相關(guān)申請案的交叉參考

特此依據(jù)35usc119主張以olegbyl等人的名義于2014年9月1日提出申請的美國臨時專利申請案第62/044,409號(標題為“利用增強技術(shù)的磷或砷離子植入(phosphorusorarsenicionimplantationutilizingenhancedsourcetechniques)”)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。美國臨時專利申請案第62/044,409號的揭示內(nèi)容出于所有目的而特此以全文引用方式并入本文中。

本發(fā)明涉及磷或砷的離子植入。更具體來說，本發(fā)明涉及使用固體摻雜劑源及較高階磷或砷植入源材料的增強源技術(shù)，且涉及相關(guān)聯(lián)方法及設(shè)備。

在具體方面中，本發(fā)明涉及形成包含二聚物及四聚物的as及p群集分子以用于產(chǎn)生包含二聚物及四聚物的對應(yīng)磷及砷群集離子。本發(fā)明進一步涉及使用氣體混合物來延長源壽命，例如，如下的氣體混合物：(i)ph3及pf3，(ii)ph3及pf5，(iii)pfx及h2，及(iv)pfx、ph3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值，如舉例來說從3到5的值，以及對應(yīng)基于as的氣體混合物。可利用以預混合形式供應(yīng)到離子植入機或如從不同供應(yīng)器皿同流到植入機的此些氣體混合物來實現(xiàn)用于離子植入的單體、二聚物及四聚物束的束流的改進，且獲得植入機的經(jīng)改進源壽命，因為所述氣體混合物將最小化在僅運行氫化物源物質(zhì)(ash3或ph3)時在植入機中將以其它方式形成的砷或磷沉積物，且還將最小化在僅運行氟化源物質(zhì)(pf3、pf5、asf3或asf5)時將以其它方式發(fā)生的鹵素效應(yīng)。

背景技術(shù)：

在離子植入領(lǐng)域中，例如，在半導體裝置制造中，不斷關(guān)注改進植入過程的效率。磷及砷是常用的摻雜劑物質(zhì)。

在常規(guī)慣例中，以氣體、液體或固體形式提供摻雜劑物質(zhì)的源化合物。所述源化合物(如果并非處于氣相中)可通過升華或蒸發(fā)技術(shù)從固體形式或液體形式源化合物揮發(fā)。直接如在等離子浸沒離子植入過程中或通過以下方式接著使所得摻雜劑氣體經(jīng)受離子化以形成用于植入于襯底中的離子物質(zhì)：由電極陣列分離離子物質(zhì)以形成含有穿過束線結(jié)構(gòu)加速且撞擊在襯底上以實現(xiàn)將離子植入于襯底中的所要類型的離子的離子束。

在許多情形中，針對離子植入所利用的摻雜劑源化合物在經(jīng)離子化以構(gòu)成用于植入的離子物質(zhì)的原子方面是單原子的。從必須提供、存儲及處理的摻雜劑源化合物體積的角度來看，非常優(yōu)選的是，利用在經(jīng)離子化以構(gòu)成用于植入的離子化物質(zhì)的原子方面是多原子的摻雜劑源化合物。通過利用多原子摻雜劑源化合物，摻雜劑源化合物的每單位體積可獲得的摻雜劑離子量相比于單原子摻雜劑源化合物可大致增加，其中源化合物中的增加數(shù)目個摻雜劑原子一般越來越優(yōu)選。因此，較高階摻雜劑源化合物(源化合物的每分子較高數(shù)目個摻雜劑原子)相比于較低階摻雜劑源化合物(源化合物的每分子較低數(shù)目個摻雜劑原子)通常是優(yōu)選的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及磷或砷的離子植入。

在一個方面中，本發(fā)明涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括由一或多個壁限定的離子源室，所述一或多個壁由固體含磷或含砷材料構(gòu)造或使固體含磷或含砷材料沉積在其上。

在另一方面中，本發(fā)明涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；及反應(yīng)器，其經(jīng)配置以接收氣態(tài)磷或砷摻雜劑前驅(qū)物材料且由其形成氣態(tài)多原子磷或氣態(tài)多原子砷，其中所述反應(yīng)器構(gòu)成流通回路或與流通回路流體連通地耦合，所述流通回路經(jīng)布置以將氣相材料遞送到所述離子源室以在其中進行離子化從而形成用于植入于所述離子植入機中的襯底中的植入物質(zhì)。

在又一方面中，本發(fā)明涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；含磷或含砷氣相前驅(qū)物供應(yīng)器，其中所述供應(yīng)器經(jīng)配置以將所述前驅(qū)物施配到所述離子源室；及監(jiān)測與控制組合件，其經(jīng)配置以在第一操作階段中在于所述離子源室中沉積且積累源自從所述供應(yīng)器施配到所述離子源室的所述前驅(qū)物的固體多原子磷或砷的條件下且在第二操作階段中在從所述所沉積固體多原子磷或砷產(chǎn)生包括二聚物或四聚物的蒸汽以用于離子植入的條件下操作所述離子源室。

本發(fā)明的又一方面涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；摻雜劑源材料供應(yīng)組合件，其包括含有氣態(tài)磷或砷前驅(qū)物化合物的一或多個源器皿，且經(jīng)配置以施配所述前驅(qū)物化合物以供在所述離子植入機中使用；及轉(zhuǎn)換組合件，其經(jīng)配置以將所施配氣態(tài)磷或砷前驅(qū)物化合物轉(zhuǎn)換為氣態(tài)多原子元素磷或砷材料，且提供所述氣態(tài)多原子元素磷或砷材料以供在所述離子源室中使用以由其產(chǎn)生磷或砷植入物質(zhì)。

本發(fā)明的另一方面涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；及氣體供應(yīng)組合件，其包括經(jīng)布置以將氣體混合物供應(yīng)到所述離子植入機的一或多個氣體供應(yīng)器皿，其中所述氣體混合物包括(i)到(viii)中的一者：(i)ph3及pf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(ii)ph3及pf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(iii)pfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；(iv)pfx、ph3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值；(v)ash3及asf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(vi)ash3及asf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(vii)asfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；及(viii)asfx、ash3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值。

本發(fā)明的額外方面涉及離子植入方法，所述方法包括使用如本文中以各種方式描述的本發(fā)明的離子植入系統(tǒng)。

本發(fā)明的又一方面涉及一種增強離子植入機的性能的方法，所述方法包括將選自(i)到(viii)當中的氣體混合物遞送到其離子源室：(i)ph3及pf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(ii)ph3及pf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(iii)pfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；(iv)pfx、ph3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值；(v)ash3及asf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(vi)ash3及asf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(vii)asfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；及(viii)asfx、ash3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值。

從隨后說明及所附權(quán)利要求書將更全面地明了本發(fā)明的其它方面、特征及實施例。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一方面的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

圖4是包含與摻雜劑源氣體饋送線路呈熱傳遞關(guān)系的離子源室的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

