CN107293469B - 电离室、离子植入设备及离子植入方法 - Google Patents

电离室、离子植入设备及离子植入方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种电离室，应用于离子植入设备，所述电离室包括腔体、送气管及灯丝，所述送气管和所述灯丝位于所述腔体内，所述送气管弯折形成封闭的框体，所述灯丝收容于所述框体内，所述灯丝通电时产生热电子，所述送气管面对所述灯丝的一侧设有出气孔，所述出气孔用于输出离子源气体，所述离子源气体撞击所述热电子，以产生等离子体。本发明还公布了一种离子植入设备和离子植入方法。由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝的电流频率，提高了灯丝的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。

Description

电离室、离子植入设备及离子植入方法
技术领域
本发明涉及显示器件制造技术领域，尤其是涉及一种电离室、离子植入设备及离子植入方法。
背景技术
显示设备已成为人们现代生活中的不可缺少的一部分，在显示设备的低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)薄膜晶体管和有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)的制程中，需要使用离子植入设备将等离子体植入到玻璃基板。在离子植入设备中，离子源气体通过送气管均匀的进入电离室，电离室内的灯丝通入电流后产生热电子，热电子与离子源气体发生碰撞形成等离子体。
现有技术中，离子植入设备的送气管都是多个接入电离室的单孔，单孔流出的离子源气体与各灯丝的接触不均匀，为了保证产生的等离子体的均匀性，需要调整流过灯丝的电流，但是这样导致通过灯丝的电流不均匀，电流过大使灯丝过早断裂，缩短了灯丝的寿命，导致设备维护周期缩短，提高了显示设备生产成本，故无法在保证灯丝的寿命的前提下提高等离子体的均匀性、提高离子植入效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电离室、离子植入设备及离子植入方法，用以解决现有技术中灯丝的寿命短，设备维护周期短，显示设备生产成本高，故无法在保证灯丝的寿命的前提下提高等离子体的均匀性、提高离子植入效果的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电离室，应用于离子植入设备，所述电离室包括腔体、送气管及灯丝，所述送气管和所述灯丝位于所述腔体内，所述送气管弯折形成封闭的框体，所述灯丝收容于所述框体内，所述灯丝通电时产生热电子，所述送气管面对所述灯丝的一侧设有出气孔，所述出气孔用于输出离子源气体，所述离子源气体撞击所述热电子，以产生等离子体。
进一步，所述出气孔的数量为多个，各所述出气孔的尺寸相同，并且所述出气孔的分布密度与所述出气孔与所述灯丝的距离负相关。
进一步，所述出气孔为单向气孔，向所述送气管输入所述离子源气体时，所述出气孔打开，所述离子源气体通过所述出气孔向所述送气管外流动，停止向所述送气管输入气体时，所述出气孔关闭，所述送气管内部与外界隔离。
进一步，所述灯丝与环绕包围所述灯丝的送气管形成等离子体发生组，所述等离子体发生组的数量为多个。
进一步，所述等离子体发生组中的所述灯丝的数量为多个，所述送气管同时环绕包围多个所述灯丝。
进一步，所述送气管还包括支管，所述支管连通所述送气管，所述支管位于所述等离子体发生组中相邻的所述灯丝之间，所述支管面对所述灯丝的一侧设有所述出气孔。
进一步，所述等离子体发生组中的所述灯丝的数量为一个，所述送气管对称环绕包围所述灯丝。
进一步，所述离子源气体为氟化硼气体或磷化氢气体。
本发明还提供一种离子植入设备，所述离子植入设备包括以上任意一项所述电离室。
本发明还提供一种离子植入方法，包括：
提供离子植入设备，所述离子植入设备包括电离室，所述电离室包括腔体、送气管及灯丝，所述送气管和所述灯丝位于所述腔体内，所述送气管环绕包围所述灯丝，并且所述送气管面对所述灯丝的一侧设有出气孔，
对所述灯丝施加电流，以使所述灯丝产生热电子；
对所述送气管输入离子源气体，所述离子源气体通过所述出气孔输出并与所述热电子碰撞产生等离子体植入至基板。
本发明的有益效果如下：送气管环绕包围灯丝，送气管通过面对灯丝的一侧的出气孔向灯丝输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝的电流频率，提高了灯丝的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。
