CN103021782B - 一种离子注入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入系统，包括：离子注入腔室、进气口、出气口、基片台、射频电源、脉冲电源；其中，所述待注入样片具有第一面和第二面，其中第一面的面积大于所述第二面的面积；且，所述气体流向具有第一方向；所述基片台的所述第一部分使得所述待注入样片的第一面面对所述注入气体流向的第一方向，且所述待注入样片的第一面为第二方向，所述第二方向与所述注入气体流向的所述第一方向不同。本发明通过采用基片台上的电极卡盘垂直放置的方式，在重力作用下，避免将未电离的金属颗粒掉落在电极卡盘上的硅基片上，从而保证了高质量的离子注入。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种等离子体浸没的离子注入系统。
背景技术
传统的束线离子注入(IonBeamIonImplantation，IBII)被广泛的用于材料改性和半导体工艺，随着半导体工艺中基片尺寸的不断增大和CMOS器件特征尺寸的不断缩小使得IBII面临严峻的挑战，如低能浅结注入时由于同种电荷相互排斥造成的离子束发散，扫描式注入在基片尺寸较大时带来的成本升高等。
等离子体浸没离子注入(PlasmaImmersionIonImplantation，PIII)技术被认为是替代IBII制作超浅结的一项新的掺杂技术，相比较而言，等离子体浸没离子注入（PIII）比传统的束线离子注入（IBII）具有较多优点。
本申请发明人在实现本申请实施例技术方案的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：
在传统的PIII系统中，在需要对硅基片注入金属离子来调整功函数的时候，传统PIII系统中的金属等离子体中可能含有未电离的金属颗粒，容易掉落到基片上影响离子注入，因此传统PIII系统有其注入的局限性。所以急需发明一种专门注入金属离子的新的PIII系统，满足集成电路工艺的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子注入系统，解决了现有技术中的未电离的金属颗粒容易掉落到基片上，进行影响离子注入的技术问题，具有离子注入品质高的技术效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种离子注入系统，包括：一离子注入腔室，用于给所述离子注入系统提供真空注入环境；一进气口，所述进气口设于所述离子注入腔室的第一边上，所述进气口用于给所述离子注入系统提供注入气体；一出气口，所述出气口设于所述离子注入腔室的第二边上，所述出气口用于将所述注入气体抽离所述离子注入腔室，且，所述第一边与所述第二边为对边；一基片台，所述基片台包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述离子注入腔室内，用于给所述离子注入安置待注入样片；一射频电源，所述射频电源与所述基片台的第二部分连接，用于给所述注入气体放电产生等离子体提供电源；一脉冲电源，所述脉冲电源与所述离子注入腔室连接，用于给所述离子注入提供脉冲电源；其中，所述待注入样片具有第一面和第二面，其中第一面的面积大于所述第二面的面积；且，所述气体流向具有第一方向；所述基片台的所述第一部分使得所述待注入样片的第一面面对所述注入气体流向的第一方向，且所述待注入样片的第一面为第二方向，所述第二方向与所述注入气体流向的所述第一方向不同。
进一步的，所述离子注入系统还包括：一注入源，所述注入源与所述进气口连接；其中，所述注入源中置入的金属为单质铟或者铟氧化物。
进一步的，所述基片台的所述第一部分上包括：一电极卡盘，所述电极卡盘用于卡设待注入样片，且通过电极卡盘与所述气流的位置关系实现避免进入所述离子注入腔室中的未经电离的铟颗粒落在待注入样片上。
进一步的，所述所述离子注入系统还包括：一加热装置，所述加热装置与所述注入源连接，用于加热所述注入源并形成所述注入气体。
进一步的，所述离子注入系统还包括：一组合泵，所述组合泵与所述出气口连接，所述组合泵用于通过出气口将反应后的注入气体抽走。
进一步的，所述离子注入系统还包括：一通氧装置，所述通氧装置与所述注入源连接，用于当注入源中为单质铟的情况下，实现单质铟与所述通氧装置通入的氧气反应生成铟的氧化物。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果为：
本发明通过采用基片台上的电极卡盘垂直放置的方式，在重力作用下，避免将未电离的金属颗粒掉落在电极卡盘上的硅基片上，从而保证了高质量的离子注入。
附图说明
图1为本发明实施例中一种离子注入系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例中的一种离子注入系统通过采用基片台上的电极卡盘垂直放置的方式，在重力作用下，避免将未电离的金属颗粒掉落在电极卡盘上的硅基片上，从而保证了高质量的离子注入。
