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CN101730927B - 离子注入机及其内部结构及在注入机中形成涂层的方法 - Google Patents

离子注入机及其内部结构及在注入机中形成涂层的方法 Download PDF

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CN101730927B CN2008800238671A CN200880023867A CN101730927B CN 101730927 B CN101730927 B CN 101730927B CN 2008800238671 A CN2008800238671 A CN 2008800238671A CN 200880023867 A CN200880023867 A CN 200880023867A CN 101730927 B CN101730927 B CN 101730927B
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Abstract

一种离子注入机，包括处理室和涂层。处理室容纳基板，并且提供用于在基板上进行离子注入处理的空间。涂层设在处理室的内壁上以减小基板的污染，并且包括与基板相同的材料。

Description

离子注入机及其内部结构及在注入机中形成涂层的方法
技术领域
本发明涉及离子注入机、离子注入机的内部结构、及在离子注入机中形成涂层的方法。本发明尤其涉及将离子注入基板的离子注入机，离子注入机的内部结构、及在离子注入机中形成涂层的方法。
背景技术
可在半导体器件或平板显示器的制造过程中进行离子注入将离子注入基板的预定区域。例如，在半导体制造处理中进行离子注入以在半导体基板的表面部形成源/漏区。
用于执行离子注入处理的装置，即，离子注入机，包括使得源气体离子化的离子生成器、从离子生成器析出离子的离子析出器、在析出的离子中选择所需离子的离子质谱计、加速所选离子以获得预定量能量而形成离子束的加速器、调整离子束方向以使之可对设于处理室中的基板表面进行扫描的离子偏转器、支撑基板的支撑件等。
离子注入机中，例如由离子和基板的撞击产生的粒子以及未注入基板而在处理室中散射的离子之类的杂质可能会附在处理室的内壁上。该附着的杂质可能成为污染源。即，这些杂质可能离开内壁并且可能污染基板。由此，可对内壁进行清洁处理以去除所附杂质。从而，执行离子注入处理的所需的时间可能增加，由此降低离子注入处理的效率。
为了解决上述问题，可在处理室的内壁上形成喷瓷层。喷瓷层可包括氧化铝(Al2O3)或氧化钇(Y2O3)。可形成喷瓷层以使杂质容易地吸收入其中。
然而，所吸收的杂质容易腐蚀喷瓷层，而且被腐蚀的喷瓷层会产生包括铝和钇的其他杂质。从而，基板可能被包括铝和钇的杂质污染。此外，由于喷瓷层的面电阻较高，在离子注入处理过程中可能会产生电弧。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供了一种离子注入机，其能够吸收离子注入处理期间产生的杂质，并且减小基板的污染。
此外，本发明的实施例还提供了一种离子注入机的内部结构，其能够吸收离子注入处理期间产生的杂质，并且减小基板的污染。
再者，本发明的实施例还提供了一种形成离子注入机的涂层的方法，所述涂层能够吸收离子注入处理期间产生的杂质，并且减小基板的污染。
技术手段
根据本发明的一个方面，一种离子注入机，包括：处理室，提供用于容纳基板以及在所述基板上进行离子注入处理的空间；及涂层，其设在所述处理室中的内壁或内部部件的表面上以防止所述基板的污染，并且包括与设在所述处理室中的所述基板相同的材料。
本发明的一些实施例中，所述涂层具有预定的表面粗糙度。具体地，所述涂层的平均粗糙度为约4～约8μm。
本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度为约100～约1000μm。
本发明的一些实施例中，所述涂层包括硅。
根据本发明的另一方面，一种离子注入机的内部结构，包括：设在处理室中的内部部件，在所述处理室中对基板进行离子注入处理；及涂层，其设在所述内部部件的表面上，并且包括与所述基板相同的材料。
本发明的一些实施例中，所述涂层包括硅。
根据本发明的再一方面，一种在离子注入机中形成涂层的方法，包括：在处理室的内壁上形成涂层，所述涂层包括与要在所述处理室中进行离子注入的基板相同的材料；并且调整所述涂层的表面粗糙度。
