一种用于SiC高温离子注入的旋转加热靶及离子注入机的制作方法

一种用于sic高温离子注入的旋转加热靶及离子注入机
技术领域
1.本技术涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种用于sic高温离子注入的旋转加热靶及离子注入机。


背景技术：

2.sic器件制备过程中的离子注入掺杂工艺（注al）与常规硅衬底相比，sic衬底容易因离子注入而产生结晶缺陷，而高温注入可以有效减少结晶缺陷的产生，因此离子注入工艺前sic衬底被加热至500℃左右的高温，需要设置专用的一种高温离子注入加热靶室。
3.现有的一些用于sic的高温离子注入加热靶安装在常规的离子注入机中，一次仅可装载一片衬底，导致离子注入工艺效率较低。
4.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种用于sic高温离子注入的旋转加热靶及离子注入机，旨在通过设计一种多面式旋转加热靶实现多面衬底同时进行离子注入工艺并提高工艺的稳定性和均匀性，且该旋转加热靶可适用于原有的离子注入机，降低加工成本。
6.第一方面，本技术提供了一种用于sic高温离子注入的旋转加热靶，用于对衬底进行离子注入工艺，所述旋转加热靶包括基板，所述基板上周向设置有多个用于安装衬底托盘的加热靶座，所述基板上设置有用于带动所述基板旋转的旋转轴。
7.本技术提供的旋转加热靶，通过设置多个加热靶座，使旋转加热靶能同时装载多个衬底，同时在基板中心设置有旋转轴，使离子注入工艺过程中，当上一片衬底反应结束后，旋转加热靶旋转，使下一片衬底转动至与上一片衬底相同的反应位置进行离子注入工艺，从而提高了离子注入工艺的效率。
8.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热靶座为倾斜设置。
9.本技术通过将加热靶座倾斜设置，使加热靶座上的衬底托盘能贴在加热靶座上，防止衬底掉落。
10.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热靶座的数量为2-6个。
11.本技术设置多个加热靶座，使得可同时进行多个衬底的离子注入工艺，提高工艺效率。
12.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热靶座上设置有加热灯管。
13.本技术通过在加热靶座上设置加热灯管对衬底进行加热。
14.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热灯管连接有温控仪。
15.本技术通过将加热灯管与温控仪连接，通过温控仪控制加热靶座上加热衬底的温度。
16.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热靶座上设置有用于安装所述加热灯管的沉台，所述沉台的底面设置有反射层。
17.本技术通过设置沉台，安装固定加热灯管，并在沉台底部设置反射层，从而减少加热灯管产生热量的散发。
18.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述加热靶座的底部设置有用于导入冷却水的冷却水通道。
19.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，所述衬底托盘可拆卸地设置在所述加热靶座上。
20.可选地，本技术所述的用于sic高温离子注入的旋转加热靶，相邻的所述加热靶座为紧密连接。
21.第二方面，本技术还提供了一种离子注入机，包括：
22.离子注入器，用于向所述离子注入机内注入高温离子；
23.靶式反应腔，用于为注入高温离子进行衬底加热工艺提供空间；
24.所述离子注入机还包括：
25.旋转加热靶，所述旋转加热靶安装在所述靶式反应腔内，所述旋转加热靶包括基板，所述基板上周向设置有加热靶座，所述基板上设置有带动所述基板旋转的旋转轴；
26.驱动电机，所述驱动电机固定安装在所述靶式反应腔上，用于驱动所述旋转轴旋转；
27.所述离子注入器设置在所述靶式反应腔上且正对任一所述加热靶座。
28.本技术提供的离子注入机，将旋转加热靶安装在靶式反应腔中，离子注入器将高温离子注入到靶式反应腔中，为离子注入工艺提供高温离子，使旋转加热靶在靶式反应腔中进行离子注入工艺。
