CN105551922B - 一种SiC高温高能铝离子注入机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SiC高温高能铝离子注入机，包括：离子源，用来生成含铝的离子；离子束传输系统，用来传输铝离子束流；包括依次设置的引出系统、质量分析器、分析光栏、加速管、垂直扫描电极板及平行束透镜；引出系统将离子源产生的离子引出并形成离子束；离子束依次通过质量分析器和分析光栏后束通过加速管加速，加速后的离子束经过透镜矫正束斑形状，离子束斑经过垂直扫描电极板后扫开成扇形状束带，扇形状束带通过平行束透镜后形成平行的带状束，进入高温靶室系统；高温靶室系统，用来承载待注入的晶片，并对晶片加热至满足注入铝的高温工艺要求。本发明能够保证注入铝离子电荷可选和能量精度，满足注入铝工艺需要晶片加热要求。

Description

一种SiC高温高能铝离子注入机

技术领域

本发明主要涉及到半导体集成电路设备领域，特指一种SiC高温高能铝离子注入机。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料与器件，是发展大功率、高频高温、抗强辐射、蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心技术。SiC具有高热导率、高电子饱和速度和大的临界击穿电场，是电力电子功率半导体领域Si材料的首选继承者。

由于SiC的原子密度比硅大，要达到相同的注入深度，SiC离子注入工艺需要离子具有更高的注入能量，一般要达到350～700KeV。在SiC材料的形成P型掺杂的离子注入工艺中一般使用Al原子，而Al原子比C原子大得多，注入后对晶格的损伤和杂质处于未激活状态的情况都比较严重，需要在较高温度的晶片上进行离子注入工艺。

现有传统的SiC离子注入机，存在光路长、调束困难、束流指标小等不足；离子加速的高压供电模式是油箱供电，导致整个高压绝缘距离长达2-3米，设备占地面积大，射线屏蔽用铅板厚达8mm，其离子源为金属微波离子源，离子源的结构复杂，制作成本高。由此可知，以上现有技术的缺陷导致整个设备具有使用、维护成本高的缺点。且现有所有的注入机均在注入离子纯度、束纯度、束平行性、注入角度和深度控制、注入重复性和注入成品率无法保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、能够保证注入铝离子电荷可选和能量精度，满足注入铝工艺需要晶片加热要求的SiC高温高能铝离子注入机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种SiC高温高能铝离子注入机，包括：

离子源，用来生成含铝的离子；

离子束传输系统，用来传输铝离子束流；包括依次设置的引出系统、质量分析器、分析光栏、加速管、垂直扫描电极板及平行束透镜；所述引出系统将离子源产生的离子引出并形成离子束；离子束依次通过质量分析器和分析光栏后束通过加速管加速，加速后的离子束经过透镜矫正束斑形状，离子束斑经过垂直扫描电极板后扫开成扇形状束带，所述扇形状束带通过平行束透镜后形成平行的带状束，进入高温靶室系统；

高温靶室系统，用来承载待注入的晶片，并对晶片加热至满足注入铝的高温工艺要求。

作为本发明的进一步改进：所述加速管24采用等梯度加速管，包括多个中心点在同一条直线上的中间电极；所述中间电极包括首端圆柱体和与所述首端圆柱体一个底面连接的尾端圆柱体，且首端圆柱体底面直径小于尾端圆柱体直径，所述首端圆柱体和尾端圆柱体连接的首端圆柱体两侧各接有一个均压圆柱体；相邻的两个中间电极中，其中一个的首端圆柱体伸入另一个的尾端圆柱体内；所有中间电极的首端圆柱体和尾端圆柱体均设置在第一绝缘环内；每个中间电极的两个均压圆柱体均伸出第二绝缘环，且所述均压圆柱体伸出第二绝缘环的部分套有均压环；第二绝缘环两端分别固定有活套法兰和地电位法兰，所述地电位法兰与第一绝缘环连接处固定有抑制电极。

作为本发明的进一步改进：所述高温靶室系统内设置有高温靶盘，所述高温靶盘包括底板，所述底板上盖有上盖板，所述底板与上盖板之间的空间中设置加热腔体，所述上盖板上开设有安装孔，安装孔上固定有基片座，所述基片座上表面固定有SiC基片，所述基片座下表面固定有加热用灯管。

