[发明专利]具有曲折导电路径的离子源源体丝极

说明书

本发明涉及一个在离子注入机的弧室中用于电离源材料的丝极，尤其是涉及，一个包括两个螺旋线缝从而形成一个曲折导电路径的钨源体的丝极。

一个对半导体晶片进行掺杂的现有技术包括沿离子迁移路径引导离子束和选择硅晶片的位置与离子束相交。

工业用的离子注入机之一是Eaton型NV20离子注入机。该Eaton离子注入机包括一个离子源，它有一个形成室内区的弧室，气化的源材料，如电离的气体(如氧气)和汽化的掺杂剂材料(如砷)以控制浓度被注入到这个室内区中。一个盖板或引出部件盖在弧室的开口侧。引出部件包括一个椭圆形开口或弧缝隙，被电离的粒子就从这里逸出弧室的室内区。

阴极包括一个丝极，它被安装在弧室内。丝极被通电而升温发射电子到弧室的室内区。电子和源材料气体分子碰撞，输出能量以电离该分子。己电离的粒子从弧室的室内空间区的弧缝隙选出，并沿其迁移路径被加速，从而形成离子束，离子束在注入位置与靶晶片相交并把电离的掺杂剂粒子注入到晶片中。一种使用阴极灯丝的离子源被美国专利No4,714,834公开了，Shubaly是该发明专利的代理人。

在现有技术的离子注入机中，阴极灯丝通常包括一个简单的钨丝环。电压加在灯丝上把灯丝加热到热电离发射的温度，于是电子就通过灯丝被发射出来。在弧室的室内区中气态源材料的电离便产生高电离气体的等离子体，其离子和电子的数目近似相等。该离子和电子的密度，即所谓的Debye屏蔽长度，远小于灯丝的尺寸。该Debye屏蔽长度是一个在气态源材料等离子体中的一个特定的距离，超过它，带电粒子的电场就被具有相反符号的电荷粒子屏蔽。只有与施加在弧室上的磁场垂直的灯丝的那个部分才实际承受热电离发射。因为它被安排在气态离子源材料等离子体中，离子溅射就发生在通电灯丝的整个外表面上。溅射作用侵蚀整个灯丝的外表面并过早造成它的损坏。

用于热电离发射电子的丝极源体或丝极板是被安排在弧室的室内空间区。然后，弧室被安排在离子源体的真空室内空间区。丝极板是用钨制作的。电离的气态源材料被注入到源体的弧室的室内区中。丝极板被通电到热离子发射温度，使产生的电子撞击电离的气态源材料并产生源离子等离子体。较好的丝极板包括在两个空间分布的螺旋缝隙，该缝隙口切成一个板的宽度。两个缝隙在其对应的全长部分上完全相互平行并且每个缝隙的终端都靠近板的中心区。缝隙形成一个曲折的螺旋形的导电通路而用于板的热电离加热。

两个缝隙是以一个间隔为特点的，间隔形成缝隙的侧壁表面之间的垂直距离。在缝隙全部长度上，每个缝隙具有一个完全均匀的间隔宽度。并且两个缝隙具有完全相等的间隔。对于每一个缝隙，间隔的宽度最好不大于带电源材料等离子体的Debye屏蔽长度的10倍。这样一个缝隙这样一个缝隙间隔的宽度很快衰减进入缝隙的带电等离子体的能量，从而可成缝隙的灯丝板内壁表面被等离子侵蚀的情况就被减到最小。

丝极在邻近板的相反两端上有两个空间隔开的孔。给丝极源体通电的导电杆穿过弧室边缘的源的侧壁中的孔。一个绝缘体安排在每个孔中，以便使导电杆与弧室的边壁绝缘。加在导电杆之间的电压产生一个电流，该电流沿缝隙形成的曲折的螺旋引导电路经而流过丝极板。丝极板的顶部表面被安排在弧室之中，从而通过位于离子源外边的电磁极，顶部表面就与施加在弧室上的磁场垂直。

当丝极板被通电和加热到热电离发射温度的时候，发射的自由电子就进入到弧室的室内区。丝极板的顶部表面提供了一个大的，有效的热电离发射表面，它超过了现有技术的环形导线丝极。

本发明的目的是提供一个在离子注入机中使用的源材料电离丝极，它有较长的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供一个丝极，它的溅射侵蚀被限制到一个小于丝极的总表面面积上。

本发明还有一个目的是提供一种丝极，它的热发射面积足够大，以便于源材料的有效电离。

本发明的其它目的和优点，特点通过结合附图的详细描述最佳实施例将会被更好地理解。

图1是本发明离子注入机的离子源部分的原理透视图。

图2是离子源的截面视图。

图3是包括本发明的灯丝板的弧室的顶平面视图。

图4是从图34-4线表示的平面看去的图3的弧室的截面中的部分和正视图的一部分视图；

图5是图3的灯丝板的透视图；

图6是图3的灯丝板的顶平面视图；

图7是通过图6中的7-7线表示的平面看去的图3的平板灯丝的侧视图。

图8是从图6中8-8线表示的平面看去的图3的平面灯丝的正视图；

图9是本发明的灯丝平面的第二实施例的透视图。

图10是图9的灯丝平面的顶平面视图；