本發(fā)明涉及SiC器件制造技術(shù)，尤其涉及一種用于SiC晶片摻雜的離子注入摻雜方法及裝置。

背景技術(shù)：

SiC材料具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高飽和電子漂移速率和強(qiáng)臨界擊穿電場等特性，利用SiC晶片可制備大功率、高頻高溫、抗強(qiáng)輻射的藍(lán)光激光器和紫外探測器等SiC器件。

由于SiC的原子密度比硅大，要達(dá)到相同的注入深度，SiC器件制備過程中的離子注入工藝需要離子具有更高的注入能量，一般要達(dá)到400～700KeV。在SiC外延層形成P型摻雜的離子注入工藝一般使用Al原子，而Al原子比C原子大得多，注入后對(duì)晶格的損傷和雜質(zhì)處于未激活狀態(tài)的現(xiàn)象都比較嚴(yán)重，由于這些因素的存在，要求離子注入需要采用金屬離子(一般為Al原子)、具備更高的加速電壓(0～300KV)、晶片需在高溫條件(400～550℃)下注入，在束流純度及能量污染、束平行性、注入角度和深度控制、注入重復(fù)性、注入良品率及生產(chǎn)率等方面也提出了更加嚴(yán)格的要求，

現(xiàn)有的SiC離子注入機(jī)存在束傳輸效率低、束流小、束平行性差、手動(dòng)裝片、生產(chǎn)效率低、能量污染難以控制等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、離子束平行度好、傳輸效率高、良品率高、降低能量污染的用于SiC晶片摻雜的離子注入方法及裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于SiC晶片摻雜的離子注入方法，包括以下步驟：

S1：產(chǎn)生SiC晶片摻雜需要的Al離子；

S2：引出，將產(chǎn)生的Al離子引出并形成離子束；

S3：篩選、提純，對(duì)離子束依次進(jìn)行質(zhì)量分析和光欄分析；

S4：水平掃描，對(duì)離子束進(jìn)行水平方向的掃描，形成水平方向能覆蓋SiC晶片的扇形帶狀束；

S5：平行處理，將扇形帶狀束變?yōu)槠叫惺?/p>

S6：加速，將平行束的能量提高到SiC晶片摻雜所需要的值；

S7：偏轉(zhuǎn)過濾，對(duì)加速后的離子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾；

S8：注入，經(jīng)偏轉(zhuǎn)過濾后的離子束注入SiC晶片，注入過程中對(duì)SiC晶片進(jìn)行垂直掃描。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述水平掃描為電掃描，所述垂直掃描為機(jī)械掃描。

一種用于SiC晶片摻雜的離子注入裝置，包括按照注入過程依次設(shè)置的濺射式離子源、引出裝置、質(zhì)量分析器、分析光欄、水平掃描器、平行透鏡、等梯度加速管、能量過濾器及靶盤，所述濺射式離子源配設(shè)有氣箱，所述靶盤連接垂直掃描器。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

濺射式離子源包括燈絲、弧室、位于弧室上方的引出板、及相對(duì)布置于弧室兩側(cè)的陰極帽和反射板，所述燈絲、所述陰極帽和反射板通過絕緣子安裝于所述弧室的殼體上，所述陰極帽外周設(shè)有第一含鋁部件，所述反射板外周設(shè)有第二含鋁部件，所述引出板上加載引出電壓。

所述分析光欄為可調(diào)分析縫。

所述靶盤為自加熱靜電靶盤。

所述垂直掃描器為直線電機(jī)。

所述等梯度加速管包括抑制電極及位于抑制電極遠(yuǎn)離所述平行透鏡一側(cè)的多個(gè)加速電極，多個(gè)加速電極均勻布置，距離抑制電極最近的加速電極處于低電位，距離抑制電極最遠(yuǎn)的加速電極處于高電位，相鄰加速電極之間設(shè)有絕緣環(huán)和一對(duì)防撞環(huán)，加速電極位于絕緣環(huán)外側(cè)的部分設(shè)于均壓環(huán)內(nèi)，一對(duì)防撞環(huán)位于絕緣環(huán)內(nèi)側(cè)且分別與一個(gè)加速電極固定連接，一對(duì)防撞環(huán)包括大徑環(huán)和小徑環(huán)，沿絕緣環(huán)的軸向所述大徑環(huán)和小徑環(huán)搭接。