作为本发明的进一步改进：所述灯管采用并排的三支以上卤钨灯管作为热源。

作为本发明的进一步改进：所述底座的内部设有通有冷却水的冷却通道。

作为本发明的进一步改进：所述加热腔体内固定有反射板。

作为本发明的进一步改进：所述上盖板为具有透光性的石英材质盖板。

作为本发明的进一步改进：所述加速后的离子束经过一个三单元静电四极透镜矫正束斑形状。

作为本发明的进一步改进：所述质量分析器用来实现离子筛选功能，获取所需要的离子。

作为本发明的进一步改进：所述分析光栏为可调分析缝，使所需要的离子通过，对离子进行提纯。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的SiC高温高能铝离子注入机，能够保证注入铝离子电荷可选和能量精度，满足注入铝工艺需要晶片加热的要求，采用隔离高压输电模式，大大减少设备的占地面积。

2、本发明的SiC高温高能铝离子注入机，采用分析后加速再三单元聚焦，再扫描成带状条形束，通过平行透镜校正后注入靶室内的晶片上，其具有的有益效果为是保证了离子束在束线传输系统中的平行度和传输效率，降低了成本，束线传输系统采用先分析后加速模式保证高的离子分辨率及铝离子束流的纯度能实现高能注入的离子能量。圆形等梯度加速管的，可将离子束能量加速到工艺所需要的高能量且连续可控，双电荷最高达到700KeV；采用一对竖直扫描电极板和30°平行透镜，使水平方向束成高度平行的带状束且与矫正前中心束成30°，从而使晶片注入角度一致，保证注入角度精确；靶盘采用自加热高温靶盘，可实现最高600℃的注入温度，且连续可控。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中离子束传输系统的结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中引出系统的工作原理示意图。

图4是本发明在具体应用实例中所采用加速管的原理示意图。

图5是本发明在具体应用实例中高温靶室系统的结构原理示意图。

图例说明：

1、离子源；2、离子束传输系统；3、高温靶室系统；21、引出系统；22、质量分析器；23、分析光栏；24、加速管；25、垂直扫描电极板；26、30°平行束透镜；31、灯管；32、加热腔体；33、底板；34、上盖板；35、基片座；36、SiC基片；241、中间电极；242、第一绝缘环；243、第二绝缘环；244、均压环；245、活套法兰；246、地电位法兰；247、抑制电极。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的SiC高温高能铝离子注入机，包括：

离子源1，用来生成含铝的离子，即用来产生所需要的铝离子（及其他离子，包括单电荷和双电荷）；

离子束传输系统2，用来有效的传输铝离子束流；包括依次设置的引出系统21、质量分析器22、分析光栏23、加速管24、垂直扫描电极板25及平行束透镜26（如：30°平行束透镜）。引出系统21将离子源1产生的离子引出并形成具有一定能量的离子束；离子束依次通过质量分析器22和分析光栏23后束通过加速管24加速，加速后的离子束经过一个三单元静电四极透镜矫正束斑形状，离子束斑经过垂直扫描电极板25后扫开成扇形状束带，所述扇形状束带通过平行束透镜26后形成平行的带状束，进入高温靶室系统3。

高温靶室系统3，用来承载待注入的SiC晶片，起能对SiC晶片加热到550～600℃，满足注入铝的高温工艺要求。在本实例中，高温靶室系统3内置有高温靶盘，单片装载注入的4英寸晶片，最高注入温度600℃且连续可控。

参见图3，在具体应用实例中，引出系统21，用来实现引出电极能做三维调节使引出束流值最佳，其运动特征是作X、Z轴方向的直线运动， Y轴方向的旋转运动。

在具体应用实例中，质量分析器22，用来实现离子筛选功能，获取所需要的离子，保证质量分辨率，同时对传输的离子束起部分聚焦作用，增加束传输效率。

在具体应用实例中，分析光栏23，为可调分析缝，使所需要的离子通过，对离子具有提纯作用。

参见图4，加速管24采用等梯度静电加速方式，即为等梯度加速管，包括多个中心点在同一条直线上的中间电极241；所述中间电极241包括首端圆柱体和与所述首端圆柱体一个底面连接的尾端圆柱体，且首端圆柱体底面直径小于尾端圆柱体直径，所述首端圆柱体和尾端圆柱体连接的首端圆柱体两侧各接有一个均压圆柱体；相邻的两个中间电极241中，其中一个的首端圆柱体伸入另一个的尾端圆柱体内；所有中间电极241的首端圆柱体和尾端圆柱体均设置在第一绝缘环242内；每个中间电极241的两个均压圆柱体均伸出第二绝缘环243，且所述均压圆柱体伸出第二绝缘环243的部分套有均压环244；第二绝缘环243两端分别固定有活套法兰245和地电位法兰246，地电位法兰246与第一绝缘环242连接处固定有抑制电极247。

