[发明专利]二次电子装置及使用其的离子注入机

说明书

【技术领域】

本发明一般地涉及二次电子装置，并且更具体地涉及用于中和离子注入过程中离子束所携带的正电荷的二次电子装置。 

【背景技术】

在电子工业中，离子注入现在已经成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术，在当代制造大规模集成电路中可以说是一种必不可少的手段。离子注入的方法就是在真空中、低温下，使杂质离子加速，获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中。离子注入的杂质浓度分布一般呈现为高斯分布，并且浓度最高处不是在表面，而是在表面以内的一定深度处。离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，由于是低温工艺而可防止原来杂质的再扩散，同时可实现自对准以减小电容效应。 

随着集成电路制程的发展，低能大剂量离子注入的应用越来越广泛。高电流离子注入机是这种注入方法需要使用的主流机台。然而，离子束通常带有很大的正电荷，这些正电荷会累积在晶圆表面并产生电势，对于高电流离子束尤其是这样。这种电势会阻挡离子束的植入，严重时会造成晶圆表面损伤，因此对于这种主流机台，表面电荷的控制非常关键。 

目前常见的措施是应用从惰性气体产生的二次电子来中和离子植入过程中所附带的正电荷。在图1中示出了一种常规的二次电子发射器12以及利用该发射器中和正电荷的一种布置。如图1所示，在水平方向上将离子束射向待接受离子注入的晶片11，而二次电子发射器12被布置在离子束路径的上方，其在与离子束路径垂直的方向上发射二次电子。图1所示的二次电子发射器12的工作原理是利用灯丝激发的热电子轰击惰性气体来产生二次电子。二次电子发射器12中的灯丝13可以是例如钨灯丝，灯丝电压V1为5伏。当把灯丝通电加热到 热电子发射温度(如果是钨灯丝，则约为2700℃)时，大量电子由金属中逸出。在外置偏压V2的作用下使热电子射出，否则逸出的热电子将在金属表面附近堆积成为空间电荷，这将阻止热电子继续逸出。典型地，V2可以是30伏，大量热电子将在其作用下对充入发射管14中的惰性气体进行轰击，由此产生二次电子。 

在图1所示的二次电子中和系统中，仅仅利用离子束与二次电子之间的电势差将二次电子引出，这种方式受离子束能量、离子束大小以及离子束种类影响很大，在整个制程期间非常不稳定，并会造成产品的电性参数异常。例如，二次电子可能更多地集中在离子束路径的上方，而造成离子束内下方的正电荷将无法被中和，从而无法在晶片表面均质地进行掺杂。 

【发明内容】

本发明的目的是在离子注入过程期间提供一个稳定且高效的二次电子中和系统。 

为实现上述目的，本发明提供了一种二次电子装置，所述二次电子装置被用于中和离子注入过程中离子束所携带的正电荷。所述二次电子装置包括二次电子发射器、悬空挡板以及电压源。所述电子发射器和所述悬空挡板被布置使得所述离子束从所述电子发射器与所述悬空挡板之间通过到达接受离子注入的晶片。所述悬空挡板与整个离子束系统保持绝缘。所述电压源的负极连接至所述二次电子发射器，而所述电压源的正极连接至所述悬空挡板。 

在本发明的一些实施例中，所述二次电子装置还包括电流检测系统，其中所述电流检测系统与所述悬空挡板相同地连接在所述电压源的正极。通过该电流检测系统，可以判断所述二次电子装置是否工作正常。 

优选地，所述悬空挡板由石墨制成。在一些实施例中，该石墨挡板的尺寸可以是长15厘米，宽5厘米，高2厘米。 

优选地，所述电压源是可调的，并且优选地，所述电压源的调节范围为0-15伏。在一些实施例中，所述电压源可以由15V的恒压源和滑动变阻器构成。 

在一些实施例中，可以根据注入离子的能量来调节所述电压源。在另一些实施例中，可以根据注入离子的种类调节所述电压源。当然，也可以同时根据这两方面来调节所述电压源。 

在一些实施例中，所述二次电子发射器可以是通过采用灯丝激发的热电子轰击惰性气体来发射二次电子的装置。 

使用本发明所提供的二次电子装置，可以使得由二次电子发射器所产生的二次电子充分且稳定地到达离子束的路径，而不会随离子束的能量和种类变化。由于该装置中的电压源可灵活地调节，该装置可以满足不同制程的要求。另外，本发明的二次电子装置可以使二次电子均匀分布在离子束所经过的空间中，包括在离子束的两侧都适量地分布，从而提高离子注入的均匀性。 

本发明还提供了一种离子注入机，在所述离子注入机的结构中包括前述的任意一种二次电子装置。 

下面将结合具体的实施例来描述本发明的方法。 

【附图说明】