CN113701050A - 供气系统及离子源的供气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种供气系统及离子源的供气方法，包括反应腔、第一加热装置、流量控制器和气体管路；所述反应腔用于放置固体源；所述气体管路的一端连接所述反应腔，另一端用于连接所述离子源；所述第一加热装置设置于所述反应腔上，并用于加热所述固体源至预设温度，以使所述固体源气化，所述固体源气化后的气体由所述反应腔流出并通过所述气体管路进入所述离子源。该供气系统可使固体源加热气化并为离子源提供稳定的气流，从而保证晶圆表面离子注入的均匀性，提高晶圆离子注入的产能，同时延长离子源的保养周期。

Description

供气系统及离子源的供气方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造技术领域，特别涉及一种供气系统及离子源的供气方法。
背景技术
离子注入机是集成电路制造工序中的关键设备，离子注入是对半导体晶圆表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入时需要将待注入的气源引入到离子源的电场中，并在离子源的电场中被电离变成离子。如果待注入的物质是固体源，则还需要加热气化，使之变为气相后再引入到这个离子源中。
现有的离子注入机普遍采用将固体源装载入离子源，通过离子源内部加热使固体源气化的方式引入气体。采用此种方式引入的气体，由于放置在离子源中的固体源加热温度和压力不能精确控制，同时固体源随着气化进行其剩余固体量在逐渐减少，使得固体源气化产生的气体流量很不稳定，从而造成离子注入时的离子束很不稳定，进而影响晶圆表面注入离子的均匀性。再者，由于离子源的装载量有限，仅能容纳数量较少的固体源，当少量固体源气化完毕后就需要对离子源进行保养，这大大缩短了离子源的保养周期，增加操作人员的操作频率且降低离子源的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供气系统及离子源的供气方法，以为离子源提供稳定的固体源气化气流，同时缩短离子源的保养周期。
为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种供气系统，用于向离子源提供稳定的固体源气化气流，包括反应腔、第一加热装置、流量控制器和气体管路；
所述反应腔用于放置固体源；所述气体管路的一端连接所述反应腔，另一端用于连接所述离子源；
所述第一加热装置设置于所述反应腔上，并用于加热所述反应腔至预设温度，以使所述反应腔内的固体源气化，所述固体源气化后生成的气体通过所述气体管路进入所述离子源；
所述流量控制器用于控制所述气体进入所述离子源的流量在预设范围内。
可选的，所述供气系统还包括控制装置和检测装置，所述控制装置分别与所述第一加热装置、所述流量控制器和所述检测装置通信连接；
所述检测装置用于测量所述反应腔内的压力和/或温度；
所述控制装置用于根据所述反应腔内的压力和/或温度控制所述第一加热装置的加热温度；
所述控制装置还用于控制所述流量控制器，使所述气体进入所述离子源的流量在所述预设范围内。
可选的，所述检测装置包括第一温度检测装置和压力检测装置，所述第一温度检测装置和所述压力检测装置均与所述反应腔连接，所述第一温度检测装置用于测量所述反应腔内的温度，所述压力检测装置用于测量所述反应腔内的压力；
所述控制装置用于根据所述压力检测装置所测量的所述反应腔内的压力控制所述第一加热装置的加热温度。
可选的，所述压力检测装置为真空计，所述第一温度检测装置为温度计。
可选的，所述供气系统还包括第二加热装置和第二温度检测装置，所述第二加热装置和所述第二温度检测装置均与所述控制装置通信连接；
所述第二加热装置和所述第二温度检测装置均设置于所述气体管路上；所述第二加热装置用于加热所述气体管路；所述第二温度检测装置用于测量所述气体管路内的温度；
所述控制装置还用于根据所述第二温度检测装置所测量的所述气体管路内的温度控制所述第二加热装置的加热温度；
所述第二加热装置的加热温度大于或等于所述第一加热装置的加热温度。
可选的，所述流量控制器设置在所述气体管路上，并位于所述反应腔和所述第二加热装置之间；
所述第二温度检测装置的数量为至少两个，一个所述第二温度检测装置设置在所述反应腔与所述流量控制器之间，另一个所述第二温度检测装置设置于所述第二加热装置与所述离子源之间。
可选的，所述第二加热装置为加热带，所述第一加热装置为设置在所述反应腔内部的加热棒，所述流量控制器为质量流量控制器。
可选的，所述供气系统还包括供气装置，所述供气装置与所述反应腔连接，所述供气装置用于向所述反应腔输送保护气体。
