專利名稱：離子源中的陰極和反陰極裝置的制作方法
離子源中的陰極和反陰極裝置發(fā)明領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及適合于離子^A機的離子源，其包括陰極和反陰極。
技術(shù)背景0002本發(fā)明的預(yù)期應(yīng)用是在離子注入機中，其可用于半導(dǎo)體器件或 其他材料的加工，也可用于許多其他應(yīng)用。在這樣的應(yīng)用中，通過將期 望摻雜種類的原子注入到晶片體中以形成改變傳導(dǎo)率的區(qū)域，半導(dǎo)體晶 片得到改進。普通摻雜劑的例子為硼、磷、砷和銻。0003典型的，離子注入機包括在真空室內(nèi)在真空下保持的離子源。 離子源使用在弧室內(nèi)部產(chǎn)生的等離子體制造離子。從弧室中提取等離子 體離子，且以"離子雨"模式，離子移動從而注入到比如半導(dǎo)體晶片的 目標中。替代地，提取出的離子可通過質(zhì)量分析臺，這樣可選擇期望質(zhì) 量和能量的離子向前移動以注入到半導(dǎo)體晶片中。在美國專利第 4,754,200號中可找到關(guān)于離子注入機的更詳細的描述。0004在典型的Bemas類型源中，在來自陰極的電場影響下，熱電子被 發(fā)射并加速，且受磁場束縛從而沿螺旋路徑朝反陰極行進?；∈抑泻颓?體氣體分子的相互作用制造了期望的等離子體。0005在一個已知的裝置中，反陰極與陰極連接，由此它們處于共同 的電位(美國專利第5,517，077號和第5，977，552號)。反陰極是負向偏壓 的，這樣它將排斥從陰極移動的電子，增加跨過離子源的螺旋路徑數(shù)量， 由此增加了弧室中的電離效率。0006在另一個公知的裝置中，反陰極被電氣隔離，這樣它將浮動以 靠近等離子體的電位(美國專利第5，703,372號)。0007注入機的質(zhì)量分析臺通過控制磁場來操作，以允許選擇期望質(zhì) 量的離子(通過其動量或質(zhì)量與電荷狀態(tài)的比)并拒絕不需要的離子(在 此意義上它們在磁場中遵循不同路徑)。0008在摻雜硼的例子中，例如一般使用BF3作為前體氣體?；∈抑械碾婋x導(dǎo)致產(chǎn)生典型包含B+、 F+、 BF+和BF2+離子的等離子體。這個離子的 混合物被提取并進入到質(zhì)量分析臺，所述質(zhì)量分析臺確保只有優(yōu)選的 B/BFx種類被傳遞到半導(dǎo)體晶片。盡管許多注入方法要求注入B+離子，但 其他方法使用BF2+離子。由于BF2+離子撞擊半導(dǎo)體晶片時分離，所以如一 些應(yīng)用中要求的，以產(chǎn)生較淺摻雜層的減少的能量注入所產(chǎn)生的硼原子。發(fā)明內(nèi)容0009本發(fā)明的目的在于增加離子源操作的靈活性，例如最優(yōu)化不同 種類的注入源或者最優(yōu)化來自特定供給材料的特殊離子種類的輸出，所 述不同種類從公共源材料中獲得。0010從第一方面，本發(fā)明在于用于離子注入機的離子源，其包括.-弧室，用于產(chǎn)生和包含等離子體；陰極，用于發(fā)射電子到弧室中；安置 在弧室中使得由此陰極發(fā)射的電子是入射在其上的電極；用于向電極加 偏壓的一個或一個以上電壓電位源；以及電壓電位調(diào)節(jié)器，其可操作用 于在給電極正向偏壓從而作為陽極的電壓電位源和給電極負向偏壓從而 作為反陰極的電壓電位源之間轉(zhuǎn)換。0011"反陰極"看起來并不是一個普遍認可的術(shù)語。術(shù)語"對陰極" 和"反射器"在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)看起來可以作為同義詞使用。在下文中將使 用術(shù)語"反陰極"指代這個電極，且應(yīng)該相應(yīng)地解釋權(quán)利要求中出現(xiàn)的 術(shù)語"反陰極"。實質(zhì)上，在弧室的另一邊有面對陰極的電極，該電極 先前被束縛到陰極電位，或被電氣隔離(電隔離)以允許其漂移到等離 子體電位附近。