CN109841470B - 用于离子布植的装置以及在离子布植过程产生离子的方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置包含游离腔以及至少部分设置于游离腔内的电子源装置。游离腔用以接受至少一化学物质，且提供具有游离化的化学物质的电浆。电子源装置包含至少一丝极以及阴极，丝极用以产生电子，阴极用以当来自丝极的电子打到阴极后表面时，从前表面发出二次电子。阴极的前表面朝游离腔内凸出。
Description
技术领域
本揭露是关于半导体制程。更具体而言，本揭露的标的是关于离子束源，其用于半导体制程中的半导体离子布植设备。
背景技术
离子布植常用于掺杂半导体材料，其能精准控制深度与掺杂物浓度。离子布植机通常包含离子源、离子束传送光学器件以及制程腔，离子源用于产生离子束，离子束传送光学器件用以加速离子束，在制程腔中进行半导体晶圆上的离子布植。离子大部分是带正电的。在离子布植的过程中，带电的离子束撞击到制程腔内的半导体晶圆，当掺杂离子扩散进入晶圆时，形成一经掺杂的半导体晶圆。
在此期间，半导体晶圆的尺寸逐渐提升，以提升生产能力并降低每个晶片的成本。举例而言，在晶圆尺寸从300毫米至450毫米的转换期间中，晶圆面积增加了125％。在超过两倍尺存的晶圆中，晶圆内(within wafer)均匀度变得更难维持。
发明内容
于部分实施方式中，用于半导体离子布植的装置包含游离腔以及电子源装置。游离腔用以接受至少一化学物质且提供一电浆，电浆包含至少一化学物质的离子。电子源装置至少部分设置于游离腔内。电子源装置包含至少一丝极以及阴极，丝极用以产生电子。阴极具有前表面以及后表面，且阴极用以当来自至少一丝极的电子打到阴极的后表面时，从前表面发射二次电子。阴极的该前表面朝游离腔内凸出，且该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹形。
于部分实施方式中，提供一种用于半导体离子布植的装置。该装置包含游离腔以及电子源装置。游离腔包含至少一入口，用以接收至少一化学物质，其中该游离腔定义一孔径，该孔径用以提供一电浆，该电浆包含该至少一化学物质的离子。电子源装置至少部分设置于该游离腔内。电子源装置包含至少一丝极以及一阴极。丝极用以在加热下产生复数个电子。阴极具有一前表面以及一后表面，且用以当来自该至少一丝极的该些电子打到该阴极的该后表面时，从该前表面发出复数个二次电子。该阴极的该前表面朝该游离腔内凸出，该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹形，且该丝极具有一上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径对齐一凸表面。
于部分实施方式中，提供一种在离子布植过程中产生离子的方法。该方法包含提供至少一化学物质至一游离腔；由至少一丝极在加热下产生复数个电子；由一阴极产生复数个二次电子，其中该阴极具有一前表面以及一后表面，当来自该至少一丝极的该些电子打到该阴极的该后表面时，该些二次电子从该前表面发出，其中该阴极的该前表面位于游离腔内且为凸形，且该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹形；以及游离化该至少一化学物质，以形成一电浆，其中该电浆包含该至少一化学物质的离子。
附图说明
从以下详细叙述并搭配附图检阅，可理解本揭露的态样。应注意到，多种特征并未以产业上实务标准的比例绘制。事实上，为了清楚讨论，多种特征的尺寸可以任意地增加或减少。在说明书及附图中，相似的标号代表相似的特征。
图1为部分实施方式中具有离子束源的示范装置的剖面图，其中离子束源包含具有平坦表面的阴极；
图2A为图1的示范装置的丝极与阴极的放大图；图2B为图1的示范装置的阴极的立体示意图；
图2C与图2D为图1的示范装置的丝极的立体示意图；
图3为部分实施方式中具有离子束源的示范装置的剖面图，其中离子束源包含具有表面曲率的阴极；
图4A为图3的示范装置的阴极的放大图；图4B为图3的示范装置的阴极的立体图；
图5为图3的示范装置的一部分的剖面图；
图6为部分实施方式中用于图3的示范装置的一示范方法的流程图；
图7为部分实施方式中图1的示范装置的电浆分布的剖面图；
图8为部分实施方式中图3的示范装置的电浆分布的剖面图；
图9展现部分实施方式中图3的示范装置的使用寿命的改进。
具体实施方式
本揭露以下提供多个不同的实施方式或实施例，以实施本揭露的不同特征。以下描述元件及布设的特定实施例，以简化本揭露。这些当然仅为实施例而非意图限制本揭露。举例而言，以下叙述中，“在第二特征上形成第一特征”可包含第一与第二特征直接接触的实施方式，也可包含在第一与第二特征之间有其他特征，而使第一与第二特征不直接接触的实施方式。此外，在各种实施例中，本揭露可重复标号以及/或字母，以达到简化并清楚说明的目的，此重复本身并不限定各种实施方式以及/或配置的关系。
更甚者，空间相对用语，例如“在…下面”、“低于”、“较低”、“在…上方”、“较高”等，可用以便于描述附图中一元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中所绘示的方位之外，这些空间相对用语还意图涵盖元件在使用或运作时的不同方位。这些装置可被别样地定向(转90度或至其他方位)，且使用的这些空间相对用语可对应着同样地解读。