可选的，所述供气装置与所述反应腔之间设置有第一阀件，所述气体管路上设置有第二阀件，所述第二阀件与所述流量控制器并联设置。
可选的，所述供气系统还包括抽气装置，与所述反应腔连接；所述抽气装置用于对所述反应腔进行抽气。
可选的，所述抽气装置为所述离子源自带的真空泵，所述真空泵与所述气体管路连接。
当所述真空泵对所述反应腔进行抽气时，所述第二阀件开启，所述流量控制器关闭，所述真空泵用于通过设置有所述第二阀件的气体管路对所述反应腔进行抽气。
可选的，所述流量控制器设置于所述气体管路上，所述气体管路上设置有第三阀件，所述第三阀件设置于所述流量控制器和所述反应腔之间，和/或，所述气体管路上设置有第四阀件，所述第四阀件设置在所述流量控制器和所述离子源之间。
可选的，所述离子源为三氯化铟，所述第一加热装置的加热温度为335℃-385℃。
为解决上述技术问题，本发明的另一个目的在于提供一种离子源的供气方法，采用所述供气系统对离子源进行供气，所述供气方法包括以下步骤：
步骤一：将固体源放置到反应腔中；
步骤二：对所述反应腔进行抽气，使得所述反应腔处于负压状态；
步骤三：所述反应腔处于负压状态后，利用第一加热装置将所述反应腔加热至预设温度，使所述固体源气化；
步骤四：所述固体源气化后产生的气体经由所述气体管路进入所述离子源，在此过程中，利用流量控制器控制气体进入所述离子源的流量并使流量保持在预设范围内。
可选的，所述供气系统还包括通信连接的控制装置和压力检测装置，所述供气方法还包括：
当所述气体管路内的气体流量达到预设范围时，将所述压力检测装置测量到的所述反应腔内的当前压力确定为目标压力值；
在所述固体源气化的过程中，当所述压力检测装置所测量的实际压力值偏离所述目标压力值时，利用所述控制装置调节所述第一加热装置的加热温度，以使所述气体的实际流量维持在所述预设范围内，并使所述反应腔内的温度保持在所述预设温度。
可选的，所述供气方法还包括：
当所述反应腔内的温度达到所设定的最高温度后，若所述压力检测装置所测量的实际压力值低于所述目标压力值，且所述气体管路内的气体无流量时，判定所述固体源气化完毕。
可选的，所述供气系统还包括第二加热装置和第二温度检测装置，所述供气方法还包括：
利用所述第二加热装置加热所述气体管路的温度，并利用所述第二温度检测装置实时检测所述气体管路内的实际温度；
利用所述控制装置根据所述气体管路内的实际温度调节所述第二加热装置的加热温度；
其中，所述第二加热装置的加热温度大于或等于所述第一加热装置的加热温度。
可选的，利用所述控制装置调节所述第一加热装置的加热温度的具体过程为：
当所述压力检测装置所测量的实际压力值高于所述目标压力值时，所述控制装置降低所述第一加热装置的加热温度；或者，
当所述压力检测装置所测量的实际压力值低于所述目标压力值时，所述控制装置增大所述第一加热装置的温度。
可选的，所述供气方法还包括步骤五，所述步骤五包括以下步骤：：
1)所述固体源气化完毕后，向所述反应腔内充入保护气体，并检测所述反应腔内的压力；
2)当所述反应腔内的压力达到目标压力后，停止充入保护气体；
3)停止充入保护气体后，对所述反应腔进行抽气，使所述反应腔内的压力处于负压状态；
4)重复步骤1)至步骤3)若干次，以去除所述反应腔内残留的物质；
5)去除所述反应腔内残留的物质后，当所述反应腔内的温度下降到常温后向所述反应腔充入保护气体，使所述反应腔内的压力到达一定压力后向所述反应腔内填充新的固体源。
可选的，所述第一加热装置的加热温度为335℃-385℃，和/或，当所述反应腔处于所述负压状态时，所述反应腔内的真空度不低于1E-5Torr。
在本发明提供的供气系统及离子源的供气方法中，通过在离子源的前端设置供气系统，可为离子源提供稳定的固体源气化气流，由于固体源气化时获得稳定的气流，该气流在离子源中电离可得到稳定的离子束，从而保证了晶圆表面离子注入的均匀性，确保了加工质量。相较于固体源直接放置在离子源中，使用本发明的供气系统和供气方法进行持续稳定的气体供应，也很大程度上提高了离子注入的效率，从而可提高晶圆离子注入的产能。
在现有技术中，固体源直接放置在离子源中时，每一次固体源气化完毕都需要对离子源进行保养，由于离子源中仅能容纳较少的固体源，往往是离子源还没有到其应有的保养周期就需要提前进行保养。而本发明填充固体源时可将供气系统与离子源隔离(即供气系统设置在离子源的外部，两者相互独立地设置)，不必让离子源因其内部的固体源消耗而格外进行保养，离子源的保养周期得到延长同时其使用寿命也得到了提高。有数据表明，当使用本发明的供气系统和供气方法进行例如铟离子的注入时，离子源中离子束流的稳定性提高了25％左右，晶圆的产能提高了30％左右，离子源的保养周期也由原来的14天延长到20天。
