CN101466962B

CN101466962B - 可与离子源一起使用的蒸气传送系统及用于此系统的气化器

Info

Publication number: CN101466962B
Application number: CN2007800216269A
Authority: CN
Inventors: 道格拉斯·R·亚当斯; 德罗尔·奥韦德; 托马斯·N·霍尔斯基
Original assignee: Semequip Inc
Current assignee: Semequip Inc
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: CN101466962A; CN101461025B; CN101466445A; CN101461025A

Abstract

本发明揭示蒸气传送系统及方法，其控制来自用于半导体制造的固体馈入材料(尤其是包含簇分子的材料)的蒸气的加热及流动。所述系统及方法安全且有效地将所述蒸气传导到利用点，尤其是到用于离子植入的离子源。离子束植入展示为使用来自所述簇材料的离子。所述蒸气传送系统包括所述离子源的反应性气体清洁、控制系统及协议、广泛动态范围流量控制系统及有效且安全的气化器选择。硼烷、十硼烷、碳硼烷、碳簇及其它大分子经气化以用于离子植入。所述系统展示为与新颖气化器、离子源及反应性清洁系统协作。

Description

可与离子源一起使用的蒸气传送系统及用于此系统的气化器

相关申请案的交叉参考

本申请案为于2007年6月12日申请的第PCT/US2007/71010号国际专利申请案的根据35U.S.C§371的美国国家阶段，所述申请案主张2006年6月12日申请的第60/804,555号及2006年11月11日申请的第60/860,631号美国临时专利申请案的优先权和权益。

技术领域

本发明涉及传到高真空腔室内的蒸气接收装置的蒸气的产生及传送。本发明还涉及可离子化蒸气到高电压离子源的传送，所述高电压离子源提供在半导体装置和材料的制造中用于离子植入的离子束。本发明具有与用于气化及离子化形成分子离子(其含有相关物质的多个原子)的材料的系统及方法的特定相关性。

背景技术

在工业中，常常需要将以蒸气形式的高毒性不稳定材料传送到高真空系统内的装置或衬底材料。必需周期性地服务所述装置以进行零件的清洁或替换，且再填或替换充蒸气源及执行维护服务。再填充或服务的每一实例均需要分离及再啮合真空密封件，及执行再鉴定测试以确保安全。

具有许多严格要求的所述蒸气传送的尤其重要的实例为用于生产半导体装置的掺杂材料的处理。在此情形中，必需由在室温下具有低蒸气压力的高毒性固体材料以精确受控的流量来产生蒸气流。此需要小心加热固体以产生升华，及小心处理蒸气，因为存在解离、流径中的不当凝结及在与其它物质接触的情况下蒸气的反应的危险。还需要用以确保人员安全的装备。需要用于所述蒸气传送的改进系统。

特定来说，需要用于离子束植入系统的改进的蒸气传送，其中在离子源中离子化的蒸气产生离子束，所述离子束经加速、质量分析且运输到目标衬底。对于所述离子化系统，尤其需要满足所有要求，同时延长可用时间，即，所要的服务之间的时间。实施此操作的有利方式为通过提供使用高反应性试剂的系统组件的原位清洁，但此引入其它安全顾虑。

还需要安全且可靠的蒸气传送系统，所述系统使同一设备能够与具有不同气化温度的许多不同源材料一起使用。

另外需要一种从获得自供应商的馈入材料的传送有效且安全地进行到对加料有馈入材料的气化器的蒸气接收系统的连接的方式。优选地以标准化方式来实施此操作，以确保人员的熟悉度。

在所述情况中，具有所有前述需要的为以适于执行离子束植入的流量来将十硼烷及十八硼烷蒸气及碳硼烷蒸气的流提供到离子源以产生硼植入物的情形。

较一般地，在提供用于半导体制造的大分子的蒸气流中，所述需要也出现。实例包括以下分子的蒸气流：(例如)砷及磷的用于n型掺杂的大分子；用于共植入工艺的碳的大分子，其中碳抑制所植入的掺杂物质的扩散，或吸除(截获)杂质，或非晶化衬底的晶格；碳的大分子或晶体结构的所谓“应力工程”(例如，针对PMOS晶体管应用晶体压缩，或针对NMOS晶体管应用晶体拉伸)的其它分子；及用于其它目的(包括在半导体制造中的退火步骤期间的热预算及不当扩散的减少)的大分子。

这些需要应用于使用离子束植入的实施方案，且在适用的情况下，还应用于硼及用于原子层沉积或产生其它类型的层或沉积物的其它物质的大分子沉积。用于此操作的技术可使用例如：等离子体浸没，其包括PLAD(等离子体掺杂)、PPLAD(脉冲等离子体掺杂)，及PI³(等离子体浸没离子植入)；原子层沉积(ALD)；或化学气相沉积(CVD)。

在计算机芯片、计算机存储器、平板显示器、光生伏打装置及其它产品的制造中，刚刚描述的需要及现在将描述的本发明方面重要地应用于在半导体衬底中以较浅深度的高密度半导体装置(其包括CMOS及NMOS晶体管及存储器IC)的制造。

工业中的其它工序(其包含蒸气或工艺气体的产生及将其传送到蒸气或气体消耗装置)也可获益于本文所呈现的特征。

发明内容

根据本发明的一个方面，以热传导阀块的形式提供流动界面装置，所述流动界面装置界定至少一个蒸气通路，所述通路与至少第一及第二蒸气传递界面相关联，一个界面包含经定位以从固体馈入材料的气化器接收蒸气的蒸气入口且与通路的入口部分连通，且另一界面包含用于将蒸气从通路的出口部分传送到蒸气接收装置的蒸气出口，所述阀块具有至少一个蒸气阀且经构造以加热通路且将来自气化器的蒸气传送到蒸气接收装置。

此方面的实施方案可具有以下特征中的一者或一者以上：

蒸气阀为用于调节到呈离子源的形式的蒸气接收装置的蒸气流量的流量控制阀。

蒸气阀系统启用经由蒸气入口进入的到蒸气的离子源的蒸气流动，及到离子源的另一流动。

经启用的流动为从阀块所界定的另一蒸气入口的蒸气流动。

经启用的流动为到反应性清洁气体的离子源的流动。

阀块中所提供的阀包含第一阀系统，其启用经由蒸气入口进入的到蒸气离子源的蒸气流动，且启用从阀块所界定的另一蒸气入口的到蒸气离子源的流动；及选择器阀系统，其启用从阀块所界定的蒸气入口的蒸气流动，或(替代地)关闭所有蒸气流动且允许到反应性清洁气体的离子源的流动。

至少两个蒸气入口由阀块所界定且经定位以从相应气化器接收蒸气，所述两个蒸气入口与相应入口通路部分相关联，经由入口通路部分的流动由第一阀系统所启用，所述入口通路部分沿第一阀系统合并成共用通路部分，且第二阀系统经布置以选择性地启用经由共用通路部分的到蒸气接收装置的流动，或(替代地)到蒸气接收装置的反应性清洁气体的流动。

另一阀包含与共用通路部分相关联的流量控制阀以用于调节到蒸气接收装置的蒸气流量。

阀系统的阀包含充当一次允许所述流动中的仅一者的选择器的短管阀。

阀块与加热器相关联，所述加热器经控制以维持高于气化器(所述阀块从所述气化器接收蒸气)的温度的阀块温度。

阀块界定经构造以接收及支撑气化器的安装区域。

热绝缘将阀块与气化器绝缘来界定相应独立热控制区域，以启用高于气化器的温度的阀块温度的维持。

连接器经构造及布置，使得气化器相对于阀块的安装运动导致连接器与气化器的匹配连接器配合，以用于将气化器电连接到加热控制系统。

阀块界定具有用于接收气化器的支撑突出物的支撑表面的容器，以藉此在气化器加热及蒸气传递期间来支撑气化器。

支撑突出物为界定横向蒸气流动通路的横向突出物，所述突出物具有外围侧表面及末端表面，且外围及末端热绝缘部分经提供以启用阀块与气化器的突出物的热隔离。

阀块的容器经构造以通过突出物的线性滑动运动来接收气化器的支撑突出物，流动界面装置安装电连接器，所述电连接器经构造通过相对于阀块的气化器的安装运动来可滑动地与气化器的匹配电连接器配合，以用于将气化器电连接到控制及加热系统。

