[發明專利]一種高能離子注入機用的尖端場形負氫離子源裝置

有效

• 申請號: 202010515865.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111681936B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 陳根;宋云濤;趙燕平;毛玉周
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01J37/08
• 分類號: H01J37/08;H01J37/317;H01L21/67
• 代理公司: 廣州科沃園專利代理有限公司 44416
• 代理人: 王維霞

本發明公開一種高能離子注入機用的尖端場形負氫離子源裝置，包括防護罩、放電室、燈絲、永久磁鐵、等離子體電極、引出電極、絕緣陶瓷和水冷口；燈絲為U型結構，頂部設計有電流接口；燈絲設計有絕緣結構，利用陶瓷支撐與放電室絕緣；放電室接地，頂部設計有進氣管道和永磁鐵，底部設計有等離子體電極和絕緣防護套；放電室外側是多組永磁鐵，每組磁鐵分為六層；永磁鐵外側是設計有水冷結構。

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，具體而言，主要涉及高能離子注入機使用的一種尖端場形負氫離子源。

背景技術

半導體制造過程中的一個重要工藝是離子注入。離子注入是指將來自離子源的離子進行聚焦、加速和偏轉后照射到目標材料上，進而改變目標材料的化學或物理性質。在半導體制造中，通常例如采用離子注入對目標材料進行摻雜、如N型或P型摻雜。

離子注入機的一個重要組件是離子源，離子源所生成的等離子體的質量和生成速度將直接影響整個工藝的質量和速度。當前的離子源中ECR離子源容易獲得較強的離子束，但存在高頻電源和微波輻射問題，會對相關分析儀器產生干擾。為解決以上問題，現設計一種尖端場形負氫離子源裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高能離子注入機用的尖端場形負氫離子源裝置，所述裝置設計的水冷管道，可降低永磁鐵和放電室的溫度；所述燈絲與放電室之間設有絕緣陶瓷材料，可有效避免燈絲與放電室間發生短路；所述永磁鐵的結構設計，可產生尖端形約束磁場；通過束流動力學仿真優化引出電極的結構設計，提高了引出束流的強度，極大地提高了離子的引出效率，降低打火風險；采用可拆卸的結構設計，方便燈絲部件的更換。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種高能離子注入機用的尖端場形負氫離子源裝置，該裝置主要包括：燈絲，進氣通道，放電室，永磁鐵，水冷通道，等離子體電極，引出電極，絕緣防護套，絕緣陶瓷，頂部永磁鐵，絕緣塊；所述燈絲為U型結構，頂部設計有電流接口；燈絲設計有絕緣結構，利用絕緣陶瓷支撐在放電室頂部，與放電室絕緣；放電室接地，放電室頂部設計有進氣管道和頂部永磁鐵，底部設計有等離子體電極和絕緣防護套；放電室外側設置有多組永磁鐵，每組永磁鐵分為六層；永磁鐵外側是設計有水冷結構；等離子體下方設計有引出電極和絕緣防護套，等離子體電極與引出電極間設有絕緣塊。

進一步的，所述多組永磁鐵，每組永磁鐵分為六層，其中上面五層實現多峰場，最下面一層形成離子源的過濾場。

進一步的，燈絲上的電流通過外加電源饋入,燈絲通過絕緣陶瓷固定，與放電室絕緣隔離；燈絲材料包括鉭、鎢。

進一步的，所述等離子體電極引出孔直徑為4mm，與引出電極的流入喇叭口結構結合，提高引出束流的強度。

進一步的，通過束流動力學仿真優化等離子體電極和引出電極的結構的距離為8mm，提高離子的引出效率，降低打火風險。

進一步的，所述進氣通道入口在靠近燈絲一側，提高氣體利用率，增加等離子體的生成速度。

進一步的，所述水冷通道為一圈不銹鋼夾層，設置在放電室外側多組永磁鐵的外圍，一端注入一端口流出。

進一步的，引出電極上的高壓10～60kV通過外加電源饋入，引出電極通過絕緣防護套固定，引出電極與等離子體電極間通過絕緣塊隔離。

進一步的，所述離子源裝置的燈絲、引出電極、水冷通道均采用可拆卸的結構設計，方便離子源零部件的清洗和更換。

有益效果：