[发明专利]一种多功能离子源

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造设备，特别是一种多功能离子源。

背景技术

半导体器件制造技术与工艺都非常复杂，离子注入掺杂属于半导体器件制造过程中非常关键的一道工艺。离子注入掺杂工艺与常规热掺杂工艺相比具有高精度的剂量均匀性与重复性，横向扩散小等优点，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。随着半导体材料从第一代硅逐步发展到第三代SiC，需要离子注入掺杂工艺掺杂的元素从普通的硼、磷、砷逐步发展的锑、铟、铝等金属元素，硼、磷、砷离子可采用气态化合物在离子源电离获得，但后续的锑、铟、铝离子等一般需要对固态材料进行气化或溅射后电离才能获得。对固态材料进行气化需要高温坩埚及相应的电源与控制系统，气态材料的电源与控制系统独立，造成离子源结构与控制系统都非常复杂，成本高；对固态材料进行溅射的成熟离子源有潘宁源，但是其结构不能与注入机成熟使用的热阴极离子源兼容，同样需要两套系统，且其束流强度受到固有的工作原理限制，难以满足工艺效率提升对束流的需求不断提高，且长时间工作容易因污染而失效，维护频率较高。

具有金属束流的离子注入机也应用到材料改性行业，所需要产生的离子种类多，既有气态元素，也有固态元素，现有的应用的一般都是同时配备热阴极离子源与潘宁源两种离子源，系统成本高，气态与固态转换需要更换离子源，维护操作难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种多功能离子源，同时具备普通热阴极离子源如贝纳斯源与溅射型离子源的功能，可用于产生从气态到几乎所有金属的各种离子，具备在一个离子源获得大束流气态元素离子束流与固态金属束流的优异性能，降低需要产生金属离子束流的离子注入机的系统复杂性，简化离子源的控制与制造成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多功能离子源，包括：

    弧室腔体，用于导入工艺气体并生成等离子体；

阳极筒，安装在弧室腔体内，且与所述弧室腔体绝缘；

热阴极，为U型结构，所述U型结构的未开口端设置在所述阳极筒内，所述U型结构的开口端两侧依次穿过所述阳极筒和所述弧室腔体一侧，且与所述阳极筒、弧室腔体绝缘；

反射极，与所述热阴极位置相对，所述反射极一端设置在所述阳极筒内，另一端依次穿过所述阳极筒和所述弧室腔体另一侧，且所述反射极与所述阳极筒、弧室腔体绝缘；

金属样品，位于所述阳极筒下方，且与所述弧室腔体底部连接；

源磁场，设置在所述弧室腔体外部两侧，且所述源磁场的磁力线与所述热阴极、反射极中点之间的连线位于同一直线上；

所述阳极筒与阳极电源的正端、弧压电源的正端电连接，所述热阴极U型结构的开口端两侧分别与热阴极电源的正端和负端电连接；所述阴极电源负端与所述反射极电连接；所述弧室腔体、所述阳极电源的负端均接地；所述热阴极电源正端与所述弧压电源负端串联；或者，所述阳极筒与所述弧压电源的正端电连接，所述弧压电源的负端与热阴极电源的正端连接；所述热阴极U型结构的开口端两侧分别与所述热阴极电源的正端和负端电连接；所述热阴极电源的负端与所述反射极电连接；所述弧室腔体、弧压电源负端均接地；

或者：

所述热阴极与所述弧室腔体、阳极筒之间设有阴极；所述阳极筒与阳极电源的正端、弧压电源的正端电连接，所述热阴极U型结构的开口端两侧分别与热阴极电源的正端和负端电连接；所述阴极一端与所述反射极电连接；所述热阴极电源与所述弧压电源之间接有偏置电源；所述阴极另一端接入所述偏置电源正端与所述弧压电源负端之间；所述弧室腔体、所述阳极电源的负端均接地；所述热阴极电源正端与所述偏置电源负端串联；或者，所述阳极筒与所述弧压电源的正端电连接，所述弧压电源的负端与偏置电源的正端连接；所述热阴极U型结构的开口端两侧分别与所述热阴极电源的正端和负端电连接；所述偏置电源的正端与所述反射极电连接；所述热阴极电源与弧压电源之间接有偏置电源，所述阴极一端接入所述偏置电源正端与所述弧压电源负端之间；所述弧室腔体、阳极电源负端均接地。