CN114446747A - 离子发生装置以及半导体制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子发生装置及半导体制造设备，离子发生装置包括电弧室、喷嘴和气源，电弧室用于产生电弧，喷嘴与电弧室配合，喷嘴上设有多个与电弧室的内部连通的喷射孔，气源与喷嘴连通，用于为电弧室供给气体。当离子发生装置启动时，气源的气体经喷嘴的各喷射孔进入到电弧室的内部，由于在喷嘴上设置多个喷射孔，进入到电弧室的气体更加分散，从而提高了气体在电弧室的内部的均匀性，从而提高了气体的离子化效率，另外，减少了气体的使用量，使得生产制造的成本得到了降低。

Description

离子发生装置以及半导体制造设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种离子发生装置。本发明还涉及一种半导体制造设备。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

离子注入是半导体制造工艺中常用的离子掺杂工艺，所注入的离子通常由离子发生装置产生。离子发生装置通常包括电弧室、气源、管路以及喷嘴，其中，喷嘴与电弧室的内部连通，气源通过管路与喷嘴连通，气源的气体经管路及喷嘴进入电弧室，电弧室将进入电弧室的气体电离后输出，从而为半导体制造提供离子。

现有技术中，喷嘴上只有一个喷射孔，使得经喷射孔进入到电弧室的内部的气体浓度不均匀(靠近喷射孔的气体浓度高，远离喷射孔的气体浓度低)，从而导致气体的离子化效率低，同时也造成了气体的浪费。

发明内容

本发明的第一方面提出了一种离子发生装置，用于半导体制造设备，所述离子发生装置包括：

电弧室，所述电弧室用于产生电弧；

喷嘴，所述喷嘴与所述电弧室配合，所述喷嘴上设有多个与所述电弧室的内部连通的喷射孔；

气源，所述气源与所述喷嘴连通，用于为所述电弧室供给气体。

本发明的第二方面提出了一种半导体制造设备，其特征在于，所述半导体制造设备包括离子发生装置，所述离子发生装置为根据如上所述的离子发生装置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的离子发生装置的局部结构示意图；

图2为图1中所示的离子发生装置的喷嘴及部分管路的结构示意图；

图3为图2中所示的喷嘴的局部剖视图。

附图标记如下：

100为离子发生装置；

10为电弧室，11为安装孔；

20为喷嘴，21为第一段，211为喷射孔，2111为锥形段，2112为圆柱段，22为第二段；

30为管路。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图3所示，根据本发明的实施方式，本发明提出了一种离子发生装置100，用于半导体制造设备，离子发生装置100包括电弧室10、喷嘴20和气源，电弧室10用于产生电弧，喷嘴20与电弧室10配合，喷嘴20上设有多个与电弧室10的内部连通的喷射孔211，气源与喷嘴20连通，用于为电弧室10供给气体。

具体地，在本申请的离子发生装置100中，气源通过喷嘴20与电弧室10的内部连通，当离子发生装置100启动时，气源的气体经喷嘴20的各喷射孔211进入到电弧室10的内部，由于在喷嘴20上设置多个喷射孔211，进入到电弧室10的气体更加分散，从而提高了气体在电弧室10的内部的均匀性，从而提高了气体的离子化效率，另外，减少了气体的使用量，使得生产制造的成本得到了降低。

需要理解的是，各喷射孔211间隔设置在喷嘴20上，当喷嘴20与电弧室10配合时，各喷射孔211均与电弧室10的内部连通，各喷射孔211必然在电弧室10的侧壁上形成多个喷射位置，当气体经由各喷射孔211进入到电弧室10时，各喷射位置的气体相互混合，从而能够提高气体的均匀性，使得气体的离子化效率得到提高。

需要指出的是，喷嘴20上设有进气口、主气道和多个支气道，其中，进气口与主气道的一端连通，多个支气道分别与主气道的另一端连通，支气道的数量与喷射孔211的数量一致，每一个喷射孔211分别对应连通一个支气道，气源与进气口连通，气源的气体经进气口进入到主气道，再进入各个支气道，最后经各喷射孔211进入到电弧室10，利用主气道以及支气道使得气体在喷嘴20内部被分流，进一步提高了通过各喷射孔211进入到电弧室10内部的气体的均匀性，使得气体的离子化效率得到了进一步地提高，从而有效降低制造的成本。

