专利名称：离子注入机的离子源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于芯片制造领域，尤其涉及一种离子注入机的离子源。
背景技术：
本征硅的晶体结构由硅的共价键形成，本征硅的导电性很差，因此需要向其中加入少量杂质，使其结构和导电率发生改变，硅才能成为有用的半导体。这个过程被称为掺杂，离子注入是最重要的掺杂方法。 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。如图l，现有的离子注入机包括一反应腔(chamber)，反应腔两侧设置阴极(cathode)、反射体(reflector)，在反应腔内高压抨击气体，产生电浆。在该过程中会有沉积物产生，该沉积物一方面来源于气体本身可能带有杂质，另一方面是气体电离后的产物。[0004] 沉积物积累是引起离子束不稳定的一个因素，并会破坏工艺的集成，离子源的不稳定会带来两个主要问题。 一个问题是在晶圆工艺中由于高压击穿引起的瞬间束电流消失，这会导致在某一段时间内向晶圆上注入不希望的粒子；这样的高压故障会引起注入的不均匀和微粒污染。束电流不稳定的另一个问题是束电流的漂移引起的，会产生注入剂量误差。这些工艺集成问题会使离子源的替换操作变的不可预测。 上述沉积物通常附着在反应腔内表面，反应腔内表面的材质为光滑的金属，沉积物会因为反应腔内温度的变化及反应腔内表面的光滑而容易脱落；同时，为产生电势差，阴极、反射体与弧形反应腔组件不接触、但距离很近，阴极与弧形反应腔之间通常会因为有沉积物落入而引起短路，导致阴极与反应腔组件丧失电势差，从而致使作业失败。为避免短路的产生，需要经常维护上述离子注入设备；而又因为反应腔的内表面过于光滑，沉积物很容易就滑落，维护周期相应的很短。 另外，现有的注入方法，利用现有的离子源，在两个不同的离子注入工艺之间需要间隔一段时间，在该间隔时间内通常注入清洁气体，以避免微粒污染。这种方法不但不能充分利用设备，而且还需要注入清洁气体，从而增加成本。 为减少成本、提高设备的使用效率，需要一个增大设备维护周期的方法。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种离子注入机的离子源，该离子源可扩大设备的维护周期。 本实用新型的另一 目的是提供上述离子源注入离子的方法。 为了实现上述目的，本实用新型提供一种离子注入机的离子源，包括一反应腔，该反应腔内表面为金属材料，该反应腔内表面经过处理而变得粗糙。可选的所述反应腔内表面被凹凸不平以提供规则的表面特征图案，所述反应腔内表面的轴向截面凹凸不平以提供一系列槽。可选的，所述槽的深度范围为lmm至lj5mm。 可选的，所述槽具有任何一种如下的横截面形状V型、U型、锯齿型或者箱型沟槽。 与现有技术相比，本实用新型揭示的离子注入机的离子源，一方面通过提高反应腔内表面的粗糙率，使沉积物更容易附着在反应腔的内壁而不脱落；另一方面通过增大反应腔内表面的面积，减少单位面积的沉积物的数量，同时还可以提高产生电浆的效率。本实用新型可以减少离子注入机离子源的维护费用。另外，本方法提供的利用新实用新型的离子源的离子注入方法，可以进行粒子的直接转换，更加有效的利用了设备，提高生产率。
图1实施例一中离子注入机反应腔的结构图。 图2 图5实施例二中离子注入机反应腔表面的横截面图。 图6为本实用新型离子注入机反应腔的结构图。 附图标记说明 1、反应腔； 2、阴极； 3、反射体； 4、反应腔组件一； 5、反应腔组件二。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型做具体介绍。[0023] 实施例一 请参阅图l，本实用新型介绍了一种可以减少离子注入机离子源维护费用的新型离子源，包括一反应腔1，反应腔1由反应腔组件一 4(反应腔轴向方向的内壁)、反应腔组件二 5(反应腔纵向方向的内壁)、阴极2伸入反应腔1的部分及反射体3伸入反应腔1的部分围成。 其中，反应腔1内表面(包括反应腔组件一 4、反应腔组件二 5)为金属材料，为使反应腔内生成的沉积物更容易附着在反应腔的内壁而不脱落，反应腔1内表面经过处理而变得粗糙。由此，可以增加离子注入机的维护周期，减小维护频率，从而减少昂贵的维护费用，从根本上减小制造成本；另外还可以提高设备的使用时间，从两方面节省制造成本。[0026] 本实用新型还介绍了一种利用上述离子源注入离子的方法，该方法在第一粒子注入工艺之后直接进行第二粒子注入工艺。本实用新型可以进行粒子的直接转换，例如可以在进行硼工艺之后直接转换成磷工艺，这样的工艺灵活性对于需要更换反应时间满足客户需要的代工厂来说是个重要的因素。该方法可以进行粒子的直接转换，更加有效的利用了设备，提高生产率。[0027] 实施例二 请参阅图6，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，反应腔1内表面凹凸不平，即反应腔组件一 4、反应腔组件二 5的内表面凹凸不平，其轴向截面呈现规则的表面图案。 