一種離子注入樣品臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種離子注入樣品臺(tái)，包括密封板、樣品臺(tái)底座、步進(jìn)電機(jī)、樣品板支架、齒輪連接軸、樣品板、束流插孔、抑制電極、絕緣柱、電壓插孔和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，樣品臺(tái)主體部分由樣品臺(tái)底座、步進(jìn)電機(jī)、樣品板支架、步進(jìn)電機(jī)、齒輪連接軸和樣品板從下至上依次連接；步進(jìn)電機(jī)1可推動(dòng)樣品板支架左右移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)2可推動(dòng)齒輪連接軸旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)樣品板轉(zhuǎn)動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)1和步進(jìn)電機(jī)2均與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連；樣品板與束流插孔相連；抑制電極通過(guò)絕緣柱與樣品臺(tái)底座固定連接，且其通過(guò)導(dǎo)線連接電壓插孔。該樣品臺(tái)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，具有平移功能和旋轉(zhuǎn)功能，離子注入過(guò)程中可以快速精確地更換樣品，并且可以精確控制樣品的傾斜角度。
【專利說(shuō)明】一種離子注入樣品臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離子注入【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離子注入樣品臺(tái)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]離子束射到固體材料以后，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就叫做離子注入。
[0004]離子注入發(fā)展于20世紀(jì)60年代，是一種代替高溫?cái)U(kuò)散向半導(dǎo)體中引進(jìn)摻雜劑的方法。隨著離子注入設(shè)備的發(fā)展，離子注入技術(shù)在集成電路中發(fā)展最快。由于離子注入技術(shù)具有很好可控性和重復(fù)性，設(shè)計(jì)者可根據(jù)電路或器件參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)出理想的雜質(zhì)分布，并用離子注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種分布。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，尤其當(dāng)制造65nm以下的半導(dǎo)體器件時(shí)，超淺結(jié)的工藝成為關(guān)鍵。離子注入工藝以其精確的注入深度和濃度的可控制性，穩(wěn)定的可重復(fù)性顯示了在高級(jí)半導(dǎo)體器件制造中的重要性。
[0005]離子注入可用于n/p型硅的制作，源-漏極的形成和多晶硅柵極的摻雜，CMOS阱的形成，淺結(jié)的制備等。對(duì)單晶材料的軸溝道和面溝道，由于散射截面小，注入離子可以獲得很深的穿透深度，稱為溝道效應(yīng)。為了盡可能避免溝道效應(yīng)，此時(shí)除了用事先生長(zhǎng)氧化層或用S1、F等離子預(yù)非晶化的方法，還可以轉(zhuǎn)動(dòng)靶片即傾斜硅片約7°，使離子束在注入硅片時(shí)偏離溝道方向。此外，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，工藝制造進(jìn)入0.10-0.13μπι技術(shù)時(shí)代，此時(shí)短溝道效應(yīng)的現(xiàn)象最為突出即。IOOnm器件工藝必須用到大角度離子注入工藝。以防止漏源相通，降低延伸區(qū)的結(jié)深以及縮短溝道長(zhǎng)度，使載流子分布更陡，提高芯片的性倉(cāng)泛。
[0006]離子注入系統(tǒng)精密復(fù)雜，其每個(gè)部件對(duì)于摻雜劑離子起到至關(guān)重要的作用。隨著離子注入應(yīng)用的精細(xì)程度不斷提高，對(duì)離子注入工藝提出了更高的要求，離子注入設(shè)備也需要不斷改進(jìn)，以滿足各個(gè)操作步驟更加精確可控。其中，離子注入樣品臺(tái)在更換樣品以及傾角注入時(shí)，其操作過(guò)程的簡(jiǎn)單方便和精確可控也是非常重要的。本發(fā)明之前中國(guó)于2013年7月24日公開(kāi)專利申請(qǐng)《一種制備石墨烯的設(shè)備及方法》，專利號(hào)為ZL201210157870.0，該申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)了一種樣品架，可以滿足樣品板的平移和旋轉(zhuǎn)功能，但它是通過(guò)對(duì)一根暴露于真空室外的金屬桿的推拉和旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，該方法是手動(dòng)控制，操作粗糙而且不方便。