电连接器包括用于将可控制压缩空气供应到气化器的气动连接器，以用于选择性地致动气化器的阀。

蒸气阀为流量控制阀，界面装置与电源及加热系统相关联，以用于从气化器接收感测温度信号且用于将电加热电流施加到气化器，以导致气化器充分加热来产生大于蒸气接收装置所需的压力且在使流量控制阀能够调节到离子源的蒸气流量的范围中的压力的固体馈入材料的蒸气。

流动界面装置与气化器相组合，所述气化器含有能够产生可离子化蒸气的固体馈入材料。

呈离子源的形式的蒸气接收装置经构造以产生用于半导体制造中的离子。

流动界面装置与离子束植入器相组合，其中蒸气接收装置包含能够离子化蒸气来产生用于离子植入的离子束的高电压离子源。

由气化器所气化的固体馈入材料包含能够产生用于生产簇离子的蒸气的簇化合物。

固体馈入材料包含簇硼化合物。

所述化合物包含硼烷或碳硼烷。

簇化合物包含B₁₀H₁₄、B₁₈H₂₂、C₂B₁₀H₁₂或C₄B₁₈H₂。

簇化合物包含簇碳化合物。

簇化合物包含C₁₄H₁₄、C₁₆H₁₀、C₁₆H₁₂、C₁₆H₂₀、C₁₈H₁₄或C₁₈H₃₈。

簇化合物包含用于N型掺杂的化合物。

化合物包含砷、磷或锑簇化合物。

化合物包含能够形成A_nH_x ⁺或A_nRH_x ⁺形式的离子的砷或磷化合物，其中n和x为整数，其中n大于4且x大于或等于0，且A为As或P，且R为不含有磷或砷的分子且其对植入工艺无害。

化合物包含选自由磷烷、有机磷烷和磷化物所组成的群组的磷化合物。

化合物为P₇H₇。

化合物包含一包含三甲基锑(trimethylstibine)的锑化合物。

化合物包含S_b(CH₃)C₃。

提供与离子束植入器相组合的流动界面装置及气化器，其中蒸气接收装置包含能够离子化由固体馈入材料所产生的蒸气以用于离子植入的高电压离子源。

蒸气接收装置呈高电压离子源的形式，且流动界面装置经安装以支撑于电绝缘体上。

绝缘体为还支撑离子源的绝缘体套管，蒸气经传送到所述离子源。

流动界面装置包括气体清洗系统，其用于在从阀块断开气化器之前将蒸气从阀块的蒸气入口通路移除。

阀块界定用于工艺气体的传送通路。

流动界面装置经构造，使得工艺气体经由通路选择性地引导，反应性清洁气体在其它时间经由所述通路引导。

阀块包括传送延伸部分，其界定到蒸气接收装置的至少两个流径，所述两个流径中的至少一者经构造以输送来自固体馈入材料的蒸气，且另一者经构造以传送工艺气体或反应性清洁气体。

流量控制阀为节流类型阀。

阀系统一次允许所述蒸气流动中的仅一者。

阀系统包含短管阀。

与含有相同馈入材料的气化器一起使用的流动界面装置包含允许同时从至少两个气化器的流动的阀系统。在某些情形中，所述阀系统经构造用于第二动作模式，其中阀系统一次允许所述蒸气流动中的仅一者。

根据本发明的另一方面，用于离子源的流动界面装置经构造用于用作离子束植入器的离子源，所述界面装置呈热传导阀块的形式，其界定至少一个蒸气通路，所述通路与至少第一及第二蒸气传递界面相关联，一个界面包含经定位以从气化器接收蒸气的蒸气入口且与通路的入口部分连通，且另一界面包含用于将蒸气从通路的出口部分传送到离子源的蒸气出口，所述阀块经构造以加热通路且将来自气化器的蒸气传送到离子源，流量控制阀与通路相关联以用于调节到离子源的蒸气流量，及阀系统启用经由入口进入的到蒸气离子源的蒸气流动及另一阀系统启用到离子源的流动。

此方面的实施方案可使用以下特征中的一者或一者以上。

流动界面装置与电源及控制系统相关联，其用于使气化器充分加热以产生大于离子源所需的压力且在流量控制阀可控制的范围中的压力的固体馈入材料的蒸气。

流量控制阀为蝶形类型阀。

经启用的另一流动为从阀块所界定的另一蒸气入口的蒸气流动。

经启用的另一流动为到反应性清洁气体的离子源的流动。

流动界面装置在阀块中包括启用流动的至少两个阀系统：第一阀系统，其启用经由蒸气入口进入的到蒸气离子源的蒸气流动，且启用从阀块所界定的另一蒸气入口的到蒸气离子源的另一流动；及选择器阀系统，其启用从阀块所界定的蒸气入口的蒸气流动，或(替代地)关闭所有蒸气流动且启用到反应性清洁气体的离子源的流动。

流动界面具有与经定位以从相应气化器接收蒸气的至少两个蒸气入口相关联的蒸气入口通路(其由第一阀系统所控制)，入口通路部分沿第一阀系统合并成共用通路，且第二阀系统选择性地控制经由共用通路部分到离子源的流量，或(替代地)到离子源的反应性清洁气体的流量，所述流量控制阀与共用通路相关联以用于调节到离子源的蒸气流量。

流量选择阀包含短管阀。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含能够形成可离子化蒸气的固体馈入材料，其包含簇分子。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含簇分子。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含C₁₄H₁₄、C₁₆H₁₀、C₁₆H₁₂、C₁₆H₂₀、C₁₈H₁₄或C₁₈H₃₈。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含N型掺杂。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含砷、磷或锑簇化合物。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含能够形成A_nH_x ⁺或A_nRH_x ⁺形式的离子的砷或磷化合物，其中n和x为整数，其中n大于4且x大于或等于0，且A为As或P，且R为不含有磷或砷的分子且其对离子植入工艺无害。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含选自由磷烷、有机磷烷和磷化物所组成的群组的磷化合物。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含P₇H₇。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含包含三甲基锑(trimethylstibine)的锑化合物。

本发明的另一方面包含产生、传送和利用来自固体材料的蒸气，所述固体材料包含Sb(CH₃)C₃。

本发明的另一方面包含处理半导体装置或材料的方法，其包含使用前文描述中的任一者的系统来产生簇离子，且使用所述离子进行处理，尤其是包含离子植入(且尤其为离子束植入)的处理。

根据本发明的另一方面，产生蒸气的方法使用前述揭示内容中的任一者的装置或组合。

本发明的另一方面包含用于从蒸气传送系统的安装台处的气化器群组沿流径产生蒸气的系统，所述系统包含气化器的子群组，所述子群组中的一者含有至少两个含有相同固体馈入材料的气化器，且另一群组含有至少一个含有不同固体馈入材料的气化器，所述群组中的至少一个气化器含有包含簇分子的材料，所述系统包含控制系统，所述控制系统启用含有相同固体馈入材料的气化器的子群组，以同时沿所述路径提供蒸气且防止同时流动穿过来自其它子群组的蒸气的路径。

在一个实施方案中，所述系统是机电控制系统。

在一个实施方案中，所述系统包括蒸气流量控制，所述蒸气流量控制包括沿所述流径串联的两个可变传导流动装置，下游装置包含节流阀，且上游装置能够调整到达节流阀的蒸气压力。

本发明的另一方面是用于从蒸气传送系统的安装台处的气化器群组沿流径产生蒸气的系统，所述系统包含至少两个气化器，所述气化器含有具有簇分子的相同固体馈入材料，其中控制系统经构造以使两个气化器能够同时操作。

在一个实施方案中，所述系统还可用于单个气化器，所述系统包括蒸气流量控制，所述蒸气流量控制包括沿所述流径串联的两个可变传导流动装置，下游装置包含节流阀，且上游控制能够调整到达节流阀的蒸气压力。

