一种离子源以及一种离子注入机
阅读：530发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种离子源以及一种离子注入机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种离子源，包括：壳体，其具有可容纳离子源气体的第一空腔，其中所述壳体具有用于引入离子源气体的入口以及用于引出 等离子体 的出口；以及多孔层，其布置在壳体的第一空腔中，其中所述多孔层具有开放的孔隙，并且其中所述孔隙的直径在从所述入口到所述出口的方向上增大。通过该离子源，能够提高所生成的等离子体的均匀度，从而提高产品 质量 并减少因频繁调节 电流 频率 造成的 灯丝 寿命损失，此外，还能够增加离子源气体的利用率，增加等离子体的生成速度。，下面是一种离子源以及一种离子注入机专利的具体信息内容。
1.一种离子源，其特征在于，包括：
壳体，其具有可容纳离子源气体的第一空腔，其中所述壳体具有用于引入离子源气体的入口以及用于引出等离子体的出口；以及
多孔层，其布置在壳体的第一空腔中，其中所述多孔层具有开放的孔隙，并且其中所述孔隙的直径在从所述入口到所述出口的方向上增大。
2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述孔隙为可供离子源气体穿过的穿孔。
3.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，所述多孔层形成可容纳离子源气体的第二空腔，其中所述第二空腔在朝向出口的侧具有开口。
4.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述多孔层包括多个多孔层，其中每两个多孔层之间设置有间隔。
5.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述多孔层包括用于将灯丝伸入的开孔。
6.一种离子注入机，其具有根据权利要求1至5之一所述的离子源。
一种离子源以及一种离子注入机
技术领域
背景技术
[0003] 半导体制造的一个重要工艺是离子注入。离子注入是指，将来自离子源的离子束进行加速和偏转后入射到目标材料中去，离子束最后停留在目标材料中，从而对目标材料的化学或物理性质进行调整。在半导体制造中，通常例如采用离子注入对目标材料进行掺杂、如n型或p型掺杂。
[0004] 离子注入机的一个重要组件是离子源，离子源的作用是，使用灯丝等加热器使离子源气体(如BF3、AsH3和PH3)电离以形成包含掺杂物的等离子体。然后，离子注入机的其它部件执行后续操作，例如：质量分析器对等离子体施加磁场以分离出所需掺杂物的离子束；加速器用高压静电场对离子束进行加速；中性束偏移器分离出中性原子；聚焦系统将离子成形为离子束；偏转扫描系统使离子束沿x、y方向扫描等等。从该工艺流程可知，离子源所生成的等离子体的质量和生成速度将直接影响整个工艺的质量和速度。
[0005] 现有的离子源采用带有入口和出口的气体腔室作为离子源气体容器，其中离子源气体从入口输入，经灯丝电离后生成的等离子体从出口输出。这样的离子源的缺点在于，其气体填充量和气体均匀度较差，这导致生成的等离子体的浓度不均匀。为了提高等离子体的均匀性，必须频繁地调节电流频率，由此可能降低灯丝的寿命，进而提高了设备生产成本。此外，这样的离子源的气体利用率较低，产生的等离子体少、且速度慢。实用新型内容
[0006] 本实用新型的任务是，提供一种离子源，通过该离子源，能够提高所生成的等离子体的均匀度，从而提高产品质量并减少因频繁调节电流频率造成的灯丝寿命损失，此外，还能够增加离子源气体的利用率，增加等离子体的生成速度。
[0007] 根据本实用新型，该任务通过一种离子源来解决，该离子源包括：
[0008] 壳体，其具有可容纳离子源气体的第一空腔，其中所述壳体具有用于引入离子源气体的入口以及用于引出等离子体的出口；以及
[0009] 多孔层，其布置在壳体的第一空腔中，其中所述多孔层具有开放的孔隙(或称开孔)，并且其中所述孔隙的直径在从所述入口到所述出口的方向上增大。
[0010] 在此，应当指出，在本实用新型中，多孔层中的孔隙的直径例如是指多孔层的孔隙的平均直径。例如，多孔层的各节段中的孔隙的平均直径在从入口到出口的方向上增大。
[0011] 在本实用新型的一个优选方案中规定，所述孔隙为可供离子源气体穿过的穿孔。通过该优选方案，可以增加气体的透过率，从而增加气流的流速，进而提高产率。但是在其它实施例中，孔隙可以不是穿孔而是仅仅为开孔。
[0012] 在本实用新型的另一优选方案中规定，所述多孔层形成可容纳离子源气体的第二空腔，其中所述第二空腔在朝向出口的侧具有开口。通过该优选方案，可以增加离子源气体与多孔层之间的接触面，由此提高气体的均匀度，进而提高所生成的等离子体的均匀度。
[0013] 在本实用新型的一个扩展方案中规定，所述多孔层包括多个多孔层，其中每两个多孔层之间设置有间隔。通过该扩展方案，可以进一步提高提高离子源气体的均匀度，进而进一步提高所生成的等离子体的均匀度。
[0014] 在本实用新型的另一扩展方案中规定，所述多孔层包括用于将灯丝伸入的开孔。通过该扩展方案，可以提供优化的气体流动和电离路径。
[0015] 此外，前述任务还可以通过一种离子注入机来解决，该离子注入机具有根据本实用新型的离子源。