0012使用本發(fā)明提供的裝置，在陰極和反陰極之間撞擊弧，其中反 陰極充當陽極。此外，反陰極上的被正向偏壓的電位吸引陰極發(fā)射的電 子，由此它們移動到反陰極，在此處被收集起來。因此，電子僅橫穿弧 室一次(假定使用有相對的陰極和反陰極的傳統(tǒng)裝置)。與有被負向偏 壓的陰極和反陰極的現(xiàn)有技術(shù)的裝置(反射操作模式)相比，電子在弧 室中的平均壽命較短。0013在反射操作模式中，反陰極被維持在與陰極相同的電位，這樣 電子被重復(fù)反射。這增加了由陰極發(fā)射的電子在弧室中的壽命，以制造
更加密集的等離子體，增強了源氣體分子的電離和裂化。在新的非反射 操作模式中，電子被吸引到正的反陰極，在此處被收集起來。結(jié)果，電 子在弧室中的壽命變短。0014然而，已經(jīng)認識到電子壽命變短導(dǎo)致分子裂化降低。例如，如 果BF3作為前體氣體使用，會產(chǎn)生較少B+和BF+離子。這意味著盡管在等 離子體中產(chǎn)生較少離子，但其中較大部分仍是BF2+離子。令人驚訝的是， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)減少的裂化在生產(chǎn)較大離子比如BF2+時提供足夠的增益，以不 僅僅補償全體離子生產(chǎn)中的任何減少。使用BF3作為前體氣體的實驗指出 BF2+離子束電流的增益高達70。/。(這是從質(zhì)量分析臺射出的BF2+離子的測 量結(jié)果)。0015因此，該新裝置的優(yōu)點在于，注入中使用較大質(zhì)量的分子離子， 比如BF2+，而不是較低質(zhì)量的裂化產(chǎn)品。0016此外，其允許根據(jù)需要的注入來選擇最適合的操作模式。每一 個模式可以根據(jù)注入方法來選擇，例如，分別更青睞B+產(chǎn)品或BF2+產(chǎn)品。0017可選的，離子源進一步包括真空室和位于空氣中的電壓電位調(diào) 節(jié)器。這允許在操作模式之間轉(zhuǎn)換，而不需要將真空腔通風到大氣，從 而能夠使用電壓電位調(diào)節(jié)器。0018當在非反射模式操作時，優(yōu)選的是給弧室壁加負向偏壓以激勵 電子移動到反陰極。替代地，弧室壁可以是被加正向偏壓，或者它們被 電氣隔離，以允許漂移到等離子體的電位附近。在反射模式中，室壁是 被正向偏壓而提供陽極以撞擊所需的弧。結(jié)果，離子源可便利地包含另 外的電壓電位調(diào)節(jié)器，其可操作用于給弧室壁加正向或負向偏壓。此外, 為排除給真空室通風的需要，在空氣中有另外的電壓電位調(diào)節(jié)器。0019優(yōu)選的，離子源進一步用于與電壓電位調(diào)節(jié)器一起操作，另外 的電壓電位調(diào)節(jié)器為至少第一和第二離子產(chǎn)生模式設(shè)置，這樣反陰極被 加正向偏壓，而弧室壁被加負向偏壓，反之亦然。這分別與非反射和反 射模式相對應(yīng)。雖然是可選的，但也是有利的，離子源進一步在第一和 第二離子產(chǎn)生模式之間改變，并且通過依次操作電壓電位調(diào)節(jié)器和另外 的電壓電位調(diào)節(jié)器而被支持，這樣第一轉(zhuǎn)換通常是從負向偏壓到正向偏 壓。這確保了總有可用的陽極，這樣弧可繼續(xù)撞擊，由此維持弧室中的
等離子體。以這種方式，弧室維持在提高的操作溫度。0020可選地，電壓電位調(diào)節(jié)器進一步電氣隔離反陰極，其中離子源 進一步用來與電壓電位調(diào)節(jié)器一起操作，另外的電壓電位調(diào)節(jié)器設(shè)置用 于第三離子產(chǎn)生模式，這樣反陰極被電氣隔離，而弧室壁被正向偏壓。0021提供了第三操作(漂移)模式，其中允許反陰極的電位漂移到 等離子體設(shè)置的電位。這提供了反陰極的電子反射的中間級，因此提供 了裂變的中間級。0022可選的，電壓電位調(diào)節(jié)器可以是雙路開關(guān)，用于在正向偏壓反 陰極的第一位置和負向偏壓反陰極的第二位置之間轉(zhuǎn)換。