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供了一種離子注入樣品臺(tái)，本發(fā)明的樣品臺(tái)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，實(shí)現(xiàn)其平移功能和旋轉(zhuǎn)功能，其平移功能可以滿足離子注入過(guò)程中快速精確地更換樣品的要求，其旋轉(zhuǎn)功能可以實(shí)現(xiàn)大角度注入，并且可以精確控制樣品的傾斜角度。[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:包括密封板、樣品臺(tái)底座、第一步進(jìn)電機(jī)、樣品板支架、第二步進(jìn)電機(jī)、齒輪連接軸、樣品板、金屬棒、抑制電極和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；
所述的密封板上設(shè)置有束流插孔、電壓插孔、第一步進(jìn)電機(jī)接線孔和第二步進(jìn)電機(jī)接線孔；
所述的密封板與樣品臺(tái)底座垂直固定連接，所述的第一步進(jìn)電機(jī)固定安裝在所述的樣品臺(tái)底座內(nèi)，且與所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸與所述的樣品板支架的托盤(pán)背面相連，可帶動(dòng)所述的樣品板支架左右移動(dòng)；
所述的金屬棒設(shè)置在所述的樣品板支架內(nèi)，所述的樣品板一端背面的孔洞套住所述的金屬棒上、另一端擱置在所述的齒輪連接軸上，其背面連接的導(dǎo)線與所述的束流插孔相連；
所述的第二步進(jìn)電機(jī)固定在所述的樣品板支架的托盤(pán)上，且與所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸用于推動(dòng)齒輪連接軸的旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)所述的樣品板旋轉(zhuǎn)；
所述的抑制電極是由帶孔的凹面金屬底板組成，且其開(kāi)口將所述的樣品板正面包住，所述的抑制電極通過(guò)絕緣柱與所述的樣品臺(tái)底座固定連接，通過(guò)導(dǎo)線與所述的電壓插孔相連。
[0010]作為優(yōu)選，所述的樣品臺(tái)底座由長(zhǎng)方形金屬平板、四個(gè)小圓柱組成，所述的四個(gè)小圓柱成矩形固定在所述的長(zhǎng)方形金屬平板上，用于支撐所述的樣品板支架，并且保證所述的樣品板支架平衡。
[0011]作為優(yōu)選，所述的樣品板支架由托盤(pán)和設(shè)置于托盤(pán)兩側(cè)的梯形絕緣體支架組成，用于支撐所述的樣品板。
[0012]作為優(yōu)選，所述的樣品板支架的托盤(pán)為長(zhǎng)方形金屬板。
[0013]作為優(yōu)選，所述的齒輪連接軸由帶有齒輪的圓形和長(zhǎng)方體形絕緣體組成，與所述的樣品板絕緣。
[0014]作為優(yōu)選，所述的樣品板上有刻痕，樣品通過(guò)導(dǎo)電膠粘在所述的樣品板上，從左至右，依次排列。
[0015]作為優(yōu)選，所述的樣品板為長(zhǎng)方形金屬板。
[0016]作為優(yōu)選，所述的凹面金屬底板由金屬底板和兩相對(duì)金屬板所圍成。
[0017]作為優(yōu)選，所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由LabVIEW軟件程序控制所述的第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
(O離子注入過(guò)程中樣品的更換以及注入位置精確可控；
(2)計(jì)算機(jī)控制快捷方便；
(3)可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，避免了近距離操作帶來(lái)的對(duì)人體的輻射傷害。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1:本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2:本發(fā)明實(shí)施例的樣品臺(tái)底座結(jié)構(gòu)圖。