離子注入機的製作方法

2023-07-09 05:55:06 1

專利名稱：離子注入機的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體器件製作技術領域，涉及一種大面積、多功能離子注入設備，具體地說是一種離子注入機。
背景技術：
目前離子注入機一般由以下幾個系統組成1、離子源系統；2、離子的引出和加速系統；3、質量分析系統；4、離子束聚焦和掃描系統；5、靶室系統；6、真空系統。在離子源中產生的離子，經引出電極引出後，進入加速系統。加速系統將離子加速，然後離子進入質量分析系統，分離出需要的離子後，再經聚焦和掃描系統，最後離子到達靶室內的樣品上。為了使離子注入得到最佳的均勻性，整個系統必須保持真空，以避免離子的中性化和外來原子或離子對注入的影響。
這種離子注入機主要應用於IC製造領域，它注入的離子純度高、均勻性好、注入劑量和注入深度控制精確，但相對也有一些不足之處1、結構複雜，造價昂貴；2基片尺寸受到限制，難以做到大面積注入；3、注入後需要雜質活化，活化溫度較高，一般在600度以上。
多晶矽薄膜電晶體P-Si TFT是近年來新發展起來的一項產業，它的工藝過程和IC製造有相近之處，也需要注入P+和B+，在源、漏形成良好的歐姆接觸。P-Si TFT的基板使用的是玻璃，這就決定其工藝溫度不能太高，一般低於550度；基板面積很大，遠遠超過矽片尺寸。這些要求一般的離子注入機已不能滿足P-Si TFT行業的需要。
多晶矽薄膜電晶體P-Si TFT除了使用玻璃基板及面積較大這兩項特點外，其對離子注入的要求與IC相比還有一些不同之處。1、P-Si薄膜的厚度通常在50nm～100nm，因此注入深度遠比矽片上的深度要小，離子的能量可以遠低於傳統的離子注入；2、注入離子的目的是在源、漏區域形成歐姆接觸，對均勻性和離子純度方面的要求較低。

發明內容
本發明針對以上多晶矽薄膜電晶體P-SiTFT特點和製作要求，在離子注入的基礎上，增加了等離子增強的化學氣相澱積PECVD和等離子刻蝕功能，目的是提供了一種適合於P-Si TFT離子注入的離子注入機。
本發明針對P-SiTFT離子注入的特點，採取了離子通量注入的方式。這種方式取消了現有技術中質量分析系統、離子束聚焦和掃描系統。以注入磷離子為例，在0.3～0.6Pa的工作真空度下，以PH3氣體為離子源，用射頻RF方式產生等離子體。產生的離子在經過引出電極引出和加速電極加速後，不經過質量分離，直接注入到基板上。注入的離子中既有P+，也有H+、PH+、PH2+等離子。由於沒有質量分離，注入電流密度很大，導致基板升溫較高。所以，即使襯底溫度只有300℃，也能在注入的同時就完成雜質的活化。
另外，本發明在離子注入的基礎上增加了等離子增強的化學氣相澱積PECVD和等離子刻蝕功能。PECVD和等離子刻蝕的工作真空度一般在幾十帕，已超出分子泵的工作範圍，因此發明另採用一大排量的機械泵作為PECVD和等離子刻蝕的工作真空泵。等離子體的產生仍然採取RF方式，RF電極板的位置可以上下伸縮，以便與下基板保持合適距離，同時加速電極相應卸下。
本發明的PECVD方式主要用來生長a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜，相應使用的氣體是SiH4、PH3、N2O、NH3；等離子刻蝕的功能主要是刻蝕a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜以及光刻膠的等離子灰化，使用的氣體是SF6和O2。襯底加熱採用5路控溫方式，充分保證了襯底溫度的均勻性。
本發明包含有真空室，抽氣裝置，氣路部分，電控制器。
本發明的氣路部分通過配氣截止閥同真空室連接，向真空室運送氣態離子。抽氣裝置通過角閥和閘板閥同真空室連接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。電控制器連接所有的用電部件，作為本實用新型的的電源。
本發明的真空室內上下排布四層網狀金屬電極，作為本實用新型的引出電極、加速電極、減速電極和接地電極。這些電極也構成了真空室內的勻氣室，使氣態離子進入真空室後均勻分散，向基板方向運動。引出電極、加速電極、減速電極和接地電極連接有液壓裝置，通過液壓裝置控制電極升降，使由電極構成的勻氣室也可升降和改變勻氣空間。真空室的真空度由真空規管進行監測，根據監測數據由電控制器啟動或關閉真空泵。基板在接地電極的下方，基板襯底採用5路電阻絲加熱，以保證溫度均勻性。
抽氣裝置由兩個機械泵，一個分子泵，角閥，薄膜規，電磁閥，閘板閥組成。一個小排量機械泵作為分子泵的前級，與真空室連接處用角閥控制抽速；對於高真空度，用分子泵獲得，與真空室連接處用閘板閥控制抽速。另一個大排量機械泵串接在分子泵上，在PECVD和等離子刻蝕工作時使用，由電磁閥控制其工作狀態。
