专利名称：离子注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子注入装置，用于通过辐射离子束将离子物注 入半导体晶片等，并且特别涉及一种离子注入装置，其通过允许离子 束通过部件的通孔来形成束形状。
背景技术：
目前，离子注入装置用于将离子物注入半导体晶片。将在下文参 考图3说明离子注入装置。在此处示出的离子注入装置100被配置为具 有离子枪110、孔部件120、以及晶片保持单元130作为基本组件。
离子枪110被提供有来自离子源(未示出)的离子物，并且以离子束 115的形式将其发射。孔部件120典型地通过加工碳或者石墨制成，作 为平板形主要部件121具有在其中形成的缝状通孔122。
晶片保持单元130具有旋转台131和滑块机构(未示出)，其中， 多个硅晶片140作为处理目标由旋转台131保持。旋转台131允许被这样 保持的多个硅晶片140旋转，并且滑块机构允许旋转台131典型地以上 下往复的方式移动。
在这样配置的离子注入装置100中，允许从离子枪110发射的离子 束115穿过孔部件120的通孔122，在此期间，形成束形状。
这样形成的离子束115被顺序地照射至由晶片保持单元130旋转并
上下移动的多个硅晶片140上，从而离子物被均匀地注入到多个硅晶片
140的整个表面上。
上述孔部件120也可以被称为分解孔、束孔、缝部件等，如图4所 示，所有这些都是由具有在其中形成的缝状通孔122的平板部件组成。
目前，已经制定了这种离子注入装置的各种方案(例如，日本特 开专利公开No. H10-025178, No. Hll-149898和No. Hl 1-283552)。
已经制定了离子注入装置(未示出)的另一种方案，其中，至少 沿离子束路径放置的各种部件的表层部分是使用高纯硅形成的。在这 样配置的离子注入装置中，从沿离子束路径放置的部件可能产生出来 的作为异物的颗粒应由高纯硅组成，从而成功地防止硅晶片被污染。
上述高纯硅己经被公开为典型地由通过CVD (化学汽相沉积)沉 积在部件表面上的非晶硅、通过溅射沉积的非晶硅、以及通过外延方 法生长的硅(例如，日本特开专利公开No.H03-269940)组成。
如图5所示，在上述的离子注入装置100中，离子物的气体lll一直 停留在离子束115的周围，从而在长的使用期间，离子物典型地在孔部 件120的通孔122的内表面上形成沉积膜116。
沉积在孔部件120的通孔122的内表面上的膜116在离子束115的辐 射下可能会偶然地剥落，如图6所示，并且可能作为异物117向硅晶片 140飞散。
在这种情况下，硅晶片140可能具有在其表面上沉积的异物117， 或者可能具有由于异物117的碰撞，在硅晶片140的表面上产生的损伤， 无论如何只能放弃。
尤其对于大电流型离子注入装置(未示出)的情况，它通常组成 为出产多达13个的大量硅晶片140组的批处理系统，上述失败的发生可
能一次就浪费大量的硅晶片140。
在日本特开专利公开No. 03-269940中描述的从离子注入装置中的 部件可能生成的异物可以由硅组成，但在异物的碰撞可能损害硅晶片 的表面的问题上仍然存在期待。即使该损害能够避免，粘附在硅晶片 的表面上的硅异物可能在后面的半导体加工中导致失败。
图7和图8示出了具有覆盖通孔122的内表面和孔部件120的前表面 和后表面附近部分的涂膜123的示范性情况。
涂膜123通过硅126的热喷涂来典型地形成为100/mi左右的热喷涂 膜，其中，其表面形成为具有几微米或者更小的随机凹凸的多孔粗糙 表面。
因为离子注入装置100的孔部件120的通孔122的内表面和附近被 多孔涂膜123覆盖，如图7所示，所以稳定地停留在离子束115周围的离 子物的气体111被多孔涂膜123吸附。
结果，即使在长时间使用之后，离子物不太可能典型地沉积在通 孔122的内表面上，从而可以把由沉积层116的剥落和飞散所引起的硅 晶片140的失败防止到令人满意的程度。
然而，已经发现当涂膜123通过来自通孔122的外部的颗粒125热喷 涂形成时，热喷涂膜在通孔122的入口周围形成期望程度的厚度(例如， 30(^m)，然而在通孔122的内壁表面上形成仅期望厚度(图9C)的大 约三分之一的厚度(例如，100/im)。
