專利名稱：離子注入機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制作技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大面積、多功能離子注入設(shè)備，具體地說(shuō)是一種離子注入機(jī)。
背景技術(shù)：
目前離子注入機(jī)一般由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成1、離子源系統(tǒng)；2、離子的引出和加速系統(tǒng)；3、質(zhì)量分析系統(tǒng)；4、離子束聚焦和掃描系統(tǒng)；5、靶室系統(tǒng)；6、真空系統(tǒng)。在離子源中產(chǎn)生的離子，經(jīng)引出電極引出后，進(jìn)入加速系統(tǒng)。加速系統(tǒng)將離子加速，然后離子進(jìn)入質(zhì)量分析系統(tǒng)，分離出需要的離子后，再經(jīng)聚焦和掃描系統(tǒng)，最后離子到達(dá)靶室內(nèi)的樣品上。為了使離子注入得到最佳的均勻性，整個(gè)系統(tǒng)必須保持真空，以避免離子的中性化和外來(lái)原子或離子對(duì)注入的影響。
這種離子注入機(jī)主要應(yīng)用于IC制造領(lǐng)域，它注入的離子純度高、均勻性好、注入劑量和注入深度控制精確，但相對(duì)也有一些不足之處1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴；2基片尺寸受到限制，難以做到大面積注入；3、注入后需要雜質(zhì)活化，活化溫度較高，一般在600度以上。
多晶硅薄膜晶體管P-Si TFT是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，它的工藝過(guò)程和IC制造有相近之處，也需要注入P+和B+，在源、漏形成良好的歐姆接觸。P-Si TFT的基板使用的是玻璃，這就決定其工藝溫度不能太高，一般低于550度；基板面積很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅片尺寸。這些要求一般的離子注入機(jī)已不能滿足P-Si TFT行業(yè)的需要。
多晶硅薄膜晶體管P-Si TFT除了使用玻璃基板及面積較大這兩項(xiàng)特點(diǎn)外，其對(duì)離子注入的要求與IC相比還有一些不同之處。1、P-Si薄膜的厚度通常在50nm～100nm，因此注入深度遠(yuǎn)比硅片上的深度要小，離子的能量可以遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的離子注入；2、注入離子的目的是在源、漏區(qū)域形成歐姆接觸，對(duì)均勻性和離子純度方面的要求較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上多晶硅薄膜晶體管P-SiTFT特點(diǎn)和制作要求，在離子注入的基礎(chǔ)上，增加了等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相淀積PECVD和等離子刻蝕功能，目的是提供了一種適合于P-Si TFT離子注入的離子注入機(jī)。
本發(fā)明針對(duì)P-SiTFT離子注入的特點(diǎn)，采取了離子通量注入的方式。這種方式取消了現(xiàn)有技術(shù)中質(zhì)量分析系統(tǒng)、離子束聚焦和掃描系統(tǒng)。以注入磷離子為例，在0.3～0.6Pa的工作真空度下，以PH3氣體為離子源，用射頻RF方式產(chǎn)生等離子體。產(chǎn)生的離子在經(jīng)過(guò)引出電極引出和加速電極加速后，不經(jīng)過(guò)質(zhì)量分離，直接注入到基板上。注入的離子中既有P+，也有H+、PH+、PH2+等離子。由于沒(méi)有質(zhì)量分離，注入電流密度很大，導(dǎo)致基板升溫較高。所以，即使襯底溫度只有300℃，也能在注入的同時(shí)就完成雜質(zhì)的活化。
另外，本發(fā)明在離子注入的基礎(chǔ)上增加了等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相淀積PECVD和等離子刻蝕功能。PECVD和等離子刻蝕的工作真空度一般在幾十帕，已超出分子泵的工作范圍，因此發(fā)明另采用一大排量的機(jī)械泵作為PECVD和等離子刻蝕的工作真空泵。等離子體的產(chǎn)生仍然采取RF方式，RF電極板的位置可以上下伸縮，以便與下基板保持合適距離，同時(shí)加速電極相應(yīng)卸下。