本发明的供气系统和供气方法优选使用控制装置根据所述反应腔内部的压力值调节反应腔加热装置的加热温度，可以确保固体源气化过程产生的气体流量能够得到精准有效的控制，从而保证了进入离子源中的气体流量的稳定性，同时避免反应腔调节不及时带来的固体源过度消耗，增加了固体源的利用效率。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例提供的供气系统的结构示意图；
图2为根据本发明优选实施例提供的供气系统中控制装置的闭环控制原理图；
图3为现有技术中固体源放置在离子源中时测得不同日期下的晶圆表面离子注入均匀性的曲线图；
图4为使用本发明优选实施例提供的供气系统时测得不同日期下的晶圆表面离子注入均匀性的曲线图。
其中，附图标记说明如下：
11-离子源； 12-反应腔；
13-流量控制器； 14-气体管路；
15-压力检测装置； 16-控制装置；
171-第一加热装置； 172-第二加热装置；
181-第一温度检测装置； 182-第二温度检测装置；
19-供气装置；
201-第一阀件； 202-第二阀件；
203-第三阀件； 204-第四阀件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1为根据本发明优选实施例的供气系统的结构示意图，图2为根据本发明优选实施例的供气系统中控制装置的闭环控制示意图。
结合图1和图2所示，本发明实施例提供了一种供气系统，用于离子源11的供气，从而向离子源11提供稳定的固体源气化气流。该供气系统包括反应腔12、流量控制器13、气体管路14和第一加热装置171。供气系统优选还包括控制装置16，控制装置16与流量控制器13和第一加热装置171通信连接。供气系统优选还包括检测装置，与控制装置16通信连接。在本发明的优选实施例中，所述检测装置可包括压力检测装置15或第一温度检测装置181。在本发明的另一实施例中，所述检测装置也可同时包括压力检测装置15和第一温度检测装置181。供气系统还可包括第二加热装置172和第二温度检测装置182。
其中，反应腔12用于放置固体源，气体管路14的一端连接反应腔12，另一端用于连接离子源11。第一加热装置171设置于反应腔12上，并用于加热反应腔12，以使固体源气化，固体源气化后的气体由反应腔12流出并通过气体管路14进入离子源11。流量控制器13用于控制固体源气化后生成的气体进入离子源11的流量在预设范围内。本申请对固体源的种类不限制，反应腔12内部可根据需要放置不同种类的固体源，如三氯化铟、六氟化铟或其他固体源。
本发明中的供气系统通过在离子源11的前端增加具有第一加热装置171的反应腔12，并在气体输送过程中使用流量控制器13对气体流量进行稳流控制，使输送到离子源11内的气体稳定性得以保证，从而保证了离子注入后续步骤的稳定进行。再者，使用该供气系统进行持续稳定的气体供应也很大程度上提高了离子注入的效率，同时提高晶圆离子注入的产能。与此同时，在离子源外部设置独立的供气系统，不必因为离子源内填充的固体源气化完毕即对离子源进行保养，离子源的保养周期得到延长的同时其使用寿命也得到提高。
在本发明中，使用离子注入机对晶圆进行离子注入时，进入离子源11中的气体气流的稳定性可以通过测量晶圆表面注入离子的均匀性来反应，晶圆离子注入过程中进入离子源中的气流越稳定，晶圆离子注入后每个区域的注入效果就越接近，离子注入均匀性数值也就越小，则晶圆表面离子注入均匀性越好。
图3为现有技术中固体源放置在离子源中时测得不同日期下的晶圆表面离子注入均匀性的曲线图，其中横坐标为日期(day)，1、2、……、30分别表示第一天、第二天、……、第30天，纵坐标为晶圆表面离子注入的均匀性(sigma)。
如图3所示，固体源放置在离子源11中作为气源时，离子注入得到晶圆表面的均匀性数值较大且普遍分布在11-23sigma之间，这说明固体源放置在离子源中时晶圆进行离子注入过程中离子源中的气流波动较大，气流稳定性很差。同时，如图3所示，不同日期的晶圆表面均匀性数值相差很大，即不同日期晶圆进行离子注入时固体源气化产生的气体气流量相差较大，可见使用将固体源放置在离子源中的方式为离子源提供气体时，晶圆进行离子注入过程中固体源不能提供较为稳定的气流，且每次晶圆离子注入过程中进入离子源中的气流流量值也不能保持统一，离子注入后的晶圆表面的均匀性较差且质量稳定性较差。
