CN109148246B - 离子注入设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入设备及方法，该离子注入设备包括离子源、一与该真空腔相连通的加热腔体、一氢气供应装置，和偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流。通过偏转，可以通过采样部分或者全部束流，从而得知束流中氢和掺杂源元素的比例，并且通过检测结果来调整掺杂源的升华温度和/或氢气的供应量，由此获得较为理想的束流参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子注入设备及方法，特别是涉及一种束流稳定的离子注入设备及方法。
背景技术
目前在主流的离子注入机中，需要N型掺杂时通常采用磷作为掺杂材料。为了产生磷离子束流，常用的是离子化磷烷(PH3)以引出磷离子束流。然而，离子化了磷烷后，需要增加质量分选装置将磷离子和氢离子分开。如果不加质量分选装置，那么磷和氢均被注入至衬底中，而引出的束流中磷和氢的比例难以得到控制，检测到的电流是磷和氢的量的总和，这样一来被注入至衬底中的磷可能并未达到所需的剂量，由此可能会对器件的性能产生影响。况且磷烷还具有一定毒性，一旦发生泄露，于安全生产也是不利的。
为此，业内提出一种采用固态掺杂源的离子源，不采用气态的化合物，而是采用固态单质作为掺杂源，通过对固态掺杂源的升华来提供待离子化的气体，以此来避免氢注入对总的注入剂量的影响(既然升华的是单质，引出的束流中只有一种元素，即掺杂元素，此时检测的就是掺杂元素的量，而不含其他元素)。对于磷掺杂来说可以采用红磷作为固态掺杂源。但是这又出现了另一系列问题，在气化红磷等升华温度较高(高于250℃)的固态掺杂源时，需要将固态掺杂源加热至较高的温度才会是固态掺杂源逐步升华。然而固体升华成气体受到固体形态、与热源的接触面积、热量分布等多方面因素的影响，因此在实际使用中发现红磷升华的速率并不是均匀的。升华速率的不均匀直接导致了离子源腔体的气体供应不均匀，如此一来会影响气体的离子化，最终影响到束流的稳定性。而且红磷一旦沉积在离子源真空腔内壁上和离子源的引出电极上，或者红磷与真空腔内壁材料的混合物沉积在内壁上并且掉落在引出电极上，或者红磷与引出电极材料会发生反应形成导电的或不导电的混合物，这就会影响引出电极的电性能，造成束流形态的缺陷，或者在这些混合物导电的情况下还会束流能量达不到理想能量的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中使用磷烷作为待离子化气体时束流中磷和氢的比例难以检测并控制的缺陷以及红磷升华速率难以控制从而影响束流稳定输出的缺陷，提供一种束流稳定的离子注入设备及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔，以及引出电极，其特点在于，该离子源还包括有：
一与该真空腔相连通的加热腔体，用于容置固态掺杂源并且使固态掺杂源升华成气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体；
一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中和/或该加热腔体中，进入该真空腔中的氢气在RF天线的周围产生氢等离子体；
连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量，和/或，连接于该氢气供应装置和该加热腔体之间的流量计，用于控制被传输至该加热腔体中的氢气的流量；
一温度控制装置，用于加热该加热腔体，
该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，
该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；
位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流和/或电流密度。
所述偏转元件和束流检测装置和待注入的衬底处于不同的区域，只起到检测束流的作用，不影响混合离子束流在衬底上的注入。
由于红磷气体的量不易控制，会造成离子束流的不稳定，而且容易在电极和真空腔内壁上产生沉积，破坏束流的均匀性。本发明通过引入氢气提高了束流的稳定性，由于氢气的存在真空腔中会产生氢等离子体，由此使得真空腔的内部温度分布均匀，产生的等离子体更加稳定。并且氢气对电极和真空腔有清洁作用，可以减少红磷沉积或者红磷与内部材料/电极材料形成混合物。由此保持了束流的均匀性，延长设备工作时间。
优选地，该流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制氢气的流量；和/或，该温度控制装置用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制加热腔体的温度。
本发明可以在不中断注入的情况下采样部分束流，以检测束流中氢和掺杂源的比例，以便调节升华温度或者氢气的量，来达到理想的注入效果。或者，在注入之前，采样整体束流，同样根据检测结果来判断是否需要调整掺杂源的量。
