CN216528736U - 一种具有密封片的离子源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有密封片的离子源装置，其具有密封片的离子源装置包括坩埚、通道部件以及起弧室；坩埚为一端具有底部、另一端为开口的容器；通道部件的上端与起弧室相连接并连通；在坩埚的内侧面上还具有环形的挡肩；通道部件与挡肩之间设置有环形的密封片，密封片的一面抵触于通道部件的下端面，密封片的另一面抵触在挡肩上。本实用新型具有密封片的离子源装置基本不会漏气，生产效率高；此外，即使螺纹卡死也可卸下坩埚，这就保证了通道部件与坩埚之间不粘连、易分离，从而提升了机台有效运行时长，降低了机台维护频次与成本。

Description

一种具有密封片的离子源装置

技术领域

本实用新型属于半导体制造加工领域，涉及一种具有密封片的离子源装置，其适用于离子注入设备中的离子源。

背景技术

离子注入是近年来半导体制造领域获得广泛应用的技术之一，其原理是将掺杂源(提供掺杂原子的前驱体)中呈电中性的原子或者分子电离，得到等离子体，再经过萃取、筛选、整形、加减速等步骤，成为符合注入条件的离子束，最终以一定的角度入射到衬底材料(如晶圆)之中，从而完成掺杂。其中将掺杂源中呈电中性的原子或者分子电离，生成等离子体的装置便是离子源。离子源是离子注入机不可缺少的部件。

掺杂源，是指提供掺杂原子的前驱体。掺杂源一般分为气态源和固态源，气态源可以直接经管路通入离子源的起弧室，而对于锑、铟等，因其气态化合物并不稳定且常温下容易分解，故目前主要采用固态源(例如三氧化二锑及碘化铟粉末)。而采用固态源就势必需要在离子源上增加一个用以加热固态源的装置，以便使固态源粉末升华。

目前用于加热固态源的装置，通常如图1所示，包括坩埚(蒸发容器)和通过螺纹连接安装于坩埚开口处的通道部件，通道部件为中空管状，其下端与坩埚连接的部分的下表面具有若干通孔，使其内部与坩埚内部相连通，通道部件的上端连通至起弧室；工作时，固态掺杂源(例如三氧化二锑)在坩埚中被加热、升华为气态，通过通道部件下端的通孔进入通道部件的管路内，继而输送至起弧室。该现有装置容易产生以下几个问题：首先，由于坩埚内温度分布并不均匀，靠近通道部件处的温度会相对低，升华出来的气体会随着温度降低而发生凝华，导致通道部件末端的通孔被堵住，影响气体的输送；当固态源离子注入完毕、设备转向其他工作目的时坩埚的温度也会降低，同样会出现此问题；其次，凝华同样会发生在通道部件末端与坩埚的螺纹连接处，进而导致通道部件与坩埚卡死在一起，当固态源用尽需要重新装入时，无法将其分离，只得将坩埚整个丢弃，导致工艺成本增加；再者，通道部件末端与坩埚的螺纹连接部分，随着反复使用会产生磨损，从而导致二者之间产生缝隙导致产生的气体泄漏，造成材料的浪费以及生产效率的降低(整个装置是位于真空环境中的，由于泄漏所以需要更频繁地重新装料，就需要将设备的真空度升高至一个大气压左右，取出坩埚进行装填，重新安装后再抽进行真空，因此会花费较多时间)。以上问题的存在，加大了机台维护的频次与使用成本。

实用新型内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种具有密封片的离子源装置，其适用于离子注入设备。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种具有密封片的离子源装置，其用于固态源注入工艺，具有密封片的离子源装置包括坩埚、通道部件以及起弧室；坩埚为一端具有底部、另一端为开口的容器；通道部件的上端与起弧室相连接并连通；在坩埚的内侧面上还具有环形的挡肩；通道部件与挡肩之间设置有环形的密封片，密封片的一面抵触于通道部件的下端面，密封片的另一面抵触在挡肩上。