这是因为通孔122的最小直径仅相当于通孔122的长度的1/2至3/5, 并且也因为只在远离通孔122 (图9B)的内壁表面(入口后深处)在颗粒 125的非常小的喷涂角度可以使用热喷涂。
也发现图9C所示的孔部件120，附接在离子注入装置100上，从而 允许离子束115通过通孔122 (图9D)，在离子源面127上的孔部件的通 孔122的入口周围以及在内壁表面(入口后深处)的热喷涂膜，在预定 长度的时间以后，由于离子束115造成的损害，显示出逐渐减少的厚度， 并最终显示出热喷涂膜(图9E)的耗尽。发现热喷涂膜仅保留在晶片 面128上的孔部件的通孔的入口周围，并且形成由离子物和热喷涂膜组 成的非定向沉积膜124。
发明内容
根据本发明，提供一种通过允许离子束通过部件的通孔形成离子 束的束形状的离子注入装置，其中，该部件在离子束入射面上的通孔 的内表面的至少一部分中，具有与离子束相对的锥面229，并且具有热 喷涂膜，形成该热喷涂膜从而覆盖包括锥面229在内的通孔的至少内表 面。
在本发明中，在允许离子束从其中通过的部件的通孔的内表面上 提供与离子束相对的锥面229，并且在包括锥面229的通孔的内表面上 形成热喷涂膜。因此，可能实现具有均匀厚度的理想的热喷涂膜的离 子注入装置。
因为热喷涂膜吸附离子束的离子物，可能在很长一段时期内避免 沉积层的剥落和随后向晶片飞散所引起的失败，从而可以改进生产率。
根据以下结合附图对某些优选实施例的描述，本发明的上述及其 它目的、优点及特征将变得更加明显，其中
图l是示出了根据本发明实施例的附接有孔部件的离子注入装置
的内部结构的纵视剖面简图2A至图2E是示出了根据本发明的实施例的孔部件的通孔的内 表面和其周围上的热喷涂膜的形成的简图，以及示意性地示出离子注 入的操作；
图3是示出了附接有传统孔部件的离子注入装置的内部结构的纵
视剖面简图4是示出了传统实例的孔部件的外观的透视图； 图5是示出了到和从传统孔部件的通孔的沉积层的产生和脱落的
纵视剖面简图6是示出了从传统孔部件脱落的异物向硅晶片飞散的状态的纵 视剖面简图7是示出了通过热喷涂至传统孔部件的通孔上的涂膜吸附离子 物的状态的纵视剖面简图8是示出了附接有传统的孔部件的离子注入装置的内部结构的 纵视剖面简图；以及
图9A至图9E是示出了传统的孔部件的通孔的内表面和其周围上
的热喷涂膜的形成的图，以及示意性地示出了离子注入的操作。
具体实施例方式
现在将在此参考说明性实施例来说明本发明。本领域技术人员将 认识到，使用本发明的教学，可完成许多替代实施例，并且本发明不 限于为说明目的而示出的实施例。
下文将参考
本发明的实施例，需要注意的是，在所有附 图中，任何相同的组件被赋予相同的参考数字符号，因此，为了简洁 将不对其进行重复解释。
本实施例的离子注入装置200是例如通过允许离子束215通过孔部 件220的通孔222来形成离子束215的束形状的装置，其中，在离子束215 入射面的通孔222的至少一部分内表面中，孔部件220具有与离子束215
相对的锥面229，并且具有涂膜223，形成该涂膜223从而至少覆盖包括 锥面229的通孔222的内表面。
本实施例的离子注入装置200也被配置为具有离子枪210、孔部 件220、以及晶片保持单元230作为基本组件，其中，离子枪210被供 应有来自离子源(未示出)的离子物，并且将其以离子束215的形式 发射。
如图1所示，晶片保持单元230具有旋转台231和滑块机构(未 示出)，其中，旋转台231允许这样被保持的多个硅晶片240旋转， 并且滑块机构允许旋转台231以典型的向上和向下的往复方式移动。
孔部件220具有平板状主要部件221，并且主要部件221典型地 通过加工碳或者石墨制成。主要部件221具有在其中形成的缝状通孔 222，其中，通孔222的内表面以及主要部件221的前表面和后表面在 通孔222周围的部分被作为多孔膜提供的涂膜223覆盖。
该涂膜223通过硅的热喷涂典型地形成大约300 /mi厚的热喷涂膜， 其中，其表面形成为具有几微米或者更小的随机凹凸的多孔粗糙表面。
