一种离子注入装置的制作方法

本发明涉及半导体集成电路，尤其涉及一种离子注入装置。

背景技术：

目前常见的离子注入模式主要有全电扫描注入、电扫描注入和机械扫描组合注入。全电扫描注入如附图1所示，离子束在x、y两组扫描电极驱动下分两个方向扫描，分别为x扫描、y扫描，其中一个扫描频率高(例如x扫描)，一个扫描频率低(如y扫描)，从而形成覆盖完整晶圆表面的注入。电扫描注入和机械扫描组合注入如附图2所示，离子束在一组x扫描电极驱动下高速扫描，形成覆盖超过晶圆直径的扫描宽带束，晶圆在机械扫描驱动装置的驱动下进行低速y机械扫描，每次y机械扫描上下跨越扫描宽带束，从而形成覆盖整个晶圆表面的注入。

现有的离子注入装置在硅器件制造中的不同掺杂工艺得到应用，满足应用需求，但在一些特殊材料的晶圆注入中遇到困难，主要原因在于离子束注入晶圆时功率过于集中，容易导致晶圆表面温度过高，尤其是一些对温度敏感的半导体材料，需要严格控制晶圆表面的温度，在大剂量注入、高产能的应用场景更加无法满足需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够降低在大剂量注入、高产能的应用场景下的晶片表面的温升，满足一些对温度敏感的特殊材料的注入工艺要求的离子注入装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种离子注入装置，包括旋转靶盘及宽带离子束，所述旋转靶盘上设有与旋转靶盘中心重合的环形注入区域，所述环形注入区域内均匀布置有多个晶圆装载区，所述宽带离子束的宽度为a、所述环形注入区域的半径为b，则a≥b。

作为上述技术方案的进一步改进：所述宽带离子束剖面沿所述旋转靶盘半径方向的束流线密度满足公式i＝k*r，其中k＞0。

作为上述技术方案的进一步改进：所述环形注入区域内设有用于检测所述宽带离子束束流参数的束流检测孔，所述束流检测孔位于相邻的两个晶圆装载区之间并沿所述旋转靶盘的径向布置，所述束流检测孔远离所述宽带离子束的一侧设有束流检测法拉第。

作为上述技术方案的进一步改进：所述环形注入区域内设有多个用于检测束流均匀性的束流均匀性检测孔，多个所述束流均匀性检测孔呈渐开线布置于晶圆装载区之间的间隙区域。

作为上述技术方案的进一步改进：所述宽带离子束为成型宽带离子束或扫描宽带离子束。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括靶腔体盖板，所述靶腔体盖板上设有靶盘旋转密封组件以及靶盘旋转驱动件，所述靶腔体盖板与所述旋转靶盘同轴布置、且靶腔体盖板直径大于旋转靶盘的直径，所述靶盘旋转驱动件通过所述靶盘旋转密封组件与所述旋转靶盘相连。

所述靶盘旋转密封组件为磁流体密封组件，所述靶盘旋转驱动件为电机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的离子注入装置，利用旋转靶盘装载晶圆，旋转靶盘上设置与旋转靶盘中心重合的环形注入区域，晶圆均匀布置于环形注入区域内的晶片装载区，利用宽带离子束注入，宽带离子束的宽度能够覆盖环形注入区域的半径，注入时旋转靶盘旋转，形成对所有晶圆的注入，与常规的注入模式相比，本发明注入过程中功率更分散，有利于最大程度地降低晶圆表面温升，尤其是一些对温度敏感的半导体材料，满足大剂量注入、高产能的应用场景的需求。

附图说明

图1是现有的全电扫描注入的原理示意图。

图2是现有的电扫描注入和机械扫描组合注入的原理示意图。

图3是本发明离子注入装置的结构示意图。

图4是本发明离子注入装置注入时的结构示意图。

图5是本发明中的旋转靶盘的结构示意图。

图6是本发明中成型宽带离子束的结构示意图。

图7是本发明中的扫描宽带离子束的结构示意图。

图中各标号表示：1、旋转靶盘；11、环形注入区域；12、束流检测孔；13、束流均匀性检测孔；2、宽带离子束；3、晶圆装载区；4、束流检测法拉第；5、靶腔体盖板；6、靶盘旋转密封组件；7、靶盘旋转驱动件；8、晶圆。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图3至图7示出了本发明离子注入装置的一种实施例，本实施例的离子注入装置，包括旋转靶盘1及宽带离子束2，旋转靶盘1上设有与旋转靶盘1中心重合的环形注入区域11，环形注入区域11内均匀布置有多个晶圆装载区3，宽带离子束2的宽度为a、环形注入区域11的半径为b，则a≥b。

本发明的离子注入装置，利用旋转靶盘1装载晶圆8，旋转靶盘1上设置与旋转靶盘1中心重合的环形注入区域11，晶圆8均匀布置于环形注入区域11内的晶片装载区3，利用宽带离子束2注入，宽带离子束2的宽度能够覆盖环形注入区域11的半径，注入时旋转靶盘11旋转，形成对所有晶圆8的注入，与常规的注入模式相比，本发明注入过程中功率更分散，有利于最大程度地降低晶圆8表面温升，尤其是一些对温度敏感的半导体材料，满足大剂量注入、高产能的应用场景的需求。

进一步地，本实施例中，宽带离子束2剖面沿旋转靶盘1半径方向的束流线密度满足公式i＝k*r，其中k＞0，也即宽带离子束2剖面的束流线密度与旋转靶盘1中心的距离成正比。该种宽带离子束2的分布规律有利于保持各晶圆8注入的均匀性。

更进一步地，本实施例中，环形注入区域11内设有用于检测宽带离子束2束流参数的束流检测孔12，束流检测孔12位于相邻的两个晶圆装载区3之间并沿旋转靶盘1的径向布置，束流检测孔12远离宽带离子束2的一侧设有束流检测法拉第4。旋转靶盘1每旋转一周，束流经过一次束流检测孔12到达束流检测法拉第4，从而可以检测晶圆8注入过程中的束流参数，并进行注入剂量的计算。

更进一步地，本实施例中，环形注入区域11内设有多个用于检测束流均匀性的束流均匀性检测孔13，多个束流均匀性检测孔13呈渐开线布置于晶圆装载区3之间的间隙区域。在旋转靶盘1旋转注入一周内，束流均匀性检测孔13对宽带离子束2的宽度方向的束流分布进行一次检测，可实时掌握注入工艺过程中束流分布情况。

其中，宽带离子束2可以是成型宽带离子束，也可以是扫描宽带离子束。所谓成形宽带离子束是指离子束本身的束剖面就是呈长条形分布，不需再通过扫描的方式就能够覆盖环形注入区域11半径方向宽度的一种离子束；所谓扫描宽带离子束是指离子束剖面为普通高斯束，通过一维的高速扫描，形成覆盖环形注入区域11半径方向宽度的一种离子束。

进一步地，本实施例中，离子注入装置还包括靶腔体盖板5，靶腔体盖板5上设有靶盘旋转密封组件6以及靶盘旋转驱动件7，靶腔体盖板5与旋转靶盘1同轴布置、且靶腔体盖板5直径大于旋转靶盘1的直径，靶盘旋转驱动件7通过靶盘旋转密封组件6与旋转靶盘1相连。注入时，靶盘旋转驱动件7例如通过传动带驱动靶盘旋转密封组件6旋转，进而驱动旋转靶盘1旋转；靶腔体盖板5用于提供遮挡和防护。

作为优选的技术方案，靶盘旋转密封组件6例如可以是磁流体密封组件，靶盘旋转驱动件7例如可以是常见的电机等。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。