离子形成容器以及离子源

摘要

本发明提供一种离子形成容器以及离子源，离子形成容器包括：容器本体，容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；第一阴极，第一阴极设置于第一侧壁中，在第一阴极上加上第一电压；第二阴极，第二阴极设置于第一侧壁中，并将第一阴极包围，在第二阴极上加上第二电压，容器本体上加上第三电压；其中，第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，第一电压小于第二电压，第二电压小于第三电压。本发明中，第二阴极采用钨镧合金材料，在形成热电子的过程中，镧金属使得第二阴极的表面保持平整，使得第二阴极保持表面平整，提高第二阴极的寿命，从而避免由于第二阴极的膨胀导致的第二阴极与容器本体的短路现象，提高离子源的使用使命。

权利要求

1.一种离子形成容器，其特征在于，包括：

容器本体，所述容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

第一阴极，所述第一阴极设置于所述第一侧壁中，在所述第一阴极上加上第一电压；

第二阴极，所述第二阴极设置于所述第一侧壁中，并将所述第一阴极包围，在所述第二阴极上加上第二电压，所述容器本体上加上第三电压；

其中，所述第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。

2.如权利要求1所述的离子形成容器，其特征在于，所述第二阴极中镧金属的含量为

1％～5％。

3.如权利要求2所述的离子形成容器，其特征在于，所述第二阴极中镧金属的含量为

1.5％～2.5％。

4.如权利要求1所述的离子形成容器，其特征在于，所述第二阴极表面形成有一三氧化二镧层。

5.如权利要求1所述的离子形成容器，其特征在于，所述离子形成容器还包括第三阴极，所述第三阴极设置在所述第二侧壁上。

6.如权利要求5所述的离子形成容器，其特征在于，所述第三阴极上加上第四电压，所述第四电压等于所述第二电压。

7.如权利要求1所述的离子形成容器，其特征在于，所述容器本体还包括另一侧壁、进气口以及出气口，所述进气口和所述出气口分别设置在所述另一侧壁中。

8.如权利要求1所述的离子形成容器，其特征在于，所述容器本体为长方体或圆柱体。

9.一种离子源，其特征在于，包括真空腔室，离子形成容器、导气管以及离子导出管，其中，所述离子形成容器采用如权利要求1-8中任意一项所述的离子形成容器，所述离子形成容器、所述导气管和所述离子导出管均设置在所述真空腔室中，以及所述离子形成容器的容器本体还包括另一侧壁、进气口以及出气口，所述进气口和所述出气口分别设置在所述另一侧壁中，所述导气管与所述进气口连接，所述离子导出管与所述出气口连接。

10.如权利要求9所述的离子源，其特征在于，所述真空腔室中还包括磁场施加装置，用于在所述离子形成容器中施加磁场。

说明书

离子形成容器以及离子源

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种离子形成容器以及离子源。

背景技术

[0002] 离子束薄膜沉积和离子束材料改性是材料科学新兴发展起来的一个重要分支，离子束技术的研究和推广已取得了巨大的成就，其标志之一是离子注入半导体掺杂已成为超大规模集成电路微细加工的关键工艺。其中，离子源是产生所需离子的关键部件。

[0003] 现有技术的离子注入机台中，所需要的离子是由热电子轰击气体形成的，而热电子和热量都是通过在阴极上加上高电流加热带来的。由于阴极被加热同时由于加有电压，这样阴极上的电子会逸出，然而，电子逸出会导致阴极严重变大，造成阴极与形成离子的容器腔体之间短路。使得离子注入机台的维护周期缩短。由于对离子源的维护需要打开离子注入机台的真空腔，从而，减少了离子注入机台的使用寿命。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，提供一种离子形成容器以及离子源，避免阴极的膨胀导致的阴极与容器本体之间的短路现象，提高离子源的使用寿命。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种硅通离子形成容器，包括：