本发明的另一方面是产生用于植入的离子的方法，其包含使从刚刚描述的系统中的任一者接收的蒸气离子化。

在一个实施方案中，所产生的离子形成为束以进行离子植入。

在以下附图及描述中阐明了前述特征的一个或一个以上实施方案的细节。本发明的其它特征、目标及优点将从描述及附图和从权利要求书中显而易见。

附图说明

图1为包含外部气化器、在高真空腔室内的蒸气接收装置及在这些组件之间的流动界面系统的蒸气传送布置的示意性侧视图。

图1A、1B及1C为图1的高真空腔室处的密封特征的实施方案的图解说明。

图1D为适用于图1的系统中的气化器的示意性侧视图。

图1E为另一气化器的侧视图。图1E还展示经定位以接收及支撑气化器的蒸气接收支撑部件(其可为类似于图1的流动界面装置的流动界面装置)的一部分。

图1F展示了当互相配合以支撑气化器时的图1E的组件。

图1G为图1E及1F的气化器的实施方案的侧视图，其中以幻影来展示可移除热绝缘体夹套，而图1H为经由气化器中心的气化器的垂直横截面。

图1I为侧视图，且图1J为此气化器的底部区的俯视图，而图1K为在图1H中的线1K-1K上所截取的气化器的水平横截面。

图1L为图解透视图，其中截去部分说明气化器单元中的热传递路径，而图1M为图1L的一部分的放大图。

图2为具有类似于图1的流动界面系统的流动界面系统的布置的示意性仰视平面图，且所述布置提供用于经由共用蒸气传送路径来供应蒸气的两个气化器的安装台。

图3为具有类似于图2的流动界面系统的流动界面系统且并有流量控制及气化器加热系统(通过其可选择性地维持来自两个气化器中的每一者的所要蒸气流量)的布置的示意性仰视图。

图4为具有类似于图2的流动界面系统的流动界面系统的布置的示意性仰视图，所述布置并有反应性气体源及防止流动的共连通的流动停止装置。

图5为具有类似于图1的流动界面系统的流动界面系统(其展示为与高真空腔室内的离子源集成)且具有外部反应性清洁气体产生器及防止流动的共连通的流动停止装置的布置的示意性侧视图。

图6为具有离子源系统(其具有与图3的流量控制及双气化器特征组合的图5的特征)的布置的示意性仰视平面图。

图6A为实施图6的特征且包括清洗气体布置的阀及通路示意性图。

图7为类似于图6的视图，但展示经装配的图1E到1H中所示的类型的两个气化器。图7还示意性展示启用一次仅选择一个蒸气通路的短管型阀。

图7A为俯视图，且图7B为图7的流动传送系统的实施方案的水平横截面图。

图7C为封闭系统的透视图，其说明打开所述封闭系统的罩盖以近接装配于系统中的两个气化器。

图8、8A及8B为在外壳内的蒸气传送系统的实施方案的正交图，所述图展示了其与离子源高真空外壳及离子源的关系。

图9、9A及10为图8的系统的透视图，其说明打开罩盖以近接装配于所述系统中的两个气化器。

图11为罩盖经移除的图8的系统的透视图。

图12及13为从用于流动传送系统中的气化器的相反方向的透视图。

图13A到图13F为一序列说明气动阀及手动超越装置及气化器的紧固螺钉的不同位置的图。

图14为图1G及1H的气化器的外部的透视图，而图14A为连接特征的轴线方向上的部分垂直侧视图，图14B为图14A中所示的电连接销的组的详图，图14C为正交于图14A所截取的图14及14A的气化器的垂直侧视图，图14D为气化器的俯视图，及图14E为用以将罩盖组装到气化器的顶部部分及将顶部部分组装到气化器的底部部分的机器螺钉的透视图。

图15为类似于图14H的图1G的气化器的垂直横截面图，但其比例较小且还展示流动界面装置的一部分(气化器安装到此)。

图15A为在蒸气接收装置(例如图15的蒸气接收装置)中包含气化器的突出部件的支撑热绝缘连接的部分的分解简图，而图15B展示了经组装的部分，且图15C及15D分别为如图15A中所示的截取的突出部件及圆周绝缘部件的端视图。

图16为使用气化器中的o-C₂B₁₀H₁₂的固体馈入材料的离子的束电流对质量的图表。

图16及16A为在图14D的线16-16及16A-16A上所截取的图14的气化器的正交图解垂直剖视图，其展示打开允许杆与将气化器紧固到流动界面装置的水平螺钉的关系。

图17-17D为一系列说明拆卸图1G及1H的气化器以启用在传送到客户前的再填充的步骤的透视图。

图18为使用气化器中的o-C₂B₁₀H₁₂的固体馈入材料的离子的束电流对质量的图表。其通过根据下文参照系统而教示的霍斯基(Horsky)且根据图5及图7到8的电子撞击离子化而产生。

具体实施方式

参看图1，蒸气传送系统的流动界面装置10连接到高真空腔室20，且包含定位于真空腔室外侧的部分8，及突出到真空腔室中的延伸部分9。界面装置10的部分8提供安装台12，在所述安装台12处，外部气化器14可移除地安装于气密界面I处。

气化器14具有罐型，其具有含有待气化的固体馈入材料的加料的底部节段，及可移除的顶部部件。顶部部件与在19处所图解展示的气化器加热器相关联。界面系统包括加热器控制电路33，所述加热器控制电路33控制到气化器加热器(其从馈入材料产生蒸气)的电力P₁₄。蒸气流径16从气化器经由界面I、经由邻近的停止阀15、由此经由部分8及延伸部分9而延伸于界面装置10中。延伸部分9在真空紧密的密封件21处密封到真空腔室20的外壳。

经密封的可分离连接形成于延伸部分9与高真空腔室内的蒸气接收装置22之间。此连接点称作界面II。

通过此布置，使得在不干扰流动界面装置10到高真空腔室20的外壳的连接处的密封件21的情况下，外部气化器14及蒸气接收装置22的迅速移除及服务为可能的。不管为了执行对蒸气接收装置22的服务而在界面II处的重复流动断开及再连接，界面II由于其位置而不致对工作人员造成潜在泄漏危险。在可能发生泄漏的任何程度上，泄漏被约束于高真空腔室20内，且由其真空泵及关联的流出物处理系统25来移除。

在系统的优选实施方案中，在界面II处，通过蒸气接收装置的装配移动来在高真空腔室内进行连接。在图1的实例中，通过沿路径A移动直到装置22在可拆卸连接23处密封于真空腔室20的表面上为止来装配蒸气接收装置22。当通过此运动来装配蒸气接收装置22时，蒸气接收装置22经构造以在真空腔室20内于界面II处与延伸部分9啮合且密封。举例来说，通过匹配紧密配合的表面，蒸气接收装置可经构造以有效形成迷宫式真空密封件。类似地，蒸气接收装置22构造为在不干扰流动界面装置10与真空腔室20的外壳的密封件21的情况下，可以破坏界面II处的密封件的方式通过沿路径A的相对运动来从真空腔室移除。

图1A-1C说明了在高真空腔室20′内于界面II处形成所述密封件的机构。高真空腔室20′的外壳包括界面凸缘20F，其以真空紧密的方式接合到外壳且具有向下引导的开口。

流动界面装置10′呈界定蒸气流动通路的热传导块的形式。其包括轴环6，所述轴环6经构造以真空紧密的方式将块安装于外壳凸缘20F上。接合且密封到块10′的颈部件7界定蒸气通路的延伸部分。颈部件7从轴环6经由腔室凸缘20F突出到高真空腔室20′中。

弹簧加载连接器密封部件5(例如，特氟隆(Teflon)的弹簧加载连接器密封部件)具有在颈部件7中的通路的圆柱形部分内紧密配合的管状杆5A。杆5A向上延伸到蒸气接收装置22′的装配路径中，终止于界定水平向上引导的密封表面的顶部头5B中。头5B具有隅角凸轮表面5C，其经安置以由装置22′的对应凸轮表面22C′来啮合。

在图1A中，当蒸气接收装置22′沿路径A移动到右边以用于装配时，凸轮表面5C及22C′经展示仍为分开的。在图1B中，装置22′已前进到凸轮表面啮合的点。在图1C中，装配完成，其中装置22′的安装凸缘固定于高真空腔室20′的对应凸缘表面上，从而形成真空紧密密封件23。已向下推动弹簧偏置的特氟隆部件5，且其平坦顶部表面啮合装置22′的对应的向下引导平坦表面。这些配合表面实际上形成迷宫式密封件。通过颈部件7中的通路与连接器5的杆5A的紧密配合的圆柱形表面来形成另一迷宫式密封件。通过固定流接收装置22′，对准颈部件7与蒸气接收装置22′的通路，以启用蒸气的传送。