圖5是包含布置有操作地定位以加熱摻雜劑源氣體饋送線路的熱傳遞部件的離子源室的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

圖6是定位在離子植入過程系統(tǒng)的到離子源室的摻雜劑源氣體饋送線路中以產(chǎn)生多原子磷或砷摻雜劑物質(zhì)的摻雜劑源氣體反應(yīng)器。

具體實施方式

本發(fā)明涉及磷或砷的離子植入，且更具體來說涉及使用固體摻雜劑源及較高階磷或砷植入源材料的增強源技術(shù)，而且涉及相關(guān)聯(lián)方法及設(shè)備。

除非上下文另外明確指出，否則如本文中所使用，單數(shù)形式“一(a、an)”及“該(the)”包含復數(shù)個指示物。

如本文關(guān)于本發(fā)明的特征、方面及實施例以各種方式陳述的本發(fā)明在特定實施方案中可構(gòu)成為包括此些特征、方面及實施例以及合計在一起構(gòu)成本發(fā)明的各種進一步實施方案的要素及其組分中的一些或所有、由其組成或基本上由其組成。本文中在各種實施例中且參考本發(fā)明的各種特征及方面陳述本發(fā)明。本發(fā)明預計呈各種排列及組合的此些特征、方面及實施例，如在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明可指定為包括這些具體特征、方面及實施例或其中的所選一或多者的此些組合及排列中的任一者、由其組成或基本上由其組成。

相對于本文中所陳述的本發(fā)明的各種規(guī)格及范例，本發(fā)明的化合物、組合物、組分、特征、步驟及方法可由排除具體取代基、同位素、部分、結(jié)構(gòu)、成分、特性、步驟或條件(如可適用)的附文或限制在特定實施例中進一步被規(guī)定。

相對于不使用本發(fā)明的摻雜劑源組合物及方法的對應(yīng)離子植入系統(tǒng)及過程，本發(fā)明的離子植入系統(tǒng)及過程實現(xiàn)增強離子源壽命及性能。

現(xiàn)在參考圖式，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示，其中可實施本發(fā)明的磷及砷植入方法。

離子植入過程系統(tǒng)300包含具有固持摻雜劑氣體的內(nèi)部體積的存儲與施配器皿302，供應(yīng)所述摻雜劑氣體以用于在所圖解說明的離子植入室301中對襯底328進行離子植入摻雜。所述存儲與施配器皿可為含有吸附劑介質(zhì)的類型，摻雜劑氣體物理地吸附在所述吸附劑介質(zhì)上以用于所述氣體的存儲，其中所述氣體在施配條件下從吸附劑介質(zhì)解除吸附以從器皿排出。所述吸附劑介質(zhì)可為固相碳吸附劑材料。此類型的基于吸附劑的器皿可從商標為sds及sage的英特格(entegris)公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)商購。替代地，所述器皿可為在內(nèi)部進行壓力調(diào)節(jié)的類型，其在所述器皿的內(nèi)部體積中含有一或多個壓力調(diào)節(jié)器。此些壓力調(diào)節(jié)器皿可從商標為vac的英特格公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)商購。作為又一替代方案，所述器皿可含有呈固體形式的摻雜劑源材料，例如，通過對器皿及/或其內(nèi)含物加熱而使所述摻雜劑源材料揮發(fā)以產(chǎn)生摻雜劑氣體作為蒸發(fā)或升華產(chǎn)物。此類型的固體遞送器皿可從商標為proevap的英特格公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)商購。

在圖1中，存儲與施配器皿302包括封圍內(nèi)部體積的圓柱形器皿壁304，所述內(nèi)部體積固持處于吸附狀態(tài)、自由氣體狀態(tài)或液化氣體狀態(tài)中的摻雜劑氣體。

存儲與施配器皿302包含經(jīng)由施配線路372與混合室360(其為任選的)氣體流連通地耦合的閥頭308，混合室360又結(jié)合到排出線路312。壓力傳感器310可與質(zhì)量流量控制器314一起安置在線路312中；其它任選監(jiān)測與感測組件可與所述線路耦合，且與例如致動器、反饋與計算機控制系統(tǒng)、循環(huán)定時器等的控制構(gòu)件介接。

混合室360還(如果使用)可與氣體饋送線路370流連通地結(jié)合，補充氣體供應(yīng)器皿362及364耦合到氣體饋送線路370，補充氣體供應(yīng)器皿362及364中的每一者可為相對于彼此相同或不同的類型，且可為相對于上文所描述的器皿302相同或不同的類型。器皿362可(舉例來說)含有稀釋氣體，且器皿364可(舉例來說)含有同物質(zhì)氣體，經(jīng)布置使得可制備含有與稀釋氣體及/或同物質(zhì)氣體組合的摻雜劑氣體的摻雜劑氣體混合物。

形成具有閥頭380固定到其的主容器部分的補充器皿362，閥頭380又與補充器皿饋送線路366耦合。以相似方式，形成具有閥頭382固定到其的主容器部分的補充器皿364。閥頭382耦合到補充器皿饋送線路368。饋送線路366及368通過此布置將稀釋及/或同物質(zhì)氣體遞送到混合室360，以提供含有稀釋及/或同物質(zhì)氣體的摻雜劑氣體混合物以傳遞到植入機的離子源。出于此目的，補充器皿饋送線路366及368以及施配線路372可配備有適合閥、控制器及/或傳感器以用于手動或自動控制從所述器皿及此些閥施配的材料的流量或其它特性，控制器及/或傳感器可以任一適合方式與對應(yīng)饋送/施配線路耦合或連接到對應(yīng)饋送/施配線路。

此些閥又可與操作地鏈接到中央處理器單元(cpu)的閥致動器耦合。所述cpu可與前述控制器及/或傳感器以信號通信關(guān)系耦合，且可編程地經(jīng)布置以控制從器皿中的每一者施配的流體相對于彼此的速率、條件及量，使得從混合室360流入線路312中的摻雜劑氣體混合物具有用于實施離子植入操作的所要組合物、溫度、壓力及流率。

在所圖解說明的系統(tǒng)300中，離子植入室301含有離子源316，離子源316從線路312接收所施配摻雜劑氣體混合物且產(chǎn)生離子束305。離子束305通過選擇所需要的離子且拒絕非選擇離子的質(zhì)量分析器單元322。

所選擇離子通過加速電極陣列324且接著通過偏轉(zhuǎn)電極326。所得經(jīng)聚焦離子束撞擊在襯底元件328上，襯底元件328安置在安裝在主軸332上的可旋轉(zhuǎn)固持器330上。摻雜劑離子的離子束如所期望用于摻雜襯底以形成經(jīng)摻雜結(jié)構(gòu)。

