[发明专利]离子植入机

说明书

本发明涉及半导体设备制造技术领域，公开了一种离子植入机，其中离子植入机包括：离子源结构，离子源结构所采用的离子源为电感耦合等离子体源；分析磁体，与离子源结构连接，能够接收离子源结构提供的植入离子束，并分离得到植入离子束；价态转换装置，与分析磁体连接，能够接收从分析磁体出射的植入离子束，并对植入离子束中离子的价态进行转化。本发明提供的离子植入机的离子源结构通过电感耦合等离子技术形成需要植入的等离子体。由于在离子源结构的整个工作过程中不需要金属器件参与，因此从源头减少了金属离子的产生。并且通过价态转换装置能够对植入离子束中的离子的价态进行转化，从而提高离子植入机的适用性。

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别涉及一种离子植入机以及离子植入方法。

背景技术

目前，离子植入机广泛应用于半导体器件的生产制造，能够通过在晶圆中掺杂少量杂质，使得晶圆的结构和导电率发生改变，通常掺入的杂质为IIIA族和VA族的元素。离子植入机通过离子源结构产生特定价态的等离子体，并形成离子束，离子束经过选择和加速最终轰击到晶圆上，从而实现特定离子的植入。

然而，在离子源结构产生等离子体的过程中，可能会引入其他离子，常见的杂质离子为金属离子。这些金属离子会混杂在离子束中，从而造成金属污染，影响半导体器件的性能。

并且，一些半导体器件例如CMOS图像传感器等，对于金属污染极为敏感，因此减少离子植入过程中形成的金属污染成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种离子植入机，能够大幅降低植入离子束中可能混杂金属离子的含量，从而减少金属污染。

根据本发明，通过改变离子植入机中的离子源结构，通过电感耦合等离子技术从源头上大幅降低产生的金属离子，并由价态装化装置对离子的价态进行调节，从而既能够减少在离子植入时晶圆表面形成的金属沾污，又能够提高离子植入机的适用性。

具体地，本发明提供的一种离子植入机，包括：离子源结构，离子源结构所采用的离子源为电感耦合等离子体源；分析磁体，与离子源结构连接，能够接收离子源结构提供的离子束，并分离得到植入离子束；价态转换装置，与分析磁体连接，能够接收从分析磁体出射的植入离子束，并对植入离子束中离子的价态进行转化。

相较于现有技术而言，本发明提供的离子植入机的离子源结构通过电感耦合等离子技术形成需要植入的离子。由于在离子源结构的整个工作过程中不需要金属器件参与，因此从源头减少了金属离子的产生。并且，价态转换装置能够对植入离子束中的离子的价态进行转化，使离子的价态满足不同的植入需要，从而提高离子植入机的适用性。

作为优选，离子源结构包括解离腔，解离腔内形成有覆盖解离腔内壁的石墨保护层。

在解离腔的侧壁上设置不同的开孔，并通过各个开孔分别向解离腔内通入或排出气体，从而能够通过电感耦合等离子技术产生等离子体。惰性气体进口用于向解离腔内通入惰性气体，能够通过惰性气体离子和电子快速震荡从而形成高温环境。植入气体进口用于向解离腔内通入包含需要植入杂质的植入气体。排气口用于将解离腔内多余的气体排出，并调节解离腔内的压强。离子出口使得从解离腔离开的等离子体形成离子束。考虑到离子植入机的解离腔需要采用金属材料制成，因此需要在解离腔的内侧壁上包覆石墨保护层，防止离子源结构产生的离子或电子撞击在解离腔的侧壁而产生金属离子，既能保护解离腔，又能减少金属离子产生。

进一步地，作为优选，离子植入机还包括炬管和高频线圈，炬管的材料为介电材料，炬管固定安装在解离腔内；高频线圈包绕炬管的外侧壁设置。

高频线圈能够施加射频电压，在射频电压的诱导下，惰性气体离子和电子快速震荡而产生高温，从而使植入气体分子失去电子而解离成离子。并且惰性气体具有一定的冷却效果，能够保护炬管，降低高温对炬管的损伤。