[發明專利]一種多功能離子源

在審

• 申請號: 201410844871.1
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104480447A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 彭立波;馬國宇;李晨冉;趙葉軍
• 申請（專利權）人: 北京中科信電子裝備有限公司
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及半導體器件制造設備，特別是一種多功能離子源。

背景技術

半導體器件制造技術與工藝都非常復雜，離子注入摻雜屬于半導體器件制造過程中非常關鍵的一道工藝。離子注入摻雜工藝與常規熱摻雜工藝相比具有高精度的劑量均勻性與重復性，橫向擴散小等優點，克服了常規工藝的限制，提高了電路的集成度、速度、成品率和壽命，降低了成本和功耗。隨著半導體材料從第一代硅逐步發展到第三代SiC，需要離子注入摻雜工藝摻雜的元素從普通的硼、磷、砷逐步發展的銻、銦、鋁等金屬元素，硼、磷、砷離子可采用氣態化合物在離子源電離獲得，但后續的銻、銦、鋁離子等一般需要對固態材料進行氣化或濺射后電離才能獲得。對固態材料進行氣化需要高溫坩堝及相應的電源與控制系統，氣態材料的電源與控制系統獨立，造成離子源結構與控制系統都非常復雜，成本高；對固態材料進行濺射的成熟離子源有潘寧源，但是其結構不能與注入機成熟使用的熱陰極離子源兼容，同樣需要兩套系統，且其束流強度受到固有的工作原理限制，難以滿足工藝效率提升對束流的需求不斷提高，且長時間工作容易因污染而失效，維護頻率較高。

具有金屬束流的離子注入機也應用到材料改性行業，所需要產生的離子種類多，既有氣態元素，也有固態元素，現有的應用的一般都是同時配備熱陰極離子源與潘寧源兩種離子源，系統成本高，氣態與固態轉換需要更換離子源，維護操作難度較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種多功能離子源，同時具備普通熱陰極離子源如貝納斯源與濺射型離子源的功能，可用于產生從氣態到幾乎所有金屬的各種離子，具備在一個離子源獲得大束流氣態元素離子束流與固態金屬束流的優異性能，降低需要產生金屬離子束流的離子注入機的系統復雜性，簡化離子源的控制與制造成本。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種多功能離子源，包括：

????弧室腔體，用于導入工藝氣體并生成等離子體；

陽極筒，安裝在弧室腔體內，且與所述弧室腔體絕緣；

熱陰極，為U型結構，所述U型結構的未開口端設置在所述陽極筒內，所述U型結構的開口端兩側依次穿過所述陽極筒和所述弧室腔體一側，且與所述陽極筒、弧室腔體絕緣；

反射極，與所述熱陰極位置相對，所述反射極一端設置在所述陽極筒內，另一端依次穿過所述陽極筒和所述弧室腔體另一側，且所述反射極與所述陽極筒、弧室腔體絕緣；

金屬樣品，位于所述陽極筒下方，且與所述弧室腔體底部連接；

源磁場，設置在所述弧室腔體外部兩側，且所述源磁場的磁力線與所述熱陰極、反射極中點之間的連線位于同一直線上；

所述陽極筒與陽極電源的正端、弧壓電源的正端電連接，所述熱陰極U型結構的開口端兩側分別與熱陰極電源的正端和負端電連接；所述陰極電源負端與所述反射極電連接；所述弧室腔體、所述陽極電源的負端均接地；所述熱陰極電源正端與所述弧壓電源負端串聯；或者，所述陽極筒與所述弧壓電源的正端電連接，所述弧壓電源的負端與熱陰極電源的正端連接；所述熱陰極U型結構的開口端兩側分別與所述熱陰極電源的正端和負端電連接；所述熱陰極電源的負端與所述反射極電連接；所述弧室腔體、弧壓電源負端均接地；

或者：

所述熱陰極與所述弧室腔體、陽極筒之間設有陰極；所述陽極筒與陽極電源的正端、弧壓電源的正端電連接，所述熱陰極U型結構的開口端兩側分別與熱陰極電源的正端和負端電連接；所述陰極一端與所述反射極電連接；所述熱陰極電源與所述弧壓電源之間接有偏置電源；所述陰極另一端接入所述偏置電源正端與所述弧壓電源負端之間；所述弧室腔體、所述陽極電源的負端均接地；所述熱陰極電源正端與所述偏置電源負端串聯；或者，所述陽極筒與所述弧壓電源的正端電連接，所述弧壓電源的負端與偏置電源的正端連接；所述熱陰極U型結構的開口端兩側分別與所述熱陰極電源的正端和負端電連接；所述偏置電源的正端與所述反射極電連接；所述熱陰極電源與弧壓電源之間接有偏置電源，所述陰極一端接入所述偏置電源正端與所述弧壓電源負端之間；所述弧室腔體、陽極電源負端均接地。