CN109192646B - 离子植入机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体设备制造技术领域，公开了一种离子植入机，其中离子植入机包括：离子源结构，离子源结构所采用的离子源为电感耦合等离子体源；分析磁体，与离子源结构连接，能够接收离子源结构提供的植入离子束，并分离得到植入离子束；价态转换装置，与分析磁体连接，能够接收从分析磁体出射的植入离子束，并对植入离子束中离子的价态进行转化。本发明提供的离子植入机的离子源结构通过电感耦合等离子技术形成需要植入的等离子体。由于在离子源结构的整个工作过程中不需要金属器件参与，因此从源头减少了金属离子的产生。并且通过价态转换装置能够对植入离子束中的离子的价态进行转化，从而提高离子植入机的适用性。

Description

离子植入机

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别涉及一种离子植入机以及离子植入方法。

背景技术

目前，离子植入机广泛应用于半导体器件的生产制造，能够通过在晶圆中掺杂少量杂质，使得晶圆的结构和导电率发生改变，通常掺入的杂质为IIIA族和VA族的元素。离子植入机通过离子源结构产生特定价态的等离子体，并形成离子束，离子束经过选择和加速最终轰击到晶圆上，从而实现特定离子的植入。

然而，在离子源结构产生等离子体的过程中，可能会引入其他离子，常见的杂质离子为金属离子。这些金属离子会混杂在离子束中，从而造成金属污染，影响半导体器件的性能。

并且，一些半导体器件例如CMOS图像传感器等，对于金属污染极为敏感，因此减少离子植入过程中形成的金属污染成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种离子植入机，能够大幅降低植入离子束中可能混杂金属离子的含量，从而减少金属污染。

根据本发明，通过改变离子植入机中的离子源结构，通过电感耦合等离子技术从源头上大幅降低产生的金属离子，并由价态装化装置对离子的价态进行调节，从而既能够减少在离子植入时晶圆表面形成的金属沾污，又能够提高离子植入机的适用性。

具体地，本发明提供的一种离子植入机，包括：离子源结构，离子源结构所采用的离子源为电感耦合等离子体源；分析磁体，与离子源结构连接，能够接收离子源结构提供的离子束，并分离得到植入离子束；价态转换装置，与分析磁体连接，能够接收从分析磁体出射的植入离子束，并对植入离子束中离子的价态进行转化。

相较于现有技术而言，本发明提供的离子植入机的离子源结构通过电感耦合等离子技术形成需要植入的离子。由于在离子源结构的整个工作过程中不需要金属器件参与，因此从源头减少了金属离子的产生。并且，价态转换装置能够对植入离子束中的离子的价态进行转化，使离子的价态满足不同的植入需要，从而提高离子植入机的适用性。

作为优选，离子源结构包括解离腔，解离腔内形成有覆盖解离腔内壁的石墨保护层。

在解离腔的侧壁上设置不同的开孔，并通过各个开孔分别向解离腔内通入或排出气体，从而能够通过电感耦合等离子技术产生等离子体。惰性气体进口用于向解离腔内通入惰性气体，能够通过惰性气体离子和电子快速震荡从而形成高温环境。植入气体进口用于向解离腔内通入包含需要植入杂质的植入气体。排气口用于将解离腔内多余的气体排出，并调节解离腔内的压强。离子出口使得从解离腔离开的等离子体形成离子束。考虑到离子植入机的解离腔需要采用金属材料制成，因此需要在解离腔的内侧壁上包覆石墨保护层，防止离子源结构产生的离子或电子撞击在解离腔的侧壁而产生金属离子，既能保护解离腔，又能减少金属离子产生。

进一步地，作为优选，离子植入机还包括炬管和高频线圈，炬管的材料为介电材料，炬管固定安装在解离腔内；高频线圈包绕炬管的外侧壁设置。

高频线圈能够施加射频电压，在射频电压的诱导下，惰性气体离子和电子快速震荡而产生高温，从而使植入气体分子失去电子而解离成离子。并且惰性气体具有一定的冷却效果，能够保护炬管，降低高温对炬管的损伤。