離子植入室301的相應(yīng)區(qū)段分別借助于泵320、342及346通過線路318、340及344排氣。

根據(jù)本發(fā)明，可采用圖1中所展示的類型的離子植入系統(tǒng)來進行磷或砷植入，如下文更全面地描述。

在當前離子植入實踐中，通常采用預非晶化植入(pai)作為基本半導體制造技術(shù)，其中采用初始植入步驟來有意地破壞襯底材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)使得阻止隨后植入步驟中的溝道作用。鍺頻繁地用作預非晶化植入物質(zhì)。然而，尋求鍺的替代方案，以便限制鍺的損壞量及缺陷特性，使得最終半導體制造產(chǎn)品的裝置性質(zhì)受影響較小。

根據(jù)本發(fā)明，針對pai應(yīng)用可利用(例如)呈p2+或as2+的二聚物束或p4+或as4+的四聚物束的多原子磷及砷植入物質(zhì)。使用直熱式或間熱式熱絲離子源的二聚物束或四聚物束產(chǎn)生以及二聚物或四聚物束良率可顯著地受源等離子條件、二聚物或四聚物產(chǎn)生效率及保留效應(yīng)影響。本發(fā)明在其一個方面中預計提供一種包括離子植入機的離子植入系統(tǒng)，所述離子植入機包括由一或多個壁限定的離子源室，所述一或多個壁由含磷或含砷材料構(gòu)造或使含磷或含砷材料沉積在其上。

在磷的情形中，離子源室壁可由固體磷或磷化合物或復合物形成或涂覆有固體磷或磷化合物或復合物，以產(chǎn)生磷單體(p+)或磷二聚物(p2+)或磷四聚物(p4+)植入物質(zhì)。因此可提供對離子源室中產(chǎn)生的源等離子中的二聚物離子布居有幫助的富含磷環(huán)境。通過使用固體磷或含磷替代材料作為離子源室壁構(gòu)造材料，提供富含磷源以提供磷二聚物。離子植入系統(tǒng)因此提供為用于二聚物植入的專用工具。可借助到離子源室的載體氣體流(例如作為用以促進離子植入系統(tǒng)的經(jīng)改進二聚物束性能的載體氣體組合物的氫化物氣體、氟化物氣體或氫化物與氟化物氣體的混合物)操作此些離子植入系統(tǒng)。

通過離子源室中的磷源材料的此提供，可利用磷二聚物或四聚物植入物質(zhì)進行pai操作或進行其它磷植入應(yīng)用。

與磷植入有關(guān)的前述論述同樣可適用于砷植入，其中離子源室由一或多個壁界定，所述一或多個壁由含砷材料構(gòu)造或使含砷材料沉積在其上。

圖2是根據(jù)一個實施例的間熱式陰極(ihc)離子源的橫截面立視圖，可有效地采用所述間熱式陰極(ihc)離子源進行上文所論述的磷或砷植入，或在本發(fā)明的寬廣實踐中以其它方式進行磷或砷植入。圖2展示電弧室及相關(guān)組件。maciejowski等人的美國專利7,138,768中更全面地描述此類型的離子源。

在此ihc離子源中，具有提取孔口1012的電弧室外殼1010界定由壁1033限定的電弧室1014，壁1033由含磷或含砷材料構(gòu)造或使含磷或含砷材料沉積在其上。陰極1020及反射極電極1022定位在電弧室1014內(nèi)。緊密接近于陰極1020定位在電弧室1014外側(cè)的細絲1030產(chǎn)生陰極的加熱。載體氣體可通過氣體入口1034提供到電弧室1014，氣體入口1034通過氣體饋送線路1038耦合到氣體源1035。氣體源1035可包含用于將載體氣體(含有氫化物氣體、氟化物氣體或氫化物與氟化物氣體混合物)供應(yīng)到電弧室1014的(若干)供應(yīng)器皿或其它源結(jié)構(gòu)。所述氫化物氣體可包括氫、氟化氫或其它氣態(tài)氫化物化合物。所述氟化物氣體可包括氟、氟化氫或其它氣態(tài)氟化物化合物。所述載體氣體可包含同流氣體、稀釋劑、清潔氣體或其它氣態(tài)組分。在各種實施例中，所述載體氣體包括氣態(tài)磷化合物，例如磷化氫、磷三氟化物、磷四氟化物或其中的兩者或兩者以上的混合物。

在圖2系統(tǒng)中，電弧電力供應(yīng)器使正端子連接到電弧室外殼1010且使負端子連接到陰極1020。反射極電極1022可為浮動的或可連接到電弧電力供應(yīng)器的負端子。所述電弧電力供應(yīng)器可具有在25安培下100伏特的額定值且可以大約70伏特操作。所述電弧電力供應(yīng)器使由陰極1020發(fā)射的電子加速成為電弧室1014中的等離子。

偏壓電力供應(yīng)器使正端子連接到陰極1020且使負端子連接到細絲1030。所述偏壓電力供應(yīng)器可具有在4安培下600伏特的額定值且可以大約2.5安培的電流及大約350伏特的電壓來操作。所述偏壓電力供應(yīng)器使由細絲1030發(fā)射到陰極1020的電子加速以產(chǎn)生陰極1020的加熱。

細絲電力供應(yīng)器使輸出端子連接到細絲1030。所述細絲電力供應(yīng)器可具有在200安培下6伏特的額定值且可以大約140到170安培的細絲電流操作。所述細絲電力供應(yīng)器產(chǎn)生細絲1030的加熱，其又產(chǎn)生朝向陰極1020加速以用于加熱陰極1020的電子。

源磁鐵在電弧室1014內(nèi)產(chǎn)生磁場。通常，所述源磁鐵包含在電弧室1014的相對端處的極點。所述磁場的方向可顛倒而不影響離子源的操作。所述源磁鐵連接到可具有在60安培下20伏特的額定值的磁鐵電力供應(yīng)器。所述磁場產(chǎn)生由陰極1020發(fā)射的電子與電弧室1014中的等離子之間的經(jīng)增加相互作用。

將理解，僅以實例方式給出各種電力供應(yīng)器的電壓及電流額定值以及操作電壓及電流。

提取電極及抑制電極以適合方式定位在提取孔口1012前面。提取電極及抑制電極中的每一者具有與提取孔口1012對準以用于提取界線清楚的離子束的孔口。所述提取電極及所述抑制電極連接到相應(yīng)電力供應(yīng)器。

可利用離子源控制器以通過隔離電路提供對離子源的控制。在其它實施例中，用于執(zhí)行隔離功能的電路可構(gòu)建到電力供應(yīng)器中。所述離子源控制器可為經(jīng)編程控制器或?qū)Ｓ锰厥庥猛究刂破?。在一個實施例中，所述離子源控制器并入到離子植入機的主控制計算機中。