实施例一：
如图1所述，本发明实施例中的一种离子注入系统，包括：离子注入腔室1、进气口2、出气口3、基片台4、射频电源5、脉冲电源6，其中，
离子注入腔室1用于给离子注入系统提供真空注入环境；
进气口2设于所述离子注入腔室1的第一边上，进气口2用于给离子注入系统提供注入气体；
出气口3设于所述离子注入腔室1的第二边上，出气口3用于将注入气体抽离离子注入腔室1，且，所述第一边与所述第二边为对边；如图1所示，第一边和第二边的对边设置可以使进气口2的气流在离子注入完毕后，顺流从出气口3中流出，达到较优的离子注入效果。进一步的，在出气口4处设有组合泵8，并与出气口4连接，组合泵8可包括机械泵和分子泵，组合泵8用于将注入反应后的注入气体抽走。
基片台4包括第一部分41和第二部分42，其中第一部分41位于离子注入腔室1内，用于给离子注入安置待注入样片7；需要说明的是，本发明实施例中的待注入样片7可以是硅基片，当然本发明实施例并不限定具体的类型。
其中，所述待注入样片具有第一面71和第二面72，其中第一面71的面积大于所述第二面72的面积；且，气体流向具有第一方向a；
基片台4的第一部分41使得待注入样片7的第一面71面对注入气体流向的第一方向a，且待注入样片7的第一面为第二方向，第二方向与注入气体流向的第一方向a不同。进一步的，第一方向a和第二方向之间的角度θ如图1所示，可以是大于0度，小于等于90度。其中，为了更好的实现达到避免未经电离的金属颗粒坠落在待注入样片7上，第一方向a和第二方向为90度最优。具体来说，基片台4的第一部分41可以包括电极卡盘，该所述电极卡盘用于卡设待注入样片7，且通过电极卡盘与所述气流的位置关系实现避免进入所述离子注入腔室中的未经电离的铟颗粒落在待注入样片上。
脉冲电源6与所述基片台4的第二部分42连接，用于给注入气体放电产生等离子体提供电源；进一步的，射频电源5可以由射频产生源51和射频L型匹配器52组成。脉冲电源6与所述离子注入腔室1连接，用于给离子注入提供脉冲电源；具体来说，在射频电源5的作用下，注入气体通过ICP放电的方式放电产生高密度的等离子气体，等离子气体中的离子通过脉冲电源6产生的脉冲电压的作用，加速注入到待注入样片7中，从而实现离子的掺杂注入。
进一步的，离子注入系统还可包括注入源9，该注入源9与进气口2连接，该注入源9中置入的金属为单质铟或者铟氧化物。当注入源9中为单质铟的情况下，离子注入系统还可以包括通氧装置【图中未标出】，该通氧装置用于实现单质铟与所述通氧装置通入的氧气反应生成铟的氧化物。需要说明的是，本发明并不限定具体的注入源9中的金属具体为铟金属，只要能够实现本发明的其他金属均是本发明的保护范围。
进一步的，离子注入系统还可包括加热装置，该加热装置与注入源9连接，用于加热所述注入源并形成所述注入气体。具体来说，为了满足进入离子注入腔室1中的注入气体满足注入要求，加热装置可包括第一加热装置101和第二加热装置102，其中第一加热装置101可安置在注入源9的底部，其用于将注入源9内的铟源加热到300度-700度，并在此温度作用下蒸发形成铟的氧化物气体，比如氧化铟或者氧化亚铟；第二加热装置102可安置在进气口2处，其用于将铟的氧化物气体进一步加热到750度以上，进而实现将铟的氧化物在进入进气口2时分解成单质铟气体和氧气。
进一步的，离子注入系统还包括冷却系统【图中未标出】，该冷却系统用于对整个离子注入系统进行冷却，比如分子泵的冷却、注入电极的冷却等。
实施例2
为了更好的解释本发明实施例的结构，下面将从本发明实施例的实现过程予以说明。
本发明的离子注入系统工作时，先将待注入样片7放入离子注入腔室1中的基片台4上，然后通过将离子注入腔室1中的真空度迅速达到注入实验所需的本底真空(例如1×10-4Pa或1×10-5Pa，需要说明的是，本发明实施例并不限定具体的真空度，只要满足注入实验要求的真空度均是本发明的保护范围)，接着通过进气口2通入注入气体。在射频电源5的作用下注入气体通过ICP放电方式放电产生高密度等离子体。等离子体中的离子在脉冲电源6产生的脉冲偏压的作用下加速注入到待注入样片7中，从而实现离子掺杂注入。注入后的注入气体通过出气口3被由机械泵、分子泵组合而成的组合泵8抽走。
