專利名稱：在等離子體離子注入過程中測量摻雜物濃度的方法
技術領域：
本發(fā)明的各實施方式大致是關于處理基板的方法，且特別是有關于在摻雜工藝中 用來測量基板上的摻雜物濃度的方法。
背景技術：
在諸如等離子體增強型化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PE-CVD)工藝、高密度等離子體化學氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition, HDP-CVD)工藝、等離子體浸沒式離子注入(plasma immersion ion implantation, P3I)工藝，以及等離子體刻蝕(plasma etch)之類的等離 子體工藝中，恰當地控制離子劑量是相當重要的。集成電路制造中的離子注入工藝，特別需 要恰當的設備和控制方法，才能在半導體基板上達到想要的離子劑量。離子注入的劑量一般所指的是，在每單位面積中穿過被處理 基板表面的全部離子 的數量。被注入的離子會自行擴散至基板的內容積中。注入離子密度(每單位容積的離子 數)主要的變化發(fā)生在沿著離子通量的方向上，通常是垂直于基板表面的方向上。沿著垂 直方向的離子密度(每單位容積的離子數)的分布形成了離子注入深度的輪廓(profile)。 用以調節(jié)離子注入劑量(每單位面積的離子數)的設備和控制系統(tǒng)有時會被稱為劑量測定 計(dosimetry)。離子注入可在離子束注入設備和等離子體浸沒式離子注入設備中進行。離子束注 入設備(可產生窄離子束(narrow ion beam)且必須逐行掃描(raster-scanned)基板的 表面)通常一次僅能注入一種原子。在這種設備中的離子流可被精準地測量并以時間進 行積分(integrated over time)，而計算出真正的劑量。因為全部離子束皆會撞擊基板， 且離子束中的原子種類均為已知，所以可精準地確定離子注入劑量。這對于離子束注入設 備是非常重要的，因為離子束注入機使用的是直流離子源(其輸出電流會產生顯著的漂移 (drift))，且所使用的各種網格(grid)和電極同樣也會產生漂移(這是因受到直流電源的 影響使得沉積材料會堆積在部件表面)。所以，離子束注入設備必須具備精確的測定計。將 精確監(jiān)控的離子束以時間積分來計算出一瞬間電流的注入劑量，且當劑量達到預定的目標 值時，工藝就停止。相對地，等離子體浸沒式離子注入反應器在測量摻雜物量時，就會遭遇一因難的 問題。一般而言，入射進基板的離子的原子重量無法被精確地測定，因為這種反應器使用了 含有理想離子注入物質以及其它物質的前驅物氣體。例如，在硼的等離子體浸沒式離子注 入中，一般會使用多種元素的化合物，例如前驅物二硼烷，此時硼原子和氫原子都會入射進 基板中。因此難以從所測量的電流中測定硼的劑量。其它在等離子體浸沒式離子注入反應 器中的劑量測定的因難點在于，等離子體離子會連續(xù)地撞擊整個基板，所以難以有效直接 地測量在基板上全部的離子流量。相反的，僅能以間接方式，從非常小區(qū)域中的測量去推算出摻雜物量。特別是在使用無線射頻(radio frequency, RF)等離子體源功率或是RF等離 子體偏壓功率的反應器中更是如此。所以，需要一種能在等離子體摻雜工藝中確定出預設摻雜物濃度終點(end point)的方法
發(fā)明內容
本發(fā)明的具體實施方式
提供了一種在等離子體摻雜工藝中用來檢測預定摻雜物 濃度終點的方法和設備。在一具體實施方式
中，提供了一種在等離子體摻雜工藝中用來檢 測基板表面摻雜物濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有一上表 面和一下表面，且基板溫度低于約250°C ；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體； 將由該等離子體所產生的一光線穿過該基板，其中該光線由該基板的該上表面進入并由該 下表面離開基板；由位于該基板下方的一傳感器接收該光線。此方法還包含產生一信號， 其與該傳感器所接收到的該光線成比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在摻 雜工藝中，當基板達到最終的摻雜物濃度時，產生多組光信號，其與由該傳感器所接收到的 該光線的一減少量成比例；以及停止對該基板進行注入。在一些具體實施方式
中，此方法可包含產生多組與一增加的摻雜物濃度成比例的 信號。由等離子體所產生的光線可包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。在一實例中，光 線包含紅外線。通常來說，在等離子體摻雜過程中，基板溫度可以是介于約0°c至約90°C的 范圍內，較佳為介于約25 °C至約45 °C的范圍內。在一些具體實施方式
中，摻雜物可為硼、磷、砷(arsenic)、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、 或其組合。摻雜物的最終濃度范圍可為IXlO14cnT2至lX1018cm_2，較佳為5X1015cm_2至 1 X IO17CnT2。在一實例中，摻雜物為硼，且摻雜工藝包含將基板暴露于硼的前驅物之中，例如 三氟硼烷、二硼烷、其等離子體、其衍生物、或其組合。在另一實例中，摻雜物為磷，且摻雜工 藝包含將基板暴露于磷的前驅物之中，例如三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其等離子 體、其衍生物、或其組合。在另一實例中，摻雜物為砷，且摻雜工藝包含將基板暴露于砷的前 驅物之中，例如胂(arsine)、其等離子體、或其衍生物。在另一具體實施方式