进一步的，坩埚开口处的内侧面上开设有内螺纹；通道部件大体呈上下贯通的管状；通道部件的下端的外侧面上设置有外螺纹并与内螺纹相配合地螺纹连接。

优选的一实施方式中，在坩埚中，具有内螺纹的一段的内径大于坩埚其余部分的内径；在坩埚的内侧面，具有内螺纹的一段与坩埚的其余部分之间形成挡肩。

优选的，通道部件包括喷嘴和塞盖；喷嘴包括管状的喷嘴管部和中空的喷嘴头部；喷嘴的一端与起弧室连接并连通，喷嘴管部的另一端与喷嘴头部连接并连通；喷嘴头部上还开设有至少一个连通喷嘴头部内外的气体通道；喷嘴头部靠近喷嘴管部的一端向外延伸设置有环形的喷嘴挡板；喷嘴挡板的下表面与密封片的上表面相抵触；塞盖大体呈圆柱状并具有上下贯穿的安装孔，塞盖通过安装孔套设于喷嘴管部外，塞盖的下表面与喷嘴头部的上表面相抵触；塞盖的外侧面上设置有外螺纹并与坩埚开口处的内螺纹相配合地螺纹连接。

优选的一实施方式中，喷嘴头部的外侧面直径小于坩埚挡肩部分的内径，使喷嘴头部的外侧面与坩埚的内侧面之间存在间隙。

进一步的，喷嘴头部与坩埚内侧面靠近的侧面上设置有一个或多个气体通道；喷嘴头部朝向坩埚底部的一面上设置有一个或多个气体通道。

优选的，喷嘴管部与喷嘴头部相连处内侧面设置有倒角；喷嘴头部的气体通道具有由外向内的倒角。

优选的，塞盖具有外螺纹的一段的上方位置处，向外延伸地设置有环形的塞盖挡板；塞盖挡板位于坩埚开口端面的上方；塞盖在塞盖挡板上方还设置有旋拧部。

进一步的，具有密封片的离子源装置还包括对坩埚进行加热的加热装置，加热装置为通过焊接固定套设于坩埚外的螺旋柱状的加热电阻丝，加热电阻丝的两端连接有电源。

优选的一实施方式中，密封片为由石墨纸制成的环形片状

优选的又一实施方式中，塞盖为由石墨制成的石墨塞盖。

与现有技术相比，本实用新型的一种具有密封片的离子源装置的有益效果如下：

1.由于具有密封片结构，基本不会漏气，有效提高了每次装填待蒸发材料后的使用时间以及产生的气体的量。

2.采用石墨纸作为密封片，石墨纸耐高温、不会粘连，且无污染。

3.采用石墨塞盖与坩埚螺纹连接，若螺纹被卡死，可将石墨塞盖敲碎，从而分离坩埚和喷嘴，无需将坩埚和喷嘴整体丢弃，节约了成本。

4.喷嘴头部与坩埚内侧面之间存在间隙，因此更易分离，避免了喷嘴与坩埚之间粘连、无法拆卸的问题。

5.本实用新型明显提升机台有效运行时长，降低机台维护频次与成本。

附图说明

图1为现有的用于加热固态源的装置的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的剖面结构示意图。

图3为本实用新型优选实施例中喷嘴的立体结构示意图。

图号说明：A、现有技术的通道部件；B、现有技术的坩埚；1、坩埚；2、密封片；3、喷嘴；4、塞盖；5、喷嘴管部；6、喷嘴头部； 7、气体通道；8、喷嘴挡板；9、塞盖挡板；10、加热电阻丝；11、旋拧部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利实施例中的附图，对本实用新型专利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实用新型专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，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，都属于本实用新型专利保护的范围。

本实用新型的一种具有密封片的离子源装置，其用于固态源注入工艺，具有密封片的离子源装置包括坩埚、通道部件以及起弧室；坩埚为一端具有底部、另一端为开口的容器；通道部件的上端与起弧室相连接并连通；在坩埚的内侧面上还具有环形的挡肩；通道部件与挡肩之间设置有环形的密封片，密封片的一面抵触于通道部件的下端面，密封片的另一面抵触在挡肩上。本实用新型的一种具有密封片的离子源装置不会漏气，生产效率高；此外，即使螺纹卡死也可卸下坩埚；保证了通道部件与坩埚之间不粘连、易分离；从而提升了机台有效运行时长，降低了机台维护频次与成本。

具体参阅图2，本实用新型的一种具有密封片的离子源装置，包括坩埚1、通道部件以及起弧室。坩埚1为一端具有底部、另一端为开口的容器。通道部件通道部件大体呈上下贯通的管状，为输送气体的管道，其上端与起弧室相连接并连通(例如通过螺纹连接)。起弧室以及离子源装置的其他部分采用现有技术方案即可。本实用新型的主要改进之一在于，在坩埚1的内侧面上具有环形的挡肩，通道部件与挡肩之间设置有环形的密封片2，密封片2的一面抵触于通道部件的下端面，密封片2的另一面抵触在挡肩上。优选的，密封片2为石墨纸制成的环形片状，石墨纸有一定的压缩量，从而起到密封作用，同时石墨纸耐高温、不会粘连，且无污染。