本发明的一些实施例中，通过对硅粉进行熔融并且朝向所述处理室的所述内壁喷射所述熔融的硅粉来形成所述涂层。所述硅粉的纯度高于约99％，且颗粒尺寸为约30～约100μm。
本发明的一些实施例中，所述涂层的平均粗糙度为约4～8μm。
本发明的一些实施例中，在大气压力或低于大气压力之压力下形成所述涂层。
本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度为约100～约1000μm。
有益效果
根据本发明的上述实施例，可在处理室的内壁或内部部件的表面形成含硅的涂层。可增进涂层的形成率，并且涂层的厚度容易进行调整。涂层与处理室之间的附着力较之使用喷瓷层的现有技术得以增大。由于涂层由与基板相同的材料制成，因涂层造成的基板污染得以减小。由于涂层具有预定的表面粗糙度，涂层可容易地吸收离子注入处理期间产生的杂质。由于涂层的面电阻低于现有陶瓷涂层的面电阻，电弧的产生可减少。
附图说明
结合附图，参考下文的详细描述可更清楚本发明的实施例，其中：
图1为示出根据本发明实施例的离子注入机的剖视图；
图2为示出根据本发明另一实施例之离子注入机的内部结构的剖视图；
图3为示出根据本发明另一实施例的在离子注入机中形成涂层之方法的流程图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。通篇中相同的附图标记表示相同的元件。
应理解，当将元件或层称为在另一元件“上”时，其可为直接在另一元件上，或者存在居于其间的元件。与此相反，当将元件称为“直接在另一元件”时，并不存在居于其间的元件。如本文中所使用的，用语“及/或”包括一或多个相关的所列项目的任何或所有组合。
应理解，尽管本文中使用第一、第二等来描述多个元件，但这些元件并不受这些用语的限制。这些用语仅用于使一个元件与另一个区别开来。例如，第一薄膜可称为第二薄膜，类似地，第二薄膜可称为第一薄膜，而不脱离本发明教导。
本文中所使用的表述仅用于描述特定的实施例，并且并不意欲限制本发明。如本文所述，单数形式的冠词意欲包括复数形式，除非其上下文明示。还应理解，当本说明书中使用表述“包括”之时，明确说明存在所描述的部件、区域、整体、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或附加有一或多个其它部件、区域、整体、步骤、操作、元件、组件及/或它们的组合。
此外，与空间相关的表述，如“下(lower)”或“底部(bottom)”以及“上(upper)”或“顶部(top)”等，在本文中使用是为了容易地表述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。应理解，这些与空间相关的表述除图中所示方位之外，还意欲涵盖该设备在使用或工作中的不同方位。例如，若一幅图中的该设备翻转，描述为在其它元件“下”侧的设备则会确定为在其它元件的“上”侧。由此，根据图中的具体方位，该示范性的表述“在...下”可同时涵盖“在...上”与“在...下”两者。类似地，若一副图中的该设备翻转，描述为在其它元件“下方(below)”或“之下(beneath)”的设备则会确定为在其它元件“上方”。因此，示范性表述“下方”或“之下”可涵盖上方和下方这两个方位。
除非另行详细说明，本文所使用的所有术语(包括科技术语)的意思与本技术领域的技术人员所通常理解的一致。还应理解，诸如一般字典中所定义的术语应解释为与相关技术领域和本公开中的意思一致，并且不应解释为理想化的或过度刻板的含义，除非在文中另有明确定义。
对于本发明的实施例，本文中是参照本发明的理想化实施例的示意剖视图来描述的。照此，预期会产生例如因制造工艺及/或公差而造成形状上的变化。由此，本发明的实施例不应解释为将其限制成本文所示之特定区域的形状，还应包括，例如因制造而导致的形状偏差。例如，示为或描述为平的区域一般会有粗糙及/或非线性的特征。此外，所示的锐角可为圆角。由此，图中所示的区域的本质是示意性的，并且其形状并不意欲示出部件区域的精确形状，也不意欲限制本发明的范围。
图1为示出根据本发明实施例的离子注入机的剖视图。
参考图1，离子注入机100包括处理室110、支撑件120、及涂层130。