中，提供了一種在等離子體摻雜工藝時檢測基板表面摻雜物 濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中基板具有一上表面和一下表面，且基 板溫度低于約250°c ；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；將一光線穿過該基 板，其中光線從基板的下表面進入基板，且從基板的上表面離開基板，且該光線是由一位于 基板下方的光源所產生；以及由位于基板上方的一傳感器接收該光線。此方法還包含產 生一與該傳感器所接收的光線成比例的信號；在摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在 該摻雜工藝中，產生多組光信號，其與由該傳感器所接收到的該光線的一減少量成比例；當 基板上的最終摻雜物濃度達到時，產生一終點信號，其與該傳感器所接收的該光線成比例； 以及停止注入該基板。
具體實施方式
所提供的光源可為激光器，例如紅外線激光器。光線可包含紅外線、 可見光、紫外線、或其組合。在一實例中，該傳感器可位于處理腔室中的一噴頭組件上或與 其耦接。光源則可耦接至一基板支撐組件、在其內或位于其上。該基板支撐組件可具有一 靜電吸盤。
在特定實例中，該傳感器位于該噴頭組件上或其中，且該光源配置成可實質引導 該光線朝向該傳感器。該光源可為耦接至一遠程光源的光纜，遠程光源例如是發(fā)射激光束 的激光器光源。在一些具體實施方式
中，在一校準步驟中，可將由該等離子體所產生的光信 號值大小自該光信號值中扣除。在另一具體實施方式
中，提供了一種在等離子體摻雜工藝時的檢測基板表面摻雜 物濃度的方法，包含將基板置于處理腔室中，其中基板具有上表面和下表面，且基板溫度 低于約250°C ；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體，并使一光線穿過基板。此方 法還包含由一傳感器接收該光線；產生一起始信號，其與該傳感器所接收到的該光線成 比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；與一增加的摻雜物濃度成比例地來調控 由該傳感器所接收到的該光線；當基板上最終摻雜物濃度達成時，產生一終點信號，其與該 傳感器所接收的該光線成比例；以及停止注入該基板。在一實例中，光線由等離子體產生，且該傳感器所接收的光隨著所增加的摻雜物 濃度成比例地減少，且該傳感器是位在該基板下方。在另一實例，光線由位于基板下方的光 源(例如，激光光源)所產生，且該傳感器所接收的光隨著所增加的摻雜物濃度成比例地減 少，且該傳感器是位于該基板下方。在另一實例中，光線是由位于該基板上方的一光源所產 生，且該傳感器所接收的光隨著所增加的摻雜物濃度成比例地減少，其中該傳感器是位于 該基板上方。在另一具體實施方式
中，提供了一種在等離子體摻雜工藝中檢測一基板表面上摻 雜物濃度的方法，包含將一基板置于處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面， 且基板溫度低于約250°C;于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；由位于該基板上 方的一光源產生一光線；將該光線傳送至該基板的該上表面，且將該基板的上表面上的該 光線反射朝向位于該基板上方的一傳感器。此方法還包含產生一信號，其與該傳感器所接 收的該光線成比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在該摻雜工藝中產生多組 光信號，其與該傳感器所接收的該光線的一增加量成比例；當該基板具有最終的摻雜物濃 度時，產生一終點信號，其與該傳感器所接收的光線成比例；以及停止注入該基板。
具體實施方式
所提供的光線可以相對于一橫越該基板上表面的平面約成45° 至90°的夾角被照向該基板的上表面。此夾角可較佳約為75°至約90°，更佳為實質約 90°。在一實例中，光源可耦接至一噴頭組件或位于其中，且該傳感器可設在該噴頭組件上 或與其耦接，且光源的配置方式可以是可將基板上的該光線反射朝向該傳感器。在另一具體實施方式
中，提供了一種在等離子體摻雜工藝中檢測一基板表面摻雜 物濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有上表面和下表面，且基 板溫度低于約250°C;于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；從該基板的上表面將 一光線反射，并以一傳感器來接收該光線。此方法還包含產生一起始信號，其與該傳感器 所接收到的該光線成比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；隨著該摻雜物濃度 的增加而成比例地增加由該傳感器所接收到的該光線；當基板達到最終的摻雜物濃度時， 產生一終點信號，其與該傳感器所接收到的該光線成比例；以及停止注入該基板。


本發(fā)明的特征已簡述于上，所繪示的附圖可做為本發(fā)明具體 實施例的參考。需要注意的是，所繪示的附圖僅繪示了本發(fā)明的典型實施方式，不應被視為是對本發(fā)明范圍的 限制，本發(fā)明也可允許其它相等效果的具體實施方式
