一种离子注入设备及系统的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种离子注入设备及系统。

背景技术：

离子注入技术是将离子源产生的离子经加速后高速射向材料表面，当离子进入表面，将与固体中的原子碰撞，将其挤进内部，并在其射程前后和侧面激发出一个尾迹。

离子注入在半导体技术中首先应用于掺杂技术，该技术可在低温环境中进行，并且还具有精确的剂量控制、掩蔽容易、均匀性好这些优点。经过离子注入工艺掺杂所制成的几十种半导体器件和集成电路具有速度快、功耗低、稳定性好、成品率高等特点。对于大规模、超大规模集成电路来说，离子注入更是一种理想的掺杂工艺。因为离子注入层是极薄的，同时，离子束的直进性保证注入的离子几乎是垂直地向内掺杂，横向扩散极其微小，这样就有可能使电路的线条更加纤细，线条间距进一步缩短，从而大大提高集成度。此外，离子注入技术的高精度和高均匀性，可以大幅度提高集成电路的成品率。

随着工艺上和理论上的日益完善，离子注入已经成为半导体器件和集成电路生产的关键工艺之一，在制造半导体器件和集成电路的生产线上，已经广泛地配备了离子注入机。但是在离子注入工艺过程中往往存在一个问题，即杂质离子会被引入到产品中，而杂质离子注入到产品中会导致产品中需要注入的目标离子的浓度降低，从而影响到产品的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种离子注入设备，可以避免离子注入工艺中引入杂质离子。

本发明提供的技术方案如下：

一种离子注入设备，包括：

用于生成离子束的离子源腔室，所述离子束包括目标离子、杂质离子；

与所述离子源腔室相连接，用于对所述离子束加速的加速管；

与所述加速管相连接，用于对加速后的所述离子束进行分选的磁分选仪；

设置在所述磁分选仪的出口，用于接收经过所述磁分选仪分选后的杂质离子的隔离腔室；及

供所述目标离子通过以将所述目标离子注入半导体器件的目标离子通道。

进一步地，所述隔离腔室靠近所述磁分选仪的一侧设置有开关门体，该开关门体在所述离子注入设备工作时打开，以使所述杂质离子进入到所述隔离腔室内部。

进一步地，所述隔离腔室包括第一隔离子腔室和第二隔离子腔室，所述第一隔离子腔室和第二隔离子腔室分别设置在所述磁分选仪的出口的两侧，所述目标离子通道位于第一隔离子腔室和第二隔离子腔室之间。

进一步地，所述开关门体包括分别设置在所述第一隔离子腔室靠近所述磁分选仪一侧的第一开关门体和设置在所述第二隔离子腔室靠近所述磁分选仪一侧的第二开关门体。

进一步地，还包括：

与所述第一隔离子腔室和第二隔离子腔室相连接的驱动装置，用于驱动所述第一隔离子腔室和第二隔离子腔室移动，从而调节所述目标离子通道的大小。

进一步地，还包括：

与所述驱动装置相连接的，用于接收外部指令控制所述驱动装置运动，以使所述目标离子可通过所述目标离子通道的控制装置。

进一步地，所述隔离腔室内设置有用于吸收所述杂质离子的圆片或石墨挡板以及承载所述圆片或石墨挡板的载片装置。

进一步地，所述隔离腔室上开设有真空抽气孔，所述离子注入设备还包括：

通过所述真空抽气孔与所述隔离腔室相连接，用于对所述隔离腔室进行抽真空处理的真空泵。

进一步地，所述隔离腔室还包括可开闭的腔门。

本发明实施例还提供了一种离子注入系统，包括上面所述的离子注入设备，所述离子注入系统还包括：

注入腔室；及

设置在所述注入腔室中用于承载待注入的半导体器件的承载装置，以使用所述离子注入设备向所述半导体器件注入所需的掺杂离子。

综上所述，在本申请实施例中，通过在离子注入设备的磁分选仪的出口设置隔离腔室，可以将离子束中的杂质离子在隔离腔室中吸收，使离子束中的杂质离子不会轰击到磁分选仪上，不会对磁分选仪产生损害，也不会产生额外的杂质离子，从而杜绝杂质离子伴随目标离子注入到半导体器件上，提高离子注入工艺中半导体器件的生产质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种离子注入设备的结构示意图。

