專利名稱：用于測量離子注入劑量的方法和裝置的制作方法
用于測量離子注入劑量的方法和裝置優(yōu)先權(quán)本申請要求2009年5月沘日提交的題為“Methods and Apparatus For Measuring Ion Implant Dose (用于測量離子注入劑量的方法和裝置)”的美國專利申請 No. 12/473896 的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及諸如半導(dǎo)體材料之類的材料中離子注入劑量的測量。在各種產(chǎn)品的制造中，知曉材料中的實(shí)際離子注入劑量是有利的，諸如用于測試工藝變化、改進(jìn)成品率、監(jiān)測產(chǎn)品質(zhì)量等。在新產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，諸如在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)的開發(fā)中，測量離子注入劑量的能力也是有利的。生產(chǎn)SOI結(jié)構(gòu)的方式包括離子注入方法，諸如美國專利No. 7，176，528中所公開的那樣。這些步驟包括(i)將硅晶片表面暴露于氫離子注入以產(chǎn)生鍵合表面；(ii)使晶片的鍵合表面與玻璃襯底接觸；(iii)對晶片和玻璃襯底施加壓力、溫度及電壓以幫助它們之間鍵合；(iv)冷卻該結(jié)構(gòu)至常溫；以及(ν)將玻璃襯底和硅薄層從硅晶片分離。為了開發(fā)和/或制造這種SOI結(jié)構(gòu)，期望測量施主半導(dǎo)體(例如，硅)晶片的實(shí)際離子注入劑量。有若干獲得離子注入劑量的指示的現(xiàn)有技術(shù)。例如，二次離子質(zhì)譜法(SIMS) 是一種在材料科學(xué)和表面科學(xué)中使用的技術(shù)，用于通過用聚焦的一次離子束來濺射樣品表面并且收集和分析所放出的二次離子來分析固體表面和薄膜的組成。利用質(zhì)譜儀來測量這些二次離子，以確定表面的元素、同位素或分子組成。SIMS不是一種完全適當(dāng)?shù)姆椒?，至少由于其是一種破壞性測試并且僅測量樣品的小面積。另一種方法包括在注入裝置內(nèi)部使用的現(xiàn)場劑量監(jiān)測器。這種現(xiàn)場劑量監(jiān)測器也不完美，因?yàn)樗鼈儍H提供假設(shè)已經(jīng)被注入的平均離子劑量。然而，現(xiàn)場劑量監(jiān)測器不測量或計(jì)算樣品中的實(shí)際劑量，并且它們不能檢測樣品上的任何不均勻性或注入劑量的其它變化?，F(xiàn)有注入設(shè)備制造商已經(jīng)開發(fā)出基于單個(gè)波長或窄波長范圍的反射性測量的測量和繪圖工具。在美國專利申請公開No. 2005/01U853中描述了這種系統(tǒng)，然而，該系統(tǒng)需要在注入之前進(jìn)行基線測量，這是不期望的。另一種替換方法采用四點(diǎn)探針來基于電阻率測量而提取劑量信息。然而，該測量受材料電阻率影響，材料電阻率的變化很大且由于該過程需要用探針接觸樣品而認(rèn)為是破壞性的。已經(jīng)描述了在制造集成電路的半導(dǎo)體工藝期間在離子注入后測量摻雜分布的幾種載波照明技術(shù)。然而，這些技術(shù)使用脈沖激光照明(單波長)來形成載波并分離探測束以測量反射率。因此，在多數(shù)情況下，這些技術(shù)不能在注入劑量和注入能量的變化之間作出區(qū)分。由于上述原因，例如在制造SOI結(jié)構(gòu)的背景下，上述用于測量離子注入劑量的技術(shù)和過程沒有一種是令人滿意的。因此，本領(lǐng)域需要用于測量離子注入劑量的新方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
用于測量材料中離子注入劑量的方法和裝置提供測量貫穿材料的注入表面的反射光譜，注入表面已經(jīng)經(jīng)受離子注入過程以形成從注入表面至材料內(nèi)一深度的材料層以及該材料層之下的弱化層；存儲反射光譜的量值，作為注入表面上入射光的相應(yīng)波長的函數(shù)； 基于在入射光的至少兩個(gè)相應(yīng)波長下的反射光譜的至少兩個(gè)量值的比較來計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量；以及在用戶可視介質(zhì)上顯示所計(jì)算的離子注入劑量。