如图2A 2C为本实用新型第二实施例的可以实用的表面图案化，表面202具有一系列的毗邻的、线型的V型槽204，所述槽204并排布置，以形成连续的尖脊206和尖谷208。如图2b所示，槽204的尺寸可以由尺寸A和B来表征，所述尺寸A和B分别对应于深度和间距。这些尺寸可以具有各种值，并且不必全部相同。A和B的典型值可以为lmm到5mm的范围。[0030] 实施例三 如图3a到3c为本实用新型的第三实施例的反应腔1内表面凹凸不平，即反应腔组件一4、反应腔组件二5的内表面凹凸不平，其轴向截面呈现规则的表面图案。为了示明槽304的侧面不必采用与图2a到2c相同的角度，图3a到3c的槽304具有一个垂直侧面和一个倾斜侧面。如从图3b的侧视图可最清楚地看到的，此布置得到锯齿形外形。沟槽304可以由分别对应于深度和间距的尺寸A和B来表征。如图2a到2c的实施例，lmm到5mm的典型尺寸是合适的。[0032] 实施例四 虽然图2a到2c以及图3a到3c所示的实施例具有毗邻的槽204和304从而形成尖脊206和306，但是槽也可以是分离开的。这在相邻的槽204、304之间得到平坦部分。这些平坦部分应该具有小的宽度(例如lmm到5mm之间)，以防止沉积物的形成。图4a到4c示出了具有由平坦部分404分隔开的槽404的粗糙化表面402的示例。在这些图中，部件400具有一系列平行沟槽404形式的槽404。沟槽404具有平坦底部408和垂直侧面410。典型深度A为lmm到5mm，平坦顶部406和平坦底部408的典型宽度B也为lmm到5mm。[0034] 实施例5 图5a到5c示出了本实用新型第五实施例，其中，部件500具有包括一系列凹槽沟道504的具有规则特征的表面502。如从图5b可清楚看到的，基本U形的沟道504被平坦部分506分隔开。如从上面可清楚看到的，凹槽沟道504可以毗邻，以形成尖脊506。由各个凹槽沟道504所对的角度可以小于180度，如图5a和5b所示。 图2到5的实施例全部示出了并排的槽204、304、404和504。但是，槽的交错排列也可以用来粗糙化表面202、302、402和502。例如，两组排列的并排槽204、304、404和504可以以彼此成一定角度的形成，从而交错，提高沉积物的附着强度，进而减少离子注入机的维护费用。 离子源的寿命随注入类型及应用的不同而变化，一台中等电流注入机可能的寿命波动范围为100-500小时，而实际灯丝的寿命通常是500小时。本实用新型达到100%的离子源，都运行到灯丝寿命500小时，甚至在某些情况下运行时间更长。由于只是对材料进行的物理改变，所以采用新的技术对晶圆没有不良影响。中等电流注入机或高速流注入机的离子源的平均寿命为295小时，也就是说每年每台注入工具需要27个离子源，在代工厂中如果采用新的技术离子源，寿命加倍至590小时，每台工具需要的离子源替换数目降低12-14个，这样就可以将成本和消费部分降低约50%。 替换离子源平均需要5-6个小时，包括时间的源替换以及工具的检查，因此替换数目的减少，也就等于每年每台设备获得了额外66小时的工作时间，以及降低了一半的检查工艺，可以减少对代工厂中工艺和检查设备的占用。 以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案。不脱离本实用新型精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种离子注入机的离子源，包括一反应腔，该反应腔内表面为金属材料，其特征在于，该反应腔内表面经过处理而变得粗糙。
2. 如权利要求1所述离子注入机的离子源，其特征在于，所述反应腔内表面被凹凸不平以提供规则的表面特征图案。
3. 如权利要求2所述离子注入机的离子源，其特征在于，所述反应腔内表面的轴向截面凹凸不平以提供一系列槽。
4. 如权利要求3所述离子注入机的离子源，其特征在于，所述槽的深度范围为lmm到10. 5mm。
5. 如权利要求3所述离子注入机的离子源，其特征在于，所述槽具有任何一种如下的横截面形状V型、U型、锯齿型或者箱型沟槽。
专利摘要本实用新型提供一种离子注入机的离子源，其反应腔及其组件均为金属材料，该反应腔内表面经过处理而变得粗糙；同时，反应腔内表面被凹凸不平以提供规则的表面特征图案。本实用新型一方面通过提高离子源反应腔内表面的粗糙率，使沉积物更容易附着在反应腔的内壁而不脱落；另一方面通过增大反应腔内表面的面积，减少单位面积的沉积物的数量，同时还可以提高产生电浆的效率。本实用新型可以减少离子注入机的维护费用。本方法提供的离子注入方法，可以进行粒子的直接转换，更加有效的利用了设备，提高生产率。
文档编号H01J37/08GK201478255SQ20092020961
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者王振辉, 简志宏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司