对于蒸气接收装置22′的移除，使所述运动反向。

所属领域的技术人员将理解可使用其它对接配置，一个实例为轴向对准的啮合表面，例如，圆锥形或金字塔形连接器的表面。在其它情形中，在已固定真空接收装置之后，可启动可逆致动器机构以完成真空外壳内的零件之间的密封连接。

再次参看图1，在优选实施方案中，流动界面装置10经构造以接受含有待气化的不同材料的气化器。每一气化器携载一温度传感器，通过其感测气化器的温度T₁₄，且将温度T₁₄发送到界面系统的气化器加热器控制电路33。尽管经展示为感测单元的顶部温度，但可代替地将其定位以有利地感测底部附近的温度或可监视两个位置。每一气化器专用于特定源材料，且携载识别符装置30。流动界面装置10具有补充辨识装置32。辨识装置32将控制信号C₁₄提供到气化器加热器控制电路33，响应于此，控制电路33建立用于加热相应馈入材料的安全温度范围，其包括将电力施加到特定气化器的加热器的上限。作为一实例，在优选实施方案中，流动界面装置10经构造以接收专用于分别含有十硼烷及十八硼烷的气化器14′及14″。所述气化器携载显著不同的识别装置30。当将气化器安装到界面装置10时，辨识装置32辨识气化器14′或14″，且提供相应控制信号C₁₄′或C₁₄″。在适当实施方案中，例如，由十硼烷气化器所触发的辨识信号C₁₄′使加热器控制电路33能够在用于气化十硼烷的适当加热范围内操作，且防止在约35℃以上的气化器的加热，而由十八硼烷气化器所触发的辨识信号C₁₄″使加热器控制电路33能够在用于气化十八硼烷的适当加热范围内操作，且防止在135℃以上的气化器的加热。专用于其它材料的其它气化器携载其它可辨识的识别符，以导致界面控制单元启用其它温度范围或其它适当操作条件。

在优选实施方案中，流动界面装置10包含热传导主体，其例如由经机器加工的铝块成形部分来形成。当装配阀时，热传导块有效地用作所述阀的阀主体。经由加热的主体的真空紧密蒸气路径从界面I延伸到界面II。主体与在11处所图解展示的加热器热接触，所述加热器由电路13来控制。电路13具有来自气化器14的温度输入T₁₄，及来自流动界面装置10的传导主体的温度输入T₁₀。电路13适合于控制加热器11来将传导主体维持在受控温度下，例如，维持到相应气化器14的温度以上但在安全温度以下的温度，例如，在正气化的相应材料的解离温度以下的温度。

系统的加热器可具有各种形式，例如，常规电的筒式或带式加热器，且可布置于一或一个以上加热区中。举例来说，有利地，可存在用于将气化器加热到T₁的加热区1、用于加热界面主体10的加热区2，及用于蒸气接收装置22的加热区3。加热区由相应加热器元件及温度传感器构成，在一个布置中，在蒸气接收装置中，沿着从气化器到界面II的路径，所述加热区的温度从T₁增加到T₂，即T₁＜T₂＜T₃，其中所有这些温度均限于待气化的材料的安全限度以下的温度T₄。

参看图1D，在优选实施方案中，气化器为罐，其包含作为底部节段或部件的热绝缘罐主体14A，及可拆卸顶部节段或闭合部件14B。主体14A具有顶部开口及(例如)1升的容积，其用于保持待逐渐升华的固体馈入材料的加料。可拆卸顶部部件14B并入有阀V1。顶部及底部部件(且优选地以及所述阀)由例如铝的热传导材料构成。阀定位于顶部部件的主体14B内，藉此其大体上维持在主体的温度。

有利地，仅电加热气化器单元的顶部部件。通过经由可拆卸顶部区与底部节段之间的接合及经由底部节段的侧壁及底部壁(其由来自加热器的传导所加热)的热传递，来将罐主体内的固体材料加热到主要程度。以此方式，确保经由顶部部件的蒸气通路的温度T₁超过正升华的固体源材料的温度。

如先前所提及，将加热器放置于气化器罐单元的可拆卸顶部闭合节段中而将在变化温度下的待气化材料的加料定位于单元的底部中对于所属领域的技术人员来说可能并不显现为优良实践。可拆卸顶部节段与底部节段之间的界面的热电阻，及具有相关联热质量的热行进的距离，及响应的缓慢度，以及到外部的热损耗将显现为不当的。然而，发现通过此布置可获得显著优点，且在适当实施方案中发现也许看似为固有的缺点为可避免或无关紧要的。

因此，系统确保由材料所产生的蒸气遭遇增加温度的通路，同时从产生的点经由阀V1且到流动界面装置10，且经由流动界面装置10来移动。类似地，在蒸气利用点之前的蒸气接收装置22的部分可界定另一加热区，所述加热区适合于递增地保持在流动界面装置10的温度以上的温度。

现参看图2的平面图，流动界面系统具有图1的系统的所有特征(某些特征未展示)，且还界定多个气化器安装台。展示了两个安装台：台12A及12B。

个别流径区段16A及16B分别从安装台12A及12B经由装置10A的热传导主体的部分8的长度来部分地延伸。路径16A与16B在接合点X处合并。共用蒸气流径区段16C经由部分8A的剩余部分且经由界面装置10A的延伸部分9延伸到界面II，其中将蒸气传送到蒸气接收装置22。装置10中的停止阀15A及15B与个别流径16A及16B相关联。如由链接线17所指示，联锁阀15A与15B。在所示的情形中，以确保在可打开另一阀之前必须关闭每一阀的方式来进行此操作。这防止从路径16A及16B的同时流动。

流动界面装置10A从而提供在不干扰界面装置10A与高真空腔室20的密封连接21的情况下针对两个气化器的移除及服务的迅速近接；流动界面装置10A允许服务或填充一个气化器，而含有相同源材料的另一气化器产生蒸气，且允许针对选择性使用来装配两种不同物质的气化器。通过在界面I处提供气化器罐与系统的剩余部分的热隔离，使不活动单元能够冷却，使得所述单元中剩余的材料的任何加料大体上并不降级。

参看图3，流动界面系统具有图2的系统的所有特征(某些特征未展示)。并且，在共用路径16C中，图3的流动界面装置10B包括流量控制装置或节流阀24，后跟随有压力监视器26。这些装置连接到界面系统的流量及加热器控制装置28。控制装置28连接到用于相应气化器14A与14B的温度感测线T_14A与T_14B及加热器电力线P_14A与P_14B。安装台处的辨识装置32A及32B与专用于特定源材料的气化器14A及14B上的识别装置30A及30B相互作用。辨识装置将气化器的类型的识别传达到流量及加热器控制系统28，从而致使后者来选择适当操作限度，及将适当电力施加到相应气化器加热器19。

共用路径C中的流量控制装置24可包含节流阀，例如，改变通路的蒸气传导率的蝶形阀。控制系统可经构造以根据专利申请案WO 2005/060602中所描述的协议来操作，所述专利申请案公开于2005年7月7日，标题为“控制从固体升华的蒸气的流量(Controllingthe Flow of Vapors Sublimated from Solids)”，所述案的全文以引用方式并入本文中。

特定来说，此种节流阀用以传送所要流量的操作视紧在节流阀上游的区域中存在所要的蒸气压力而定。将注意在给定气化器温度下，所产生的蒸气量(及因此其压力)视位置中所剩余的待加热到气化温度的馈入材料的加料量而定。为了补偿材料的原始加料的逐渐耗尽，控制系统感测传送压力且相应地增加气化腔室的温度。气化器系统能够实现增加的温度而无较大延迟是有利的。这在操作期间当调谐操作压力及加热系统以实现整个系统的所要性能时是重要的，且在起动期间这尤为重要。

单一流量控制装置24(其位于共用路径区段16C中)能够选择性地控制来自相应安装台处的两个或两个以上气化器的流量。通过联锁(包括如图2中所描述的链接阀15A及15B的选定位置)，可防止系统一次加热及传输来自一个以上气化器的蒸气。选定气化器、装置10B及装置22经构造以被加热到适当温度，例如，T₁＜T₂＜T₃，其中所有这些温度均限于在选定气化器中的特定材料的安全限度以下的温度T₄。因此，确保在适于选定气化器中的材料的预定安全范围中来施加加热，且确保适当地控制与所述材料相关的其它条件。