計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量的步驟包括確定反射光譜的至少一個(gè)局部最大量值和反射光譜的至少一個(gè)局部最小量值之間的峰谷差。可在所述材料對入射光足夠透明以允許入射光到達(dá)材料層之下的弱化層、反射并離開材料以供檢測的相應(yīng)諸個(gè)波長下選擇反射光譜的局部最大和最小量值。計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量的步驟可包括通過使所述峰谷差除以基本不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值來計(jì)算歸一化峰谷差。如本說明書中稍后將討論的，存在實(shí)施該方法的多種方式。然后可將離子注入劑量計(jì)算為歸一化峰谷差的函數(shù)。這可通過建立離子注入劑量和歸一化峰谷差之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。這一關(guān)系可以是線性或非線性的，但優(yōu)選為單調(diào)的。建立單調(diào)關(guān)系可包括利用相關(guān)聯(lián)的所測得的歸一化峰谷差來校準(zhǔn)已知注入劑量。該方法和裝置還提供重復(fù)測量反射光譜，存儲反射光譜的量值以及計(jì)算材料的注入表面上多個(gè)位置的離子注入劑量的步驟；以及在用戶可視介質(zhì)上顯示所述材料的注入表面上的所計(jì)算的離子注入劑量，包括其變化。當(dāng)結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述時(shí)，對本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員而言其它方面、特征、 優(yōu)點(diǎn)等將變得顯而易見。


為了解說本文公開的各特征，在附圖中示出了目前優(yōu)選的形式，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示的精確配置和手段。圖1是示出根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的測量材料樣品的離子注入劑量的裝置的框圖；圖2是示出在制造絕緣體上半導(dǎo)體產(chǎn)品中有用的中間結(jié)構(gòu)的框圖，該絕緣體上半導(dǎo)體產(chǎn)品可能是在圖1的裝置中進(jìn)行測量的材料對象；圖3A示出在具有注入離子和不具有注入離子的情況下，樣品材料的折射率和入射光波長之間的關(guān)系；圖IBB示出在具有注入離子和不具有注入離子的情況下，樣品材料的吸收和入射光波長之間的關(guān)系；圖4是圖1的裝置的光提供和接收組件的更詳細(xì)示意圖；圖5是示出在利用圖1的裝置在測量時(shí)的半導(dǎo)體材料的測得反射光譜的圖；圖6是示出受測半導(dǎo)體材料的反射光譜的一個(gè)或多個(gè)部分與其離子注入劑量之間的關(guān)系的圖；圖7是示出利用圖1的裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；以及圖8是示出根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的測量材料樣品的離子注入劑量的替換裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式參考其中相同標(biāo)記表示相同元素的附圖，在圖1中示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的注入劑量測量裝置100。裝置100用于測量材料120的樣品塊的離子注入劑量，材料120可以是諸如硅晶片之類的半導(dǎo)體晶片。裝置100包括光源102、光譜儀104和計(jì)算系統(tǒng)106。入射光通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)(諸如一定長度的光纖材料108)從光源102被傳送至樣品120，而反射光通過另一結(jié)構(gòu)(諸如另一長度的光纖材料110)被收集并被發(fā)射到光譜儀104。計(jì)算系統(tǒng)106包括能夠運(yùn)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼的處理器，其被設(shè)置成基于所收集的并被發(fā)射到光譜儀104的反射光來計(jì)算樣品的注入劑量?？