CN116013751A - 一种离子喷枪的绝缘结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子喷枪的绝缘结构，所述离子喷枪的绝缘结构适用于离子喷枪，离子喷枪有两个独立相同的弧腔，分别是上弧腔和下弧腔；两个矩形喷口结构的相对上下排列，两个矩形喷口结构覆盖在上弧腔和下弧腔上；上弧腔和下弧腔独立产生等离子体，吸附在束流周围，中和晶圆表面的电荷；两个矩形喷口结构的每个的两个小孔上下排列，安装在离子喷枪弧腔上，两个小孔之间距离16mm。本发明离子喷枪的绝缘结构，设计成本低，维护成本低，增加绝缘子对其起到了支撑作用，能够解决其变形程度导致短路，使用寿命大大提高，节约维护成本。

Description

一种离子喷枪的绝缘结构

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，具体涉及一种离子喷枪的绝缘结构。

背景技术

集成电路制造工艺中，离子注入是一种重要的掺杂技术，也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。当代制造大规模集成电路中，离子注入是一种必不可少的工序。离子注入的原理是，将原子或分子经过离子化后形成离子或等离子体；等离子体带有一定量的电荷，可通过电场对离子或等离子体进行加速，并利用磁场使其运动方向改变，从而控制离子或等离子体以一定的能量进入晶圆内部，以达到掺杂的目的。

氙气离子喷枪(等离子体FloodGun-Xe:离子喷枪-Xe)的出现或发展，其使得为低能大束流离子注入机提供充分的电子束流成为可能。氙气离子喷枪为离子束创造了一个低能(-1ev)电子库，通过低能电子库，离子束通过提取尽可能多的电子以保持空间电荷中性。具体地，氙气离子喷枪设计将氙气送入电起弧室，在电起弧室中灯丝发射的电子使氙原子电离并点燃等离子体。当离子束的电势大于电起弧室的电势时，电子束通过电起弧室的开口从氙气离子喷枪等离子体中提取低能电子。在电起弧室和离子束之间的区域，被提取的电子和离子束相互作用产生一个低密度等离子体，称为等离子体桥。等离子体电桥是离子束和电起弧室中等离子体之间的低阻抗连接。即使当离子束的电势只有轻微的正时，离子束也能从氙气离子喷枪中吸收尽可能多的低能电子，以保持空间电荷的中性。

然而，由于利用离子注入工艺掺入的离子带有电荷，而在注入晶片后这些电荷会累积在晶片的表面，大量积累在晶片表面的电荷，可能通过已经制作在晶片表面上的电容结构形成电流，从而造成晶片的栅极、栅极与半导体间的栅极氧化层的伤害。更为严重地是，由于瞬间高电流的通过，容易造成栅极结构的永久损坏。因此，在离子注入过程中，防止由于离子注入过程中在晶片表面累积电荷对晶片造成的损坏是半导体制备工艺亟待解决的技术问题。

另外地，现有技术的离子喷枪，尤其是离子喷枪安装上设备，离子喷枪中灯丝支架连带为银材质，因灯丝电极支架银质连带较长，受热易形变，导致灯丝支架与离子喷枪本体或气管接触发生短路，维修至少需耗时10小时，使其使用寿命大大减短。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供一种离子喷枪的绝缘结构，其解决了使用过程中灯丝支架受热产生形变，导致灯丝支架与离子喷枪本体发生短路的问题。

依据本发明的技术方案，本发明提供一种离子喷枪的绝缘结构，所述离子喷枪的绝缘结构适用于离子喷枪，所述离子喷枪包括基座部分、起弧腔以及线路连接部分；基座部分用于承载起弧腔以及各种线路以及气管；起弧腔内有灯丝，灯丝通电被加热后就会发射电子,由于起弧腔内存有一定浓度的氙气气体粒子，灯丝发射的电子就会撞击氙气气体粒子,使氙气气体粒子外层的电子脱离原来的运行轨道成为自由电子，而氙气气体粒子则变成带正电的离子；灯丝电源通过电源线给上下两个起弧腔内的灯丝供电，灯丝通电后产生灯丝电子，轰击起弧腔内的氙气，故而起弧形成等离子体；线路连接部分用于输送电压以及所用氙气。

进一步地，离子喷枪有两个独立相同的弧腔，分别是上弧腔和下弧腔。两个矩形喷口结构的相对上下排列，两个矩形喷口结构覆盖在上弧腔和下弧腔上。优选地，上弧腔和下弧腔独立产生等离子体，吸附在束流周围，中和晶圆表面的电荷。

优选地，两个矩形喷口结构的每个的两个小孔上下排列，安装在离子喷枪弧腔上，两个小孔之间距离16mm。两个小孔均匀分布在矩形石墨喷口四分之一中心上，使得等离子体更加均匀的分布在束流周围。