进一步的，通道部件与坩埚1采用螺纹连接。坩埚1开口处的内侧面上开设有内螺纹，通道部件的下端的外侧面上设置有外螺纹并与内螺纹相配合地螺纹连接。

可以理解的是，挡肩的作用即为提供密封片2抵触的平台，能实现此效果的具体结构均可，例如，坩埚1内径整体相同，仅在内螺纹靠近坩埚1底面的一侧向内突出地设置有环形的突起。优选的一种实施方式中，如图2所示，在坩埚1中具有内螺纹的一段的内径大于坩埚1其余部分的内径，在坩埚1的内侧面，具有内螺纹的一段与坩埚1的其余部分之间形成挡肩；这样的结构更便于生产加工。

现有技术中，通道部件是一体的，增设本实用新型的密封片2即可基本避免漏气以及在一定程度上避免螺纹部分因气体进入并凝固所导致的卡死现象，但不可避免的，在长期使用后还是可能会出现螺纹卡死现象。因此进一步优选的实施方式中，如图2所示，通道部件分为两部分，包括喷嘴3和塞盖4。

喷嘴3包括管状的喷嘴管部5和中空的喷嘴头部6。喷嘴3的一端与起弧室连接并连通(例如螺纹连接)，喷嘴管部5的另一端与喷嘴头部6连接并连通(例如焊接或一体成型)。喷嘴头部6上还开设有至少一个连通喷嘴头部6内外的气体通道7。喷嘴头部6靠近喷嘴管部5的一端向外延伸设置有环形的喷嘴挡板8，喷嘴挡板8的下表面与密封片2的上表面相抵触，密封片2的下表面与挡肩相抵触。

塞盖4大体呈圆柱状并具有上下贯穿的安装孔，安装孔的内径等于或大于喷嘴管部5的外径，塞盖4通过安装孔套设于喷嘴管部5外，塞盖4的下表面与喷嘴头部6的上表面相抵触。塞盖4的外侧面上设置有外螺纹并与坩埚开口处的内螺纹相配合地螺纹连接。

优选的，塞盖4为由石墨制成的石墨塞盖。喷嘴3可采用例如不锈钢等。当内螺纹和外螺纹之间出现卡死、无法分离时，可敲碎石墨制成的塞盖4；由于石墨纸制成的密封片2的材料特性，喷嘴3和坩埚1之间不会粘连，可轻松分离，这样便卸下了坩埚1，随后对坩埚 1的第一内螺纹2进行清理即可。可以理解的是，石墨制成的塞盖4 成本很低，而坩埚1的成本要高得多，在实际生产中本实用新型的方案能够明显地节省费用，尤其对于大规模产线而言。

进一步优选的，如图2所示，喷嘴头部6的外侧面直径小于坩埚 1挡肩部分的内径，使喷嘴头部6的外侧面与坩埚1的内侧面之间存在间隙，这样喷嘴头部6的侧面与坩埚1之间更不易发生粘连，二者更易分离。可以理解的是，喷嘴头部6与坩埚1之间的间隙并不会导致安装不稳或者漏气，因为起到连接和密封作用的是挡肩、密封片2 和喷嘴挡板8这三部分，该三者之间的两连接处紧密贴合即可。

进一步优选的一实施方式中，如图2、图3所示，喷嘴头部6与坩埚1内侧面靠近的侧面上设置有一个或多个气体通道7，喷嘴头部 6朝向坩埚1底部的一面上设置有一个或多个气体通道7。在喷嘴头部6的侧面具有用于输送进入喷嘴头部6与坩埚1之间间隙位置的气体，避免了气体在该间隙位置堆积，进而凝固为固体沉积在内壁上。在喷嘴头部6底面上设置有多个气体通道7，可保证实际工作中当坩埚呈斜放或横放时，总会有至少一个气体通道是贯通的，从而气体能够输送顺畅。

再优选的，请参阅图2，喷嘴管部5与喷嘴头部6相连处内侧面设置有倒角，喷嘴头部6的气体通道7具有由外向内的倒角，这样气体运动时阻力更小、输送更加顺畅。

优选的一实施方式中，如图2所示，塞盖4具有外螺纹的一段的上方位置处，向外延伸地设置有环形的塞盖挡板9，塞盖挡板9位于坩埚1开口端面的上方，塞盖4在塞盖挡板9上方还设置有旋拧部 11。旋拧部11例如为正六棱柱、正八棱柱，或具有防滑纹的圆柱等等，这样便于旋拧安装，塞盖挡板9便于将螺纹旋紧至设定的深度位置。