更进一步地，作为优选，解离腔包括离子出口，离子出口形成为朝向炬管收紧的漏斗状，设置在炬管的轴线上。

离子出口形成为漏斗状有利于将离子束中的电子剔除，从而有效地过滤干扰。

另外，作为优选，价态转换装置为反应池，反应池内通有轰击等离子体，用于对植入离子束进行轰击。

植入离子束进入反应池后，轰击等离子体对植入离子束进行轰击可以使植入离子束中的离子失去电子从而变为价态更高的离子，以满足后续植入离子的需要。

另外，作为优选，离子植入机还包括：电子发生装置，其中电子发生装置为淹没式等离子体枪，其等离子体源为电感耦合等离子体源，设置于价态转换装置的下游，能够向植入离子束中提供电子。

通过向植入离子束提供电子，并向晶圆喷淋电子，从而中和晶圆表面的电荷，改善离子植入的效果。

进一步地，作为优选，电子发生装置包括：电子发生部和设置在其一侧的电子吸出部；电子发生部包括：发生腔、第二炬管以及设置在第二炬管上的第二高频线圈；发生腔上设置有气体口以及电子出口；电子吸出部与偏压电源连接。

通过电感耦合等离子技术产生低能电子，能够在不引入金属离子的情况下向晶圆喷淋电子，从而改善离子植入的效果。

进一步地，作为优选，植入气体进口和第一石英管之间设置有第一进气管，能够将植入气体沿着第一石英管的轴向输送；在第二石英管的侧壁上设置有进气口，进气口通过第二进气管与惰性气体进口连接，能够在第一石英管和第二石英管之间沿着第一石英管的轴向输送惰性气体。

炬管通常包括第一石英管和第二石英管，其中第一石英管和第二石英管同轴地套设并将高频线圈套设在第二石英管上高频线圈，使各部件之间能够更好地配合并产生等离子体。通过第一进气管向第一石英管内通入植入气体，并通过第二进气管向第二石英管通入惰性气体，能够确保气体能够有序地进入第一石英管和第二石英管，从而确保植入气体分子的离化过程能够顺利进行。

本发明还提供了一种离子植入方法，包括：

离子发生步骤，向气体分子供应能量并使其离化，通过电感耦合等离子技术产生等离子体并形成离子束；

离子选择步骤，对离子束中的离子种类进行选择，分离所需要的离子，形成植入离子束；

价态转化步骤，由带电粒子轰击经过离子选择步骤后的植入离子束，使植入离子束中的离子的价态发生改变；

离子加速步骤，通过向植入离子束施加电压，调节植入离子束的能量；

离子植入步骤，植入离子束轰击晶圆表面，从而进行离子植入。

与现有技术相比，本发明提供的离子植入方法通过电感耦合等离子技术产生等离子体，由于在工艺过程中不需要金属部件，因此可以防止离子源结构中产生金属离子，进一步提高离子植入的良品率。

在价态转化步骤中，由带电粒子轰击植入离子束，使植入离子束中的离子的价态发生改变。由于通过电感耦合等离子技术产生的离子的价态的范围有限，因此价态转化步骤能够对离子源结构产生的离子的价态进行二次调整，使离子的价态满足离子植入的需要。

进一步地，作为优选，在进行离子发生步骤之前，还增加进行压力调节步骤，对离子植入的压力环境进行调节。

通过压力系统调节离子植入机各部分的压强，有利于离子植入的顺利进行。

附图说明

图1是现有技术中离子植入机的示意图；

图2是本发明的第一和第二实施方式中离子植入机的示意图；

图3是本发明的第一实施方式中的离子源结构的结构示意图；

图4是本发明的第一实施方式中炬管的示意图；

图5是本发明的第一实施方式的价态转化装置的结构示意图；

图6是本发明的第三实施方式的离子植入方法的流程示意图；

图7是本发明的第三实施方式中包含压力调节步骤的离子植入方法的流程示意图；

图8是本发明的第三实施方式的包括价态转化步骤的离子植入方法的流程示意图；

图9是本发明的第二实施方式的电子发生装置的示意图。

附图标记说明：

1-离子源结构；1a-解离腔；1a1-惰性气体进口；1a2-植入气体进口；1a3-排气口；1a4-离子出口；1b-石墨保护层；1c-炬管；1c1-第一石英管；1c2-第二石英管；1c21-进气口；1d-高频线圈；1e-吸出组件；1e1-狭缝；2-分析磁体；2a-第一分析磁体；2b-第二分析磁体；3-价态转换装置；3a-反应池；3b-射频离子源；4-工艺腔；5-第一进气管；6-第二进气管；7-加速装置；8-电子发生装置；8a-电子发生部；8a1-发生腔；8a11-气体口；8a12-电子出口；8a2-第二炬管；8a21-第二高频线圈；8b-电子吸出部。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了离子植入机的结构等。