图2为现有技术中的离子注入设备的示意图。

图3为本发明实施例提供的另一种离子注入设备的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种离子注入系统的结构示意图。

图标：10-离子注入设备；11-离子源腔室；12-加速管；13-磁分选仪；141-第一隔离子腔室；1411-第一开关门体；1412-第一圆片或石墨挡板；1413-第一载片装置；1414-第一腔门；142-第二隔离子腔室；1421-第二开关门体；1422-第二圆片或石墨挡板；1423-第二载片装置；1424-第二腔门；15-目标离子通道；16-驱动装置；17-控制装置；18-真空泵；20-半导体器件；30-承载装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本申请实施例提供了一种离子注入设备10，包括：离子源腔室11、加速管12、磁分选仪13、隔离腔室以及目标离子通道15。

具体的，离子源腔室11用于生成离子束，所述离子束包括目标离子110、杂质离子。离子注入设备10通过生成离子，并将具有一定能量和一定数量的离子束注入到半导体器件(如图4所示的半导体器件20)中，以改变半导体器件中特定区域的电学性能。可以理解的是，离子束中的目标离子110是需要注入到半导体器件中的特定离子，而除去目标离子110的其他离子是不需要注入到半导体器件中的杂质离子，例如同位素离子或其它类型的不需要被注入到半导体器件中的离子。由于产生离子束的离子源腔室11在生成目标离子110的同时，也会产生一定数量的杂质离子，并且在进行离子注入工艺时为了区分目标离子110和质量相近的杂质离子，还会引入目标离子110的同位素离子。杂质离子如果被注入到半导体器件中，会影响半导体器件的正常性能，因此，需要将杂质离子从离子束中剔除。

加速管12与所述离子源腔室11相连接，用于对所述离子束加速。离子源腔室11生成了离子束后，离子束需要经过加速管12完成加速。一般可以通过吸引电极对离子束进行加速。

磁分选仪13与所述加速管12相连接，用于对加速后的所述离子束进行分选。磁分选仪13是对离子束进行分选的部件，一般是通过一段弧形的真空腔体和设置在腔体内壁上的一对磁铁组成。带电的离子束经过加速管12加速后会获得一定的能量。当带电的离子束在磁分选仪13的磁场内运动，并且运动方向与磁场方向垂直时，离子束中的离子就会受到洛伦兹力的影响而作圆周运动。不同的离子由于离子质量、速度、库仑电荷量的不同，其做圆周运动的半径就会不同。

在磁分选仪13中的磁场强度不变的情况下，一束离子束中的多种离子通过磁场时，能质积与电荷的比值大的离子就会向磁分选仪13远离加速管12的方向上偏离，能质积与电荷的比值较小的离子就会向磁分选仪13靠近加速管12的方向上偏离。而能质积与电荷的比值符合预设比值的离子就会从磁分选仪13中穿过。通过调节磁分选仪13的磁场强度，即可调整使离子束中的目标离子110通过磁分选仪13，而使杂质离子不能通过。

现有技术中，如图2所示，通过在磁分选仪13的侧壁上设置石墨挡板，并通过调节磁分选仪13的磁场强度，使杂质离子轰击到石墨挡板上，以使杂质离子被吸收。但离子注入设备10长时间的工作，大量的杂质离子被石墨挡板吸收，不仅会对设备造成一定程度的损坏，杂质离子轰击到石墨挡板上的同时，还会溅射出新的更多的杂质离子，影响注入到半导体器件上的离子，降低离子注入的生产质量。

因此，本申请实施例中，通过设置隔离腔室吸收杂质离子，隔离腔室可以设置在所述磁分选仪13的出口。隔离腔室的形状和尺寸可以根据实际情况确定。

具体的，如图1所示，隔离腔室可以包括第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142，第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142分别设置在所述磁分选仪13出口两侧，分别接收杂质离子。并且，第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142之间可以设定一定的缝隙，该缝隙形成供所述目标离子110通过的目标离子通道15。

