CN107256819B - 一种离子注入机的靶盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台和支撑架，支撑架的上端安装靶盘平台，用于放置待加工晶圆，高能离子束进入所述靶盘装置，入射在待加工晶圆上，实现离子注入工艺，其中，还包括石墨电极单元和供电单元，所述支撑架的下端安装石墨电极单元，所述石墨电极单元为中空结构，包括石墨电极和中空区域Ⅰ，所述石墨电极和所述供电单元连接。本发明提供的一种离子注入机的靶盘装置，放置硅片的靶盘面积小于硅片面积，同时在靶台后面放置石墨电极，并在其上施加一定电压，对轰击在其上的束流进行减速，从而避免高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生二次污染离子和轰击产生的颗粒。

Description

一种离子注入机的靶盘装置

技术领域

本发明涉及离子注入技术领域，具体涉及一种离子注入机的靶盘装置。

背景技术

离子注入机是集成电路制造工序中的关键设备，离子注入就是将所要注入的元素进行电离，并将正离子分离和加速，形成具有数万电子伏特的高能离子流，轰击工件表面，离子因动能很大，被打入表层内，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间的填隙原子，被留于表层中，使材料的化学成分、结构、性能产生变化。离子注入相比于常规热掺杂工艺，可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制。因此，离子注入机广泛用于掺杂工艺中，已成为集成电路制造工艺中必不可少的关键装备。

离子注入机中离子源发射出的离子经过中间环节的加速处理进入靶盘装置中轰击待加工晶圆表面，完成离子注入的工艺。为了高效地对待加工晶圆进行离子注入，就要求入射离子的宽度范围大于晶圆的面积，这样才能在一次注入工艺中，对晶圆表面进行有效的离子注入。随着半导体工艺制造技术进入12寸甚至更大硅片尺寸，为了适应更大尺寸的硅片或者其他晶圆，离子注入技术中出现了扫描范围较大的宽束扫描，并且逐渐成为注入机的主流技术。

在宽束扫描进行离子注入过程中，由于束流宽度大于待加工晶圆宽度，故会有未注入待加工晶圆的高能离子束轰击在靶盘装置的后壁或其他部件上，高能量的离子轰击之后，被轰击的部件会产生金属离子或者其他颗粒，从而对待加工的晶圆产生颗粒、金属玷污，从而使得待加工晶圆在离子注入的过程中被二次污染，损坏离子注入工艺的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离子注入机的靶盘装置，放置硅片的靶盘面积小于硅片面积，同时在靶台后面放置石墨电极，并在其上施加一定电压，对轰击在其上的束流进行减速，从而避免高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生二次污染离子和轰击产生的颗粒。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台和支撑架，支撑架的上端安装所述靶盘平台，用于放置待加工晶圆，高能离子束进入所述靶盘装置，入射在待加工晶圆上，实现离子注入工艺，其中，还包括石墨电极单元和供电单元，所述支撑架的下端安装石墨电极单元，所述石墨电极单元为中空结构，包括石墨电极和中空区域Ⅰ，所述石墨电极和所述供电单元连接，所述中空区域Ⅰ的面积小于待加工晶圆的面积，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积，所述待加工晶圆和中空区域Ⅰ的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上；当高能离子束入射到靶盘平台上的待加工晶圆上进行离子注入时，所述供电单元对石墨电极施加电压，产生和高能离子束运动形成的电场方向相反的电场，减小入射到待加工晶圆以外的高能离子束的运动速度。

进一步地，所述待加工晶圆、靶盘平台、中空区域Ⅰ和石墨电极单元的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上。

进一步地，所述靶盘平台为矩形，所述石墨电极单元为中空结构的矩形，且中空区域Ⅰ的矩形面积小于待加工晶圆的面积，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。

进一步地，所述靶盘平台为圆形，所述石墨电极为环形结构，且石墨电极的内径小于待加工晶圆的半径，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。

进一步地，所述靶盘平台的面积小于待加工晶圆的面积。

进一步地，所述靶盘平台和石墨电极中间安装屏蔽单元，所述屏蔽单元为中空结构，包括中空区域Ⅱ和屏蔽区域，所述中空区域Ⅱ和中空区域Ⅰ的面积相同并且中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上，所述中空区域Ⅱ的面积加上屏蔽区域的面积大于待加工晶圆的面积。

进一步地，所述屏蔽区域为多孔的接地电极。

进一步地，所述接地电极为石墨电极。

进一步地，所述靶盘平台的四周安装电子枪，所述屏蔽区域为电子枪喷射的电子区域。

本发明的有益效果为：放置硅片的靶盘面积小于硅片面积，同时在靶台后面放置石墨电极，并在其上施加一定电压，对轰击在其上的束流进行减速，从而避免高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生二次污染离子和轰击产生的颗粒。同时，在靶盘平台和石墨电极中间安装屏蔽单元，避免石墨电极产生的电场影响到高能离子束在待加工晶圆上的注入均匀性。高能离子束轰击在石墨电极上不会产生金属离子污染物，降低了对离子注入工艺产生的影响。