本发明的态样与某些特征、优点、及细节，以下将参照在附图中示出的非限制性的实施例更充分地说明。其中，有省略公知现有的材料、制造工具、制程技术等详细描述，以免不必要地过多赘述。然而，应当理解的是，详细描述与具体实施例虽然指出了本发明的各种态样，但仅是以示例的方式示出，并且不作为限制的方式。从本公开的各种替换、修改、添加、与/或布置，基于本发明概念的精神与/或范围对本领域技术人员是显而易见的。

近似的语言，如本文整个说明书与权利要求书中使用的，可以用于修饰任何定量表达，这些可以容许改变而不致改变其所涉及的基本功能。因此，通过一或多个术语，诸如“约”修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似的语言可对应于仪器的精确度测量值。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并非意在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”与“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解，术语“组成”(以及任何形式的组成，例如“构成”与“包含”)，“具有”(以及任何形式的具有，例如“具备”与“拥有”)，“包括”(以及任何形式的包括，例如“包含”与“含有”)，以及“包含”(以及任何形式的包含，例如“包括”与“含有”)是开放式的连系动词。其结果是，一个方法或装置“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一或多个步骤或元件即拥有这些一或多个步骤或元件，但是不限于仅仅拥有这些一个或多个步骤或元件。

如本文所使用的，术语用于指两个物理元素“连接”时是指两个物理元件之间的直接连接，而术语“耦合”可以是直接连接或通过一或多个中间元件的连接。

如本文所用，术语“可”与“可以是”表明在一组情况内发生的可能性；一个具有某种属性、特性或功能；与/或通过表达一或多个能力、性能、可能性的相关修饰动词来修饰另一个动词。因此，“可”与“可以为”的使用表示修饰的术语明显地适当，能够或适合指定的能力、功能或使用，尽管考虑到，在某些情况下，修饰的术语可能有时并不是适当、能够或适合的。例如，在某些情况下，可以预期的事件或能力，而在不能发生事件或能力的其他情况-此差别由术语“可”与“可以是”撷取。

正如背景技术中所描述的，现有技术中的离子植入机会产生金属离子污染。

参见图1所示，现有技术中的离子植入机通常包括：离子源结构1、分析磁体2、加速装置6以及工艺腔4。离子源结构1通过热电子轰击气体分子产生等离子体，并通过离子源结构1中的吸出组件1e形成离子束。离子束经过分析磁体2的选择，按照质荷比的差异不同种类的离子会有不同的运动轨迹，分析磁体2只允许目标离子通过从而形成植入离子束。之后植入离子束通过加速装置6获取足够的能量，最终进入工艺腔4，轰击晶圆表面进行离子植入。

其中，离子源结构1为热灯丝离子源。具体地，该离子源采用灯丝通电产生的热电子激发热阴极产生电子，电子在电场和磁场的作用下剧烈运动，而撞击植入气体分子产生离子。并且，待植入的杂质源如果是气态，便可以直接引入到离子源结构1的电场中；如果是固态，则还需加热蒸发，变为气相后引入到这个电场中。气相的杂质源在电场中被电离后变成离子(即带电的原子或分子)。

然而，发明人在创立本发明的过程中发现，由于灯丝通常会采用钨丝，并且离子源结构1的侧壁结构也采用金属材料制成，因此产生的离子撞击在灯丝和离子源的侧壁结构上也会产生金属离子，从而导致在离子植入的过程中在晶圆表面形成金属污染。

实施方式一

本实施方式提供了一种离子植入机，参见图2和图3所示，包括：离子源结构1、分析磁体2、价态转换装置3以及工艺腔4；其中，离子源结构1，通过电感耦合等离子技术产生等离子体，并形成离子束；分析磁体2位于离子源结构1的下游，用于使离子束发生偏转，并对其中的离子进行选择，从而形成植入离子束；价态转换装置3连接分析磁体2，能够对经由分析磁体2后的植入离子束中的离子的价态进行转化；工艺腔4设置在价态转换装置3的下游，晶圆安放在工艺腔4内，工艺腔4为植入离子束轰击晶圆的场所。

