专利名称：离子注入机的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件制作技术领域，涉及一种大面积、多功能离子注入设备，具体地说是一种离子注入机。
背景技术：
目前离子注入机一般由以下几个系统组成1、离子源系统；2、离子的引出和加速系统；3、质量分析系统；4、离子束聚焦和扫描系统；5、靶室系统；6、真空系统。在离子源中产生的离子，经引出电极引出后，进入加速系统。加速系统将离子加速，然后离子进入质量分析系统，分离出需要的离子后，再经聚焦和扫描系统，最后离子到达靶室内的样品上。为了使离子注入得到最佳的均匀性，整个系统必须保持真空，以避免离子的中性化和外来原子或离子对注入的影响。
这种离子注入机主要应用于IC制造领域，它注入的离子纯度高、均匀性好、注入剂量和注入深度控制精确，但相对也有一些不足之处1、结构复杂，造价昂贵；2基片尺寸受到限制，难以做到大面积注入；3、注入后需要杂质活化，活化温度较高，一般在600度以上。
多晶硅薄膜晶体管P-Si TFT是近年来新发展起来的一项产业，它的工艺过程和IC制造有相近之处，也需要注入P+和B+，在源、漏形成良好的欧姆接触。P-Si TFT的基板使用的是玻璃，这就决定其工艺温度不能太高，一般低于550度；基板面积很大，远远超过硅片尺寸。这些要求一般的离子注入机已不能满足P-Si TFT行业的需要。
多晶硅薄膜晶体管P-Si TFT除了使用玻璃基板及面积较大这两项特点外，其对离子注入的要求与IC相比还有一些不同之处。1、P-Si薄膜的厚度通常在50nm～100nm，因此注入深度远比硅片上的深度要小，离子的能量可以远低于传统的离子注入；2、注入离子的目的是在源、漏区域形成欧姆接触，对均匀性和离子纯度方面的要求较低。
发明内容
本发明针对以上多晶硅薄膜晶体管P-SiTFT特点和制作要求，在离子注入的基础上，增加了等离子增强的化学气相淀积PECVD和等离子刻蚀功能，目的是提供了一种适合于P-Si TFT离子注入的离子注入机。
本发明针对P-SiTFT离子注入的特点，采取了离子通量注入的方式。这种方式取消了现有技术中质量分析系统、离子束聚焦和扫描系统。以注入磷离子为例，在0.3～0.6Pa的工作真空度下，以PH3气体为离子源，用射频RF方式产生等离子体。产生的离子在经过引出电极引出和加速电极加速后，不经过质量分离，直接注入到基板上。注入的离子中既有P+，也有H+、PH+、PH2+等离子。由于没有质量分离，注入电流密度很大，导致基板升温较高。所以，即使衬底温度只有300℃，也能在注入的同时就完成杂质的活化。
另外，本发明在离子注入的基础上增加了等离子增强的化学气相淀积PECVD和等离子刻蚀功能。PECVD和等离子刻蚀的工作真空度一般在几十帕，已超出分子泵的工作范围，因此发明另采用一大排量的机械泵作为PECVD和等离子刻蚀的工作真空泵。等离子体的产生仍然采取RF方式，RF电极板的位置可以上下伸缩，以便与下基板保持合适距离，同时加速电极相应卸下。
本发明的PECVD方式主要用来生长a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜，相应使用的气体是SiH4、PH3、N2O、NH3；等离子刻蚀的功能主要是刻蚀a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜以及光刻胶的等离子灰化，使用的气体是SF6和O2。衬底加热采用5路控温方式，充分保证了衬底温度的均匀性。
本发明包含有真空室，抽气装置，气路部分，电控制器。
本发明的气路部分通过配气截止阀同真空室连接，向真空室运送气态离子。抽气装置通过角阀和闸板阀同真空室连接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。电控制器连接所有的用电部件，作为本实用新型的的电源。
本发明的真空室内上下排布四层网状金属电极，作为本实用新型的引出电极、加速电极、减速电极和接地电极。这些电极也构成了真空室内的匀气室，使气态离子进入真空室后均匀分散，向基板方向运动。引出电极、加速电极、减速电极和接地电极连接有液压装置，通过液压装置控制电极升降，使由电极构成的匀气室也可升降和改变匀气空间。真空室的真空度由真空规管进行监测，根据监测数据由电控制器启动或关闭真空泵。基板在接地电极的下方，基板衬底采用5路电阻丝加热，以保证温度均匀性。
抽气装置由两个机械泵，一个分子泵，角阀，薄膜规，电磁阀，闸板阀组成。一个小排量机械泵作为分子泵的前级，与真空室连接处用角阀控制抽速；对于高真空度，用分子泵获得，与真空室连接处用闸板阀控制抽速。另一个大排量机械泵串接在分子泵上，在PECVD和等离子刻蚀工作时使用，由电磁阀控制其工作状态。