用于SiC晶片摻雜的離子注入裝置還包括自動(dòng)傳片組件，所述自動(dòng)傳片組件包括工藝腔室、位于工藝腔室內(nèi)的傳輸機(jī)械手、定向臺(tái)和冷卻臺(tái)、及位于工藝腔室外的出片片盒和進(jìn)片片盒，所述靶盤位于所述工藝腔室內(nèi)。

所述進(jìn)片片盒、定向臺(tái)、靶盤、冷卻臺(tái)和出片片盒沿所述傳輸機(jī)械手的周向依次布置，所述靶盤和所述傳輸機(jī)械手中心點(diǎn)的連線與定向臺(tái)和冷卻臺(tái)中心點(diǎn)的連線垂直，所述進(jìn)片片盒和出片片盒對(duì)稱布置于靶盤和傳輸機(jī)械手中心點(diǎn)的連線兩側(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明公開的用于SiC晶片摻雜的離子注入方法，在質(zhì)量分析和光欄分析之后直接進(jìn)行水平掃描，校正了離子束角度，提高了離子束的平行度，簡化了光路，降低了成本；水平掃描之后進(jìn)行平行處理，提高了離子束的精度，使離子束滿足注入角度和均勻性一致，提高了SiC器件的良品率；在平行處理之后對(duì)離子束進(jìn)行加速，提高了離子束的傳輸效率；加速之后的離子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾，可大幅度減少注入摻雜過程中的能量污染。

本發(fā)明公開的用于SiC晶片摻雜的離子注入裝置，在分析光欄之后設(shè)置水平掃描器，校正了離子束角度，提高了離子束的平行度，簡化了光路，降低了成本；平行透鏡使扇形帶狀束進(jìn)入平行透鏡后出射的離子束為平行束，實(shí)現(xiàn)平行束精度要求，以便控制離子束注入角度，同時(shí)將中性粒子過濾，減少注入摻雜過程中的能量污染；能量過濾器對(duì)加速后的離子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾，確保離子束的純度滿足工藝要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于SiC晶片摻雜的離子注入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中的濺射式離子源的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中的等梯度加速管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)表示：1、濺射式離子源；2、氣箱；3、引出裝置；4、質(zhì)量分析器；5、水平掃描器；6、平行透鏡；7、等梯度加速管；71、抑制電極；72、加速電極；73、絕緣環(huán)；74、均壓環(huán)；75、防撞環(huán)；751、大徑環(huán)；752、小徑環(huán)；8、傳動(dòng)軸；9、電動(dòng)機(jī)；10、能量過濾器；101、燈絲；102、陰極帽；103、第一含鋁部件；104、引出板；105、第二含鋁部件；106、反射板；107、弧室；11、靶盤；12、冷卻臺(tái)；13、出片片盒；14、定向臺(tái)；15、傳輸機(jī)械手；16、進(jìn)片片盒；17、離子束；18、發(fā)電機(jī)；19、垂直掃描器；20、分析光欄。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實(shí)施例的用于SiC晶片摻雜的離子注入方法，包括以下步驟：

S1：產(chǎn)生SiC晶片摻雜需要的Al離子；

S2：引出，將產(chǎn)生的Al離子引出并形成離子束17；

S3：篩選、提純，對(duì)離子束17依次進(jìn)行質(zhì)量分析和光欄分析；

S4：水平掃描，對(duì)離子束17進(jìn)行水平方向的掃描，形成水平方向能覆蓋SiC晶片的扇形帶狀束；

S5：平行處理，將扇形帶狀束變?yōu)槠叫惺?/p>

S6：加速，將平行束的能量提高到SiC晶片摻雜所需要的值；

S7：偏轉(zhuǎn)過濾，對(duì)加速后的離子束17進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾；