本实施方式提供的离子植入机应用电感耦合等离子技术产生等离子体。由于产生的电子和离子不会直接与金属材料接触，因此大幅降低了离子束生成阶段的离子束中的金属离子含量。

优选地，在本实施方式中，参见图3所示，离子源结构1包括解离腔1a，解离腔1a提供了植入气体分子离化的场所，在解离腔1a的侧壁上设置有惰性气体进口1a1、植入气体进口1a2、排气口1a3以及离子出口1a4。并且，在解离腔1a内还设置有炬管1c和高频线圈1d(参考图4)，炬管1c固定安装在解离腔1a内，惰性气体进口1a1用于向炬管1c通入惰性气体，植入气体进口1a2能够向炬管1c通入植入气体；离子出口1a4正对炬管1c设置；炬管1c靠近离子出口1a4的一端设置高频线圈1d，高频线圈1d能够诱导第二石英管1c2内的离子与电子快速震荡。

具体来说，在本实施方式中，解离腔1a内设置有支架(未图示)，炬管1c通过支架固定可拆卸地固定安装在解离腔1a内。

高频线圈1d能够向第二石英管1c2施加射频电压，在射频电压的诱导下，第二石英管1c2内的惰性气体离子和电子快速震荡而产生高温，从而使植入气体分子失去电子而解离成离子。并且惰性气体具有一定的冷却效果，能够保护炬管1c，降低高温对炬管1c的损伤。

惰性气体进口1a1用于向解离腔1a内通入惰性气体，植入气体进口1a2用于向解离腔1a内通入包含需要植入杂质的植入气体，排气口1a3用于将解离腔1a内多余的气体排出，并调节解离腔1a内的压强，离子出口1a4为解离腔1a的等离子体出口。

更加具体地，在本实施方式中，参见图3和图4所示，离子源结构1中的炬管1c包括同轴设置的第一石英管1c1和第二石英管1c2，第一石英管1c1设置在第二石英管1c2内，高频线圈1d围绕第二石英管1c2的外侧壁设置。并且，在植入气体进口1a2和第一石英管1c1之间设置有第一进气管5，能够将植入气体沿着第一石英管1c1的轴向输送。此外，在第二石英管1c2的侧壁上设置有进气口1c21，进气口1c21通过第二进气管6与惰性气体进口1a1连接，能够将惰性气体沿第二石英管1c2的径向通入由第一石英管1c1的外壁和第二石英管1c2的内壁所限定的环形空腔部分。惰性气体围绕该环形空腔沿着第一石英管1c1的外表面旋转流动的同时，沿第一石英管1c1的轴向流动到设置有高频线圈1d的位置，并受到射频电压的诱导和击穿。从而第二石英管1c2内的离子和电子快速震荡产生高温，为后续的离子离化做准备。

通过第一进气管5向第一石英管1c1内通入植入气体，并通过第二进气管6经由第二石英管1c2和第一石英管1c1之间的空腔，向第二石英管1c2内通入惰性气体，能够确保气体有序地进入第一石英管1c1和第二石英管1c2，从而确保气体分子离化能够顺利进行。

本实施方式中，植入气体进口1a2处设置有第一阀门(未图示)，惰性气体进口1a1处设置有第二阀门(未图示)，从而对进入解离腔1a气体的流量进行控制，确保气体有序地通入解离腔1a。

另外，在本实施方式中，高频线圈1d内还通有冷却水(未图示)，能够对高频线圈1d起到保护的效果，防止焰炬的温度过高而导致高频线圈1d在高温下失效。通常冷却水通过冷却泵(未图示)注入高频线圈1d中。

此外，在本实施方式中，参见图3所示，离子源结构1还包括与解离腔1a连接并设置在靠近离子出口1a4一侧的吸出组件1e。

具体来说，吸出组件1e形成为连接解离腔1a的腔体结构，并在与离子出口1a4相对一侧的对应位置上设置狭缝1e1。由于解离腔1a中形成的等离子体受到解离腔1a的正压排斥，并被吸出组件1e的负压吸引，因此离子会选择性地通过狭缝1e1形成离子束。

在本实施方式中，离子源结构1通过电感耦合等离子技术产生等离子体的流程如下：

步骤一、开启冷却泵向高频线圈1d中通入冷却水，然后打开第二阀门，向解离腔1a内通入惰性气体，其中常用的惰性气体为氩气。经过规定时间后会在炬管1c内形成高纯氩气的保护环境。

