[发明专利]离子注入系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体及显示器件制造技术领域，尤其涉及一种离子注入系统及方法。

背景技术

随着微电子工业的快速发展，离子注入已经成为微电子器件制备工艺中的一种重要的掺杂技术，也是控制金属氧化半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)阈值电压的一个重要手段。离子注入工艺利用离子注入机实现半导体的掺杂，即将特定的杂质原子以离子加速的方式注入到半导体材料内，改变半导体材料的导电特性，并最终形成所需的半导体器件。

随着半导体器件的尺寸越来越小，对离子注入的剂量准确度和均匀性的要求也越来越高，对于作为半导体离子掺杂工艺线的关键设备之一的离子注入设备也提出了更高的要求，例如：要求离子注入设备生产效率高、整机可靠性好、精确控制束纯度、精确控制注入能量、全自动化控制、注入均匀和重复性好等。因此，能够准确监控掺杂剂量和均匀性的离子注入系统正变得越来越不可或缺。

现有的一种剂量监测方法是采用法拉第杯周期性地测量束流，并调节扫描速度以确保连续掺杂。但是这种监测方法是在离子注入前周期性测量离子束情况，不能实时监测离子注入的剂量变化，从而不能实时地对注入剂量进行调整，无法确保注入基板的剂量准确度和均匀性。若要监测注入到基板上的离子剂量，需要将基板进行退火后再进行测试和评估，退火处理会导致注入后的晶格结构重排，不能如实反映离子注入的真实数据。另外，该方法无法监测剂量较低的离子注入工艺。

现有的另一种监测方法是对离子注入后的样品进行二次离子质谱测试以获取注入剂量和均匀性等数据，但是这种方法成本较高，测试周期较长，并且也无法进行实时监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子注入系统及方法，以解决现有技术中不能实时监测离子注入剂量，导致离子注入剂量准确度不高、注入均匀性不好的技术问题。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种离子注入系统，包括：

离子源模块，用于产生离子束；

工艺腔，待注入离子的基板设置在所述工艺腔中，所述离子源模块产生的离子束通入所述工艺腔内，以对所述基板进行离子注入；

所述离子注入系统还包括剂量探测模块，所述剂量探测模块用于对注入所述基板的离子剂量和离子均匀性进行实时探测。

优选地，所述离子注入系统还包括剂量修正控制模块，所述剂量修正控制模块用于接收所述剂量探测模块的测量数据、将所述测量数据与预设数据范围进行对比、并根据对比结果对所述离子源模块产生的离子束进行调整，使注入所述基板的离子剂量和离子均匀性满足预定要求。

优选地，所述剂量探测模块包括至少一个光检测单元，所述光检测单元包括激光发生器和光电探测器，所述激光发生器用于产生照射到所述基板上的探测光，所述光电探测器用于检测从所述基板表面反射的反射光的光强；

所述剂量探测模块还包括数据转换单元，所述数据转换单元能够根据所述光强计算所述基板表面的离子浓度。

优选地，所述剂量探测模块包括多个所述光检测单元，多个所述光检测单元均匀分布以对所述基板的不同位置进行检测。

优选地，所述剂量探测模块还包括扫描单元，所述扫描单元包括可移动支架，所述可移动支架能够沿所述基板的表面移动，所述光检测单元设置在所述可移动支架上。

优选地，所述激光发生器为氩离子泵浦光源，所述激光发生器产生的探测光的波长为500-550nm。

优选地，所述剂量修正控制模块包括数据对比单元和修正单元，所述数据对比单元用于将所述测量数据与所述预设数据范围进行对比，并将对比结果发送给所述修正单元，当对比结果显示所述测量数据不在所述预设数据范围内时，所述修正单元根据所述测量数据与所述预设数据范围之间的差值对所述离子源模块产生的离子束进行调整。

优选地，所述修正单元通过调整所述离子束的电流密度分布来调整注入所述基板的离子剂量和离子均匀性。

优选地，所述离子注入系统还包括质量分析模块，所述质量分析模块用于从所述离子源模块产生的离子束中选出所需注入的离子种类，并将选出的离子通入所述工艺腔内。

优选地，所述质量分析模块包括筛选单元、加速单元和聚焦单元，所述筛选单元用于从所述离子束中筛选出所需注入的离子种类，所述加速单元包括电场发生器，所述电场发生器用于对筛选后的离子束进行加速，所述聚焦单元用于对加速后的离子束进行聚焦，并将聚焦后的离子束通入所述工艺腔内。

作为本发明的第二个方面，还提供一种离子注入方法，包括以下步骤：