提高離子注入純度的電弧腔及離子注入方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高離子注入純度的電弧腔及離子注入方法，包括用于產生原初電子的燈絲、陰極、陽極和供氣管道，供氣管道向電弧腔中通入反應氣體，燈絲發(fā)出原初電子入射到陰極中；在加熱條件下，陰極受到原初電子的轟擊產生二次電子，二次電子在陽極和陰極的電場作用下轟擊反應氣體，使反應氣體電離產生等離子體；陰極的材料具有至少一種施主能級；本發(fā)明通過具有施主能級的陰極發(fā)射出二次電子來產生等離子體，其所產生的等離子體具有較高的能量和密度，可以抑制所形成的等離子體中的金屬離子和金屬分子離子的形成，能夠加快等離子體邊緣的解離速率，避免等離子體邊緣形成不需要的金屬離子和金屬分子離子，進一步提高注入等離子體的純度。
【專利說明】
提高離子注入純度的電弧腔及離子注入方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體涉及一種提高離子注入純度的電弧腔及離子注入方法。
【背景技術】
[0002]—直以來，包括圖像處理裝置在內的半導體制造工藝中，通過控制摻雜離子濃度，采用離子注入設備以離子注入方式形成摻雜層是重要工藝之一，離子注入設備包括產生等離子體的電弧腔以及加速等離子體的加速腔;通常離子注入工藝包括采用電弧腔產生等離子體，等離子體在加速腔被加速形成離子束流然后注入到晶圓中。電弧腔中產生等離子體的過程包括:在電壓作用下電弧腔的燈絲產生原初電子(primary 1ns)，同時向電弧腔中通入摻雜氣體，在電弧腔的電場作用下熱電子與摻雜氣體原子發(fā)生碰撞，使摻雜氣體原子產生解離形成離子，不斷的碰撞與電離，從而形成等離子體。然而，在此過程中，電弧腔以及電弧腔壁中會產生不需要的金屬離子和金屬分子離子(molecular 1ns)，這些不需要的離子將導致諸如圖像處理器所形成的圖像中出現(xiàn)白斑問題;此外，這些金屬離子和金屬分子離子會混入離子束流中，降低在晶圓中離子注入的純度，影響產品的性能。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供采用具有施主能級的材料作為陰極發(fā)射極，其發(fā)射出二次電子，利用二次電子來激發(fā)摻雜氣體發(fā)生解離而產生離子。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高離子注入純度的電弧腔，包括用于產生原初電子的燈絲、陰極、陽極和供氣管道，供氣管道向電弧腔中通入反應氣體，燈絲發(fā)出原初電子入射到陰極中；在加熱條件下，所述陰極受到原初電子的轟擊產生二次電子，二次電子在陽極和陰極的電場作用下轟擊反應氣體，使反應氣體電離產生等離子體;所述陰極的材料具有至少一種施主能級。
[0005]優(yōu)選地，所述陰極的材料包括具有一種施主能級的材料、具有二種施主能級的材料和具有二種以上施主能級的材料的任意兩種。
[0006]優(yōu)選地，所述陰極包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域以及位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域的頂部和底部的陰極邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率大于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，使得所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第二二次電子的電勢能高于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)出的第一二次電子的電勢能。
[0007]優(yōu)選地，所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的寬度為所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的寬度的20?30%。
[0008]優(yōu)選地，所述陰極還具有第三二次電子發(fā)射區(qū)域;第三二次電子發(fā)射區(qū)域位于所述陰極邊緣區(qū)域且將所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域包圍，所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域與所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域具有重疊區(qū)域，所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出第三二次電子。
[0009]優(yōu)選地，所述燈絲包括燈絲芯和環(huán)繞燈絲芯周圍的燈絲圈，所述燈絲芯和所述燈絲圈均用于發(fā)射出原初電子;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域連續(xù)環(huán)繞所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域設置，所述燈絲芯對應所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域設置，所述燈絲圈對應所述第二二次電子發(fā)射區(qū)和所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域，從而使所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)射出第一二次電子，第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)射出第二二次電子，第三二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第三二次電子。
[0010]優(yōu)選地，所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率為所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率的2?1000倍。
[0011]為了達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種離子注入方法，包括生成等離子體，然后對等離子體加速后使等離子體投射到晶圓上;其采用上述的電弧腔來生成等離子體。
[0012]優(yōu)選地，所述陰極包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域以及位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域頂部和底部的陰極邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率大于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，使得所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第二二次電子的電勢能高于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)出的第一二次電子的電勢能;采用權利要求1所述的電弧腔來生成等離子體的過程具體包括:
