离子注入设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种离子注入设备，包括离子源、一与该真空腔相连通的加热腔体、一氢气供应装置，和偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流。通过偏转，可以通过采样部分或者全部束流，从而得知束流中氢和掺杂源元素的比例，并且通过检测结果来调整掺杂源的升华温度和/或氢气的供应量，由此获得较为理想的束流参数。

Ion implantation equipment

The utility model discloses an ion implantation device including an ion source, a heating cavity connected with the vacuum chamber, a hydrogen supply device, and a deflection element, which are used to separate the doped source ion beam and the hydrogen ion beam from at least part of the beam flow; the doped source ion is located on the transfer path of the dopant source off the sub beam flow. A beam detection device and / or a hydrogen ion beam detection device on a hydrogen ion beam transmission path, which is used to detect the current of the ion beam of the source, and the hydrogen ion beam detection device is used to detect the current of the hydrogen ion beam flow. By deflecting, the ratio of hydrogen to the source elements in the beam can be obtained by sampling or all of the beams, and the sublimation temperature and / or the supply of hydrogen are adjusted by the test results, thus the ideal beam parameters are obtained.

【技术实现步骤摘要】
离子注入设备
本技术涉及一种离子注入设备，特别是涉及一种束流稳定的离子注入设备。
技术介绍
目前在主流的离子注入机中，需要N型掺杂时通常采用磷作为掺杂材料。为了产生磷离子束流，常用的是离子化磷烷(PH3)以引出磷离子束流。然而，离子化了磷烷后，需要增加质量分选装置将磷离子和氢离子分开。如果不加质量分选装置，那么磷和氢均被注入至衬底中，而引出的束流中磷和氢的比例难以得到控制，检测到的电流是磷和氢的量的总和，这样一来被注入至衬底中的磷可能并未达到所需的剂量，由此可能会对器件的性能产生影响。况且磷烷还具有一定毒性，一旦发生泄露，于安全生产也是不利的。为此，业内提出一种采用固态掺杂源的离子源，不采用气态的化合物，而是采用固态单质作为掺杂源，通过对固态掺杂源的升华来提供待离子化的气体，以此来避免氢注入对总的注入剂量的影响(既然升华的是单质，引出的束流中只有一种元素，即掺杂元素，此时检测的就是掺杂元素的量，而不含其他元素)。对于磷掺杂来说可以采用红磷作为固态掺杂源。但是这又出现了另一系列问题，在气化红磷等升华温度较高(高于250℃)的固态掺杂源时，需要将固态掺杂源加热至较高的温度才会是固态掺杂源逐步升华。然而固体升华成气体受到固体形态、与热源的接触面积、热量分布等多方面因素的影响，因此在实际使用中发现红磷升华的速率并不是均匀的。升华速率的不均匀直接导致了离子源腔体的气体供应不均匀，如此一来会影响气体的离子化，最终影响到束流的稳定性。而且红磷一旦沉积在离子源真空腔内壁上和离子源的引出电极上，或者红磷与真空腔内壁材料的混合物沉积在内壁上并且掉落在引出电极上，或者红磷与引出电极材料会发生反应形成导电的或不导电的混合物，这就会影响引出电极的电性能，造成束流形态的缺陷，或者在这些混合物导电的情况下还会束流能量达不到理想能量的情况。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中使用磷烷作为待离子化气体时束流中磷和氢的比例难以检测并控制的缺陷以及红磷升华速率难以控制从而影响束流稳定输出的缺陷，提供一种束流稳定的离子注入设备。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔，以及引出电极，其特点在于，该离子源还包括有：一与该真空腔相连通的加热腔体，用于容置固态掺杂源并且使固态掺杂源升华成气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中和/或该加热腔体中，进入该真空腔中的氢气在RF天线的周围产生氢等离子体；连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量，和/或，连接于该氢气供应装置和该加热腔体之间的流量计，用于控制被传输至该加热腔体中的氢气的流量；一温度控制装置，用于加热该加热腔体，该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流或电流密度。所述偏转元件和束流检测装置和待注入的衬底处于不同的区域，只起到检测束流的作用，不影响混合离子束流在衬底上的注入。由于红磷气体的量不易控制，会造成离子束流的不稳定，而且容易在电极和真空腔内壁上产生沉积，破坏束流的均匀性。本技术通过引入氢气提高了束流的稳定性，由于氢气的存在真空腔中会产生氢等离子体，由此使得真空腔的内部温度分布均匀，产生的等离子体更加稳定。