本發(fā)明的PECVD方式主要用來(lái)生長(zhǎng)a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜，相應(yīng)使用的氣體是SiH4、PH3、N2O、NH3；等離子刻蝕的功能主要是刻蝕a-Si、n+a-Si、SiOx、SiNx薄膜以及光刻膠的等離子灰化，使用的氣體是SF6和O2。襯底加熱采用5路控溫方式，充分保證了襯底溫度的均勻性。
本發(fā)明包含有真空室，抽氣裝置，氣路部分，電控制器。
本發(fā)明的氣路部分通過(guò)配氣截止閥同真空室連接，向真空室運(yùn)送氣態(tài)離子。抽氣裝置通過(guò)角閥和閘板閥同真空室連接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。電控制器連接所有的用電部件，作為本實(shí)用新型的的電源。
本發(fā)明的真空室內(nèi)上下排布四層網(wǎng)狀金屬電極，作為本實(shí)用新型的引出電極、加速電極、減速電極和接地電極。這些電極也構(gòu)成了真空室內(nèi)的勻氣室，使氣態(tài)離子進(jìn)入真空室后均勻分散，向基板方向運(yùn)動(dòng)。引出電極、加速電極、減速電極和接地電極連接有液壓裝置，通過(guò)液壓裝置控制電極升降，使由電極構(gòu)成的勻氣室也可升降和改變勻氣空間。真空室的真空度由真空規(guī)管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由電控制器啟動(dòng)或關(guān)閉真空泵?；逶诮拥仉姌O的下方，基板襯底采用5路電阻絲加熱，以保證溫度均勻性。
抽氣裝置由兩個(gè)機(jī)械泵，一個(gè)分子泵，角閥，薄膜規(guī)，電磁閥，閘板閥組成。一個(gè)小排量機(jī)械泵作為分子泵的前級(jí)，與真空室連接處用角閥控制抽速；對(duì)于高真空度，用分子泵獲得，與真空室連接處用閘板閥控制抽速。另一個(gè)大排量機(jī)械泵串接在分子泵上，在PECVD和等離子刻蝕工作時(shí)使用，由電磁閥控制其工作狀態(tài)。
氣路部分包括流量計(jì)，混氣室，配氣截止閥，電磁閥，通氣管。根據(jù)注入氣態(tài)離子的種類，分成若干氣路，每個(gè)氣路輸送一種氣體。每一氣路有一流量計(jì)和電磁閥，用通氣管連接。所有氣路的氣體在混氣室中混合后，經(jīng)配氣截止閥進(jìn)入真空室內(nèi)。
本發(fā)明被注入的氣體通過(guò)氣路，輸送到真空室真空室。氣體從真空室上端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)勻氣裝置進(jìn)入真空室。等離子體采用射頻方式產(chǎn)生，電極由勻氣室充當(dāng)。勻氣室可以升降。真空室中上下排布4層網(wǎng)狀金屬電極，充當(dāng)?shù)入x子注入的加速電壓。氣體經(jīng)射頻方式產(chǎn)生等離子體，在電極間分散、加速，到達(dá)基板上的襯底，完成離子注入過(guò)程。
本發(fā)明采取離子通量注入的方式，省去了現(xiàn)有技術(shù)中質(zhì)量分析系統(tǒng)、離子束聚焦和掃描系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以大面積的離子注入。在抽氣裝置上增加大排量機(jī)械泵，使本發(fā)明可以用作化學(xué)氣相淀積PECVD和等離子刻蝕。


圖1是本發(fā)明的真空室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，也是說(shuō)明書(shū)摘要附圖。
圖中，1.氣體，2.等離子體，3.離子，4.玻璃基板，5.抽氣裝置，6.引出電極，7.加速電極，8.減速電極，9.接地電極，10.射頻電源，11.流量計(jì)，12.混氣室，13.配氣截止閥，14.真空規(guī)管，15.真空室，16.充氣閥，17.角閥，18.閘板閥，19.薄膜規(guī)，20.分子泵，21.小排量機(jī)械泵，22.大排量機(jī)械泵，23、24.電磁閥具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，以PH3、B2H6為注入離子源說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