[0013]步驟O1:開啟燈絲，燈絲產生原初電子；
[0014]步驟02:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，以及第二二次電極發(fā)射區(qū)發(fā)射出第二二次電子;其中，第二二次電子的電勢能高于第一二次電子的電勢能；
[0015]步驟03:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在第二二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子激發(fā)反應氣體生成第二等離子體;其中，第二二次電子對反應氣體的解離速度大于第一二次電子對反應氣體的解離速度，且第二等離子體的密度高于第一等離子體的密度。
[0016]優(yōu)選地，所述陰極還具有第三二次電子發(fā)射區(qū)域;第三二次電子發(fā)射區(qū)域位于所述陰極邊緣區(qū)域且將所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域包圍，部分所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域與所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域具有重疊區(qū)域；
[0017]所述步驟02具體包括:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，第三二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第三二次電子，所述重疊區(qū)域同時發(fā)射出第二二次電子和第三二次電子;第二二次電子的電勢能大于第一二次電子的電勢能；
[0018]所述步驟03具體包括:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在所述重疊區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子和第三二次電子共同激發(fā)反應氣體生成第二三等離子體，在第三二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第三二次電子激發(fā)反應氣體生成第三等離子體;其中，第二二次電子對反應氣體的解離速度大于第一二次電子對反應氣體的解離速度，且第二三等離子體的密度高于第一等離子體的密度。
[0019]本發(fā)明的提高離子注入純度的電弧腔及離子注入方法，通過采用具有施主能級的陰極，利用該陰極發(fā)射出二次電子來使反應氣體產生等離子體，其所產生的等離子體具有較高的能量和密度，可以抑制所形成的等離子體中的金屬離子和金屬分子離子的形成，從而提高注入等離子體的純度;進一步的，第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率高于第一一次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，能夠使第二二次電子發(fā)射區(qū)域形成的等離子體的密度和電勢能均高于第一一次電子發(fā)射區(qū)域所形成的等離子體，能夠加快等離子體邊緣的解離速率，避免等離子體邊緣形成不需要的金屬離子和金屬分子離子，進一步提高注入等離子體的純度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的實施例一的電弧腔的結構示意圖
[0021]圖2為本發(fā)明的實施例一的陰極的結構示意圖
[0022]圖3為本發(fā)明的實施例二的電弧腔的結構示意圖
[0023]圖4為本發(fā)明的實施例二的陰極的結構示意圖
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發(fā)明的內容作進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
[0025]本發(fā)明的電弧腔，采用具有至少一種施主能級的材料作為陰極材料來發(fā)射二次電子，用以激發(fā)反應氣體生成具有高密度高能量的等離子體，避免等離子體中產生不需要的金屬離子、金屬分子離子、多價金屬離子等，提高用于注入等離子體的純度，從而避免所制備的器件例如邏輯電路器件、圖像傳感器器件等器件出現(xiàn)白斑等缺陷，提高了器件的性能。
[0026]需要說明的是，具有至少一種施主能級的材料可以為具有多種施主能級的材料構成的復合材料;可以包括具有一種施主能級的材料、具有二種施主能級的材料和具有三種以上施主能級的材料的任意兩種;例如，可以為具有一種施主能級的材料和具有二種以上施主能級的材料的復合材料，或者具有二種施主能級的材料和具有三種以上施主能級的材料的復合材料;或者具有一種施主能級的材料和具有二種施主能級的材料的復合材料。
[0027]實施例一
[0028]以下結合附圖1-2和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。
[0029]本實施例中，請參閱圖1，電弧腔100包括用于產生原初電子的燈絲101、陰極102、陽極103和供氣管道104，供氣管道104向電弧腔100中通入反應氣體，燈絲101發(fā)出原初電子入射到陰極102中；在加熱條件下，陰極102受到原初電子的轟擊產生二次電子，二次電子在陽極103和陰極102的電場作用下轟擊反應氣體，使反應氣體電離產生等離子體;本實施例中的陰極102的材料為至少具有一種施主能級的材料。
[0030]本實施例中，陰極102具有支撐體1021和二次電子發(fā)射區(qū)域，支撐體1021用于承載二次電子發(fā)射區(qū)域;二次電子發(fā)射區(qū)域包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022以及位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022外部的陰極102邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023;第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023的材料的電阻率大于第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的材料的電阻率，使得第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023發(fā)出的第二二次電子e2的電勢能高于第一二次電子發(fā)射區(qū)1022發(fā)出的第一二次電子el的電勢能。較佳的，第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023的材料的電阻率為第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的材料的電阻率的2?1000倍;這里的第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的材料為Pt的材料，第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023的材料為Sc，當然，第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的材料和第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023的材料還可以復合有其它反射金屬，例如鎢、石墨、鉬、鉭、鈦的一種或多種的組合；