优选地，该掺杂源离子束流检测装置还用于检测掺杂源离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量，该氢离子束流检测装置还用于检测氢离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量。
优选地，离子注入设备还包括：一控制器和一比较器，
该控制器用于计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置以使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量增加第一流量阈值；
若该比值小于第二阈值，该控制器则用于启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量减小第二流量阈值；
若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则采用该束流完成对衬底的离子注入，
其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值。
优选地，该比较器优先启用该温度控制装置以调节该加热腔体的温度。
优选地，该比较器还用于判断掺杂源离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，则启用该控制器计算该比值；若否，则采用该束流完成对衬底的离子注入。
优选地，该氢气供应装置为氢气发生器或氢气瓶。
优选地，该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体传输至该真空腔中，该惰性气体用于在该真空腔中产生惰性气体等离子体以维持该真空腔的温度。
优选地，该离子源为RF离子源或IHC(间热式阴极)离子源。
优选地，该离子注入设备还包括一整体束流检测装置，用于检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。
优选地，该束流中掺杂源离子和氢离子的比例为100：1-1：1(这里的比例指的是离子个数比)。
优选地，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀。
优选地，该固态掺杂源的升华温度为330℃-500℃，或该固态掺杂源为红磷，
和/或，通入氢气的流量为0.1-50sccm(每分钟标准毫升)。
优选地，该离子注入装置不采用质量分析装置从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流，氢随同磷一起被注入至衬底中。
本发明还提供一种离子注入方法，包括以下步骤：
步骤S1：在加热腔体中加热固态掺杂源以使固态掺杂源升华成气态掺杂源；
步骤S2：将气态掺杂源通入真空腔中以在该真空腔中产生掺杂源等离子体，
其特点在于，在执行步骤S2之前、或执行步骤S2的同时或执行了步骤S2之后还包括：
步骤St：将氢气通入真空腔中和/或通入加热腔体中以在RF天线的周围产生氢等离子体，
在步骤S2和步骤St之后还包括：
步骤S3：从该真空腔中引出束流，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流；
步骤S4：偏转至少部分束流以分离出掺杂源离子束流和氢离子束流，检测掺杂源离子束流的电流和/或氢离子束流的电流；
步骤S5：根据检测结果控制氢气的流量和/或根据检测结果控制加热腔体的温度，并且采用调整后的束流完成对衬底的离子注入，
其中该真空腔与该加热腔体相连通。
优选地，步骤S5包括以下步骤：
步骤S51：计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则进入步骤S52；若该比值小于第二阈值，则进入步骤S54；若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则进入步骤S56，其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值；
步骤S52：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，进入步骤S53；
步骤S53：使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，和/或，使通入的氢气流量增加第一流量阈值，然后返回步骤S4；
步骤S54：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，进入步骤S55；
步骤S55：使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，和/或，使通入的氢气流量减小第二流量阈值，然后返回步骤S4；
步骤S56：采用该束流完成对衬底的离子注入，然后返回步骤S4。
优选地，步骤S53和步骤S55中优先调节该加热腔体的温度。
优选地，步骤S4包括：
步骤S41：偏转至少部分束流以分离出掺杂源离子束流和氢离子束流，检测掺杂源离子束流的电流和/或氢离子束流的电流；