本發(fā)明的真空室15采用圓筒形結(jié)構(gòu)，上開(kāi)蓋，有液壓裝置控制升降。真空室15的腔體為雙層水冷，內(nèi)襯軟鐵和鉛皮，以降低輻射強(qiáng)度。氣體1從上端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)勻氣裝置進(jìn)入真空室15。等離子體2采用射頻方式產(chǎn)生，由射頻電源10提供射頻信號(hào)，電極由勻氣室充當(dāng)。等離子體2經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀的引出電極6、加速電極7、減速電極8和接地電極9加速，使離子3最后注入到勻熱后的玻璃基板4上由抽氣裝置5保證真空室15穩(wěn)定的氣體環(huán)境。。真空室15內(nèi)接有真空規(guī)管14，用真空規(guī)管14監(jiān)測(cè)真空室15內(nèi)的真空度，根據(jù)真空規(guī)管14監(jiān)測(cè)的真空度，決定抽氣裝置5的工作過(guò)程。襯底真空度為1×10-4Pa，最大注入面積為300×400mm，最高襯底溫度為550℃，襯底溫度均勻性為±5℃。
抽氣裝置5有兩個(gè)機(jī)械泵21、22和一個(gè)分子泵20，一個(gè)機(jī)械泵21作為分子泵20的前極，另一個(gè)大排量的機(jī)械泵22在PECVD和等離子刻蝕時(shí)使用，機(jī)械泵21與真空室15連接處用兩個(gè)角閥17控制抽速。高真空由分子泵20完成，分子泵20泵口與真空室15連接處用閘板閥18控制抽速。在機(jī)械泵22與分子泵20之間，設(shè)置一個(gè)電磁閥23。
以PH3、B2H6為注入離子源，氣路總共有8條，分別為PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar氣。管路采用1/4英寸內(nèi)拋光不繡鋼管，氣體流量控制采用質(zhì)量流量計(jì)11、氣動(dòng)閥、電磁閥24、球閥控制。8條氣路最后匯成1路，經(jīng)過(guò)混氣室12進(jìn)入真空室15。
電控制器主要有以下幾部分射頻電源10、高壓直流電源、質(zhì)量流量計(jì)電源、分子泵電源、真空室15升降控制電源等。其中射頻電源和高壓直流電源為獨(dú)立的電源柜，其它部分組合在一個(gè)電源柜內(nèi)。射頻RF最大功率為2000W，電極最大加速電壓為直流30KV。
由上述設(shè)備和條件，注入離子的均勻性大于90％。
本發(fā)明可用于化學(xué)氣相淀積PECVD。做化學(xué)氣相淀積PECVD時(shí)，在離子注入基礎(chǔ)上，卸下4層金屬電極，并將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，離子在勻熱后的玻璃基板4上沉積形成薄膜。PECVD成膜均勻性大于90％。
本發(fā)明可用于等離子刻蝕。在做等離子刻蝕時(shí)，在離子注入基礎(chǔ)上，卸下4層金屬電極，并將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，采用SF6啟輝刻蝕薄膜，采用O2啟輝灰化光刻膠。等離子刻蝕均勻性大于90％。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)包含有真空室(15)、抽氣裝置(5)、氣路部分、電控制器，其特征是氣路部分通過(guò)配氣截止閥(13)同真空室(15)連接，向真空室運(yùn)送氣態(tài)離子；抽氣裝置(5)通過(guò)角閥(17)和閘板閥(18)同真空室(15)連接，利用真空泵使真空室(15)保持一定的真空度；電控制器連接所有的用電部件，作為本實(shí)用新型的的電源；玻璃基板(4)在接地電極(9)的下方，基板襯底采用5路電阻絲加熱，保證溫度均勻性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是所述的真空室(15)內(nèi)上下排布四層網(wǎng)狀金屬電極，作為本引出電極(6)、加速電極(7)、減速電極(8)和接地電極(9)；這些電極也構(gòu)成了真空室內(nèi)的勻氣室，使氣態(tài)離子進(jìn)入真空室后均勻分散，向基板方向運(yùn)動(dòng)；抽氣裝置(5)由兩個(gè)機(jī)械泵(21)、(22)，分子泵(20)，角閥(17)，薄膜規(guī)(19)，電磁閥(23)，閘板閥(18)組成，小排量機(jī)械泵(21)作為分子泵的前級(jí)，與真空室(15)連接處用角閥(17)控制抽速；對(duì)于高真空度，用分子泵(20)獲得，與真空室(15)連接處用閘板閥(18)控制抽速，大排量機(jī)械泵(22)串接在分子泵(20)上；氣路部分包括流量計(jì)(11)、混氣室(13)、配氣截止閥(13)、電磁閥(24