替代地，電壓 電位調(diào)節(jié)器可以是三路開關(guān)，用于在正向偏壓反陰極的第一位置、負向 偏壓反陰極的第二位置和電氣隔離反陰極的第三位置之間轉(zhuǎn)換。0023可選的，另外的電壓電位調(diào)節(jié)器是在正向偏壓所述弧室壁的第 一位置、負向偏壓所述弧室壁的第二位置之間切換的開關(guān)。電壓調(diào)節(jié)器 或開關(guān)可選地設(shè)計為使弧室壁和反陰極處于同樣的電位。0024可選的，離子源進一步包括磁體裝置，用于在弧室中提供磁場， 所述磁場限定了陰極發(fā)射的電子的電子路徑。此為熱電子提供了更長的 電子路徑長度，否則當在壁處于相對陰極的正電位的模式下操作時，熱 電子會被直接吸引到鄰近的弧室壁。磁場束縛電子沿弧室長度方向通過， 在弧室中例如，陰極和反陰極定位在弧室的相對端。0025從第二方面，本發(fā)明延展到包含任何上述離子源的離子注入機。 可選的，弧室進一步包括出口孔，離子注入機進一步包括提取電極，其 可操作用于通過所述出口孔從包含在弧室中的等離子體提取離子，之后 傳輸提取的離子，用于注入到目標中?？蛇x的，離子注入機可以進一步 包括質(zhì)量分析臺，其被定位用來接收從所述弧室提取的離子，并且可操 作用于在特定能量下傳遞選定質(zhì)量和電荷狀態(tài)的離子，用于注入到目標 中。0026從第三方面，本發(fā)明在于一種操作離子源的方法，其中所述離 子源包括有陰極和反陰極的弧室，所述方法包括第一，反射操作模式， 其包括負向偏壓陰極，正向偏壓室壁，由此在陰極和室壁之間撞擊等離 子體，以及負向偏壓反陰極以排斥電子；第二，非反射操作模式，其包
括負向偏壓陰極，正向偏壓反陰極，由此在陰極和反陰極之間撞擊等離 子體。本方法的優(yōu)選特性在所附的權(quán)利要求中被限定。


0027根據(jù)本發(fā)明方法和設(shè)施的示例將參照附圖進行描述，其中0028圖l是離子注入機的示意圖；0029圖2是第一離子源的側(cè)視圖；0030圖3是第二離子源的側(cè)視圖，其包括間接加熱的陰極裝置；0031圖4是有間接加熱的陰極裝置的離子源的簡化圖，顯示了根據(jù) 本發(fā)明第一實施例的偏壓裝置；0032圖5是有簡單絲極裝置的離子源的簡化圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明 的第二實施例的偏壓裝置；0033圖6對應(yīng)圖4，顯示了本發(fā)明的第三實施例，其包括設(shè)置反陰極 電位的三路開關(guān)；和0034圖7對應(yīng)圖5，顯示了本發(fā)明的第四實施例，其包括設(shè)置反陰極電位的三路開關(guān)。
具體實施方式
0035為說明本發(fā)明，示例應(yīng)用如圖1所示，但應(yīng)該意識到其僅為本 發(fā)明的示例性應(yīng)用而非限制。0036圖1顯示了向半導(dǎo)體晶片12注入離子的己知離子注入機10，其 包含根據(jù)本發(fā)明的離子源14。在本實施例中，離子由離子源14產(chǎn)生，被 提取并通過質(zhì)量分析臺30。期望質(zhì)量的離子被選擇通過質(zhì)量分解狹縫32， 并撞擊半導(dǎo)體晶片12。0037離子注入機IO包含定位在真空室15內(nèi)的離子源14，其產(chǎn)生期 望種類的離子束。離子源14 一般包括弧室16，弧室16包含位于其一端 的陰極20。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)操作離子源14，使弧室16的壁18提供陽極。 充分加熱陰極20以產(chǎn)生熱電子。0038由陰極20發(fā)射的熱電子被陽極吸引，在本示例中陽極是鄰近的 室壁18。當熱電子橫穿弧室16時，其離子化或電離氣體分子，由此形成