[0022]圖3:本發(fā)明實(shí)施例的樣品板支架結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖4:本發(fā)明實(shí)施例的抑制電極結(jié)構(gòu)圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]請(qǐng)見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種離子注入樣品臺(tái)，包括密封板1、樣品臺(tái)底座2、第一步進(jìn)電機(jī)3、樣品板支架4、第二步進(jìn)電機(jī)5、齒輪連接軸6、樣品板7、金屬棒8、抑制電極和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；密封板I上設(shè)置有束流插孔、電壓插孔、第一步進(jìn)電機(jī)3接線孔和第二步進(jìn)電機(jī)5接線孔；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由LabVIEW軟件程序控制第一步進(jìn)電機(jī)3和第二步進(jìn)電機(jī)5的運(yùn)行；樣品臺(tái)底座2由長(zhǎng)方形金屬平板10、四個(gè)小圓柱9組成，四個(gè)小圓柱9成矩形固定在長(zhǎng)方形金屬平板10上，用于支撐樣品板支架4，并且保證樣品板支架4平衡；密封板I與樣品臺(tái)底座2垂直固定連接，第一步進(jìn)電機(jī)3固定安裝在樣品臺(tái)底座2內(nèi)，且與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸與樣品板支架4的托盤(pán)11背面相連，可帶動(dòng)樣品板支架4左右移動(dòng)；樣品板支架4由托盤(pán)11和設(shè)置于托盤(pán)11兩側(cè)的梯形絕緣體支架12組成，用于支撐樣品板7 ;金屬棒8設(shè)置在樣品板支架4內(nèi)，樣品板7 —端背面的孔洞套住金屬棒8、另一端擱置在齒輪連接軸6上，其背面連接的導(dǎo)線與束流插孔相連；齒輪連接軸6由帶有齒輪的圓形和長(zhǎng)方體形絕緣體組成，與樣品板7絕緣；第二步進(jìn)電機(jī)5固定在樣品板支架4的托盤(pán)11上，且與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸用于推動(dòng)齒輪連接軸6的旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)樣品板7旋轉(zhuǎn)；抑制電極是由帶孔13的凹面金屬底板14組成，凹面金屬底板14由金屬底板和兩相對(duì)金屬板所圍成，且其開(kāi)口將樣品板7正面包住，抑制電極通過(guò)絕緣柱15與樣品臺(tái)底座2固定連接，通過(guò)導(dǎo)線與電壓插孔相連。
[0027]本實(shí)施例的樣品板支架4的托盤(pán)11為長(zhǎng)方形金屬板，樣品板7為長(zhǎng)方形金屬板，樣品板7上有刻痕，為了方便樣品的定位，樣品中心盡量位于刻痕上，樣品通過(guò)導(dǎo)電膠粘在樣品板7上，從左至右，依次排列。
[0028]本發(fā)明所提供的離子注入樣品臺(tái)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，實(shí)現(xiàn)其平移功能和旋轉(zhuǎn)功能，其平移功能可以滿足離子注入過(guò)程中快速精確地更換樣品的要求，其旋轉(zhuǎn)功能可以實(shí)現(xiàn)大角度注入，并且可以精確控制樣品的傾斜角度。
[0029]本實(shí)施例的抑制電極通過(guò)絕緣柱15與樣品臺(tái)底座2固定連接，且位于樣品板7前面，絕緣柱15將抑制電極和樣品臺(tái)底座2隔開(kāi)。抑制電極是由帶孔13的鋁底板和左右相對(duì)的兩鋁板所圍成的梯形凹面，抑制電極的開(kāi)口朝向位于其后方的樣品板7并將樣品板7的正面包圍住，接負(fù)電壓后的抑制電極可以阻擋大部分的二次電子，保證了離子注入劑量的準(zhǔn)確性。離子通過(guò)抑制電極金屬底板上的孔13到達(dá)樣品板7，該孔13起到光闌的作用，可通過(guò)調(diào)整孔13的形狀和尺寸來(lái)控制樣品板7上襯底上的束斑形狀和尺寸，從而達(dá)到控制離子注入面積的目的。
[0030]本實(shí)施例在離子注入之前，首先將樣品從左至右依次貼在樣品臺(tái)的樣品板7上，并記錄相鄰兩個(gè)樣品中心之間間隔的距離。然后將樣品臺(tái)放進(jìn)真空室，其密封板I與真空室外壁密封固定。離子注入過(guò)程中，若樣品I已經(jīng)注入完畢，需要更換樣品，只需在計(jì)算機(jī)上由Labview程序語(yǔ)言編制的軟件的操作界面輸入一個(gè)與樣品間距離相關(guān)的數(shù)值，然后執(zhí)行操作。這時(shí)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連的第一步進(jìn)電機(jī)3開(kāi)始工作，并推動(dòng)樣品板支架4向右移動(dòng)一定距離，剛好保證此時(shí)離子束對(duì)準(zhǔn)樣品板7上的樣品2。以每個(gè)樣品的中心為準(zhǔn)，精確度可達(dá)0.0l cm。
[0031]對(duì)于單晶樣品，為了避免溝道效應(yīng)，需要將樣品傾斜一定角度進(jìn)行注入。或者對(duì)于精密器件的淺結(jié)形成，需要進(jìn)行大角度注入，樣品傾斜角度的精確控制是非常重要的。此時(shí)只需在計(jì)算機(jī)操作界面輸入與傾斜角度有關(guān)聯(lián)的特定數(shù)值，然后執(zhí)行操作。這時(shí)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連的第二步進(jìn)電機(jī)5開(kāi)始工作，并推動(dòng)齒輪連接軸6旋轉(zhuǎn)，使其帶動(dòng)樣品板7轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。樣品板7的旋轉(zhuǎn)角度可以精確控制，精度約0.0l0o