氣路部分包括流量計，混氣室，配氣截止閥，電磁閥，通氣管。根據注入氣態離子的種類，分成若干氣路，每個氣路輸送一種氣體。每一氣路有一流量計和電磁閥，用通氣管連接。所有氣路的氣體在混氣室中混合後，經配氣截止閥進入真空室內。
本發明被注入的氣體通過氣路，輸送到真空室真空室。氣體從真空室上端進入，經過勻氣裝置進入真空室。等離子體採用射頻方式產生，電極由勻氣室充當。勻氣室可以升降。真空室中上下排布4層網狀金屬電極，充當等離子注入的加速電壓。氣體經射頻方式產生等離子體，在電極間分散、加速，到達基板上的襯底，完成離子注入過程。
本發明採取離子通量注入的方式，省去了現有技術中質量分析系統、離子束聚焦和掃描系統，因此結構簡單，而且可以大面積的離子注入。在抽氣裝置上增加大排量機械泵，使本發明可以用作化學氣相澱積PECVD和等離子刻蝕。


圖1是本發明的真空室結構示意圖。
圖2是本發明結構示意圖，也是說明書摘要附圖。
圖中，1.氣體，2.等離子體，3.離子，4.玻璃基板，5.抽氣裝置，6.引出電極，7.加速電極，8.減速電極，9.接地電極，10.射頻電源，11.流量計，12.混氣室，13.配氣截止閥，14.真空規管，15.真空室，16.充氣閥，17.角閥，18.閘板閥，19.薄膜規，20.分子泵，21.小排量機械泵，22.大排量機械泵，23、24.電磁閥具體實施方式
下面結合附圖，以PH3、B2H6為注入離子源說明本發明的具體實施方式
。
本發明的真空室15採用圓筒形結構，上開蓋，有液壓裝置控制升降。真空室15的腔體為雙層水冷，內襯軟鐵和鉛皮，以降低輻射強度。氣體1從上端進入，經過勻氣裝置進入真空室15。等離子體2採用射頻方式產生，由射頻電源10提供射頻信號，電極由勻氣室充當。等離子體2經過網狀的引出電極6、加速電極7、減速電極8和接地電極9加速，使離子3最後注入到勻熱後的玻璃基板4上由抽氣裝置5保證真空室15穩定的氣體環境。。真空室15內接有真空規管14，用真空規管14監測真空室15內的真空度，根據真空規管14監測的真空度，決定抽氣裝置5的工作過程。襯底真空度為1×10-4Pa，最大注入面積為300×400mm，最高襯底溫度為550℃，襯底溫度均勻性為±5℃。
抽氣裝置5有兩個機械泵21、22和一個分子泵20，一個機械泵21作為分子泵20的前極，另一個大排量的機械泵22在PECVD和等離子刻蝕時使用，機械泵21與真空室15連接處用兩個角閥17控制抽速。高真空由分子泵20完成，分子泵20泵口與真空室15連接處用閘板閥18控制抽速。在機械泵22與分子泵20之間，設置一個電磁閥23。
以PH3、B2H6為注入離子源，氣路總共有8條，分別為PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar氣。管路採用1/4英寸內拋光不繡鋼管，氣體流量控制採用質量流量計11、氣動閥、電磁閥24、球閥控制。8條氣路最後匯成1路，經過混氣室12進入真空室15。
電控制器主要有以下幾部分射頻電源10、高壓直流電源、質量流量計電源、分子泵電源、真空室15升降控制電源等。其中射頻電源和高壓直流電源為獨立的電源櫃，其它部分組合在一個電源櫃內。射頻RF最大功率為2000W，電極最大加速電壓為直流30KV。
由上述設備和條件，注入離子的均勻性大於90％。
本發明可用於化學氣相澱積PECVD。做化學氣相澱積PECVD時，在離子注入基礎上，卸下4層金屬電極，並將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，離子在勻熱後的玻璃基板4上沉積形成薄膜。PECVD成膜均勻性大於90％。
本發明可用於等離子刻蝕。在做等離子刻蝕時，在離子注入基礎上，卸下4層金屬電極，並將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，採用SF6啟輝刻蝕薄膜，採用O2啟輝灰化光刻膠。等離子刻蝕均勻性大於90％。
權利要求
1.一種多晶矽薄膜電晶體離子注入機包含有真空室(15)、抽氣裝置(5)、氣路部分、電控制器，其特徵是氣路部分通過配氣截止閥(13)同真空室(15)連接，向真空室運送氣態離子；抽氣裝置(5)通過角閥(17)和閘板閥(18)同真空室(15)連接，利用真空泵使真空室(15)保持一定的真空度；電控制器連接所有的用電部件，作為本實用新型的的電源；玻璃基板(4)在接地電極(9)的下方，基板襯底採用5路電阻絲加熱，保證溫度均勻性。
