一种微波等离子体喷枪的制作方法

本发明一般涉及半导体加工设备领域，尤其涉及一种用于离子注入机的微波等离子体喷枪。

背景技术：

1、集成电路制造工艺中，离子注入是一种重要的掺杂技术。当代制造大规模集成电路中，离子注入是一种必不可少的工序。离子注入的原理是，将原子或分子经过电离后形成等离子体；等离子体中的离子带有一定量的电荷，可通过电场对离子或等离子体进行加速，并利用磁场使其运动方向改变，从而控制离子以一定的能量进入硅片内部，以达到掺杂的目的。

2、在离子注入过程中，带有电荷的离子被射入硅片以后，会在硅片表面积累电荷，产生静电高压，严重时会破坏在硅片上已经制作的器件。为解决此问题，离子注入机使用了等离子体喷枪，并将等离子体喷枪设置在硅片前方离子束流经过的路径上，使由等离子体喷枪喷射的电子在离子束空间电荷的吸引下到达硅片表面，对硅片表面积累的正电荷实现中和。传统的等离子体喷枪设置有封闭的电弧室，将惰性气体送入电弧室，在电弧室中灯丝发射的电子使气体原子或分子电离并产生等离子体。电弧室开设有面向离子束的开口，当经过电弧室附近的带正电荷的离子束的电势大于电弧室的电势时，电弧室内的等离子体中的低能电子被电场吸引从开口喷出。从开口喷射出来的低能电子与带正电荷的离子束相互作用，使得离子束的空间电荷被中和，减弱了离子束因空间电荷而引起的发散，同时跟随离子束到达硅片表面的电子中和其上积累的正电荷，保护硅片上的器件免受静电高压所造成的损坏。

3、但是，腔体金属污染对半导体器件是非常有害的，特别是某些器件(如cis、cmos图像传感器)对金属污染相当敏感，极其微量的金属污染都将导致器件的性能退化甚至失效。由于传统的等离子体喷枪采用金属灯丝(一般是钨丝)激发等离子体，不可避免地会引入一定量的金属污染，因此对无金属污染的等离子体喷枪的需求变得相当迫切。为解决这一技术问题，可以采用无灯丝等离子体喷枪，例如通过微波激发等离子体。然而，微波激发方式存在着电子发射分布不均匀的问题。当微波通过一个端面进入电弧室时，会出现散发式发射，其角度、密度的分布不均匀。另外，微波功率在从射入端到远端传导的过程中存在指数衰减，会在电弧室内出现功率分布不均匀。上述诸多问题都会造成在电弧室内产生的等离子体密度不均匀，最终导致从开口喷射的电子分布不均匀。

4、因此，需要一种既能降低金属污染又能使所喷射的电子分布均匀的等离子体喷枪，以此满足离子注入工艺的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种微波等离子体喷枪，其不仅可以大大降低金属污染，以满足对超低金属污染的需求，而且其提供的电子分布均匀，能够更好地实现电荷中和。

2、依据本发明的技术方案，本发明提供一种微波等离子体喷枪。该微波等离子体喷枪包括：微波发生器；波导组件，用于传输微波发生器产生的微波；等离子体腔室，该等离子体腔室的第一侧设置有开口，在该等离子体腔室内微波作用于工作气体以产生等离子体；工作气体供给装置，用于向等离子体腔室提供工作气体；介质管，具有开口端和封闭端，开口端设置在等离子体腔室的外部并连接至波导组件，封闭端设置在等离子体腔室的内部；导电杆，该导电杆共轴地设置在介质管的内腔，导电杆的第一端延伸至介质管的开口端，导电杆的第二端延伸至介质管的封闭端。

