离子注入方法
阅读说明：本技术 离子注入方法 (Ion implantation method ) 是由 范世炜 于 2020-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种离子注入方法,通过获取等离子电子喷淋装置的发射电流；然后,将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较,并根据比较结果判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态；接着,采用发射电流为异常状态的等离子电子喷淋装置对一垫片执行离子注入工艺,以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小；接着,通过调整后的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺。由此,提高所述等离子电子喷淋装置的发射电流的稳定性,从而解决因等离子电子喷淋装置的稳定性较差而造成的离子注入异常的问题。(The invention provides an ion implantation method, which comprises the steps of obtaining the emission current of a plasma electron spraying device; then, comparing the emission current of the plasma electronic spraying device with a threshold value, and judging the state of the emission current of the plasma electronic spraying device according to the comparison result; then, adopting a plasma electronic spray device with abnormal emission current to perform an ion implantation process on a gasket so as to adjust the emission current of the plasma electronic spray device; and then, performing an ion implantation process on the semiconductor substrate through the adjusted plasma electronic spray device. Therefore, the stability of the emission current of the plasma electronic spray device is improved, and the problem of abnormal ion injection caused by poor stability of the plasma electronic spray device is solved.)
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种离子注入方法。
背景技术
离子注入技术是现代半导体制造技术的一个重要组成部分，离子注入工艺主要是通过离子注入机台的电子束将电离的可控制数量的杂质离子经静电场加速引入到半导体衬底表面，实现对半导体衬底的掺杂，以改变其电学性能，并最终形成各种半导体器件结构。在离子注入机台中，通常情况下，会在离子束的末端设置等离子电子喷淋装置，通过所述等离子电子喷淋装置产生带负电荷的电子中和半导体衬底表面过多的正离子，由此防止由于正电荷积累过多导致的半导体衬底损伤，从而避免电荷效应。对于离子注入工艺来说，等离子电子喷淋装置的异常状况会影响半导体衬底的品质，甚至会影响离子注入机台，例如会导致离子注入机台宕机。当等离子电子喷淋装置的发射电流过高或者过低时，会影响等离子电子喷淋装置的稳定性，导致等离子电子喷淋装置的稳定性较差，从而造成离子注入的异常。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子注入方法，以解决因等离子电子喷淋装置的稳定性较差而造成的离子注入异常的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种离子注入方法，包括：提供一离子注入机台，所述离子注入机台包括一等离子电子喷淋装置；
获取所述等离子电子喷淋装置的发射电流；
将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较，并根据比较结果判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态；
采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置对一垫片执行离子注入工艺，以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小；
通过调整后的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺。
可选的，在所述的离子注入方法中，判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态的方法为，若所述等离子电子喷淋装置的发射电流在所述阈值内，则判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流为稳定状态；若否，则判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的为所述异常状态，其中，所述阈值为一预设电流的0.5～1.5倍。
可选的，在所述的离子注入方法中，所述离子注入机台还包括离子源，所述离子源用于提供离子束。
可选的，在所述的离子注入方法中，采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置，对一垫片执行离子注入工艺的方法包括：
采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置发射电子至所述离子束，以在所述离子束中融入所述电子；