又一实施方式中，如图2所示，用于固态源注入工艺的离子源装置还包括对坩埚1进行加热的加热装置，加热装置为通过焊接固定套设于坩埚1外的螺旋柱状的加热电阻丝10，加热电阻丝10的两端连接有电源。需要说明的是，由于坩埚1等在工作时均是处于真空环境中的，故需要将加热电阻丝10焊接在坩埚1外侧，这样便于热量通过加热电阻丝10以及焊接金属传导至坩埚1。

根据实际测试，采用本实用新型提的一种用于固态源注入工艺的离子源装置后，由于解决了漏气问题，在放入坩埚的待蒸发材料的量相同的情况下，每次使用时间(即坩埚内材料用尽的时间)相比从前可增加约25％，不仅节约了材料，用于重新向坩埚中填入待蒸发材料的时间成本也明显降低，工作效率得到了显著提升。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，其用于固态源注入工艺，所述具有密封片的离子源装置包括坩埚(1)、通道部件以及起弧室；所述坩埚(1)为一端具有底部、另一端为开口的容器；所述通道部件的上端与所述起弧室相连接并连通；在所述坩埚(1)的内侧面上还具有环形的挡肩；所述通道部件与所述挡肩之间设置有环形的密封片(2)，所述密封片(2)的一面抵触于所述通道部件的下端面，所述密封片(2)的另一面抵触在所述挡肩上。

2.如权利要求1所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述坩埚(1)开口处的内侧面上开设有内螺纹；所述通道部件呈上下贯通的管状；所述通道部件的下端的外侧面上设置有外螺纹并与内螺纹相配合地螺纹连接。

3.如权利要求1所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，在所述坩埚(1)中，具有内螺纹的一段的内径大于所述坩埚(1)其余部分的内径；在所述坩埚(1)的内侧面，具有内螺纹的一段与所述坩埚(1)的其余部分之间形成所述挡肩。

4.如权利要求3所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，通道部件包括喷嘴(3)和塞盖(4)；喷嘴(3)包括管状的喷嘴管部(5)和中空的喷嘴头部(6)；所述喷嘴(3)的一端与所述起弧室连接并连通，所述喷嘴管部(5)的另一端与所述喷嘴头部(6)连接并连通；所述喷嘴头部(6)上还开设有至少一个连通所述喷嘴头部(6)内外的气体通道(7)；所述喷嘴头部(6)靠近所述喷嘴管部(5)的一端向外延伸设置有环形的喷嘴挡板(8)；所述喷嘴挡板(8)的下表面与所述密封片(2)的上表面相抵触；

所述塞盖(4)呈圆柱状并具有上下贯穿的安装孔，所述塞盖(4)通过所述安装孔套设于所述喷嘴管部(5)外，所述塞盖(4)的下表面与所述喷嘴头部(6)的上表面相抵触；所述塞盖(4)的外侧面上设置有外螺纹并与所述坩埚(1)开口处的内螺纹相配合地螺纹连接。

5.如权利要求4所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述喷嘴头部(6)的外侧面直径小于所述坩埚(1)挡肩部分的内径，所述喷嘴头部(6)的外侧面与所述坩埚(1)的内侧面之间存在间隙。

6.如权利要求5所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述喷嘴头部(6)与所述坩埚(1)内侧面靠近的侧面上设置有一个或多个所述气体通道(7)；所述喷嘴头部(6)朝向所述坩埚(1)底部的一面上设置有一个或多个所述气体通道(7)。

7.如权利要求4所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述喷嘴管部(5)与所述喷嘴头部(6)相连处内侧面设置有倒角；所述喷嘴头部(6)的所述气体通道(7)具有由外向内的倒角。

8.如权利要求4所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述塞盖(4)具有外螺纹的一段的上方位置处，向外延伸地设置有环形的塞盖挡板(9)；所述塞盖挡板(9)位于所述坩埚(1)开口端面的上方；所述塞盖(4)在所述塞盖挡板(9)上方还设置有旋拧部(11)。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，具有密封片的离子源装置还包括对所述坩埚(1)进行加热的加热装置，所述加热装置为通过焊接固定套设于所述坩埚(1)外的螺旋柱状的加热电阻丝(10)，所述加热电阻丝(10)的两端连接有电源。

10.如权利要求4所述的一种具有密封片的离子源装置，其特征在于，所述密封片(2)为由石墨纸制成的环形片状，和/或所述塞盖(4)为由石墨制成的石墨塞盖。

Images