S8：注入，經(jīng)偏轉(zhuǎn)過濾后的離子束17注入SiC晶片，注入過程中對(duì)SiC晶片進(jìn)行垂直掃描。該用于SiC晶片摻雜的離子注入方法，在質(zhì)量分析和光欄分析之后直接進(jìn)行水平掃描，校正了離子束17角度，提高了離子束17的平行度，簡化了光路，降低了成本；水平掃描之后進(jìn)行平行處理，提高了離子束17的精度，使離子束17滿足注入角度和均勻性一致，提高了SiC器件的良品率；在平行處理之后對(duì)離子束17進(jìn)行加速，提高了離子束17的傳輸效率；加速之后的離子束17進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾，可大幅度減少注入摻雜過程中的能量污染。

本實(shí)施例中，水平掃描為電掃描，垂直掃描為機(jī)械掃描。

如圖1至圖3所示，本實(shí)施例的用于SiC晶片摻雜的離子注入裝置，包括依次設(shè)置的濺射式離子源1、引出裝置3、質(zhì)量分析器4、分析光欄20、水平掃描器5、平行透鏡6、等梯度加速管7、能量過濾器10及靶盤11，濺射式離子源1配設(shè)有氣箱2，靶盤11連接垂直掃描器19，濺射式離子源1產(chǎn)生SiC晶片摻雜需要的Al離子及其他氣體離子(N離子和B離子)，價(jià)態(tài)包括單電荷和雙電荷離子；氣箱2包含4到5路氣體(Ar，B，N，P)，提供工藝過程中需要的氣體元素；引出系統(tǒng)3，將濺射式離子源1產(chǎn)生的離子引出并形成具有一定能量的離子束17；質(zhì)量分析器4，對(duì)離子束17進(jìn)行篩選，獲取SiC晶片摻雜所需要的離子，同時(shí)對(duì)傳輸?shù)碾x子束17起部分聚焦作用，增加束傳輸效率；分析光欄20，本實(shí)施例中為可調(diào)分析縫，使所需要的離子通過，對(duì)離子具有提純作用，充分保證束流品質(zhì)；水平掃描器5，對(duì)圓形束進(jìn)行水平方向的掃描，形成水平方向能覆蓋晶片寬度的扇形帶狀束；平行透鏡6，使掃描偏轉(zhuǎn)后的扇形帶狀束進(jìn)入平行透鏡6后，在平行透鏡6的磁場作用下出射的離子束17為平行束，滿足平行束精度要求，以便控制離子束17注入角度，同時(shí)將中性粒子過濾，減少能量污染；等梯度加速管7，使得平行束的能量逐步提高到SiC晶片摻雜工藝所需要的能量；能量過濾器10，對(duì)加速后的離子束17進(jìn)行偏轉(zhuǎn)過濾，確保離子束17的純度滿足工藝要求；經(jīng)過能量過濾器10后的離子束17就能對(duì)高溫靜電靶盤11上的晶片進(jìn)行注入摻雜，本實(shí)施例中，靶盤11為自加熱靜電靶盤，可單片裝載6英寸SiC晶片，最高注入溫度達(dá)到600℃且連續(xù)可控，采用靜電吸附提高了生產(chǎn)效率；垂直掃描器19為機(jī)械掃描，本實(shí)施例中垂直掃描器19為直線電機(jī)，由直線電機(jī)帶動(dòng)靶盤11在垂直方向上做上下掃描運(yùn)動(dòng)，加上水平方向的電掃描，確保離子束17能覆蓋整個(gè)晶片。

本實(shí)施例中，濺射式離子源1包括燈絲101、弧室107、位于弧室107上方的引出板104、及相對(duì)布置于弧室107兩側(cè)的陰極帽102和反射板106，燈絲101、陰極帽102和反射板106通過絕緣子(圖中未示出)安裝于弧室107的殼體上，陰極帽102外周設(shè)有第一含鋁部件103，反射板106外周設(shè)有第二含鋁部件105，引出板104上加載引出電壓，燈絲101通電加熱后產(chǎn)生熱電子，與氣箱2送入弧室107中的含氟氣體碰撞，產(chǎn)生氟離子，氟離子在一定的偏置電壓作用下與第一含鋁部件103和第二含鋁部件105反應(yīng)，將Al離子從第一含鋁部件103和第二含鋁部件105中濺射出來，同時(shí)弧室107的高溫能夠提高Al離子的飽和蒸氣壓，在這兩個(gè)因素的推動(dòng)下使弧室107的Al離子密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最后通過加載在引出板104上的引出電壓將Al離子和其他粒子萃取出來形成離子束17。