步骤二、步骤一完成后，将与高频线圈1d连接的射频电源的功率调节到800～1200W。

步骤三、接通高频线圈1d使其放电产生高压电火花，高压电火花在炬管1c内部感生出电子，并且电子在电磁场的激励下击穿第一石英管1c1和第二石英管1c2中的高纯氩气，形成稳定的等离子体炬焰。

步骤四、在形成高温而稳定的等离子体炬焰后，打开第一阀门，向第一石英管1c1通入植入气体，并使之形成活性基团，经过5～10分钟之后稳定。

步骤五、通过吸出组件1e将离子从解离腔1a中引出，从而形成用于进行晶圆离子植入的离子束。

本实施方式仅示意性地列举了通过电感耦合技术产生等离子的离子源的一种形式，实际可使用的离子源还可以是其他结构，在本实施方式中不再赘述，只要能够在产生等离子体的同时降低金属离子的含量即可。

更加优选地，参见图3所示，为了进一步吸收金属离子，保护解离腔1a，在本实施方式中，解离腔1a内设置有覆盖解离腔1a内壁的石墨保护层1b。

离子植入机的解离腔1a通常采用金属材料制成，在解离腔1a的内侧壁上覆盖石墨保护层1b后，当离子或电子撞击到石墨保护层1b上时，会直接被石墨保护层1b吸收，从而既能起到保护解离腔1a的效果，又能减少金属离子产生。

更加优选地，在本实施方式中，离子出口1a4形成为朝向炬管1c收紧的漏斗状，并且该漏斗状的离子出口1a4的中心设置在炬管1c的轴线的方向上。

离子出口1a4形成为漏斗状能够有效地过滤干扰，提高离子束中离子的纯净度。具体来说，离子出口1a4带有正向电压，因此能够吸引等离子体中的电子。并且，离子出口1a4形成为漏斗状，能够通过离子出口1a4的尖端部分进一步增强对电子的吸引力，从而提高离子出口1a4过滤干扰粒子的效果。

另外，在本实施方式中，分析磁体2至少为两个。

当离子束流经分析磁体2时，离子束中的离子由于自身的质荷比不同，因此会在分析磁体2内发生偏转，从而将部分不符合要求的离子留在分析磁体2内，并使需要植入的离子穿过分析磁体2形成植入离子束。因此，参见图2所示，分析磁体2可以包括第一分析磁体2a和第二分析磁体2b，并且第一分析磁体2a设置于离子源结构1和加速装置6之间，对离子束中的离子进行初次选择，而有利于后续操作的进行。第二分析磁体2b连接工艺腔4设置，对来自第一分析磁体2a的植入离子束中的离子进行进一步选择。

另外，由于解离腔1a内形成的焰炬温度大约为8000K～10000K,在该温度区间内,电离能低于7eV的元素将完全电离，电离能低于10.5eV的元素电离度大于20％，大部分常用掺杂元素的第一电离能都低于10.5eV，但该温度区间条件很难达到元素第二、第三电离能条件，因此通常只能产生正一价的离子。然而在离子植入的过程中，对离子的价态的需求各有不同。为了满足需求，在本实施方式中，在第一分析磁体2a与加速装置6之间设置有价态转换装置3,能够对植入离子束中掺杂离子的价态进行调节。

参考图5，价态转换装置3可以为反应池3a，反应池3a内通有轰击等离子体，用于对植入离子束进行轰击。

具体来说，反应池3a中设有射频离子源3b，通过射频震荡产生惰性气体离子和电子，并通过电子轰击植入离子束，使植入离子束中的离子失去电子变成更高价态的离子。为了满足离子植入对不同价态的离子的需求，可以设置多个价态转化装置，从而对离子的价态进行多次转化。

相较于现有技术而言，本发明提供的离子植入机的离子源结构1通过电感耦合等离子技术形成需要植入的等离子体，在离子产生过程中避免使用金属器件，从根本上减少了金属离子的产生。并且，价态转换装置3能够对植入离子束中的离子的价态进行转化，使离子的价态满足植入的需要，从而提高离子植入机的适用性。