图1为本发明实施例一提供的电离室的结构示意图。
图2为本发明实施例一提供的电离室的工作示意图。
图3为本发明实施例二提供的电离室的结构示意图。
图4为本发明实施例三提供的电离室的结构示意图。
图5为本发明实施例四提供的电离室的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的电离室应用于离子植入设备，离子植入设备是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子植入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、开启速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。离子植入设备广泛用于掺杂工艺，可以满足浅结、低温和精确控制等要求，已成为集成电路制造工艺中必不可少的关键装备。进一步的，本发明实施例提供的电离室及离子植入设备可以应用于显示设备的低温多晶硅薄膜晶体管和有机发光二极管的制程中，即植入等离子体于玻璃基板表面。
请一并参阅图1和图2，本发明实施例一提供的电离室10包括腔体100、送气管202及灯丝204，腔体100为多个壁面相连后围成的封闭空间，用于提供离子源气体与热电子碰撞产生等离子体的环境。送气管202位于腔体100内，送气管202与提供离子源气体的供气设备相连通，供气设备通过送气管202向腔体100内输出离子源气体。灯丝204也位于腔体100内，具体的，灯丝204为金属丝，一种较佳的实施方式中，灯丝204为钨丝。进一步的，灯丝204的形状可以为直线，也可以为弯折的线条，例如折线、多段折线、弧形等，本发明对灯丝204的形状不做限制。送气管202弯折形成封闭的框体，所述灯丝204收容于所述框体内，即送气管202环绕包围灯丝204，种较佳的实施方式中，灯丝204位于框型的中心，以使灯丝204距离框型的各边(即送气管202)的距离相同。本实施例中，框型的送气管202可以为封闭的框型，也可以为具有缺口的非封闭形状，在此不做限制。
本实施例中，送气管202面对灯丝204的一侧设有出气孔300，出气孔300用于输出离子源气体与灯丝204产生的热电子碰撞产生等离子体。具体的，出气孔300的形状可以为圆形或缝隙等形状，能够均匀的向灯丝204输出离子源气体即可。出气孔300位于送气管202面对灯丝204的一侧的壁面上，将供气设备输入至送气管202的离子源气体从出气孔300输出，离子源气体靠近灯丝204，依靠流经灯丝204的电流工作的灯丝204产生热电子，热电子与离子源气体碰撞产生等离子体，该等离子体用于后续植入至半导体器件的玻璃件完整离子植入制程。
一种较佳的实施方式中，出气孔300为单向气孔，向送气管202输入离子源气体时，出气孔300打开，离子源气体通过出气孔300向送气管202外流动，停止向送气管202输入气体时，出气孔300关闭，送气管202内部与外界隔离。具体的，出气孔300为薄膜式结构，即出气孔300包括孔口和盖合于孔口上的薄膜盖板，薄膜盖板部分连接于送气管202的外壁，并且薄膜盖板仅能够向送气管202外壁以外的方向弯折(出气孔打开状态)，从而使送气管具有两种工作状态：1、关闭状态，薄膜盖板盖合于孔口，隔绝送气管202内外环境，阻挡送气管202内外的气体交换；2,、打开状态，向送气管202内部输入离子源气体，送气管202内部气压大于外部气压，薄膜盖板被顶开，离子源气体从送气管202内部向外界流动。单向气孔防止气体倒流，提高离子源气体纯度，保护出气孔300。
具体到图2，箭头400所示为从送气管202的出气孔300输出的离子源气体的气流方向，如图所示，离子源气体从出气孔300输出后均朝向灯丝204流动，从而使离子源气体与灯丝204的热电子直接且均匀碰撞，产生的等离子体浓度均匀。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
本实施例中，出气孔300的数量为多个，并且出气孔300均匀分布于送气管202面对灯丝204的一侧。一种较佳的实施方式中，每个出气孔300的形状、尺寸相同，以输出均匀的离子源气体，进一步的，出气孔300的分布密度与出气孔300与灯丝204的距离负相关，由于出气孔300与灯丝204的距离越小，灯丝204通电流后产生的热电子碰撞的离子源气体的概率越高，产生的等离子体浓度越大，出气孔300与灯丝204的距离越大，灯丝204通电流后产生的热电子碰撞的离子源气体的概率越低，产生的等离子体浓度越小，即出气孔300的分布密度和出气孔300与灯丝204的距离为影响等离子体浓度的两个主要因素。通过调节出气孔300的分布密度，使越靠近灯丝204的出气孔300的分布密度越小，越远离灯丝204的出气孔300的分布密度越大，使灯丝204周围产生的等离子体的浓度均匀。