等梯度加速管7包括抑制電極71及位于抑制電極71遠(yuǎn)離平行透鏡6一側(cè)的多個(gè)加速電極72，多個(gè)加速電極72均勻布置，距離抑制電極71最近的加速電極72(圖中最左側(cè))處于低電位，距離抑制電極71最遠(yuǎn)的加速電極72(圖中最右側(cè))處于高電位，相鄰加速電極72之間設(shè)有絕緣環(huán)73和一對(duì)防撞環(huán)75，加速電極72位于絕緣環(huán)73外側(cè)的部分設(shè)于均壓環(huán)74內(nèi)，一對(duì)防撞環(huán)75位于絕緣環(huán)73內(nèi)側(cè)且分別與一個(gè)加速電極72固定連接，一對(duì)防撞環(huán)75包括大徑環(huán)751和小徑環(huán)752，沿絕緣環(huán)73的軸向大徑環(huán)751和小徑環(huán)752搭接，在均壓環(huán)74的作用下，形成等梯度電場分布，加速電極72之間的電場是均勻電場，通過等梯度加速管7的離子束17在此電場中加速，獲得最終需要的注入能量；沿絕緣環(huán)73的軸向大徑環(huán)751和小徑環(huán)752搭接使得加速過程中向外散射的帶電粒子只會(huì)打到與束線平行的加速電極72、大徑環(huán)751或小徑環(huán)752上，而不會(huì)碰到絕緣環(huán)73的內(nèi)壁，從而有效地避免了內(nèi)壁污染，大幅減小了等梯度加速管7打火的幾率；本實(shí)施例中，加速電極72為八個(gè)，防撞環(huán)75與加速電極為一體結(jié)構(gòu)；由電動(dòng)機(jī)9通過傳動(dòng)軸8帶動(dòng)發(fā)電機(jī)18轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，給高壓部位提供電源能量，實(shí)現(xiàn)高電位和低電位的絕緣隔離。

本實(shí)施例中，還包括自動(dòng)傳片組件，自動(dòng)傳片組件包括工藝腔室21、位于工藝腔室內(nèi)的傳輸機(jī)械手15、定向臺(tái)14和冷卻臺(tái)12、及位于工藝腔室外的出片片盒13和進(jìn)片片盒16，靶盤11位于工藝腔室內(nèi)，傳輸機(jī)械手15從進(jìn)片片盒16取需要摻雜的SiC晶片放置于定向臺(tái)14上進(jìn)行晶格定向，定向完成后，傳輸機(jī)械手15取片送入靜電靶盤11進(jìn)行注入摻雜，工藝完成后，傳輸機(jī)械手15取片送到冷卻臺(tái)12上進(jìn)行降溫處理，降溫一定時(shí)間后傳輸機(jī)械手15取片傳送到出片片盒13完成整個(gè)SiC晶片的工藝傳輸，大幅度提高了生產(chǎn)率。

本實(shí)施例中，進(jìn)片片盒16、定向臺(tái)14、靶盤11、冷卻臺(tái)12和出片片盒13沿傳輸機(jī)械手15的周向依次布置，靶盤11和傳輸機(jī)械手15中心點(diǎn)的連線與定向臺(tái)14和冷卻臺(tái)12中心點(diǎn)的連線垂直，進(jìn)片片盒16和出片片盒13對(duì)稱布置于靶盤11和傳輸機(jī)械手15中心點(diǎn)的連線兩側(cè)，結(jié)構(gòu)緊湊，使得傳輸機(jī)械手15具有最高的傳片效率。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。