实施方式二

在植入过程中，植入离子束轰击到晶圆上导致正离子在晶圆上累积，使晶圆表面形成大量电荷，改变了植入离子束中的电荷平衡，从而影响离子植入的剂量。并且由于晶圆表面通常形成有不同的图案，因此在离子植入的过程中带电的离子不断扫描晶圆，可能导致晶圆表面发生尖端放电的现象，从而影响离子植入的质量。

为解决这一问题，常用的方法为对晶圆进行电子喷淋，即向晶圆表面喷发低能电子。具体来说，在植入离子束扫描到晶圆表面之前，将低能电子融入植入离子束中，从而中和晶圆表面的正电荷，改善离子植入的效果。

在现有技术中，常用于电子喷淋的装置为电子枪。其中，电子枪产生电子的方式与现有技术中离子源的工作方式类似，具体为：向灯丝通电产生的热电子，之后激发热阴极产生电子，并且产生的电子在植入离子束的吸引下运动，而融入植入离子束，最终到达晶圆表面，起到中和晶圆表面的电荷的效果。

然而，由于灯丝通常会采用钨丝，因此产生的电子撞击在灯丝和附近的金属结构上时会产生金属离子，当金属离子混入植入离子束并扫描到晶圆表面时，会导致在晶圆表面形成金属沾污。此外，电子枪与晶圆位置更为接近，两者之间也不具有对离子进行筛选的分析磁体，因此，电子枪处产生的金属污染将被直接携带至晶圆表面，极大地增加了晶圆受到金属污染的风险。

为了减轻或消除上述风险，本发明的第二实施方式提供了一种离子植入机，第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，参见图2、图9所示，将工艺腔4的上游设置的电子发生装置8配置为通过电感耦合等离子体技术产生电子，从而减少金属离子对离子植入过程的干扰。

具体来说，电子发生装置8包括：电子发生部8a和电子吸出部8b；电子发生部8a采用电感耦合等离子体技术将原子或分子离化，从而形成离子和电子；电子吸出部8b与偏压电源连接通过正向偏压将电子从电子发生部8a内引出，使电子沿着预设的轨迹融入植入离子束中。

参见图9所示，电子发生部8a包括：发生腔8a1和设在发生腔8a1内的第二炬管8a2。发生腔8a1上分别设置有气体口8a11和电子出口8a12，其中，电子出口8a12设置在发生腔8a1的靠近电子吸出部8b一侧。并且在第二炬管8a2上设置有第二高频线圈8a21，能够施加射频电压诱导稀有气体离子和电子快速震荡，产生高温从而使不断通入的稀有气体原子失去电子。由于电子发生部8a的工作方法与离子源结构1的工作方法一致，因此不再赘述。

在发生腔8a1内形成电子和离子之后，通过电子吸出部8b引出电子并形成电子束。具体地，电子吸出部8b与偏压电源电路连接，其中，靠近电子发生部8a的一侧带有负向偏压，远离电子发生部8a的一侧带有正向偏压。由于发生腔8a1中形成的电子受到发生腔8a1内负向偏压的排斥，并被电子吸出部8b的正向偏压吸引，因此电子能够通过电子吸出部8b并形成电子束。

在本实施方式中，本发明的发明人发现将上述偏压的范围设置在-30V～30V之间，有利于电子束的形成。通入第二炬管8a2的气体为氩气。

另外，在本实施方式中，在电子发生装置8和工艺腔4之间还设置有用于选择电子的电子选择装置(未图示)，常用的电子选择装置为分析磁场，通过质荷比选择只允许电子通过，从而进一步防止其他离子进入植入离子束而影响离子植入。

实施方式三

本发明的第三实施方式提供了一种离子植入方法，参见图6-图8所示，本发明第三实施方式的离子植入方法包括：离子发生步骤，向气体分子供应能量并使其离化，通过电感耦合等离子技术产生等离子体并形成离子束；离子选择步骤，对离子束中的离子种类进行选择，分离所需要的离子，形成植入离子束；在进行离子选择步骤和离子加速步骤之间还具有价态转化步骤，由带电粒子轰击植入离子束，使植入离子束中的离子的价态发生改变；离子加速步骤，通过向植入离子束施加电压，调节植入离子束的能量；离子植入步骤，植入离子束轰击晶圆表面，从而进行离子植入。