参看图4，其展示一系统，所述系统可具有图2或图3的系统的所有特征(某些特征未展示)，且所述系统具备反应性清洁气体源40，其在流动界面装置10C的主体的部分8C中与通路42连通。流动界面装置的延伸部分9A密封到高真空腔室20A的侧壁，且突出到高真空腔室20A中到界面II-A。其界定到蒸气接收装置22A的两个单独流径，用于来自共用蒸气路径的蒸气的流动的路径16C及用于反应性清洁气体的流动的平行但单独的路径42。与蒸气接收装置22A的对应通路22V及22G的密封连接可移除地形成于界面II-A处；每一者可以先前所描述的方式由迷宫式密封件来形成。可由高真空腔室20A的周围侧壁来含有来自任一密封件的泄漏。

如果例如根据图1A-1C来实施，则沿路径A的蒸气接收装置22A的装配及移除移动可实施及断开经由延伸部分9A的蒸气及反应性气体通路两者的密封连接。匹配部分的紧密配合表面可有效地形成如先前所描述的迷宫式真空密封件。

反应性清洁气体源40可为反应性气体的容器，或用于由气体或固体馈入材料来产生反应性气体的构件。

图4的界面装置10C包括阀联锁装置50，所述阀联锁装置50防止蒸气及反应性清洁气体同时流动到蒸气接收装置22A。在优选实施方案中，此通过可逆短管阀来实现，所述可逆短管阀确保在打开另一路径之前完全关闭每一路径。在未展示的替代构造中(其中反应性气体源40为具有用于待解离的馈入气体的馈入气体供应线的反应性气体产生器)，可以可停用供应线的方式来通过到气体产生器的馈入供应线而非通过反应性气体线来形成联锁装置。在此情形中，可单独地形成与蒸气接收装置的反应性气体连接。

参看图5，其展示了图1的通用方案的适应性，其中蒸气接收装置包含高电压离子源22B，其具有离子化腔室90，受控的蒸气流引入到所述离子化腔室90中以进行离子化。通过提取电极及最终能量组合件94的静电吸引来经由提取孔92从离子化腔室90抽取离子，以形成离子束96。将所述离子束沿一束线引导到离子植入器终端站(未图示)。图5的高真空腔室包含离子源真空外壳70，其具备高压绝缘体62(例如，增强环氧树脂的高压绝缘体)。绝缘体62将主要真空外壳部件71与高压终端(在此安装离子源22B及其蒸气馈入系统10D及14)电隔离。真空紧密安装环72提供于绝缘体62的高压侧上。其提供用于可移除地接收离子源22B的安装凸缘76且与安装凸缘76密封的终端凸缘74。离子源结构沿轴线A从安装凸缘轴向延伸到真空腔室中。如图4及图5中的所示，流动界面装置10D的延伸部分9B具有双通路构造，且在21A处密封到安装环72。延伸部分9B突出到高真空腔室中到界面II-B。通过(例如)根据图1A-1C及图4构造用于延伸部分9B的每一通路的界面，此界面可经定位以经由连接来接收可移除离子源，所述连接以先前所描述的方式(例如)通过有效形成迷宫式真空密封件的紧密配合表面来有效形成每一通路的密封件。

呈特定形式的反应性清洁气体产生器40A的反应性气体源具有用于材料(例如，能够被解离的气态氟化合物)的馈入线41。清洁气体产生器经构造以提供解离条件，藉此来产生反应性清洁气体(例如，氟或氟离子)。将其输出引入到界面装置10D中的馈入通路42。如在图4中，反应性气体通路42及蒸气流径16经过联锁装置50(例如短管阀)，其选择性地允许一次仅经由一个通路的流动，从而防止同时流动。有利地，在流动界面装置10D中提供节流阀24及压力监视器26及相关联的控制(例如，图3中所提供的)。反应性清洁气体产生器可包含等离子体腔室或其它能够由固体或气体馈入材料产生反应性清洁气体的设备。

图5的系统可容易地并入公开申请案WO 2005/05994中所示的离子植入器系统中的每一者中，所述公开申请案标题为“用于延伸装备可用时间离子植入的方法和设备(Method and Apparatus for Extending Equipment Uptime Ion Implantation)”，在此方面，所述申请案的内容以如同本文全面阐明的方式以引用的方式并入本文中。

参看图6，离子源22B及类似于图5的蒸气传送系统的蒸气传送系统(14-1、14-2及10E)可具有图1-5的系统的所有特征(某些特征未展示)。在图6中，针对用于产生可离子化蒸气的固体气化器14-1及14-2来界定两个安装台。系统可具有至此所描述的所有联锁装置及安全特征以及一控制系统，所述控制系统经构造以控制气化器的加热及经由界面装置10E的流量。还提供具有与界面系统相关联的管道102的可离子化气体源100(例如，单原子掺杂物质的气体)。其在联锁装置50的下游的点处进行与反应性气体通路42A的连接。反应性清洁气体的气体通路42A及延伸部分9A的相关反应性气体通路的此下游部分从而替代地适用于引入用于提供其它掺杂剂物质的在室温下为气态的可离子化材料。可提供联锁装置(未图示)，以当可离子化蒸气或清洁气体的流动发生时来防止可离子化源气体的流动。

图6A的示意图指示图6的流动特征被并入到传导块120中。也并入到块中的为当加热块时启用清洗块(例如，通过氩)的清洗气体通路。此可在服务系统之前或在引入另一物质的蒸气之前来移除毒性或反应性蒸气的残余物。如图6A中所指示，此系统尤其适于将含有硼的蒸气B_x(例如，十硼烷及十八硼烷)从气化器瓶提供到离子植入器的离子源22B。

图6A的蒸气系统具有类似于用于毒性气体箱的技术的清洗能力。固体气化器罐上的阀V1或V2经构造以远程操作。因此，可远程关闭阀以隔离气化器。还操作(例如以短管阀单元的形式所实现的)联锁气化器选择器阀V3及V4，以将蒸气传送路径与气化器隔离。因此，在瓶隔离阀与气化器选择器阀之间形成气体空腔。此气体空腔将含有剩余蒸气，例如，B_x蒸气。在气化器断开以进行移除之前，通过阀V5或V6的适当致动，经由共用线16C以氩来循环清洗空腔，以消除原本可能泄漏到环境中的任何微量的B_x蒸气。

图7中示意性展示且图7A及7B中所实施的系统可与图6中所示的系统相同且具有其它特征。

在界面I处形成到罐的所有连接。这包括用于为气化器加热器供电的电力连接、用于发信号通知温度及气化器状态的其它参数的信号连接器，及用于控制每一气化器罐内的气动阀的压缩空气。

类似于图6A，在图7、7A及7B中，针对来自两个气化器(图7中的气化器14′、图7A及7B中的气化器14″)的蒸气通路来提供联锁阀V3及V4。联锁装置经展示为由阀元件V3及V4(其为类似于图6的短管阀50的短管阀的部分)所实施。包括图6A的清洗气体特征。

对于启用从气化器的流动，防止危险蒸气组合的混合所需要的严格控制可从属于预建立的协议，其由机电控制系统中的控制逻辑来实施。类似地，机械联锁机构可具有用于更改操作模式的装备。在某些情形中，建立绝对防止气化器之间或选定气化器之间的连通的控制。另一方面，所述控制可实施对于某些气化器的同时流动的允许。此操作为适当且适用的情形为气化器含有相同馈入材料。举例来说，当一个气化器中的加料正接近耗尽时，可使用同时流动，且尽管因经济原因而需要利用整个加料，但还需要开始使用替换气化器。所述策略具有确保充足供应蒸气而不刺激(push)几乎用尽的气化器的加热限度的优点。参看图7C，流动界面装置界定用于四个气化器(或更多)的安装台，每一安装台连接到相应停止阀，且全部由共用通路连通到流量控制系统。用于联锁控制逻辑的实例：实例1：允许气化器1及2同时服务，或允许气化器3及4同时服务。实例2：气化器1或2或3或4可同时服务。

在图7C中所示的实施方案中，例如节流阀(例如，蝶形阀)的两个可变阻抗流量控制装置24A及24B操作以启用较高上游蒸气压力，且有效地实现比单一单元宽的动态范围，使得可实现高及低蒸气流量两者。