。圖1是依據本發(fā)明的一具體實施方式
所繪示的等離子體腔室軸測剖面圖；圖2是繪示圖1中的等離子體腔室的軸測俯視圖；圖3是依據本發(fā)明所述的一具體實施方式
所繪示，在等離子體摻雜工藝中，檢測 最終摻雜物濃度終點的流程圖；圖4是依據本發(fā)明所述的另一具體實施方式
所繪示，在等離子體摻雜工藝中，檢 測最終摻雜物濃度終點的流程圖；圖5是繪示如何以光學傳感器，在圖1所示的等離子體腔室中，實時控制基板中的 摻雜物濃度的簡圖；圖6是依據本發(fā)明所述的另一具體實施方式
所繪示，在等離子體摻雜工藝中，檢 測最終摻雜物濃度終點的流程圖；圖7是繪示以光學傳感器檢測等離子體離子摻雜工藝終點的另一具體實施方式
；圖8是依據本發(fā)明所述的另一具體實施方式
所繪示，在等離子體摻雜工藝中，檢 測最終摻雜物濃度終點的流程圖；以及圖9A-9B是繪示以光學傳感器檢測等離子體離子摻雜工藝終點的其它的具體實 施方式。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
提供了在等離子體離子注入系統(tǒng)中，使用光學傳感器測 量摻雜物濃度的方法和設備。如此就可以有效方式控制等離子體離子注入的終點(end point)ο圖1是依據本發(fā)明的一具體實施方式
所繪示的等離子體腔室100的軸測剖面 示意圖。等離子體腔室100被配置成可進行等離子體增強型化學氣相沉積工藝(plasma enhanced chemical vapor exposition，PE-CVD)、高密度等離子體化學氣相沉積工藝(high density plasma chemical vapor exposition，HDP-CVD)、等離子體增強型原子層沉積工藝 (plasma enhanced atomic layer deposition, PE—ALD)、畠〒ii入工"2、亥Ijt蟲工"2、禾口胃 等離子體工藝。等離子體腔室100具有環(huán)狀(toroidal)等離子體源101，其耦接至等離子體腔室 100的腔體103。腔體103具有腔壁105，其與腔蓋106和腔底108耦接，進而界定出內容積 110。等離子體腔室100的其它例子可參見美國專利第6，939，434號和第6，893，907號，其 全文在此做為參考數據。內容積110包含處理區(qū)125，其形成于氣體分配組件121和基板支撐組件123之 間。圍繞在基板支撐組件123的一部分處設有一抽氣區(qū)122，其經由閥門126(設在腔底108 的端口 127上)可選擇性地與真空泵浦124連通。在一具體實施方式
中，閥門126為節(jié)流 閥，用以控制從內容積110所產生、且經由端口 127而流至真空泵浦124的氣流或蒸氣。在 一具體實施方式
中，閥門126在操作時沒有使用0型環(huán)(o-ring)，在2005年4月26日提交 的美國專利申請第11/115，956號、現已公開為美國專利公開第2006-0237136號中有更詳 細的描述，在此包含其全部內容做為參考資料。
環(huán)狀等離子體源101位于腔體110的腔蓋106上。在一具體實施方式
中，環(huán)狀等離 子體源101具有第一管道150A (通常為“U”形)和第二管道150B (通常為“M”形)。第一 管道150A和第二管道150B各自分別包含至少一天線170A和170B。天線170A和170B設 計來使電感耦合等離子體可分別被形成在每一管道150A/150B的各自的內容積155A/155B 中。如圖2所示，每一天線170A/170B也可為耦合至一功率源(例如RF等離子體功率源 171A/172A)的繞組(winding)或是一線圈。RF阻抗匹配系統(tǒng)171B/172B也可分別和天線 170A/170B耦接。工藝氣體，例如氦氣、氬氣和其它氣體，可被分別輸入至管道150A、150B的 各自的內部區(qū)域155A、155B中。在一具體實施方式
中，具有摻雜物前驅氣體的工藝氣體被 輸入至每一管道150A/150B的內部區(qū)域155A/155B。在一具體實施方式
中，工藝氣體從氣板 (gas panel)130A或130B輸入至環(huán)形等離子體源101中。在另一具體實施方式
中，工藝氣 體可從與等離子體腔室100的腔蓋106中的端口 130連接的氣板135被傳輸通過氣體分配 組件121。在一具體實施方式
中，管道150A/150B的對側端耦接至形成于等離子體腔室100 的腔蓋106中的各自端口 131A-131D(在這個角度中僅繪示了 131A和131B)。在工藝期間， 工藝氣體被輸入到每一管道150A/150B的內部區(qū)域155A/155B，且在天線170A/170B施加了 RF功率，以產生循環(huán)的等離子體路徑(其通過端口 131A-131D和處理區(qū)125)。具體而言， 在圖1中，該循環(huán)的等離子體路徑經過端口 131A至端口 131B，反之亦然，并穿過氣體分配組 件121和基板支撐件之間的處理區(qū)125。每一管道150A/150B具有耦接在各管道150A/150B 的端部和端口 131A-131D之間的等離子體通道140。在一具體實施方式
中，等離子體通道 140被設計成可分裂和加寬形成于每一管道150A/150B之中的等離子體路徑。氣體分配組件121具有環(huán)形壁122和穿孔板132。環(huán)形壁122、穿孔板132、和腔 蓋106界定氣室230。穿孔板132之中包含多個開口 133，以對稱或非對稱的一個或多個圖 形的方式形成。在一具體實施方式