蓪⑺?jì)算的離子注入劑量通過計(jì)算系統(tǒng)106內(nèi)的顯示裝置(諸如計(jì)算機(jī)屏幕、打印輸出等)提供給裝置100的用戶。在討論裝置100的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)之前，首先提供關(guān)于可找到樣品120的示例性環(huán)境以及可在其上實(shí)施的某些處理的討論。為了討論的目的，本文描述的方法和裝置可在SOI 結(jié)構(gòu)的開發(fā)和/或制造的背景下。SOI結(jié)構(gòu)具有與制造薄膜晶體管(TFT)相結(jié)合的適當(dāng)用途，例如用于包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器和液晶顯示器(LCD)、集成電路、光伏器件等的顯示應(yīng)用。迄今為止，在SOI結(jié)構(gòu)中最普遍使用的半導(dǎo)體材料是硅。在這篇文獻(xiàn)中這些結(jié)構(gòu)被稱為絕緣體上硅結(jié)構(gòu)并且對這些結(jié)構(gòu)冠以簡稱“S0I”。對于高性能薄膜晶體管、太陽能電池、及諸如有源矩陣顯示器之類的顯示器，SOI技術(shù)正變得日益重要。SOI結(jié)構(gòu)可包括絕緣材料上基本為單晶硅的薄層。本文中引用SOI結(jié)構(gòu)是為了幫助解釋本文描述的實(shí)施例而決不是為了也不應(yīng)當(dāng)被理解為限制本發(fā)明的范圍?？s寫SOI在本文中一般用于指代絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括但不限于玻璃上半導(dǎo)體(SOG)結(jié)構(gòu)、絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)和玻璃上硅(SiOG)結(jié)構(gòu)，它還包括玻璃陶瓷上硅結(jié)構(gòu)。如文本所使用的，SOI還可包括半導(dǎo)體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。參考圖2，施主半導(dǎo)體晶片120可被用于SOI器件的制造或開發(fā)。在本文討論的實(shí)施例的環(huán)境中，施主半導(dǎo)體晶片120可以是要試圖進(jìn)行離子注入劑量的計(jì)算的樣品材料。 然而，作為半導(dǎo)體的樣品材料也僅僅是示例，并且本文描述的注入劑量測量裝置100和/或其它方法和裝置可操作在其它材料上?？梢呀?jīng)諸如通過拋光、清洗等制備了施主半導(dǎo)體晶片120，以制造適合用于接合到絕緣襯底(諸如另一種半導(dǎo)體材料、玻璃或玻璃陶瓷襯底(未示出))的相對平坦且均勻的注入面121。為了討論的目的，半導(dǎo)體晶片120可為基本上是單晶Si晶片，然而可采用任何其它合適的半導(dǎo)體導(dǎo)體材料，諸如III-V、II-IV、II-IV-V等半導(dǎo)體種類。這些材料的示例包括硅(Si)、鍺摻雜硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、GaP及hP。通過使注入表面121經(jīng)受一次或多次離子注入過程以在施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121下建立弱化區(qū)，從而建立剝離層122。雖然本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例不限于形成剝離層122的任意特定方法，但一種適合的方法是，使施主半導(dǎo)體晶片120的注入表面121經(jīng)受氫離子注入工藝以至少開始在施主半導(dǎo)體晶片120中建立剝離層122?？墒褂贸Ｒ?guī)技術(shù)來調(diào)節(jié)注入能量，以實(shí)現(xiàn)剝離層122的一般厚度，諸如約300-500nm之間的厚度，但任何合理的厚度在本發(fā)明的范圍內(nèi)。作為示例，可采用氫離子注入，然而也可采用其它離子或混合離子，諸如硼+氫、氦+氫、或用于剝離的文獻(xiàn)中已知的其它離子。而且，可采用任何其它已知或之后開發(fā)的適用于形成剝離層122的技術(shù)。不管所注入的離子種類的性質(zhì)如何，剝離層122上的注入效果是晶格中原子從其規(guī)則位置的位移。當(dāng)晶格中的原子被離子撞擊時(shí)，原子被強(qiáng)制離開原位置，并且產(chǎn)生主要缺陷(一空位和一填隙原子)，這被稱為弗倫克耳對。