[0016] 本实用新型至少具有下列有益效果：本实用新型人通过研究独到地发现，在生成等离子体的过程中，离子源中的气体浓度在从入口到出口的方向上下降，这会造成生成的等离子体的均匀度下降以及生成速度降低，因此为了提高气体均匀度，在本实用新型中，设置具有从入口到出口直径逐渐增大的开孔的多孔层，可以大大提高离子源气体在离子源内、尤其是在气体路径上的均匀度，由此提高等离子体的生成速度和等离子体的均匀性，这是因为出口侧的更大的孔隙将容纳更多的离子源气体或者更大的穿孔将增大气体的流入量，而入口侧的更小的孔隙将容纳更少的离子源气体或者更小的穿孔将减小气体的流入量，从而补偿由于等离子体生成过程中的气体消耗等原因造成的离子源气体分布不均，也就是说，通过使用该多孔层可以调节气体浓度，使得离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子注入的效果，提高了离子利用率；此外，还可以减少甚至避免因提高等离子浓度均匀性来调节电流，从而提高了灯丝的寿命，延长了设备的维护周期，从而降低了设备生产成本。附图说明
[0017] 下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本实用新型。
[0018] 图1示出了根据本实用新型的离子源的示意图。
具体实施方式
[0019] 应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
[0020] 在本实用新型中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
[0021] 在本实用新型中，各实施例仅仅旨在说明本实用新型的方案，而不应被理解为限制性的。
[0022] 在本实用新型中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
[0023] 在此还应当指出，在本实用新型的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本实用新型的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
[0024] 在此还应当指出，在本实用新型的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本实用新型中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
[0025] 最后，应当指出，在本实用新型中，多孔层中的孔隙的直径例如是指多孔层的孔隙的平均直径。例如，多孔层的相应节段中的孔隙的平均直径在从入口到出口的方向上增大。
[0026] 下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本实用新型。
[0027] 如图1所示，根据本实用新型的离子源100用于从入口104输入离子源气体107，然后通过灯丝106对引入离子源气体107进行电离以生成等离子体108，最后通过出口105输出所生成的等离子体108。
[0028] 根据本实用新型的离子源包括下列部件：
[0029] ·壳体101，其具有可容纳离子源气体的第一空腔109。在此，壳体101例如为由板材围成的中空结构，其中部形成第一空腔109以容纳气体。此外，壳体101具有用于引入离子源气体107的入口104以及用于引出等离子体108的出口105。
[0030] ·多孔层102，其布置在壳体101的第一空腔109中，其中所述多孔层102具有开放的孔隙103，并且其中所述孔隙103的直径在从入口 104到出口105的方向上增大。在此，孔隙103为气体可流通的穿孔，并且穿孔的直径在从入口104到出口105的方向上增大，由此在靠近出口的侧增加气体的流速并且在靠近入口的侧减小气体流速，从而调节离子源气体的浓度。在此，多孔层107为多孔板材，其围成可容纳离子源气体的第二空腔110。在其它实施例中，可以布置多个多孔层107，其中相邻多孔层107之间间隔一定距离。各孔隙的大小和分布可以根据具体要求来设置，例如离子源气体的要求流速、等离子体的生成速度等等。在此，多孔层102还设置有供灯丝106伸入的开孔，由此允许灯丝与第二空腔110中的气体接触以进行电离。
[0031] 下面阐述根据本实用新型的离子源100的工作流程。
[0032] 首先，离子源气体107从入口104被引入到壳体101的第一空腔109 中。在那里，所引入的离子源气体107通过不同直径的不同孔隙103分别进入多孔层102的第二空腔110中并通过灯丝106被电离以生成等离子体108。在此，较大直径的孔隙将在单位时间内引入较多的离子源体气体107，而较小直径的孔隙将在单位时间内引入较少的离子源气体 107，由此通过多孔层102调节离子源气体107的浓度，使其更加均匀。最后，所生成的等离子体108通过出口被输出以用于生成离子束。
[0033] 本实用新型至少具有下列有益效果：本实用新型人通过研究独到地发现，在生成等离子体的过程中，离子源中的气体浓度在从入口到出口的方向上下降，这会造成生成的等离子体的均匀度下降以及生成速度降低，因此为了提高气体均匀度，在本实用新型中，设置具有从入口到出口直径逐渐增大的开孔的多孔层，可以大大提高离子源气体在离子源内、尤其是在气体路径上的均匀度，由此提高等离子体的生成速度和等离子体的均匀性，这是因为出口侧的更大的孔隙将容纳更多的离子源气体或者更大的穿孔将增大气体的流入量，而入口侧的更小的孔隙将容纳更少的离子源气体或者更小的穿孔将减小气体的流入量，从而补偿由于等离子体生成过程中的气体消耗等原因造成的离子源气体分布不均，也就是说，通过使用该多孔层可以调节气体浓度，使得离子源气体与热电子的碰撞均匀，产生于腔体内各位置的等离子体浓度均匀，提高了离子注入的效果，提高了离子利用率；此外，还可以减少甚至避免因提高等离子浓度均匀性来调节电流，从而提高了灯丝的寿命，延长了设备的维护周期，从而降低了设备生产成本。
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