[发明专利]在等离子体离子注入过程中测量掺杂物浓度的方法

说明书

发明背景

技术领域

本发明的各实施方式大致涉及处理基板的方法，更具体来说，涉及在掺杂工艺中用来测量基板上的掺杂物浓度的方法。

背景技术

在诸如等离子体增强型化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PE-CVD)工艺、高密度等离子体化学气相沉积(high density plasma chemical vapor deposition,HDP-CVD)工艺、等离子体浸没式离子注入(plasma immersion ion implantation,P3I)工艺，以及等离子体刻蚀(plasma etch)之类的等离子体工艺中，恰当地控制离子剂量是相当重要的。集成电路制造中的离子注入工艺，特别需要恰当的设备和控制方法，才能在半导体基板上达到想要的离子剂量。

离子注入的剂量一般所指的是，在每单位面积中穿过被处理基板表面的全部离子的数量。被注入的离子会自行扩散至基板的内容积中。注入离子密度(每单位容积的离子数)主要的变化发生在沿着离子通量的方向上，通常是垂直于基板表面的方向上。沿着垂直方向的离子密度(每单位容积的离子数)的分布被称为离子注入深度轮廓(profile)。用以调节离子注入剂量(每单位面积的离子数)的设备和控制系统有时被称为剂量测定计(dosimetry)。

离子注入可在离子束注入设备和等离子体浸没式离子注入设备中进行。离子束注入设备(可产生窄离子束(narrow ion beam)且必须逐行扫描(raster-scanned)基板的表面)通常一次仅能注入一种原子。在这种设备中的离子流可被精准地测量并以时间进行积分(integrated over time)，而计算出实际的剂量。因为全部离子束皆会撞击基板，且离子束中的原子种类均为已知，所以可精准地确定离子注入剂量。这对于离子束注入设备是非常重要的，因为离子束注入机使用的是直流离子源(其输出电流会产生显著的漂移(drift))，且所使用的各种网格(grid)和电极同样也会产生漂移(这是因受到直流电源的影响使得沉积材料会堆积在部件表面)。所以，离子束注入设备必须具备精确的测定计。将精确监控的离子束以时间积分来计算出一瞬间电流的注入剂量，且当剂量达到预定的目标值时，工艺就停止。

相对地，等离子体浸没式离子注入反应器在测量掺杂物量时，就会遭遇一因难的问题。一般而言，入射进基板的离子的原子重量无法被精确地测定，因为这种反应器使用了含有理想离子注入物质以及其它物质的前驱物气体。例如，在硼的等离子体浸没式离子注入中，一般会使用多种元素的化合物，例如前驱物二硼烷，此时硼原子和氢原子都会入射进基板中。因此难以从所测量的电流中测定硼的剂量。其它在等离子体浸没式离子注入反应器中的剂量测定的因难点在于，等离子体离子会连续地撞击整个基板，所以难以有效直接地测量在基板上全部的离子流量。相反的，仅能以间接方式，从非常小区域中的测量去推算出掺杂物量。特别是在使用无线射频(radio frequency,RF)等离子体源功率或是RF等离子体偏压功率的反应器中更是如此。

所以，需要一种能在等离子体掺杂工艺中确定出预设掺杂物浓度终点(end point)的方法。

发明内容

本发明的具体实施方式提供了一种在等离子体掺杂工艺中用来检测预定掺杂物浓度终点的方法和设备。在一具体实施方式中，提供了一种在等离子体掺杂工艺中用来检测基板表面掺杂物浓度的方法，包含：将一基板置于一处理腔室中，其中该基板具有一上表面和一下表面，且基板温度为0℃至250℃；于该处理腔室中的该基板上方产生一等离子体；将由该等离子体所产生的一光线穿过该基板，其中该光线由该基板的该上表面进入并由该下表面离开基板；由位于该基板下方的一传感器接收该光线。此方法还包含：产生一信号，其与该传感器所接收到的该光线成比例；在一掺杂工艺中，以一掺杂物注入该基板；在掺杂工艺中，当基板达到最终的掺杂物浓度时，产生多组光信号，其与由该传感器所接收到的该光线的一减少量成比例；以及停止对该基板进行注入。

在一些具体实施方式中，此方法可包含产生多组与一增加的掺杂物浓度成比例的信号。由等离子体所产生的光线可包含红外线、可见光、紫外线、或其组合。在一实例中，光线包含红外线。通常来说，在等离子体掺杂过程中，基板温度可以是介于0℃至90℃的范围内，较佳为介于25℃至45℃的范围内。