图8-11展示了组合至此所描述的流动界面装置的所有特征的实施方案。如图10及图11中的所示，呈包含阀块130的热传导主体的形式的流动界面装置安装于图8及图9中所示的离子源22B的装配及移除路径A下方。阀块130界定用于加热的罐形式的气化器132及134的两个安装台，其通过并入安装台的顶部区中的安装特征而悬挂于流动界面装置。阀块130具有从这些安装台的个别流动通路区段，所述流动通路区段合并成引导到高真空腔室71A(图8及8B)中的共用通路区段。

如图8及图11中的所示且类似于图1A-1C中所示的特征，界面装置130通过其轴环6A而从形成真空外壳安装环72A的部分的安装凸缘72F悬置。因此，系统悬置于高压绝缘体62A的高压侧上。如图1A-1C中的所示，系统的流动通路经由真空外壳内的凸轮连接器而连接到离子源结构。呈等离子体腔室40A′的形式的反应性清洁气体源从阀块130悬置，处于其下方。反应性清洁气体源经构造以解离馈入气体来产生反应性氟。在一个优选形式中，由离子源安装环72A来承载此整个组合件的重量，所述离子源安装环72A又由绝缘体62A支撑。

并入阀块130中的为筒式加热器及阀，其执行相对于先前各图所描述的加热器及阀的安全及流加热及控制功能。薄片金属封闭体140围绕此传送组合件，且具有可打开用于近接的罩盖(包括气化器罩盖142)。此封闭体通过包含高压绝缘体的支脚而从地面支撑。因此，整个蒸气传送系统适合于维持在离子源的高压电位下。

将理解许多其它物理布置为可能的，所述布置仍在连接到绝缘体的安装环的一侧或其它侧处提供所描述的动作且仍在离子源的装配及移除的路径外。

参看图11，展示了气化器单元132及134。如在图1D中，每一气化器单元具有一加热器，且经构造以含有固体馈入材料且将固体馈入材料(例如，十硼烷或十八硼烷)加热到产生待离子化的蒸气的温度。如对于图1D的单元，气化器单元包含具有固体接收容积(通常约一升)的下部罐主体14A，及可拆卸顶部闭合部件14B。其经构造以在适当安装台处从顶部闭合部件垂直悬挂。为此目的，顶部闭合部件界定垂直安装表面，以匹配由流动界面装置10(图1)或其阀块实施方案所界定的安装台的对应表面且与所述对应表面密封。图1D及图11的罐的顶部部件14B还并有允许从罐到安装台的蒸气流动的阀V1。顶部部件14B由热传导材料(例如，铝)形成。

此气化器的加热器19优选地包含一组配合到顶部部件14B中所形成的容器中的筒式加热器元件。重要地，发现定位于可拆卸顶部部件中的此加热器提供足够的热来适当地使固体气化。通过加热器的位置，加热器用以将顶部闭合部件的阀维持在高于固体材料被加热的温度的温度。有利地，为此目的，阀V1的主体由热传导的铝构成，且经由铝顶部部件将其安置成与加热器的传导热传递关系，以将经由阀的蒸气通路大体上维持在加热器温度。

在优选实施方案中，仅存在用于气化器的一个受控加热区。通过组合中的这些特征，发现随着加料被消耗位于气化器罐的顶部节段中的加热器可对下部节段中远程加料产生有效气化。发现所述构造具有足够低的热质量，使得可发生与设定温度的可接受的快速平衡。当操作员调整参数以起始或调谐整个系统的操作时，此允许适当的操作及温度设定的足够迅速的改变。

特定来说，发现所述单元适用于(例如)用蝶形阀实施的基于压力的节流阀蒸气流量控制装置24，其中随着馈入材料加料的消耗，必须逐渐增加气化温度以维持节流阀上游的压力(参见图3、6及7，及相关描述)。

此外且极为重要地，通过此热传递布置可获得的从气化器单元的底部到顶部的正温度梯度防止蒸气凝结及不利沉积物累积在蒸气阀V1(定位于从垂直到水平流的过渡处)及蒸气传送通路(向上入口通路及水平传送通路)中。这些特征策略上接近于加热器而定位，其中温度可靠地高于远程气化空腔的底部中的材料加料的温度。

较详细地，上升通路终止于水平阀座处。水平蒸气通路接着从阀延伸。顶部部分14B容置气动波纹管阀(图1D中的V1、图6A中的V1或V2)，及在图1D中称为“机械超越机构”的“打开允许”机构的一部分。

可在气化器的顶部节段14B中及在阀块流动界面装置10中使用适当类型的筒式加热器。

适当RTD(电阻式热检测器)位于气化器罐单元的底部处及系统中的其它地方。来自底部传感器的用于信号的传导引线延伸到与顶部节段14B的界面处的连接器。通过使单元的全部安装装置与底部节段的安装装置对准来将此连接器与顶部节段的配合连接器横向对准，且经对准顶部节段向下啮合底部节段的移动啮合连接器。

在一个实例中，可将由远程热控制单元所控制的RTD温度传感器的调节温度范围的顶部设定为针对B₁₀H₁₄为40℃及针对B₁₈H₂₂为120℃，且对于一个实例，可将气化器罐单元的顶部中的过温度限制开关设定为针对B₁₀H₁₄气化器罐为50℃及针对B₁₈H₂₂气化器罐为140℃。对于其它馈入材料使用类似温度设定，特定值视所选材料的气化性质而定。

如先前所指示，建立单独热区以防止气化器罐与蒸气接收装置之间的热迁移，此通过引入实质热截断来完成。此防止热从蒸气接收装置进入气化器单元及干扰气化器罐单元的热控制系统。并且，由于此热截断的存在，所安装的气化器罐单元可在经去能且其外部热绝缘经移除之后相对快速地冷却，尽管蒸气接收装置(气化器罐单元安装到其)较热且与另一附着气化器单元在温度下连续操作。尽管流动界面装置(阀块)的连续加热状态，但技工可立刻处理经去能的气化器罐单元以用于移除及替换。或者，可将冷却单元留在适当位置处，同时避免原本将由于来自界面装置的热而发生的馈入材料的剩余加料的实质热降解。

所描述的系统适于由大分子馈入材料安全生产离子束，所述馈入材料包括含有(例如)十硼烷(B₁₀H₁₄)及十八硼烷(B₁₈H₂₂)的化合物的硼。

如本文所描述，图7的系统具有两个气体传送源，来自反应性清洁气体源的气体与来自蒸气传送系统的蒸气。以机械方式链接将NF₃/F及B_x传送到离子源的隔离阀V7及V8(例如，通过短管阀单元来实现)，使得这两个流决不允许交叉连接。

A.应用

一般来说，可在约20度与150度之间的温度下提供至少处于1sccm范围内的流量的任何材料都是用于气化器单元和根据上文所述原理构造的蒸气传送系统的候选材料。

特定描述的气化器和蒸气传送系统的实施例已证明对于以适于执行离子束植入的流量来将十硼烷及十八硼烷蒸气流及碳硼烷蒸气流提供到离子源以植入硼(这实现一定程度的非晶化)尤其有效。

较一般地，所述原理适用于在半导体制造中提供许多应用中较多描述的大分子的蒸气流。实例包括以下分子的蒸气流：(例如)砷及磷的用于n型掺杂的大分子；用于共植入工艺的碳的大分子，其中碳抑制所植入的掺杂物质的扩散，或吸除(截获)杂质，或非晶化衬底的晶格；碳的大分子或用于晶体结构的所谓“应力工程”(例如，针对PMOS晶体管应用晶体压缩，或针对NMOS晶体管应用晶体拉伸)的其它分子；及用于其它目的(包括在半导体制造中的退火步骤期间的热预算及不当扩散的减少)的大分子。所述原理已在实验室中证明适用于硼烷、碳簇、碳硼烷、三甲基锑(trimethylstibine)(即Sb(CH₃)C₃)、砷和磷材料及其它材料。

所述原理适用于离子束植入系统中的实施方案，且适用于硼及用于原子层沉积或产生其它类型的层或沉积物的其它物质的大分子沉积，例如通过等离子体浸没，其包括(举例来说)PLAD(等离子体掺杂)、PPLAD(脉冲等离子体掺杂)及PI³(等离子体浸没离子植入)；原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)。

B.用于簇离子源的馈入材料(概述)