具体来说，参见图2和图3所示，离子发生步骤主要包括：

步骤一、向炬管1c中通入惰性气体，从而在炬管1c内形成一个高纯度惰性气体的气体环境，方便等离子体的生成；

步骤二、将800～1200W的功率加载在高频线圈1d上，为等离子体点火做准备；

步骤三、放电产生高压电火花，高压电火花在炬管1c内部感生出电子并击穿第一石英管1c1和第二石英管1c2中的高纯度惰性气体，同时在高频线圈1d产生的电磁场激励下进一步击穿高纯度的惰性气体，最终点燃等离子体形成稳定的等离子体炬焰；

步骤四、在形成高温而稳定的等离子体炬焰后，打开第一阀门，向第一石英管1c1通入植入气体，并使之形成活性基团；

步骤五、通过吸出组件1e将离子从解离腔1a中引出，从而形成用于进行晶圆离子植入的离子束。

离子选择步骤主要包括：将离子束通入磁场中，通过质荷比对不同种类的离子进行挑选，从而形成植入离子束。

离子加速步骤主要包括：将植入离子束通入设有加速电压的加速管，确保植入离子束的能量达到离子植入的要求。

离子植入步骤主要包括：将植入离子束通入工艺腔4内，使植入离子束扫描安放在工艺腔4内的晶圆表面，进行离子植入。

与现有技术相比，本发明提供的离子植入方法通过电感耦合等离子技术产生等离子体，由于在工艺过程中不需要金属部件，因此可以防止离子源结构1中产生金属离子，进一步提高离子植入的良品率。

优选地，在本实施方式中，参见图7所示，在进行离子发生步骤之前，还需要进行压力调节步骤，对离子植入的压力环境进行调节。

通过压力系统调节离子植入机各部分的压强，有利于离子植入的顺利进行。常用于压力调节步骤的装置为涡轮泵和干燥泵。

在本实施方式中，由于通过电感耦合等离子技术产生的离子的价态的范围有限，因此价态转化步骤能够对离子源结构1产生的离子的价态进行二次调整，使离子的价态满足离子植入的需要。

具体来说，参见图5所示，价态转换步骤在价态转换装置3内完成，价态转换装置3包括：反应池3a和反应池3a中设有射频离子源3b，先通过射频离子源3b通过高频震荡产生惰性气体离子和电子；当植入离子束通过时，产生的电子轰击植入离子束，从而使植入离子束中的离子失去电子变成更高价态的离子，在轰击完成后植入离子束离开反应池3a。为了满足离子植入对不同价态的离子的需求，可以设置多个价态转化装置，从而对离子的价态进行多次转化。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种离子植入机，其特征在于，包括：

离子源结构，所述离子源结构所采用的离子源为电感耦合等离子体源，所述离子源结构包括用于提供气体分子离化的解离腔，在所述解离腔内形成有覆盖所述解离腔内壁的石墨保护层；

分析磁体，与所述离子源结构连接，能够接收所述离子源结构提供的离子束，并分离得到植入离子束；

价态转换装置，与所述分析磁体连接，能够接收从所述分析磁体出射的所述植入离子束，并对所述植入离子束中离子的价态进行转化。

2.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，所述离子植入机还包括炬管和高频线圈，所述炬管的材料为介电材料，所述炬管固定安装在所述解离腔内；所述炬管包括同轴设置的第一石英管和第二石英管，所述第一石英管设置在所述第二石英管内部，所述高频线圈包绕所述第二石英管的外侧壁设置。

3.根据权利要求2所述的离子植入机，其特征在于，所述解离腔包括离子出口，所述离子出口形成为朝向所述炬管收紧的漏斗状，设置在所述炬管的轴线上。

4.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，所述价态转换装置为反应池，所述反应池内通有轰击等离子体，用于对所述植入离子束进行轰击。

5.根据权利要求1所述的离子植入机，其特征在于，所述离子植入机还包括：

电子发生装置，所述电子发生装置为淹没式等离子体枪，其等离子体源为电感耦合等离子体源，设置于所述价态转换装置的下游，能够向所述植入离子束提供电子。

6.根据权利要求5所述的离子植入机，其特征在于，

所述电子发生装置包括：电子发生部和设置在所述电子发生部一侧的电子吸出部；

所述电子发生部包括：发生腔、第二炬管以及设置在所述第二炬管上的第二高频线圈；

所述发生腔上设置有气体口以及电子出口；

所述电子吸出部与偏压电源连接。

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