本揭露中，除非文中另有清楚的表述，否则单数型态“一”、“一”以及“该”包含多数型态，且某些用语的特定数值包含至少该特定数值。当数值通过前述词“大约”而以近似值表达时，可理解到，特定数值形成另一实施方式。如同此处提到，“大约X”(其中X是数值)较佳地指记载数值的±10％内的范围。举例而言，用字“大约8”较佳地指7.2至8.8内的范围；再举另一例，用字“大约8％”较佳地(但非总是)指7.2％至8.8％内的范围。在这里，所有的范围是包含首尾且可组合的。举例而言，记载范围“1至5”应被解读成包含范围“1至4”、“1至3”、“1至2与4至5”、“1至3与5”、“2至5”等。此外，当正面提供一系列的选择方案时，此系列可以被解读成不包含其他选择方案，例如专利申请范围中的负面表述。举例而言，记载范围“1至5”可被解读成不包含1、2、3、4或5其中任一个的情况；因此，记载范围“1至5”可被解读成范围“1与3至5，而不含2”或仅“不含2”。任何正面表述的组件、元件、特性或步骤无论是作为替代选择方案或分别独立记载，本案有意让专利申请范围中可以简单地排除这些组件、元件、特性或步骤。
离子束是在离子束源腔中产生，其中离子束包含掺杂物。首先，经由电流源加热金属(例如钨)丝极，而使金属(例如钨)丝极产生热游离电子。丝极也可以被施以负偏压。热游离电子可以通过偏压电位加速，且撞击到掺杂前驱物的分子，继而产生包含掺杂离子的电浆。此包含掺杂离子的电浆可以用于半导体制程，例如离子布植。
本揭露提供用于离子布植的离子源的装置以及在离子布植过程中利用此装置产生离子的方法。
为了简单且清楚描述，以下的用语“二次电子”应被理解成涵盖阴极发射的电子，其中在丝极发射出的电子达至阴极后，阴极发射上述电子。除非另有明确说明，否则用于游离化掺杂气体的离子应被理解成涵盖主要来自阴极的电子。
在图1至图5中，相似的物件以相似的标号表示，且为了简要说明，提过的结构与相关附图的描述不再重复。图6中的方法介绍请参酌图1至图5中的示范结构。
参照图1与图2A至图2D，在部分实施方式中，提供且使用装置100。装置100包含游离腔102以及电子源装置110。电子源装置110至少部分设置于游离腔102内。游离腔102用以接受至少一化学物质，例如掺杂气体，且游离腔102提供包含游离化的化学物质的电浆。于部分实施方式中，游离腔102包含至少一入口104，用以接受该至少一化学物质105，例如掺杂气体。游离腔也定义孔径106，孔径106提供包含游离化的化学物质的电浆一排出途径。
该至少一入口104可以设置于游离腔102的侧壁上或穿过游离腔102的侧壁，且该至少一入口104是用以供应至少一化学物质(例如掺杂气体)至游离腔102。该至少一入口104可包含一或多个入口，取决于使用的化学物质型态。掺杂物的实施例包含但不限于BF3、PH3、AsH3以及任何其他适用于掺杂半导体晶圆的掺杂前驱物。用于掺杂气体的起始材料是处于气态、液态或固态。于部分实施方式中，固态的掺杂物在高温(例如摄氏200度或更高)下蒸发，或者在高温(例如摄氏800度或更高)下分解。掺杂物可以搭配载流气体或反应气体而引入。举例而言，此载流气体或反应气体可包含，但不限于，氮、氩、氧以及氢。
电子源装置110包含阴极112以及丝极114，丝极114用以在加热或外加电场下，产生电子120-1。丝极114可以通过施加电压于其上而加热。阴极112具有前表面112-1以及后表面112-2，且阴极112用以当来自至少一丝极114的电子120-1打到阴极112的后表面112-2时，从前表面112-1发射二次电子120-2。阴极112用以使二次电子120-2撞击至少一化学物质105，以产生该包含至少一化学物质的离子的电浆。
如同图1以及图2A所述，于部分实施方式中，阴极112具有一平坦前表面112-1。参照图2B，示范性的阴极112的形状可为一中空柱体，且至少一丝极114位于其中。此示范性的阴极112可包含一部件或二部件，举例而言，上部件112-3以及下部件112-4。下部件112-4可包含螺纹112-5。经由螺纹112-5，阴极112可以耦接或固定于游离腔102的侧壁或邻近游离腔102的固定器件上(参照图1)。参照图2C与图2D，丝极114可以是扭曲的，且丝极114具有上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径对齐阴极112的前表面112-1或后表面112-2所在的一平面。丝极114可经由固定器件115耦接游离腔102。阴极112与丝极皆可由耐火金属(refractory metal)所形成，例如钨。
参照图1，阴极112、丝极114以及游离腔102可以经由导线116连接至一或多个电源供应单元，例如三个电源供应单元118-1、118-2以及118-3。电源供应单元118-1供应电压以激发并加热丝极114，而使丝极114发射电子120-1。电源供应单元118-3供应电压至阴极112，而使阴极112在电子120-1打到阴极112的后表面112-2时，从前表面112-1发射二次电子120-2。于部分实施方式中，阴极112是受到直流供应器118-2的电位偏压的，该偏压电位是在1000伏特至3000伏特的范围之内。举例而言，于部分实施方式中，该电位是2000伏特。