[0031]如圖2所示，圖2中左面的結構為圖1中陰極的立體圖，右面的結構為圖1中陰極的右側視圖，這里的支撐體1021為圓柱殼體，燈絲101發(fā)射原初電子的發(fā)射端(螺旋狀)位于圓柱殼體內，且發(fā)射端與第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022和第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023相對設置;第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022位于圓柱殼體頂面的中心，第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023位于圓柱殼體頂面的邊緣區(qū)域，且僅位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的頂部和底部;較佳的，第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023的寬度為第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022的寬度的20?30%。第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023可以嵌入在支撐體1021表面。
[0032]本實施例中的離子注入方法，包括生成等離子體，然后對等離子體加速后使等離子體投射到晶圓上;其中，采用了上述的電弧腔來生成等離子體;生成等離子體的過程具體包括:
[0033]步驟O1:開啟燈絲，燈絲產生原初電子；
[0034]具體的，通過向燈絲施加2?50V的燈絲電壓、采用不超過20A的燈絲電流來激發(fā)燈絲產生原初電子(primary electron) ο
[0035]步驟02:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，以及第二二次電極發(fā)射區(qū)發(fā)射出第二二次電子;其中，第二二次電子的電勢能高于第一二次電子的電勢能；
[0036]具體的，原初電子轟擊到第一二次電子發(fā)射區(qū)域和第二二次電子發(fā)射區(qū)域中，如圖1所示，使得第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022發(fā)射出第一二次電子el，第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023發(fā)射出第二二次電子e2，如前所述，由于第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率大于第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，使得第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第二二次電子的電勢能高于第一二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第一二次電子的電勢能。
[0037]步驟03:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在第二二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子激發(fā)反應氣體生成第二等離子體。
[0038]具體的，請再次參閱圖1，向電弧腔100中通入反應氣體，結合在陰極102和陽極103之間施加300?600V的正偏電壓，使得反應氣體在對應于第一二次電子發(fā)射區(qū)1022和陽極103之間的區(qū)域形成第一等離子體Pl，在對應于第二二次電子發(fā)射區(qū)1023和陽極103之間的區(qū)域形成第二等離子體P2，由于第二二次電子e2的電勢能高于發(fā)出的第一二次電子el的電勢能，在第二二次電子發(fā)射區(qū)域1023與陽極103之間的區(qū)域的反應氣體被第二二次電子e2解離的速率大于在第一二次電子發(fā)射區(qū)域1022與陽極103之間的區(qū)域的反應氣體被第一二次電子el解離的速率，且生成的第二等離子體P2的密度大于第一等離子體的密度Pl。
[0039]實施例二
[0040]以下結合附圖3-4和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。
[0041 ] 本實施例中，請參閱圖3，電弧腔200包括用于產生原初電子的燈絲201、陰極202、陽極203和供氣管道204，供氣管道204向電弧腔200中通入反應氣體，燈絲201發(fā)出原初電子入射到陰極202中；在加熱條件下，陰極202受到原初電子的轟擊產生二次電子，二次電子在陽極203和陰極202的電場作用下轟擊反應氣體，使反應氣體電離產生等離子體;本實施例中的陰極202的材料為至少具有一種施主能級的材料。
[0042]本實施例中，請參閱圖3和圖4，圖4中左面結構為圖3中陰極的立體圖，圖4中右面結構為圖3中陰極的右側視圖，陰極202具有支撐體2021和二次電子發(fā)射區(qū)域，支撐體2021用于承載二次電子發(fā)射區(qū)域;二次電子發(fā)射區(qū)域包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022、位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022頂部和底部的陰極202邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023以及第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024;第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024位于陰極202邊緣區(qū)域且將第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022包圍，第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024與第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023具有重疊區(qū)域，第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024用于發(fā)出第三二次電子e3，重疊區(qū)域(這里重疊區(qū)域和第二二次電子發(fā)射區(qū)域相同)同時發(fā)出第二二次電子e2’和第三二次電子e3，第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022發(fā)出第一二次電子el ’。
