本發明公開了一種具有雙離化室的離子源，包括第一離化室、第一吸極、第二離化室、第二吸極和抑制極；其中第一吸極位于第一離化室和第二離化室中間，第二吸極位于第二離化室和抑制極之間；所述氣體輸入至第一離化室被離化為初步等離子體，所述初步等離子體被第一吸極吸出并傳輸至第二離化室，所述初步等離子體在第二離化室中被離化為多價等離子體，所述多價等離子體被第二吸極吸出并傳輸至抑制極。本發明提供的一種具有雙離化室的離子源，第一離化室將氣體分子初步離化，第二離化室將初步等離子體進一步離化為多價等離子體，從而提高了離子源中多電荷離子的數量，提高了離子束流上限。

技術領域

本發明涉及離子注入技術領域，具體涉及一種具有雙離化室的離子源。

背景技術

隨著工藝節點的縮小，離子注入技術由于在摻雜濃度，摻雜尺寸和摻雜角度的可控性方面展示出巨大優勢，已經逐漸取代擴散工藝，成為集成電路制造過程中必不可少的設備。

離子注入技術將氣體分子離化為離子，然后通過加速系統將離子加速到目標能量，最后注入到硅片表面。其中通過控制離子能量大小以控制注入深度，通過控制束流大小以控制注入時間和注入劑量。在元素相同的條件下，離子能量越大則注入越深，離子束流越大則注入時間越小或相同注入時間下，注入劑量越大。離子束流的增大可有效縮短注入時間、提高生產效率。

離子注入設備主要結構有：離子源系統、磁分析器、加速系統、聚焦系統、掃描系統、偏轉系統、靶室等。氣體在進入離子源系統后，被離子源內部具有一定能量的電子撞擊。氣體分子周圍的電子被撞擊出從而分子離化成為離子狀態。離子被離子源旁邊的吸極吸出，成為離子束流。在經過磁分析器時，特定荷質比的離子被篩選，從而實現純化束流的目的。純凈的束流在經過加速系統時被加速，通過調整加速系統的特定參數，從而實現將束流加速到特定能量的目的。由于束流為帶正電的離子，同性電荷相互排斥，因此束流傾向于發散，因此在束流行進過程中需要添加聚焦系統，以實現對束線形狀調整的目的。形狀調整后的束流通過掃描和偏轉系統，將束線調整為特定的寬度和角度。最后，在靶室位置將離子注入到硅片表面。

離子注入機中離子源決定氣體分子的離化率，從而影響其最終束流大小。現有技術中離子源如附圖1所述，包括離化室110、吸極130和抑制極140，離化室中氣體分子與上下極板之間的電子碰撞，形成等離子體113，吸極的電壓小于離化室電壓，等離子體被吸極130吸出形成離子束120，離子束120經過吸極130達到抑制極140中，抑制極140接地，抑制極中的離子束再進入離子注入機的磁分析器中進行篩選。

其中，為了提高氣體分子在離子源中的離化率，目前主要的做法是：(1)通過將離化室110中上極板設置為反射極板111，將電子反射回腔室，以增大電子和氣體分子的碰撞機率；(2)在離化室110中加磁場，利用電子在磁場中的偏轉運動增大電子運動路徑，提高和氣體分子的碰撞率；(3)將離化室中上極板111和下極板112設置為上下雙燈絲結構，以提高離化室中電子數量，從而提高和氣體分子的碰撞機率。上述方法極大的提高了氣體離化率。但提高碰撞機率的同時，也降低了電子的自由程。自由程小的電子無法獲得足夠的能量使氣體分子離化為二價、三價甚至更高價態。

離子注入機分為高電流、中電流和高能三種機型。其中高能離子注入機雖然其束流具有的能量很高，但是由于離化室中無法有效碰撞出高價態離子，因此高能離子注入機其束流很小。以某型號高能離子注入機為例，其在高能狀態下，最大束流小于100μA。低的束流導致高能離子注入機的生產效率受限。因此有必要尋找新的方法提高束流大小。根據上文分析，提高高能離子注入機束流大小的關鍵是提高多電荷離子的產量即提高氣體分子多電荷的離化率。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有雙離化室的離子源，第一離化室將氣體分子初步離化，第二離化室將初步等離子體進一步離化為多價等離子體，從而提高了離子源中多電荷離子的數量，提高了離子束流上限。