)、通氣管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是引出電極(6)、加速電極(7)、減速電極(8)和接地電極(9)連接有液壓裝置，通過(guò)液壓裝置控制電極升降，使由上述電極構(gòu)成的勻氣室即可升降和又可改變勻氣空間；真空室(15)的真空度由真空規(guī)管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由電控制器啟動(dòng)或關(guān)閉真空泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是注入氣體的氣路，每個(gè)氣路輸送一種氣體，每一氣路有一流量計(jì)(11)和電磁閥(24)，用通氣管連接，所有氣路的氣體在混氣室(12)中混合后，經(jīng)配氣截止閥(13)進(jìn)入真空室(15)內(nèi)。
5.、根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是電控制器主要由射頻電源(10)、高壓直流電源、質(zhì)量流量計(jì)(11)電源、分子泵(20)電源、真空室(15)升降控制電源組成，其中射頻電源(10)和高壓直流電源為獨(dú)立的電源柜，其它部分組合在一個(gè)電源柜內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是射頻RF最大功率為2000W，電極最大加速電壓為直流30KV。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是真空室(15)采用圓筒形結(jié)構(gòu)，上開(kāi)蓋，有液壓裝置控制升降，真空室(15)的腔體為雙層水冷，內(nèi)襯軟鐵和鉛皮，等離子體(2)采用射頻方式產(chǎn)生，由射頻電源(10)提供射頻信號(hào)，電極由勻氣室充當(dāng)；機(jī)械泵(21)作為分子泵(20)的前極，大排量的機(jī)械泵(22)在PECVD和等離子刻蝕時(shí)使用，在機(jī)械泵(22)與分子泵(20)之間，設(shè)置一個(gè)電磁閥(23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是以PH3、B2H6為注入離子源，氣路總共有8條，分別為PH3、B2H6、SiH4、NH3、N2O、SF6、O2和Ar氣，8條氣路最后匯成1路，經(jīng)過(guò)混氣室(12)進(jìn)入真空室(15)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是在離子注入基礎(chǔ)上，卸下4層金屬電極，并將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，離子在勻熱后的玻璃基板4上沉積形成薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)，其特征是在做等離子刻蝕時(shí)，在離子注入基礎(chǔ)上，卸下4層金屬電極，并將勻氣室降到合適的高度，由射頻方式啟輝，采用SF6啟輝刻蝕薄膜，采用O2啟輝灰化光刻膠。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制作技術(shù)領(lǐng)域，是一種多晶硅薄膜晶體管離子注入機(jī)。本發(fā)明包含有真空室，抽氣裝置，氣路部分，電控制器。本發(fā)明的氣路部分通過(guò)配氣截止閥同真空室連接，向真空室運(yùn)送所要注入的氣體。抽氣裝置通過(guò)角閥和閘板閥同真空室連接，利用真空泵使真空室保持一定的真空度。電控制器連接所有的用電部件，作為本發(fā)明的電源。本發(fā)明采取離子通量注入的方式，省去了現(xiàn)有技術(shù)中質(zhì)量分析系統(tǒng)、離子束聚焦和掃描系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以大面積的離子注入。在抽氣裝置上增加大排量機(jī)械泵，使本發(fā)明可以用作化學(xué)氣相淀積PECVD和等離子刻蝕。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1547240SQ20031011589
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者付國(guó)柱, 邵喜斌, 荊海, 廖燕平, 高文濤, 史輝琨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研