本实施例中，灯丝204与环绕包围灯丝204的送气管202形成等离子体发生组200，等离子体发生组200的数量为多个。具体的，每个等离子体发生组200为单独的等离子体发生单元，属于不同的等离子体发生组200的送气管202可以单独控制，单独通过供气设备提供和控制输出离子源气体，以提高离子植入设备的可控性；属于不同的等离子体发生组200的送气管202也可以同时控制，通过相同的供气设备提供和控制输出离子源气体，以简单化离子植入设备的操作和使用。进一步的，属于不同的等离子体发生组200的灯丝204可以并联并通过开关等电子器件单独控制，通过分别控制各等离子体发生组200的灯丝204的电流分别控制灯丝204产生热电子，以提高离子植入设备的可控性；属于不同的等离子体发生组200的灯丝204可以串联在一起以通过控制电流同时控制灯丝204产生热电子，以简单化离子植入设备的操作和使用。一种较佳的实施方式中，各等离子体发生组200的灯丝204的尺寸、形状、阻值可以相同也可以不同，各灯丝204的各部分的阻值相同且均匀。
本实施例中，等离子体发生组200中的灯丝204的数量为多个，送气管202同时环绕包围多个灯丝204。每个等离子体发生组200中的送气管202向多个灯丝204输出离子源气体，多个灯丝204在一个等离子体发生组200中同时工作，降低了成本。进一步的，同一个等离子体发生组200中的多个灯丝204可以单独控制，具体的，通过单独控制流经各灯丝204的电流控制灯丝204产生的热电子的量，从而改变热电子与离子源气体碰撞产生的等离子体的浓度。一种较佳的实施方式中，同一个等离子体发生组200中的各灯丝204的尺寸、形状、阻值可以相同也可以不同，各灯丝204的各部分的阻值相同并且均匀。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
本实施例中，离子源气体为氟化硼气体或磷化氢气体。氟化硼(BF3)即三氟化硼，为无色气体，有窒息性，在潮湿空气中可产生浓密白烟，灯丝204产生的热电子在磁场的作用下撞击BF3气体产生B+离子。磷化氢(PH3)是一种无色、剧毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体，PH3气体比空气重并有类似臭鱼的味道，灯丝204产生的热电子在磁场的作用下撞击PH3气体产生P+离子。
请参阅图3，本发明实施例二提供的电离室10与实施例一的区别在于，送气管202还包括支管206，支管206连通送气管202，支管206位于等离子体发生组200中相邻的灯丝204之间，支管206面对灯丝204的一侧设有出气孔300。具体的，支管206将环绕于多个灯丝204四周的送气管202分隔成多个小单元，每个小单元中包括至少一个灯丝204。本实施例中，每个支管206与送气管202形成的小单元内包括的灯丝204的数量相同，以提高产生的等离子体的均匀性。一种较佳的实施方式中，每个小单元包括一个灯丝204，即每个灯丝204单独产生等离子体，最大化的提高产生的等离子体的浓度。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
请参阅图4，本发明实施例三提供的电离室10与实施例一的区别在于，等离子体发生组200中的灯丝204的数量为一个，送气管202对称环绕包围灯丝204。具体的，灯丝204距离送气管202围成的封闭图形的边的距离相同，或灯丝204位于送气管202围成的封闭图形的中心，以使送气管202向灯丝204各部位输送的离子源气体均匀，离子源气体与灯丝204的热电子碰撞产生的等离子体的浓度均匀。每个灯丝204对应一个送气管202，即每个灯丝204单独产生等离子体，最大化的提高产生的等离子体的浓度。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
请参阅图5，本发明实施例四提供的电离室10与实施例一的区别在于，各等离子体发生组200中的灯丝204的数量不相同。具体的，部分等离子体发生组200包括一个灯丝204，部分等离子体发生组200包括多个灯丝204。各等离子体发生组200中的不同数量的灯丝204提高了电离室10的多样性，可以按照实际离子植入要求设计等离子体发生组200的灯丝204的数量，提高了离子植入设备的实用性。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
本发明实施例还提供一种离子植入设备，用于将等离子体植入与半导体器件，离子植入设备包括以上所述的电离室10。送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
本发明实施例还提供一种离子植入方法，包括：
