[发明专利]一种用于生产离子簇、电离分子和电离单原子的离子源

说明书

一种离子源，包括：电弧室壳体限定的电弧室；第一掺杂剂源，被配置为在第一操作模式下向电弧室供应第一掺杂剂材料；第一电子源，被配置为在第一操作模式下电离第一掺杂剂材料；第二掺杂剂源，其被配置为在第二操作模式下向电弧室供应第二掺杂剂材料；第二电子源，其被配置为在第二操作模式下使第二掺杂剂材料电离，其中离子源在第一操作模式下提供第一掺杂剂材料的离子，并在第二操作模式下提供第二掺杂剂材料的离子；所述第一电子源被配置为在所述第一操作模式下在相对较低的温度下电离所述第一掺杂剂材料，并且其中，所述第二电子源被配置为在相对较高的第二操作模式温度下电离所述第二掺杂剂材料。

技术领域

本发明涉及适用于离子注入机的离子源，更具体地，涉及可以在不同应用中产生电离簇，电离分子和电离单原子的离子源配置。

背景技术

离子源是离子注入机的关键组件。离子源产生离子束，该离子束穿过离子注入机的束线并被传送到半导体晶片。要求离子源为各种不同的离子种类和提取电压生成稳定，轮廓分明的离子束。在半导体生产设备中，包括离子源在内的离子注入机需要长时间运行而无需维护或修理。

离子注入机具有常规使用的具有直接加热的阴极的离子源，其中用于发射电子的灯丝安装在离子源的电弧室中，并暴露于电弧室中的高腐蚀性等离子体中。这种直接加热的阴极通常包括直径相对较小的金属丝，因此在相对短的时间内在电弧室的腐蚀环境中退化或失效。为了改善离子源的寿命，已经开发了间接加热的阴极离子源。间接加热的阴极包括相对较大的阴极，该阴极通过来自细丝的电子轰击而加热并热电子发射电子。灯丝在电弧室中与等离子体隔离，因此使用寿命长。阴极的相对较大的结构确保了长时间的运行。

尽管有这些改进，离子源在某些操作条件下仍可能无法提供令人满意的性能。现有技术的半导体器件需要极低的结深度，这是用低植入物敌人获得的。然而，离子注入机通常被设计用于在相对高的注入能量下有效地操作，并且可能不能在浅结注入所需的能量下有效地起作用。在低植入能量的情况下，传送到晶圆的电流远低于所需的电流，在某些情况下可能接近零。结果，需要极长的植入时间来达到指定剂量，并且对产量产生不利影响。由于离子源在低提取电压下无法高效运行，因此小离子电流可能会传递到晶圆。此外，离子束在通过离子注入机的束线传输时会膨胀，并且离子可能会沿着束线而不是目标半导体晶圆撞击离子注入机的组件。

通过运行较重的分子或原子团簇，可以显着提高低能量生产率。常规的热阴极离子源产生高产量的单原子，但往往会破坏团簇和分子，从而降低了生产率的提高。产生分子和簇的离子源公开在美国专利No.2002年9月17日授予Horsky的美国专利6,452,338。所公开的离子源依靠电子束来使分子和簇离子化而不会使它们分解。该专利将电子能量范围描述为20-1200eV，其中最高能量用于完全分解分子并产生多电荷离子。由于该源中缺少等离子体，因此该源的提取电流受到限制。

发明内容

本发明的目的是，根据现有技术中半导体制造商更喜欢离子注入机在宽范围的注入参数下运行，以减少对多个离子注入机的需求。更具体地说，离子注入机应该在各种离子产生中具有可接受的性能，包括非常低的能量以实现浅结深度。现有技术的离子源具有有限的操作范围。因此，需要改进的离子源和产生离子的方法。

本发明的技术方案是：一种离子源，包括：电弧室壳体限定的电弧室；第一掺杂剂源，被配置为在第一操作模式下向电弧室供应第一掺杂剂材料；第一电子源，被配置为在第一操作模式下电离第一掺杂剂材料；

第二掺杂剂源，其被配置为在第二操作模式下向电弧室供应第二掺杂剂材料；第二电子源，其被配置为在第二操作模式下使第二掺杂剂材料电离，其中离子源在第一操作模式下提供第一掺杂剂材料的离子，并在第二操作模式下提供第二掺杂剂材料的离子；

所述第一电子源被配置为在所述第一操作模式下在相对较低的温度下电离所述第一掺杂剂材料，并且其中，所述第二电子源被配置为在相对较高的第二操作模式温度下电离所述第二掺杂剂材料；