上述加速管24为圆形等梯度加速管，为使离子束的最高能量达到280KeV，一共7级加速，在加速管24中形成较为均匀的加速电场，绝缘环采用PVDF工程塑料，精确设计电极距离，避免打火；中间电极241采用迷宫式设计，防止离子束对绝缘环的溅射污染；加速管24入口采用活套连接，方便装配与维修

参见图5，在具体应用实例中，高温靶盘包括底板33，底板33上盖有上盖板34，底板33与上盖板34之间的空间中设置加热腔体32，上盖板34上开设有安装孔，安装孔上固定有基片座35，基片座35上表面固定有SiC基片36，基片座35下表面固定有灯管31。本实例中，灯管31采用并排的三支卤钨灯管作为热源。底板33的内部设有通有冷却水的冷却通道，可以为铝板或其他材质。加热腔体32内固定有反射板，即加热腔体32的表面不吸光，采用反射率高的镀金处理。进一步，上盖板34为具有较佳透光性的石英材质盖板。基片座35是石磨，三根灯管31等距离排列。

在具体应用时，SiC基片36主要靠3根等距排列的卤钨灯管31进行辐照加热，达到温度均匀的目的。反射板是表面镀金的的光滑金属，反射板用来反射射向底板33的辐射光，提高辐射效率和节省能源。上盖板34采用导热系数小的材料是为了减少基片的热量散失。底板33的冷却通道是为了防止基片以外的部件温度过高，在靶盘内保证合理的温度梯度。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范。

Claims (9)

1.一种SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，包括：

离子源（1），用来生成含铝的离子；

离子束传输系统（2），用来传输铝离子束流；包括依次设置的引出系统（21）、质量分析器（22）、分析光栏（23）、加速管（24）、垂直扫描电极板（25）及平行束透镜（26）；所述引出系统（21）将离子源（1）产生的离子引出并形成离子束；离子束依次通过质量分析器（22）和分析光栏（23）后束通过加速管（24）加速，加速后的离子束经过透镜矫正束斑形状，离子束斑经过垂直扫描电极板（25）后扫开成扇形状束带，所述扇形状束带通过平行束透镜（26）后形成平行的带状束，进入高温靶室系统（3）；

高温靶室系统（3），用来承载待注入的晶片，并对晶片加热至满足注入铝的高温工艺要求，所述加速管（24）采用等梯度加速管，包括多个中心点在同一条直线上的中间电极（241）；所述中间电极（241）包括首端圆柱体和与所述首端圆柱体一个底面连接的尾端圆柱体，且首端圆柱体底面直径小于尾端圆柱体直径，所述首端圆柱体和尾端圆柱体连接的首端圆柱体两侧各接有一个均压圆柱体；相邻的两个中间电极（241）中，其中一个的首端圆柱体伸入另一个的尾端圆柱体内；所有中间电极（241）的首端圆柱体和尾端圆柱体均设置在第一绝缘环（242）内；每个中间电极（241）的两个均压圆柱体均伸出第二绝缘环（243），且所述均压圆柱体伸出第二绝缘环（243）的部分套有均压环（244），相邻均压环（244）之间设有均压电阻（248）；第二绝缘环（243）两端分别固定有活套法兰（245）和地电位法兰（246），所述地电位法兰（246）与第一绝缘环（242）连接处固定有抑制电极（247）；所述中间电极（241）的首端圆柱体靠近所述活套法兰（245），所述中间电极（241）的尾端圆柱体靠近所述地电位法兰（246）。

2.根据权利要求1所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述高温靶室系统（3）内设置有高温靶盘，所述高温靶盘包括底板（33），所述底板（33）上盖有上盖板（34），所述底板（33）与上盖板（34）之间的空间中设置加热腔体（32），所述上盖板（34）上开设有安装孔，安装孔上固定有基片座（35），所述基片座（35）上表面固定有SiC基片（36），所述基片座（35）下表面固定有加热用灯管（31）。

3.根据权利要求2所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述灯管（31）采用并排的三支以上卤钨灯管作为热源。

4.根据权利要求2所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述底板（33）的内部设有通有冷却水的冷却通道。

5.根据权利要求2所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述加热腔体（32）内固定有反射板。

6.根据权利要求2所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述上盖板（34）为具有透光性的石英材质盖板。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述加速后的离子束经过一个三单元静电四极透镜矫正束斑形状。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述质量分析器（22）用来实现离子筛选功能，获取所需要的离子。

9.根据权利要求1～6中任意一项所述的SiC高温高能铝离子注入机，其特征在于，所述分析光栏（23）为可调分析缝，使所需要的离子通过，对离子进行提纯。