當離子源在操作中時，細絲1030通過細絲電流以電阻方式加熱到可為大約2200℃的熱離子發(fā)射溫度。

由細絲1030發(fā)射的電子通過細絲1030與陰極1020之間的偏壓電壓來加速并且轟擊且加熱陰極1020。陰極1020通過電子轟擊加熱到熱離子發(fā)射溫度。由陰極1020發(fā)射的電子通過電弧電壓來加速且在電弧室1014內(nèi)使來自氣體源的氣體分子離子化以產(chǎn)生等離子放電。通過磁場致使電弧室1014內(nèi)的電子遵循螺旋軌跡。反射極電極1022由于入射電子而積聚負電荷且最終具有充足負電荷以排斥電子使其往回穿過電弧室1014，從而產(chǎn)生額外離子化碰撞。

反射極電極1022通過導電支撐部件1170安裝到電弧室基底。陰極1020安裝在電弧室外殼1010的一端處的開口中，但不物理地接觸電弧室外殼1010。優(yōu)選地，陰極1020與電弧室外殼1010之間的間隙為大約0.050英寸。

陰極1020與電弧室外殼1010之間存在間隙。細絲1030的加熱環(huán)圈位于杯狀腔1240內(nèi)且等離子從電弧室1014到細絲1030的遷移是最低限度的。

離子源可進一步包含屏蔽物1400。屏蔽物1400基本上封圍電弧室1014外側(cè)接近于陰極1020及細絲1030的區(qū)域1402。屏蔽物1400的功能是在陰極1020及細絲1030附近形成對電子及等離子的勢壘。屏蔽物1400在其形成對電子及等離子的勢壘但不密封區(qū)域1402的意義上基本上封圍區(qū)域1402。

屏蔽物1400可具有盒狀結(jié)構(gòu)且可由難熔金屬制作。屏蔽物1400包含頂部壁1412。將理解，可利用不同屏蔽物配置。舉例來說，屏蔽物1400可具有平坦主壁且可使用壓鉚螺母柱安裝到細絲夾具。此外，屏蔽物1400可安裝到離子源的另一元件。

在本發(fā)明的實踐中利用的離子源可為任一適合類型，且在間熱式陰極(ihc)離子源的替代方案中，離子源可為bernas源、微波源、射頻(rf)源或其它類型離子源。

關(guān)于電流植入技術(shù)的方向，朝向較小節(jié)點大小的趨勢正驅(qū)動持續(xù)努力以開發(fā)磷及砷的超淺結(jié)植入。此又正形成對改進二聚物或四聚物束流(例如p4+、p2+、as4+、as2+)的需要。一般來說，使用磷或砷(例如元素磷或元素砷)的固體源，可提供良好二聚物及四聚物束流，因為這些材料通常以呈固相的as4及p4的形式存在，其中所得蒸汽還具有四聚物形式。然而，固體源具有各種缺點，例如歸因于在固體源磷及砷材料的蒸發(fā)所需要的高溫下不能使用閥及質(zhì)量流量控制器(mfc)的不良流量控制。另外，如果期望束流的改變，那么必須改變固體源蒸發(fā)器的操作溫度，此頻繁地涉及用于摻雜劑源之間的切換的長時間滯后，這是因為一個蒸發(fā)器必須冷卻而另一蒸發(fā)器加熱高達所要溫度。進一步地，存在與處置固體磷及砷材料相關(guān)聯(lián)的顯著危險，尤其在如果蒸發(fā)器仍溫熱那么進行更換期間。進一步地，當在蒸發(fā)器的操作期間利用磷及砷固體時束流可改變，此歸因于在固體揮發(fā)時熱傳遞區(qū)中的改變。又進一步地，在蒸發(fā)器的使用期間，確定蒸發(fā)器中的磷或砷固體的剩余庫存一般是困難的。

在本發(fā)明的另一方面中通過提供一種離子植入系統(tǒng)來解決前述困難，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；及反應(yīng)器，其經(jīng)配置以接收氣態(tài)磷或砷摻雜劑前驅(qū)物材料且由其形成例如呈氣態(tài)二聚物或氣態(tài)四聚物磷或氣態(tài)二聚物或氣態(tài)四聚物砷形式的氣態(tài)多原子磷或氣態(tài)多原子砷，其中所述反應(yīng)器構(gòu)成流通回路或與流通回路流體連通地耦合，所述流通回路經(jīng)布置以將氣相材料遞送到所述離子源室以在其中進行離子化從而形成用于植入于所述離子植入機中的襯底中的植入物質(zhì)。

舉例來說，反應(yīng)器可經(jīng)配置且經(jīng)操作以分解磷氫化物(磷化氫)或砷氫化物(砷化氫)摻雜劑前驅(qū)物材料，以形成對應(yīng)固體元素磷或砷及氫，以產(chǎn)生氣態(tài)多原子磷或氣態(tài)多原子砷，例如，氣相二聚物或四聚物材料。

在另一變化形式中，反應(yīng)器可經(jīng)布置以接收氣相as或p分子源材料，例如呈氣態(tài)形式的砷化氫或磷化氫或其它砷或磷化合物，且將其轉(zhuǎn)換為as或p，as或p還將呈氣相(g)且可為形式as(g)、p(g)或例如as4(g)或p4(g)的較高階as或p氣相物質(zhì)。

在又一變化形式中，反應(yīng)器可經(jīng)配置以接收例如氫化物或氟化物化合物的摻雜劑前驅(qū)物材料，且將經(jīng)操作以分解摻雜劑前驅(qū)物材料以在反應(yīng)器內(nèi)以積累模式形成固體砷或磷，且在積累預定量的固體元素砷或磷之后，接著反應(yīng)器將被加熱到較高溫度以使固體元素砷或磷蒸發(fā)，以產(chǎn)生呈多原子形式(例如，二聚物或四聚物形式)的氣態(tài)砷或磷。

在再一變化形式中，反應(yīng)器可經(jīng)布置以接收呈例如(砷化氫或磷化氫)氫化物化合物的化合物形式的摻雜劑前驅(qū)物材料，所述摻雜劑前驅(qū)物材料接著經(jīng)分解以形成呈多原子(例如，二聚物或四聚物)形式的汽相砷或磷，所述汽相砷或磷從反應(yīng)器連續(xù)地流動到植入機的離子源室。

反應(yīng)器因此布置為與離子植入系統(tǒng)的氣體遞送線路流體連通，其中例如磷化氫或砷化氫氣體的氣態(tài)磷或砷摻雜劑前驅(qū)物材料從其供應(yīng)器皿或其它源流動到反應(yīng)器。

反應(yīng)器維持在充分高溫度以致使磷化氫或砷化氫在生產(chǎn)過程中發(fā)生反應(yīng)以用于形成所要氣態(tài)多原子元素磷或砷產(chǎn)物。流動到反應(yīng)器的所要氣態(tài)多原子元素磷或砷產(chǎn)物穿過氣體遞送線路到達離子源室。反應(yīng)器及反應(yīng)器與離子源室之間的氣體遞送線路的溫度維持在適合水平以避免氣態(tài)四聚物在離子源室上游的凝結(jié)。