等離子體并產(chǎn)生期望的離子。0039根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，熱電子遵循的路徑是被控制的，以防止電子只 沿最短路徑到室壁18。磁體裝置46提供延伸通過弧室16的磁場，這樣 熱電子沿弧室16的長度方向遵循螺旋路徑，朝定位在弧室16相對端的 反陰極44前進。0040氣體供給22用前體氣體種類比如BF3填充弧室16。弧室16在 真空室15內(nèi)保持在減小的壓力。經(jīng)過弧室16的熱電子電離前體BR氣 體分子，并裂化BF3分子以形成BF2、 BF和B分子和離子。等離子體產(chǎn) 生的離子還包含微量污染物離子(例如從室壁材料中產(chǎn)生)。0041來自弧室16中的離子使用負向偏壓的提取電極26通過出口孔 28被提取。在離子源14和之后的質(zhì)量分析臺30之間通過電源21施加電 位差，以加速提取的離子，離子源14和質(zhì)量分析臺30通過絕緣體(未 顯示)互相電氣隔離。然后提取的離子混合物通過質(zhì)量分析臺30，這樣 它們在磁場的影響下圍繞曲線路徑通過。任何離子所通過的曲線半徑由 其質(zhì)量、電荷狀態(tài)、能量決定，并且磁場被控制使得對于一規(guī)定的束能 量，只有那些有期望質(zhì)荷比和能量的離子沿與質(zhì)量分解狹縫32相重合的 路徑出去。出去的離子束之后傳輸?shù)侥繕思创⑷氲囊r底晶片12，或者 當目標位置沒有晶片12時就傳輸?shù)诫x子束截止器38。在其他模式中，該 束可以通過安置在質(zhì)量分析臺30和目標位置之間的透鏡裝置來加速或者 減速。0042半導(dǎo)體晶片12裝在晶片固定器36上，晶片12連續(xù)傳送到晶片 固定器36并從晶片固定器36傳送出來以實現(xiàn)連續(xù)注入。替代地，當許 多晶片12安置在轉(zhuǎn)盤36上(轉(zhuǎn)盤36旋轉(zhuǎn)使晶片12輪流對著入射離子 束)時，可使用并行處理。0043圖2和3更詳細顯示了圖1離子注入機10中可使用的兩個已知 離子源14:圖2對應(yīng)絲極裝置，圖3對應(yīng)間接加熱的陰極裝置。0044首先參照圖2，絲極40作為陰極位于在電子反射器42前面的弧 室16的一端。電子反射器42保持在和絲極40同樣的負電位，這樣它們 都是被負向偏壓的并排斥電子。在電子反射器42和包括弧室16最里面 部分的襯墊56之間有小間隙。這個間隙確保電子反射器42與通常作為
陽極的襯墊56電氣隔離。這個空隙被最小化，以避免了來自弧室16的 前體氣體的損耗。反陰極44位于弧室16的遠端，也與襯墊56有小隔離 以確保電氣隔離和最小化氣體泄漏。磁體裝置46 (只在圖1中顯示)可 操作用以提供磁場，該磁場使絲極40發(fā)射的電子沿弧室16長度方向按 照螺旋路徑朝反陰極44前進?；∈?6由氣體供給22用前體氣體種類填 充，還可由一個或一個以上加熱固體或液體的蒸發(fā)器23進行填充。0045絲極40由兩個夾具48適當固定，每個都使用絕緣塊52連接到 離子源14的主體50上。絕緣塊52和護罩54 —起安裝，以阻止從弧室 16逃逸的任何氣體分子到達絕緣體塊。0046很明顯，圖3很大程度上與圖2對應(yīng)，為簡化描述，相同部分 將不再描述。另外，相同參考數(shù)字用于表示相同部件。0047圖2和圖3的不同在于弧室16的頂部，其中圖3顯示間接加熱 的陰極裝置。陰極由管60的端帽58提供，其微微凸出到弧室16中，管 60包含加熱絲極62。加熱絲極62及端帽58保持在不同電位以確保絲極 62發(fā)射的熱電子加速進入到端帽58，管60和弧室16的襯墊56之間留 有間隙以維持電氣隔離。電子加速進入到端帽58中就傳輸能量給端帽58， 這樣端帽充分加熱以發(fā)射熱電子到弧室16。0048本裝置是對圖3絲極裝置的改進，因為通過等離子體的活性離 子和離子轟擊，絲極40受腐蝕更快。為減輕此問題，間接加熱的陰極的 加熱絲極62容納在封閉管60內(nèi)部，這樣離子不會接觸加熱絲極62。0049有新偏壓裝置的離子源14將參考圖4到7進行描述。0050首先看圖4，顯示了圖3的弧室16的簡化圖，旁邊是電源64。 