如果在室溫附近進(jìn)行注入，則主要缺陷的分量發(fā)生移動(dòng)并形成很多類型的二次缺陷，諸如空位團(tuán)等。這些類型的缺陷中的大部分是電活性的，并且用作半導(dǎo)體晶格中主要載流子的陷阱。施主半導(dǎo)體晶片120的所得結(jié)構(gòu)因此是從注入表面121延伸至材料內(nèi)一深度的材料層(剝離層12 和該材料層之下的弱化層123。在弱化層123的形成中所使用的注入劑量可相對較高，大大高于在稍后的摻雜技術(shù)中所使用的劑量。因此，可將弱化層123描述為半導(dǎo)體(例如硅)和氫的混合。而且，弱化層123還包括例如執(zhí)行向硅中注入重劑量氫的情形所特有的若干類型缺陷。例如，該缺陷可包括氫填充氣泡、片狀氫和氫化空位團(tuán)。在以上關(guān)于示例性材料120(諸如上述施主半導(dǎo)體晶片)的結(jié)構(gòu)的背景下，本方法和裝置(諸如裝置100)用于測量導(dǎo)致材料120的弱化層123以及它的其它附屬結(jié)構(gòu)特性的離子注入劑量。參考圖3A和;3B，據(jù)認(rèn)為，離子注入半導(dǎo)體晶片120(在該示例中為硅)表現(xiàn)出弱化層123中折射率的顯著變化(與晶片120的未注入?yún)^(qū)相比)，這導(dǎo)致由光源102入射到注入表面121上的至少一些光的反射。在不限制本文的權(quán)利要求的范圍的情況下，據(jù)認(rèn)為， 這種折射率的差別是導(dǎo)致使用光譜反射測量法計(jì)算離子注入劑量的能力的關(guān)鍵特性。圖3A 示出在沒有注入離子300的半導(dǎo)體材料120以及包括注入離子302的弱化層123的折射率 (標(biāo)準(zhǔn)單位的Y軸)和入射光波長(以微米為單位的X軸)之間的假設(shè)關(guān)系。圖3A的圖中所示的值從結(jié)晶和非晶硅晶片的已知文獻(xiàn)中導(dǎo)出的。圖3B是示出在沒有注入離子304和存在注入離子306的情況下，半導(dǎo)體材料的吸收系數(shù)(以1/cm為單位的Y軸)和入射光波長(以微米為單位的X軸)之間的假設(shè)關(guān)系的相關(guān)圖。同樣，圖3B的圖中所示的值從結(jié)晶和非晶硅晶片的已知文獻(xiàn)中導(dǎo)出的。實(shí)踐中，注入半導(dǎo)體晶片120的實(shí)際值可與圖3A-;3B 所示的值不同。然而，假設(shè)實(shí)踐中弱化層123將具有更接近于302、306的折射率和吸收系數(shù)。還假設(shè)實(shí)踐中剝離層122將具有接近300、304的值。已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)和/或模擬證明本文的方法和裝置能產(chǎn)生有用結(jié)果，從而證明以上假設(shè)。在特定波長范圍內(nèi)，諸如高于約450nm，經(jīng)離子注入的半導(dǎo)體材料120 (諸如弱化層12 的折射率高于半導(dǎo)體晶片120(可以是單晶材料)的未注入?yún)^(qū)。然而，相信本文的方法和裝置僅需要弱化層123中的折射率相比于剝離層122具有一些差別(較高或較低)。 值得注意的是，滿足(1)在弱化層123和剝離層122之間表現(xiàn)出一些折射率差別和(2)足夠的透明度并因此可適用于分析的波長范圍可以從約600nm至850nm。在該波長范圍內(nèi)，硅半導(dǎo)體材料(1)足夠透明以允許來自光源102的光能穿透剝離層122且( 在弱化層123 和剝離層122之間具有足夠的折射率差別以產(chǎn)生反射所需的干涉(并因此獲得測量離子劑量的能力)。如圖3A所示，盡管(弱化層123和剝離層122之間的)折射率差在300-450nm 范圍內(nèi)更大，但認(rèn)為這些波長不能用于分析，因?yàn)楣璋雽?dǎo)體材料在這些波長下具有非常高的吸收性。因此，不足的光將穿透樣品120，被反射、并從樣品120中脫離，以便由探針檢測。 如果折射率差和透射是足夠的，則其它波長(例如，在紅外范圍內(nèi)的波長)可能更適用于測量。盡管不打算限制權(quán)利要求的范圍，然而假設(shè)形成用于離子注入劑量的測量的適合環(huán)境的半導(dǎo)體晶片120的特性是弱化層123相比于上方和下方的其它材料的折射率變化。 然而，另一種可能性是離子注入核素本身形成折射率變化，由此產(chǎn)生或貢獻(xiàn)導(dǎo)致足夠光反射的特性。參考圖4，來自光源102的入射光Io和來自樣品120的反射光Ir可通過集成光纖探針而被發(fā)射和接收，該集成光纖探針基本實(shí)現(xiàn)光纖材料108、110的上述波長。