离子注入装置的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种离子注入装置。

背景技术：

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是目前液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)和有机电致发光显示装置(Organic Light-Emitting Diode，OLED)中的主要驱动元件，直接关系到高性能平板显示装置的发展方向。TFT器件制作在器件层中，其主要结构包括：有源区、源极、漏极和栅极，在TFT器件制造过程中，需要多次使用离子注入装置进行离子注入制程，例如：离子注入形成多晶硅层，多晶硅层可用于刻蚀形成所述有源区，以及在有源区的两侧中离子注入形成源极和漏极接触区等，每个工序中离子注入的能量是不同的，而且离子注入时只需要在预定的位置进行注入，其他位置则需要用光刻胶(Photoresist，PR)进行覆盖，以防止离子的注入损伤半导体器件的功能。

如图1所示，通常离子注入装置包括：离子源系统、真空系统、引出系统、及设置有法拉第杯3和靶片的靶室，所述真空系统为所述的离子源系统、所述的引出系统及靶室提供真空条件，所述的离子源系统是用于生成欲注入至基板或晶片的离子的部分，是将气体离子化为等离子状态的部分；所述引出系统包括引出电极结构1、分析筛选结构，所述分析筛选结构包括分析筛选板2、磁场源、以及控制装置，所述引出电极结构1用于提供引出电压V，使所述离子源系统产生的离子沿着一定的方向运动而形成离子束，所述磁场源用于提供筛选磁场B’，根据法拉第电磁感应原理，由于不同离子在筛选磁场B’内所受到的作用力不同而将分别沿不同角度发生偏转，因此可在所述筛选磁场B’内被区分开，所述控制装置通过控制所述筛选磁场B’的场强，来控制所施加于所述离子束上的力的大小，进而控制离子束的运动方向，然后所需要的离子束经由分析筛选板2的筛选后引出，法拉第杯3位于穿过所述分析筛选板2的离子束的运动方向上，用于接受离子束的冲击并且检测所述离子束的属性。

在高剂量的离子注入制程中，由于需要使用大电流对涂有光刻胶的玻璃基板进行离子轰击；致使光刻胶中的水汽受到离子轰击后的热效应，会从玻璃基板中挥发出来；从而造成在离子植入过程中制程腔体的真空度会变差；使得离子束的中性化比率变大；造成离子束路径的等电位线变化，引起离子束出现轰击引出电极的状况，造成装置为了保护引出电源，互锁开关将离子束产生电源关闭的状况，生产程序由此被迫中断。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种离子注入装置，具有二次引出电极结构，能够引导离子束轰击在特定区域，同时可改善由于真空度变差而导致离子束发散的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种离子注入装置，包括离子源系统、引出系统、及设置有法拉第杯的靶室；

所述引出系统包括一次引出电极结构、分析筛选结构、及二次引出电极结构；

所述一次引出电极结构用于使所述离子源系统产生的离子沿着一定的方向运动而形成离子束，分析筛选结构包括具有引出缝的分析筛选板，离子源系统产生的离子经由所述一次引出电极结构作用而沿着一定的方向进行加速运动后，再通过分析筛选板的引出缝进行筛选后引出；

所述法拉第杯位于穿过所述分析筛选板的离子束的运动方向上，用于接受离子束的冲击并且检测所述离子束的属性；

所述二次引出电极结构包括二次引出电源、位于所述分析筛选板面向法拉第杯一侧并连接二次引出电源的第一引出电极、及位于所述法拉第杯远离分析筛选板一侧并连接二次引出电源的第二引出电极，其中，第一、第二引出电极分别连接二次引出电源的正负两电极中不同的一个，所述二次引出电极结构用于构成一个具有特定指向方向的平行电场，引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域；

所述第一引出电极包括对应位于所述引出缝两侧的两电极板，所述两电极板为并联连接，具有等电位，在使用时为平行设置，用于对穿过所述分析筛选板的离子束起到收缩作用。

所述第一引出电极还包括位于所述两电极板之间并对应位于所述引出缝两侧的两第一石墨防护板、分别连接设于所述两电极板下方的两绝缘管、分别连接设于所述两绝缘管下方的两旋转头、将两电极板与所述二次引出电源进行连接的第一电源线、及用于对所述两电极板进行冷却的冷却水管道；

所述绝缘管和旋转头共同用于使得对应的电极板在0-10度范围内旋转；

所述离子注入装置在使用时，所述冷却水管道内通入的冷却水为去离子水，该冷却水的电阻值大于16兆欧，温度在20-23℃之间。

所述电极板的材料为铝合金。

所述第二引出电极包括电极框、固定于所述电极框上的数个电极棒、位于所述电极棒及电极框上的压条、穿过压条并伸入电极框内而将电极棒与压条固定于电极框上的数个螺丝、连接设于所述电极框上的冷却水接头、设于电极框与法拉第杯之间的第二石墨防护板、及将电极框与所述二次引出电源进行连接的第二电源线。

