[发明专利]在不利条件下执行均匀的剂量注入的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年5月1日递交的第61/049,717号专利的名称为“在不利条件下执行均匀的剂量注入的系统和方法”的优先权权益，其在此通过参考将其全文并入。

技术领域

本发明大体涉及离子注入系统，并且更具体地涉及在不利条件下(例如在覆有光致抗蚀剂的工件/晶片的植入期间的重度排气)用于执行剂量测定控制的系统和方法。

背景技术

在制造半导体器件时，离子注入被用以对半导体进行杂质掺杂。在集成电路的制造期间离子束注入装置用来以离子束处理硅晶片，以便形成n型或p型非本征材料掺杂或形成钝化层或保护层。当被用于掺杂半导体时，离子束注入装置注入一选定的离子种类以产生期望的非本征材料。注入由诸如锑、砷、或磷的源材料所产生的离子得到“n型”非本征材料的晶片，而如果想得到“p型”非本征材料晶片，可注入诸如硼、镓、或铟的源材料所产生的离子。

典型的离子束注入装置包括离子源，其用于自可离子化的源材料产生正电荷的离子。产生的离子形成为束且沿着预定的束路径被引导至注入站。离子束注入装置可包括在离子源与注入站之间延伸的束形成和成形结构。束形成和成形结构维持离子束且界定该束流通过于其途中至注入站的伸长的内部腔部或通道。当操作注入装置，此通道通常被抽真空以降低离子由于碰撞于气体分子而偏转离开预定束路径的几率。

剂量测定是测量注入在晶片或工件中的离子。在控制注入离子的剂量中，通常地利用闭合回路反馈控制系统，以便动态调节注入以实现在注入工件中的均匀度。这种控制系统利用实时电流监测以控制工件慢扫描速度。法拉第碟或法拉第杯周期地测量束电流并调节慢扫描速度以确保恒定调配剂量。频繁的测量允许剂量控制系统以快速响应于束电流的变化。法拉第杯接近工件放置，由此使得其对实际调配工件剂量的束电流敏感。

剂量测定系统的目的是为了了解传送至工件的掺杂物的量，并且在离子注入应用中，这通过测量电流(即：束电流)完成。若所有掺杂物粒子带相同的电荷值q，每秒传送至晶片的掺杂物粒子“n”的数量仅由所测量的电流(束电流)“i”(安培)给出，如下式：

n＝i/(qe)，

其中e是电子电荷的值，其约为1.6×10^-19库仑。通常，所有离子具有相同的电荷值且电荷值q是一个整数。若离子束是由不同的电荷状态的离子(包括电荷值为零的中性粒子)所组成，则q是电荷值与其电荷状态分布的加权平均值并且前面给出的简单关系不再成立。因为离子束的电荷状态分布可以改变(通过将详细介绍的电荷交换反应)且难以测量，特别是由于其可能含有大部分的中性原子(其无法用任何电的方法测量)，付出很大的努力保持离子束的电荷值在初始期望的单一值。

然而，一些处理是用以使改变离子的初始的电荷值，且一个这种处理被称为电荷交换反应。当高速离子紧密接近另一个分子或原子，该离子可能从该分子或原子拾取或获取电子(即：电子“拾取”反应)，或可能释放电子至该分子或原子(即：电子脱离反应)。前者反应将离子电荷的值减小1，例如，一单电荷离子变成一中性粒子，即：电中性的原子。后者将离子电荷的值增大1，例如：一单电荷的离子变成一双电荷的离子

在离子注入系统中，花费大量的精力通过维持离子的整个路径在高的真空度(通常为在＜1×10^-6托(torr))以防止频繁发生这些电荷交换反应。然而，在处理半导体制造的许多离子注入应用中，工件(半导体晶片)部分地覆盖称为光致抗蚀剂的薄有机膜，以屏蔽某些区域，并由此选择地仅掺杂晶片的期望的部分。当高速的离子撞击在晶片的光致抗蚀剂层，有机膜的一些分子键被打断并且释放的原子的部分形成气体，很可能是氢气。释放气体的量可能很多并且可以运作以降低在离子束路径的真空水平，且在极端的情形，在离子束中几乎50％的离子经历电荷交换反应。

针对每个电荷交换反应，存在称为反应横截面的值，其描述在剩余原子的单位密度下的反应发生机率。反应横截面以面积的尺寸的形式给出(如同其名称所指，通常是平方厘米)，且其值通过离子速度、离子电荷值、离子质量以及剩余气体原子而在宽的范围内变化。若针对改变离子电荷x至y的反应而将电荷交换横截面的值表示为σ_xy，在已经通过气体层后电荷值从原始电荷x改变至最后电荷值y的离子束的部分给定为：

f_y≈3.3×10¹⁶p*L*σ_xy，

其中，p是真空压力(单位为托)，且L是通过的长度(单位为厘米)。原始电荷状态x的部分如下式表示：