一种提高离子源气体解离效率的起弧室及离子植入机的制作方法

本实用新型涉及半导体设备技术领域，更具体而言，本实用新型涉及一种提高离子源气体解离效率的起弧室及离子植入机。

背景技术：

离子植入技术是近年来蓬勃发展和广泛应用的一种技术。离子植入技术基本原理是：首先将离子加速，将高动能离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料成分、结构和性能发生变化，获得某些新的优异性能。离子植入技术已经在半导体材料掺杂、金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。

在半导体工业中，离子植入已经成为一种重要的掺杂技术。离子植入工艺通常在光刻工艺之后，在进行离子植入时，有光刻胶保护的地方，离子束无法穿透光刻胶；在没有光刻胶的地方离子束才能被植入到衬底中实现掺杂。植入的离子会在半导体衬底的晶格中产生缺陷，因此在离子植入后需用低温进行退火或激光退火来消除这些缺陷。

目前半导体的生产设备植入机中，离子源气体在起弧室内解离成离子的效率很低，只有30～50％的气体被利用，造成气体原材料的大量浪费。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供一种提高离子源气体解离效率的起弧室，包括：

设置在起弧室一端的发射极；

覆盖发射极的阴极；

设置在起弧室另一端的发射极；以及

设置在所述起弧室外壁上的加热装置。

在本实用新型的一个实施例中，所述加热装置为缠绕在所述起弧室外壁上的电阻丝。

在本实用新型的一个实施例中，所述加热装置还包括设置在电阻丝之间的导热层以及设置在电阻丝外侧的绝热层。

在本实用新型的一个实施例中，所述阴极为覆盖所述发射极的金属罩。

在本实用新型的一个实施例中，提高离子源气体解离效率的起弧室还包括：前开缝板，所述前开缝板与离子源头相连通。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种提高离子源气体解离效率的离子植入机，包括：

离子源、束线部分、靶室以及终端台，

其中离子源包括：

起弧室，包括设置在起弧室一端的发射极；覆盖发射极的阴极；设置在起弧室另一端的发射极；设置在所述起弧室外壁上的加热装置；以及前开缝板；

离子源头，所述前开缝板与离子源头相连通，离子源头包括蒸发器。

在本实用新型的另一个实施例中，所述加热装置为缠绕在所述起弧室外壁上的电阻丝。

在本实用新型的另一个实施例中，所述加热装置还包括设置在电阻丝之间的导热层以及设置在电阻丝外侧的绝热层。

在本实用新型的另一个实施例中，所述阴极为覆盖所述发射极的金属罩。

在本实用新型的另一个实施例中，所述蒸发器为圆筒形的坩埚。

通过本实用新型公开的起弧室，离子源气体在起弧室内解离成离子的效率提高大于50％。气体原材料的利用率提高，成本降低。更换离子植入机气源钢瓶的周期延长，工作时间提高。另外，起弧室温度提高，附作物被蒸发的机率提高，提高离子源寿命。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出离子植入机的起弧室的截面立体示意图。

图2示出离子源头的立体示意图。

图3示出起弧室300的截面示意图。

图4示出根据本实用新型的一个实施例的起弧室400的截面示意图。

图5示出根据本实用新型的一个实施例的起弧室的电阻丝的缠绕示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本实用新型的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

离子植入机本体可分为三大部分：离子源、束线部分、靶室以及终端台。

在离子源结构中，自由电子在电磁场的作用下，获得足够的能量后撞击离子源气体分子或原子，使之电离成离子，再经吸极吸出，通过聚焦成为离子束，然后进入束线部分。

离子植入机中常用的离子源采用电子撞击气体分子或原子产生离子。当气体进入起弧室后将进行气体电离。图1示出离子植入机的起弧室的截面立体示意图。如图1所示，起弧室包括顶端的阴极101和发射极102、底端的反射板103。阴极101发射电子，由于起弧室内存在一定浓度的气体粒子，发射的电子会撞击这些粒子，使粒子外层的电子脱离，粒子变为带正电的离子。

起弧室还包括前开缝板104。前开缝板与离子源头相连通。图2示出离子源头200的立体示意图。如图2所示，离子源头一侧为前开缝板104，离子源头可包括蒸发器201。蒸发器实际上是一个圆筒形的坩埚，坩埚的外层缠绕加热线圈。离子源材料可以是固体也可以是气体，对于固体源必须通过蒸发器转换成气体源才能电离。因此蒸发器用于将固体源加热使其气化，然后将蒸汽导入起弧室电离。本实用新型的创新点在于对起弧室部分进行改进，因此，为了简化描述，省略对离子植入机其余部分的详细描述。

图3示出起弧室300的截面示意图。如图3所示，起弧室300包括设置在一端的阴极301和发射极302、设置在另一端的反射板303。阴极301为覆盖在发射极302上的金属罩。当发射极302通电加热后，能量传递给阴极301，使阴极发射出电子。由于阴极301的表面积比发射极302大，因此阴极301能发射出更多的电子并且更均匀，使用寿命更长。反射板303可增加电子与气体分子碰撞的机会，使气体分子充分电离，产生更多的离子。

针对离子源气体在起弧室内解离成离子的效率低的问题，本实用新型对起弧室的结构进行改进。图4示出根据本实用新型的一个实施例的起弧室400的截面示意图。如图4所示，起弧室400包括设置在一端的阴极401和发射极402、设置在另一端的反射板403。阴极401为覆盖在发射极402上的金属罩。当发射极402通电加热后，能量传递给阴极401，使阴极发射出电子。由于阴极401的表面积比发射极402大，因此阴极401能发射出更多的电子并且更均匀，使用寿命更长。反射板403可增加电子与气体分子碰撞的机会，使气体分子充分电离，产生更多的离子。

起弧室400还包括设置在外壁上的加热装置404。由于气体的内能跟压力与温度有关，内能越高，分子越活跃，运动速度越快，被电子撞机解离的效率才能提高，因此当起弧室中压力一定时，提高起弧室的温度能够提高起弧室内离子源气体的解离效率。

加热装置404可以是缠绕在起弧室外壁的加热电阻丝。在加热装置404的外侧增加隔热层405，有利于防止热量向外部扩散。在电阻丝之间填充导热层406，有利于将电阻丝产生的热量传递到起弧室。

图5示出根据本实用新型的一个实施例的起弧室的电阻丝的缠绕示意图。如图5所示，电阻丝501均匀缠绕在起弧室外壁上。然而本领域的技术人员应该理解，本实用新型的保护范围不限于此，电阻丝还可以以其他方式进行缠绕。

在本实用新型的其他实施例中，起弧室可以使用其他类型的加热装置进行加热，例如，蒸汽加热器、油加热器、水加热器等等。

通过本实用新型公开的起弧室，离子源气体在起弧室内解离成离子的效率提高大于50％。气体原材料的利用率提高，成本降低。更换离子植入机气源钢瓶的周期延长，工作时间提高。另外，起弧室温度提高，附作物被蒸发的机率提高，提高离子源寿命。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。