[发明专利]注入装置的离子源和离子注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种注入装置的离子源和离子注入方法。

背景技术

离子注入是一种在半导体技术中将杂质材料选择性的注入到半导体材料中的技术。杂质材料在电离腔中被离子化，将这些离子加速以形成具有设定能量的离子束，离子束轰击晶圆表面，并进入晶圆中，到达与能量相关的深度处。

离子注入机通常将气体或固体的杂质材料在起弧腔中转化为等离子体，然后将等离子体从起弧腔中引出，形成离子束，该离子束可被进行质量分析以消除不想要的离子种类，并加速至预期的能量，并导引至晶圆表面。

参考图1，图1为现有技术注入装置的离子源的剖面界面示意图。所述离子源包括：起弧腔100；位于起弧腔100侧壁的灯丝103，灯丝103在接通电源时，会发热产生热电子；位于灯丝103对面的反射极102，所述反射极102连接电源时，用于反射灯丝103产生的热电子，防止热电子通过起弧腔100的腔室本体溢出；位于起弧腔100底部的源气体通入口104，用于向起弧腔100通入离子源气体，离子源气体在灯丝103产生的热电子的撞击下离子化为等离子体，产生的等离子体通过位于起弧腔100顶部的狭缝101引出起弧腔100。

上述离子源在产生等离子体时，相关副产物或杂质颗粒会在起弧腔100中形成，并且会黏附在起弧腔100的内表面，使得起弧腔100的内表面会形成一层导电的薄膜，甚至灯丝103和反射极102也会形成一层导电的薄膜，该导电薄膜容易使得灯丝103发生短路，并且该导电的薄膜也容易从起弧腔100的内表面脱落，当落在灯丝上或灯丝附近时，使得灯丝的稳定性，因此由于上述原因，使得离子源的使用寿命极大的缩短。

更多关于离子源的介绍，请参考公开号为US2006/0060797A1的美国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提高离子源的使用寿命。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种注入装置的离子源，包括：起弧腔，所述起弧腔用于容纳等离子体；灯丝，位于起弧腔的侧壁上，用于产生热电子，使通入起弧腔的离子源气体离子化为等离子体；反射极，位于起弧腔的与灯丝相对的侧壁上，用于反射灯丝产生的热电子；狭缝，位于起弧腔的顶部，作为等离子体的出口；源气体通入口，位于起弧腔的反射极和灯丝之间的侧壁上，用于通入离子源气体；清洁气体通入口，位于起弧腔的源气体通入口同侧的侧壁上，用于通入惰性清洁气体。

可选的，所述惰性清洁气体为氩气或氦气。

可选的，所述清洁气体通入口与灯丝之间的直线距离大于源气体通入口与灯丝之间的直线距离。

可选的，所述清洁气体通入口与源气体通入口之间的距离为40~60毫米。

可选的，所述清洁气体通入口的直径为5~15毫米。

可选的，所述清洁气体通入口的数量大于等于一个。

可选的，源气体通入口和清洁气体通入口通过第三通入口与起弧腔的侧壁相连接，源气体通入口和清洁气体通入口、和第三通入口构成一个三通管道。

可选的，所述源气体通入口和清洁气体通入口上分别设置有开关控制阀，以控制源气体通入口和清洁气体通入口内气流的通断。

可选的，还包括：引出电极系统，位于狭缝附近，用于从等离子体引出离子束。

本发明技术方案提供还提供了一种离子注入方法，包括步骤：提供注入装置的离子源；灯丝连接电源产生热电子；从清洁气体通入口向起弧腔中通入惰性清洁气体，热电子将惰性清洁气体全部或部分离子化为第一等离子体；从源气体通入口向起弧腔中通入离子源气体，热电子将离子源气体离子化为第二等离子体；从狭缝引出第二等离子体形成离子束。

可选的，所述惰性清洁气体为氩气或氦气。

可选的，所述清洁气体通入口通入的惰性清洁气体的流量大于或等于源气体通入口通入离子源气体流量。

可选的，所述清洁气体通入口通入的惰性清洁气体的流量为0.5~3sccm。

可选的，源气体通入口通入离子源气体流量为0.5~1sccm。

可选的，所述清洁气体通入口向起弧腔中通入惰性清洁气体的步骤在源气体通入口向起弧腔中通入离子源气体的步骤之前。

可选的，所述清洁气体通入口向起弧腔中通入惰性清洁气体时，源气体通入口同时向起弧腔中通入离子源气体。

可选的，离子注入完成时，停止通入离子源气体，保持通入惰性清洁气体，通过惰性清洁气体将起弧腔内剩余的离子化副产物从狭缝排出。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：