图4为使用本发明供气系统时测得不同日期下的晶圆表面离子注入均匀性的曲线图，由图4可以看出，使用本发明中的供气系统提供气体时，离子注入得到晶圆表面的均匀性数值较小，不同日期的晶圆表面均匀性数值普遍分布在6sigma附近，这说明使用本发明中的供气系统进行离子注入时，供气系统可以为离子源提供稳定的气流，相较于固体源放入离子源中时，晶圆表面的均匀性有了很大提高。与此同时，使用本发明中的供气系统为离子源进行供气时，不同日期晶圆表面的均匀性数值波动较小，即供气系统不同日期提供的气源流量变化较小，这说明使用本发明中的供气系统进行离子注入时晶圆表面均匀性得到很大提高，同时离子注入晶圆的质量稳定性有较大改善。
进一步的，所述控制装置16分别与第一加热装置171和流量控制器13通信连接。第一加热装置171可在控制装置16的控制下加热反应腔12至预设温度，当然也可不通过控制装置16控制第一加热装置171对反应腔12进行加热。流量控制器13可在控制装置16的控制下使气体进入离子源11的流量在预设范围内。流量控制器13可根据实际需要控制进入离子源11的气体流量值，如可在控制装置16中设置流量的预设范围，并在该预设范围内选择某一流量，如1ml/min或2ml/min，或其他合适的流量。
所述控制装置16优选与压力检测装置15、第二加热装置172和第二温度检测装置182通信连接。压力检测装置15与反应腔12连接，并用于测量反应腔12内的压力，使控制装置16根据压力检测装置15所测量的反应腔12内的压力控制第一加热装置171的加热温度。所述控制装置16也可与第一温度检测装置181通信连接，所述第一温度检测装置181与反应腔12连接并用于测量反应腔12内的温度，使控制装置16可根据第一温度检测装置181所测量的反应腔12内的温度控制第一加热装置171的加热温度。当然控制装置16还可同时根据压力检测装置15所测量的反应腔12内的压力以及第一温度检测装置181所测量的反应腔12内的温度，控制第一加热装置171的加热温度。此外，第一温度检测装置181也可与控制装置16不通信连接。
本实施例中，控制装置16主要根据压力检测装置15所测量的反应腔12内的压力控制第一加热装置171的加热温度，使得第一加热装置171的加热温度控制更为精确和方便，同时第一温度检测装置181所测量的温度可使操作人员更加方便了解到反应腔12内的温度，从而判断反应腔12内固体源的气化程度。本申请对第一温度检测装置181和压力检测装置15的种类不限制，例如第一温度检测装置181不限于为设置在反应腔12内部的温度计，压力检测装置15不限于真空计。在本发明优选的其他实施例中，第一温度检测装置181也可设置为热电偶或其他装置，同样的，压力检测装置15也可设置为压力表或者其他的压力检测装置。
在本发明的优选实施例中，控制装置16分别与第二加热装置172和第二温度检测装置182通信连接。第二加热装置172和第二温度检测装置182均设置于气体管路14上。第二加热装置172可在反应腔12与流量控制器13之间，或流量控制器13与离子源11之间，这些区域可择一设置或同时设置。第二加热装置172用于加热气体管路14，防止气体在经过气体管路14的过程中温度降低产生凝固。
在本发明中，在气体管路14上设置第二加热装置172，可以对流经气体管路14的气体进行加热，从而使得反应腔12可以根据需要安装在离子注入机周围的任意位置，不必因为气体管路14内的气体会发生凝固而必须将反应腔12安装在离子源11附近，节省机台安装空间且提高了机台周围的空间利用率。
具体的，所述第二温度检测装置182用于测量气体管路14内的温度。控制装置16还用于根据第二温度检测装置182所测量的气体管路14内的温度控制第二加热装置172的加热温度。其中，流量控制器13位置和数量不做限定，例如设置在反应腔12的气体出口处，还可设置在离子源11的气体进口处，还可设置在气体管路14上，可择一在这些位置设置流量控制器13或同时设置流量控制器13。第二加热装置172和第二温度检测装置182在气体管路14上的位置和数量不做限定。
可选的，在本实施例中，第二温度检测装置182的数量为两个，一个第二温度检测装置182设置在所述反应腔与流量控制器13之间，另一个第二温度检测装置182设置于第二加热装置172与离子源11之间。靠近反应腔12设置第二温度检测装置182，得到反应腔12流出气体的第一温度值，靠近离子源11设置另一个第二温度检测装置182，可得到气体经过第二加热装置172加热后的第二温度值，控制装置16可同时通过第一温度值和第二温度值调节第二加热装置172的加热温度，温度控制更为准确，从而可以精确地保证流入离子源11的气体不会发生凝固。
为保证更加便捷的控制和加热气体管路14中的气体，在本实施例中，流量控制器13设置在反应腔12和第二加热装置172之间。这样设置可使流量控制器13对反应腔12产生的气体流速进行更准确的控制，同时可缩短第二加热装置172到离子源11的距离，确保流入离子源11中的气体在预设的温度范围内。