中，摻雜物前驅氣體經由連接到氣板130A的氣體分配組 件121，而輸送至處理區(qū)125。工藝氣體，例如摻雜物前驅氣體，從端口 130輸送至氣室230。 一般而言，摻雜物前驅氣體含有期望的摻雜物元素的摻雜物前驅物，例如，硼(一種在硅中 為P型導電雜質)或磷(一種在硅中為η型導電雜質)。硼、磷、或其它摻雜物元素(例如 砷、銻)的氟化物和/或氫化物可作為摻雜物前驅氣體。在一實例中，用來注入硼摻雜物的 摻雜物前驅氣體包括三氟化硼(BF3)或二硼烷(B2H6)。氣體流過開口 133并進入穿孔板132 之下的處理區(qū)125。在一實例中，穿孔板具有RF偏壓，以幫助產生和/或保持在處理區(qū)125 中的等離子體?；逯谓M件123具有上方板142和陰極組件144。上方板142具有平滑的基板 支撐表面143，用以支撐基板于其上。上方板142具有一連接至直流電源146的嵌入式電極 145，用以在工藝中于基板與上方板142的基板支撐表面143之間產生靜電吸引力。在一具 體實施方式中，嵌入式電極145也可做為可提供電容性RF能量至處理區(qū)125的電極。嵌入 式電極145經由RF阻抗匹配電路147Β與RF等離子體偏壓功率源147Α耦接。基板支撐組件123也可包含舉升銷組件160。該舉升銷組件160具有多個舉升銷， 經由選擇性地抬升并將基板支撐于上方板142的方式來傳送一或多個基板，且該些舉升銷 彼此間隔以容納機械臂(robot blade)于其中。圖2繪示了圖1中的等離子體腔體100的軸測俯視簡圖。等離子體腔體100的腔
8壁105具有基板端口 107，可選擇性地以狹縫閥(slit valve)(未繪示)進行封閉。工藝氣 體經由耦接至端口 130的氣板130A，輸送至氣體分配組件121。一或多種工藝氣體可經由 氣板 130B，輸送至環(huán)狀源(toroidal source) 150A 和 150B。請再參考圖1，等離子體腔室100還包含控制器170，用以監(jiān)視和控制在等離子體 腔室100中執(zhí)行的工藝。控制器170可以與一或多個傳感器連接，用以取樣、分析、和儲存 所測量的數據。在一個具體實施方式
中，控制器170可以具有執(zhí)行不同工藝的控制任務的 能力?？刂破?70可以連接至等離子體腔室100的可操作部分，并將控制信號傳送至此部 分。控制器170可以依據測量的數據進行工藝參數的調整，并執(zhí)行閉環(huán)控制任務以達成想 要的工藝結果。在本發(fā)明的一具體實施方式
中，控制器170可以用以執(zhí)行一或多種摻雜物 劑量控制、終點檢測、和其它的控制任務。在一具體實施方式
中，光學傳感器730被裝置在基板支撐表面143的下方，并與控 制器170耦接。光學傳感器730用于檢測從處理區(qū)125所產生的等離子體中發(fā)出的具有特 定波長或頻率的光線。發(fā)射光可包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。在一具體實施方 式中，光學傳感器730配置為檢測紅外線。當基板在處理區(qū)125中進行處理時，發(fā)射光先穿 過位基板支撐表面143上的基板，之后到達光學傳感器730。當基板上的摻雜物濃度低時， 從等離子體中所發(fā)射出來的光可實質穿透基板，并到達下方的光學傳感器730。但當基板上 表面的摻雜物濃度增加時，基板上表面會變?yōu)椴煌腹?，并使到達光學傳感器730的光變少。 依據基板中的摻雜物濃度和穿透基板并被檢測到的光線量之間的關系，可操作控制器170 來確定出基板上的一目標摻雜物濃度。之后，就終止離子注入工藝。圖3繪示出可用來檢測如具體實施方式
所述的等離子體離子注入終點的工藝方 法300的流程圖。所繪示的方法可應用于第4-9B圖中所示的具體實施方式
中。在步驟302中，需處理的基板702被置于處理區(qū)125之中，該處理區(qū)125位于穿孔 板132和基板支撐組件123之間。在步驟304中，在開始離子注入工藝前，先進行光學傳感 器730和控制器170的校準。在一具體實施方式
中，校準的方式可以為產生一入射在基板 702之上的光線，并由光學傳感器730檢測所接收的光線量，之后將摻雜物濃度參考值與檢 測到的光線量聯系起來。在步驟306中，進行等離子體離子注入，以在基板702上注入摻雜 物。在步驟308中，當進行離子注入時，控制器170會依據光學傳感器730所接收的光線量， 得到當時在基板702中的摻雜物注入濃度。由光學傳感器730所檢測的光線，可以包含穿 過基板702或由基板702所反射的光線。在步驟310中，當摻雜物濃度達到理想或最終濃 度時，控制器170就輸出一控制信號以停止等離子體離子注入工藝。圖4繪示出可用來檢測如具體實施方式