电子源装置110被装在游离腔102的第一墙102-1内。反射极130可设置于相对于第一墙102-1以及磁铁(未绘示)的第二墙102-2上。反射极130用以使来自阴极112的前表面112-1的二次电子120-2重复地以螺旋途径传递，然后撞击至少一化学物质105的分子。反射极130用以将电子限制于游离腔102内，并将电子反射回电子源装置110。
可选择性地将两个磁铁(未绘示)装设于游离腔102之外的两端，且以一相同方向对齐反射极130以及电子源装置110。磁铁产生磁场，以使来自电子源装置110的电子以一螺旋方向朝反射极130前进。磁铁与反射极130用以使来自电子源装置110的二次电子120-2重复地以螺旋途径传递且有效率地撞击掺杂分子，以产生包含游离化化学物质的电浆。掺杂分子经由游离化而形成电浆，其中电浆包含掺杂离子、自由基或其他物质。举例而言，AsH3分子受到电子撞击后产生离子，例如As+、As2 +以及AsH2 +。
参照图2A，阴极112的前表面112-1是平坦的。来自丝极114的电子120-1以及来自阴极112的二次电子120-2可以以平行方向向前传递。相较于任何其他方向，形成的电浆在向前方向上可具有较高的游离度。因此，在游离腔102内的电浆可能具有相对有限的均匀度。
参照图3至图5，于部分实施方式中，提供另一示范的装置150。此示范的装置150与示范的装置100在电子源装置140(相对于前述的电子源装置110)存在差异，其他部分相同。
参照图3以及图4A至图4B，此装置150包含游离腔102以及电子源装置140。游离腔102用以接受至少一化学物质且提供包含游离化的化学物质的电浆，其包含至少一化学物质的离子。电子源装置140至少部分设置于游离腔102内。电子源装置140包含阴极142以及至少一丝极144，至少一丝极144用以在加热或外加电场下，产生电子120-1。丝极144可以通过施加电压于其上而受热。阴极142具有前表面142-1以及后表面142-2，且阴极142用以当来自至少一丝极144的电子120-1打或撞到阴极142的后表面142-2时，从前表面142-1发射二次电子120-2。阴极142的前表面142-1是不平坦的。举例而言，阴极142的前表面142-1朝游离腔102内凸出。阴极142的前表面142-1具有半球形。阴极142的后表面142-2具有凹形。于部分实施方式中，阴极142的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极144位于其中。
阴极142用以使二次电子120-2撞击至少一化学物质105，以产生包含游离化的化学物质的电浆。
如前所述，游离腔102包含至少一入口104，用以接收至少一化学物质105，例如掺杂气体。该至少一入口104可以是一或多个入口，用于对应一或多个化学物质。于部分实施方式中，游离腔102定义106孔径，孔径106提供包含游离化的化学物质的电浆一排出途径。
于部分实施方式中，阴极142的前表面142-1可具有任何适当形状，例如半球形。阴极142的后表面142-2可具有凹形。丝极144可具有相似于图2C与图2D的丝极114的形状，差别在于丝极144可能并非对齐一相同平面。于部分实施方式中，丝极144具有上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径对齐朝向阴极142的后表面142-2的凸表面。丝极144的整体形状与配置可对应阴极142的后表面142-2的形状。丝极144可不直接接触阴极142。
参照图4B，于部分实施方式中，阴极142的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极144位于其中。阴极142可包含一部件或二部件，举例而言，一个单一的部件具有上部分142-3、中部分142-4以及下部分，其中上部分142-3具有前表面142-1，下部分具有螺纹142-5(如同前述的螺纹112-5)。经由螺纹142-5，阴极142可以耦接或固定于游离腔102的侧壁或邻近游离腔102的固定器件上。
参照图3与图5，举例而言，阴极142与丝极144可经由固定器件115耦接游离腔102。于部分实施方式中，电子源装置140设置于游离腔102的第一墙102-1上或穿过游离腔102的第一墙102-1。阴极142的前表面142-1设置于游离腔102内。于部分实施方式中，电子源装置140设置于游离腔102的侧壁上。
阴极142以及至少一丝极144可由任何适当材料组成，例如耐火金属(refractorymetal)或合金。适当材料可例如，包含但不限于，铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合。举例而言，于部分实施方式中，阴极142以及至少一丝极144的其一或两者包含钨。于部分实施方式中，至少一丝极以及阴极皆由钨所形成。
装置150可还包含反射极130，反射极130设置于相对于第一墙102-1以及磁铁(未绘示)的第二墙102-2上。反射极130用以使来自阴极142的前表面142-1的二次电子120-2重复地以螺旋途径传递，然后撞击至少一化学物质105的分子。
