半导体离子注入机的离子源头结构的制作方法

本发明涉及一种离子源头结构，且特别是涉及一种半导体离子注入机的离子源头结构。

背景技术：

离子注入机(ionimplanter)是用来在集成电路的制造过程中执行离子掺入(doping)的重要制作工艺设备，其中包括了将气体材料或固体材料转换为离子束的离子源头结构。离子源头结构包括灯丝以及阴极。灯丝与阴极两者被施予不同的电压。灯丝被加热后产生热电子(hotelectron)，通过电压差而撞击阴极进而使阴极产生更均匀分布的热电子。热电子与离子源头结构的腔室内的气体材料或固体材料相互反应而产生离子(ion)。由于灯丝与阴极之间必须具有不同的电压来提供稳定的热电子来源，因此阴极的夹具与灯丝的夹具之间必须设置绝缘组件来防止两者导通失去电压差。

然而，由于离子源头结构在运作时会放置在离子腔内，离子腔的内表面与离子源头结构的各个部件的外表面暴露于离子束的散布范围，进而在绝缘组件的表面上沉积一层带电薄膜造成绝缘组件失去绝缘的功效。因此，如何长时间的维持离子注入源头的功能性一部分的因素会是取决于绝缘体的时效性。

技术实现要素：

本发明提供一种半导体离子注入机的离子源头结构，能拉长绝缘组件被离子束所形成带电薄膜完全覆盖的时间，而降低了更换绝缘组件的设备人力成本。

本发明的一种半导体离子注入机的离子源头结构包括一灯丝、一灯丝夹具、一阴极、一阴极夹具以及一绝缘组件。灯丝夹具夹持灯丝。阴极呈一壳罩状且具有一容置空间。灯丝位于容置空间中。阴极夹具夹持阴极。绝缘组件设置于灯丝夹具与阴极夹具之间，以使灯丝夹具与阴极夹具绝缘。绝缘组件具有相对的一第一面、一第二面及位于第一面与第二面之间的一外表面，其中绝缘组件的第一面接触灯丝夹具，绝缘组件的第二面接触阴极夹具，且绝缘组件的外表面存在一段差。

在本发明的一实施例中，其中绝缘组件具有凹陷于外表面的一环形凹槽，而形成段差。

在本发明的一实施例中，其中环形凹槽形成在外表面上靠近第二面的部位。

在本发明的一实施例中，其中绝缘组件包括一第一构件与一第二构件，第一构件具有一底部与延伸自底部的一环墙，第二构件配置于底部上且位于环墙内，且第二构件的高度大于环墙的高度。

在本发明的一实施例中，其中绝缘组件的第一面位于第一构件，绝缘组件的第二面位于第二构件，环形凹槽形成于第一构件与阴极夹具之间。

在本发明的一实施例中，其中第二构件的一侧表面与环墙之间具有一间隙，且间隙连通于环形凹槽。

在本发明的一实施例中，其中绝缘组件为一体成形的结构。

在本发明的一实施例中，其中所述绝缘组件还包括一绝缘锁固环，设置于阴极夹具的一穿孔内，一锁固件分别依序穿设于绝缘锁固环、绝缘组件与灯丝夹具，且至少螺接于灯丝夹具。

在本发明的一实施例中，其中绝缘组件包括一第一构件与叠置于第一构件的一第二构件，第二构件具有一通孔，锁固环的一部分伸入于第二构件的通孔内。

在本发明的一实施例中，其中灯丝夹具具有一第一螺孔，第一构件具有对应于第一螺孔的一第二螺孔，锁固环具有对应于第二螺孔的一第三螺孔，锁固件分别锁固于第一螺孔、第二螺孔及第三螺孔。

基于上述，本发明中的半导体离子注入机的离子源头结构包括具有段差的绝缘组件被夹置于阴极夹具与灯丝夹具之间，使得半导体离子注入机的离子源头结构所产生的离子束不易布满绝缘组件的表面而产生短路问题。通过这样的设计而拉长了绝缘组件的寿命，同时降低了更换绝缘组件的设备人力成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的实施例的一种半导体离子注入机的离子源头结构的示意图；