一些光It 穿過弱化層123且不被反射。光譜計(jì)104 (從材料120的注入表面121的特定區(qū)域)接收反射光Ir并對其進(jìn)行處理。由于來自源102的入射光可基本為白光且因此包括多個(gè)波長，則建立在這一區(qū)域中的反射光譜，如圖5所示。計(jì)算系統(tǒng)106的計(jì)算機(jī)可讀存儲器操作為將反射光譜的量值存儲為入射光Io的相應(yīng)波長的函數(shù)。計(jì)算系統(tǒng)106內(nèi)的處理器耦合于計(jì)算機(jī)可讀存儲器并執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，由此導(dǎo)致處理器基于所存儲的反射光譜來計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量。更具體地，基于在入射光的至少兩個(gè)相應(yīng)波長下的反射光譜的至少兩個(gè)量值的比較來計(jì)算離子注入劑量。參考圖5，圖5示出反射率(以a. U.為單位的Y軸)和波長(以納米為單位的X軸)的關(guān)系，反射光譜的兩個(gè)量值是反射光譜的相應(yīng)局部最大值和最小值。 反射光譜的局部最大量值310出現(xiàn)在約700nm的入射光波長處，而反射光譜的局部最小量值312出現(xiàn)在約750nm的入射光波長處。局部最大量值310和局部最小量值312的比較可采取數(shù)學(xué)差(減法)的形式，產(chǎn)生其間的峰谷差值。值得注意的是，發(fā)現(xiàn)最大值和最小值的波長將取決于剝離層122的厚度。因此，如果需要，可使用最大和最小位置的波長之間的計(jì)算差來估計(jì)剝離層122的厚度。值得注意的是，反射光譜的局部最大和最小量值310、312在相應(yīng)的波長下被選擇，在這些相應(yīng)的波長下材料120對入射光Io足夠透明以允許入射光達(dá)到弱化層123并反射回光纖探針。如以上的一些細(xì)節(jié)中所討論的，且僅僅是示例性的，用于諸如硅的半導(dǎo)體材料120的這些波長可在約500nm至約IOOOnm之間選擇；更具體地在約600nm至約850nm之間；或更具體地在約650nm至SOOnm之間。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本公開內(nèi)容中理解，從中選擇最大值和最小值的有用范圍將取決于晶片120的材料類型、其透明度和注入?yún)?shù)等。計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量還可包括計(jì)算歸一化峰谷差。歸一化過程可由計(jì)算系統(tǒng)106執(zhí)行，且可被用于消除由光源102的非理想特性而導(dǎo)致的誤差。歸一化峰谷差可利用多種不同方法來計(jì)算。一種方法是將峰谷差除以基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值。例如，基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值可出現(xiàn)在比選擇反射光譜的局部最大和最小量值310、312所處的相應(yīng)波長更低的波長。作為示例，當(dāng)材料是具有圖5所示光譜的半導(dǎo)體(諸如硅)時(shí)，基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值可在約IOOnm至500nm之間；更具體地在約250nm至400nm之間；更具體地在約325nm至375nm之間。一般而言，基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值可出現(xiàn)在剝離層122中具有高吸收性的任何波長處(因?yàn)楣鈱⒉粫_(dá)到損壞層 123)。盡管相信被選擇為與反射光譜的局部最大和最小量值310、312相接近的波長對于歸一化而言較好(因?yàn)楣庠粗械淖兓瘜⒈桓o密地匹配)，但半導(dǎo)體材料120在較高波長下將變得更透明。在一些情況下，計(jì)算歸一化峰谷差的上述方法可產(chǎn)生較不精確的結(jié)果。事實(shí)上， 在一些情況下，反射性測量對半導(dǎo)體晶片120的表面121和光纖探針108、110之間較小的距離變化敏感。