虛線框66表示容納在真空室15內(nèi)部的元件和位于空氣70中的元件之間 的分界線。很清楚，位于空氣70中的元件可容易地進行調(diào)節(jié)而不需要破 壞真空68。0051從圖4可以看到，位于空氣70中的一系列三個電源為處于不同 電位的離子源14的各種元件提供電流。離子源14包含間接加熱的陰極。 絲極電源72為間接加熱的陰極的絲極62提供相對高的電流。偏壓電源 74用于相對絲極62正向偏壓端帽58，這樣絲極62發(fā)射的熱電子被加速 朝向端帽58前進?；‰娫?6用于通過設(shè)置相對于端帽58的高正電位產(chǎn) 生陽極，所述端帽撞擊等離子體并維持等離子體。0052根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，離子源14應(yīng)該以反射模式操作，室壁18被正 向偏壓以提供陽極，而反陰極44被負向偏壓以排斥電子。0053本發(fā)明提供新的、非反射操作模式，其中反陰極44被正向偏壓 使得它充當陽極，室壁18被負向偏壓從而排斥電子。所述電位用于引導(dǎo) 由端帽58發(fā)射的電子，使其傳輸?shù)椒搓帢O44，在此它們將電路接通。替 代地，室壁18可以被正向偏壓，或者室壁18可以被電氣隔離，這樣它 們漂移到等離子體設(shè)置的電位。0054圖4的離子源可以在反射(如圖4所示)或非反射操作模式(圖 4未顯示，但只與相反切換的開關(guān)82和開關(guān)84對應(yīng))的任意一個模式中 操作。這種靈活性由一對開關(guān)82和84激活，所述開關(guān)允許在反陰極44 和室壁18上施加正偏壓或負偏壓。0055電連接從反陰極44和室壁18延展，以分別提供到開關(guān)82和84 的電連接。開關(guān)82和84位于空氣70中，因此電連接延展通過處于真空 /空氣界面66的真空供給接口 80。在空氣70中放置開關(guān)82和84，就不 需要將真空室15通風到空氣中而允許在操作模式之間切換。可以使用分 開的供給接口 80或者公用的供給接口 80。來自絲極電源72和偏壓電源 74的電連接也通過真空供給接口 80。盡管優(yōu)選的使用單獨的供給接口 80 傳送所有這些電連接，但也可使用分開的供給接口 80。替代地，開關(guān)82; 84可以定位在真空室15中。0056開關(guān)82是連接反陰極44到一對終端其中之一的兩路開關(guān)。這 些終端電連接到弧電源76的任一側(cè)，由此給反陰極44提供正向和負向 偏壓。相似裝置用于開關(guān)84，即開關(guān)84通過連接到弧電源76任一側(cè)將 室壁18偏壓到正或負電位。0057圖4顯示了在反射模式操作的離子源14。因此，開關(guān)82設(shè)置到 它的負終端，這樣反陰極44被負向偏壓。開關(guān)84設(shè)置到它的正終端， 這樣室壁18被正向偏壓。0058對于在新的非反射模式中的操作，圖4所示開關(guān)82和84的位 置是顛倒的，這樣反陰極44變成被正向偏壓，室壁18變?yōu)楸回撓蚱珘骸?當以這種模式操作時，優(yōu)選是關(guān)閉磁體46，或以低電流操作磁體46。
0059如下所述，兩種模式之間的操作可以不必根除等離子體而轉(zhuǎn)換。 從圖4說明的反射操作模式開始，開關(guān)82首先被切換以正向偏壓反陰極 44，之后開關(guān)84被切換以負向偏壓室壁18。由于在陽極和陰極之間總是 有足夠的電位差，這確保了等離子體被維持。為從非反射操作模式向反 射模式轉(zhuǎn)變，開關(guān)84首先被切換，以正向偏壓室壁18，之后開關(guān)82被 切換以負向偏壓反陰極44。同樣的，這也確保了等離子體被維持。0060圖5基本與圖4對應(yīng)，所以為簡化描述相同部分將不再描述。 另外，相同參考數(shù)字用于表示相同部件。0061圖5說明了類似圖4的裝置，但其有絲極40而不是間接加熱的 陰極。圖5的離子源14包括位于電子反射器42前面的絲極40。