处理室110可容纳基板10，并且提供用于对基板10进行离子注入处理的空间。基板10可为形成半导体器件的半导体基板，或者为用于形成平板显示装置的玻璃基板。基板10可为硅基板或者为由含硅材料制成的基板。处理室110具有开孔112，离子经由开孔112从离子源导入处理室110中。
支撑件120位于处理室120中开孔112的对面。支撑件120对基板10进行支撑以使得基板10的表面朝向开孔112。
尽管图中未示，处理室110中可放置内衬、隔板、屏蔽环之类的内部部件。
涂层130可设在处理室110的内壁上。此外，涂层130可设在支撑件120及内部部件的表面上。涂层130可包括和基板10相同的材料。例如，涂层130可包括纯度高于约99％的硅。该硅的附着力可大于陶瓷材料的附着力。由此，涂层130可牢固地固定在处理室110的内壁上，从而不会从处理室110的内壁上掉落。
大多数的离子在离子注入处理期间被注入基板10。然而，一些离子会在处理室中散射。散射离子会撞击内壁上的涂层130，硅粒子之类的杂质由此会从涂层130掉落至基板10的表面。然而，由于涂层130由和基板10相同的材料制成，基板10不会被来自涂层130的硅粒子所污染。
此外，涂层130可具有预定的表面粗糙度。例如，涂层130的平均粗糙度为约4～约8μm。具体地，涂层130的平均粗糙度为约4～约6μm。当涂层130的平均粗糙度大于约8μm时，涂层130会从内壁上脱落，并且涂层130的脱落部分会掉在基板10上。
由于涂层130具有预定的表面粗糙度，涂层130可容易地吸收包括散射离子以及离子与基板10之间撞击所产生之基板组分在内的杂质。由此，因所述杂质造成的污染得以减小。
涂层130的厚度可为约100～约1000μm。具体地，涂层130的厚度为约400～约600μm。当涂层130的厚度小于100μm时，难以调整涂层130的厚度。此外，当涂层130的厚度大于1000μm时，会增加形成涂层130所需的时间。
尽管图中未示，离子源可经由处理室110的开孔112将离子提供到基板10中。离子源可包括由源气体生成离子的离子生成器、从离子生成器析出离子并形成离子束的离子析出器、将离子析出器所形成之离子束的极性从正转换为负的电荷交换器、从负离子束中选择特定离子的质量分析器、对由所述特定离子构成的负离子束进行加速并将所述负离子束转换为正离子束的加速器、将由加速器加速的正离子束聚焦在基板10上的聚焦磁铁、对从所述聚焦磁体出射之聚焦离子束的方向进行调整的离子偏转器、对所述离子束的离子电流进行测量的离子电流测量部等。
离子生成器可为电弧放电型离子生成器。电弧放电型离子生成器可包括电弧室和灯丝。源气体与从灯丝释放出来的热电子撞击以生成离子。此外，也可使用射频型、双等离子管型、冷阴极型、溅射型、潘宁电离型等多种类型的离子生成器。
电荷交换器包括用作电子供给材料的固态镁和加热器。加热器将固态镁加热至约450℃，从而所述固态镁生成气态的镁分子。由离子析出器析出的离子束与气态镁分子撞击。然后，所述离子束从气态镁分子接收电子，并且随之获取负的净电荷。
质量分析器从负离子束选择特定的离子。然后将由所述特定离子构成的负离子束指向加速器。
聚焦磁铁将由加速器加速的离子束聚焦在基板10上。离子偏转器可对聚焦离子束的方向进行调整，从而所述聚焦离子束可对整个基板10进行扫描。
图2为示出根据本发明另一实施例之离子注入机的内部结构的剖视图。
参考图2，离子注入机的内部结构200包括内部部件210及涂层220。
内部部件210可设在处理室(未示)中。处理室可容纳基板，并且提供用于对基板进行离子注入处理的空间。基板可为形成半导体器件的半导体基板，或者为用于形成平板显示装置的玻璃基板。基板可为硅基板或者为由含硅材料制成的基板。内部部件210的示例包括处理室的内衬，隔板，屏蔽环等。可设置处理室内衬以防止离子或导入处理室的源气体对处理室造成损坏。屏蔽环可设在其上放置基板的支撑件的边缘部上，以防止离子或源气体对支撑件造成损坏。内部部件210的另一例子包括处理室的内壁。
涂层220可设在内部部件210的表面上。例如，涂层220可设在处理室的内衬、隔板、屏蔽环、及内壁的表面上。
由于涂层220与业已参考图1描述的涂层130类似，因此省略了其进一步的详细描述。
内部结构200可设在处理室中，并且可减小对支撑件和处理室的损坏。此外，内部结构200可减小基底的污染。
图3为示出根据本发明另一实施例的在离子注入机中形成涂层之方法的流程图。
参考图1～3，在步骤S 100中，在离子注入机100处理室110的内壁或内部部件的表面上形成涂层130。
该涂层130包括与在处理室110中受到离子注入处理的基板10相同的材料。例如，涂层130可包括硅。