可选的，第二加热装置172的加热温度大于或等于第一加热装置171的温度。作为本发明一个可选的实施例，第二加热装置172设置在气体管路14的外壁上，第一加热装置171设置在反应腔12的内部，此时，第二加热装置172需要先对气体管路14的管壁加热，然后通过管壁再对管路内的气体进行加热，气体管路14的管壁会吸收一部分热量，故优选设置第二加热装置172的加热温度高于第一加热装置171的加热温度。再者，第二加热装置172设置在气体管路14上，气体在流经第二加热装置172前在气体管路14上已损失一部分热量，气体流经第二加热装置172时具备一定的流速，为使气体快速吸收热量，优选设置第二加热装置172的加热温度高于第一加热装置171的加热温度。如在填充的固体源为三氯化铟时，第一加热装置171的加热温度设置为335-385℃，第二加热装置172的加热温度可设置在390℃附近。
具体的，为使该供气系统各部分装置的部件更加的简单高效，本实施例中，第二加热装置172为设置在气体管路14周围的加热带，压力检测装置15为设置在反应腔12外部的真空计，第一加热装置171为设置在反应腔12内部的加热棒，流量控制器13为质量流量控制器或其他合适可调整开度的阀门。在本发明的其他优选实施例中，流量控制器13不限于质量流量控制器，第一加热装置171也不限于加热棒。具体的，反应腔12内的加热棒数量和位置不做限制，在本实施例中，在反应腔12内左右两侧各设置一个加热棒，使得反应腔12的升温快速且温度均匀。在本发明的另外的实施例中，第一加热装置171也可为设置在反应腔12外的加热系统，以便对反应腔12的加热温度进行更加精准有效的控制。
当反应腔12内的固体源气化完毕时，为更加方便的进行固体源的填充，所述供气系统还包括供气装置19，供气装置19与反应腔12连接，供气装置19用于向反应腔12输送保护气体。保护气体包括但不限于氮气。
此外，供气系统还包括抽气装置(未图示)，与反应腔12连接，抽气装置用于对反应腔12进行抽气而达到负压环境。
可选的，供气装置19与反应腔12之间设置有第一阀件201，第一阀件201用于控制供气装置19与反应腔12之间的通断。优选的，气体管路14上设置有第二阀件202，第二阀件202与流量控制器13并联设置。
优选的，所述抽气装置为离子源11自带的真空泵，真空泵与气体管路14连接；当真空泵对反应腔12进行抽气时，第二阀件202开启，流量控制器13关闭，所述真空泵用于通过设置有第二阀件202的气体管路14对反应腔12进行抽气。设置与流量控制器13并联的第二阀件202，可在反应腔12内的固体源气化注入离子源11的过程中，关闭第二阀件202，此时固体源气化后的气体全部经由流量控制器13进入离子源11中，而在使用离子源11自带的真空泵对反应腔12内的气体进行抽离的过程中，可打开第二阀件202，关闭流量控制器13，此时被抽离的气体不经过流量控制器13，而由第二阀件202处到达离子源11中，不经流量控制器13进行气体抽离可简化真空泵抽气的步骤同时提高真空泵的抽气效率。
在本发明的另一个实施例中，抽气装置可以是供气系统额外增设的真空泵。本实施例中，所述离子源11内有可用于抽取反应腔12内气体的真空泵，故在反应腔12内填充固体源时可使用真空泵通过气体管路14对反应腔12内的气体进行抽离，抽离后的气体再通过后续的废气处理装置进行集中处理。
可选的，流量控制器13设置于气体管路14上，气体管路14上设置有第三阀件203，第三阀件203设置于流量控制器13和反应腔12之间，同时气体管路上14设置有第四阀件204，第四阀件204设置在流量控制器13和离子源11之间。当然，供气系统也可根据需要仅在气体管路14上设置第三阀件203或第四阀件204。作为本发明的一个可选的实施例，第三阀件203靠近反应腔12设置，第四阀件204靠近离子源11设置，第三阀件203和第四阀件204可分别对反应腔12的气体出口和离子源11的气体入口进行通断设置，方便在向反应腔12内填充固体源时反应腔12与离子源11的隔离。
本发明还提供了一种离子源的供气方法，采用上述供气系统对离子源进行供气，所述供气方法包括以下步骤：
步骤一：将固体源放置到反应腔12中；
步骤二：对反应腔12进行抽气，使得反应腔12处于负压状态；
步骤三：所述反应腔12处于负压状态后，利用第一加热装置171将反应腔12加热至预设温度，使固体源气化；
步骤四：固体源气化后产生的气体流出反应腔12并经由气体管路14流入离子源11，在此过程中，利用流量控制器13控制气体进入离子源11的流量并使气体流量保持在预设范围内。