[0043]本實施例中，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的材料的電阻率大于第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的材料的電阻率，使得第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023發(fā)出的第二二次電子e2’的電勢能高于第一二次電子發(fā)射區(qū)2022發(fā)出的第一二次電子el’的電勢能。較佳的，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的材料的電阻率為第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的材料的電阻率的2?1000倍;這里的第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的材料為Pt，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的材料為Sc，當然，第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的材料和第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的材料還可以復合有其它反射金屬，例如鎢、石墨、鉬、鉭、鈦的一種或多種；同時，如果第三二次電子區(qū)域2024的材料的電阻率選擇大于第一二次電子區(qū)域2022的材料的電阻率，則第三二次電子e3的電勢能也大于第一二次電子el’的電勢能；第三二次電子區(qū)域2024的材料也可以選擇與第二二次電子區(qū)域2023相同的材料，這種情況下，第二二次電子區(qū)域2023屬于第三二次電子區(qū)域2024的一部分。
[0044]如圖4所示，這里，陰極202為圓柱殼體，燈絲201發(fā)射原初電子的發(fā)射端位于圓柱殼體內，且發(fā)射端與第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022和第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023相對設置；第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022位于圓柱殼體頂面的中心，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023位于圓柱殼體頂面的邊緣區(qū)域且僅位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的頂部和底部，第三二次電子發(fā)射區(qū)2024位于圓柱殼體頂面且環(huán)繞第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022設置，第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024與第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023重疊，這里第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023為重疊區(qū)域;較佳的，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的寬度為第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的寬度的20?30%。第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023可以嵌入在支撐體201表面。
[0045]這里需要說明的是，由于第三二次電子發(fā)射區(qū)域2023與第二二次電子發(fā)射區(qū)域2022重疊的情況，可以是在第一二次電子發(fā)射區(qū)域2021的外圍包括第二二次電子發(fā)射區(qū)區(qū)域2022形成第三二次電子發(fā)射區(qū)域2023，此時第三二次電子發(fā)射區(qū)域2023覆蓋于第二二次電子發(fā)射區(qū)域2022上，也即是重疊區(qū)包括兩層，其中一層為第二二次電子發(fā)射區(qū)域，另一層為第三二次電子發(fā)射區(qū)域;或者重疊區(qū)的材料包括第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料和第三二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的復合材料；
[0046]此外，如圖4所示，本實施例中，燈絲201(細虛線所示)包括燈絲芯(粗虛線框所示)和環(huán)繞燈絲芯周圍的燈絲圈2011，燈絲芯和燈絲圈2011均用于發(fā)射出原初電子;第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023連續(xù)環(huán)繞第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022設置，燈絲芯對應第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022設置，燈絲圈2011對應第二二次電子發(fā)射區(qū)2023和第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024，從而利用燈絲芯和燈絲圈2011可以使得原初電子充分均勻的轟擊到第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022、第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023和第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024，從而使第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022發(fā)射出第一二次電子el’，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023發(fā)射出第二二次電子e2’，第三二次電子發(fā)射區(qū)2024發(fā)射出第三二次電子e3，重疊區(qū)域(這里為第二二次電子發(fā)射區(qū)2023)同時發(fā)射出第二二次電子e2’和第三二次電子e3。