图2是图1的半导体离子注入机的离子源头结构的分解图；

图3是图1的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的放大图；

图4是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的分解图；

图5是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的侧视图；

图6是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具在截面线a-a’的剖视图。

符号说明

100：半导体离子注入机的离子源头结构

110：腔室

111：孔洞

112：孔隙

120：灯丝

130：灯丝夹具

131：固定片

140：阴极

141：容置空间

150：阴极夹具

151：凹槽

152：穿孔

160：绝缘组件

160a：外表面

160b：环型凹槽

161：第一构件

161a：第一面

161b：底部

161c：环墙

162：第二构件

162a：第二面

162b：侧表面

162c：通孔

163：绝缘锁固环

170：锁固件

a-a’：截面线

g：间隙

r：段差

t1：第一螺孔

t2：第二螺孔

t3：第三螺孔

具体实施方式

下文列举一些实施例并配合所附的附图来进行详细地说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为了方便理解，下述说明中相同的元件将以相同之符号标示来说明。另外，关于文中所使用「包含」、「包括」、「具有」等等用语，均为开放性的用语；也就是指包含但不限于。而且，文中所提到的方向性用语，例如：「上」、「下」等，仅是用以参考附图的方向。因此，使用的方向性用语是用来说明，而并非用来限制本发明。

图1是依照本发明的实施例的一种半导体离子注入机的离子源头结构。

图2是图1的半导体离子注入机的离子源头结构的分解图。请参考图1与图2。本发明的半导体离子注入机的离子源头结构100包括一腔室110，腔室110内部适于充满气体材料或固体材料，以作为在后续的制作工艺中形成所需要的离子束。半导体离子注入机的离子源头结构100还包括了一灯丝120、一灯丝夹具130、一阴极140以及一阴极夹具150。灯丝夹具130用以夹持灯丝120并电连接于灯丝120。阴极140呈一壳罩状且具有一容置空间141，且固定于阴极夹具150的一凹槽151内。灯丝120与阴极140通过腔室110上的一孔洞111而插入腔室110当中。灯丝120通过灯丝夹具130的夹持而位于容置空间141中并与阴极140之间具有一间隔距离，使灯丝120与阴极140不会相互接触。阴极夹具150用以夹持阴极140并电连接于阴极140。灯丝120的材质例如是钨(w)，且灯丝120的外型例如是绕线结构，以使灯丝在后续的加热过程中对阴极140的加热更加均匀，但灯丝120的形态并不以此为限。

当本发明的半导体离子注入机的离子源头结构100作动时，灯丝夹具130与阴极夹具150会被施以不同的电压。灯丝120因而被导通于灯丝夹具130的电流且加热，被加热的灯丝120产生热电子，并且，由于灯丝120被施加的电压与阴极140通过阴极夹具150被施加的电压不同，热电子通过电压差而倾向于撞击阴极140产生更多且分布更均匀的热电子。热电子与腔室110内部的气体材料或固体材料相互而产生离子，而带有正电的离子通过离子加速器(图中未示出)形成离子束，并自腔室110上方的孔隙112离开以进行半导体制作工艺中的离子掺入制作工艺。

为了产生分布均匀的热电子，灯丝120与阴极140之间必须保持电压差。也就是说，灯丝120与阴极140必须保持在不相互接触的状态(即上述的间隔距离)。为了达成此状态，灯丝夹具130与阴极夹具150适于彼此固定来减少组装上的误差。然而，灯丝夹具130与阴极夹具150也必须保持在不相互接触的状态以保持两者之间的电压差，因此必须具有一绝缘组件160设置于灯丝夹具130与阴极夹具150之间，以使灯丝夹具130与阴极夹具150彼此绝缘但又保持在紧配的状态。

值得一提的是，在本实施例中，绝缘组件160的数目示出为两个，但并不以此为限，可根据半导体离子注入机的离子源头结构100的实际设计情况而具有不同数目绝缘组件160。

一般来说，半导体离子注入机的离子源头结构在运作时会位在离子腔(图中未示出)内，半导体离子注入机的离子源头结构所产生的离子束可能会沉积在离子腔的内壁与半导体离子注入机的离子源头结构的外表面，进而在绝缘组件的表面上沉积一层带电薄膜造成绝缘组件失去绝缘的功效，而使半导体离子注入机的离子源头结构失效。在本实施例中，绝缘组件160具有特殊的结构而可延长在半导体离子注入机的离子源头结构100运作时，绝缘组件160维持绝缘状态的时间，进而增加半导体离子注入机的离子源头结构100的使用寿命。以下将针对绝缘组件160的任一者的结构进行细部描述。

图3是图1的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的放大图。图4是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的分解图。图5是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具的侧视图。图6是图3的半导体离子注入机的离子源头结构的灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具在截面线a-a’的剖视图。