为使离子源得到纯净的固体源气化气体，固体源的气化反应一般都在高温真空的环境下进行。将固体源填充到反应腔12中需要先要对反应腔12进行抽气，使得反应腔12内处于真空负压状态。在本实施例中，对反应腔12进行抽气和固体源气化的过程优选如下：
1)首先关闭第一阀件201，打开第二阀件202，第三阀件203和第四阀件204，开启真空泵，将反应腔内的压力抽到1E-5Torr，此后，关闭第二阀件202、第三阀件203和第四阀件204，该过程中，流量控制器13可打开或不打开，优选关闭流量控制器13以保证抽气效率；
2)加热固体源使之开始气化后，当反应腔12的压力值为1E-4Torr附近时，再打开第三阀件203和第四阀件204，使气体进入气体管路14，此时通过流量控制器13来确保离子源11得到稳定的气源。
可选的，所述供气方法还包括：
当气体管路14内的气体流量达到预设范围时，将此时压力检测装置15测量到的反应腔12内的当前压力确定为目标压力值；在本实施例中，气体管路14中的气体流量达到流量控制器13中的预设值时的真空计的读值为目标压力值；需理解，固体源开始气化后，当反应腔12的压力值到达目标压力值时(如上述1E-4Torr附近)，再打开第三阀件203和第四阀件204，令气体通过气体管路14进入离子源11，此时所监测到的气体管路14内气体流量理论上应该在预设范围内，且此时压力检测装置15所测量到的反应腔12内的当前压力即为目标压力值(如1E-4Torr或附近)；
进而随着固体源的气化过程的进行，如果压力检测装置15所测量的实际压力值偏离目标压力值，即可利用控制装置16调节第一加热装置171的加热温度，使反应腔12内的温度保持在预设温度，从而使气体的实际流量也维持在预设范围内。
所应理解，随着气化的进行，固体源的剩余固体量在逐渐减少，这使得固体源气化产生的气体流量变少，为保证气体管路14中的气体流量值不变，则需要提高反应腔12的加热温度，使固体源气化的速率加快以得到更多的气体；同时，由于固体源产生气体的速率不稳定，当某一时刻固体源气化的速率加快得到的气体流量值高于最初设定的流量值也会造成气体流速不稳定性，此时则需要适当降低反应腔12的加热温度以减缓固定源气化速率。
在本供气系统中，压力检测装置15可实时测量反应腔12的实际压力值。控制装置16可根据所述实际压力值调节第一加热装置171的加热温度，从而保证气体进入离子源时的流速稳定。第一加热装置171的加热温度始终保持在控制装置16预设的温度范围内，即第一加热装置171的加热温度不得低于控制装置16设置的最低加热温度，也不得高于控制装置16设置的最高加热温度。
可选的，所述供气方法还包括：
当反应腔12内的温度达到所设定的最高温度后，若压力检测装置15的实际压力值低于所述目标压力值，且气体管路14内的气体无流量时，判定固体源气化完毕。此时若离子源需要再次使用气体，则需要再次向反应腔12内填充新的固体源。
可选的，所述供气方法还包括：
利用第二加热装置172加热气体管路14，并利用第二温度检测装置181实时检测气体管路14内的气体的实际温度值；
利用控制装置16根据气体管路14内的气体的实际温度值调节所述第二加热装置172的加热温度。
其中，第二加热装置172的加热温度优选高于第一加热装置171的加热温度。
可选的，利用控制装置16调节第一加热装置171的加热温度的具体过程为：
当压力检测装置15所测量的实际压力值高于所述目标压力值时，控制装置16降低第一加热装置171的加热温度；或者，
当压力检测装置15所测量的实际压力值低于所述目标压力值时，控制装置16增大第一加热装置171的温度。
可选的，所述供气方法还包括步骤五，具体包括以下过程：
1)所述固体源气化完毕后，向反应腔12充入保护气体，并检测反应腔12内的压力；
2)当反应腔12内的压力达到目标压力后，停止充入保护气体；
3)停止充入保护气体后，对反应腔12进行抽气，使反应腔12内的压力处于目标负压值时停止抽气；
4)重复步骤1)至步骤3)若干次，以去除反应腔12内残留的物质(主要为残留的固体源气体)；
5)去除所述反应腔内残留的物质后，当反应腔12内的温度下降到常温后向反应腔12充入保护气体，使反应腔12内的压力达到一定压力(通常一个大气压)后向反应腔内再次填充新的固体源。
应理解，当反应腔12内的固体源气化完毕时，需要对反应腔12内部填充新的固体源，由于大部分固体源气化生成的气体都具有一定的毒性，故在填充新的固体源时，需要先将反应腔12中残留的固体源气化气体抽离，再在反应腔12内填充保护气体之后才可进行固体源的填充。在本实施例中，填充固体源的优选步骤为：