[0006] 容器本体，所述容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；

[0007] 第一阴极，所述第一阴极设置于所述第一侧壁中，在所述第一阴极上加上第一电压；

[0008] 第二阴极，所述第二阴极设置于所述第一侧壁中，并将所述第一阴极包围，在所述第二阴极上加上第二电压，所述容器本体上加上第三电压；

[0009] 其中，所述第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。

[0010] 可选的，所述第二阴极中镧金属的含量为1％～5％。

[0011] 可选的，所述第二阴极中镧金属的含量为1.5％～2.5％。

[0012] 可选的，所述第二阴极表面形成有一三氧化二镧层。

[0013] 可选的，所述离子形成容器还包括第三阴极，所述第三阴极设置在所述第二侧壁上。

[0014] 可选的，所述第三阴极上加上第四电压，所述第四电压等于所述第二电压。

[0015] 可选的，所述容器本体还包括另一侧壁、进气口以及出气口，所述进气口和所述出气口分别设置在所述另一侧壁中。

[0016] 可选的，所述容器本体为长方体或圆柱体。

[0017] 相应的，本发明还提供一种离子源，包括真空腔室，离子形成容器、导气管以及离子导出管，其中，所述离子形成容器采用如权利要求1-8中任意一项所述的离子形成容器，所述离子形成容器、所述导气管和所述离子导出管均设置在所述真空腔室中，所述导气管与所述进气口连接，所述离子导出管与所述出气口连接。

[0018] 可选的，所述真空腔室中还包括磁场施加装置，用于在所述离子形成容器中施加磁场。

[0019] 本发明的离子形成容器以及离子源，包括：容器本体，所述容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；第一阴极，所述第一阴极设置于所述第一侧壁中，在所述第一阴极上加上第一电压；第二阴极，所述第二阴极设置于所述第一侧壁中，并将所述第一阴极包围，在所述第二阴极上加上第二电压，所述容器本体上加上第三电压；其中，所述第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。本发明中，第二阴极为钨镧合金材料，使得第二阴极表面形成热电子的过程中，镧金属使得第二阴极的表面保持平整，提高第二阴极的寿命，提高离子源的使用使命。

附图说明

[0020] 图1为本发明一实施例中离子形成容器的剖面结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面将结合示意图对本发明的离子形成容器以及离子源进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

[0022] 本发明的核心思想在于，提供的离子形成容器包括：容器本体，所述容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；第一阴极，所述第一阴极设置于所述第一侧壁中，在所述第一阴极上加上第一电压；第二阴极，所述第二阴极设置于所述第一侧壁中，并将所述第一阴极包围，在所述第二阴极上加上第二电压，所述容器本体上加上第三电压；其中，所述第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。本发明中，第二阴极采用钨镧合金材料，在形成热电子的过程中，镧金属使得第二阴极的表面保持平整，使得第二阴极保持表面平整，提高第二阴极的寿命，从而避免由于第二阴极的膨胀导致的第二阴极与容器本体的短路现象，提高离子源的使用使命。

[0023] 下文结合图1对本发明的离子形成容器以及离子源进行具体说明，[0024] 参考图1所示，本发明的离子形成容器包括容器本体10、第一阴极20和第二阴极30。

[0025] 所述容器本体10包括相对设置的第一侧壁11和第二侧壁12，在本实施例中，所述容器本体10为圆筒形，

[0026] 所述第一阴极20设置于所述第一侧壁11中，所述第一阴极20为钨的灯丝，所述第一阴极20分别连接一正极21和负极22，在正极21和负极22之间加上一直流电源，使得在所述第一阴极20上的电压为第一电压V1，可以理解的是，所述第一阴极20由于受到第一电压V1电场力的作用，使得电子由第一阴极20逸出，所述第一阴极20上产生热电子。