另外，离子发生装置100还包括管路30，管路30的一端与气源连通，管路30的另一端与喷嘴20的进气口连通，通过设置管路30，提高了气源安装位置的灵活性，使得离子发生装置100结构紧凑，从而减少了离子发生装置100的体积。

进一步理解的是，如图1所示，电弧室10的底部设有安装孔11，喷嘴20的至少部分本体安装于安装孔11内。具体地，安装孔11开设于电弧室10上，并且安装孔11的开设位置位于电弧室10的底部，当喷嘴20与电弧室10配合时，至少部分喷嘴20的本体设置在安装孔11内，当喷嘴20与电弧室10配合完成后，电弧室10的安装孔11被封闭，位于喷嘴20上的各喷射孔211径安装孔11与电弧室10贯通的孔口与电弧室10的内部贯通。

由于安装孔11位于电弧室10的底部，喷嘴20安装完成后及设置在电弧室10的底部，当离子发生装置100启动后，气源的气体经喷嘴20的喷射孔211喷入电弧室10内，由于喷射孔211的数量为多个，并且均设置在电弧室10的底部，进入电弧室10的气体具有升力，在气体上升的过程中进行充分混合，进一步提高了气体在电弧室10内的均匀性，使得离子装置的离子化效率得到了进一步地提高。

需要理解的是，安装孔11为圆形、方形或其它多边形，喷嘴20与安装孔11配合的本体的截面形状与安装孔11的形状相适配，从而保证了连接位置的连接强度及稳定性，同时保证了连接位置的密封性。

需要指出的是，喷嘴20包括彼此连接的第一段21和第二段22，第一段21和第二段22同轴设置，并且第一段21的直径小于第二段22的直径，当喷嘴20与电弧室10配合时，第一段21设置在安装孔11内且与安装孔11的内壁配合，第二段22位于安装孔11的外部且抵靠在电弧室10的外侧，通过喷嘴20与安装孔11的配合结构，能够有效将安装孔11封闭，从而避免出现气体泄漏的情况发生。

另外，在一些实施方式中，安装孔11为圆形孔，第一段21为圆柱型，第一段21的外周面上设有外螺纹，在安装孔11的孔壁上设有内螺纹，当喷嘴20与安装孔11配合时，外螺纹与内螺纹配合，从而使得第一段21固定在安装孔11内，通过螺纹配合的方式固定强度，稳定性佳，同时能够在一定程度上实现连接位置的密封。

在一些实施方式中，第一段21的外径略大于安装孔11的孔径，当喷嘴20与安装孔11配合时，第一段21通过过盈配合实现与安装孔11的连接固定，该种配合方式进一步提高了喷嘴20的固定强度，避免喷嘴20出现脱落的情况。

此外，离子发生装置100还包括密封件，该密封件设置在喷嘴20与安装孔11的连接位置，进一步提高喷嘴20安装位置的密封性，避免出现漏气的情况。

进一步地，如图1所示，喷嘴20朝向电弧室10内部的端面与电弧室10的内壁平齐。具体地，电弧室10通过安装孔11与外部连通，当喷嘴20与安装孔11配合时，喷嘴20的至少部分本体进入到安装孔11内，当喷嘴20与安装孔11配合到位后，喷嘴20朝向电弧室10的端面与电弧室10的内壁平齐，避免出现喷嘴20与电弧室10的内壁之间出现断差，各喷射孔211均设置在喷嘴20朝向电弧室10的端面上。当离子发生装置100启动时，气源的气体经喷嘴20的各喷射孔211喷入电弧室10内，由于喷嘴20朝向电弧室10的端面与电弧室10的内壁平齐，并且喷嘴20位于电弧室10的底部，气体等同于从电弧室10的内底面进行多位置喷出，气体在电弧室10上升的过程中有效实现混合，使得混合的效果更佳均匀，进一步保证了气体的离子化效率。