所述的等離子體離子注入的最終摻雜物 濃度終點(end point)的工藝方式400的流程圖。在步驟402中，基板置于處理腔室之中， 其中該基板具有一上表面和一下表面。在步驟404的摻雜工藝中，基板可被保持(不論以 加熱或冷卻)在低于約250°C的溫度，較佳為在約0°C至于90°C的范圍內，更佳為從約25°C 至約45°C。在步驟406中，產生一等離子體于處理腔室中的基板的上方。在步驟408中，由 等離子體所產生的光線穿過基板。光線可包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。在一實 例中，光線含有紅外線。光線從基板的上表面進入并由基板的背面穿出。之后，在步驟410 中，光線由位于基板下方的傳感器接收。方法400還提供用以產生一與傳感器所接收的光成比例的信號的步驟412。方法400可以在如圖5中所配置的等離子體腔室中進行。通常，此方法包含產生多組與所增加的 摻雜物濃度成比例的信號。在步驟414中，基板在摻雜工藝中被注入摻雜物。在步驟416 中，在摻雜工藝中，產生了多組與由傳感器接收的所減少的光量成比例的光信號。在步驟 418中，當基板上的摻雜物達到最終濃度時，產生了一與傳感器所接收的光線成比例的終點 信號。之后在步驟420中，當基板具有理想的最終摻雜物濃度時，就停止摻雜工藝?？梢砸韵铝袚诫s物摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或其組合?；?最終的摻雜物濃度可以在約IXlO14cnT2和約IXlO18cnT2的范圍內，較佳為從約5X1015cm_2 至約IX IO17CnT2。在一個實例中，摻雜物為硼，且摻雜工藝包含將基板暴露于硼的前驅物之 中，例如三氟硼烷、二硼烷、其等離子體、其衍生物、或其組合。在其它的實例中，摻雜物為 磷，且摻雜工藝包含將基板暴露于磷的前驅物之中，例如三氟化磷(trifluorophosphine)、 膦、其等離子體、其衍生物、或其組合。在另一個實例中，摻雜物為砷，且摻雜工藝包含將基 板暴露于砷的前驅物之中，例如胂、其等離子體、或其衍生物。圖5所示為進行摻雜物濃度測量時、用以確定摻雜物工藝終點的設備。此設備具 有光學傳感器730，可以裝于如圖1中所示的等離子體腔體100中，并用于執(zhí)行工藝400。 基板702暴露在產生于穿孔板132和基板支撐組件123之間的等離子體704之中。如圖所 示，穿孔板132可以接地，且基板支撐組件123可以經由RF阻抗匹配電路147B耦接至RF 偏壓功率源147A。等離子體704由RF等離子體偏壓電源147A所產生的RF功率產生。耦 接至控制器170的光學傳感器730位于基板702的下方。基板702可以在低于約250°C的溫度下進行處理，較佳為低于約100°C，更精確為 介于0°C至90°C的范圍內，更佳為從約25°C至約45°C。當基板702在等離子體環(huán)境中受到 處理時，從等離子體704所發(fā)射出的光線706，穿過基板702并入射至光學傳感器730之上。 在一具體實施方式
中，在環(huán)境溫度低于約250°C時，基板702對光線而言是透明的。光學傳 感器730發(fā)出一與所檢測的光線量成比例的測量信號至控制器170，以響應所檢測的光線。在操作時，離子性雜質也可以被送入有摻雜物的基板702中。所用摻雜物的例子 可以包含，但不限于，硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、和其組合。所繪示的具體實施方式
中， 在使用二硼烷(B2H6)做為等離子體前驅物的等離子體注入時，典型注入于基板702中的摻 雜物可以為硼摻雜物。等離子體因而可以含有入射到基板702的上表面上的硼離子物。為 了控制注入于基板702中的硼摻雜物的劑量，控制器170依據由光學傳感器730所提供的 測量信號，得出了所注入的硼摻雜物的濃度。在進行離子注入時，隨著減少的光線穿過基板 702，由控制器170實時得出的基板702中的硼摻雜物濃度就增加。當達到理想的或最終摻 雜物濃度時，控制器170輸出一控制信號以停止供應等離子體前驅物，進而終止了離子注 入工藝。在一具體實施方式
中，目標摻雜物濃度為約IX IO14CnT2至約IX IO18CnT2的范圍內， 較佳為約 5 X IO15CnT2 至約 1 X IO17CnT2。如上所述，依據透過基板而被檢測的光線量而得出基板中的摻雜物濃度。然而，在 基板中的目標摻雜物濃度相對較高的例子中，當基板更不透明時，從等離子體中所發(fā)出的 光線強度可能不足以穿過基板。圖6繪示出用以在此所述具體實施方式
的等離子體摻雜工藝中檢測最終摻雜物 濃度的終點的方法600的流程圖。方法600可以在如圖7中所配置的等離子體腔室中進 行。在步驟602中，基板可以被放置于處理腔室內，其中此基板具有一上表面和一下表面。在步驟604中，基板可被保持在低于約250°C的溫度(不論以加熱或冷卻的方式)，較佳為 低于約100°C，更精確為在0°C和約90°C的范圍之間，較佳為從約25°C至約45°C。在步驟 606中，一等離子體產生于處理腔室或等離子體腔室中的基板上方。在步驟608中，由光源(例如，激光光源)所產生的光線穿過基板。光源置于基板 之下，且于基板上方裝設一傳感器。于是，光線從基板的下表面進入，并由基板的上表面穿 出。在步驟610中，光線由安裝在基板上方的傳感器接收。光線可包含紅外線、可見光、紫 外線、或其組合。在一實例中，光線含有紅外線，例如從紅外激光器中所發(fā)出的紅外線。在一些實例中，傳感器可裝在處理腔室內的噴頭組件上或與其耦接。并且，光源可 與基板支撐組件耦接、位于其內、或其上。在一實例中，基板支撐組件可以為靜電吸盤。在一個特定實例中，傳感器裝在噴頭組件的里面或上面，且光源設置為將光實質 導向傳感器的方向。光源可為耦接至遠程光源的光纜，遠程光源例如是可發(fā)射激光束的激 光光源。在其它實施方式中，傳感器依據從等離子體所發(fā)出的光線而產生一等離子體光信 號。在校準步驟中，光信號值可以扣除由等離子體所產生的光的信號值。方法600還提供了步驟612，用以產生一與傳感器所接收的光成比例的信號。