专利名称：二次电子装置及使用其的离子注入机的制作方法
二次电子装置及使用其的离子注入机
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帯的正电荷的二次电子装置。
背景技木在电子エ业中，离子注入现在已经成为了微电子エ艺中的ー种重要的掺杂技木，在当代制造大規模集成电路中可以说是ー种必不可少的手段。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，由于是低温エ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I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ー种布置。如图I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I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Vl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°C)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I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參数异常。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，本发明提供了ー种二次电子装置，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帯的正电荷。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扱。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。在另ー些实施例中，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。
本发明的前述和其他目标、特征和优点根据下面对本发明的实施例的更具体的说明将是显而易见的，这些实施例在附图中被示意。图I示出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ー种布置。图2示出根据本发明的二次电子装置的一个实施例以及利用其来中和正电荷的
一种布置。图3示出了石墨挡板吸收电子的过程。图4示出根据本发明的二次电子装置的另ー实施例以及利用其来中和正电荷的
一种布置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
进ー步详细说明本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性说明，用以使本领域普通技术人员最佳地理解本发明的原理，其不一定按比例绘制。
图2示出根据本发明的二次电子装置20的一个实施例以及利用其来中和正电荷的ー种布置。如图2所示，根据本发明的二次电子装置20包括二次电子发射器22、电压源V3以及悬空挡板24。图2中的二次电子发射器22的结构与图I所示的大致相同。在二次电子的发射过程中，首先在发射管中充入惰性气体，例如氦气、氩气、氡气等，它们均匀地分布在管中。然后，将灯丝通电，在电压Vl的作用下灯丝温度迅速升高产生逸出电子，这些电子在电压V2的作用下加速,与发热管内的惰性气体发生碰撞，从而发射出大量二次电子。应注意的是，在本说明书中所论述的二次电子发射器只是作为示例，在实践中可以采用起相同作用的任何其他形式的二次电子发射装置。
二次电子发射器22与电压源V3的负极相连，该电压源V3为直流电压源。从图2中可看出，该电压源在离子束路径的范围上施加了一个偏压，大大增进了二次电子在垂直于离子束路径的方向上的运动，从而使得更多的二次电子可以在穿越离子束的过程中中和其中的正电荷。在一些实施例中，该电压源V3是可调的，这使得根据本发明的二次电子装置具有很大的灵活性。在实践中，可以用ー个15伏的恒压源连接滑动变阻器，由此使得V3在O 15伏范围内可调。应注意，该电压调节范围只是示意性的，在实践中可以根据各种制程的要求以及二次电子发射器的结构和性能来设定此范围。在高电流的低能大剂量离子注入过程中，二次电子在垂直于离子束路径的方向上的运动在很大程度上受到注入离子的种类和能量的影响。通过离子注入进行掺杂的常见物质包括有硼(B)、磷(P)、神(As)、等，其注入的能量可以在2keV到200keV范围中变化。通过调节装置20中的电压源V3，可以使二次电子获得额外的能量来抵抗离子束本身对其运动的影响。在下表中提供了根据不同的离子种类及能量对偏压选择的ー些示例，但在实际使用时也可以根据具体情况进行多次试验来调节得到最合适的偏压。
权利要求
1.一种二次电子装置，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，其特征在于，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，其中 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，所述悬空挡板与离子束系统保持绝缘；并且其中 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。
2.如权利要求I所述的二次电子装置，其特征在于，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。
3.如权利要求I所述的二次电子装置，其特征在于，其中所述悬空挡板由石墨制成。
4.如权利要求3所述的二次电子装置，其特征在于，其中所述悬空挡板的尺寸为长15厘米,宽5厘米，高2厘米。
5.如权利要求I所述的二次电子装置，其特征在于，所述电压源是可调的。
6.如权利要求5所述的二次电子装置，其特征在于，其中所述电压源的调节范围为0-15 伏。
7.如权利要求5所述的二次电子装置，其特征在于，其中所述电压源由15V的恒压源和滑动变阻器构成。
8.如权利要求5所述的二次电子装置，其特征在于，其中根据注入离子的能量调节所述电压源。
9.如权利要求5所述的二次电子装置，其特征在于，其中根据注入离子的种类调节所述电压源。
10.如权利要求I所述的二次电子装置，其特征在于，其中所述二次电子发射器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。
11.一种离子注入机，其特征在于，所述离子注入机包括如权利要求I至10中任意一项所述的二次电子装置。
全文摘要
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，其中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，所述悬空挡板与离子束系统保持绝缘，并且其中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。使用本发明所提供的二次电子装置使二次电子更充分地穿越离子束，从而在离子注入过程中取得更好的中和效果，使得离子被更好地注入晶片。
文档编号H01J37/317GK102623288SQ20111003710
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者薛文卿, 阳厚国 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司