优选地，螺丝将法兰铝板固定在离子注入设备工艺腔体上端，螺丝与离子喷枪本体不等电位，螺丝与离子注入设备工艺腔体等电位。

另外地，法兰铝板下方有绝缘板隔离开离子喷枪本体与离子注入设备工艺腔体，螺丝穿过法兰铝板与绝缘板固定在离子注入设备工艺腔体上，螺丝与法兰铝板之间有绝缘套筒隔离开，安装好之后必须测量螺丝与本体绝缘性。

进一步地，电源通过第一灯丝电源端子、第二灯丝电源端子、第三灯丝电源端子、第四灯丝电源端子给离子喷枪灯丝供电，其中上灯丝正极电源线固定在第一灯丝电源端子，上灯丝负极电源线固定在第二灯丝电源端子，下灯丝正极电源线固定在第三灯丝电源端子，下灯丝负极电源线固定在第四灯丝电源端子，第一灯丝电源端子连接第一灯丝电极，第二灯丝电源端子连接第二灯丝电极，第三灯丝电源端子连接第三灯丝电极，第四灯丝电源端子连接第四灯丝电极。

另外地，氙气管接口通过氙气管将氙气通入起弧室中。

与现有技术相比，本发明的离子喷枪的绝缘结构的有益技术效果如下：

1、本发明的离子喷枪的绝缘结构为离子注入机提供稳定均匀的散射电流。

2、本发明的离子喷枪的绝缘结构，设计成本低，维护成本低，增加绝缘子对其起到了支撑作用，能够解决其变形程度导致短路，使用寿命大大提高，节约维护成本。

附图说明

图1是本发明离子喷枪的绝缘结构的立体结构示意图。

图2是图1中离子喷枪的爆炸结构示意图。

图3是图1中离子喷枪的绝缘结构的结构示意图。

图4是离子喷枪的结构框图。

附图中的附图标记：

螺丝1，连接螺母的垫片2，离子喷枪灯丝3，灯丝连接杆4，灯丝绝缘子5，连接螺母6，灯丝连接块7，灯丝连接带9，永磁铁10，石墨支撑板11，磁铁支撑板12，氙气管13，下灯丝正极支架银质连带14，上灯丝负极支架银质连带15，下灯丝负极支架银质连带16，上灯丝正极支架银质连带17，法兰铝板18，第一灯丝电极19、第二灯丝电极20、第三灯丝电极21、第四灯丝电极22，绝缘套筒23，离子喷枪引出石墨24，绝缘板25，法兰绝缘板25，离子喷枪基座31，密封圈32，氙气管接口33，固定螺钉36，第一起弧室电源接线柱37、第二起弧室电源接线柱38，灭弧板39，第一灯丝电源端子40、第二灯丝电源端子41、第三灯丝电源端子42、第四灯丝电源端子43，绝缘子45，离子注入机离子注入设备工艺腔体50，离子喷枪51，离子喷枪石墨笼子52，束流过滤模块53。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明提供一种离子喷枪的绝缘结构，灯丝支架与“离子喷枪”本体之间增加了绝缘子及相应的螺钉、绝缘垫。本发明方案通过在增加绝缘垫，对灯丝支架起支撑作用，避免其因发生形变与“离子喷枪”本体发生直接接触，从而发生短路，从根本上解决此项短路问题。

本发明的一种离子喷枪的绝缘结构所应用的离子喷枪包括基座部分、起弧腔以及线路连接部分；其中，基座部分用于承载起弧腔以及线路；起弧腔用于电离气体，产生等离子团；线路连接部分用于输送电压以及所用氙气。

本发明的一种离子喷枪的绝缘结构所应用的离子喷枪有两个独立相同的起弧腔，分别是上起弧腔和下起弧腔，两个矩形喷口结构的相对上下排列，两个矩形喷口结构覆盖在上起弧腔和下起弧腔上；在喷射等离子体时，条件相同，两个起弧腔喷射离子体密度、强度相同，喷射离子体密度、强度体现在中和电子的能力上，用一个散射电流体现，下表是各参数的设置关系，设置好产生等离子体的参数，上下起弧腔独立产生等离子体，吸附在束流周围，中和晶圆表面的电荷。两个矩形喷口结构的每个的两个小孔上下排列，安装在离子喷枪起弧腔上，两个小孔之间距离16mm，两个小孔均匀分布在矩形石墨喷口四分之一中心上，使得等离子体更加均匀的分布在束流周围。

矩形石墨双孔喷口边长32mm，每个小孔的直径1mm，小孔喷口倒角60度，倒角深度2.5mm，小孔深度3.2mm，1mm的喷口有力的喷出等离子体，在60度斜面喷口散开，使得等离子体更加均匀。