需要理解的是，当喷嘴20与安装孔11配合到位后，喷嘴20朝向电弧室10的端面与电弧室10的内壁不平齐(喷嘴20朝向电弧室10的端面位于安装孔11的内部或嘴朝向电弧室10的端面凸出于电弧室10的内壁)时，此时对进入到电弧室10内的气体均构成不良影响(当喷嘴20朝向电弧室10的端面位于安装孔11的内部，气体经各喷射孔211进入电弧室10时，安装孔11的孔壁对气体形成遮挡，从而影响气体的进入效率；当喷嘴20朝向电弧室10的端面凸出于电弧室10的内壁，气体经各喷射孔211进入电弧室10时，缩短了气体在电弧室10内的形成，不利于气体的均匀扩散)，因此，当喷嘴20与安装孔11配合到位后，喷嘴20朝向电弧室10的端面与电弧室10的内壁平齐能够保证气体有效进入到电弧室10内，从而提高气体的离子化效率。

进一步地，如图1和图2所示，各喷射孔211均布在喷嘴20朝向电弧室10的端面上。具体地，喷嘴20与安装孔11配合到位后，喷嘴20朝向电弧室10的端面与电弧室10的内壁平齐，各喷射孔211均布在喷嘴20朝向电弧室10的端面上，当离子发生装置100启动后，气源的气体经喷嘴20的各喷射孔211喷入电弧室10内，由于各喷射孔211均布在喷嘴20朝向电弧室10的端面上，经各喷射孔211进入到电弧室10的气体相互之间处于稳定状态，避免出现气流紊乱的情况，进一步保证了气体在电弧室10内的均匀性，使得气体的离子化效率得到进一步地提高。

进一步地，喷射孔211的数量为5-13个。具体地，各喷射孔211均布在喷嘴20朝向电弧室10的端面上，气源的气体经各喷射孔211进入到电弧室10内，通过将喷射孔211的数量设置为5-13个，从而保证了进入到电弧室10内气流的密度，进一步提高了气体在电弧室10内的均匀性，进一步提高了气体在电弧室10内离子化的效率，减少气体的使用量，以降低制造的成本。如图2所示，本申请中，喷射孔211的数量为9个，设置9个喷射孔211使得进入到电弧室10内的气流密度适宜，有效保证了电弧室10内气流的均匀性。

在一些实施方式中，如图3所示，喷射孔211为锥形孔，锥形孔包括圆柱段2112和锥形段2111，圆柱段2112的一端与气源连通，圆柱段2112的另一端与锥形段2111的小端连通，锥形段2111的大端与电弧室10的内部连通。具体地，在喷嘴20内设有主气道和多个支气道，其中，支气道的数量与喷射孔211的数量一致，主气道通过管路30与气源连通，支气道的一端与主气道连通，支气道的另一端与圆柱段2112连通。当离子发生装置100启动后，气源的气体进入到主气道，并且经主气道进入到各支气道内，进入支气道的气体再依次经过喷射孔211的圆柱段2112和锥形段2111进入到电弧室10内，由于锥形段2111的小端与圆柱段2112连通，锥形段2111的大端与电弧室10的内部连通，当气体经圆柱段2112进入到锥形段2111时，气体逐渐发生扩散，扩散后的气体经由锥形段2111的大端进入到电弧室10内。通过将喷射孔211设置为锥形孔，能够提高进入电弧室10内气流的扩散性能，进一步提高电弧室10内气体的均匀性，使得气体的离子化效率得到进一步地提高。

需要指出的是，圆柱段2112与锥形段2111同轴设置，从而保证经过圆柱段2112进入锥形段2111的气流稳定均匀地扩散，进一步提高了进入电弧室10内气体的均匀性。

进一步地，锥形段2111的锥形面与圆柱段2112的长度方向之间的夹角为30°-50°。具体地，如图3所示，在图3中的α为锥形段2111的锥形面与圆柱段2112的长度方向之间的夹角，通过将α的范围设置在30°-50°，以使锥形段2111的锥度能够满足气体进入电弧室10的要求，即通过控制α的范围，在保证气体进入电弧室10速度的情况下，能够进行充分扩散，使得气流经过喷射孔211进入到电弧室10内能够均匀，以提高气体的离子化效率。