附图说明

图1为实施例1中一种离子注入机的靶盘装置的剖面图。

图2为实施例2中一种离子注入机的靶盘装置的剖面图。

图中：1高能离子束，2靶盘平台，3待加工晶圆，4石墨电极，5中空区域Ⅰ，6屏蔽区域，7中空区域Ⅱ，9支撑架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供的一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台和支撑架，支撑架的上端安装靶盘平台，用于放置待加工晶圆，高能离子束进入靶盘装置，入射在待加工晶圆上，实现离子注入工艺，其中，还包括石墨电极单元和供电单元，支撑架的下端安装石墨电极，石墨电极单元为中空结构，包括石墨电极和中空区域Ⅰ，石墨电极和供电单元连接，中空区域Ⅰ的面积小于待加工晶圆的面积，石墨电极的面积加上中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积，待加工晶圆和中空区域Ⅰ的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上。当靶盘平台为矩形，石墨电极单元为中空结构的矩形，且中空区域Ⅰ的矩形面积小于待加工晶圆的面积，石墨电极的面积加上中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。当靶盘平台为圆形时，石墨电极为环形结构，且石墨电极的内径小于待加工晶圆的半径，石墨电极的面积加上中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。无论待加工晶圆和靶盘平台的形状如何，中空区域Ⅰ的面积均小于待加工晶圆的面积，石墨电极的面积加上中空区域Ⅰ的面积均大于高能离子束的入射面积。

因为高能离子束的入射范围大于待加工晶圆的面积，在高能离子束进行注入的时候，必然会有一部分高能离子束不能注入到待加工晶圆的表面，这些高能离子束就会轰击靶盘装置的其他部件，而靶盘装置中的其他部件大多是由金属制成，高能离子束轰击金属表面会产生金属离子，且轰击过程会产生颗粒，造成靶盘装置的二次污染。在待加工晶圆的下方放置中空结构的石墨电极单元，可以保证高能离子束在对待加工晶圆进行离子注入的时候，多余的高能离子束在石墨电极产生的电场中进行减速，不会轰击在靶盘装置的其他部件上。同时，石墨电极为中空结构，既能节省石墨电极的用料，又能避免石墨电极产生的电场影响到入射在待加工晶圆上的高能离子束的能量。

当高能离子束入射到靶盘平台上的待加工晶圆上进行离子注入时，供电单元对石墨电极施加电压，产生和离子束运动形成的电场方向相反的电场，减小入射到待加工晶圆以外的高能离子束的入射速度。其中，高能离子束为带正电的离子时，供电单元对石墨电极施加正电压；高能离子束为带负电的离子时，供电单元对石墨电极施加负电压。

靶盘平台和石墨电极单元中间安装屏蔽单元，屏蔽单元为中空结构，包括中空区域Ⅱ和屏蔽区域，中空区域Ⅱ和中空区域Ⅰ的面积相同并且中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上，中空区域Ⅱ的面积加上屏蔽区域的面积大于待加工晶圆的面积。屏蔽区域可以为多孔的接地的石墨电极；靶盘平台的四周还可以安装电子枪，屏蔽区域为电子枪喷射的电子区域。

石墨电极产生的电场减小了高能离子束的速度，并且中空区域Ⅰ的面积小于待加工晶圆的面积，因此，入射在待加工晶圆边缘的高能电子束的速度会受到影响，从而造成待加工晶圆离子注入不均匀的缺陷。因此需要消除石墨电极对待加工晶圆的入射范围内的高能离子束的影响。靶盘平台和石墨电极单元的中间安装屏蔽单元，屏蔽单元中的中空区域Ⅱ对应中空区域Ⅰ，这一区域入射的高能离子束注入待加工晶圆中，中空区域Ⅱ的面积加上屏蔽区域的面积略大于待加工晶圆的面积，并且和石墨电极构成电容，避免石墨电极产生的电场影响到入射在待加工晶圆边缘的高能离子束。

为了进一步解释本发明，下面以具体实施例对本发明做进一步解释。

实施例1

本实施例中待加工晶圆3为硅片。

如图1所述，一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台2、支撑架9、石墨电极单元和供电单元(图中未示)，支撑架9的上端安装靶盘平台2，用于放置硅片3，硅片3为圆形，和靶盘平台2为矩形，高能离子束1进入靶盘装置，入射在硅片上，实现离子注入工艺，支撑架的下端安装石墨电极单元，石墨电极单元为中空结构的矩形，包括中空区域Ⅰ5和石墨电极4，且中空区域Ⅰ5的矩形面积小于待加工晶圆3的面积，石墨电极4的面积加上中空区域Ⅰ5的面积大于高能离子束1的入射面积。硅片3、靶盘平台2和中空区域Ⅰ5中心位于平行于高能离子束1入射方向的同一条直线上。