所述电极框为矩形框，所述数个电极棒平行设置，所述电极棒的两端分别固定于所述电极框的相对两边上；

所述电极框由数条电极框条依次连接形成，该数条电极框条为中空结构，所述电极框用作冷却水的流通管道，使用时，冷却水通过冷却水接头进入电极框内并在电极框内流通；

所述离子注入装置在使用时，所述电极框内通入的冷却水为去离子水，该冷却水的电阻值大于16兆欧，温度在20-23℃之间。

所述电极框的材料为铝合金，所述电极棒、压条、及螺丝的材料为钼。

所述二次引出电源电源为直流电源，提供的电压为0-5kV。

所述离子注入装置在使用时，穿过所述分析筛选板的离子束为正离子，所述二次引出电极结构的第一引出电极与所述二次引出电源的正极连接，所述第二引出电极与所述二次引出电源的负极连接，从而使得所述二次引出电极结构提供了一个方向由分析筛选板的引出缝指向法拉第杯的平行电场。

所述分析筛选结构还包括磁场源，用于提供筛选磁场，使通过筛选磁场的包含不同离子的离子束沿不同路径前进而被分开，之后使所需要的粒子束穿过所述分析筛选板的引出缝而进入靶室。

离子注入装置还包括真空系统，所述真空系统为所述离子源系统、引出系统及靶室提供真空条件。

本发明的有益效果：本发明提供一种离子注入装置，与现有的离子注入装置相比增加了二次引出电极结构，该二次引出电极结构包括二次引出电源、位于分析筛选板面向法拉第杯一侧并连接二次引出电源的第一引出电极、及位于法拉第杯远离分析筛选板一侧并连接二次引出电源的第二引出电极，其中，第一、第二引出电极分别连接二次引出电源的正负两电极中不同的一个，从而可在所述第一、第二引出电极之间构成一个具有特定指向方向的平行电场，能够引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域，且所述第一引出电极具有对应位于所述引出缝两侧的平行设置的两电极板，从而可以向穿过分析筛选板的离子束提供一个指向两块电极板中间的力，进而可改善由于真空度变差而导致离子束发散的问题。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为现有离子注入装置的工作原理示意图；

图2为本发明的离子注入装置的工作原理示意图；

图3为本发明的离子注入装置中二次引出电极结构的第一引出电极在侧视角度的结构示意图；

图4为本发明的离子注入装置中二次引出电极结构的第一引出电极在俯视角度的结构示意图；

图5为本发明的离子注入装置中二次引出电极结构的第二引出电极的结构示意图；

图6为本发明的离子注入装置中二次引出电极结构的工作原理示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

本发明提供一种离子注入装置，包括离子源系统、真空系统、引出系统、及设置有法拉第杯400和靶片的靶室。

其中，所述真空系统为所述的离子源系统、所述的引出系统及靶室提供真空条件，所述的离子源系统是用于生成欲注入至基板或晶片等靶片的离子(Ion)的部分，是将气体离子化为等离子状态的部分。

如图2所示，本发明的离子注入装置与现有的离子注入装置相比，增加了二次引出电极结构200。在本发明中，所述引出系统包括一次引出电极结构100、分析筛选结构、及二次引出电极结构200。

其中，所述一次引出电极结构100用于提供第一引出电压V1，使所述离子源系统产生的离子沿着一定的方向运动而形成离子束，分析筛选结构包括分析筛选板310、及磁场源，所述磁场源用于提供筛选磁场B，其中，离子源系统产生的离子经由所述一次引出电极结构100的作用沿着一定的方向进行加速运动后，再经筛选磁场B的作用后分为包含不同离子的离子束，从而所需的离子束再通过分析筛选板310的引出缝311进行筛选后引出。

所述法拉第杯400位于穿过所述分析筛选板310的离子束的运动方向上，用于接受离子束的冲击并且检测所述离子束的属性。

所述二次引出电极结构200用于提供一个具有特定指向方向的平行电场，引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域，该二次引出电极结构200包括二次引出电源230、位于所述分析筛选板310面向法拉第杯400一侧并连接二次引出电源230的第一引出电极210、及位于所述法拉第杯400远离分析筛选板310一侧并连接二次引出电源230的第二引出电极220，其中，第一、第二引出电极分别连接二次引出电源的正负两电极中不同的一个，从而可在所述第一、第二引出电极之间构成一个具有特定指向方向的平行电场，能够引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域。

在的离子注入工艺中，通常离子注入装置的离子源系统所形成的离子束为正离子，注入至靶片的离子正离子，因此请参阅图6，以用于注入至靶片的离子为正离子为例，本实施例中，穿过分析筛选板310的离子束为正离子，所述二次引出电极结构200用于提供一个方向由分析筛选板310的引出缝311指向法拉第杯400的平行电场，其中，第一、第二引出电极210、220分别连接二次引出电源230的正极和负极，从而在二次引出电源230提供第二引出电压V2的情况下，所述第一、第二引出电极210、220之间构成了该方向由分析筛选板310的引出缝311指向法拉第杯400的平行电场，从而有助于稳定筛选磁场B出口与法拉第杯400之间的等电势线，能够引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域。