通常 來說，此方法包含產生多組與所增加的摻雜物濃度成比例的信號。在步驟614中，基板在摻 雜工藝中被注入摻雜物。在步驟616中，摻雜工藝中，產生了多組與檢測器所接受的光減少 的量成比例的光信號。在步驟618中，當基板達到最終摻雜物濃度，產生與傳感器所接收的 光成比例的終點信號。接下來在步驟620中，當基板具有理想的摻雜物濃度時，就停止摻雜 工藝?？梢砸韵铝袚诫s物摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或其組合。 基板的最終摻雜物濃度可以介于約IXlO14cnT2至約IXlO18cnT2的范圍內，較佳為從約 5 X IO15CnT2至約IX IO17CnT2。在一實例中，摻雜物為硼，且摻雜工藝包含將基板暴露于三氟 硼烷、二硼烷、其等離子體、其衍生物、或其組合中。在其它的實例中，摻雜物為磷，且摻雜工 藝包含將基板暴露于三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其等離子體、其衍生物、或其組 合之中。在另一實例中，摻雜物為砷，且摻雜工藝包含將基板暴露于胂、其等離子體、或其衍 生物中。圖7表示一當測量摻雜物的濃度時用以檢測摻雜工藝終點的裝置，可用在第1圖 中的等離子體腔室100內，且可用來執(zhí)行方法600。裝置具有與光纜722連接的光源720 (例 如激光光源)。光纜722可以被導引穿過基板支撐組件123。光學傳感器730排列在基板支 撐組件123的上表面上方，并面對光纜722的位置。在一具體實施方式
中，光學傳感器730 可以嵌入在穿孔板132中。在操作時，光纜722將光線724(例如激光光束)從光纜的一端723發(fā)射至基板 702的背面。光線724可以包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。發(fā)射光724穿過基板 702，之后入射到光學傳感器730上。在離子注入工藝中，因基板702中的摻雜物量增加，使 基板702變得更加不透明，這使得由光學傳感器730接收的光束724中可穿透基板的部分 725逐漸減少。依據由光學傳感器730所接收的激光輻射(穿透)的量，控制器170能得到 基板702中的實際摻雜物濃度。當基板702達到目標摻雜物濃度后，控制器170就能輸出 一控制信號以終止離子注入工藝。圖8繪示了一方法800的流程圖，該方法800可在進行所述具體實施方式
的等離子體摻雜工藝時，用來檢測最終摻雜物濃度的終點。方法800可以在如圖9A-9B中所配置 的等離子體腔室中得以進行。在步驟802中，可以將基板放置于處理腔室中，其中此基板具 有上表面和下表面。在步驟804中，基板可以被保持在低于約250°C的溫度(不論以加熱或 冷卻方式)，較佳為低于約100°C，更佳為在約0°C至約90°C的范圍內，更佳為從約25°C至約 45°C。在步驟806中，等離子體產生在處理腔室中的基板上方。在步驟808中，由基板上方的光源(例如，激光光源)所產生的光線，傳送至基板 的上表面并產生反射。在步驟810中，反射光由置于基板上方的傳感器接收。光線可包含 紅外線、可見光、紫外線、或其組合。在一實例中，光線含有紅外線，例如從紅外線激光器所 發(fā)出ο本發(fā)明的具體實施方式
的光線射向基板的上表面的角度相對于基板上表面所延 伸的平面可以在約45°至約90°之間。較佳角度可以在約75°至約90°之間，更佳為實 質角度約90°。光源可耦接至噴頭組件或在噴頭組件之中，傳感器可置于噴頭組件之上或 耦接至噴頭組件，且光源的擺放方式可以為可使光線從基板上反射至傳感器。光源可以為耦接至遠程光源(例如發(fā)射激光光束的激光光源)的光纜。在一實例 中，基板支撐組件可以為靜電吸盤。在另一具體實施方式
中，等離子體所產生的光信號值可 以在校準步驟中被從光信號值中扣除。方法800還提供了步驟812，用以產生與傳感器所接收的光成比例的信號。通常來 說，此方法包含產生多組與所增加的摻雜物濃度成比例的信號。在步驟814中，基板在摻雜 工藝中被注入摻雜物。在步驟816中，在摻雜物工藝中產生了多組與所增加的光量(由傳 感器接收)成比例的信號。在步驟818中，當基板具有最終摻雜物濃度時，會產生一與傳感 器所接收的光成比例的終點信號。之后在步驟820中，當基板達到理想的摻雜物濃度時，就 終止摻進工藝。可以以下列摻雜物摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或其組合。 基板最終的摻雜物濃度可以介于約IXlO14cnT2至約IXlO18cnT2的范圍內，較佳為從約 5 X IO15CnT2至約IX IO17CnT2。在一個實例中，摻雜物為硼，且摻雜工藝包含將基板暴露于三 氟硼烷、二硼烷、其等離子體、其衍生物、或其組合。在其它的實例中，摻雜物為磷，且摻雜工 藝包含將基板暴露于三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其等離子體、其衍生物、或其組 合之中。在另一個實例中，摻雜物為砷，且摻雜工藝包含將基板暴露于胂、其等離子體、或其 衍生物之中。在另一具體實施方式
中，圖9A-9B表示了一種在測量基板上表面的摻雜物濃度 時，用來檢測摻雜工藝終點的裝置。該裝置可用于圖1中的等離子體腔室100，并可用來執(zhí) 行方法800。如圖9A-9B所示，光源720的位置接近于基板支撐組件123的上表面上方，與 光學傳感器730同在基板的一側?；?02暴露于等離子體704(產生于穿孔板132和基 板支撐組件123之間)之中。在一具體實施方式