在一些实施方式中，喷射孔211为圆形孔。具体地，在喷嘴20内设有主气道和多个支气道，其中，支气道的数量与喷射孔211的数量一致，主气道通过管路30与气源连通，支气道的一端与主气道连通，支气道的另一端与圆形孔连通。当离子发生装置100启动后，气源的气体进入到主气道，并且经主气道进入到各支气道内，进入支气道的气体再经过喷射孔211进入到电弧室10内。将喷射孔211设置为圆形孔能够降低喷嘴20的加工难度，从而降低了喷嘴20的成本。

进一步地，喷射孔211的孔径为0.6mm-2mm。具体地，气源的气体经由各喷射孔211进入到电弧室10的内部，通过将喷射孔211的孔径设置为0.6mm-2mm，从而能够提高气体进入到电弧室10的速度，多个喷射孔211形成多股气流，由于各股气流的速度得到了提高，从而能够进一步提高气体在电弧室10内混合，使得气体在电弧室10内的均匀性得到保证，进而提高气体的离子化效率。

进一步地，喷嘴20的材质为陶瓷或氮化硼。具体地，为陶瓷或者氮化硼的喷嘴20具有良好的绝缘性能，能够有效避免电弧室10内电弧对喷嘴20的影响，另外，为陶瓷或者氮化硼的喷嘴20的强度高且稳定性佳，能够有效延长喷嘴20的使用寿命，从而降低离子发生装置100的维护成本。

本发明的另一方面提供了一种半导体制造设备，半导体制造设备包括离子发生装置100，该离子发生装置100为根据如上离子发生装置100。

具体地，半导体制造设备包括离子注入设备以及与其连接的离子发生装置100，离子发生装置100产生离子，所产生的离子经由离子注入设备对晶圆等半导体进行掺杂工艺。其中，在离子发生装置100中，气源通过喷嘴20与电弧室10的内部连通，当离子发生装置100启动时，气源的气体经喷嘴20的各喷射孔211进入到电弧室10的内部，由于在喷嘴20上设置多个喷射孔211，进入到电弧室10的气体更加分散，从而提高了气体在电弧室10的内部的均匀性，从而提高了气体的离子化效率，另外，减少了气体的使用量，使得生产制造的成本得到了降低。

另外，上述半导体制造设备的其它部分的结构请参考现有技术，在此本申请不在进行赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种离子发生装置，用于半导体制造设备，其特征在于，所述离子发生装置包括：

电弧室，所述电弧室用于产生电弧；

喷嘴，所述喷嘴与所述电弧室配合，所述喷嘴上设有多个与所述电弧室的内部连通的喷射孔；

气源，所述气源与所述喷嘴连通，用于为所述电弧室供给气体。

2.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，所述电弧室的底部设有安装孔，所述喷嘴的至少部分本体安装于所述安装孔内。

3.根据权利要求2所述的离子发生装置，其特征在于，所述喷嘴朝向所述电弧室内部的端面与所述电弧室的内壁平齐。

4.根据权利要求3所述的离子发生装置，其特征在于，各所述喷射孔均布在所述喷嘴朝向所述电弧室的所述端面上。

5.根据权利要求4所述的离子发生装置，其特征在于，所述喷射孔的数量为5-13个。

6.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，所述喷射孔为锥形孔，所述锥形孔包括圆柱段和锥形段，所述圆柱段的一端与所述气源连通，所述圆柱段的另一端与所述锥形段的小端连通，所述锥形段的大端与所述电弧室的内部连通。

7.根据权利要求6所述的离子发生装置，其特征在于，所述锥形段的锥形面与所述圆柱段的长度方向之间的夹角为30°-50°。

8.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，所述喷射孔为圆形孔。

9.根据权利要求1所述的离子发生装置，其特征在于，所述喷射孔的孔径为0.6mm-2mm；

并且/或者所述喷嘴的材质为陶瓷或氮化硼。

10.一种半导体制造设备，其特征在于，所述半导体制造设备包括离子发生装置，所述离子发生装置为根据权利要求1至9任一项所述的离子发生装置。

Images