下面结合附图来说明本发明的结构，图1是本发明离子喷枪的立体结构示意图，主要反映了离子喷枪整体结构和外貌特征，起弧腔石墨双孔喷口形状和在离子喷枪上的位置。起弧腔产生的等离子体，通过起弧腔石墨双孔喷口散射出均匀的等离子体。吸附在束流周围，有效中和电子。

图1是本发明离子喷枪的立体结构示意图，主要反映了离子喷枪整体结构和外貌特征，起弧腔石墨双孔喷口形状和在离子喷枪上的位置；图2是图1的爆炸放大示意图；图3是图1中离子喷枪的绝缘结构的示意图。本发明优选在“离子喷枪”组件中灯丝支架与“离子喷枪”本体之间增加了绝缘子45及相应的螺钉、绝缘垫36，通过增加绝缘垫，对灯丝支架起支撑作用，避免其因发生形变与“离子喷枪”本体发生直接接触，从而发生短路，从根本上解决短路问题。

下面结合附图，对本发明的离子喷枪的绝缘结构做出详细说明。图1是本发明离子喷枪的绝缘结构的立体结构示意图，其使用在离子喷枪上。如图1至图3所示，螺丝1将法兰铝板18固定在离子注入设备工艺腔体上端，需要特别注意的是螺丝与离子喷枪本体不等电位，螺丝与离子注入设备工艺腔体等电位，铝板下方有绝缘板25隔离开离子喷枪本体与离子注入设备工艺腔体，螺丝穿过法兰铝板与绝缘板25固定在离子注入设备工艺腔体上，螺丝1与法兰铝板之间有绝缘套筒23隔离开，安装好之后必须测量螺丝与本体绝缘性；电源通过第一灯丝电源端子40、第二灯丝电源端子41、第三灯丝电源端子42、第四灯丝电源端子43给离子喷枪灯丝3供电，其中上灯丝正极电源线固定在第一灯丝电源端子40，上灯丝负极电源线固定在第二灯丝电源端子41，下灯丝正极电源线固定在第三灯丝电源端子42，下灯丝负极电源线固定在第四灯丝电源端子43，第一灯丝电源端子40连接第一灯丝电极19，第二灯丝电源端子41连接第二灯丝电极20，第三灯丝电源端子42连接第三灯丝电极21，第四灯丝电源端子43连接第四灯丝电极22。氙气管接口33通过氙气管13将氙气通入起弧室中,另外需要注意的是氙气管接口处每次必须使用全新的VCR垫片确保其密封，避免发生工艺气体泄漏造成真空不良和经济损失。密封圈32嵌入法兰绝缘板25的凹槽中，二者的作用是将靶室工艺腔与大气绝缘密封，确保靶室工艺腔具有较好且稳定的真空，为注入提供良好的条件。优选地，灯丝支架包括上灯丝正极支架、上灯丝负极支架、下灯丝正极支架和下灯丝负极支架，上灯丝正极支架采用上灯丝正极支架银质连带，上灯丝负极支架采用上灯丝负极支架银质连带，下灯丝正极支架采用下灯丝正极支架银质连带，下灯丝负极支架采用下灯丝负极支架银质连带，电压通过银质连带加到灯丝上，以确保良好的导电性。灯丝连接块7的一端用来固定连接螺母6，灯丝连接块7的另一端连在灯丝支架上，安装时上面的螺丝要固定好，防止松动。连接螺母的垫片2，灯丝绝缘子5使离子喷枪灯丝3与离子喷枪基座31绝缘，灯丝连接带9连接灯丝连接块7与灯丝支架。离子喷枪灯丝3插入灯丝连接杆4，安装时要使离子喷枪灯丝插入到灯丝连接杆4的底部。离子喷枪引出石墨24固定在石墨支撑板11上，永磁铁10固定磁铁支撑板12上。

本发明电子枪起弧腔石墨双孔喷口中，离子喷枪装置为双起弧室、双石墨结构，两根离子喷枪灯丝分别对应两个电源模块灯丝电源模块通过灯丝电源端子部件给离子喷枪灯丝3供电，灯丝电源端子部件分别为第一灯丝电源端子40、第二灯丝电源端子41、第三灯丝电源端子42、第四灯丝电源端子43。

另外，离子喷枪工作时需要弧压电源模块提供弧压电场，从而起弧形成弧流。外部氙气管道中的气体通过氙气管接口33，离子喷枪内部氙气管13将氙气通入起弧室；在高真空条件下，加上一定的电流使离子喷枪灯丝加热，当加热温度达到电子的溢出功，离子喷枪灯丝发射电子，溢出的电子在弧压电场作用下，放电室由高真空变为低真空，离子喷枪灯丝发射的电子与放电室中的气体发生碰撞而产生电离，形成等离子体。为了提高电子与气体的碰撞几率从而提高电离效率，在放电室中加上永磁铁，在磁场中电子作螺旋运动有效地提高了电子的运动路程。