步骤S42：判断掺杂源离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，进入步骤S51；若否，进入步骤S56。
优选地，步骤S2之前包括以下步骤：
步骤Sp：将惰性气体通入真空腔中并且在RF天线的周围形成惰性元素等离子体。
优选地，步骤S5中控制束流中掺杂源离子和氢离子的比例为100：1-1：1。
优选地，步骤S4中还包括：检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。
优选地，加热固态掺杂源的温度为330℃-500℃，和/或，通入氢气的流量为0.1-50sccm，和/或，该固态掺杂源为红磷。
优选地，离子注入到衬底内之前不包括对束流进行质量分析以从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流的步骤。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、通过偏转，可以通过采样部分或者全部束流，从而得知束流中氢和掺杂源元素的比例，并且通过检测结果来调整掺杂源的升华温度和/或氢气的供应量，由此获得较为理想的束流参数。
2、引入氢气之后，真空腔中的等离子体更为稳定，由此引出的束流也能更加均匀。
3、经过实验发现，引入氢气之后真空腔的温度分布更加均匀，真空腔内壁的凝华的掺杂源明显减少，内壁更为清洁。
4、该离子注入设备是不包括通常离子注入设备具有的质量分析磁铁的，由此设备价格便宜，系统简化，最重要的是不用考虑强磁场对附近设备的干扰。而且经过实验可知即使没有质量分析磁铁，引入氢气也不会影响电池方阻，对注入衬底的电性能并没有影响。
附图说明
图1为本发明实施例1的真空腔、加热腔体和氢气供应装置的连接示意图。
图2为本发明实施例1的偏转元件和束流检测装置的示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为图2的主视图。
图5为图2的右视图。
图6为磷离子束流和氢离子束流被分离后的示意图。
图7为本发明实施例2的真空腔、加热腔体和氢气供应装置的连接示意图。
图8为本发明实施例2的偏转元件和束流检测装置的示意图。
图9为本发明实施例3的偏转元件和束流检测装置的示意图。
图10为图9的俯视图。
图11为通入真空腔的氢气的流量和方阻的关系。
图12为实施例5的检测注入流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
参考图1-图6，该离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔1和设置于该真空腔中的RF天线，以及引出电极，该RF天线与一RF电源相连，该离子源还包括有：
一与该真空腔1相连通的加热腔体2，用于容置固态磷掺杂源并且使固态磷掺杂源升华成气态掺杂源磷以及将气态掺杂源磷传输至该真空腔中以在RF天线的周围产生掺杂源磷等离子体；
一氢气供应装置3，用于将氢气传输至该真空腔中，进入该真空腔中的氢气在RF天线的周围产生氢等离子体，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀，由此使得磷等离子体能够较为稳定；
连接于该氢气供应装置3和该真空腔1之间的流量计41，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量；
一温度控制装置(图中未示出)，用于加热该加热腔体，
该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源磷离子束流和氢离子束流，
该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件5，用于从至少部分束流中分离出掺杂源磷离子束流和氢离子束流，分别以71和72来表示，在本实施例中偏转元件采用两块马蹄形的磁铁来实现，由于磷和氢的质量不同，两者的偏转程度也不一样，从而可以通过偏转将磷束流和氢束流分离开；
位于掺杂源磷离子束流传输路径上的掺杂源磷离子束流检测装置61和位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置62，该掺杂源磷离子束流检测装置61用于检测掺杂源磷离子束流71的电流，该氢离子束流检测装置62用于检测氢离子束流72的电流，参考图2-图5，本实施例中采样了两小束束流。
所述偏转元件5和束流检测装置61、62和待注入的衬底处于不同的区域，只起到检测束流的作用，不影响混合离子束流在衬底上的注入。
该流量计41用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源磷离子束流的检测结果控制氢气的流量；并且，该温度控制装置用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源磷离子束流的检测结果控制加热腔体的温度。倘若检测到的磷离子束流的电流较小，则升高加热腔体的温度，使更多的磷升华。通过对加热腔体的温度控制以及对氢气的流量控制，使得该束流中掺杂源磷离子和氢离子的比例为50：1。