[0027] 所述第二阴极30设置于所述第一侧壁11中，所述第二阴极30将所述第一阴极20包围，与所述第一阴极20相对设置。本发明中，第二阴极30为钨镧合金材料，并且，第二阴极30中的镧金属的含量为1％～5％，较佳的，所述第二阴极30中的镧含量为1.5％～2.5％，优选为2％。在所述第二阴极20与所述第一阴极20之间加上一直流电源，更具体的，直流电源的正极连接所述第二阴极30，负极连接第一阴极20的正极，使得第二阴极30具有第二电压V2，从而第二阴极30的电势高于第一阴极20的电势，例如，直流电源为300V～500V，从而，第二阴极30的电势比第一阴极20的电势高300V～500V，电场力使得电子流向高电势，从而第一阴极20上的热电子流向第二阴极30，并且，由于第二阴极30上的热量更高，自身产生热电子，从而第二阴极30上能产生更多的热电子。由于第二阴极30受热，其中的镧会在第二阴极30表面一层生成三氧化二镧结构，三氧化二镧的电子逸出功更低，使得第二阴极30表面上能产生更多的热电子。需要说明的是，三氧化二镧在第二阴极30的表面，第二阴极30表面逸出电子时，第二阴极30内部的镧金属可以不断填充第二阴极30表面的损伤，使得第二阴极
30的表面保持平整，从而可以防止第二阴极30形成热电子的过程中受热膨胀，从而避免第二阴极30与容器本体10之间短路，提高了第二阴极30的使用寿命，避免因离子形成容器的损坏对离子注入机台的开腔维护。

[0028] 本发明中，在所述容器本体10与所述第二阴极30之间加上直流电源，并且，直流电源的正极连接容器本体10，负极连接第二阴极，从而使得容器本体10的电压为第三电压V3，可以理解的是，第三电压V3大于第二电压V2，例如，容器本体10与第二阴极30之间的电源为100V～200V，第三电压V3比第二电压V2高100V～200V，从而，第二阴极30上的热电子流向容器本体10的内部，用于与容器本体10内的气体碰撞，生成离子。

[0029] 此外，为了使得第二阴极30上的热电子流向容器本体10内部之后，增大热电子与容器本体10内部的气体碰撞的概率，在所述离子形成容器的第二侧壁12上设置一第三电极40，在第三电极40上加上一电源(图中未示出)，使得第三电极40的电压为第四电压V4，并且，第四电压V4小于第三电压，优选的，第四电压V4等于第二电压V2，从而，热电子在容器本体10内部的运动速度减慢，缓慢的到达第四电极，增加了与气体碰撞的概率，产生更多的离子。

[0030] 可以理解的是，所述容器本体10还包括另一侧壁13，另一侧壁13连接第一侧壁11和第二侧壁12，共同形成容器本体10，所述容器本体10还包括进气口50和出气口60，所述进气口50和所述出气口60分别设置在所述容器本体10的另一侧壁13中。所述进气口50用于向离子形成容器中通入气体，出气口60用于使得形成的离子在外加电场力的作用下导出离子形成容器。并且，为便于气体以及离子的出入所述容器本体10，所述进气口50和所述出气口60相对设置呈圆筒形的另一侧壁13中。此外，本发明中，所述容器本体10并不限于为圆筒形，还可以为长方体等结构，此时，容器本体10可以包括相对的第三侧壁和第四侧壁，所述进气口和出气口分别设置在相对的第三侧壁和第四侧壁上。此为本领域技术人员可以理解的。

[0031] 相应的，在本发明的另一实施例中，本发明还提供一种离子源，包括真空腔室，离子形成容器、导气管以及离子导出管，其中，所述离子形成容器采用上述的离子形成容器，所述离子形成容器、所述导气管和所述离子导出管均设置在所述真空腔室中，所述导气管与所述进气口50连接，所述离子导出管与所述出气口60连接。

[0032] 在本实施例中，所述真空腔室中还包括磁场施加装置，用于在所述离子形成容器中施加磁场，使得热电子在容器本体10内部中做螺旋运动，增加热电子在容器本体中运动的时间，从而增加热电子与气体膨胀的概率，增加形成的离子的数量。

[0033] 综上所述，本发明的提供的离子形成容器包括：容器本体，所述容器本体包括相对设置的第一侧壁和第二侧壁；第一阴极，所述第一阴极设置于所述第一侧壁中，在所述第一阴极上加上第一电压；第二阴极，所述第二阴极设置于所述第一侧壁中，并将所述第一阴极包围，在所述第二阴极上加上第二电压，所述容器本体上加上第三电压；其中，所述第二阴极的材料为钨镧合金材料，并且，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。本发明中，第二阴极采用钨镧合金材料，在形成热电子的过程中，镧金属使得第二阴极的表面保持平整，使得第二阴极保持表面平整，提高第二阴极的寿命，从而避免由于第二阴极的膨胀导致的第二阴极与容器本体的短路现象，提高离子源的使用使命。

[0034] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。