为了更清楚地描述灯丝夹具、绝缘组件以及阴极夹具组构关系，请参考图3至图6。在本实施例中，绝缘组件160包括了相互组合的一第一构件161与一第二构件162。如图4所示，第一构件161具有一底部161b以及自底部161b延伸的一环墙161c而形成一凹型结构。第二构件162配置为一圆筒状结构且接触第一构件161的底部161b。如图5与图6所示，第二构件162在垂直于第二面162a方向上的高度大于环墙161c在垂直于第一面161a方向的高度而凸出于第一构件161。

在本实施例中，第一构件161的相对于底面161b的一第一面161a用以接触灯丝夹具130，而第二构件162以凸出于环墙161c且平行于底面161b的一第二面162a接触阴极夹具150。由图5可清楚示出，在灯丝夹具130、绝缘组件160以及阴极夹具150相互结合时，第二构件162的一侧表面162b的部分与第一构件161的环墙161c共同形成绝缘组件160的一外表面160a，且由于第二构件162在平行于第二面162a方向上的宽度小与第一构件161的环墙161c的内表面在平行于第一面161a方向上的宽度，使得绝缘组件160的外表面160a存在一段差(stepdifference)r。换句话说，绝缘组件160会在靠近阴极夹具150处具有凹陷于外表面160a的一环型凹槽160b形成于第一构件161与阴极夹具150之间，进而形成绝缘组件160的外表面160a的段差r。

在半导体离子注入机的离子源头结构100运作期间，由腔室110上方的孔隙112被抽出的离子束会沉积于半导体离子注入机的离子源头结构100的整体的外部表面。若绝缘构件160的外表面160a被布满了带电的离子束沉积薄膜，则会使灯丝夹具130与阴极夹具150之间导通而产生短路问题，致使半导体离子注入机的离子源头结构100失效而无法使用。通过上述的段差r设计，离子束不易进入环型凹槽160b内，拉长了离子束沉积于绝缘组件160整体外表面的时间。换句话说，降低了更换绝缘组件160的频率而提高了产能。

然而，段差r的形成也可以例如是由绝缘组件160上的多个不连续的凹陷所形成。举例而言，绝缘组件160可为一体成形的结构，其中通过计算机数值控制(computernumericalcontrol；cnc)工具机在绝缘组件160形成期间，在其外表面加工成多个凹陷，制造外表面的部连续性而拉长了离子束沉积于绝缘组件160的外表面160a的时间，并不以本实施例的环型凹槽160b为限。

如图4所示，在本实施例中，绝缘组件160还包括一绝缘锁固环163，绝缘锁固环163为一凸型结构，设置于阴极夹具150的一穿孔152内，绝缘锁固环163并通过穿孔152径向上的一凸出部152a固定于穿孔152内。一锁固件170分别依序穿设于绝缘锁固环163、绝缘组件160的第二构件162、绝缘组件160的第一构件161与灯丝夹具130以及灯丝夹具130的一固定片131。

详细而言，绝缘组件160的第二构件162具有一通孔162c，绝缘锁固环163的一部分伸入第二构件162的通孔162c内。灯丝夹具130与固定片131具有第一螺孔t1，第一构件161具有对应于第一螺孔t1的一第二螺孔t2，且绝缘锁固环163内具有对应于第二螺孔t2的一第三螺孔t3。锁固件170穿设时会分别锁固第一螺孔t1、第二螺孔t2以及第三螺孔t3。在本实施例中，绝缘组件160的绝缘锁固环163、第一构件161以及第二构件162包绕锁固件170，通过绝缘组件160隔绝了灯丝夹具130与阴极夹具150通过锁固件170而彼此电连接的可能性。同时，如此紧密地配置增强了灯丝夹具130、绝缘组件160以及阴极夹具150彼此结合的锁固刚性。然而，螺孔例如可仅设置于灯丝夹具130及其固定片131，只要能确保组合的强度即可，并不以本实施例的构型为限。

另外，在本实施例中，如图6所示，第二构件162的侧表面162b在设计上可与第一构件161的环墙161c之间具有一间隙g，间隙g与环型凹槽160b之间相互连通。如此设计使离子束难以进入间隙g中，更进一步降低了离子束沉积于绝缘组件160的整体表面而造成灯丝夹具130与阴极夹具150导通的可能性。

综合上述，本发明的半导体离子注入机的离子源头结构的绝缘组件在使灯丝夹具与阴极夹具绝缘的同时，由于绝缘组件的表面存在段差，使得半导体离子注入机的离子源头结构所产生的离子束不易进入段差所形成的凹陷中，进而降低了绝缘组件的更换频率并同时降低了更换绝缘组件的设备人力成本。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。