并且氢气对电极和真空腔有清洁作用，可以减少红磷沉积或者红磷与内部材料/电极材料形成混合物。由此保持了束流的均匀性，延长设备工作时间。优选地，该流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制氢气的流量；和/或，该温度控制装置用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制加热腔体的温度。本技术可以在不中断注入的情况下采样部分束流，以检测束流中氢和掺杂源的比例，以便调节升华温度或者氢气的量，来达到理想的注入效果。或者，在注入之前，采样整体束流，同样根据检测结果来判断是否需要调整掺杂源的量。优选地，该掺杂源离子束流检测装置还用于检测掺杂源离子束流的电流的变化量或电流密度的变化量，该氢离子束流检测装置还用于检测氢离子束流的电流的变化量或电流密度的变化量。优选地，该氢气供应装置为氢气发生器或氢气瓶。优选地，该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体传输至该真空腔中，该惰性气体用于在该真空腔中产生惰性气体等离子体以维持该真空腔的温度。优选地，该离子源为RF离子源或IHC(间热式阴极)离子源。优选地，该离子注入设备还包括一整体束流检测装置，用于检测该束流的整体电流或整体电流密度。优选地，该束流中掺杂源离子和氢离子的比例为100：1-1：1(这里的比例指的是离子个数比)。优选地，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀。优选地，该固态掺杂源的升华温度为330℃-500℃，或该固态掺杂源为红磷，和/或，通入氢气的流量为0.1-50sccm(每分钟标准毫升)。优选地，该离子注入装置不采用质量分析装置从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流，氢随同磷一起被注入至衬底中。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本技术各较佳实例。本技术所用试剂和原料均市售可得。本技术的积极进步效果在于：1、通过偏转，可以通过采样部分或者全部束流，从而得知束流中氢和掺杂源元素的比例，并且通过检测结果来调整掺杂源的升华温度和/或氢气的供应量，由此获得较为理想的束流参数。2、引入氢气之后，真空腔中的等离子体更为稳定，由此引出的束流也能更加均匀。3、经过实验发现，引入氢气之后真空腔的温度分布更加均匀，真空腔内壁的凝华的掺杂源明显减少，内壁更为清洁。4、该离子注入设备是不包括通常离子注入设备具有的质量分析磁铁的，由此设备价格便宜，系统简化，最重要的是不用考虑强磁场对附近设备的干扰。而且经过实验可知即使没有质量分析磁铁，引入氢气也不会影响电池方阻，对注入衬底的电性能并没有影响。附图说明图1为本技术实施例1的真空腔、加热腔体和氢气供应装置的连接示意图。图2为本技术实施例1的偏转元件和束流检测装置的示意图。图3为图2的俯视图。图4为图2的主视图。图5为图2的右视图。图6为磷离子束流和氢离子束流被分离后的示意图。图7为本技术实施例2的真空腔、加热腔体和氢气供应装置的连接示意图。图8为本技术实施例2的偏转元件和束流检测装置的示意图。图9为本技术实施例3的偏转元件和束流检测装置的示意图。图10为图9的俯视图。图11为通入真空腔的氢气的流量和方阻的关系。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本技术，但并不因此将本技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1参考图1-图6，该离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔以及引出电极，其特征在于，该离子源还包括有：一与该真空腔相连通的加热腔体，用于容置固态掺杂源并且使固态掺杂源升华成气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中和/或该加热腔体中，进入该真空腔中的氢气在真空腔中产生氢等离子体；连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量，和/或，连接于该氢气供应装置和该加热腔体之间的流量计，用于控制被传输至该加热腔体中的氢气的流量；一温度控制装置，用于加热该加热腔体，该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流或电流密度。

【技术特征摘要】
2017.06.16 CN 20171045711041.一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔以及引出电极，其特征在于，该离子源还包括有：一与该真空腔相连通的加热腔体，用于容置固态掺杂源并且使固态掺杂源升华成气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在真空腔中产生掺杂源等离子体；一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中和/或该加热腔体中，进入该真空腔中的氢气在真空腔中产生氢等离子体；连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量，和/或，连接于该氢气供应装置和该加热腔体之间的流量计，用于控制被传输至该加热腔体中的氢气的流量；一温度控制装置，用于加热该加热腔体，该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流或电流密度。2.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该流量计用于根...

【专利技术属性】
技术研发人员：何川，洪俊华，张劲，陈炯，杨勇，
申请(专利权)人：上海凯世通半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31