不易于導(dǎo)致測量誤差的計(jì)算歸一化峰谷差的另一種方法是(i)獲得基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值(例如在350nm波長下)和峰谷信號的量值， 每一個(gè)均作為表面121和光纖探針108、110之間的距離的函數(shù)；(ii)在掃描期間使用在 350nm下的反射光譜的量值；并且基于所估計(jì)的距離以及從第一步中獲得的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)來校正掃描期間所測量的峰谷幅度。計(jì)算歸一化峰谷差的另一種方法是(i)在局部最大和最小量值310、312所處的波長處或大于該波長處對信號振幅進(jìn)行平均化(例如，在圖5的光譜情況下在約600-800nm 之間所有的值的平均)；以及(ii)將峰谷差除以計(jì)算出的平均值?？蓪㈦x子注入劑量計(jì)算為歸一化峰谷差的函數(shù)?？赏ㄟ^建立離子注入劑量和歸一化峰谷差之間的關(guān)系而在數(shù)學(xué)上(并因此通過計(jì)算系統(tǒng)106)計(jì)算出該計(jì)算。這種關(guān)系可以是線性或非線性的，但優(yōu)選是單調(diào)的。這可通過使用相關(guān)聯(lián)的測得的歸一化峰谷差來校準(zhǔn)已知的離子注入劑量(諸如由對一個(gè)或多個(gè)晶片120進(jìn)行注入的人所指定的已知的離子注入劑量)來實(shí)現(xiàn)。校正隨著樣品120的數(shù)量增加且隨著給定樣品120的測量次數(shù)增加而改進(jìn)。一種方法是獲取每個(gè)晶片120上不同區(qū)域的峰谷差(或者更佳的是歸一化峰谷差)的測量的平均值，并且使用該平均值用于校準(zhǔn)。然后可在已知的離子注入劑量(或者多種劑量)和平均峰谷差(或歸一化峰谷差)之間容易地建立單調(diào)函數(shù)。如圖6所示，圖6示出反射計(jì)峰谷差(以a. u.為單位的Y軸)與標(biāo)稱劑量(以1016H2/cm2為單位的X軸)的關(guān)系， 利用以上過程的沿Y軸的峰谷差(或歸一化峰谷差)以及沿X軸的標(biāo)稱劑量(以10x16H2/ cm2為單位)之間的關(guān)系是高度相關(guān)的。每個(gè)誤差棒均指示在實(shí)驗(yàn)期間在多個(gè)樣品120中的每一個(gè)上測量的所有值的標(biāo)準(zhǔn)差。一旦實(shí)施過程中的以上步驟，使得獲得峰谷差(或歸一化峰谷差)和標(biāo)稱劑量之間的關(guān)系，就可利用上述測量反射光譜、存儲反射光譜的量值并計(jì)算材料120上多個(gè)位置處的離子注入劑量的步驟來實(shí)施對未知樣品120的測量。材料的注入表面上所計(jì)算的離子注入劑量(包括其變化)可被顯示在用戶可視介質(zhì)上。參考圖7，利用已經(jīng)使用了與上述技術(shù)一致的方式來注入氫離子的硅半導(dǎo)體晶片來實(shí)施實(shí)驗(yàn)。硅半導(dǎo)體晶片測得300mm直徑并且利用與上述和圖1所示一致的裝置而被掃描。所示的劑量圖可包括沿Y軸和X軸中的每一個(gè)所測量的以mm為單位的距離。所示的測量劑量的顏色/灰度從晶片底部的約4*1016H2/cm2變化至晶片頂部的約5*1016H2/cm2，其間存在很多變化。參考圖8，并且根據(jù)替換實(shí)施例，注入劑量測量裝置100A還可操作以測量樣品半導(dǎo)體晶片120的離子注入劑量。裝置100A的類似編號的元件可如以上參考圖1所述地操作。與圖1的采用光纖的裝置100不同，裝置100A包括自由空間光學(xué)器件108A、110A，用于將入射光提供給晶片120并從晶片120接收光。可通過相對于晶片120而移動(dòng)光源102和光譜計(jì)104(維持適當(dāng)?shù)墓饩劢箍赡苁抢щy的)或相對于靜止光源102和光譜計(jì)104而移動(dòng)晶片120，來測量晶片120的不同部分。在該實(shí)施例中，自由空間光學(xué)器件108A、110A成一定角度，使得可實(shí)現(xiàn)通過光譜計(jì)104的反射光的適當(dāng)測量。在替換實(shí)施例中，自由空間光學(xué)器件108A、110A可處于需要分束器和/或附加的聚光透鏡的其它橫向方位。在很多其他方面，裝置100A操作基本與圖1的裝置100相同。 盡管參照特定特征在此對實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的原理和應(yīng)用的說明。