具体地，可制备硅粉。硅粉的纯度高于约99％，且颗粒尺寸为约30～约100μm。使用高温等离子体火焰对硅粉进行熔融。所述等离子体火焰的温度为约5000～约15000℃。
当硅粉的颗粒尺寸小于约30μm时，难以将硅粉提供到用于生成等离子火焰体的等离子体枪中。此外，当硅粉的颗粒尺寸大于约100μm时，难以用等离子体火焰使硅粉充分熔融，由此可能产生未熔融的硅粉。未熔融的硅块在处理室110中可能成为污染源。
将熔融的硅粉朝向处理室110的内壁或内部部件喷射。
例如，使用高压气体高速喷射熔融的硅粉。例如，可使用净化气体或惰性气体来喷射熔融的硅粉。可以约200～约700m/s的速度来喷射熔融的硅粉。该熔融的硅粉的附着力较大，且可牢固地附着在处理室110的内壁或内部部件上。由此，涂层130不会从处理室110的内壁或内部部件上脱离。
可在大气压力或低于大气压力之压力的环境下进行对硅粉进行熔融并且喷射熔融的硅粉以形成涂层130的步骤。
如前所述，由于涂层130通过对硅粉进行熔融并且喷射熔融的硅粉而形成，形成涂层130所需的时间得以减少，并且可容易地调整涂层130的厚度。
涂层130的厚度可为约100～约1000μm。具体地，涂层130的厚度为约400～约600μm。此外，涂层130的孔隙率为约2～10％。
当涂层130的孔隙率小于2％时，涂层130不耐受热冲击，并且离子注入处理期间会发生碎裂。此外，当涂层130的孔隙率大于10％时，涂层130会脱落，并且涂层130的脱落部分会掉在基板10上，从而称为污染源。
步骤S200中，对涂层130进行研磨或抛光以调整涂层130的表面粗糙度。
可进行研磨或抛光步骤直至涂层130具有预定的表面粗糙度。例如，可进行研磨或抛光步骤直至涂层130的平均粗糙度为约4～约8μm。具体地，进行研磨或抛光步骤直至涂层130的平均粗糙度为约4～约6μm。由此，涂层130可容易地吸收包括在处理室110中散射的离子以及在离子注入处理过程中离子和基板10之间撞击所产生之基板组分在内的杂质，藉此防止所述杂质污染基板10。
使用包括氧化铝的无纺织物对涂层130进行研磨。然而，当通过对熔融的硅粉进行喷射而形成的涂层130基本具有预定的表面粗糙度时，研磨步骤不是必须的。
同时，在内部部件上形成涂层220的方法与业已参考图3描述之在离子注入机中形成涂层之方法类似。
工业可应用性
根据本发明的上述实施例，可在处理室的内壁或内部部件的表面形成含硅的涂层。可增进涂层的形成率，并且涂层的厚度容易进行调整。涂层与处理室之间的附着力较之使用喷瓷层的现有技术得以增大。由于涂层由与基板相同的材料制成，因涂层造成的基板污染得以减小。由于涂层具有预定的表面粗糙度，涂层可容易地吸收离子注入处理期间产生的杂质。由于涂层的面电阻低于现有陶瓷涂层的面电阻，电弧的产生可减少。
尽管业已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (5)

1.一种离子注入机，包括
处理室，提供用于容纳基板以及在所述基板上进行离子注入处理的空间；及
涂层，其设在所述处理室中的内壁或内部部件的表面上以防止所述基板的污染，并且包括与设在所述处理室中的所述基板相同的材料，所述涂层包括硅；
其中所述涂层的厚度为100～1000μm并且所述涂层的平均粗糙度为4～8μm，所述涂层的孔隙率为2～10％。
2.一种离子注入机的内部结构，包括：
设在处理室中的内部部件，在所述处理室中对基板进行离子注入处理；及
涂层，其设在所述内部部件的表面上，并且包括与所述基板相同的材料，所述涂层包括硅；
其中所述涂层的厚度为100～1000μm并且所述涂层的平均粗糙度为4～8μm，所述涂层的孔隙率为2～10％。
3.一种在离子注入机中形成涂层的方法，包括：
在处理室的内壁上形成涂层，所述涂层包括与要在所述处理室中进行离子注入的基板相同的材料，其中所述涂层的厚度为100～1000μm；并且
调整所述涂层的表面粗糙度；
其中所述涂层的平均粗糙度为4～8μm，所述涂层的孔隙率为2～10％，并且
形成所述涂层包括：对硅粉进行熔融；并且朝向所述处理室的所述内壁喷射所述熔融的硅粉。
4.如权利要求3所述的方法，所述硅粉的纯度高于99％，且颗粒尺寸为30～100μm。
5.如权利要求3所述的方法，其中在大气压力或低于大气压力之压力下进行所述形成涂层。
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