3、优选地，介质管贯穿等离子体腔室的第一端部，封闭端延伸至等离子体腔室的与第一端部相对的第二端部处。

4、进一步地，该第二端部的中心部设置有凹部，该凹部内收纳介质管的封闭端。

5、优选地，介质管在等离子体腔室的外部延伸的部分由导电管包裹。

6、优选地，等离子体腔室的开口为一条狭缝，该狭缝的长度方向与介质管在等离子体腔室内的长度方向一致。

7、优选地，波导组件包括矩形波导和波导转换器，该波导转换器用于将在矩形波导中传输的电磁波模式转换成在同轴波导中传输的电磁波模式。

8、优选地，等离子体腔室的外部设置有磁性装置，该磁性装置用于形成会切磁场。

9、进一步地，该磁性装置包括永磁体和导磁材料，其中永磁体布置在等离子体腔室的第二侧和第三侧上，导磁材料包裹永磁体的外侧。

10、优选地，等离子体腔室的内壁可拆卸地设置有防护板，该防护板覆盖等离子体腔室的内表面。

11、优选地，工作气体供给装置包括通气管路，该通气管路的出气口设置在等离子体腔室的第二端部处。

12、优选地，等离子体腔室的第一侧的外侧设置有石墨板，该石墨板上具有与开口相对应的孔。

13、与现有技术相比，本发明的一种微波等离子体喷枪的有益技术效果如下：

14、1.本发明采用微波激发等离子体，可以消除金属灯丝带来的金属污染。而且本发明微波激发等离子体的过程中没有使用金属丝或金属探针形式的起火器，也避免了金属污染。

15、2.本发明的微波等离子体喷枪结构简单，维护成本低，通过在等离子体腔室内部设置同轴表面波耦合结构，能够使电子更容易地从等离子体腔室发射出来且电子束流均匀性高，大大提高了中和晶片表面电荷能力，从而有效地减少晶片表面电荷积累，提高了晶片的良率。

技术特征：

1.一种微波等离子体喷枪，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述介质管贯穿所述等离子体腔室的第一端部，所述封闭端延伸至所述等离子体腔室的与所述第一端部相对的第二端部处。

3.根据权利要求2所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述第二端部的中心部设置有凹部，所述凹部内收纳所述介质管的所述封闭端。

4.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述介质管在所述等离子体腔室的外部延伸的部分由导电管包裹。

5.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述等离子体腔室的所述开口为一条狭缝，所述狭缝的长度方向与所述介质管在所述等离子体腔室内的长度方向一致。

6.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述波导组件包括矩形波导和波导转换器，所述波导转换器用于将在所述矩形波导中传输的电磁波模式转换成在同轴波导中传输的电磁波模式。

7.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述等离子体腔室的外部设置有磁性装置，所述磁性装置用于形成会切磁场。

8.根据权利要求7所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述磁性装置包括永磁体和导磁材料，其中所述永磁体布置在所述等离子体腔室的第二侧和第三侧上，所述导磁材料包裹所述永磁体的外侧。

9.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述等离子体腔室的内壁可拆卸地设置有防护板，所述防护板覆盖所述等离子体腔室的内表面。

10.根据权利要求2所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述工作气体供给装置包括通气管路，所述通气管路的出气口设置在所述等离子体腔室的所述第二端部处。

11.根据权利要求1所述的微波等离子体喷枪，其特征在于，所述等离子体腔室的所述第一侧的外侧设置有石墨板，所述石墨板上具有与所述开口相对应的孔。

技术总结本发明公开了一种微波等离子体喷枪，可用于半导体加工技术领域中的离子注入机。本发明的微波等离子体喷枪，包括微波发生器、波导组件、等离子体腔室、工作气体供给装置以及介质管和导电杆。其中，介质管的开口端设置在等离子体腔室的外部并连接至波导组件，封闭端设置在等离子体腔室的内部；导电杆共轴地设置在介质管的内腔，其第一端延伸至介质管的开口端，第二端则延伸至介质管的封闭端。本发明的微波等离子体喷枪，不仅可以大大降低金属污染，而且其提供的电子分布均匀，能够更好地实现电荷中和反应。技术研发人员：夏世伟,朱玲,王宇琳,洪俊华,杨立军,孟庆栋,张晓峰受保护的技术使用者：上海凯世通半导体股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29