一种离子注入机用离子源坩埚结构及离子源的制作方法

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种离子注入机用离子源坩埚结构及离子源。

背景技术：

1、在半导体或材料改性等行业的离子注入工艺中经常需要注入特殊元素，如铜、镍、铝等，由于这些元素单质为固态，熔点、沸点高，饱和蒸汽压低，并且没有合适的化合物气态物质用来电离。目前常用的解决方法是在离子源弧室区域采用物理溅射方式，用氩离子或其它气体将单质或化合物固态物质溅射为微小粒子进入弧室放电空间，然后进一步被电离成离子，最终得到这些固态元素的离子束流。这种方式能得到的束流小，一般在微安级别，面对需要大剂量注入的情况下，需要非常久的注入时间，生产效率低，并且离子源弧室空间有限，能够承载的固态物质样品不能太大，因此限制了样品的使用寿命。若采用常规坩埚对这些材料进行蒸发再导入到离子源弧室进行电离，则面临需要非常高的坩埚温度的问题，尤其对没有升华过程且饱和蒸汽压低的固态物质，所需要的坩埚蒸发温度则更高，对坩埚结构和电气的设计带来较大的技术难度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以提升样品使用寿命，减少固态污染物沉积，降低所需要的温度，提高离子源使用寿命和维护周期的离子注入机用离子源坩埚结构。

2、本发明进一步提供一种包含上述离子注入机用离子源坩埚结构的离子源。

3、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

4、一种离子注入机用离子源坩埚结构，包括设于离子源的高温区的坩埚和用于加热坩埚的加热部件，所述坩埚连接有进气管和出气管，所述出气管延伸至离子源的弧室。

5、作为上述技术方案的进一步改进：所述进气管和所述出气管位于所述坩埚的同一侧。

6、作为上述技术方案的进一步改进：所述进气管和所述出气管相对布置于所述坩埚的两侧。

7、作为上述技术方案的进一步改进：所述进气管连接有质量流量计。

8、作为上述技术方案的进一步改进：所述进气管延伸至所述坩埚内。

9、作为上述技术方案的进一步改进：所述加热部件为加热丝或加热灯管。

10、作为上述技术方案的进一步改进：所述加热丝为螺旋结构并环绕于所述坩埚外围。

11、作为上述技术方案的进一步改进：所述加热灯管设于所述坩埚下方。

12、作为上述技术方案的进一步改进：离子注入机用离子源坩埚结构还包括隔热保温层，所述加热部件设于所述坩埚与所述隔热保温层之间。

13、一种离子注入机用离子源，包括高温区和弧室，还包括上述的离子注入机用离子源坩埚结构。

14、与现有技术相比，本发明的优点在于：

15、本发明可以通过进气管向坩埚内部输送特定载气或反应气体，将高温固态或液态物质通过气体反应变为气态物质，通过出气管输送到离子源的弧室；或者通过载气携带，将低饱和蒸汽压气态物质，通过出气管带入到离子源的弧室；然后进一步电离得到难熔难蒸发固态元素的离子束流，使得本发明具备以下优点：

16、1)由于坩埚布置于离子源的高温区，因此坩埚容积可设计空间大，从而大幅提升样品使用寿命；

17、2)通过选择合适的辅助气体，可降低或消除固态污染物在离子源的弧室和高压区表面的沉积，减少或克服高压打火；

18、3)可以降低难熔难蒸发固态物质所需要的坩埚温度，降低坩埚结构和电气设计的技术难度；

19、4)可以大幅提升离子源使用寿命和维护周期，降低维护难度和维护成本，进而提升离子注入机的可靠性和可使用时间。

技术特征：

1.一种离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：包括设于离子源的高温区(11)的坩埚(2)和用于加热坩埚(2)的加热部件(3)，所述坩埚(2)连接有进气管(21)和出气管(22)，所述出气管(22)延伸至离子源的弧室(12)。

2.根据权利要求1所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述进气管(21)和所述出气管(22)位于所述坩埚(2)的同一侧。

3.根据权利要求1所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述进气管(21)和所述出气管(22)相对布置于所述坩埚(2)的两侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述进气管(21)连接有质量流量计。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述进气管(21)延伸至所述坩埚(2)内。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述加热部件(3)为加热丝或加热灯管。

7.根据权利要求6所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述加热丝为螺旋结构并环绕于所述坩埚(2)外围。

8.根据权利要求6所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：所述加热灯管设于所述坩埚(2)下方。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入机用离子源坩埚结构，其特征在于：还包括隔热保温层(4)，所述加热部件(3)设于所述坩埚(2)与所述隔热保温层(4)之间。

10.一种离子注入机用离子源，包括高温区(11)和弧室(12)，其特征在于：还包括权利要求1至9中任一项所述的离子注入机用离子源坩埚结构。

技术总结
本发明公开了一种离子注入机用离子源坩埚结构，包括坩埚和用于加热坩埚的加热部件，所述坩埚连接有进气管和出气管，所述出气管延伸至离子源的弧室。一种离子注入机用离子源，包括高温区和弧室，还包括上述的离子注入机用离子源坩埚结构。本发明可以通过进气管向坩埚内部输送特定载气或反应气体，将高温固态或液态物质通过气体反应变为气态物质，通过出气管输送到离子源的弧室；或者通过载气携带，将低饱和蒸汽压气态物质，通过出气管带入到离子源的弧室；然后进一步电离得到难熔难蒸发固态元素的离子束流，可以提升样品使用寿命，减少固态污染物沉积，降低坩埚蒸发固态物质所需要的温度，提高离子源使用寿命和维护周期。

技术研发人员：罗才旺,彭立波,游俊建
受保护的技术使用者：北京烁科中科信电子装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17