适用的为有效植入含有电掺杂剂物质(例如，元素B、P、As、Sb及In)的多个原子的分子离子，所述元素位于C、Si、Ge及Sn的IV群元素的任一侧上的周期表中；且适用的也为有效植入含有元素(例如，C、Si或Ge)的多个原子的分子离子，所述元素适用于修饰半导体衬底以实行(例如)非晶化、掺杂剂扩散控制、应力工程或缺陷吸除。所述分子离子可适用于制造临界尺寸为60nm及更小的集成电路。在下文中，所述离子将共同称作“簇”离子。

单电荷簇离子的化学组合物具有通式

M_mD_nR_xH_y ⁺ (1)

其中M为适用于衬底的材料修饰的原子，例如C、Si或Ge；D为用于将电荷载流子植入到衬底中的掺杂原子，例如，B、P、As、Sb或In(其来自周期表的III或IV群)；R为自由基、配位基或分子；且H为氢原子。一般地，R或H仅呈现为产生或形成稳定离子所需要的完整化学结构的部分，且对于植入工艺并非特定需要的。大体来说，H对于植入工艺并不显著有害。R对于植入工艺也并不显著有害。举例来说，将不需要R含有例如Fe的金属原子，或例如Br的原子。在上式中，m、n、x及y全部为大于或等于零的整数，其中m与n的总和大于或等于2，即，m+n≥2。在离子植入中特别相关的是具有高M和/或D原子多重性的簇离子(即，m+n≥4的簇离子)，这是由于所述簇离子的低能量、高剂量植入的改进效率。

可用于材料修饰的簇离子的实例为从邻接苯环(例如，C₇H_y ⁺、C₁₄H_y ⁺、C₁₆H_y ⁺及C₁₈H_y ⁺)所衍生的簇离子。可用于掺杂的簇离子的实例为：

·硼氢化物离子：B₁₈H_y ⁺、B₁₀H_y ⁺。

·碳硼烷离子：C₂B₁₀H_y ⁺及C₄B₁₈H_y ⁺。

·磷烷离子：P₇H_y ⁺、P₅(SiH₃)₅ ⁺、P₇(SiCH₃)₃ ⁺。

·砷化氢离子：As₅(SiH₃)₅ ⁺、As₇(SiCH₃)₃ ⁺。

所属领域的技术人员可了解使用除了以上实例中所列出的簇离子外的簇离子的可能性，所述簇离子包括：含有用于材料修饰的Si及Ge的离子、具有不同量的掺杂剂原子及其不同同位素的离子，及具有不同异构结构的离子。双电荷簇离子也一般以显著较小的产率形成，在所述情形中，所述簇离子并不适用于高剂量、低能量的植入。

举例来说，已在美国专利第6,452,338号及美国专利第6,686,595号中由霍斯基(Horsky)等人描述了关于十硼烷的簇植入及簇离子源的方法，所述专利以引用方式并入本文中。在霍斯基(Horsky)等人的在申请中的美国专利申请案第10/251,491号(经公开为美国专利申请案U.S.2004/0002202A1)中揭示了B₁₈H_x ⁺在制造PMOS装置中的使用，所述申请案以引用方式并入本文中。

C.大碳硼烷分子

在文献中解释了这些含硼材料及其离子的性质，参见例如瓦斯佑科娃N.I.(Vasyukova，N.I.)[翻译自Izvestiya Akademii Nauk SSSR，Seriya Khimicheskaya的A.N.Neseyanov Institute of Heteroorganic Compounds，USSR科学研究学会(Academy ofSciences of the USSR)，莫斯科(Moscow)，第1337-1340页，第6号，1985年6月，原文呈递于1984年3月13日，薄莱姆出版(Plenum Publishing)公司]。

参看图18，已成功气化及离子化簇分子o-C₂B₁₀H₁₂。在约42度下可获得优良蒸气流。C₄B₁₈H₂₂也为适用材料。

D.碳的大分子

大体来说，在所有比单体碳植入有益的情形中，任何具有C_nH_y形式(其中n≥4且y≥0)的化学式的烃将增加进入硅中的有效碳剂量率，且提供变化程度的非晶化。荧蒽(Fluoranthane)C₁₆H₁₀在100度的温度下气化，其较佳适于在电子撞击离子源中使用。其气化温度类似于B₁₈H₂₂的气化温度。0.5mA的束电流使8mA当量的碳能够以极低能量(约每碳原子1keV)植入于晶片上。容易实现大于1mA的离子束电流。其它碳簇材料为适用的。举例来说，可潜在使用以下烃：

2，6二异丙基萘(C₁₆H₂₀)

N-十八碳烯(C₁₈H₃₈)

对联三苯(C₁₈H₁₄)

联苄(C₁₄H₁₄)

1-苯基萘(C₁₆H₁₂)

E.用于N型掺杂的大分子

As、P及Sb为N型掺杂剂，即，“供体”。

对于Sb，三甲基锑(trimethylstibine)为优良大分子候选馈入材料，例如，Sb(CH₃)C₃。

对于As及P，所述离子具有AnHx⁺或AnRHx⁺形式，其中n和x为整数，其中n大于4且x大于或等于0，且A为As或P，且R为不含有磷或砷的分子且其对植入工艺无害。

含磷化合物的化学性质

化合物磷烷(phosphane)、有机磷烷(organophosphane)和磷化物视为用于簇磷分子及用于N型掺杂的随后离子的潜在来源。实例包括(1)磷烷，例如，七磷烷(Heptaphosphane)P₇H₃，及环戊磷烷(Cyclopentaphosphane)P₅H₅，(2)有机磷烷，例如，四叔丁基六磷烷(Tetra-tertbutylhexaphosphane)tBu₄P₆、五甲基七磷烷(Pentamethylheptaphosphane)Me₅P₇，(3)磷化物，例如，聚磷化物：Ba₃P₁₄、Sr₃P₁₄，或单磷化物：Li₃P₇、Na₃P₇、K₃P₇、Rb₃P₇、Cs₃P₇。

环状磷烷显现为有利于离子化及随后植入的掺杂剂簇的最有效来源，其中七磷烷P₇H₃显现为具有提供用于离子束植入的简单簇源的最大潜力。

在P _n H _x 及P _n RH _x 化合物中用As替代P

理论化含磷物质及支持合成技术以允许以砷直接替代磷原子来形成类似的砷物质，这是由于外部壳层电子构型的类似性及相同群元素所展示的类似化学反应性。分子预测软件还指示砷替代磷的类似性。As₇H₃的预测分子结构几乎与P₇H₃相同，其中差异限于磷及砷的个别原子半径。P₇H₃及As₇H₃的合成途径为类似且可互换的。此外，因为Si及H两者都对硅晶片上所形成的装置无害，所以化合物As₇(SiH₃)₃及As₅(SiH₃)₅极具吸引力，且经预测为稳定化合物。

此外，可以允许独立于剩余分子结构R选择性地移除含有磷或砷的部分的方式来调配呈A_nRH_x形式的材料。此特性可用以增加安全输送的程度，因为络合物馈入材料较少挥发，因此，与纯组分相比较不受发射影响。剩余材料可留在传输容器中，且在正常循环操作中“再加料”。此外，R分子部分可在含有目标掺杂剂的物质之前经移除、排出或再循环，以在传输期间提供增加的安全裕度。开发许多有机金属化合物的合成途径得到充分证明且在此项技术内已知。

其它相关的含As及含P化合物

除了(P/As)₆中的六元环外，已获得五元环，其中R＝Me、Et、Pr、Ph、CF₃、SiH₃、GeH₃，且出现四元环，其中R＝CF₃、Ph，(N.N.格林伍德(N.N.Greenwood)，A.恩沙瓦(A.Earnshaw)，元素化学(Chemistry of the Elements)，巴式和海明曼有限公司(Butterworth and Heinemann Ltd)，1984，637-697页)。因此，如此项技术中众所周知，羰基与氢化硅为可直接互换的。此外，也已识别磷化硅：Si₁₂P₅。此材料视为极适用于卤基及S/D延伸部分的超浅接合形成中，且还适用于多晶硅栅极掺杂。Si₁₂P₅的质量为约491amu。因此，可以此化合物来执行极浅植入。此外，因为Si常规地用于在传导N型漏极延伸部分植入之前来预非晶化，所以Si₁₂P₅植入将自我非晶化。可能将不存在由此植入所产生的有害射程末端(end-of-range)缺陷，这是因为硅将具有大致与P原子相同的射程，这将损坏保持极浅。因为当缺陷消失时缺陷易于扩散到表面，所以可极有效地将所述缺陷退火。