29.由上可知，本技术提供的用于sic高温离子注入的旋转加热靶及离子注入机，将旋转加热靶安装在靶式反应腔中，通过离子注入器向靶式反应腔内注入高温离子，对旋转加热靶上的衬底进行离子注入工艺，并在上一片衬底完成离子注入工艺后，通过驱动电机驱动旋转加热靶旋转，使下一片衬底转动至与上一片衬底相同的反应位置并进行离子注入工艺，从而提高了离子注入工艺的效率。
30.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
31.图1为本技术实施例提供的旋转加热靶的结构示意图。
32.图2为本技术实施例提供的安装有加热灯管的加热靶座的结构示意图。
33.图3为本技术实施例提供的加热靶座的结构示意图。
34.图4为本技术实施例提供的离子注入机的结构示意图。
35.标号说明：1、加热靶座；2、衬底托盘；3、衬底；4、加热灯管；5、加热灯管固定条；6、
旋转轴；7、基板；8、沉台；9、冷却水通道；10、反射层；100、旋转加热靶；200、靶式反应腔；210、驱动电机；300、离子注入器。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在外延工艺过程中，需要对衬底进行预热处理，而一些衬底预热设备通过对衬底的底部进行加热，会导致衬底表面温度达不到工艺要求，影响外延工艺质量。
39.第一方面，参考图1，图1为本技术提供的一种用于sic高温离子注入的旋转加热靶的结构示意图，图1所示的旋转加热靶用于对衬底进行离子注入工艺，包括：基板7，基板7上周向设置有多个用于安装衬底托盘2的加热靶座1，基板7上设置有用于带动基板7旋转的旋转轴6。
40.具体地，周向设置即绕圆柱体轴线方向设置，在本实施例中，基板7上周向设置有多个用于安装衬底托盘2的加热靶座1，即多个加热靶座1绕基板7的轴线方向环绕设置。
41.具体地，基板7是顶面为正多边形的板状体，基板7的侧壁均与加热靶座1的顶部连接，使旋转加热靶100能同时安装多个加热靶座1，即在加工完成一片衬底3后，旋转加热靶100切换至下一衬底3进行离子注入工艺，从而提高离子注入工艺的效率。
42.具体地，旋转轴6为半边的圆柱法兰，另一半的圆柱法兰设置在驱动装置中，具体地，驱动装置用于驱动旋转加热靶100旋转，当旋转轴6上的半边圆柱法兰与驱动装置上的另一半圆柱法兰紧密连接后，驱动装置启动，即可带动基板7转动，从而使旋转加热靶100转动，优选地，旋转轴6的轴线与基板7的中心轴线重合，使旋转轴6在转动时带动基板7绕轴线旋转，节省安装空间，且每次切换衬底3进行离子注入工艺时，衬底3的反应位置保持一致，从而保证离子注入工艺的均匀性。
43.本技术实施例中的用于sic高温离子注入的旋转加热靶100，通过设置多个加热靶座1，使旋转加热靶100能同时装载多个衬底3，同时在基板7中心设置有旋转轴6，使离子注入工艺过程中，当上一片衬底3反应结束后，旋转加热靶100旋转，使下一片衬底3转动至与上一片衬底3相同的反应位置进行离子注入工艺，从而提高了离子注入工艺的效率。
44.在一些优选的实施方式中，加热靶座1为倾斜设置。
45.具体地，加热靶座1为上端面小，下端面大的梯形平板结构，加热靶座1的顶面与基板7的侧面固定连接，加热靶座1上用于安装衬底3的面为安装面，优选地，加热靶座1的安装面倾斜设置，即旋转加热靶100设置为锥体结构，使加热靶座1上的衬底3能稳定与加热靶座1贴合，防止旋转加热靶100在旋转过程中衬底托盘2或衬底3由于离心力作用脱离加热靶座
1。
46.优选地，由于在离子注入工艺过程中，离子注入的入射角度为7
°
，即离子注入的入射方向与竖直方向夹角为7
°
，因此优选地，加热靶座1用于安装衬底托盘2的面与水平面的夹角为80
°‑
85
°
，优选地，加热靶座1用于安装衬底托盘2的面与水平面的夹角为83
°
，使注入的高温离子直接作用于加热靶座1上的衬底3，提高离子注入的效率。
47.在一些优选的实施方式中，加热靶座1的数量为2-6个。
48.具体地，为使多个衬底3同时进行离子注入工艺，设置多个加热靶座1，优选地，设置加热靶座1的数量为2-6个，在选择加热靶座1数量时，需考虑衬底托盘2能安装在加热靶座1上，且旋转加热靶100安装在离子注入机中能稳定旋转，因此，在本实施例中，选择设置加热靶座1的数量为4个，每次切换衬底3进行离子注入工艺时，旋转加热靶100单次转动90
