[发明专利]一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子束注入领域,特别是一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法。 

背景技术

早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其离子在电场中加速，获得较高的速度后植入固体材料的表面，以改变这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。

从1858年世界上第一块集成电路诞生至今的50多年中，世界集成电路技术与产业的飞速发展，经历小规模（数百个元件）、中规模、大规模、超大规模、到今天已进入特大规模（千万以上个元件）的时代。随着集成度的提高和电路规模的增大，电路中单元器件尺寸不断缩小，图形特征尺寸成为每一代电路技术的特有表征。20世纪末，集成电路制造技术主流为0.13微米的8英寸硅片；但是经过几年的时间，100纳米，65纳米，32纳米，28纳米的工艺也陆续进入生产；同时受到经济利益的驱动，集成电路制造厂商追求更低的生产成本和更高的生产效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，从而可以在单块硅片上可以生产更多的器件。

随着关键尺寸的减小和硅片尺寸的增大，对注入剂量的准确性、注入剂量的均匀性提出了更高的要求。离子注入设备的束流和剂量的测量与控制器是保注入剂量的准确性和注入剂量的均匀性关键部件。由于离子束从离子源引出来为一点状束斑，通过束斑和晶片相对二维运动，将离子束均匀地洒落到晶片表面。束斑和晶片相对二维运动，有以下几种实现方法：第一种方法是晶片固定不动，束斑通过水平方向和垂直方向的扫描电场控制其在晶片表面做二维运动；第二种方法是束斑固定不动，晶片放置在一个二维机械运动平台上，二维机械扫描运动也可以将离子束洒满整个晶片表面；第三种方法是在水平方向，通过扫描电场控制束斑往复运动，垂直方向，通过机械扫描运动，控制晶片垂直上下运动。现有的测控技术无法实现粒子束流与剂量的精确测量。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法，精确有效地测量离子束流与剂量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与法拉第杯接入端口连接。

本发明还提供了一种利用上述离子注入机束流与剂量测控装置控制离子注入剂量的方法，该方法为：离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流峰值采集功能，通过读取AD转换数据，确定合适的档位并通过档位程控开关选择档位；离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流采集功能，水平方向移动法拉第杯同时采集不同位置的束流值，通过水平方向的束流密度分布产生校准的扫描波形，并通过SPI通信接口将波形数据存入到CPU单元的波形数据寄存区；离子注入工艺时，采用垂直机械扫描运动和水平方向电场扫描运动将离子均匀地植入到晶片表面；所述晶片所在平面与法拉第杯所在平面垂直；垂直机械扫描时，每运动一个等距离ΔS，向CPU单元发出一个触发脉冲，即位置同步信号；CPU单元检测到该触发信号，输出一个“W”型扫描波形，控制离子束水平方向返复扫描4次，完成一次剂量Q采集，即单次注入机离子密度为D = Q / (ΔS * W )，其中W为法拉第杯开口宽度。

ΔS取值为1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm中的一种。

所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路，所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻连接；所述可调电阻与+15V电源连接。