絲極40 和電子反射器42在任意時刻經(jīng)由在真空68中進行的電連接83保持在公 共的負電位。此外，不需要單獨的偏壓電源74，原因是在絲極40和電子 反射器42之間沒有電位差。相應(yīng)的，單個弧電源76相對于壁18 (或襯 墊56)設(shè)置電子反射器42和絲極40的電位。0062在其他方面，圖5的實施例與圖4的實施例對應(yīng)。相應(yīng)的，反 陰極44和室壁18的電位可以和以前一樣被轉(zhuǎn)換，以允許兩種操作模式。0063圖6基本與圖4對應(yīng)，并且相同部分將不再描述。另外，相同 參考數(shù)字用于表示相同部件。圖6與圖4的不同在于兩路開關(guān)82以三路 開關(guān)82'替代。開關(guān)82'有相同的正和負終端，以允許反陰極44既被 正向偏壓又被負向偏壓。然而，提供的第三終端僅用于電氣隔離反陰極 44。這個漂移操作只在室壁18為正時使用。離子源14被配置用于漂移 操作模式。這個漂移操作模式提供中間的電子壽命，其中電子不再象當 反陰極44保持為負時那樣被反陰極44強烈反射，但是相對于反陰極44保持為正時反射更多。0064當反陰極44的電位保持為負時，由于弧室16中更高的電子密 度，弧室16中BF3分子裂化的可能性增加。相應(yīng)的，相對于全體其他離 子類型，等離子體中硼離子的百分比增加(例如BF和BF2離子)。當反 陰極44被隔離并允許漂移到等離子體設(shè)置的電位時，裂變減少，這樣在 等離子體中殘余了更多的分子離子(例如BF+和/或BF2+)。當反陰極44 被正向偏壓，裂變進一步減少。如上面描述的，對于半導(dǎo)體晶片12的離 子注入，硼或BF2+離子是優(yōu)選的。轉(zhuǎn)換反陰極44的電位可最大化入射到 質(zhì)量分析臺30上的優(yōu)選離子數(shù)量，由此用于向前傳輸?shù)桨雽?dǎo)體晶片12。 因此，可以將反陰極44偏壓以優(yōu)先產(chǎn)生特定摻雜劑。0065圖7顯示了應(yīng)用到圖5的離子源的同樣的三路開關(guān)82 (和必然 的三種操作模式)。當開關(guān)82如顯示設(shè)置到第三終端時，反陰極44可 自由漂移到弧室16中的等離子體的電位。0066技術(shù)人員將認識到在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可對上述實施 例作出改變。0067應(yīng)注意室壁18可操作為處于正向偏壓，負向偏壓或電氣隔離。 圖4到7顯示了兩路開關(guān)84、 84'，其允許偏壓從正到負改變或從負到 正改變。以與圖6和7的開關(guān)82'類似的三路開關(guān)替代開關(guān)84、 84'就 允許在正向偏壓、負向偏壓和電氣隔離之間三路轉(zhuǎn)換。0068雖然上面的實施例使用開關(guān)82和84以允許反陰極44和室壁18 的電位通過連接到弧電源76的任一側(cè)而改變，但也存在其他的可能設(shè)置。 例如，可使用開關(guān)將反陰極44和/或室壁18連接到一個或一個以上替代 電源。替代電源可以是圖4到7中顯示中的一個，或可以是其他的電源。 上面說明的開關(guān)設(shè)備由于其簡單性而優(yōu)選的。另外的替代為被連接以提 供分壓電位的電位分壓器，以及可操作用于將反陰極44連接到陰極20 或分壓電位其中之一的開關(guān)。另外，可變電源或可變電阻或可變分壓計 可用于向反陰極44和/或室壁18提供選擇的電壓。0069開關(guān)82和84可以任意數(shù)量的標準方式實現(xiàn)。開關(guān)僅為示例，可以有許多其他裝置。 0070很明顯，離子源14的結(jié)構(gòu)中使用的材料和特定組件裝置都可以按需要選擇。0071雖然上述實施例以離子注入機10的離子源14說明本發(fā)明，但 本發(fā)明可用于許多其他應(yīng)用，比如離子雨系統(tǒng)，其中從離子源14提取的 離子不需經(jīng)過質(zhì)量分析而注入到目標中，或利用反陰極44的任何其他離 子源14，其中需要可選擇的離子化和/或分子裂變。