更加详细地，涂膜223具有在其表面上形成的大量凹部和大量凸 部，并且具有在其中形成的大量的孔，其中，至少部分这样大量的凹 部和至少部分这样大量的孔互相连通，并且至少部分这样大量的孔的 互相连通。
此外，涂膜223的凹部、凸部和孔形成的大小为几微米或更小， 以允许离子束215的离子物的吸附，但是不影响束形状的形成。
这样形成的离子束215被顺序辐射至由晶片保持单元230旋转并 且上下移动的多个硅晶片240，从而离子物被均匀地注入到多个硅晶片
240的整个表面上。
因为本实施例的离子注入装置200的孔部件220的通孔222的内 表面和周围被多孔涂膜223覆盖，稳定地停留在离子束215周围的离 子物的气体211可以被多孔涂膜223吸附，与图7所示的相同。
作为结果，即使长时间使用后，离子物不大可能沉积在通孔222 的内表面上，从而把由于沉积膜的脱落和飞散引起的硅晶片240的失败 防止到令人满意的程度。
更好的是，涂膜223具有非定向结构，从而在其表面上形成的离 子物的沉积层也将具有非定向结构。具有这种非定向结构的沉积层表 现出层和层之间的极好的粘附性。因此，可以把沉积层剥落防止到令 人满意的程度。
上述孔部件220可以优选通过下面方法制造典型地通过加工碳 或石墨形成主要部件221，该主要部件221具有在其中形成的符合束形 状的通孔222;并且在离子束215的入射面上的通孔222的部分内表面 中，形成与离子束215相对的锥面229，并且形成通过热喷涂提供的作 为多孔膜的涂膜223，从而至少覆盖包括锥面229的通孔222的内表面。
本发明人实际制作了上述离子注入装置200的原型，并且通过我 们的实验确认，在硅晶片240上的观测颗粒的数量减少至传统水平中 的大约1/10。在实验中，计算粘附于硅晶片240的表面的颗粒的数量， 以及由于颗粒的撞击推测地产生划伤的数量。
此外，如下文所详述的，典型地通过加工碳或者石墨生产的主要 部件具有选择性自对准晶体结构，从而推测其上生长的沉积层也具有 选择性定向晶体结构，该选择性定向晶体结构表示出只有弱的层间粘 附性。
如上所述，本发明人然后用由热喷涂的硅组成的涂膜覆盖由碳或 石墨组成的主要部件，将以这种方式制造的孔部件整合到离子注入装 置中，并且用必要种类的离子束通过所述孔部件辐射晶片。
然后，每一次离子注入发生，都确认具有非定向结构的膜沉积并
且粘附到孔部件的通孔的表面上。与传统具有定向结构的沉积层相比， 这种具有非定向结构的沉积层表现出极大的层间粘附性。因此确定通
过热喷涂硅用带有非定向结构的涂膜覆盖的孔部件成功地防止了沉积 层的分离。
虽然沉积层由如上所述的碳晶体组成，但是离子物不包含碳。这 表明沉积层由从被离子束辐射的孔部件溅射出的碳以及离子物组成。
接下来，将说明本实施例的运行和效果。如果孔部件的通孔的直
径是常数，那么如图9E所示，非定向涂膜123将在入射面上被耗尽， 并且如图5和图6所示，重复引起离子物的沉积和脱离等问题，并且 脱落的碎片可能向晶片飞散来污染晶片。
由于这个原因，在孔部件的通孔的内壁上的热喷涂膜被耗尽之前， 必须用另一个具有在其上新形成的热喷涂膜的孔部件来代替。替换时 间间隔典型地可能是两周， 一直需要大的成本用于另一个具有在其上 新形成的热喷涂膜的孔部件。孔部件的替换也需要中断离子注入装置 的运行，并且这不可避免地降低了该装置的运行效率。该问题可能因 此成为阻碍降低半导体器件的制造成本的一个因素。
为了延长孔部件的替换时间间隔，本发明人开发了一种孔部件， 该孔部件能够允许热喷涂膜在通孔的内壁上生长至大于如图8中所示 的状态中的厚度(例如，100/rni)的厚度(例如，300/mi)。在图1和 图2A-图2E中显示了我们开发的一个实施例。
首先，从离子源面227至孔部件的通孔加工形成锥面229。锥面 的角度^典型地在5°至45。之间调整，优选地是10°至40°之间(图2)。 在晶片面228上的孔部件的通孔的几何形状保持常规几何形状不变。 将硅熔至液态，并且喷在孔部件的通孔的内壁和其周围上，以从而通 过粘附的热喷涂颗粒形成热喷涂膜。通过在通孔的内表面的至少一部 分，提供与离子束215相对的锥面229，在锥面内表面上的热喷涂颗粒 的入射角度可以被调整为尽量接近90° (图2B),从而可以改进热喷 涂的效率。硅现在可以被热喷涂至一定厚度(例如，300/mi)(图2C)， 该厚度大于如图9C所示给出的通孔的内表面上的厚度(例如，100pm)。