°
，最多转动270
°
。
49.优选地，每个加热靶座1的结构以及衬底托盘2的安装位置需保持一致，从而保证高温离子在每个加热靶座1上衬底3的相同位置注入，保证了离子注入工艺的一致性和稳定性。
50.在一些优选的实施方式中，加热靶座1上设置有加热灯管4。
51.具体地，参照图2，图2为本技术实施例提供的安装有加热灯管的加热靶座的结构示意图，加热管设置在加热靶座1的背面，具体地，加热靶座1上设置有用于安装加热灯管4的安装凹槽，加热灯管4通过安装凹槽嵌入安装在加热靶座上，可选地，每个加热靶座1上可安装一条加热灯管4或多条加热灯管4，若加热灯管4数量为一条，则加热灯管4需安装在加热靶座1背面的中心位置，使加热灯管4能散发热量均匀加热衬底3；若设置加热灯管4的数量为多条，则加热灯管4均匀分布在加热靶座1背面，通过多条加热灯管4对衬底3进行加热，使衬底3各部分温度相同。
52.在一些优选的实施方式中，加热灯管4连接有温控仪。
53.具体地，温控仪用于控制加热灯管4的开闭或加热灯管4的加热功率，若加热靶座4上的加热灯管4数量为一条，温控仪则可选地可以控制每个加热靶座4上对应的加热灯管4的开闭，控制加热灯管4对需要进行离子注入工艺的衬底3进行加热，控制不进行高温离子注入工艺的衬底3的加热灯管关闭；温控仪也可以控制每个加热灯管4的加热功率，提高需要进行离子注入工艺的发热灯管4加热功率使该加热靶座1上的衬底3快速升温，暂未进行离子注入工艺的衬底3则降低加热灯管4的加热功率使衬底3进行预热升温，从而实现在切换衬底3进行离子注入工艺时，该衬底3可迅速升温至工艺要求的温度值，以提高高温离子注入的效率。
54.可选地，若加热靶座4上的加热灯管4数量为多条，则温控仪不仅可单独控制每个加热靶座1上加热灯管4的开闭和加热功率，还可以根据加热靶座1上衬底3各部分的温度情况，控制每个加热靶座1上单个或多个加热灯管4的开闭和加热功率，使加热靶座1上衬底3的各部分温度均匀，提高离子注入工艺的均匀性。
55.在一些优选的实施方式中，加热靶座1上设置有用于安装加热灯管4的沉台8，沉台8的底面设置有反射层10。
56.具体地，参照图3，图3为本技术实施例提供的加热靶座的结构示意图，沉台8设置在加热靶座1的背面，优选地，在沉台8的侧壁设置有安装凹槽，用于安装加热灯管4，具体
地，安装凹槽为均匀分布，使加热灯管4均匀安装在沉台8内。
57.优选地，在加热靶座1顶面设置加热灯管固定条5，用于使加热灯管4在加热靶座1上安装牢固，具体地，加热灯管固定条5上设置有与上述沉台8上的安装凹槽相对应的固定凹槽，加热灯管4两端的安装部分别嵌入安装凹槽与固定凹槽，限制加热灯管4的移动和脱落，使加热灯管4进一步固定在加热靶座1上。
58.优选地，加热靶座1的衬底托盘安装面与侧壁之间的连接处设置倒角，使旋转加热靶100在进行旋转时，加热靶座1衬底托盘2安装面与侧壁所夹的角不会对离子注入机的腔壁进行剐蹭而损坏离子注入机，因此，为了节约旋转加热靶100的运行空间，该倒角的尺寸应尽量大，即倒角所在斜面与沉台8的间距应尽量小，此外，为防止上述倒角所在斜面与沉台8间距太小，导致加热靶座1倒角面与沉台8之间区域容易受高温和应力作用断裂，优选地，倒角所在斜面与沉台8的最短距离应不小于0.5mm，具体地，该最短距离为垂直于倒角所在斜面方向上倒角所在斜面到沉台8底面与侧面所夹边的距离。
59.具体地，为提高加热灯管4的加热效率，防止热量散失，在沉台8底部设置有反射层10，可选地，可在沉台8底面均匀镀一层反射膜，也可在沉台8底面贴装一面镜面反射薄板，优选地，选择在沉台8底面贴装一面镜面反射薄板，便于反射效果失效时进行反射薄板更换。
60.在一些优选的实施方式中，加热靶座1的底部设置有用于导入冷却水的冷却水通道9。
61.具体地，在高温离子注入工艺进行时需将衬底3加热至500℃左右的高温后进行离子注入，离子注入的能量达到300kev以上，因此在离子注入工艺结束后需要经过长时间的冷却过程，为减少冷却时间，快速进行下一组衬底3的离子注入工艺，在加热靶座1的底部设置冷却水通道9，通过冷却水的循环快速带走加热靶座1的热量，从而实现加热靶座1的快速降温。
62.在一些优选的实施方式中，衬底托盘2可拆卸地设置在加热靶座1上。