權(quán)利要求
1. 一種用于離子注入機的離子源，其包括弧室，用于產(chǎn)生和包含 等離子體；陰極，用于發(fā)射電子到所述弧室中；安置于所述弧室中使得 所述陰極發(fā)射的電子被引導(dǎo)到那的電極； 一個或一個以上電壓電位源， 其用于偏壓所述電極；以及電壓電位調(diào)節(jié)器，其可操作用于在正向偏壓 所述電極以作為陽極的電壓電位源和負向偏壓所述電極以作為反陰極的 電壓電位源之間切換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源，進一步包括真空室，并且其中所 述電壓電位調(diào)節(jié)器位于空氣中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的離子源，進一步包括另外的 電壓電位調(diào)節(jié)器，其用于在正向偏壓弧室壁和負向偏壓所述弧室壁之間 切換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子源，包括真空室，并且其中所述另外 的電壓電位調(diào)節(jié)器位于空氣中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的離子源，進一步與所述電壓 偏壓調(diào)節(jié)器一起操作，并且另外的電壓電位調(diào)節(jié)器為至少第一和第二離 子產(chǎn)生模式設(shè)置，這樣所述電極被正向偏壓，且所述弧室壁被負向偏壓， 反之亦然。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源，進一步用來在第一和第二離子產(chǎn) 生模式之間改變，并且通過依次操作所述電壓電位調(diào)節(jié)器和所述另外的 電壓電位調(diào)節(jié)器支持，這樣第一切換是從負向偏壓到正向偏壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項所述的離子源，其中所述電壓電 位調(diào)節(jié)器還用來電隔離所述電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于它的任何其他權(quán)利要求所述的離子源， 其中所述另外的電壓電位調(diào)節(jié)器還用來電隔離所述弧室壁。
9. 根據(jù)從屬于權(quán)利要求5或者6的權(quán)利要求7所述的離子源，其中 所述電壓電位調(diào)節(jié)器還用來電隔離所述電極，并且其中所述離子源還用 來與所述電壓電位調(diào)節(jié)器一起操作，而另外的電壓電位調(diào)節(jié)器進一步為 第三離子產(chǎn)生模式設(shè)置，使得所述電極被電隔離，而所述弧室壁為正。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項所述的離子源，其中所述電壓電 位調(diào)節(jié)器是用來在正向偏壓所述電極的第一位置和負向偏壓所述電極的 第二位置之間切換的開關(guān)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7到9中任意一項所述的離子源，其中所述電壓電 位調(diào)節(jié)器是在用于正向偏壓所述電極的第一位置、用于負向偏壓所述電 極的第二位置和用于電隔離所述電極的第三位置之間切換的開關(guān)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于它的任意其他權(quán)利要求所述的離子源， 其中所述另外的電壓電位調(diào)節(jié)器是在相對于所述陰極向所述弧室壁提供 正電位的第一位置和相對于所述電極向所述弧室壁提供負電位的第二位 置之間切換的開關(guān)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的離子源，其中所述另外的電壓電位調(diào)節(jié)器 是在正向偏壓所述弧室壁的第一位置、負向偏壓所述弧室壁的第二位置 和電隔離所述弧室壁的第三位置之間切換的開關(guān)。
14. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的離子源，其中所述陰極是絲極，或 者是離子源間接加熱的陰極管的端帽。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的離子源，進一步包括可操作作為電子反 射器、位于離子源的所述絲極附近的電極。
16. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的離子源，進一步包括磁體裝置，其 在所述弧室中提供磁場，所述磁場限定了所述陰極發(fā)射電子的電子路徑。
17. —種離子注入機，其包含了任何前述權(quán)利要求的離子源。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的離子注入機，其中所述弧室進一步包括 出口孔，且所述離子注入機進一步包括提取電極，其可操作用于從包含 在所述弧室中的所述等離子體通過所述出口孔提取離子，之后傳輸提取 的離子以注入到目標中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的離子注入機，進一步包括質(zhì)量分析臺， 其被定位用來接收從所述弧室提取的離子，并可操作用來在特定能量下 傳輸選定質(zhì)量和電荷狀態(tài)的離子，用于注入到目標中。
20. —種操作離子源的方法，其中所述離子源包括有陰極和反陰極的 弧室，所述方法包括第一、反射操作模式，其包括負向偏壓所述陰極， 正向偏壓弧室壁，由此撞擊陰極和所述室壁之間的等離子體，和負向偏 壓所述反陰極，由此排斥電子；以及第二、非反射操作模式，其包括負 向偏壓所述陰極和正向偏壓所述反陰極，由此撞擊所述陰極和反陰極之 間的等離子體。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進一步包括在非反射操作模式下 電隔離弧室壁。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括通過將 所述弧室壁上的所述偏壓從負到正切換，及之后將所述反陰極上的所述 偏壓從正到負切換，而從所述非反射模式向所述反射模式切換。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括斷開所述反陰極，這 樣它被電隔離。
24.根據(jù)權(quán)利要求20到23中任意一項所述的方法，進一步包括通過 確保所述弧室壁上所述偏壓為正，且斷開所述反陰極使得它被電隔離而 切換到第三操作模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及適合于離子注入機(10)的離子源(14)，其包括陰極(20)和反陰極(44)。典型的，離子源保持在真空下并使用弧室(16)中產(chǎn)生的等離子體制造離子。從弧室提取等離子體離子，之后將其注入到半導(dǎo)體晶片(12)中。根據(jù)本發(fā)明的離子源進一步包括發(fā)射電子到弧室中的陰極(40)；安置在弧室使得由此陰極發(fā)射的電子是入射在其上的電極(44)；用于給該電極加偏壓的一個或一個以上的電壓電位源(76)；和電壓電位調(diào)節(jié)器(82)，其可操作用于在正向偏壓電極從而作為陽極的電壓電位源和負向偏壓電極從而作為反陰極的電壓電位源之間轉(zhuǎn)換。
文檔編號H01J37/08GK101147227SQ200680009501
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者A·S·第維尼, C·J·S·伯吉斯, D·G·阿默, D·柯克伍德, R·D·戈德堡 申請人:應(yīng)用材料有限公司