[发明专利]一种具有双离化室的离子源

说明书

本发明公开了一种具有双离化室的离子源，包括第一离化室、第一吸极、第二离化室、第二吸极和抑制极；其中第一吸极位于第一离化室和第二离化室中间，第二吸极位于第二离化室和抑制极之间；所述气体输入至第一离化室被离化为初步等离子体，所述初步等离子体被第一吸极吸出并传输至第二离化室，所述初步等离子体在第二离化室中被离化为多价等离子体，所述多价等离子体被第二吸极吸出并传输至抑制极。本发明提供的一种具有双离化室的离子源，第一离化室将气体分子初步离化，第二离化室将初步等离子体进一步离化为多价等离子体，从而提高了离子源中多电荷离子的数量，提高了离子束流上限。

技术领域

本发明涉及离子注入技术领域，具体涉及一种具有双离化室的离子源。

背景技术

随着工艺节点的缩小，离子注入技术由于在掺杂浓度，掺杂尺寸和掺杂角度的可控性方面展示出巨大优势，已经逐渐取代扩散工艺，成为集成电路制造过程中必不可少的设备。

离子注入技术将气体分子离化为离子，然后通过加速系统将离子加速到目标能量，最后注入到硅片表面。其中通过控制离子能量大小以控制注入深度，通过控制束流大小以控制注入时间和注入剂量。在元素相同的条件下，离子能量越大则注入越深，离子束流越大则注入时间越小或相同注入时间下，注入剂量越大。离子束流的增大可有效缩短注入时间、提高生产效率。

离子注入设备主要结构有：离子源系统、磁分析器、加速系统、聚焦系统、扫描系统、偏转系统、靶室等。气体在进入离子源系统后，被离子源内部具有一定能量的电子撞击。气体分子周围的电子被撞击出从而分子离化成为离子状态。离子被离子源旁边的吸极吸出，成为离子束流。在经过磁分析器时，特定荷质比的离子被筛选，从而实现纯化束流的目的。纯净的束流在经过加速系统时被加速，通过调整加速系统的特定参数，从而实现将束流加速到特定能量的目的。由于束流为带正电的离子，同性电荷相互排斥，因此束流倾向于发散，因此在束流行进过程中需要添加聚焦系统，以实现对束线形状调整的目的。形状调整后的束流通过扫描和偏转系统，将束线调整为特定的宽度和角度。最后，在靶室位置将离子注入到硅片表面。

离子注入机中离子源决定气体分子的离化率，从而影响其最终束流大小。现有技术中离子源如附图1所述，包括离化室110、吸极130和抑制极140，离化室中气体分子与上下极板之间的电子碰撞，形成等离子体113，吸极的电压小于离化室电压，等离子体被吸极130吸出形成离子束120，离子束120经过吸极130达到抑制极140中，抑制极140接地，抑制极中的离子束再进入离子注入机的磁分析器中进行筛选。

其中，为了提高气体分子在离子源中的离化率，目前主要的做法是：(1)通过将离化室110中上极板设置为反射极板111，将电子反射回腔室，以增大电子和气体分子的碰撞机率；(2)在离化室110中加磁场，利用电子在磁场中的偏转运动增大电子运动路径，提高和气体分子的碰撞率；(3)将离化室中上极板111和下极板112设置为上下双灯丝结构，以提高离化室中电子数量，从而提高和气体分子的碰撞机率。上述方法极大的提高了气体离化率。但提高碰撞机率的同时，也降低了电子的自由程。自由程小的电子无法获得足够的能量使气体分子离化为二价、三价甚至更高价态。

离子注入机分为高电流、中电流和高能三种机型。其中高能离子注入机虽然其束流具有的能量很高，但是由于离化室中无法有效碰撞出高价态离子，因此高能离子注入机其束流很小。以某型号高能离子注入机为例，其在高能状态下，最大束流小于100μA。低的束流导致高能离子注入机的生产效率受限。因此有必要寻找新的方法提高束流大小。根据上文分析，提高高能离子注入机束流大小的关键是提高多电荷离子的产量即提高气体分子多电荷的离化率。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有双离化室的离子源，第一离化室将气体分子初步离化，第二离化室将初步等离子体进一步离化为多价等离子体，从而提高了离子源中多电荷离子的数量，提高了离子束流上限。