气路部分包括流量计，混气室，配气截止阀，电磁阀，通气管。根据注入气态离子的种类，分成若干气路，每个气路输送一种气体。每一气路有一流量计和电磁阀，用通气管连接。所有气路的气体在混气室中混合后，经配气截止阀进入真空室内。
本发明被注入的气体通过气路，输送到真空室真空室。气体从真空室上端进入，经过匀气装置进入真空室。等离子体采用射频方式产生，电极由匀气室充当。匀气室可以升降。真空室中上下排布4层网状金属电极，充当等离子注入的加速电压。气体经射频方式产生等离子体，在电极间分散、加速，到达基板上的衬底，完成离子注入过程。
本发明采取离子通量注入的方式，省去了现有技术中质量分析系统、离子束聚焦和扫描系统，因此结构简单，而且可以大面积的离子注入。在抽气装置上增加大排量机械泵，使本发明可以用作化学气相淀积PECVD和等离子刻蚀。
图1是本发明的真空室结构示意图。
图2是本发明结构示意图，也是说明书摘要附图。
图中，1.气体，2.等离子体，3.离子，4.玻璃基板，5.抽气装置，6.引出电极，7.加速电极，8.减速电极，9.接地电极，10.射频电源，11.流量计，12.混气室，13.配气截止阀，14.真空规管，15.真空室，16.充气阀，17.角阀，18.闸板阀，19.薄膜规，20.分子泵，21.小排量机械泵，22.大排量机械泵，23、24.电磁阀具体实施方式
下面结合附图，以PH3、B2H6为注入离子源说明本发明的具体实施方式
。
本发明的真空室15采用圆筒形结构，上开盖，有液压装置控制升降。真空室15的腔体为双层水冷，内衬软铁和铅皮，以降低辐射强度。气体1从上端进入，经过匀气装置进入真空室15。等离子体2采用射频方式产生，由射频电源10提供射频信号，电极由匀气室充当。等离子体2经过网状的引出电极6、加速电极7、减速电极8和接地电极9加速，使离子3最后注入到匀热后的玻璃基板4上由抽气装置5保证真空室15稳定的气体环境。。真空室15内接有真空规管14，用真空规管14监测真空室15内的真空度，根据真空规管14监测的真空度，决定抽气装置5的工作过程。衬底真空度为1×10-4Pa，最大注入面积为300×400mm，最高衬底温度为550℃，衬底温度均匀性为±5℃。
抽气装置5有两个机械泵21、22和一个分子泵20，一个机械泵21作为分子泵20的前极，另一个大排量的机械泵22在PECVD和等离子刻蚀时使用，机械泵21与真空室15连接处用两个角阀17控制抽速。高真空由分子泵20完成，分子泵20泵口与真空室15连接处用闸板阀18控制抽速。在机械泵22与分子泵20之间，设置一个电磁阀23。
以PH3、B2H6为注入离子源，气路总共有8条，分别为PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar气。管路采用1/4英寸内抛光不绣钢管，气体流量控制采用质量流量计11、气动阀、电磁阀24、球阀控制。8条气路最后汇成1路，经过混气室12进入真空室15。
电控制器主要有以下几部分射频电源10、高压直流电源、质量流量计电源、分子泵电源、真空室15升降控制电源等。其中射频电源和高压直流电源为独立的电源柜，其它部分组合在一个电源柜内。射频RF最大功率为2000W，电极最大加速电压为直流30KV。
由上述设备和条件，注入离子的均匀性大于90％。
本发明可用于化学气相淀积PECVD。做化学气相淀积PECVD时，在离子注入基础上，卸下4层金属电极，并将匀气室降到合适的高度，由射频方式启辉，离子在匀热后的玻璃基板4上沉积形成薄膜。PECVD成膜均匀性大于90％。
本发明可用于等离子刻蚀。在做等离子刻蚀时，在离子注入基础上，卸下4层金属电极，并将匀气室降到合适的高度，由射频方式启辉，采用SF6启辉刻蚀薄膜，采用O2启辉灰化光刻胶。等离子刻蚀均匀性大于90％。
权利要求
1.一种多晶硅薄膜晶体管离子注入机包含有真空室(15)、抽气装置(5)、气路部分、电控制器，其特征是气路部分通过配气截止阀(13)同真空室(15)连接，向真空室运送气态离子；抽气装置(5)通过角阀(17)和闸板阀(18)同真空室(15)连接，利用真空泵使真空室(15)保持一定的真空度；电控制器连接所有的用电部件，作为本实用新型的的电源；玻璃基板(4)在接地电极(9)的下方，基板衬底采用5路电阻丝加热，保证温度均匀性。
