[发明专利]与离子植入系统一起使用的高电压电源供应器用的电流限制器

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体装置制造领域。更具体来说，本发明涉及一种在使用离子植入装备期间抑制由电弧放电所产生的电流浪涌的设备。

背景技术

离子植入是一种用于将杂质离子掺杂到目标基底中以获得所需装置特性的制程。将离子束从离子源室引导到目标基底。植入到目标基底中的深度是基于离子植入能量以及在来源室中产生的离子的质量。

图1是典型的离子植入器系统的方块图。高压电源供应器10向阴离子源室12供应所需能量，所述阴离子源室12经配置以产生特定种类的离子。所产生的离子经由一系列电极14而从来源被提取出并且形成射束16，射束16经来自电源供应器10的电压加速。所施加的电压可在几千伏到数百千伏范围内。在一些应用中，若干个电源供应器可经堆叠以达到甚至更高的电压。所提取出的射束通过质量分析器磁体18。所述质量分析器配置有特定磁场以使得仅具有所需质荷比(mass-to-charge ratio)的离子能够穿过分析器。所需种类的离子通过分辨狭缝20以及多个射束成形元件22、24、26，这些元件使得离子准备好进行植入并且将离子引导到定位于支撑物(例如平台)28上的工件或基底。校正器磁体24经赋能以根据所施加磁场的强度和方向使离子束偏转，以提供朝向定位于支撑物(例如平台)28上的工件或基底的带状射束。

一般来说，所述高压是经由高压电源供应器所供应的电极所施加。所述高压电源供应器的设计应考虑到在长期使用期间过热、闪络(flashover)以及非预期的电压成弧(voltage arcing)的可能性。另外，因为这些电源供应器在所述高压下工作，所以与在较低电压水平(voltage level)下工作的电源供应器相比，故障率随时间增加。

从高压电极向系统另一部分的成弧现象是一种上述系统常见的故障。存在有许多造成电弧的原因并且电弧是不可避免的，甚至对于良好设计的系统也是如此。典型的植入器规格允许每小时10次或大于10次电弧。电弧的特性在于其呈现负阻抗。在电路中不存在额外的电流限制元件的情况下，电弧可能造成高的电流浪涌，其破坏或耗损电源供应器以及其它组件。

图2显示利用电阻器作为高压电源供应器的电流限制组件的示范性现有技术离子源组合件的示意图。通常，电阻器207在高压电源供应器203与离子源组合件209之间串联耦合以限制任何电弧211诱发的电流尖峰(current spike)的影响。然而，电阻器为线性组件并且由电弧造成的高电压降(例如从离子源组合件到接地)仍造成比例较高的电流流动。

在实施例中，本发明用热离子二极管替换在高压电源供应器与阴离子源组合件之间耦合的高值电阻器。热离子二极管是非线性组件并且因此将以与电压无关的方式限制可能通过的电流量。

发明内容

在第一个实施例中，揭示一种与离子源组合件一起使用的热离子二极管组合件浪涌保护系统(surge protection system)。所述系统包括与热离子二极管以及离子源组合件串联耦合的高压电源。所述离子源组合件包含离子源、具有外层表面的罩壳、使离子源的真空部分与热离子二极管外壳耦合的流体连接组合件、以及位于离子源槽的第一末端的阴极。所述阴极包括阴极灯丝电源供应器以及安置在流体连接组合件内并且与罩壳的外层表面实质上齐平安装的阴极灯丝。所述高压电源供应器封闭在源压力槽中并且驱动离子源组合件。所述热离子二极管外壳包括安置在离子源组合件罩壳与高压电源供应器的输出端之间的绝缘管。所述绝缘管安装在压力槽的端板最接近阴极的一端上以与离子源组合件罩壳的外层表面形成真空密封。绝缘管在另一端上由与高压电源供应器的输出端耦合的阳极密封。

在另一个实施例中，揭示一种与离子源组合件一起使用的热离子三极管组合件浪涌保护系统。所述系统包括与热离子二极管以及离子源组合件串联耦合的高压电源。所述离子源组合件包含离子源以及具有外层表面的罩壳，其中将在一个区域中的所述外层表面穿孔以使得在阴极与阳极之间形成栅格。所述离子源组合件还包含使离子源的真空部分与热离子三极管外壳耦合的流体连接组合件、以及位于源压力槽的第一末端的阴极。所述阴极包括阴极灯丝电源供应器以及安置在流体连接组合件内并且与离子源组合件罩壳的外层表面实质上齐平安装的阴极灯丝。所述高压电源供应器封闭在压力槽中并且驱动离子源组合件。所述热离子三极管外壳包括安置在离子源组合件罩壳与高压电源供应器的输出端之间的绝缘管。所述绝缘管安装在离子源槽的端板最接近阴极的一端上以与离子源组合件罩壳的经穿孔外层表面形成真空密封。绝缘管在另一端上由与高压电源供应器的输出端耦合的阳极密封。