[0032]盡管本文較多地使用了密封板1、樣品臺(tái)底座2、第一步進(jìn)電機(jī)3、樣品板支架4、第二步進(jìn)電機(jī)5、齒輪連接軸6、樣品板7、金屬棒8、小圓柱9、長(zhǎng)方形金屬平板10、托盤(pán)11、梯形絕緣體支架12、孔13、凹面金屬底板14、絕緣柱15、抑制電極和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:包括密封板(I)、樣品臺(tái)底座(2)、第一步進(jìn)電機(jī)(3)、樣品板支架(4)、第二步進(jìn)電機(jī)(5)、齒輪連接軸(6)、樣品板(7)、金屬棒(8)、抑制電極和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)； 所述的密封板(I)上設(shè)置有束流插孔、電壓插孔、第一步進(jìn)電機(jī)(3)接線孔和第二步進(jìn)電機(jī)(5)接線孔； 所述的密封板(I)與樣品臺(tái)底座(2)垂直固定連接，所述的第一步進(jìn)電機(jī)(3)固定安裝在所述的樣品臺(tái)底座(2)內(nèi)，且與所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸與所述的樣品板支架(4)的托盤(pán)(11)背面相連，可帶動(dòng)所述的樣品板支架(4)左右移動(dòng)； 所述的金屬棒(8)設(shè)置在所述的樣品板支架(4)內(nèi)，所述的樣品板(7) —端背面的孔洞套住所述的金屬棒(8)、另一端擱置在所述的齒輪連接軸(6)上，其背面連接的導(dǎo)線與所述的束流插孔相連； 所述的第二步進(jìn)電機(jī)(5)固定在所述的樣品板支架(4)的托盤(pán)(11)上，且與所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，其齒輪軸用于推動(dòng)齒輪連接軸(6)的旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)所述的樣品板(7)旋轉(zhuǎn)； 所述的抑制電極是由帶孔(13)的凹面金屬底板(14)組成，且其開(kāi)口將所述的樣品板(7)正面包住，所述的抑制電極通過(guò)絕緣柱(15)與所述的樣品臺(tái)底座(2)固定連接，通過(guò)導(dǎo)線與所述的電壓插孔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的樣品臺(tái)底座(2)由長(zhǎng)方形金屬平板(10)、四個(gè)小圓柱(9)組成，所述的四個(gè)小圓柱(9)成矩形固定在所述的長(zhǎng)方形金屬平板(10)上，用于支撐所述的樣品板支架(4)，并且保證所述的樣品板支架(4)平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的樣品板支架(4)由托盤(pán)(11)和設(shè)置于托盤(pán)(11)兩側(cè)的梯形絕緣體支架(12)組成，用于支撐所述的樣品板(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的樣品板支架(4)的托盤(pán)(11)為長(zhǎng)方形金屬板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的齒輪連接軸(6)由帶有齒輪的圓形和長(zhǎng)方體形絕緣體組成，與所述的樣品板(7)絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的樣品板(7)上有刻痕，樣品通過(guò)導(dǎo)電膠粘在所述的樣品板(7 )上，從左至右，依次排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的樣品板(7)為長(zhǎng)方形金屬板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的凹面金屬底板(14)由金屬底板和兩相對(duì)金屬板所圍成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入樣品臺(tái)，其特征在于:所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由LabVIEff軟件程序控制所述的第一步進(jìn)電機(jī)(3 )和第二步進(jìn)電機(jī)(5 )的運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H01J37/20GK103928282SQ201410187456
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】張?jiān)珂? 周溯源, 李慧, 付德君 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)