1)打开第一阀件201，关闭第二阀件202、第三阀件203和第四阀件204，向反应腔12内充入保护气体，待反应腔12内的压力值达到500Torr时，关闭第一阀件201，打开第二阀件202、第三阀件203和第四阀件204，并关闭流量控制器13；第三阀件203、第四阀件204、第二阀件202串联设置；
2)使用离子源11自带的真空泵对反应腔12抽气，且当反应腔12内的压力为0.1Torr时停止抽气；
3)重复上述步骤1)和2)10次以上，可以把反应腔12内残留的固体源气体去除干净；
4)继而当反应腔12内的温度下降到常温后，向反应腔12内部再次充入保护气体，当真空计的读数为760Torr时，即可向反应腔12内部填充新的固体源。
应理解，本发明对控制装置16的种类没有特别的限制，可以是执行逻辑运算的硬件，例如，单片机、微处理器、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)，或者是在硬件基础上的实现上述功能的软件程序、功能模块、函数、目标库(Object Libraries)或动态链接库(Dynamic-Link Libraries)。或者，是以上两者的结合。本领域技术人在本申请公开的内容基础上，应当知晓如何具体实现控制装置16与其他设备间的通信。此外，采用控制装置16为本实施例的优选方式，本领域技术人员可以采用其他技术手段，例如手动控制，机械控制，可以实现同样的技术效果。
综上所述，本发明提供的供气系统及离子源的供气方法，通过在离子源的前端设置稳定的气体供应系统，使得固体源气化气体进入离子源时得到稳定的气流，稳定的气流进入离子源后可更好的完成后续的离子注入过程，从而使晶圆进行离子注入时得到更好注入效果。同时，稳定及高效的气体供应也可提高晶圆离子注入的产能。在传统固体源气化是将固体源放置在离子源中，每一次固体源气化完毕都需要对离子源进行保养，由于离子源中仅能容纳较少的固体源，往往是离子源还没有到其应有的保养周期就需要提前进行保养，该供气系统填充固体源时可将供气装置与离子源隔离，离子源的保养周期得到延长同时其使用寿命也可得到提高。
本发明优选实施例如上述所述，但并不局限于上述实施例所公开的范围，例如上述公开的温度值和压力值根据固体源的种类进行设置，而不局限于上述的范围，其中，本发明所公开的温度值和压力值主要是针对三氯化铟固体源进行的说明。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种供气系统，用于向离子源提供稳定的固体源气化气流，其特征在于，包括反应腔、第一加热装置、流量控制器和气体管路；
所述反应腔用于放置固体源；所述气体管路的一端连接所述反应腔，另一端用于连接所述离子源；
所述第一加热装置设置于所述反应腔上，并用于加热所述反应腔至预设温度，以使所述反应腔内的固体源气化，所述固体源气化后生成的气体通过所述气体管路进入所述离子源；
所述流量控制器用于控制所述气体进入所述离子源的流量在预设范围内。
2.如权利要求1所述的供气系统，其特征在于，还包括控制装置和检测装置，所述控制装置分别与所述第一加热装置、所述流量控制器和所述检测装置通信连接；
所述检测装置用于测量所述反应腔内的压力和/或温度；
所述控制装置用于根据所述反应腔内的压力和/或温度控制所述第一加热装置的加热温度；
所述控制装置还用于控制所述流量控制器，使所述气体进入所述离子源的流量在所述预设范围内。
3.如权利要求2所述的供气系统，其特征在于，所述检测装置包括第一温度检测装置和压力检测装置，所述第一温度检测装置和所述压力检测装置均与所述反应腔连接，所述第一温度检测装置用于测量所述反应腔内的温度，所述压力检测装置用于测量所述反应腔内的压力；
所述控制装置用于根据所述压力检测装置所测量的所述反应腔内的压力控制所述第一加热装置的加热温度。
4.如权利要求2所述的供气系统，其特征在于，所述供气系统还包括第二加热装置和第二温度检测装置，所述第二加热装置和所述第二温度检测装置均与所述控制装置通信连接；
所述第二加热装置和所述第二温度检测装置均设置于所述气体管路上；所述第二加热装置用于加热所述气体管路；所述第二温度检测装置用于测量所述气体管路内的温度；
所述控制装置还用于根据所述第二温度检测装置所测量的所述气体管路内的温度控制所述第二加热装置的加热温度；
所述第二加热装置的加热温度大于或等于所述第一加热装置的加热温度。
5.如权利要求4所述的供气系统，其特征在于，所述流量控制器设置在所述气体管路上，并位于所述反应腔和所述第二加热装置之间；
所述第二温度检测装置的数量为至少两个，一个所述第二温度检测装置设置在所述反应腔与所述流量控制器之间，另一个所述第二温度检测装置设置于所述第二加热装置与所述离子源之间。