因此應(yīng)當(dāng)理解，對這些說明性實(shí)施例可作出許多修改，并且可構(gòu)思出其它配置而不背離由所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種測量材料中離子注入劑量的方法，包括測量貫穿所述材料的注入表面的反射光譜，所述注入表面已經(jīng)經(jīng)受離子注入過程以形成從注入表面至所述材料內(nèi)一深度的材料層以及所述材料層之下的弱化層；存儲反射光譜的量值，作為所述注入表面上入射光的相應(yīng)波長的函數(shù)；基于在入射光的至少兩個(gè)相應(yīng)波長下的反射光譜的至少兩個(gè)量值的比較來計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量；以及在用戶可視介質(zhì)上顯示所計(jì)算的離子注入劑量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量的步驟包括確定反射光譜的至少一個(gè)局部最大量值和反射光譜的至少一個(gè)局部最小量值之間的峰谷差。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述材料對入射光足夠透明以允許入射光到達(dá)所述材料層之下的弱化層、反射并離開所述材料的諸個(gè)相應(yīng)波長下選擇反射光譜的局部最大和最小量值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述材料是半導(dǎo)體；以及選擇反射光譜的局部最大和最小量值的諸個(gè)相應(yīng)波長是在約500nm至約IOOOnm之間選擇的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述相應(yīng)波長介于約600nm至約850nm之間；或介于約650nm至約800nm之間。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括估計(jì)剝離層厚度，作為局部最大值和局部最小值所處的諸個(gè)相應(yīng)波長之間的計(jì)算差的函數(shù)。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量的步驟包括通過使所述峰谷差除以基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值來計(jì)算歸一化峰谷差。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值被確定在比選擇反射光譜的局部最大和最小量值所處的諸個(gè)相應(yīng)波長更低的波長處。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值被計(jì)算為處于包括選擇反射光譜的局部最大和最小量值的波長范圍內(nèi)的多個(gè)值的平均值。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括以下的至少一個(gè)所述材料是硅；基本上不受離子注入劑量影響的所述反射光譜的量值介于約IOOnm至500nm之間；以及基本上不受離子注入劑量影響的所述反射光譜的量值介于約250nm至400nm之間或介于約325nm至375nm之間。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述離子注入劑量被計(jì)算為歸一化峰谷差的函數(shù)。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括建立離子注入劑量和歸一化峰谷差動(dòng)之間的單調(diào)關(guān)系。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，建立單調(diào)關(guān)系的步驟包括利用相關(guān)聯(lián)的所測得的歸一化峰谷差來校準(zhǔn)已知的離子注入劑量。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括重復(fù)以下步驟測量反射光譜，存儲反射光譜的量值以及計(jì)算所述材料的注入表面上多個(gè)位置的離子注入劑量；以及在用戶可視介質(zhì)上顯示所述材料的注入表面上所計(jì)算的離子注入劑量，包括其變化。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下的至少一個(gè) 所述材料是半導(dǎo)體；以及所述半導(dǎo)體取自由硅(Si)、鍺摻雜硅(SiGe)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、 GaP及InP構(gòu)成的組。