通过融入所述电子后的所述离子束对所述垫片执行离子注入工艺。
可选的，在所述的离子注入方法中，通过融入所述电子后的所述离子束对所述垫片执行离子注入工艺的方法包括：
比较所述等离子电子喷淋装置的发射电流与所述预设电流的大小，并根据比较结果调整对所述垫片执行离子注入工艺时的注入能量和剂量；其中，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流大于所述预设电流时，所述离子注入工艺采用的能量为40Kev～60Kev，剂量为5e11/cm2～7e15/cm2；
当所述等离子电子喷淋装置的发射电流小于所述预设电流时，所述离子注入工艺采用的能量为30Kev～50Kev，剂量为4e11/cm2～6e15/cm2。
可选的，在所述的离子注入方法中，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流小于所述预设电流时，在对所述垫片执行所述离子注入工艺之前，在所述垫片表面形成一光刻胶层，并对所述光刻胶层和所述垫片执行所述离子注入工艺；其中，所述光刻胶层的厚度为8000埃～13000埃。
可选的，在所述的离子注入方法中，在对所述垫片执行离子注入工艺时，采用的离子为砷离子。
可选的，在所述的离子注入方法中，引入氩气对所述垫片执行所述离子注入工艺，所述氩气的气体流量为0.5sccm～1.5sccm。
可选的，在所述的离子注入方法中，在对所述垫片执行离子注入工艺时，所述等离子电子喷淋装置采用的起弧电压为20V～40V，电流为0.5A～1.5A。
可选的，在所述的离子注入方法中，所述垫片为一硅片、锗片和硅锗片中的至少一种。
在本发明提供的离子注入方法中，通过获取所述等离子电子喷淋装置的发射电流；将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较，并根据比较结果判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态；采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置对一垫片执行离子注入工艺，以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小；通过调整后的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺。即，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流为异常状态时，先通过对所述垫片执行所述离子注入工艺，以在所述离子注入工艺的过程中使所述等离子电子喷淋装置的发射电流增大或者减小，由此，调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小，从而提高所述等离子电子喷淋装置的发射电流的稳定性，进而解决因等离子电子喷淋装置的稳定性较差而造成的离子注入异常的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的离子注入方法的流程示意图；
图2和图3是本发明实施例提供的离子注入方法的在执行步骤S4时的结构示意图；
其中，附图标记说明如下：
100-垫片；110-光刻胶层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的离子注入方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例提供的离子注入方法的流程示意图。如图1所示，所述离子注入的方法包括：
步骤S1：提供一离子注入机台，所述离子注入机台包括一等离子电子喷淋装置；
步骤S2：获取所述等离子电子喷淋装置的发射电流；
步骤S3：将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较，并根据比较结果判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态；
步骤S4：采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置对一垫片执行离子注入工艺，以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小；
步骤S5：通过调整后的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺。
在步骤S1中，提供一离子注入机台，所述离子注入机台包括一等离子电子喷淋装置。所述等离子电子喷淋装置包括一喷淋腔，所述喷淋腔内设有灯丝。所述等离子电子喷淋装置用于提供电子。具体的，对所述等离子电子喷淋装置施加电压后，可以使得所述灯丝中通过电流，并形成几千度的高温，进而可以从所述灯丝上发射出电子。此外，所述离子注入机台还包括离子源，所述离子源用于提供离子束。所述等离子电子喷淋装置可以设在所述离子束的下方，并在所述离子束路径的垂直方向上发射电子至所述离子束，所述离子源和所述等离子电子喷淋装置均为现有技术，在此，不再赘述。
在步骤S2中，获取所述等离子电子喷淋装置的发射电流。具体的，可以采用获取所述离子注入机台的方法获取所述等离子电子喷淋装置的发射电流，例如，所述等离子电子喷淋装置的发射电流可以通过离子束流检测装置获取。
在步骤S3中，将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较，并根据比较结果判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态。具体的，判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流的状态的方法为，将所述等离子电子喷淋装置的发射电流与一阈值进行比较，若所述等离子电子喷淋装置的发射电流在所述阈值内，则判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流为稳定状态；若否，则判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流为所述异常状态，其中，所述阈值为一预设电流的0.5～1.5倍。在此，所述预定电流为使离子注入工艺合格的电流，所述预定电流可根据实际的离子注入工艺或者离子注入机台的具体参数选择，其具体可以根据实际的工艺参数设置，例如，所述预定电流可以为20A、50A或者60A等。