反應(yīng)器可經(jīng)設(shè)計以實現(xiàn)流入磷化氫或砷化氫摻雜劑前驅(qū)物氣體或其它磷或砷摻雜劑前驅(qū)物氣體的預定反應(yīng)程度。反應(yīng)器可為任一適合大小及構(gòu)形，且可舉例來說為圓柱形、矩形、正方形或其它橫截面形狀。在一些實施例中，反應(yīng)器可包括到離子源室的氣體遞送線路的區(qū)段。在其它實施例中，其可相對于氣體遞送線路同心地布置在反應(yīng)器上游及下游。一般來說，可采用對分解磷或砷源氣體且產(chǎn)生汽相四聚物有效的反應(yīng)器的任一適合設(shè)計。反應(yīng)器可以任一適合方式來加熱，例如，經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)的或與反應(yīng)器熱接觸的電阻加熱元件、經(jīng)由反應(yīng)器的輻射加熱、經(jīng)由反應(yīng)器的傳導加熱、經(jīng)由反應(yīng)器的對流加熱或?qū)μ峁┓纸饬谆蛏樵礆怏w以產(chǎn)生所要元素磷或砷產(chǎn)物所必需的溫度有效的任一其它布置及熱傳遞形態(tài)。

反應(yīng)器可適當?shù)亟?jīng)定大小以提供在于包含反應(yīng)器的離子植入系統(tǒng)的操作中利用的磷或砷源氣體的流率下產(chǎn)生此類氣體的所要分解程度的保持時間。在實施例中，反應(yīng)器可構(gòu)造有內(nèi)部介質(zhì)或組件以提供對流動穿過反應(yīng)器的源氣體的增強熱傳遞及/或所述源氣體的滯留時間。以實例方式，此些內(nèi)部介質(zhì)或組件可包括擋板、葉片、螺絲元件或產(chǎn)生反應(yīng)器中的延伸氣體流路徑及用于加熱流動穿過反應(yīng)器的氣體的延伸熱傳遞表面的其它流指向部件。另外或替代地，所述內(nèi)部介質(zhì)或組件可包括提供扭曲流路徑及熱傳遞增強的包裝介質(zhì)或組件，例如焊珠、金屬泡沫、玻璃棉或類似物。

在其它實施例中，反應(yīng)器可以纏繞在離子植入系統(tǒng)的電弧室上的管的形式提供，以實現(xiàn)對管及其中的氣體內(nèi)含物的加熱，或反應(yīng)器可以安置在電弧室的內(nèi)部體積中的不直接暴露于等離子的通道的形式提供，例如，使得所要四聚物在電弧室中的通道中就地形成，且從所述通道排出到室中的內(nèi)部體積。

當部署在將摻雜劑前驅(qū)物氣體遞送到離子源室的流通回路中時，反應(yīng)器可位于此回路中的質(zhì)量流量控制器(mfc)上游或下游。反應(yīng)器可專用于一種摻雜劑前驅(qū)物氣體或可位于所有氣體流動穿過其到達離子源室的共同線路中。如所提及，汽相元素磷或砷物質(zhì)不在反應(yīng)器與離子源室之間凝結(jié)是必要的。此可通過對應(yīng)流通回路的適當溫度控制來實現(xiàn)。在一個實施例中，可通過在距離子源室從1.25cm到30.5cm(0.5到12英寸)的長度內(nèi)以傳導方式加熱通向離子源室的氣體遞送源管來適應(yīng)用以阻止汽相四聚物的凝結(jié)的必需溫度。

在另一實施例中，例如由適合金屬(優(yōu)選地高導電金屬，例如w、ni、cu、mo、au、al、ag或類似物)制成的金屬蛤殼的熱傳遞部件放置在氣體遞送源管周圍，其中蛤殼的一端與離子源室接觸以使得熱能夠通過源管傳導到上游。

在又一實施例中，氣體遞送源管可用電阻加熱元件來加熱，或如先前所論述的管可纏繞在離子源室上。

在反應(yīng)器中，反應(yīng)可以任一適合方式來控制，例如，通過控制反應(yīng)物摻雜劑前驅(qū)物氣體(例如磷化氫或砷化氫)的流率、通過控制反應(yīng)器的溫度、通過控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力、通過流量控制閥、流量限制注孔等的適當使用或通過前述各項的組合。作為說明性實例，通過傳感器在監(jiān)測與控制組合件中的適當部署，可監(jiān)測四聚物的束流，以產(chǎn)生傳輸?shù)娇刂破鞯氖餍盘?，所述控制器接著響?yīng)地傳輸控制信號以調(diào)制流量及/或溫度及/或壓力(通過為此目的提供的適當受控裝置)，且其中監(jiān)測流量、溫度及壓力以確保此些參數(shù)的精確調(diào)制。

反應(yīng)器因此可坐落在到離子源室的單獨線路(不同于到所述室的其它氣體供應(yīng)線路)中，或反應(yīng)器可坐落在到離子源室的單個共同線路中使得遞送到離子源室的所有氣體通過反應(yīng)器。在后一情形中，當其它摻雜劑物質(zhì)流動穿過反應(yīng)器時可關(guān)斷反應(yīng)器或可以可控制方式降低其中的溫度。

提供用于分解磷或砷摻雜劑前驅(qū)物氣體以形成氣相四聚物物質(zhì)的反應(yīng)器使得磷或砷摻雜劑前驅(qū)物氣體能夠在適合源器皿中經(jīng)供應(yīng)。相應(yīng)地，摻雜劑可非常迅速地從一者切換到另一者而不暴露于固體形式的磷或砷，且通過監(jiān)測來自源器皿的氣體的壓力的簡單權(quán)宜之計容易地實現(xiàn)摻雜劑前驅(qū)物庫存的監(jiān)測，因為摻雜劑前驅(qū)物呈氣態(tài)形式(例如，如磷化氫或砷化氫)。進一步地，由于摻雜劑前驅(qū)物在第一實例中以氣態(tài)形式供應(yīng)，因此可經(jīng)由對摻雜劑前驅(qū)物流率(磷化氫或砷化氫氣體)的控制來控制束流。在采用氣相摻雜劑前驅(qū)物的情況下，摻雜劑前驅(qū)物供應(yīng)器皿的更換所需的時間遠少于當采用固體蒸發(fā)器來供應(yīng)摻雜劑前驅(qū)物時替換固體蒸發(fā)器所需的時間，因為必須允許經(jīng)排空蒸發(fā)器冷卻，且新蒸發(fā)器必須填充有摻雜劑前驅(qū)物、經(jīng)裝設(shè)且加熱到操作溫度。

相應(yīng)地，在離子植入系統(tǒng)中提供用于分解含磷或含砷氣體的反應(yīng)器因此準許利用氣態(tài)摻雜劑前驅(qū)物同時獲得益處而不具有使用固體磷或砷源材料的缺點實現(xiàn)離子植入系統(tǒng)的實質(zhì)改進。