本揭露也提供在离子布植过程中使用如前述装置150产生离子的方法200。参考图6，此方法包含步骤202至210。在步骤202，提供至少一化学物质至游离腔102内。在步骤204，至少一丝极144在加热或施加电场下产生电子120-1。丝极144可以通过施加电压于其上而加热。在步骤206，如前所述，由阴极142产生二次电子120-2。当来自至少一丝极144的电子120-1打到阴极142的后表面时，从前表面发射二次电子。阴极142的前表面142-1位于游离腔102内且为凸形。在步骤208，游离化至少一化学物质，以形成包含具有游离化的化学物质的电浆，其包含至少一化学物质的离子。
于部分实施方式中，方法200还包含步骤210。在步骤210，取出游离腔102内的游离化的化学物质，以形成离子束。离子抽取装置(未绘示)具有电极，用以根据电荷取出所需的掺杂离子。更可经由加速掺杂离子，形成离子束。此离子束用以在离子布植***中掺杂半导体晶圆。
于部分实施方式中，至少一化学物质包含掺杂气体。电浆包含游离化的掺杂物，且是用以在半导体制程中进行离子布植。游离腔102是用以在离子布植的过程中提供离子。
对于离子布植的过程而言，此具有电子源装置140的装置150能改进电浆的均匀度与效率，继而提升整体的产量。参照图7，因为大部分的二次离子120-2从平坦表面出射且水平前进(如同图2A所示)，图1的装置100在水平方向上比垂直方向(图7的线172)上提供更高的游离度。相较之下，装置150因为从具有曲率例如半球形(如图4A所述)的前表面142-2出射二次离子120-2，在游离腔102内，装置150提供所有方向均匀的高游离度。
图1的装置100(与图7的装置170相关联)，因为用于加热的有效表面相对较低，可能不是很有利于发射二次电子。因此，为了产生所需的离子束，根据瑞查森定律(Richardson’s Law)需要额外的准备工作：
其中J是发射电流密度，T是金属的绝对温度(K)，W是金属的功函数，k是波兹曼常数，AG是一个参数。然而，额外的准备工作有可能会损毁阴极。在图3的装置(与图8的装置180相关联)中，因为不均匀(参照图8的线182)，例如为半球型表面，用以产生二次离子的受热表面大幅增加(例如大于20％)，可以大幅降低(例如至少15％)要产生相同所需的离子束所需的准备工作。
因为均匀的加热以及改善的效率，图3的装置150相对于图1的装置100具有较长的使用寿命。参照图9，样品Y1至Y6具有大约13至17天的使用寿命，其中样品Y1至Y6是图1的示范样品。然而，在同样的条件下，样品X1具有大约30天的使用寿命，其中样品X1是图3的示例。
本揭露提供具有用于离子布植的离子源的装置。在部分实施方式中，此装置包含游离腔以及电子源装置。游离腔用以接受至少一化学物质，且提供具有游离化的化学物质的电浆。电子源装置至少部分设置于游离腔内。电子源装置包含至少一丝极以及阴极，丝极用以在加热或施加电压下产生电子。阴极具有前表面以及后表面，且阴极用以当来自至少一丝极的电子打到阴极的后表面时，从前表面发射二次电子。阴极的前表面是不平坦的。举例而言，阴极的前表面朝游离腔内凸出。阴极用以使二次电子撞击至少一化学物质，以产生包含游离化的化学物质的电浆。
于部分实施方式中，游离腔包含至少一入口，用以接受该至少一化学物质，例如掺杂气体。该至少一入口可以是一或多个入口，用于对应一或多个化学物质。于部分实施方式中，游离腔定义孔径，孔径提供包含游离化的化学物质的电浆一排出途径。
于部分实施方式中，阴极的前表面可具有任何适当形状，例如半球形。阴极的后表面可具有凹形。于部分实施方式中，丝极具有上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径对齐朝向阴极的后表面的凸表面。丝极的整体形状与配置可对应阴极的后表面的形状。丝极的可不直接接触阴极。于部分实施方式中，阴极的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极位于其中。
至少一丝极以及阴极可由任何适当材料组成，例如耐火金属(refractory metal)或合金。适当材料可例如，包含但不限于，铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合。举例而言，于部分实施方式中，阴极以及至少一丝极的其一或两者包含钨。
本揭露提供具有用于离子布植的离子源的装置。在部分实施方式中，此装置包含游离腔以及电子源装置。游离腔用以接受至少一化学物质，且提供具有游离化的化学物质的电浆，其中该电浆包含至少一化学物质的离子。电子源装置至少部分设置于游离腔内。电子源装置包含至少一丝极以及阴极，丝极用以在加热或施加电压下产生电子。阴极具有前表面以及后表面，且阴极用以当来自至少一丝极的电子打到阴极的后表面时，从前表面发射二次电子。阴极的前表面是不平坦的。举例而言，阴极的前表面朝游离腔内凸出。阴极用以使二次电子撞击至少一化学物质，以产生包含游离化的化学物质的电浆。
于部分实施方式中，游离腔包含至少一入口，用以接受该至少一化学物质，例如掺杂气体。该至少一入口可以是一或多个入口，用于对应一或多个化学物质。于部分实施方式中，游离腔定义孔径，孔径提供包含游离化的化学物质的电浆一排出途径。