2.根據權利要求1所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是所述的真空室(15)內上下排布四層網狀金屬電極，作為本引出電極(6)、加速電極(7)、減速電極(8)和接地電極(9)；這些電極也構成了真空室內的勻氣室，使氣態離子進入真空室後均勻分散，向基板方向運動；抽氣裝置(5)由兩個機械泵(21)、(22)，分子泵(20)，角閥(17)，薄膜規(19)，電磁閥(23)，閘板閥(18)組成，小排量機械泵(21)作為分子泵的前級，與真空室(15)連接處用角閥(17)控制抽速；對於高真空度，用分子泵(20)獲得，與真空室(15)連接處用閘板閥(18)控制抽速，大排量機械泵(22)串接在分子泵(20)上；氣路部分包括流量計(11)、混氣室(13)、配氣截止閥(13)、電磁閥(24)、通氣管。
3.根據權利要求2所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是引出電極(6)、加速電極(7)、減速電極(8)和接地電極(9)連接有液壓裝置，通過液壓裝置控制電極升降，使由上述電極構成的勻氣室即可升降和又可改變勻氣空間；真空室(15)的真空度由真空規管進行監測，根據監測數據由電控制器啟動或關閉真空泵。
4.根據權利要求3所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是注入氣體的氣路，每個氣路輸送一種氣體，每一氣路有一流量計(11)和電磁閥(24)，用通氣管連接，所有氣路的氣體在混氣室(12)中混合後，經配氣截止閥(13)進入真空室(15)內。
5.、根據權利要求4所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是電控制器主要由射頻電源(10)、高壓直流電源、質量流量計(11)電源、分子泵(20)電源、真空室(15)升降控制電源組成，其中射頻電源(10)和高壓直流電源為獨立的電源櫃，其它部分組合在一個電源櫃內。
6.根據權利要求5所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是射頻RF最大功率為2000W，電極最大加速電壓為直流30KV。
7.根據權利要求5所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是真空室(15)採用圓筒形結構，上開蓋，有液壓裝置控制升降，真空室(15)的腔體為雙層水冷，內襯軟鐵和鉛皮，等離子體(2)採用射頻方式產生，由射頻電源(10)提供射頻信號，電極由勻氣室充當；機械泵(21)作為分子泵(20)的前極，大排量的機械泵(22)在PECVD和等離子刻蝕時使用，在機械泵(22)與分子泵(20)之間，設置一個電磁閥(23)。
8.根據權利要求7所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是以PH3、B2H6為注入離子源，氣路總共有8條，分別為PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar氣，8條氣路最後匯成1路，經過混氣室(12)進入真空室(15)。
9.根據權利要求5所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是在離子注入基礎上，卸下4層金屬電極，並將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，離子在勻熱後的玻璃基板4上沉積形成薄膜。
10.根據權利要求5所述的多晶矽薄膜電晶體離子注入機，其特徵是在做等離子刻蝕時，在離子注入基礎上，卸下4層金屬電極，並將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，採用SF6啟輝刻蝕薄膜，採用O2啟輝灰化光刻膠。
全文摘要
本發明屬於半導體器件製作技術領域，是一種多晶矽薄膜電晶體離子注入機。本發明包含有真空室，抽氣裝置，氣路部分，電控制器。本發明的氣路部分通過配氣截止閥同真空室連接，向真空室運送所要注入的氣體。抽氣裝置通過角閥和閘板閥同真空室連接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。電控制器連接所有的用電部件，作為本發明的電源。本發明採取離子通量注入的方式，省去了現有技術中質量分析系統、離子束聚焦和掃描系統，因此結構簡單，而且可以大面積的離子注入。在抽氣裝置上增加大排量機械泵，使本發明可以用作化學氣相澱積PECVD和等離子刻蝕。
文檔編號H01L21/265GK1547240SQ20031011589
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月8日 優先權日2003年12月8日
發明者付國柱, 邵喜斌, 荊海, 廖燕平, 高文濤, 史輝琨 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所, 中國科學院長春光學精密機械與物理研