[0047]本實施例二中的離子注入方法，包括生成等離子體，然后對等離子體加速后使等離子體投射到晶圓上;其中，采用了實施例二的電弧腔來生成等離子體;生成等離子體的過程具體包括:
[0048]步驟001:開啟燈絲，燈絲產生原初電子；
[0049]具體的，通過向燈絲施加2?50V的燈絲電壓、采用不超過20A的燈絲電流來激發(fā)燈絲芯和燈絲圈產生原初電子(primary electron)。
[0050]步驟002:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，第三二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第三二次電子，重疊區(qū)域同時發(fā)射出第二二次電子和第三二次電子；第二二次電子的電勢能大于第一二次電子的電勢能；
[0051]具體的，請再次參閱圖3和4，燈絲芯產生的原初電子主要轟擊到第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022和第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023中，燈絲圈2011產生的原初電子主要轟擊到第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024，也有一部分轟擊到第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023，使得第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022發(fā)射出第一二次電子el’，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023發(fā)射出第二二次電子e2’，如前所述，由于第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023的材料的電阻率大于第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022的材料的電阻率，使得第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023發(fā)出的第二二次電子e2’的電勢能高于第一二次電子發(fā)射區(qū)2022發(fā)出的第一二次電子el’的電勢能;這里，又由于燈絲圈2011產生原初電子的轟擊，使得第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023發(fā)射的第二二次電子e2’的電勢能更加高于第一二次電子el’的電勢能。同時，如果第三二次電子區(qū)域2024的材料的電阻率選擇大于第一二次電子區(qū)域2022的材料的電阻率，則第三二次電子e3的電勢能也大于第一二次電子el’的電勢能；第三二次電子區(qū)域2024的材料也可以選擇與第二二次電子區(qū)域2023相同的材料，這種情況下，第二二次電子區(qū)域2023屬于第三二次電子區(qū)域2024的一部分。
[0052]步驟003:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在重疊區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子和第三二次電子共同激發(fā)反應氣體生成第二三等離子體，在第三二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第三二次電子激發(fā)反應氣體生成第三等離子體；
[0053]具體的，請再次參閱圖3，向電弧腔200中通入反應氣體，結合在陰極202和陽極203之間施加300?600V的正偏電壓，使得反應氣體在對應于第一二次電子發(fā)射區(qū)2022和陽極203之間的區(qū)域形成第一等離子體P1’，在對應于重疊區(qū)域(這里為第二二次電子發(fā)射區(qū)2023)和陽極203之間的區(qū)域形成第二三等離子體P2’，對應于第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024(除了重疊區(qū)域)和陽極203之間的區(qū)域形成第三等離子體(未示出)，由于第二二次電子e2’的電勢能高于發(fā)出的第一二次電子el的電勢能，在重疊區(qū)域(這里為第二二次電子發(fā)射區(qū)2023)與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率大于在第一二次電子發(fā)射區(qū)域202與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率，且生成的第二三等離子體P2’的密度大于第一等離子體Pl ’的密度。同時，如果第三二次電子區(qū)域2024的材料的電阻率選擇大于第一二次電子區(qū)域2022的材料的電阻率，則第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率也大于在第一二次電子發(fā)射區(qū)域2022與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率，且生成的第三等離子體的密度大于第一等離子體P1’的密度;此時，第二三等離子體P2 ’的密度還大于第三等離子體的密度;如果，第三二次電子區(qū)域2024的材料可以選擇與第二二次電子區(qū)域2023相同的材料，這種情況下，第二等離子體P2’和第三等離子體的密度相同，重疊區(qū)域(這里為第二二次電子發(fā)射區(qū)2023)與陽極203之間的等離子體密度與第三等離子體密度、第二等離子體密度均相同，第二二次電子發(fā)射區(qū)域2023與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率等于第三二次電子發(fā)射區(qū)域2024與陽極203之間的區(qū)域的反應氣體被解離的速率。
[0054]此外，本發(fā)明還提供了一種具有上述實施例一或二的電弧腔的離子注入設備。關于離子設備的其它結構可以采用常規(guī)結構，這里不再贅述。
[0055]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護范圍應以權利要求書所述為準。
【主權項】