6.如权利要求4所述的供气系统，其特征在于，所述第二加热装置为加热带，所述第一加热装置为设置在所述反应腔内部的加热棒，所述流量控制器为质量流量控制器。
7.如权利要求1-6中任一所述的供气系统，其特征在于，还包括供气装置，所述供气装置与所述反应腔连接，所述供气装置用于向所述反应腔输送保护气体。
8.如权利要求7所述的供气系统，其特征在于，所述供气装置与所述反应腔之间设置有第一阀件，所述气体管路上设置有第二阀件，所述第二阀件与所述流量控制器并联设置。
9.如权利要求8所述的供气系统，其特征在于，还包括抽气装置，与所述反应腔连接；所述抽气装置用于对所述反应腔进行抽气。
10.如权利要求9所述的供气系统，其特征在于，所述抽气装置为所述离子源自带的真空泵，所述真空泵与所述气体管路连接；
当所述真空泵对所述反应腔进行抽气时，所述第二阀件开启，所述流量控制器关闭，所述真空泵用于通过设置有所述第二阀件的气体管路对所述反应腔进行抽气。
11.如权利要求1-6中任一所述的供气系统，其特征在于，所述流量控制器设置于所述气体管路上，所述气体管路上设置有第三阀件，所述第三阀件设置于所述流量控制器和所述反应腔之间，和/或，所述气体管路上设置有第四阀件，所述第四阀件设置在所述流量控制器和所述离子源之间。
12.如权利要求1-6中任一所述的供气系统，其特征在于，所述离子源为三氯化铟，所述第一加热装置的加热温度为335℃-385℃。
13.一种离子源的供气方法，采用如权利要求1所述的供气系统对离子源进行供气，其特征在于，所述供气方法包括以下步骤：
步骤一：将固体源放置到反应腔中；
步骤二：对所述反应腔进行抽气，使得所述反应腔处于负压状态；
步骤三：所述反应腔处于负压状态后，利用第一加热装置将所述反应腔加热至预设温度，使所述固体源气化；
步骤四：所述固体源气化后产生的气体经由所述气体管路进入所述离子源，在此过程中，利用流量控制器控制气体进入所述离子源的流量并使流量保持在预设范围内。
14.根据权利要求13所述的离子源的供气方法，其特征在于，所述供气系统还包括通信连接的控制装置和压力检测装置，所述供气方法还包括：
当所述气体管路内的气体流量达到预设范围时，将所述压力检测装置测量到的所述反应腔内的当前压力确定为目标压力值；
在所述固体源气化的过程中，当所述压力检测装置所测量的实际压力值偏离所述目标压力值时，利用所述控制装置调节所述第一加热装置的加热温度，以使所述气体的实际流量维持在所述预设范围内，并使所述反应腔内的温度保持在所述预设温度。
15.根据权利要求14所述的离子源的供气方法，其特征在于，所述供气方法还包括：
当所述反应腔内的温度达到所设定的最高温度后，若所述压力检测装置所测量的实际压力值低于所述目标压力值，且所述气体管路内的气体无流量时，判定所述固体源气化完毕。
16.根据权利要求14或15所述的离子源的供气方法，其特征在于，所述供气系统还包括第二加热装置和第二温度检测装置，所述供气方法还包括：
利用所述第二加热装置加热所述气体管路，并利用所述第二温度检测装置实时检测所述气体管路内的实际温度；
利用所述控制装置根据所述气体管路内的实际温度调节所述第二加热装置的加热温度；
其中，所述第二加热装置的加热温度大于或等于所述第一加热装置的加热温度。
17.如权利要求14或15所述的离子源的供气方法，其特征在于，利用所述控制装置调节所述第一加热装置的加热温度的具体过程为：
当所述压力检测装置所测量的实际压力值高于所述目标压力值时，所述控制装置降低所述第一加热装置的加热温度；或者，
当所述压力检测装置所测量的实际压力值低于所述目标压力值时，所述控制装置增大所述第一加热装置的温度。
18.如权利要求13所述的离子源的供气方法，其特征在于，还包括步骤五，所述步骤五包括以下步骤：
1)所述固体源气化完毕后，向所述反应腔内充入保护气体，并检测所述反应腔内的压力；
2)当所述反应腔内的压力达到目标压力后，停止充入保护气体；
3)停止充入保护气体后，对所述反应腔进行抽气，使所述反应腔内的压力处于负压状态；
4)重复步骤1)至步骤3)若干次，以去除所述反应腔内残留的物质；
5)去除所述反应腔内残留的物质后，当所述反应腔内的温度下降到常温后向所述反应腔充入保护气体，使所述反应腔内的压力到达一定压力后向所述反应腔内填充新的固体源。
19.如权利要求13所述的离子源的供气方法，其特征在于，所述第一加热装置的加热温度为335℃-385℃，和/或，当所述反应腔处于所述负压状态时，所述反应腔内的真空度不低于1E-5Torr。
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