所述第一引出电极210包括对应位于所述引出缝311两侧的两电极板211，所述两电极板211为并联连接，具有等电位，在使用时为平行设置，其电性与穿过所述分析筛选板310的离子束的电性相同，均为正电性，从而可以向电性相同的离子提供一个指向两块电极板211中间的力，以对穿过所述分析筛选板310的离子束起到收缩作用，且与穿过所述分析筛选板310的离子束的方向平行，在对离子束起到收缩作用的同时，不驱离离子束的原方向。

具体地，如图3-4所示，所述第一引出电极210还包括位于所述两电极板211之间并对应位于所述引出缝311两侧的两第一石墨防护板212、分别连接设于所述两电极板211下方的两绝缘管213、分别连接设于所述两绝缘管213下方的两旋转头214、将两电极板211与所述二次引出电源230进行连接的第一电源线215、及用于对所述两电极板211进行冷却的冷却水管道216。

具体地，所述绝缘管213和旋转头214共同用于使得对应的电极板211可在0-10度范围内旋转，从而可通过调节使电极板211与穿过所述分析筛选板310的离子束的方向平行，微调两电极板211之间的电场力的方向。

具体地，所述离子注入装置在使用时，所述冷却水管道216内通入的冷却水为去离子水，该冷却水的电阻值大于16兆欧，温度在20-23℃之间。

具体地，所述电极板211为金属材料，具体可选用铝合金材料。

具体地，如图5所示，所述第二引出电极220包括电极框221、固定于所述电极框221上的数个电极棒222、位于所述电极棒222及电极框221上的压条223、穿过压条223伸入电极框221内而将电极棒222与压条223固定于电极框221上的数个螺丝224、连接设于所述电极框221上的冷却水接头225、设于电极框221与法拉第杯400之间的第二石墨防护板226、及将电极框221与所述二次引出电源230进行连接的第二电源线227。

具体地，所述电极框221为矩形框，所述数个电极棒222平行设置，所述电极棒222的两端分别固定于所述电极框221的相对两边上。

具体地，所述电极框221由数条电极框条依次连接形成，该数条电极框条为中空结构，所述电极框221用作冷却水的流通管道，使用时，冷却水通过冷却水接头225进入电极框221内并在电极框221内流通。

具体地，所述离子注入装置在使用时，所述电极框221内通入的冷却水为去离子水，该冷却水的电阻值大于16兆欧，温度在20-23℃之间。

具体地，所述电极框221为金属材料，具体可选用铝合金。

优选地，所述电极棒222、压条223、及螺丝224的材料均为钼。

具体地，所述二次引出电源230电源为直流电源，所述离子注入装置在使用时，所述二次引出电源230可提供0-5kV的电压。

请参阅图6并结合图2，以穿过分析筛选板310的离子束为正离子为例，本发明离子注入装置的技术原理为，通过增加一个二次引出电极结构200，从而在离子束经筛选磁场B之后为离子束添加一个方向为从筛选磁场B的出口端即分析筛选板310的引出缝311指向法拉第杯400的平行电场；在筛选磁场B的出口端设置两块互相平行且同时平行于筛选后的离子束的电极板211，平行设置可以保证不会将带正电的离子驱离原方向；且可以向带正电的离子提供一个指向两块电极板211中间的力，从而将离子束收缩；同时可以将离子束中的二次电子(electron)引向两块电极板211上，从而撞击到第一石墨防护板212上消耗掉；因此，经过二次引出电极结构200的第一引出电极210的配置，收缩了带正电的离子束，同时消耗了其中的二次电子；由于二次电子减少，进而就降低了静电释放(Electro-Static discharge，ESD)的风险，另外，电极板211为可旋转的配置，可以微调电极板211之间电场力的方向。而通过将二次引出电极结构200的第二引出电极220平行于法拉第杯的设置，则可以提供一个由第一引出电极210指向法拉第杯400的电场力，从而有助于稳定筛选磁场B出口与法拉第杯400之间的等电势线。

综上所述，本发明提供一种离子注入装置，与现有的离子注入装置相比增加了二次引出电极结构，该二次引出电极结构包括二次引出电源、位于分析筛选板面向法拉第杯一侧并连接二次引出电源的第一引出电极、及位于法拉第杯远离分析筛选板一侧并连接二次引出电源的第二引出电极，其中，第一、第二引出电极分别连接二次引出电源的正负两电极中不同的一个，从而可在所述第一、第二引出电极之间构成一个具有特定指向方向的平行电场，能够引导经过分析筛选结构的离子束轰击在特定区域，且所述第一引出电极具有对应位于所述引出缝两侧的平行设置的两电极板，从而可以向穿过分析筛选板的离子束提供一个指向两块电极板中间的力，进而可改善由于真空度变差而导致离子束发散的问题。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。