應(yīng)了解，包含上文所描述的那些離子植入系統(tǒng)以及下文所描述的那些離子植入系統(tǒng)的本文中所描述的離子植入系統(tǒng)可為多種類型，且可舉例來說包括其中離子植入機為束線植入機的離子植入系統(tǒng)、其中離子植入機經(jīng)配置以用于制造太陽電池板或其它光生伏打產(chǎn)物的離子植入系統(tǒng)或者其中離子植入機為其它類型或具體地經(jīng)配置以用于制造其它離子植入的組件、結(jié)構(gòu)、組合件或其它產(chǎn)物的離子植入系統(tǒng)。因此，所述離子植入系統(tǒng)可經(jīng)配置以制造半導體或其它微電子產(chǎn)品，或減少光生伏打電池，其中在制造結(jié)晶硅太陽能電池時形成p-n結(jié)中植入例如磷的n類型供體摻雜劑。

本發(fā)明在又一方面中涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；摻雜劑源材料供應(yīng)組合件，其包括含有氣態(tài)磷或砷前驅(qū)物化合物的一或多個源器皿，且經(jīng)配置以施配所述前驅(qū)物化合物以供在所述離子植入機中使用；及轉(zhuǎn)換組合件，其經(jīng)配置以將所施配氣態(tài)磷或砷前驅(qū)物化合物轉(zhuǎn)換為氣態(tài)多原子元素磷或砷材料，且提供所述氣態(tài)多原子元素磷或砷材料以供在所述離子源室中使用以由其產(chǎn)生磷或砷植入物質(zhì)。

在此離子植入系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)換組合件在一個實施例中包括用于將所述所施配氣態(tài)磷或砷前驅(qū)物化合物熱轉(zhuǎn)換為所述氣態(tài)多原子元素磷或砷材料的反應(yīng)器。

在此離子植入系統(tǒng)的另一實施例中，所述轉(zhuǎn)換組合件包括監(jiān)測與控制組合件，所述監(jiān)測與控制組合件經(jīng)配置以在第一操作階段中在于離子源室中沉積且積累源自從此供應(yīng)組合件施配到離子源室的前驅(qū)物化合物的固體多原子磷或砷的條件下且在第二操作階段中在從所沉積固體多原子磷或砷產(chǎn)生包括二聚物或四聚物的蒸汽以用于離子植入的條件下操作離子源室。

在此離子植入系統(tǒng)中，前述離子源室可包括第一離子源室，其中所述離子植入系統(tǒng)包括第二離子源室，所述第二離子源室經(jīng)配置以接收從供應(yīng)器施配的前驅(qū)物且以與所述第一離子源室相同的操作方式操作但在操作中偏移使得在第一操作階段中操作所述第二離子源室而在第二操作階段中操作所述第一離子源室，且使得在第二操作階段中操作所述第二離子源室而在第一操作階段中操作所述第一離子源室。

所述系統(tǒng)因此可體現(xiàn)有在同一植入工具中的兩個離子源，其中一個離子源處于沉積積累模式中，且另一離子源處于植入模式中，或替代地可關(guān)于兩個或兩個以上單獨植入工具利用監(jiān)測與控制系統(tǒng)，使得其中的所選一或多者在第一操作階段中，而其中的另外一或多者在第二操作階段中(例如以循環(huán)重復且交替方式)，其中所述離子源中的每一者經(jīng)歷連續(xù)第一及第二操作階段。

本發(fā)明在另一方面中涉及一種離子植入系統(tǒng)，所述離子植入系統(tǒng)包括：離子植入機，其包括離子源室；及氣體供應(yīng)組合件，其包括經(jīng)布置以將氣體混合物供應(yīng)到所述離子植入機的一或多個氣體供應(yīng)器皿，其中所述氣體混合物包括(i)到(viii)中的一者：(i)ph3及pf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(ii)ph3及pf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(iii)pfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；(iv)pfx、ph3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值；(v)ash3及asf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(vi)ash3及asf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(vii)asfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；及(viii)asfx、ash3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值。所述惰性氣體可包括選自由以下各項組成的群組的惰性氣體：氬、氖、氮、氙、氦及其中的兩者或兩者以上的混合物。

本發(fā)明在又一方面中涉及一種離子植入方法，所述離子植入方法包括使用如本文中以各種方式描述的離子植入系統(tǒng)。

在另一方法方面中，本發(fā)明涉及一種增強離子植入機的性能的方法，所述方法包括將選自(i)到(viii)當中的氣體混合物遞送到其離子源室：(i)ph3及pf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(ii)ph3及pf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ph3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(iii)pfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；(iv)pfx、ph3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值；(v)ash3及asf3，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從40％到60％的范圍內(nèi)；(vi)ash3及asf5，其中基于所述氣體混合物的總體積，ash3的濃度按體積計介于從50％到75％的范圍內(nèi)；(vii)asfx及h2，其中x具有任一化學計量可接受值，且其中基于所述氣體混合物的總體積，h2的濃度按體積計不超過50％；及(viii)asfx、ash3、h2及惰性氣體，其中x具有任一化學計量可接受值。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一方面的利用反應(yīng)器來分解氣態(tài)磷或砷摻雜劑前驅(qū)物的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。

在圖3系統(tǒng)中，提供含有例如磷化氫或砷化氫的摻雜劑源氣體的兩個摻雜劑源氣體器皿402及404。器皿402、404耦合到施配室406。這些器皿通常經(jīng)布置使得所述器皿中的一者將氣體施配到室406，而另一者處于含有摻雜劑源氣體的填滿的備用模式中，且其中所述器皿能夠通過相應(yīng)器皿的閥頭中的其相應(yīng)流量控制閥的適當調(diào)制進行切換。所述流量控制閥可借助于信號傳輸線路438及440與cpu430操作地鏈接，信號傳輸線路438及440與用于器皿402及404的相應(yīng)閥的適合閥致動器耦合，使得cpu控制相應(yīng)閥以適應(yīng)通過兩個器皿中的在線一者進行施配，其中另一器皿的流量控制閥保持在關(guān)閉狀況中。cpu因此經(jīng)布置使得其可實現(xiàn)兩個器皿的切換，使得通過其流量控制閥的打開將新填滿的器皿切換到施配模式，且使得通過其之前打開的流量控制閥的關(guān)閉將耗盡器皿切換到更換模式。