请参考图2和图3，图2和图3为本发明实施例在执行步骤S4时的结构示意图。如图2所示，在步骤S4中，采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置对一垫片100执行离子注入工艺，即当所述等离子电子喷淋装置的发射电流为异常状态时，对一垫片100执行离子注入工艺，以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小。
具体的，对所述垫片100执行离子注入工艺的方法包括：采用发射电流为异常状态的所述等离子电子喷淋装置发射电子至所述离子束，以在所述离子束中融入所述电子，从而中和所述离子束的正电荷；通过融入所述电子后的所述离子束对所述垫片执行离子注入工艺。其中，通过融入所述电子后的所述离子束对所述垫片执行离子注入工艺的方法包括：比较所述等离子电子喷淋装置的发射电流与所述预设电流的大小，并根据比较结果调整对所述垫片执行离子注入工艺时的注入能量和剂量；其中，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流大于所述预设电流时，对所述垫片执行离子注入工艺时采用的注入能量为40Kev～60Kev，剂量为5e11/cm2～7e15/cm2；以通过所述垫片100快速的消耗所述等离子电子喷淋装置的灯丝，由此，可以增大等离子电子喷淋装置的灯丝的电阻值，从而降低所述等离子电子喷淋装置的发射电流，进而调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小，提高所述等离子电子喷淋装置的发射电流的稳定性。
当所述等离子电子喷淋装置的发射电流小于所述预设电流时，在所述垫片100表面形成一光刻胶层110，然后对所述光刻胶层110和所述垫片100执行离子注入工艺；其中，在执行所述离子注入工艺时，采用的注入能量为30Kev～50Kev，注入剂量为4e11/cm2～6e15/cm2，在对垫片执行离子注入工艺的过程中，所述光刻胶层110可以增加垫片表面的正电荷累积量，即可以使得大量的正电荷囤积在垫片表面，所述垫片100表面囤积的正电荷可以吸引等离子电子喷淋装置中的电子溢出，从而能够提高所述等离子电子喷淋装置的电子发射效率，进而提高等离子电子喷淋装置的发射电流，另外，通过一定能量的离子轰击所述光刻胶层100可以产生气体(outgasing)，产生的气体会进入等离子电子喷淋装置，使得等离子电子喷淋装置中的等离子体成分发生变化，从而可以进一步提高所述等离子电子喷淋装置的发射电流。
其中，在所述垫片100表面形成所述光刻胶层110的方法包括，在所述垫片100表面旋涂光刻胶，并对所述光刻胶层110进行烘烤、曝光和显影，以形成所述光刻胶层110。优选的，所述光刻胶层110的厚度为8000埃～13000埃，以提高所述光刻胶层110囤积所述离子的能力。发明人研究发现，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流小于预设电流时，是由于，等离子电子喷淋装置的灯丝消耗过快而导致的电阻增大，在灯丝电压恒定的情况时，会导致等离子电子喷淋装置的发射电流降低，因此会导致发射电子效率降低。由此，在本实施例中，通过在所述垫片100上形成所述光刻胶层110，当所述等离子电子喷淋装置的发射电流小于所述预设电流时，在对所述光刻胶层110和所述垫片执行离子注入的过程中，可以通过所述光刻胶层增加所述垫片100表面的正电荷积累量，从而可以使大量的正电荷囤积在垫片表面100，可以有效的吸引所述等离子电子喷淋装置的电子溢出，从而能够提高所述等离子电子喷淋装置的电子发射效率，进而提高等离子电子喷淋装置的发射电流，即调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小。
较佳的，在对所述垫片100执行离子注入工艺时，采用的离子为砷离子，并引入氩气对所述垫片100执行所述离子注入工艺，所述离子注入工艺的高能量离子轰击与所述氩气结合，可以进一步增加垫片100表面的正电荷积累，从而可以进一步提高所述等离子电子喷淋装置的电子的溢出，提高发射效率。
具体的，所述氩气的气体流量可以为0.5～1.5sccm。此外，在对所述垫片100执行离子注入工艺时，所述等离子电子喷淋装置采用的起弧(或者说起弧腔)电压可以为20V～40V，电流可以为0.5A～1.5A。在此，所述起弧电压可以为等离子电子喷淋装置的喷淋腔的起弧腔电压，所述等离子电子喷淋装置的起弧腔为现有技术，在此，不在赘述。其中，所述垫片100可以为一硅片、锗片和硅锗片中的至少一种，本实施例优选的为硅片。
进一步的，当判定所述等离子电子喷淋装置的发射电流为稳定状态时，对所述半导体衬底执行所述离子注入工艺。
在步骤S5中，通过调整后的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺，即通过发射电流为稳定状态的所述等离子电子喷淋装置对半导体衬底执行离子注入工艺，或者说将发射电流为所述异常状态的等离子电子喷淋装置调整为发射电流为所述稳定状态时，对半导体衬底执行离子注入工艺，也就是说，通过调整后的所述等离子电子喷淋装置发射电子至离子束，然后，通过所述离子束对半导体衬底执行离子注入工艺。由于，通过所述垫片100调整了所述等离子电子喷淋装置的发射电流，提高了所述等离子电子喷淋装置的发射电流的稳定性，由此，在对所述半导体衬底执行离子注入工艺时，可以避免因等离子电子喷淋装置的稳定性较差而造成的离子注入异常的问题。其中，所述半导体衬底的材料可以包括半导体材料、绝缘材料、导体材料或者它们的任意组合；以及，所述半导体衬底可以为单层结构，也可以为多层结构。例如，所述半导体衬底可以是诸如Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、InP和其它的III/V或II/VI化合物半导体的半导体材料。以及，所述半导体衬底例如为Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗的层状半导体衬底。在本发明的其他实施例中，所述垫片100与所述半导体衬底的材质可以相同。
综上所述，在本发明提供的离子注入方法中，先通过发射电流为异常状态的等离子电子喷淋装置对所述垫片执行所述离子注入工艺，可以调整所述等离子电子喷淋装置的发射电流的大小，从而提高所述等离子电子喷淋装置的发射电流的稳定性，进而解决因等离子电子喷淋装置的稳定性较差而造成的离子注入异常的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。