[发明专利]提高离子注入纯度的电弧腔及离子注入方法

权利要求书

1.一种电弧腔，包括用于产生原初电子的灯丝、阴极、阳极和供气管道，供气管道向电弧腔中通入反应气体，灯丝发出原初电子入射到阴极中；在加热条件下，所述阴极受到原初电子的轰击产生二次电子，二次电子在阳极和阴极的电场作用下轰击反应气体，使反应气体电离产生等离子体；其特征在于，所述阴极的材料具有至少一种施主能级；所述阴极包括第一二次电子发射区域以及位于第一二次电子发射区域的顶部和底部的阴极边缘区域的第二二次电子发射区域；所述第二二次电子发射区域的材料的电阻率大于所述第一二次电子发射区域的材料的电阻率，使得所述第二二次电子发射区域发出的第二二次电子的电势能高于所述第一二次电子发射区发出的第一二次电子的电势能。

2.根据权利要求1所述的电弧腔，其特征在于，所述阴极的材料包括具有一种施主能级的材料、具有二种施主能级的材料和具有三种以上施主能级的材料的任意两种。

3.根据权利要求1所述的电弧腔，其特征在于，所述第二二次电子发射区域的宽度为所述第一二次电子发射区域的宽度的20～30％。

4.根据权利要求1所述的电弧腔，其特征在于，所述阴极还具有第三二次电子发射区域；第三二次电子发射区域位于所述阴极边缘区域且将所述第一二次电子发射区域包围，所述第三二次电子发射区域与所述第二二次电子发射区域具有重叠区域，所述第三二次电子发射区域发出第三二次电子。

5.根据权利要求1所述的电弧腔，其特征在于，所述灯丝包括灯丝芯和环绕灯丝芯周围的灯丝圈，所述灯丝芯和所述灯丝圈均用于发射出原初电子；所述第二二次电子发射区域连续环绕所述第一二次电子发射区域设置，所述灯丝芯对应所述第一二次电子发射区域设置，所述灯丝圈对应所述第二二次电子发射区域和第三二次电子发射区域，从而使所述第一二次电子发射区域发射出第一二次电子，第二二次电子发射区域发射出第二二次电子，第三二次电子发射区域发射出第三二次电子。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的电弧腔，其特征在于，所述第二二次电子发射区域的材料的电阻率为所述第一二次电子发射区域的材料的电阻率的2～1000倍。

7.一种离子注入方法，包括生成等离子体，然后对等离子体加速后使等离子体投射到晶圆上；其特征在于，采用权利要求1所述的电弧腔来生成等离子体；采用权利要求1所述的电弧腔来生成等离子体的过程具体包括：

步骤01：开启灯丝，灯丝产生原初电子；

步骤02：在原初电子激发下，第一二次电子发射区发射出第一二次电子，以及第二二次电极发射区发射出第二二次电子；其中，第二二次电子的电势能高于第一二次电子的电势能；

步骤03：向电弧腔中通入反应气体，在阴极和阳极之间施加电压，在第一二次电子区域和阳极之间的区域中第一二次电子激发反应气体生成第一等离子体，在第二二次电子区域和阳极之间的区域中第二二次电子激发反应气体生成第二等离子体；其中，第二二次电子对反应气体的解离速度大于第一二次电子对反应气体的解离速度，且第二等离子体的密度高于第一等离子体的密度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阴极还具有第三二次电子发射区域；第三二次电子发射区域位于所述阴极边缘区域且将所述第一二次电子发射区域包围，部分所述第三二次电子发射区域与所述第二二次电子发射区域具有重叠区域；

所述步骤02具体包括：在原初电子激发下，第一二次电子发射区发射出第一二次电子，第三二次电子发射区发射出第三二次电子，所述重叠区域同时发射出第二二次电子和第三二次电子；第二二次电子的电势能大于第一二次电子的电势能；

所述步骤03具体包括：向电弧腔中通入反应气体，在阴极和阳极之间施加电压，在第一二次电子区域和阳极之间的区域中第一二次电子激发反应气体生成第一等离子体，在所述重叠区域和阳极之间的区域中第二二次电子和第三二次电子共同激发反应气体生成第二三等离子体，在第三二次电子区域和阳极之间的区域中第三二次电子激发反应气体生成第三等离子体；其中，第二二次电子对反应气体的解离速度大于第一二次电子对反应气体的解离速度，且第二三等离子体的密度高于第一等离子体的密度。