63.具体地，由于离子注入工艺中衬底托盘2需加热至高温，且衬底托盘2会直接接触高温离子，因此衬底托盘2的使用寿命较短，为减少衬底托盘2的维修成本，可以将衬底托盘2可拆卸式设置在加热靶座1上，当衬底托盘2损坏时，可直接更换衬底托盘2，而无需对整个加热靶座1进行拆卸维修，节约维修时间，降低维修成本。
64.优选地，不同的衬底3的形状大小可能存在差异，因此可在衬底托盘2上设置衬底3安装槽，并设置可伸缩固定的安装扣，如可调节长度的铰链，用于安装固定不同形状和不同大小的衬底3，从而提高衬底托盘2的通用性。
65.在一些优选的实施方式中，相邻的加热靶座1之间为紧密连接。
66.具体地，为保证离子注入工艺前衬底3加热的效率，减少在对衬底3加热的过程中的热量散失，相邻的加热靶座1的连接处应紧密连接，进一步地，加热靶座1顶部与基板7之间为紧密连接，使得相邻的加热靶座1之间以及加热靶座1与基板之间无缝隙连接，从而进一步减少热量的散失，提高衬底3加热的效率。
67.第二方面，参考图4，图4为本技术提供的一种离子注入机的结构示意图，图4所示的一种离子注入机包括：
68.离子注入器300，用于向离子注入机内注入高温离子；
69.靶式反应腔200，用于为注入高温离子进行衬底3加热工艺提供空间；
70.离子注入机还包括：
71.旋转加热靶100，旋转加热靶100安装在靶式反应腔200内，旋转加热靶100包括基板7，基板7上周向设置有加热靶座1，基板7上设置有带动基板7旋转的旋转轴6；
72.驱动电机210，驱动电机210固定安装在靶式反应腔200上，用于驱动旋转轴6旋转；
73.离子注入器300设置在靶式反应腔200上且正对任一加热靶座1。
74.具体地，离子注入器300的注入头正对加热靶座1的安装面上衬底3的中心位置，使切换至任一加热靶座1后离子注入器300的注入头均正对衬底3的中心位置。
75.优选地，离子注入机选用原有的高温高能离子注入机，该离子注入机的内腔即为靶式反应腔200，用于安装旋转加热靶100并为离子注入工艺提供反应空间，本实施例在现有设备中进行改进，可节约制造成本。
76.具体地，在本实施例中，现有的靶式反应腔200的内部尺寸为1000mm
×
330mm
×
370mm，其中，正对离子注入方向的界面尺寸为330mm
×
370mm，因此，为保证旋转加热靶100能安装在靶式反应腔200内且能稳定旋转，旋转加热靶100转动时的最大旋转直径需小于330mm。
77.在本实施例中，优选地，加热靶座1用于安装衬底托盘2的面与水平面的夹角为83
°
，且优选地，加热靶座1的数量为四块，则此时四块加热靶座1紧密拼接后旋转加热靶100的最大旋转直径为312mm，小于330mm，旋转加热靶100结构紧凑且能够在靶式反应腔200内自由旋转。
78.本技术实施例中的离子注入机，离子注入器300向靶式反应腔200中注入高温离子，旋转加热靶100安装在靶式反应腔200的中心位置，同时旋转加热靶100上设置有多个用于安装多个衬底托盘2的加热靶座1，通过驱动电机210驱动旋转加热靶100旋转，驱动电机210固定安装在靶式反应腔200内，使旋转加热靶100相对靶式反应腔200转动，同时带动旋转加热靶100上装有衬底3的衬底托盘2转动，切换衬底3完成后高温离子直接作用于高温的衬底3上，进行离子注入工艺，通过将旋转加热靶100设计为多面可旋转结构，在旋转加热靶100上同时装载多片衬底3，在完成上一片衬底3的离子注入工艺后，旋转加热靶100旋转，使下一片衬底3转动至与上一片衬底3相同的反应位置并进行离子注入工艺，从而提高了离子注入工艺的效率。
79.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
80.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
81.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部
分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
82.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
83.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。