16.一種測量材料中離子注入劑量的方法，包括測量貫穿所述材料的注入表面的反射光譜，所述注入表面已經(jīng)經(jīng)受離子注入過程以形成從注入表面至所述材料內(nèi)一深度的材料層以及所述材料層之下的弱化層； 存儲反射光譜的量值，作為所述注入表面上入射光的相應(yīng)波長的函數(shù)； 確定反射光譜的至少一個(gè)局部最大量值和反射光譜的至少一個(gè)局部最小量值之間的峰谷差，其中在所述材料對入射光足夠透明以允許入射光到達(dá)所述材料層之下的弱化層、 反射并離開所述材料的諸個(gè)相應(yīng)波長下選擇反射光譜的局部最大和最小量值；通過使所述峰谷差除以基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值來計(jì)算歸一化峰谷差；計(jì)算所述離子注入劑量，作為歸一化峰谷差的函數(shù)；以及在用戶可視介質(zhì)上顯示所計(jì)算的離子注入劑量。
17.一種裝置，包括光譜計(jì)，測量貫穿所述材料的注入表面的反射光譜，所述注入表面已經(jīng)經(jīng)受離子注入過程以形成從注入表面至所述材料內(nèi)一深度的材料層以及所述材料層之下的弱化層；計(jì)算機(jī)可讀存儲器，用于存儲反射光譜的量值，作為所述注入表面上入射光的相應(yīng)波長的函數(shù)；處理器，所述處理器耦合于計(jì)算機(jī)可讀存儲器并用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，導(dǎo)致處理器執(zhí)行以下動(dòng)作基于在入射光的至少兩個(gè)相應(yīng)波長下的反射光譜的至少兩個(gè)量值的比較來計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量；以及用于在用戶可視介質(zhì)上顯示所計(jì)算的離子注入劑量的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼導(dǎo)致處理器執(zhí)行進(jìn)一步的動(dòng)作，包括確定反射光譜的至少一個(gè)局部最大量值和反射光譜的至少一個(gè)局部最小量值之間的峰谷差，其中在所述材料對入射光足夠透明以允許入射光到達(dá)所述材料層之下的弱化層的諸個(gè)相應(yīng)波長下選擇反射光譜的局部最大和最小量值；通過使所述峰谷差除以基本上不受離子注入劑量影響的反射光譜的量值來計(jì)算歸一化峰谷差；計(jì)算所述離子注入劑量，作為歸一化峰谷差的函數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，包括以下的至少一個(gè)所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼包括離子注入劑量和歸一化峰谷差之間的單調(diào)關(guān)系；以及所述單調(diào)關(guān)系包括使用相關(guān)聯(lián)的測得歸一化峰谷差對已知注入劑量的預(yù)定校準(zhǔn)。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述光譜計(jì)、計(jì)算機(jī)可讀存儲器、處理器和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼一起協(xié)作以重復(fù)反射光譜的測量、反射光譜量值的存儲、離子注入劑量的計(jì)算和所述材料的注入表面上多個(gè)位置的所計(jì)算的離子注入劑量的顯示，離子注入劑量的顯示包括其變化的顯示。
全文摘要
用于測量材料(120)中離子注入劑量的方法和裝置提供測量貫穿材料的注入表面(121)的反射光譜，注入表面已經(jīng)經(jīng)受離子注入過程以形成從注入表面(121)至材料內(nèi)一深度的材料層(122)以及該材料層之下的弱化層(123)；存儲反射光譜的量值，作為注入表面(121)上入射光的相應(yīng)波長的函數(shù)；基于在入射光的至少兩個(gè)相應(yīng)波長下的反射光譜的至少兩個(gè)量值的比較來計(jì)算離子注入過程期間所使用的離子注入劑量。
文檔編號G01B11/06GK102449431SQ201080023815
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月28日
發(fā)明者J·莫爾 申請人:康寧股份有限公司