当高能离子束入射到靶盘平台上的硅片上进行离子注入时，供电单元对石墨电极施加电压，产生和离子束运动形成的电场方向相反的电场，当入射到硅片以外的高能离子束继续运动时，石墨电极产生的电场降低其运动速度，防止高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生污染的金属离子。其中，高能离子束为带正电的离子时，供电单元对石墨电极施加正电压；高能离子束为带负电的离子时，供电单元对石墨电极施加负电压。

实施例2

如图2所示，一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台2、支撑架9、石墨电极单元、供电单元(图中未示出)和屏蔽单元。支撑架9的上端安装靶盘平台2，用于放置待加工晶圆3，待加工晶圆3和靶盘平台2均为圆形，高能离子束1进入靶盘装置，入射在待加工晶圆3上，实现离子注入工艺，支撑架9的下端安装石墨电极单元，石墨电极单元包括中空区域Ⅰ5和环形石墨电极4，且环形石墨电极的内径小于待加工晶圆的半径，石墨电极的面积加上中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。靶盘平台2和石墨电极单元中间安装屏蔽单元，屏蔽单元为中空结构，包括中空区域Ⅱ7和屏蔽区域6，中空区域Ⅱ7和中空区域Ⅰ5的面积相同，中空区域Ⅱ7的面积加上屏蔽区域6的面积大于待加工晶圆3的面积，待加工晶圆3、靶盘平台2、中空区域Ⅰ5和中空区域Ⅱ7的面积的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上。

屏蔽区域可以为多孔接地的石墨电极；将石墨电极产生的电场在待加工晶圆边缘的影响降到最低。靶盘平台的四周还可以安装电子枪，屏蔽区域为电子枪喷射的电子区域，通过电阻喷射区来屏蔽石墨电极产生的电场对待加工晶圆边缘离子注入工艺的影响。

当高能离子束入射到靶盘平台上的待加工晶圆上进行离子注入时，供电单元对石墨电极施加电压，产生和离子束运动形成的电场方向相反的电场，当入射到待加工晶圆以外的高能离子束继续运动时，石墨电极产生的电场降低其运动速度，防止高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生二次污染离子和轰击产生的颗粒。同时，屏蔽区域屏蔽了石墨电极产生的电场对待加工晶圆边缘离子注入工艺的影响。

本实施例中的离子注入机的靶盘装置既能避免多余的高能离子束轰击靶盘装置的其他部件，产生二次污染离子和轰击产生的颗粒，也能保证高能离子束均匀地入射到待加工晶圆表面。

以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种离子注入机的靶盘装置，包括靶盘平台和支撑架，支撑架的上端安装所述靶盘平台，用于放置待加工晶圆，高能离子束进入所述靶盘装置，入射在待加工晶圆上，实现离子注入工艺，其特征在于，所述靶盘平台的面积小于待加工晶圆的面积，所述靶盘装置还包括石墨电极单元和供电单元，所述支撑架的下端安装石墨电极单元，所述石墨电极单元为中空结构，包括石墨电极和中空区域Ⅰ，所述石墨电极和所述供电单元连接，所述中空区域Ⅰ的面积小于待加工晶圆的面积，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积，所述待加工晶圆和中空区域Ⅰ的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上；当高能离子束入射到靶盘平台上的待加工晶圆上进行离子注入时，所述供电单元对石墨电极施加电压，产生和高能离子束运动形成的电场方向相反的电场，减小入射到待加工晶圆以外的高能离子束的运动速度。

2.根据权利要求1所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述待加工晶圆、靶盘平台、中空区域Ⅰ和石墨电极单元的中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述靶盘平台为矩形，所述石墨电极单元为中空结构的矩形，且中空区域Ⅰ的矩形面积小于待加工晶圆的面积，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。

4.根据权利要求1所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述靶盘平台为圆形，所述石墨电极为环形结构，且石墨电极的内径小于待加工晶圆的半径，所述石墨电极的面积加上所述中空区域Ⅰ的面积大于高能离子束的入射面积。

5.根据权利要求1所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述靶盘平台和石墨电极中间安装屏蔽单元，所述屏蔽单元为中空结构，包括中空区域Ⅱ和屏蔽区域，所述中空区域Ⅱ和中空区域Ⅰ的面积相同并且中心位于平行于高能离子束入射方向的同一条直线上，所述中空区域Ⅱ的面积加上屏蔽区域的面积大于待加工晶圆的面积。

6.根据权利要求5所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述屏蔽区域为多孔的接地电极。

7.根据权利要求6所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述接地电极为石墨电极。

8.根据权利要求5所述的一种离子注入机的靶盘装置，其特征在于，所述靶盘平台的四周安装电子枪，所述屏蔽区域为电子枪喷射的电子区域。