2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是所述的真空室(15)内上下排布四层网状金属电极，作为本引出电极(6)、加速电极(7)、减速电极(8)和接地电极(9)；这些电极也构成了真空室内的匀气室，使气态离子进入真空室后均匀分散，向基板方向运动；抽气装置(5)由两个机械泵(21)、(22)，分子泵(20)，角阀(17)，薄膜规(19)，电磁阀(23)，闸板阀(18)组成，小排量机械泵(21)作为分子泵的前级，与真空室(15)连接处用角阀(17)控制抽速；对于高真空度，用分子泵(20)获得，与真空室(15)连接处用闸板阀(18)控制抽速，大排量机械泵(22)串接在分子泵(20)上；气路部分包括流量计(11)、混气室(13)、配气截止阀(13)、电磁阀(24)、通气管。
3.根据权利要求2所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是引出电极(6)、加速电极(7)、减速电极(8)和接地电极(9)连接有液压装置，通过液压装置控制电极升降，使由上述电极构成的匀气室即可升降和又可改变匀气空间；真空室(15)的真空度由真空规管进行监测，根据监测数据由电控制器启动或关闭真空泵。
4.根据权利要求3所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是注入气体的气路，每个气路输送一种气体，每一气路有一流量计(11)和电磁阀(24)，用通气管连接，所有气路的气体在混气室(12)中混合后，经配气截止阀(13)进入真空室(15)内。
5.、根据权利要求4所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是电控制器主要由射频电源(10)、高压直流电源、质量流量计(11)电源、分子泵(20)电源、真空室(15)升降控制电源组成，其中射频电源(10)和高压直流电源为独立的电源柜，其它部分组合在一个电源柜内。
6.根据权利要求5所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是射频RF最大功率为2000W，电极最大加速电压为直流30KV。
7.根据权利要求5所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是真空室(15)采用圆筒形结构，上开盖，有液压装置控制升降，真空室(15)的腔体为双层水冷，内衬软铁和铅皮，等离子体(2)采用射频方式产生，由射频电源(10)提供射频信号，电极由匀气室充当；机械泵(21)作为分子泵(20)的前极，大排量的机械泵(22)在PECVD和等离子刻蚀时使用，在机械泵(22)与分子泵(20)之间，设置一个电磁阀(23)。
8.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是以PH3、B2H6为注入离子源，气路总共有8条，分别为PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar气，8条气路最后汇成1路，经过混气室(12)进入真空室(15)。
9.根据权利要求5所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是在离子注入基础上，卸下4层金属电极，并将匀气室降到合适的高度，由射频方式启辉，离子在匀热后的玻璃基板4上沉积形成薄膜。
10.根据权利要求5所述的多晶硅薄膜晶体管离子注入机，其特征是在做等离子刻蚀时，在离子注入基础上，卸下4层金属电极，并将匀气室降到合适的高度，由射频方式启辉，采用SF6启辉刻蚀薄膜，采用O2启辉灰化光刻胶。
全文摘要
本发明属于半导体器件制作技术领域，是一种多晶硅薄膜晶体管离子注入机。本发明包含有真空室，抽气装置，气路部分，电控制器。本发明的气路部分通过配气截止阀同真空室连接，向真空室运送所要注入的气体。抽气装置通过角阀和闸板阀同真空室连接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。电控制器连接所有的用电部件，作为本发明的电源。本发明采取离子通量注入的方式，省去了现有技术中质量分析系统、离子束聚焦和扫描系统，因此结构简单，而且可以大面积的离子注入。在抽气装置上增加大排量机械泵，使本发明可以用作化学气相淀积PECVD和等离子刻蚀。
文档编号H01L21/265GK1547240SQ20031011589
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月8日 优先权日2003年12月8日
发明者付国柱, 邵喜斌, 荆海, 廖燕平, 高文涛, 史辉琨 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院长春光学精密机械与物理研