于部分实施方式中，阴极用以使二次电子撞击至少一化学物质，以产生包含至少一化学物质的离子的电浆。
于部分实施方式中，游离腔定义孔径，孔径提供电浆排出途径。
于部分实施方式中，阴极的前表面可具有任何适当形状，例如半球形。阴极的后表面可具有凹形。于部分实施方式中，丝极具有上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径对齐朝向阴极的后表面的凸表面。丝极的整体形状与配置可对应阴极的后表面的形状。丝极的可不直接接触阴极。于部分实施方式中，阴极的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极位于其中。
至少一丝极以及阴极可由任何适当材料组成，例如耐火金属(refractory metal)或合金。适当材料可例如，包含但不限于，铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合。举例而言，于部分实施方式中，阴极以及至少一丝极的其一或两者包含钨。
于部分实施方式中，阴极的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极位于其中。
于部分实施方式中，电子源装置设置于游离腔的第一墙上或穿过游离腔的第一墙。阴极的前表面设置于游离腔内。装置可还包含反射极，反射极设置于相对于第一墙以及磁铁(未绘示)的第二墙上。反射极用以使来自阴极的前表面的二次电子重复地以螺旋途径传递，然后撞击至少一化学物质的分子。
于部分实施方式中，装置包含游离腔以及电子源装置。游离腔包含至少一入口，用以接受该至少一化学物质。于部分实施方式中，游离腔也定义孔径，孔径用以提供包含游离化的化学物质的电浆。电子源装置至少部分设置于游离腔内，其中该电子源装置包含至少一丝极以及阴极。至少一丝极用以在加热下产生电子。阴极具有前表面以及后表面，且用以当来自至少一丝极的电子打到阴极的后表面时，从前表面发出二次电子。阴极的前表面朝游离腔内凸出。举例而言，阴极的前表面为半球形。阴极的后表面可具有凹形。于部分实施方式中，阴极的形状是具有半球形末端的中空柱体，且至少一丝极位于其中。于部分实施方式中，至少一丝极以及该阴极由钨所形成。电子源装置设置于游离腔的侧壁上。
在另一态样中，本揭露提供在离子布植过程中产生离子的方法。此方法包含多个步骤，提供至少一化学物质至游离腔、至少一丝极在加热或施加电场下产生电子、以及由阴极产生二次电子。阴极具有前表面以及后表面。当来自至少一丝极的电子打到阴极的后表面时，从前表面发射出二次电子。阴极的前表面位于游离腔内且为凸形。此方法还包含游离化至少一化学物质，以形成包含具有游离化的化学物质的电浆。
于部分实施方式中，此方法还包含取出游离腔内的游离化的化学物质(至少一化学物质的离子)，以形成离子束。于部分实施方式中，此至少一化学物质包含掺杂气体。包含游离化的掺杂物的电浆是用以在半导体制程中进行离子布植。
以上略述多个实施方式的特征，以使该技术领域具有通常知识者能较佳地了解本揭露的态样。该技术领域具有通常知识者应理解，他们可以此揭露为基础，设计或调整其他制程或结构，以实现与此些实施方式相同的功效以及/或达到与此些实施方式相同的优点。该技术领域具有通常知识者应也理解，此相同的结构不脱离本揭露的精神和范围内，且在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动、替换与变化。
Claims (20)
1.一种用于半导体离子布植的装置，其特征在于，包含：
一游离腔，用以接受至少一化学物质且提供一电浆，其中该电浆包含该至少一化学物质的离子；以及
一电子源装置，至少部分设置于该游离腔内，其中该电子源装置包含：
至少一丝极，用以产生多个电子；以及
一阴极，具有一前表面以及一后表面，且用以当来自该至少一丝极的所述多个电子打到该阴极的该后表面时，从该前表面发出多个二次电子，其中该阴极的该前表面朝该游离腔内凸出，且该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹曲形。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该游离腔包含至少一入口，用以接受该至少一化学物质。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该阴极用以使该些二次电子撞击该至少一化学物质，以产生该包含该至少一化学物质的离子的电浆。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该游离腔定义一孔径，该孔径提供该电浆一排出途径。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该阴极的该前表面具有一半球形。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该至少一丝极是由选自由铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合所组成的群组中的一材料所组成，且该阴极是由选自由铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合所组成的群组中的一材料所组成。