如图3所示，氙气通过氙气气管13进入到起弧室。

在另外实施例中，第一弧室电源接线柱37穿过离子喷枪本体法兰连接在离子喷枪石墨笼子上采集信号，第二弧室电源接线柱38为起弧供电，离子喷枪本体的灭弧板39将离子喷枪与外围设备隔离开。离子喷枪安装在工艺腔中，灯丝电源模块给离子喷枪灯丝3供电，氙气瓶通过氙气管接口33及氙气管13将氙气通入起弧室。

在另一实施例中，离子喷枪引出石墨24的两个喷口孔间距为16毫米，喷头倒角为60度，倒角深度2.5毫米，起弧腔石墨双孔喷口本体厚度为3.2毫米；上述设计经过实验证明是最佳设计，等离子体从起弧腔石墨双孔喷口发射出来，双孔喷口发射的等离子体更加均匀吸附在束流周围，发射的等离子体更稳定。

如图4所示，离子喷枪安装在离子注入机工艺腔50顶部，起到支撑固定作用，离子喷枪石墨笼子52连接在离子喷枪本体上，用于聚拢电子团以及更好的中和束流，束流过滤模块固定在石墨笼子前端，用于过滤束流因二次电离而产生的能量污染。

本发明中，硅片注入所使用的离子，是一种带正电荷的粒子。当这些离子对硅片表面进行注入之后，部分离子所具备的电荷将布满在硅片的表面，使晶片表面带上正电，这使得同样为正电荷的注入离子，在注入硅片之前，运动方向受到影响，造成注入均匀性变差。另外，太高的硅片表面电荷量，也极易使栅极氧化层退化甚至发生击穿现象。利用离子喷枪所产生的等离子体来中和硅片表面的正电荷，如此便可抑制晶片在执行离子注入时所累积的正电荷数量，从而防止上述问题的发生。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，所述离子喷枪的绝缘结构适用于离子喷枪，所述离子喷枪包括基座部分、起弧腔以及线路连接部分；其中，基座部分用于承载起弧腔以及各种线路以及气管；起弧腔内有灯丝，灯丝通电被加热后就会发射电子,由于起弧腔内存有一定浓度的氙气气体粒子，灯丝发射的电子就会撞击氙气气体粒子,使氙气气体粒子外层的电子脱离原来的运行轨道成为自由电子，而氙气气体粒子则变成带正电的离子；灯丝电源通过电源线给上下两个起弧腔内的灯丝供电，灯丝通电后产生灯丝电子，轰击起弧腔内的氙气，故而起弧形成等离子体；线路连接部分用于输送电压以及所用氙气。

2.如权利要求1所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，离子喷枪有两个独立相同的弧腔，分别是上弧腔和下弧腔。

3.如权利要求2所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，两个矩形喷口结构的相对上下排列，两个矩形喷口结构覆盖在上弧腔和下弧腔上。

4.如权利要求3所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，上弧腔和下弧腔独立产生等离子体，吸附在束流周围，中和晶圆表面的电荷。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，两个矩形喷口结构的每个的两个小孔上下排列，安装在离子喷枪弧腔上，两个小孔之间距离16mm。

6.如权利要求5所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，两个小孔均匀分布在矩形石墨喷口四分之一中心上，使得等离子体更加均匀的分布在束流周围。

7.如权利要求6所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，螺丝将法兰铝板固定在离子注入设备工艺腔体上端，螺丝与离子喷枪本体不等电位，螺丝与离子注入设备工艺腔体等电位。

8.如权利要求7所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，法兰铝板下方有绝缘板隔离开离子喷枪本体与离子注入设备工艺腔体，螺丝穿过法兰铝板与绝缘板固定在离子注入设备工艺腔体上，螺丝与法兰铝板之间有绝缘套筒隔离开，安装好之后必须测量螺丝与本体绝缘性。

9.如权利要求8所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，电源通过第一灯丝电源端子、第二灯丝电源端子、第三灯丝电源端子、第四灯丝电源端子给离子喷枪灯丝供电，其中上灯丝正极电源线固定在第一灯丝电源端子，上灯丝负极电源线固定在第二灯丝电源端子，下灯丝正极电源线固定在第三灯丝电源端子，下灯丝负极电源线固定在第四灯丝电源端子，第一灯丝电源端子连接第一灯丝电极，第二灯丝电源端子连接第二灯丝电极，第三灯丝电源端子连接第三灯丝电极，第四灯丝电源端子连接第四灯丝电极。

10.如权利要求9所述的离子喷枪的绝缘结构，其特征在于，氙气管接口通过氙气管将氙气通入起弧室中。

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