CN216528737U - 一种用于固态源注入工艺的离子源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其包括坩埚、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，坩埚开口处的内侧面设置有第一内螺纹；通道部件呈上下贯通的管状，通道部件下端的外侧面上设置有第一外螺纹，第一外螺纹与第一内螺纹相配合地螺纹连接；通道部件上端与起弧室相连接并连通，坩埚的内侧面具有环形的挡肩；通道部件下端面设置有环形的密封片，密封片的一面抵触在挡肩上，密封片的另一面与通道部件下端面相抵触接触。本实用新型的离子源装置大大减少了漏气现象，生产效率高；即使螺纹卡死也可卸下坩埚，保证了气体通道不会被堵住，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

一种用于固态源注入工艺的离子源装置

技术领域

本实用新型属于半导体制造加工领域，涉及一种用于固态源注入工艺的离子源装置，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，其起弧室主要由灯丝、阴极、反射极以及外加磁场等构成。在灯丝两端加电压，灯丝发射热电子，热电子在电场作用下撞击阴极，阴极在热电子撞击下发生电子雪崩，向起弧室发射大量具有一定能量的电子。这些电子在向前行进的过程中会与起弧室里的掺杂源气态分子发生碰撞使其电离，以形成等离子体。反射极与外加磁场的存在增大了阴极电子的行程，增大了其与掺杂源气态分子碰撞的几率，从而得到更多的等离子体，增大后续离子束流。等离子体并不是由单一的离子束构成，其中包含目标掺杂离子、未电离的分子、电子与二次电子等，将在后续装置中完成筛选形成成分单一的掺杂离子束。

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；并且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，因此需要针对以上问题，对固态掺杂源加热装置进行优化，以提升机台有效运行时长，降低机台维护频次与成本。

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用于固态源注入工艺的离子源装置，其适用于离子注入设备，可明显提升机台有效运行时长，降低机台维护频次与成本。

依据本实用新型的技术方案，提供了一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其包括坩埚、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，坩埚开口处的内侧面设置有第一内螺纹；通道部件呈上下贯通的管状，通道部件下端的外侧面上设置有第一外螺纹，第一外螺纹与第一内螺纹相配合地螺纹连接；通道部件上端与起弧室相连接并连通，坩埚的内侧面具有环形的挡肩；通道部件下端面设置有环形的密封片，密封片的一面抵触在挡肩上，密封片的另一面与通道部件下端面相抵触接触。

其中，坩埚的第一内螺纹的一段的内径大于坩埚其余部分的内径；坩埚的内侧面，具有第一内螺纹的一段与坩埚的其余部分之间形成挡肩。

优选的，通道部件的下端为牙套，通道部件的其余部分为喷嘴；牙套大体呈圆柱状，牙套的下端的外侧面上设置有第一外螺纹并与第一内螺纹相配合地螺纹连接；牙套的下端向上延伸地开设有气体通道；牙套的上端开设有内壁具有第二内螺纹的盲孔，盲孔与气体通道相连通。

进一步的，喷嘴为管状，喷嘴的下端的外表面设置有第二外螺纹并与第二内螺纹相配合地螺纹连接；喷嘴的另一端与起弧室连接并连通；喷嘴下端的开口处内侧面设置有倒角。

优选的，牙套具有第二内螺纹的一段位于坩埚开口上端面的上方；第二外螺纹的上端向外延伸设置有挡板。

优选的，用于固态源注入工艺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，密封片为由石墨纸制成的环形片状。

优选的，牙套为由石墨制成的石墨牙套。

优选的，气体通道至少包括设置于靠近通道部件的下端面边缘位置的多个。

进一步优选的，气体通道至少包括位于靠近通道部件的下端面边缘位置且均匀分布的八个。

与现有技术相比，本实用新型的一种用于固态源注入工艺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.采用石墨牙套与坩埚螺纹连接，若螺纹被卡死，可将石墨牙套敲碎，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.通道部件末端开设有沿边缘分布的八个气体通道，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，从而保证气体输送顺畅。

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用于固态源注入工艺的离子源装置中各部分的结构示意图。

图3为图2所示实施例在装配后的剖面结构示意图。

图4为本实用新型优选实施例中牙套的立体结构示意图。

附图标记说明：A、现有技术的通道部件；B、现有技术的坩埚；1、坩埚；2、第一内螺纹；3、第一外螺纹；4、密封片；5、牙套；6、喷嘴；7、气体通道；8、第二内螺纹；9、第二外螺纹；10、加热电阻丝；11、挡板；12、倒角。

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。

本实用新型提供了一种用于固态源注入工艺的离子源装置，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，坩埚开口处的内侧面设置有第一内螺纹；通道部件呈上下贯通的管状，通道部件下端的外侧面上设置有第一外螺纹，第一外螺纹与第一内螺纹相配合地螺纹连接；通道部件上端与起弧室相连接并连通，坩埚的内侧面具有环形的挡肩；通道部件下端面设置有环形的密封片，密封片的一面抵触在挡肩上，密封片的另一面与通道部件下端面相抵触接触。本实用新型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；以及，保证了气体通道不会被堵住；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。