從施配室406，所施配摻雜劑源氣體在含有壓力傳感器410的施配線路408中流動。所述壓力傳感器通過信號傳輸線路436以信號傳輸關(guān)系與cpu430鏈接。施配線路408中的所施配摻雜劑源氣體流動穿過質(zhì)量流量控制器412且以通過可由cpu430調(diào)整的質(zhì)量流量控制器的設(shè)置判定的流率排出，cpu430經(jīng)布置以出于此目的在信號傳輸線路434中將控制信號傳輸?shù)劫|(zhì)量流量控制器412。所施配摻雜劑源氣體接著進入反應(yīng)器416。加熱所述反應(yīng)器，如由表示從適合源(例如，經(jīng)配置以通過例如傳導、輻射、連接或其它加熱模式的任一適當加熱形態(tài)將反應(yīng)器加熱到適合升高溫度的加熱器)到反應(yīng)器的熱傳輸?shù)氖疽庑约^q所展示。

在反應(yīng)器中，分解摻雜劑源氣體以形成元素磷或元素砷(如可適用)，其中元素材料接著形成二聚物或四聚物氣相材料以用于隨后植入。二聚物或四聚物氣相材料接著流動穿過施配線路408的下游部分進入離子植入機420。為了阻止二聚物或四聚物氣相材料的凝結(jié)，通過加熱器418將施配線路408加熱到阻止此凝結(jié)的適當溫度。加熱器418可包括任一適合加熱設(shè)備或裝置，且可舉例來說由電阻加熱線圈構(gòu)成。在離子植入機420中，二聚物或四聚物氣相材料傳遞到離子源室以用于離子化以形成接著植入于襯底(未展示)中的植入物質(zhì)，如先前所描述。

圖3系統(tǒng)還包含氣體供應(yīng)器皿422及424，以將例如稀釋劑、清潔氣體、載體氣體、同流氣體等的額外氣體供應(yīng)到離子植入機420。以相似于先前涉及器皿402及404所描述的布置的方式，cpu430通過信號傳輸線路442及444分別耦合到器皿424及422的流量控制閥致動器。來自器皿422的氣體在線路446中施配到施配室426，施配室426可同時或順序地接收線路448中的來自器皿424的氣體。從施配室426，氣體在含有質(zhì)量流量控制器428的饋送線路450中流動到離子植入機420。cpu430通過信號傳輸線路432而與質(zhì)量流量控制器428以信號傳輸關(guān)系耦合。

通過前述布置，cpu430從信號傳輸線路436中的壓力傳感器410接收指示所施配摻雜劑源氣體壓力的壓力感測信號，且所述cpu經(jīng)配置以響應(yīng)地或獨立地調(diào)制質(zhì)量流量控制器412及428以及氣體器皿402、404、424及422的流量控制閥的設(shè)置以用于操作離子植入系統(tǒng)。所述cpu可為任一適合類型，且可舉例來說包括微處理器、可編程邏輯控制器、特殊用途可編程計算機或經(jīng)配置且操作以用于監(jiān)測且控制離子植入系統(tǒng)的其它中央處理單元，與適當傳感器、信號傳輸線路等一起作為用于離子植入系統(tǒng)的監(jiān)測與控制組合件的組件。雖然未具體展示，但cpu可經(jīng)布置且經(jīng)配置以監(jiān)測及/或控制反應(yīng)器416的加熱及加熱器418的輸出，以確保作為饋送到離子植入機420的氣相材料的二聚物或四聚物摻雜劑材料的所要產(chǎn)生及維護。

將認識到，可采用替代離子植入過程系統(tǒng)布置。舉例來說，氣體供應(yīng)器皿可經(jīng)布置使得每一氣體供應(yīng)器皿將氣體施配到含有專用質(zhì)量流量控制器的線路中，其中相應(yīng)氣體線路在質(zhì)量流量控制器的下游組合成到離子源室的單個氣體流線路。用于將氣態(tài)磷化氫或砷化氫摻雜劑源化合物轉(zhuǎn)換為較高階多原子氣態(tài)摻雜劑材料的反應(yīng)器可位于到離子源室的此單個氣體流線路中。相應(yīng)氣體還可單獨流動到離子源，或摻雜劑、載體氣體、清潔氣體、同物質(zhì)氣體等的多個氣體流動流中的單獨者可以各種排列中的任一者組合，如在本發(fā)明的過程及設(shè)備的給定應(yīng)用中可為必要或合意的，使得此些氣體流中的某些氣體流在離子源室上游組合，而其它氣體流在不混合或組合的情況下直接流動到離子源室。氣體供應(yīng)器皿可替代其上的可致動閥而配備有手動閥，其中可致動流量控制閥位于相應(yīng)氣體供應(yīng)器皿的下游。

圖4是包含與摻雜劑源氣體饋送線路604呈熱傳遞關(guān)系的離子源室600的離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示。離子源室600經(jīng)布置為植入機602的組件。在此實施例中，摻雜劑源氣體饋送線路604從近端608成螺旋形地纏繞在離子源室600上，其連續(xù)地包圍離子源且在沿著離子源室的表面軸向延伸的線路的一部分中結(jié)束且在遠端606處與離子源室600的內(nèi)部體積氣體流連通地連通。

在此布置中，摻雜劑源氣體饋送線路604由在操作中處于升高溫度的離子源室600加熱。以此方式，如果在反應(yīng)器(例如)用于磷化氫或砷化氫分解及二聚物/四聚物形成時布置饋送線路604，那么將摻雜劑源氣體饋送線路604加熱到形成氣態(tài)二聚物或四聚物磷或砷材料的溫度。替代地，如果此氣態(tài)二聚物或四聚物材料已在線路604的近端608上游的反應(yīng)器中形成，那么僅僅加熱線路604以阻止流動穿過線路604到離子源室600的二聚物或四聚物材料的凝結(jié)。

圖4設(shè)備進一步包含氣體饋送線路610以用于例如稀釋劑氣體、載體氣體、清潔氣體、同流氣體等的額外氣體到離子源室600的同時、在先或隨后流動。

圖5是離子植入過程系統(tǒng)的示意性表示，所述離子植入過程系統(tǒng)包含構(gòu)成植入機602的一部分的離子源室600且布置有操作地定位以加熱摻雜劑源氣體饋送線路704的熱傳遞部件700。通過此布置，在操作中由離子源室600產(chǎn)生的熱由熱傳遞部件700以傳導方式傳輸?shù)綒怏w饋送線路704，使得不會發(fā)生在線路704中流動到離子源室的摻雜劑源材料的凝結(jié)。

圖6是定位在通向離子植入過程系統(tǒng)的離子源室的摻雜劑源氣體饋送線路中以產(chǎn)生多原子植入物質(zhì)的摻雜劑源氣體反應(yīng)器的示意性表示。所述反應(yīng)器適于接收含磷或含砷氣態(tài)摻雜劑源材料以在其中進行分解以形成元素磷或砷，所述元素磷或砷又產(chǎn)生用于植入的磷或砷二聚物或四聚物材料。所述反應(yīng)器包括具有入口802的外殼800，入口802用于接收進入反應(yīng)器的內(nèi)部體積(如箭頭a所指示)的含磷或含砷氣態(tài)摻雜劑源材料。熱輸入q通過可為傳導、對流、輻射或其它加熱器類型的適合熱源傳輸?shù)椒磻?yīng)器。