提供离子植入设备，离子植入设备包括电离室10，电离室10包括腔体100、送气管202及灯丝204，送气管202和灯丝204位于腔体100内，送气管202环绕包围灯丝204，并且送气管202面对灯丝204的一侧设有出气孔300，
S101、对灯丝204施加电流，以使灯丝204产生热电子。
本实施例中，各灯丝204的尺寸、形状、阻值可以相同也可以不同，各灯丝204的各部分的阻值相同并且均匀。进一步的，通过调节流经灯丝204的电流的大小控制灯丝204产生的热电子的数量，本实施例中控制流经灯丝204的电流的大小均匀稳定，以得到稳定、均匀的热电子。
S102、对送气管202输入离子源气体，离子源气体通过出气孔300输出并与热电子碰撞产生等离子体植入至基板。
具体的，出气孔300的形状可以为圆形或缝隙等形状，能够均匀的向灯丝204输出离子源气体即可。出气孔300位于送气管202面对灯丝204的一侧的壁面上，将供气设备输入至送气管202的离子源气体从出气孔300输出，离子源气体靠近灯丝204，依靠流经灯丝204的电流工作的灯丝204产生热电子，热电子与离子源气体碰撞产生等离子体，该等离子体植入至半导体器件的玻璃件完整离子植入制程。
本实施例中，离子源气体为氟化硼气体或磷化氢气体。氟化硼(BF3)即三氟化硼，为无色气体，有窒息性，在潮湿空气中可产生浓密白烟，灯丝204产生的热电子在磁场的作用下撞击BF3气体产生B+离子。磷化氢(PH3)是一种无色、剧毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体，PH3气体比空气重并有类似臭鱼的味道，灯丝204产生的热电子在磁场的作用下撞击PH3气体产生P+离子。
送气管202环绕包围灯丝204，送气管202通过面对灯丝204的一侧的出气孔300向灯丝204输出离子源气体，由于离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体100内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子植入效果，在提高等离子体浓度均匀性的过程中减少调节灯丝204的电流频率，提高了灯丝204的寿命，延长了设备维护周期，降低了显示设备生产成本。
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种电离室，应用于离子植入设备，其特征在于，所述电离室包括腔体、送气管及灯丝，所述送气管和所述灯丝位于所述腔体内，所述送气管弯折形成封闭的框体，所述灯丝收容于所述框体内，所述灯丝通电时产生热电子，所述送气管面对所述灯丝的一侧设有出气孔，所述出气孔用于输出离子源气体，所述离子源气体撞击所述热电子，以产生等离子体，所述出气孔的数量为多个，各所述出气孔的尺寸相同，并且所述出气孔的分布密度与所述出气孔与所述灯丝的距离负相关。
2.根据权利要求1所述的电离室，其特征在于，所述出气孔为单向气孔，向所述送气管输入所述离子源气体时，所述出气孔打开，所述离子源气体通过所述出气孔向所述送气管外流动，停止向所述送气管输入气体时，所述出气孔关闭，所述送气管内部与外界隔离。
3.根据权利要求2所述的电离室，其特征在于，所述灯丝与环绕包围所述灯丝的送气管形成等离子体发生组，所述等离子体发生组的数量为多个。
4.根据权利要求3所述的电离室，其特征在于，所述等离子体发生组中的所述灯丝的数量为多个，所述送气管同时环绕包围多个所述灯丝。
5.根据权利要求4所述的电离室，其特征在于，所述送气管还包括支管，所述支管连通所述送气管，所述支管位于所述等离子体发生组中相邻的所述灯丝之间，所述支管面对所述灯丝的一侧设有所述出气孔。
6.根据权利要求3所述的电离室，其特征在于，所述等离子体发生组中的所述灯丝的数量为一个，所述送气管对称环绕包围所述灯丝。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的电离室，其特征在于，所述离子源气体为氟化硼气体或磷化氢气体。
8.一种离子植入设备，其特征在于，所述离子植入设备包括权利要求1至7任意一项所述电离室。
9.一种离子植入方法，其特征在于，包括：
提供离子植入设备，所述离子植入设备包括电离室，所述电离室包括腔体、送气管及灯丝，所述送气管和所述灯丝位于所述腔体内，所述送气管环绕包围所述灯丝，并且所述送气管面对所述灯丝的一侧设有出气孔，所述出气孔的数量为多个，各所述出气孔的尺寸相同，并且所述出气孔的分布密度与所述出气孔与所述灯丝的距离负相关，
对所述灯丝施加电流，以使所述灯丝产生热电子；
对所述送气管输入离子源气体，所述离子源气体通过所述出气孔输出并与所述热电子碰撞产生等离子体植入至基板。
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