[发明专利]一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及PIII技术领域，特别涉及一种PIII工艺流程控制和在线剂量、均匀性检测方法。

背景技术

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 Immersion Ion Implantation，PIII)，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：

1)PIII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：

1)PIII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＝I_ion+I_e+I_se+I_dis+I_si，(1)

其中，

I_ion，注入等离子体电流；

I_e，等离子体中电子流向基片的电流；

I_se，基片表面发射二次电子形成的电流；

I_dis，位移电流；

I_si，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n_i，

n1=1ne∫0TIiondt,---(2)]]>

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。