在反應(yīng)器中產(chǎn)生的二聚物或四聚物材料沿由箭頭b所指示的方向在出口804處從其排出。

反應(yīng)器可含有用以提供經(jīng)延伸熱傳遞表面及/或流動穿過反應(yīng)器的材料的滯留時間的調(diào)制的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組件或材料。相應(yīng)地，反應(yīng)器可含有提供經(jīng)延伸流體流動路徑的擋板808，如所展示。另外或替代地，反應(yīng)器可在通過保持網(wǎng)篩810及814固定地定位的底盤中含有焊珠材料812。另外或替代地，反應(yīng)器可含有可在反應(yīng)器的內(nèi)部體積中通過小孔板818固定在適當位置的纖維墊或泡沫材料816，如所圖解說明。另外或替代地，反應(yīng)器可含有用于賦予流動穿過反應(yīng)器的流體漩渦運動的螺旋形主體820。將了解，反應(yīng)器可含有各種各樣的內(nèi)部組件及/或材料，從而用于實現(xiàn)反應(yīng)器中的材料的所要加熱且為流動穿過反應(yīng)器的材料提供適當滯留時間使得有利地由流入氣態(tài)含磷或含砷前驅(qū)物材料形成二聚物及四聚物物質(zhì)。

在歷史上，采用固體磷及固體砷作為用于在離子植入過程中產(chǎn)生磷及砷離子的主要饋送材料，其中加熱固體材料以產(chǎn)生遞送到離子源室以用于離子化及離子提取的蒸汽。由于磷及砷蒸汽由在高溫下分解成二聚物且接著分解成單體的四聚物(p4及as4)構(gòu)成，因此固體磷及固體砷為用于形成二聚物及四聚物的理想饋送材料。在離子植入工業(yè)中，因為例如磷化氫及砷化氫的用于產(chǎn)生對應(yīng)單體(p+及as+)的更方便的氣相前驅(qū)物而拋棄了此些固體的使用，且任何返回使用固體磷及砷饋送材料將需要用可容納此些固體磷及砷饋送材料的新離子植入系統(tǒng)進行的高成本的離子植入機改裝或替換。盡管可使用磷化氫及砷化氫在離子植入機中在特定條件下產(chǎn)生二聚物及四聚物，但此些二聚物及四聚物的所得產(chǎn)物處于低濃度，使得其為商業(yè)不合意的。

在另一方面中，本發(fā)明克服此些缺點。磷化氫及砷化氫兩者均在升高溫度下分解成元素磷及砷，此即一種可能在常規(guī)離子植入機中發(fā)生但被所形成的任何固體元素磷或砷進行如下操作的事實所掩蓋的過程：(i)由于離子源室中的極高溫度而蒸發(fā)，或(ii)與源自原始磷或砷氫化物化合物的氫發(fā)生反應(yīng)且返回為氣相作為磷化氫或砷化氫，或(iii)變得離子化為單體離子，或(iv)在其可形成二聚物或四聚物之前從離子源室泵出。

就這一點來說，本發(fā)明實施與常規(guī)離子植入系統(tǒng)操作的根本背離，其中在繼續(xù)直到預定所要量的固體磷或固體砷已沉積在離子源室中為止的第一“積累”操作模式中，離子源室接收氣態(tài)磷化氫或砷化氫且在包含分解磷化氫或砷化氫以在離子源室中沉積固體磷或固體砷的溫度的操作條件下操作。

在其中離子源室已裝載有預定量的固體磷或固體砷的“積累”操作模式的此周期之后，在初級“植入”操作模式中操作離子植入系統(tǒng)。在此植入操作模式中，氣態(tài)磷化氫或砷化氫在其中離子源室經(jīng)“調(diào)諧”以利用所積累元素固體來產(chǎn)生富含經(jīng)提取以用于離子植入的二聚物或四聚物的蒸汽的操作條件下流動到含有所積累元素磷或砷固體的離子源室中。

出于此目的，所述離子植入系統(tǒng)可包括監(jiān)測與控制組合件，所述監(jiān)測與控制組合件經(jīng)配置以在第一操作階段中在于離子源室中沉積且積累源自從所述供應(yīng)器施配到離子源室的前驅(qū)物的固體多原子磷或砷的條件下且在第二操作階段中在從所沉積固體多原子磷或砷產(chǎn)生包括二聚物或四聚物的蒸汽以用于離子植入的條件下操作離子源室。

如在先前所論述的離子植入系統(tǒng)中，前述離子源室可包括第一離子源室，其中所述離子植入系統(tǒng)包括第二離子源室，所述第二離子源室經(jīng)配置以接收從供應(yīng)器施配的前驅(qū)物且以與所述第一離子源室相同的操作方式操作但在操作中偏移使得在第一操作階段中操作所述第二離子源室而在第二操作階段中操作所述第一離子源室，且使得在第二操作階段中操作所述第二離子源室而在第一操作階段中操作所述第一離子源室。

如先前所描述，系統(tǒng)因此可體現(xiàn)有在同一植入工具中的兩個離子源，其中一個離子源處于沉積積累模式中，且另一離子源產(chǎn)生包括二聚物或四聚物的蒸汽，或替代地可關(guān)于兩個或兩個以上單獨植入工具利用監(jiān)測與控制系統(tǒng)，使得其中的所選一或多者在第一操作階段中，而其中的另外一或多者在第二操作階段中(例如，以循環(huán)重復且交替方式)，其中所述離子源中的每一者經(jīng)歷連續(xù)第一及第二操作階段。

此順序積累/植入操作因此提供使用固體元素磷或固體元素砷的優(yōu)點，而不需要修改離子植入系統(tǒng)或改變常規(guī)地利用的摻雜劑前驅(qū)物材料。

可在磷植入的情形中實施前述離子植入系統(tǒng)操作，其中與磷化氫一起或替代磷化氫使用三氟化磷及/或五氟化磷以用于與所積累固體元素磷發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生用于植入的所要二聚物或四聚物。同樣地，在砷植入的情形中，可與砷化氫一起或替代砷化氫使用對應(yīng)砷氟化合物作為氣態(tài)含砷材料以用于與所積累固體元素砷發(fā)生反應(yīng)。

因此將了解，本發(fā)明的各種方面及實施例使得能夠在磷及砷離子植入中實現(xiàn)實質(zhì)改進。

盡管本文中已參考具體方面、特征及說明性實施例來陳述本發(fā)明，但將了解，本發(fā)明的效用不因此受限制，而是延伸到且囊括多種其它變化形式、修改及替代實施例，如基于本文中的說明呈現(xiàn)在本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眼前的。對應(yīng)地，如下文所主張的本發(fā)明打算被廣泛地解釋并詮釋為包含在其精神及范圍內(nèi)的所有此些變化形式、修改及替代實施例。