通过调整磁分选仪13的磁场强度，以及第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142两者之间的缝隙大小，使杂质离子、同位素离子被第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142回收，同时使目标离子110通过目标离子通道15进入到后续的注入腔室中。

此外，所述隔离腔室靠近所述磁分选仪13的一侧设置有开关门体，该开关门体在所述离子注入设备10工作时打开，以使所述杂质离子进入到所述隔离腔室内部的开关门体。所述开关门体可以包括分别设置在所述第一隔离子腔室141靠近所述磁分选仪13一侧的第一开关门体1411和设置在所述第二隔离子腔室142靠近所述磁分选仪13一侧的第二开关门体1421。

第一开关门体1411和第二开关门体1421可以制成可伸缩式，并在注入工艺开始时打开，当杂质离子通过磁分选仪13后，就会通过第一开关门体1411和第二开关门体1421进入到第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142中。第一开关门体1411和第二开关门体1421可以在注入工艺结束后关闭。

在不同的离子注入工艺中，目标离子110的种类不同，磁分选仪13的磁场强度设置不同，目标离子110通过磁分选仪13后的运动路径会有所差别。为了调整目标离子通道15的大小，以适应不同种类的目标离子110，扩展离子注入设备10的使用范围，还可以设置与所述第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142相连接的驱动装置16。如图3所示，通过驱动装置16驱动所述第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142移动，从而调节所述目标离子通道15的大小。驱动装置16可以是伺服电机或步进电机等。

进一步的，所述离子注入设备10还可以包括与所述驱动装置16相连接的，用于接收外部指令控制所述驱动装置16运动，以使所述目标离子110可通过所述目标离子通道15的控制装置17。通过控制装置17可以设定第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142之间的距离参数，并进一步的通过驱动装置16驱动第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142运动，以使两者之间缝隙形成的目标离子通道15的大小符合离子注入的要求。一般情况下，第一隔离子腔室141和第二隔离子腔室142移动时的距离相等。

此外，所述隔离腔室内设置有用于吸收所述杂质离子的圆片或石墨挡板以及承载所述圆片或石墨挡板的载片装置。杂质离子进入到隔离腔室内后，可以被圆片或石墨挡板吸收。使得杂质离子不会被轰击到磁分选仪13上，也就不会对磁分选仪13造成损害，也不会因溅射而产生额外的杂质离子。具体的，圆片或石墨挡板可以为设置在第一隔离子腔室141中的第一圆片或石墨挡板1412，以及设置在第二隔离子腔室142中的第二圆片或石墨挡板1422。载片装置可以包括设置在第一隔离子腔室141中的第一载片装置1413，以及设置在第二隔离子腔室142中的第二载片装置1423。

为了保证目标离子110在注入操作中不会受到环境中其他粒子的干扰，离子注入设备10在进行离子注入操作时需要处于真空环境中。因此，所述隔离腔室上开设有真空抽气孔，所述离子注入设备10还包括通过所述真空抽气孔与所述隔离腔室相连接，用于对所述隔离腔室进行抽真空处理的真空泵18。通过真空泵18可以维持隔离腔室的真空环境，使得隔离腔室上开关门体的打开和关闭不会影响整体离子注入设备10的真空环境。

此外，隔离腔室上还设置有可活动的腔门，通过腔门可以对隔离腔室内部的圆片或石墨挡板进行更换，也可以对隔离腔室内部进行清理维护。具体的，腔门可以包括第一隔离子腔室141上设置的第一腔门1414和第二隔离子腔室142上设置的第二腔门1424。

综上所述，在本申请实施例中，通过在离子注入设备10的磁分选仪13的出口设置隔离腔室，可以将离子束中的杂质离子在隔离腔室中吸收，使离子束中的杂质离子不会轰击到磁分选仪13上，不会对磁分选仪13产生损害，也不会产生额外的杂质离子。杜绝杂质离子伴随目标离子110注入到半导体器件上，提高离子注入工艺中半导体器件的生产质量。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种离子注入系统，包括上述离子注入设备10，还包括注入腔室以及设置在所述注入腔室中用于承载半导体器件20的承载装置30，使得所述离子注入设备10可以将需要注入的目标离子注入到所述注入腔室中的半导体器件20上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。