中，光源720用以發(fā)射入射光束726，例如激光光束，與基板702 的上表面的法線近乎垂直。光束726照射在基板702的上表面并產生反射，之后到達光學傳 感器730。當摻雜物被注入基板702時，入射光束726的反射部分728 (由光學傳感器730 接收)會因基板中逐漸增加的摻雜物濃度而發(fā)生變化。依據由光學傳感器730所檢測的反 射部分728，控制器170能得出在基板702中實際的摻雜物濃度。當基板中達到理想的最終
12摻雜物濃度時，控制器170就輸出一控制信號以終止離子注入工藝。光束726可包含紅外 線、可見光、紫外光、或其組合。圖9A繪示了安裝在基板702上方的光源720和光學傳感器730。光源720和光 學傳感器730可以分別耦接至或安裝在腔壁、腔蓋、氣體分布組件(例如穿孔板132)、或在 等離子體腔室其它的內表面上(未繪示)。圖9B也表示了安裝在基板702上方的光源720 和光學傳感器730。在一個具體實施方式
中，光源720為連接至光纜722的遠程光源，例如 激光光源。光纜722可以被導引穿通穿孔板132。在操作時，光纜722從底端721發(fā)射光束 726，例如激光光束。這里需要了解的是，所述的方法和機制，一般可應用于測量注入基板中的實時 (real time)的摻雜物濃度。在進行校準時使用特定等級的紅外線和特定形態(tài)的摻雜物可 達成此目的。所以，本發(fā)明的方法和裝置可被用于監(jiān)控各種摻雜物的劑量，例如砷、磷、氫、 氧、氟、硅、和其它用于等離子體工藝的物質。在其它的具體實施方式
中，提供了一個在等離子體摻雜工藝中用以檢測基板表面 摻雜物濃度的方法，包含將基板放置于處理腔室內，其中該基板具有上表面和下表面，且 溫度低于約250°C ；在處理腔室中的基板上產生一等離子體，并傳送一穿過此基板光線。這 個方法還包含由一傳感器接收此光線；產生一起始信號(與傳感器所接受的光成比例)； 在摻雜工藝中將摻雜物注入基板；調節(jié)傳感器所接收的光線與所增加的摻雜物濃度成比 例；當基板具有最終摻雜物濃度時，產生一與傳感器所接收的光成比例的終點信號；及停 止將摻雜物注入基板中。在一實例中，光線由等離子體產生，由傳感器所接收的光線量隨著所增加的摻雜 物濃度而成比例地減少，且傳感器位于基板的下方。在另一個實例中，光線由位于基板下方 的光源產生(例如，激光光源)，由傳感器所接收的光線量隨著所增加的摻雜物濃度而成比 例地減少，且傳感器位于基板的下方。在另一個實例中，光線由位于基板上方的光源產生， 由傳感器所接收的光線量隨著所增加的摻雜物濃度而成比例地增加，且傳感器位于基板的 上方。在另一個具體實施方式
中，提供了一個在等離子體摻雜工藝中用以檢測基板表面 摻雜物濃度的方法，包含將基板放置于處理腔室內，其中該基板具有上表面和下表面，且 溫度低于約250°C ；在處理腔室中的基板上產生一等離子體，并從基板的上表面反射光線 且以一傳感器接收此光線。這個方法還包含產生一起始信號(與傳感器所接受的光成比 例)；在摻雜工藝中將摻雜物注入基板；傳感器所接收的光線隨著所增加的摻雜物濃度而 成比例地增加；當基板具有最終摻雜物濃度時，產生一與傳感器所接收的光成比例的終點 信號；以及停止將摻雜物注入基板中。在另一個具體實施方式
中，多組光學傳感器被置于基板的下方，例如置于基板支 撐組件內，光學傳感器可用以監(jiān)視在基板的表面的摻雜物濃度均勻度。上述為本發(fā)明的具體實施方式
，在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下，可建議本發(fā) 明其它的具體實施方式
。本發(fā)明的范圍取決于以下的權利要求書。
權利要求
一種在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜物濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且該基板溫度低于250℃；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；傳送該等離子體所產生的一光線穿過該基板，其中該光線由該基板的該上表面進入并由該基板的該下表面離開；由位于該基板下方的一傳感器接收該光線；產生一信號，其與該傳感器所接收到的該光線成比例；在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在該摻雜工藝中，產生多組光信號，其與由該傳感器所接收到的該光線的一減少量成比例；當該基板具有一最終摻雜物濃度時，產生一與由該傳感器所接收到的該光線成比例的終點信號；以及停止該基板的摻雜物注入。
2.根據權利要求1所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，還包含產生多組信號，其與該摻雜物的一增加濃度成比例。
3.根據權利要求1所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該光線包含紅外線、可見光、紫外線、或其組合。
4.根據權利要求3所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該光線包含紅外線，且該基板在該摻雜工藝時的溫度范圍為約0°C至約 90 "C。