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该丝极具有一上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径整体具有朝向该阴极之一后表面之一凸表面。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该至少一丝极包含钨，且该阴极包含钨。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该阴极的形状是具有一半球形末端的一中空柱体，且该至少一丝极位于其中。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中该电子源装置是设置穿过于该游离腔的一第一墙，且该阴极的该前表面是位于该游离腔内。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，更包含一反射极，设置于相对于该第一墙的一第二墙上，该反射极用以使来自该阴极的该前表面的该些二次电子重复地以螺旋途径传递。
12.一种用于半导体离子布植的装置，其特征在于，包含：
一游离腔，包含至少一入口，用以接收至少一化学物质，其中该游离腔定义一孔径，该孔径用以提供一电浆，该电浆包含该至少一化学物质的离子；以及
一电子源装置，至少部分设置于该游离腔内，其中该电子源装置包含：
至少一丝极，用以在加热下产生复数个电子，以及
一阴极，具有一前表面以及一后表面，且用以当来自该至少一丝极的该些电子打到该阴极的该后表面时，从该前表面发出复数个二次电子，
其中该阴极的该前表面朝该游离腔内凸出，该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹形，且该丝极具有一上部分，该上部分具有一弯曲途径，该弯曲途径整体具有一凸表面。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中该阴极的该前表面具有一半球形。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中该至少一丝极是由选自由铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合所组成的群组中的一材料所组成，且该阴极是由选自由铌、钼、钽、钨、铼、合金以及其任意组合所组成的群组中的一材料所组成。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中该阴极的形状是具有一半球形末端的一中空柱体，且该至少一丝极位于其中。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中该至少一丝极由钨所形成，且该阴极由钨所形成。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中该电子源装置是设置于该游离腔的一侧壁上。
18.一种在离子布植过程中产生离子的方法，其特征在于，包含：
提供至少一化学物质至一游离腔；
由至少一丝极在加热下产生复数个电子；
由一阴极产生复数个二次电子，其中该阴极具有一前表面以及一后表面，当来自该至少一丝极的该些电子打到该阴极的该后表面时，该些二次电子从该前表面发出，其中该阴极的该前表面位于游离腔内且为凸形，且该阴极的该后表面具有一部分相对该前表面且为凹曲形；以及
游离化该至少一化学物质，以形成一电浆，其中该电浆包含该至少一化学物质的离子。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，更包含取出该游离腔内该至少一化学物质的离子，以形成一离子束。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，其中该至少一化学物质包含一掺杂气体。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200739647A (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-16 | Applied Materials Inc | Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source |
| TW201349274A (zh) * | 2012-05-24 | 2013-12-01 | Advanced Ion Beam Tech Inc | 間接加熱電極式離子佈植機之陰極 |
| CN103681183A (zh) * | 2012-08-28 | 2014-03-26 | 斯伊恩股份有限公司 | 离子生成方法以及离子源 |
| TW201443965A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-11-16 | Varian Semiconductor Equipment | 離子源 |