在本实施例中，该氢气供应装置为氢气发生器，该固态掺杂源为红磷。为了让离子源在上电时产生比较稳定的等离子体，该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体(例如氩气)传输至该真空腔中。
经过实验还发现，真空腔的内壁比较干净，比之不通氢气的情况，真空腔的内壁少有红磷的残留，设备维护周期得以延长。
实施例2
实施例2的基本原理和实施例1相同，不同之处在于：
参考图7，该氢气供应装置3还用于将氢气传输至该加热腔体2中，其中通过流量计42来控制氢气的流量。
参考图8，实施例2依然采用整体形状为马蹄形的装置来产生偏转束流的磁场，不同之处在于马蹄形分为条形磁铁部分51和导磁材料52两部分。另外，氢离子束流检测装置62竖直放置，其侧面用于接收氢离子束流。
其余未提及部分参照实施例1。
实施例3
实施例3的基本原理和实施例1相同，不同之处在于：
参考图9和图10，在本实施例中采用两块对置的条形磁铁51来形成偏转束流的磁场，为了使磁场尽可能均匀，在条形磁铁外环绕了导磁材料52。
其余未提及部分参照实施例1。
实施例4
本实施例所述的离子注入方法，包括以下步骤：
步骤1：将氩气通入真空腔中以产生氩等离子体。
步骤2：升华红磷并将气态磷通入真空腔中，同时向真空腔和加热腔体通入氢气，由此真空腔中包含氩气、氢气和气态磷，产生的等离子体包括氩等离子体、氢等离子体和磷等离子体。待等离子体稳定后，停止氩气的输入。
步骤3：通过引出电极引出束流，由于氩气已经关闭，并且真空腔一直在抽气，因此束流中几乎没有氩元素，而为氢离子束流和磷离子束流。
步骤4：偏转至少部分束流，使氢离子束流和磷离子束流分离，并且分别检测两者的电流，以观察整体束流中磷和氢的比例。
步骤5：根据检测结果，调节红磷的升华温度，当磷离子束流电流偏小时，升高升华的温度，使得更多的磷被升华。磷离子束流的电流符合注入要求，但是氢离子束流的电流相对偏大时，减小氢气的供应量。
1、注入束流中包括氢离子束流对方阻的影响
为了观察包含氢的束流对衬底注入的影响，做了几组对比实验，来观察通入氢气与否、通入氢气的多少对注入后衬底方阻的影响，结果见表1和图11(磷束流占整体束流的比例为磷束流的电流与整体束流的电流之比，氢气流量单位：sccm；方阻单位：Ω/□)，可以看出氢气流量对方阻几乎没有影响。
表1
2、太阳能电池效率的对比实验：
将该离子注入所掺杂的衬底用于太阳能电池的制作，其中氢气流量为10sccm，磷束流占整体束流的比例为94％，由此制得的太阳能电池的效率比真空腔中不通氢气纯粹使用红磷提高0.1％。通入氢气的情况中，钝化效果得到了提高，由此改善了电池效率。
实施例5
参考图12，介绍下本实施例的带有磷氢检测的离子注入方法和设备。先来看方法，具体来说实施例5的基本原理与实施例4基本一致，步骤S5可以细分为以下步骤：
步骤501：计算一比值，该比值为所检测的磷离子束流的电流与氢离子束流的电流之比；
步骤502：将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则进入步骤503；若该比值小于第二阈值，则进入步骤505；若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则进入步骤506，其中第一阈值大于第二阈值；
步骤503：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，进入步骤509，发出警报，提示人工干预，例如检查是否有硬件问题；若否，进入步骤504；
步骤504：使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，然后进入步骤508等待下一次检测；
步骤505：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，进入步骤506；
步骤506：使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，并且使通入的氢气流量减小第二流量阈值，然后进入步骤508；
步骤507：采用该束流完成对衬底的离子注入，然后等待下次检测。
该离子注入方法未提及之处参照实施例4。
本实施例所述的离子注入设备，除了实施例1的描述之外，离子注入设备还包括：一控制器和一比较器，
该控制器用于计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置以使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量增加第一流量阈值；
若该比值小于第二阈值，该控制器则用于启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量减小第二流量阈值；
若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则采用该束流完成对衬底的离子注入，
其中该比值为所检测的磷离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，第一阈值大于第二阈值。