5.根據權利要求1所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度方法，其中該摻雜物是選自由下列物質所組成的組硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、 和其組合；而該摻雜物的最終濃度范圍在約5 X IO15CnT2至約IXlO17cnT2間。
6.一種在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜物濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低于 約 250 0C ；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體；傳送一光線穿過該基板，其中該光線從該基板的該下表面進入且從該基板的該上表面 離開，且該光線是由一位于該基板下方的光源所產生； 由位于該基板上方的一傳感器接收該光線； 產生一與該傳感器所接收的該光線成比例的信號； 在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在該摻雜工藝中，產生多組光信號，其與由該傳感器所接收到的該光線的一減少量成 比例；當基板具有一最終摻雜物濃度，產生一終點信號，其與該傳感器所接收的該光線成比 例；以及停止該基板的摻雜物注入。
7.根據權利要求6所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該光源為一紅外線激光器或一耦接至一激光器的光纜。
8.根據權利要求6所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該光源位于一基板支撐組件之上或位于該基板支撐組件之中，且該傳 感器位于一噴頭組件之上或位于該噴頭組件之中，且該光源配置成能引導該光線實質朝向 該傳感器。
9.根據權利要求6所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該光源為一耦接至一遠程光源的光纜，且該遠程光源發(fā)射一激光光束。
10.根據權利要求6所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該基板在該摻雜工藝時的溫度范圍為約0°c至約90°C。
11.根據權利要求6所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜 物濃度的方法，其中該摻雜物是選自由下列物質所組成的組硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、 鍺、和其組合；而該摻雜物的最終濃度范圍在約5 X IO15CnT2至約IXlO17cnT2間。
12.—種在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻雜物濃度的方法，包含將一基板置于一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低于 約 250 0C ；于該處理腔室中的該基板上方產生一等離子體； 由位于該基板上方的一光源產生一光線；以一相對于延伸跨過該基板上表面的平面而成約75°至約90°的角度，將來自該光 源的該光線傳送至該基板的該上表面，且將來自該基板上表面的該光線反射朝向位于該基 板上方的一傳感器；產生一信號，其與該傳感器所接收的該光線成比例； 在一摻雜工藝中，以一摻雜物注入該基板；在該摻雜工藝中，產生多組光信號，其與該傳感器所接收的該光線的一增加量成比例；當該基板具有一最終摻雜物濃度時，產生一終點信號，其與該傳感器所接收的該光線 成比例；以及停止該基板的摻雜物注入。
13.根據權利要求12所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻 雜物濃度的方法，其中該基板在該摻雜工藝時的溫度范圍為約0°C至約90°C。
14.根據權利要求12所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻 雜物濃度的方法，其中該光源為一紅外線激光器或一耦接至一激光器的光纜。
15.根據權利要求12所述的在一等離子體摻雜工藝期間用來檢測一基板表面上的摻 雜物濃度的方法，其中該光源是耦接至一噴頭組件或位于該噴頭組件中，其中該傳感器位 于該噴頭上或耦接至該噴頭，且該光源是配置成能反射該光線離開該基板并朝向該傳感ο
全文摘要
本發(fā)明的具體實施方式
提供一種在等離子體摻雜工藝期間用來檢測預設摻雜物濃度終點的方法。在一具體實施方式
中，此方法包含將基板置于處理腔室中；于基板上產生一等離子體，并使等離子體所產生的光線穿過基板，其中光線是由基板的上表面進入并由基板的下表面離開，且光線由位于基板下方的傳感器接收。此方法還包含產生一信號，其與傳感器所接收的光線成比例；在摻雜工藝中，將摻雜物注入此基板；在摻雜工藝中產生多組光信號，其與傳感器所接收的光的減少量成比例；當基板具有最終摻雜物濃度時，產生一終點信號，其與傳感器所接收的光成比例；以及停止摻雜工藝。
文檔編號H01L21/66GK101971317SQ200980108920
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2008年3月14日
發(fā)明者李實健, 馬耶德·A·福阿德 申請人:應用材料股份有限公司