| WO2015017635A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Improved lifetime ion source |
| CN106206221A (zh) * | 2015-05-29 | 2016-12-07 | 住友重机械离子技术有限公司 | 等离子生成装置及热电子放出部 |
| WO2017007138A1 (ko) * | 2015-07-07 | 2017-01-12 | 주식회사 밸류엔지니어링 | 이온주입기용 리펠러, 캐소드, 챔버 월, 슬릿 부재 및 이를 포함하는 이온발생장치 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2756360A (en) * | 1948-11-23 | 1956-07-24 | Sylvania Electric Prod | Primary emission controlled tube |
| US4549082A (en) * | 1983-04-19 | 1985-10-22 | Mcmillan Michael R | Synthetic plasma ion source |
| US5686789A (en) * | 1995-03-14 | 1997-11-11 | Osram Sylvania Inc. | Discharge device having cathode with micro hollow array |
| US6091187A (en) * | 1998-04-08 | 2000-07-18 | International Business Machines Corporation | High emittance electron source having high illumination uniformity |
| JP2001006589A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-01-12 | Nikon Corp | 電子銃、電子線露光装置及び半導体装置の製造方法 |
| US6300636B1 (en) | 1999-10-02 | 2001-10-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Ion source head |
| ATE552607T1 (de) * | 2003-02-14 | 2012-04-15 | Mapper Lithography Ip Bv | Vorratskathode |
| JP4907852B2 (ja) * | 2004-08-24 | 2012-04-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | ガス放電管 |
| DE102015201375A1 (de) * | 2015-01-27 | 2016-07-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einem äußeren Magnetfeld |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200739647A (en) * | 2006-04-11 | 2007-10-16 | Applied Materials Inc | Cathode and counter-cathode arrangement in an ion source |
| TW201349274A (zh) * | 2012-05-24 | 2013-12-01 | Advanced Ion Beam Tech Inc | 間接加熱電極式離子佈植機之陰極 |
| CN103681183A (zh) * | 2012-08-28 | 2014-03-26 | 斯伊恩股份有限公司 | 离子生成方法以及离子源 |
| TW201443965A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-11-16 | Varian Semiconductor Equipment | 離子源 |
| WO2015017635A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Improved lifetime ion source |
| CN106206221A (zh) * | 2015-05-29 | 2016-12-07 | 住友重机械离子技术有限公司 | 等离子生成装置及热电子放出部 |
| WO2017007138A1 (ko) * | 2015-07-07 | 2017-01-12 | 주식회사 밸류엔지니어링 | 이온주입기용 리펠러, 캐소드, 챔버 월, 슬릿 부재 및 이를 포함하는 이온발생장치 |
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