该离子注入设备未提及之处参照实施例1。
实施例6
实施例6的基本原理与实施例5相同，不同之处在于：
在执行图12所述的步骤S5之前，步骤S4包括：
步骤S41：偏转至少部分束流以分离出磷离子束流和氢离子束流，检测磷离子束流的电流和/或氢离子束流的电流；
步骤S42：判断磷离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，进入步骤501；若否，进入步骤507。
即，只有当磷离子束流或者氢离子束流有一定程度变化时，再行判断是否需要调整红磷的加热温度或者氢气的流量。其余未提及之处参考实施例5。
相应的，本实施例中的该比较器还用于判断磷离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，则启用该控制器计算该比值；若否，则采用该束流完成对衬底的离子注入。
本发明采用了固态的掺杂源，同时引入氢气，使得等离子体的形成更加稳定；而且虽然引入了氢气，但是通过偏转元件采样部分束流，可以得到准确的磷、氢比例，从而更好地控制磷的升华温度，获得理想的注入效果。另外，引入氢气之后，真空腔的温度分布更为均匀，真空腔内部非常清洁，几乎没有固态掺杂源的残留，而且少量氢的注入也不会对衬底的方阻产生影响。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种离子注入设备，其包括离子源，该离子源包括一真空腔以及引出电极，其特征在于，该离子源还包括有：
一与该真空腔相连通的加热腔体，用于容置固态掺杂源并且使固态掺杂源升华成气态掺杂源以及将气态掺杂源传输至该真空腔中以在真空腔中产生掺杂源等离子体；
一氢气供应装置，用于将氢气传输至该真空腔中和/或该加热腔体中，进入该真空腔中的氢气在真空腔中产生氢等离子体；
连接于该氢气供应装置和该真空腔之间的流量计，用于控制被传输至该真空腔中的氢气的流量，和/或，连接于该氢气供应装置和该加热腔体之间的流量计，用于控制被传输至该加热腔体中的氢气的流量；
一温度控制装置，用于加热该加热腔体，
该引出电极用于从该真空腔中引出束流以完成对衬底的离子注入，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流，
该离子注入设备还包括：位于该引出电极下游的偏转元件，用于从至少部分束流中分离出掺杂源离子束流和氢离子束流；
位于掺杂源离子束流传输路径上的掺杂源离子束流检测装置和/或位于氢离子束流传输路径上的氢离子束流检测装置，该掺杂源离子束流检测装置用于检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，该氢离子束流检测装置用于检测氢离子束流的电流和/或电流密度，其中，该离子注入装置不采用质量分选装置从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流；
离子注入设备还包括：一控制器和一比较器，
该控制器用于计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置以使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量增加第一流量阈值；
若该比值小于第二阈值，该控制器则用于启用该比较器以判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，启用该温度控制装置使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，和/或，启用该流量计使通入的氢气流量减小第二流量阈值；
若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则采用该束流完成对衬底的离子注入，
其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值。
2.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该流量计用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制氢气的流量；和/或，该温度控制装置用于根据氢离子束流的检测结果和掺杂源离子束流的检测结果控制加热腔体的温度。
3.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该掺杂源离子束流检测装置还用于检测掺杂源离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量，该氢离子束流检测装置还用于检测氢离子束流的电流的变化量和/或电流密度的变化量。
4.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该比较器优先启用该温度控制装置以调节该加热腔体的温度。
5.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该比较器还用于判断掺杂源离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，则启用该控制器计算该比值；若否，则采用该束流完成对衬底的离子注入。