1.一種電弧腔，包括用于產生原初電子的燈絲、陰極、陽極和供氣管道，供氣管道向電弧腔中通入反應氣體，燈絲發(fā)出原初電子入射到陰極中；在加熱條件下，所述陰極受到原初電子的轟擊產生二次電子，二次電子在陽極和陰極的電場作用下轟擊反應氣體，使反應氣體電離產生等離子體;其特征在于，所述陰極的材料具有至少一種施主能級。2.根據(jù)權利要求1所述的電弧腔，其特征在于，所述陰極的材料包括具有一種施主能級的材料、具有一■種施主能級的材料和具有二種以上施主能級的材料的任意兩種。3.根據(jù)權利要求1所述的電弧腔，其特征在于，所述陰極包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域以及位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域的頂部和底部的陰極邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率大于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，使得所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第二二次電子的電勢能高于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)出的第一二次電子的電勢能。4.根據(jù)權利要求3所述的電弧腔，其特征在于，所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的寬度為所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的寬度的20?30%。5.根據(jù)權利要求3所述的電弧腔，其特征在于，所述陰極還具有第三二次電子發(fā)射區(qū)域;第三二次電子發(fā)射區(qū)域位于所述陰極邊緣區(qū)域且將所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域包圍，所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域與所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域具有重疊區(qū)域，所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出第三二次電子。6.根據(jù)權利要求5所述的電弧腔，其特征在于，所述燈絲包括燈絲芯和環(huán)繞燈絲芯周圍的燈絲圈，所述燈絲芯和所述燈絲圈均用于發(fā)射出原初電子;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域連續(xù)環(huán)繞所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域設置，所述燈絲芯對應所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域設置，所述燈絲圈對應所述第二二次電子發(fā)射區(qū)和所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域，從而使所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)射出第一二次電子，第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)射出第二二次電子，第三二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第三二次電子。7.根據(jù)權利要求3-6任意一項所述的電弧腔，其特征在于，所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率為所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率的2?1000倍。8.一種離子注入方法，包括生成等離子體，然后對等離子體加速后使等離子體投射到晶圓上;其特征在于，采用權利要求1所述的電弧腔來生成等離子體。9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述陰極包括第一二次電子發(fā)射區(qū)域以及位于第一二次電子發(fā)射區(qū)域頂部和底部的陰極邊緣區(qū)域的第二二次電子發(fā)射區(qū)域;所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率大于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域的材料的電阻率，使得所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域發(fā)出的第二二次電子的電勢能高于所述第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)出的第一二次電子的電勢能;采用權利要求1所述的電弧腔來生成等離子體的過程具體包括: 步驟O1:開啟燈絲，燈絲產生原初電子； 步驟02:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，以及第二二次電極發(fā)射區(qū)發(fā)射出第二二次電子;其中，第二二次電子的電勢能高于第一二次電子的電勢會K; 步驟03:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在第二二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子激發(fā)反應氣體生成第二等離子體;其中，第二二次電子對反應氣體的解離速度大于第一二次電子對反應氣體的解離速度，且第二等離子體的密度高于第一等離子體的密度。10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述陰極還具有第三二次電子發(fā)射區(qū)域；第三二次電子發(fā)射區(qū)域位于所述陰極邊緣區(qū)域且將所述第一二次電子發(fā)射區(qū)域包圍，部分所述第三二次電子發(fā)射區(qū)域與所述第二二次電子發(fā)射區(qū)域具有重疊區(qū)域； 所述步驟02具體包括:在原初電子激發(fā)下，第一二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第一二次電子，第三二次電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出第三二次電子，所述重疊區(qū)域同時發(fā)射出第二二次電子和第三二次電子;第二二次電子的電勢能大于第一二次電子的電勢能； 所述步驟03具體包括:向電弧腔中通入反應氣體，在陰極和陽極之間施加電壓，在第一二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第一二次電子激發(fā)反應氣體生成第一等離子體，在所述重疊區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第二二次電子和第三二次電子共同激發(fā)反應氣體生成第二三等離子體，在第三二次電子區(qū)域和陽極之間的區(qū)域中第三二次電子激發(fā)反應氣體生成第三等離子體;其中，第二二次電子對反應氣體的解離速度大于第一二次電子對反應氣體的解離速度，且第二三等離子體的密度高于第一等離子體的密度。
【文檔編號】H01J37/32GK106057625SQ201610364522
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】龜井誠司
【申請人】上海集成電路研發(fā)中心有限公司