图1示出了当具有锥面229的开口的宽面指向离子源面227时， 将如图2C所示给出的孔部件示范性附接至离子注入装置。在离子注入 过程中，来自离子源的离子束215进入具有锥面229的开口的宽面， 从开口的窄面离开，并且注入到晶片。
图2D示出与孔部件相对的离子束215的辐射的细节。长时间保持 在这种状态运行将逐渐把锥面229上的热喷涂膜变薄，然而，由离子 物和热喷涂膜组成的非定向沉积膜224将在晶片面228的出口周围的 热喷涂膜上沉积(图2E)。然而，具有如图2C所示的厚度(例如， 300/im厚)大于如图9C所示的热喷涂膜的厚度(例如，100pm厚)的 热喷涂膜的孔部件可以延长热喷涂膜被耗尽的时间。当在图9C所示的 厚度较小(例如，100/mi)的热喷涂膜和厚度较大(例如，300/rni)的 膜之间作比较时，后者的热喷涂膜耗尽的时间可能延长为大约三倍(等 同于膜厚度的比率)。如果从热喷涂花费的角度来看是允许的，那么 在锥面部分上形成的热喷涂膜可以增加至400/m!。
本发明不限于上述实施例，所述实施例示出了使用硅作为组成涂 膜223的材料的示范性例子，而在不偏离本发明的精神的情况下，可 以允许采用各种其他材料作为代替，只要它们既不会污染硅晶片，也没有因此降低可靠性。例如，可以采用钨、碳、铝、氧化铝等。
显然，本发明不限于上述实施例，在不偏离本发明的范围和精神 的情况下可以对本发明作出修改和改变。
权利要求
1.一种离子注入装置，其通过允许离子束通过部件的通孔成形所述离子束的束形状，其中，所述部件在离子束的入射面的所述通孔的内表面的至少一部分中具有与所述离子束相对的锥面，并且具有热喷涂膜，所述热喷涂膜形成为至少覆盖包括所述锥面的所述通孔的内表面。
2. 如权利要求l所述的离子注入装置，其中，所述热喷涂膜是多孔膜。
3. 如权利要求2所述的离子注入装置，其中，所述多孔膜具有在其表面上形成的多个凹部以及在其中形 成的多个孔，所述多个凹部的至少一部分和所述多个孔的至少一部分 互相连通，并且所述多个孔的至少一部分互相连通。
4. 如权利要求3所述的离子注入装置，其中，形成所述多孔膜的所述凹部和所述孔的大小形成为允许所 述离子束的离子物的吸附但是不影响所述束形状的形成。
5. 如权利要求2所述的离子注入装置， 其中，所述多孔膜由涂膜组成。
6. 如权利要求l所述的离子注入装置， 其中，所述热喷涂膜包含硅作为主要成分。
7. 如权利要求l所述的离子注入装置， 其中，所述热喷涂膜包含钨作为主要成分。
8. —种通过允许离子束通过通孔来成形所述离子束的束形状的 部件，其在离子束的入射面上的所述通孔的内表面的至少一部分中具 有与所述离子束相对的锥面，并且具有热喷涂膜，所述热喷涂膜形成 为至少覆盖包括所述锥面的所述通孔的内表面。
9. 如权利要求8所述的部件，其中，所述热喷涂膜是多孔膜。
10. 如权利要求9所述的部件， 其中，所述多孔膜具有非定向结构。
11. 一种制造部件的方法，制造用于通过允许离子束通过通孔来成形所述离子束的束形状的部件，包括形成主要部件，所述主要部件具有在所述主要部件中形成的、符 合所述束形状的所述通孔；以及在离子束的入射面上的所述通孔的内表面的至少一部分中，形成 与所述离子束相对的锥面，并且通过热喷涂形成作为多孔膜给出的涂 膜，使其至少覆盖包括所述锥面的所述通孔的内表面。
12. 如权利要求ll所述的制造部件的方法，其中，作为多孔膜给出的所述涂膜具有非定向结构。
全文摘要
旨在提供一种延长下述期限的离子注入装置，即在所述期限中，可以避免由于离子物典型地到和从形成离子束的束形状的通孔的内表面的沉积和释放而导致的处理目标的失败，降低更换孔部件的频率，从而改进生产率，一种孔部件，其至少在通孔的内表面的一部分中形成束形状并具有与离子束相对的锥面，并且具有厚热喷涂膜，形成所述热喷涂膜从而覆盖通孔的内表面和内表面周围。
文档编号H01L21/265GK101373694SQ20081013087
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者池田稔, 饭田敏雄 申请人:恩益禧电子股份有限公司