6.如权利要求1所述的离子注入设备，其特征在于，该氢气供应装置为氢气发生器或氢气瓶；和/或，
该离子源还包括一惰性气体供应装置，用于将惰性气体传输至该真空腔中，该惰性气体用于在该真空腔中产生惰性气体等离子体，
或者，该离子源为RF离子源或IHC离子源，
和/或，该离子注入设备还包括一整体束流检测装置，用于检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该束流中掺杂源离子和氢离子的比例为100：1-1：1。
8.如权利要求1-6中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该氢等离子体用于使该真空腔的内壁的温度分布均匀。
9.如权利要求1-6中任意一项所述的离子注入设备，其特征在于，该固态掺杂源的升华温度为330℃-500℃，或该固态掺杂源为红磷，和/或，通入氢气的流量为0.1-50sccm。
10.一种离子注入方法，包括以下步骤：步骤S1：在加热腔体中加热固态掺杂源以使固态掺杂源升华成气态掺杂源；步骤S2：将气态掺杂源通入真空腔中以在真空腔中产生掺杂源等离子体，其特征在于，在执行步骤S2之前、或执行步骤S2的同时或执行了步骤S2之后还包括：步骤St：将氢气通入真空腔中和/或通入加热腔体中以在真空腔中产生氢等离子体，在步骤S2和步骤St之后还包括：步骤S3：从该真空腔中引出束流，其中该束流中包括掺杂源离子束流和氢离子束流；步骤S4：偏转至少部分束流以分离出掺杂源离子束流和氢离子束流，检测掺杂源离子束流的电流和/或电流密度，和/或氢离子束流的电流和/或电流密度；其中，该离子注入方法不采用质量分选装置从待注入衬底的该束流中滤除氢离子束流；
步骤S5：根据检测结果控制氢气的流量和/或根据检测结果控制加热腔体的温度，并且采用调整后的束流完成对衬底的离子注入，其中该真空腔与该加热腔体相连通；
步骤S51：计算一比值并将该比值分别与第一阈值和第二阈值比较，若该比值大于第一阈值，则进入步骤S52；若该比值小于第二阈值，则进入步骤S54；若该比值介于第二阈值和第一阈值之间，则进入步骤S56，其中该比值为所检测的掺杂源离子束流的电流与氢离子束流的电流之比，或者掺杂源离子束流的电流密度和氢离子束流的电流密度之比，第一阈值大于第二阈值；
步骤S52：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，进入步骤S53；
步骤S53：使该加热腔体的温度降低第一温度阈值，和/或，使通入的氢气流量增加第一流量阈值，然后返回步骤S4；
步骤S54：判断检测次数是否达到次数阈值，若是，发出警报；若否，进入步骤S55；
步骤S55：使该加热腔体的温度升高第二温度阈值，和/或，使通入的氢气流量减小第二流量阈值，然后返回步骤S4；
步骤S56：采用该束流完成对衬底的离子注入，然后返回步骤S4。
11.如权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，
步骤S53和步骤S55中优先调节该加热腔体的温度。
12.如权利要求11所述的离子注入方法，其特征在于，步骤S4包括：
步骤S41：偏转至少部分束流以分离出掺杂源离子束流和氢离子束流，检测掺杂源离子束流的电流和/或氢离子束流的电流；
步骤S42：判断掺杂源离子束流的电流的变化量是否达到第一变化阈值和/或氢离子束流的电流的变化量是否达到第二变化阈值，若是，进入步骤S51；若否，进入步骤S56。
13.如权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，步骤S2之前包括以下步骤：
步骤Sp：将惰性气体通入真空腔中并且在RF天线的周围形成惰性元素等离子体，该惰性气体等离子体用于维持该真空腔的温度。
14.如权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，步骤S5中控制束流中掺杂源离子和氢离子的比例为100：1-1：1，
和/或，步骤S4中还包括：检测该束流的整体电流和/或整体电流密度。
15.如权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，加热固态掺杂源的温度为330℃-500℃，和/或，通入氢气的流量为0.1-50sccm，和/或，该固态掺杂源为红磷。
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| CN207458886U (zh) | 2018-06-05 |
| CN207269015U (zh) | 2018-04-24 |
| CN109148246A (zh) | 2019-01-04 |
| CN207458887U (zh) | 2018-06-05 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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