具体的，请参阅图2、图3，本实用新型的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，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，坩埚1开口处的内侧面设置有第一内螺纹2；通道部件呈上下贯通的管状，通道部件下端的外侧面上设置有第一外螺纹3，第一外螺纹3与第一内螺纹2相配合地螺纹连接；通道部件上端与起弧室相连接并连通，坩埚1的内侧面具有环形的挡肩；通道部件下端面设置有环形的密封片4，密封片4的一面抵触在挡肩上，密封片4的另一面与通道部件下端面相抵触接触。优选的，密封片4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。

其中，挡肩为提供密封片4抵触的平台，此外，能实现此效果的具体结构均可，例如，坩埚1内径整体相同，仅在第一内螺纹2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3所示，坩埚1的第一内螺纹2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，具有第一内螺纹2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4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、图3所示，通道部件分为两部分，通道部件的下端为牙套5，通道部件的其余部分为喷嘴6。牙套5大体呈圆柱状，牙套5的下端的外侧面上设置有第一外螺纹3并与第一内螺纹2相配合地螺纹连接。牙套5的下端向上延伸地开设有气体通道7，牙套5的上端开设有内壁具有第二内螺纹 8的盲孔，盲孔与气体通道7相连通。喷嘴6为管状，喷嘴6的下端的外表面设置有第二外螺纹9并与第二内螺纹8相配合地螺纹连接，喷嘴6的另一端与起弧室连接并连通。

进一步的，牙套5由例如石墨制成。喷嘴6可采用例如不锈钢等。这样，当第一内螺纹2和第一外螺纹3之间出现卡死，只需敲碎石墨制成的牙套5，便可轻松取下坩埚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，石墨制成的牙套5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。

优选的一实施方式中，如图3所示，牙套5具有第二内螺纹8的一段位于坩埚1开口上端面的上方，即，位于第一外螺纹3的上方。这样便于旋拧安装，更优选的，牙套5具有第二内螺纹8的一段的外侧面具有至少一条棱，例如为正六棱柱、正八棱柱，或具有防滑纹的圆柱等等，进一步便于旋拧。

进一步的，在喷嘴6上，第二外螺纹9的上端向外延伸设置有挡板11，这样在安装时便于旋紧至该深度位置，且为喷嘴6上方的长管部提供一定的支撑。

优选的，气体通道7至少包括设置于靠近通道部件的下端面边缘位置的多个。进一步优选的，气体通道7至少包括位于靠近通道部件的下端面边缘位置且均匀分布的三至十三个，再优选的为八个。这样，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，从而保证气体输送顺畅。可以理解的是，无论通道部件是一体式的还是分体式的，其上的气体通道7均可采用此方案：对于一体式的，即为通道部件的末端的气体通道7；对于通道部件分为牙套5和喷嘴 6的，即为牙套5上的气体通道7，如图4所示；同理，其他结构的通道部件也可采用。

再一实施方式中，如图3所示，喷嘴6下端的开口处内侧面设置有倒角12，这样气体运动时阻力更小、输送更加流畅。

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)

1.一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：其包括坩埚(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，所述坩埚(1)开口处的内侧面设置有第一内螺纹(2)；通道部件呈上下贯通的管状，通道部件下端的外侧面上设置有第一外螺纹(3)，第一外螺纹(3)与第一内螺纹(2)相配合地螺纹连接；通道部件上端与起弧室相连接并连通，所述坩埚(1)的内侧面具有环形的挡肩；通道部件下端面设置有环形的密封片(4)，所述密封片(4)的一面抵触在挡肩上，所述密封片(4)的另一面与通道部件下端面相抵触接触。

2.如权利要求1所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述坩埚(1)的第一内螺纹(2)的一段的内径大于所述坩埚(1)其余部分的内径；所述坩埚(1)的内侧面，具有第一内螺纹(2)的一段与所述坩埚(1)的其余部分之间形成所述挡肩。

3.如权利要求1所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述通道部件的下端为牙套(5)，所述通道部件的其余部分为喷嘴(6)；所述牙套(5)呈圆柱状，所述牙套(5)的下端的外侧面上设置有所述第一外螺纹(3)并与所述第一内螺纹(2)相配合地螺纹连接；所述牙套(5)的下端向上延伸地开设有气体通道(7)；所述牙套(5)的上端开设有内壁具有第二内螺纹(8)的盲孔，所述盲孔与所述气体通道(7)相连通。

4.如权利要求3所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述喷嘴(6)为管状，所述喷嘴(6)的下端的外表面设置有第二外螺纹(9)并与所述第二内螺纹(8)相配合地螺纹连接；所述喷嘴(6)的另一端与起弧室连接并连通；所述喷嘴(6)下端的开口处内侧面设置有倒角(12)。

5.如权利要求4所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述牙套(5)具有所述第二内螺纹(8)的一段位于所述坩埚(1)开口上端面的上方；所述第二外螺纹(9)的上端向外延伸设置有挡板(11)。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：用于固态源注入工艺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。

7.如权利要求3-5中任意一项所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述密封片(4)为由石墨纸制成的环形片状。

8.如权利要求3-5中任意一项所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述牙套(5)为由石墨制成的石墨牙套。

9.如权利要求3-5中任意一项所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述气体通道(7)至少包括设置于靠近所述通道部件的下端面边缘位置的多个。

10.如权利要求9中所述的一种用于固态源注入工艺的离子源装置，其特征在于：所述气体通道(7)至少包括位于靠近所述通道部件的下端面边缘位置且均匀分布的八个。

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