同时，在进气口2处连接的注入源9和第一加热装置101，第二加热装置102，具体来说，第一加热装置101和第二加热装置102的升温要求不同，第一加热装置101需可以将注入源9【其中，在本实施例中注入源中的物质为铟源】加热到300℃至700℃，注入源9中可以盛放单质铟或者铟的氧化物。注入源9中盛放单质铟时，在注入源9通入氧气（通过通氧装置输入）的情况下利用第一加热装置101加热，使之反应生成铟的氧化物，同时在此温度下蒸发，生成氧化铟或氧化亚铟气体。注入源9中盛放铟的氧化物（比如InO或者In2O）时，直接利用第一加热装置101对其加热，使铟的氧化物在第一加热装置101的加热下蒸发，生成氧化铟或氧化亚铟气体。生成的铟的氧化物气体沿输气管道流到进气口2外。第二加热装置101可以将输气管内气体加热到750℃以上，铟的氧化物气体在进气口2外受到第二加热装置102的加热下受热分解成单质铟气体和氧气。此过程本发明实施例利用了金属或者金属氧化物在不同温度下的饱和蒸汽压不同，来实现对所需气化物质的选择。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例中通过采用电极卡盘的垂直放置，在重力作用下实现避免了进入离子注入腔室的未经电离的金属铟颗粒坠落在电极卡盘上的硅基片之上，从而保证了高质量的铟离子注入。
2、本发明实施例中通过加入了注入源和加热装置，通过加热金属源腔室中的单质铟或者铟的氧化物到300℃至700℃之间，使其产生氧化铟气体，在氧化铟气体进入离子注入腔室时加热750℃以上使其分解成单质铟气体，并在射频电源放电的条件下产生铟离子，从而实现了金属等离子的注入。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种离子注入系统，包括：
一离子注入腔室，用于给所述离子注入系统提供真空注入环境；
一进气口，所述进气口设于所述离子注入腔室的第一边上，所述进气口用于给所述离子注入系统提供注入气体；
一出气口，所述出气口设于所述离子注入腔室的第二边上，所述出气口用于将所述注入气体抽离所述离子注入腔室，且，所述第一边与所述第二边为对边；
一基片台，所述基片台包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述离子注入腔室内，用于给所述离子注入安置待注入样片；
一射频电源，所述射频电源与所述基片台的第二部分连接，用于给所述注入气体放电产生等离子体提供电源；
一脉冲电源，所述脉冲电源与所述离子注入腔室连接，用于给所述离子注入提供脉冲电源；
一注入源，所述注入源与所述进气口连接；所述注入源中置入的金属为单质铟或者铟氧化物；
一加热装置，所述加热装置与所述注入源连接，用于加热所述注入源300℃-700℃并形成所述注入气体，在所述注入气体进入所述离子注入腔室时加热750℃以上使所述注入气体分解成单质气体，所述单质气体在射频电源放电的条件下产生单质离子；
其中，所述待注入样片具有第一面和第二面，其中第一面的面积大于所述第二面的面积；且，所述注入气体的流向具有第一方向；
所述基片台的所述第一部分使得所述待注入样片的第一面面对所述注入气体流向的第一方向，且所述待注入样片的第一面为第二方向，所述第二方向与所述注入气体流向的所述第一方向不同；所述基片台的所述第一部分包括：
一电极卡盘，所述电极卡盘用于卡设待注入样片，且通过电极卡盘与所述注入气体流向的位置关系实现避免进入所述离子注入腔室中的未经电离的铟颗粒落在待注入样片上；通过采用所述电极卡盘垂直放置的方式，在重力作用下，避免将电离的金属颗粒掉落在电极卡盘上的硅基片上。
2.如权利要求1所述的一种离子注入系统，其特征在于，所述离子注入系统还包括：
一组合泵，所述组合泵与所述出气口连接，所述组合泵用于通过出气口将反应后的注入气体抽走。
3.如权利要求1所述的一种离子注入系统，其特征在于，所述离子注入系统还包括：
一通氧装置，所述通氧装置与所述注入源连接，用于当注入源中为单质铟的情况下，实现单质铟与所述通氧装置通入的氧气反应生成铟的氧化物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190603 Address after: Room 820, 8th Floor, Building 1, 13 Guocheng Road, Shunqing District, Nanchong City, Sichuan Province Patentee after: Zhongke Jiuwei Technology Co.,Ltd. Address before: 100029 Microelectronics Institute, Chinese Academy of Sciences, 3 north earth road, Chaoyang District, Beijing Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An ion implantation system Effective date of registration: 20231109 Granted publication date: 20160203 Pledgee: Sichuan Tianfu Bank Co.,Ltd. Business Department Pledgor: Zhongke Jiuwei Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980064475 |