的掺杂剂 离子通过成分分析、质量分析、选择、或离子分离的过程从离子中选择出 来。选择利用质量分析仪实现，该质量分析仪产生磁场，离子通过该磁场 从离子室行进。离子以相对高的速度离开离子室，并通过磁场弯曲成弧形。 弧形的半径由单独的离子的质量、速度以及磁场的强度指示。分析仪的出 口只允许需要的掺杂剂离子，一种特定的离子离开质量分析仪。

利用加速系统以使需要的掺杂剂离子加速或减速到预定的动量(例如， 掺杂剂离子的质量乘以其速度)，以穿透晶片表面。对于加速，系统是通 常沿其轴具有环形动力电极的线性设计。当掺杂剂离子进入到其中时，掺 杂剂离子加速通过其中。

然而，在可能损坏或破坏将制作的半导体装置的离子注入程序期间， 可能会出现许多潜在的问题。在离子注入期间遇到的一个潜在的问题是晶 片表面的电子充电(晶片充电)的不能接受度。例如，离子束可以携带充 满或堆积在晶片表面上的过量的正电荷。正电荷可以从表面、主体、离子 束、结构、层等等拉动中和的电子，并恶化或破坏此部件。另外，过度的 电荷堆积可能造成电压和/或电流以无法控制的方式施加到半导体装置部 件，从而破坏装置部件。

在离子注入期间遇到的另一个潜在的问题是不正确的注入角度。通常， 注入相对晶片表面以规定的角度进行离子注入。如果存在校准误差或角度 误差(例如，加工设备没有被正确校准)，则离子注入可能以不适当的不 同的角度、位置和/或深度进行。此误差可以意外地修改注入的外形、不 能掺杂到某些区域、将掺杂剂注入到不适合的区域，损坏装置的结构，掺 杂到不正确的深度等。

发明内容

以下对本发明的内容进行了简要的说明，以便能够对本发明的一或多 项观点产生基本的了解。本发明内容之摘要说明并未广泛地论述本发明， 而且其目的亦不在于确认本发明的关键或重要元素，或是描绘本发明的范 畴。更确切地说，本发明内容之摘要说明的主要目的在于以简单的形式来 提出本发明的特定概念，用以作为稍后提出之更详细说明的前文。

本发明在离子注入过程之前和/或在离子注入过程期间，通过检测或 测量用于入射离子束的入射值角度以及选择地校正角度误差，帮助半导体 装置的制作。本发明利用由具有一个或多个狭缝限定在其中的结构所组成 的狭缝阵列。狭缝阵列选择入射离子束的正或负部分，然后测量以获得正 和负角度射束电流测量值。诸如入射的平均或中间角度的入射的角度值可 以由获得的正和负角度射束电流测量值确定。可选地，对离子注入过程或 系统中进行调节，可以平衡正和负角度射束电流测量值，使得他们例如大 约相等。

构成狭缝阵列内的狭缝的形状，从而防止小于例如大约零度的角度， 同时在特定方向上允许选择的角度范围通过。然后，一部分离子束穿过狭 缝，并被测量以获得在特定方向上的离子束电流。其它狭缝阵列也存在有 狭缝，其防止小于例如零度的角度狭缝，同时在特定方向的相对方向上， 允许选择范围的角度通过。离子束的另一部分穿过另一狭缝阵列，并被测 量以获得在相对方向上的射束电流。这就允许获得相对方向上的射束电流 的测量值，并可以确定测量的入射角度。