已描述了本发明方面的许多实施方案。然而，应理解可在不脱离本发明的精神及范围的情况下来进行各种修改。因此，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。

Claims

1.一种呈热传导阀块形式的流动界面装置，所述阀块界定至少一个蒸气通路，所述通路与至少第一及第二蒸气传递界面相关联，一个界面包含经定位以从固体馈入材料的气化器接收蒸气的蒸气入口且与所述通路的入口部分连通，且另一界面包含用于将蒸气从所述通路的出口部分传送到蒸气接收装置的蒸气出口，所述阀块具有至少一个蒸气阀且经构造以加热所述通路且将来自所述气化器的蒸气传送到所述蒸气接收装置。

2.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述蒸气阀为用于调节到所述蒸气接收装置的蒸气流量的流量控制阀。

3.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中蒸气阀为阀系统的一部分，所述阀系统通过使得蒸气从所述蒸气入口流动至所述蒸气接收装置而使得蒸气流动到所述蒸气接收装置。

4.根据权利要求3所述的流动界面装置，其中经启用的另一流动为来自所述阀块所界定的另一蒸气入口的蒸气流动。

5.根据权利要求3所述的流动界面装置，其中另一流动经启用以从反应性清洁气体的源到蒸气接收源。

6.根据权利要求3所述的流动界面装置，其在所述阀块中包括至少两个阀系统，包括：第一阀系统，其启用从经由所述蒸气入口进入的蒸气到所述蒸气接收装置的蒸气流动，且启用从所述阀块所界定的另一蒸气入口到所述蒸气接收装置的流动；及第二阀系统，其启用来自所述阀块所界定的蒸气入口的蒸气流动，或替代地，关闭所有蒸气流动且允许来自反应性清洁气体的流动。

7.根据权利要求1所述的流动界面装置，其在所述阀块中包括至少两个阀系统，包括：第一阀系统和第二阀系统，其中由所述阀块界定至少两个蒸气入口，且所述至少两个蒸气入口经定位以从相应气化器接收蒸气，其中所述两个蒸气入口与相应入口通路部分相关联，经由所述入口通路部分的流动由所述第一阀系统启用，所述入口通路部分沿所述第一阀系统合并成共用通路部分，且所述第二阀系统经布置以选择性地启用经由所述共用通路部分的到所述蒸气接收装置的流动，或替代地，启用从反应性清洁气体的源到所述蒸气接收装置的流动。

8.根据权利要求7所述的流动界面装置，其中包含流量控制阀的另一阀与所述共用通路部分相关联以用于调节到所述蒸气接收装置的蒸气流量。

9.根据权利要求6或7所述的流动界面装置，其中所述第一阀系统或所述第二阀系统包含充当一次允许所述流动中的仅一者的选择器的短管阀。

10.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述阀块与加热器相关联，所述加热器经控制以将所述阀块的温度维持得高于气化器的温度，所述阀块从所述气化器接收蒸气。

11.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述阀块界定经构造以接收及支撑气化器的安装区域。

12.根据权利要求11所述的流动界面装置，其包括热绝缘，所述热绝缘将所述阀块与所述气化器绝缘来界定相应单独热控制区域，以实现将阀块温度维持得高于所述气化器的温度。

13.根据权利要求11所述的流动界面装置，其具有连接器，所述连接器经构造通过相对于所述阀块的气化器的安装运动来与所述气化器的匹配连接器配合，以用于将所述气化器电连接到加热控制系统。

14.根据权利要求11所述的流动界面装置，其中所述阀块界定具有用于接收气化器的支撑突出物的支撑表面的容器，以借此在气化器加热及蒸气传递期间支撑所述气化器。

15.根据权利要求14所述的流动界面装置，其中所述支撑突出物为界定横向蒸气流动通路的横向突出物，所述突出物具有外围侧表面及末端表面，且外围及末端热绝缘部分经提供以实现所述阀块与所述气化器的所述突出物的热隔离。

16.根据权利要求14所述的流动界面装置，其中所述阀块的所述容器经构造以通过所述突出物的线性滑动运动来接收所述气化器的所述支撑突出物，所述流动界面装置安装电连接器，所述电连接器经构造通过相对于所述阀块的气化器的安装运动来可滑动地与所述气化器的匹配电连接器配合，以用于将所述气化器电连接到控制及加热系统。

17.根据权利要求16所述的流动界面装置，其中所述电连接器包括用于将可控制压缩空气供应到所述气化器的气动连接器，以用于选择性地致动所述气化器的阀。

18.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述蒸气阀为流量控制阀，所述界面装置与电源及加热系统相关联，以用于从气化器接收所感测的温度信号且用于将电加热电流施加到所述气化器，以导致所述气化器充分加热来产生所述固体馈入材料的大于所述蒸气接收装置所需的压力且在使所述流量控制阀能够调节到所述蒸气接收装置的蒸气流量的范围中的压力的蒸气。

19.根据权利要求1所述的流动界面装置，其与气化器相组合，所述气化器含有能够产生可离子化蒸气的固体馈入材料。

20.根据权利要求1所述的流动界面装置，其与呈离子源形式的蒸气接收装置相组合，所述蒸气接收装置经构造以产生用于半导体制造的离子。

21.根据权利要求1所述的流动界面装置，其与离子束植入器相组合，其中所述蒸气接收装置包含能够使蒸气离子化以产生用于离子植入的离子束的高电压离子源。

22.根据权利要求19所述的流动界面装置，其中所述固体馈入材料包含能够产生用于生产簇离子的蒸气的簇化合物。

23.根据权利要求22所述的流动界面装置，其中所述簇化合物包含簇硼化合物。

24.根据权利要求23所述的流动界面装置，其中所述化合物包含硼烷或碳硼烷。

25.根据权利要求24所述的流动界面装置，其中所述化合物包含B₁₀H₁₄、B₁₈H₂₂、C₂B₁₀H₁₂或C₄B₁₈H₂₂。

26.根据权利要求22所述的流动界面装置，其中所述簇化合物包含簇碳化合物。

27.根据权利要求26所述的流动界面装置，其中所述簇化合物包含C₁₄H₁₄、C₁₆H₁₀、C₁₆H₁₂、C₁₆H₂₀、C₁₈H₁₄或C₁₈H₃₈。

28.根据权利要求22所述的流动界面装置，其中所述簇化合物包含用于N型掺杂的化合物。

29.根据权利要求28所述的流动界面装置，其中所述化合物包含砷、磷或锑簇化合物。

30.根据权利要求29所述的流动界面装置，其中所述化合物包含能够形成A_nH_x ⁺或A_nRH_x ⁺形式的离子的砷或磷化合物，其中n及x为整数，其中n大于4且x大于或等于0，且A为As或P，且R为不含有磷或砷的分子且其对植入工艺无害。

31.根据权利要求29所述的流动界面装置，其中所述化合物包含选自由磷烷、有机磷烷及磷化物所组成的群组的磷化合物。

32.根据权利要求29所述的流动界面装置，其中所述化合物为P₇H₇。

33.根据权利要求29所述的流动界面装置，其中所述化合物包含包含三甲基锑的锑化合物。

34.根据权利要求33所述的流动界面装置，其中所述化合物包含S_b(CH₃)C₃。

35.根据权利要求22所述的流动界面装置，所述流动界面装置及气化器与离子束植入器相组合，其中所述蒸气接收装置包含能够使从所述固体馈入材料所产生的蒸气离子化以用于离子植入的高电压离子源。

36.根据权利要求1所述的流动界面装置，其具有形成高电压离子源的一部分的蒸气接收装置，且所述流动界面装置经安装以支撑于电绝缘体上。

37.根据权利要求36所述的流动界面装置，其中所述绝缘体为也支撑所述离子源的绝缘体套管，所述蒸气被传送到所述离子源。

38.根据权利要求36或37所述的流动界面装置，其与离子束植入器相组合，其中所述蒸气接收装置包含能够使所述蒸气离子化以产生用于离子植入的离子束的高电压离子源。

39.根据权利要求1所述的流动界面装置，其包括气体清洗系统，所述气体清洗系统用于在从所述阀块断开所述气化器之前将蒸气从所述阀块的所述蒸气入口通路中移除。

40.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述阀块界定用于工艺气体的传送通路。

41.根据权利要求40所述的流动界面装置，其经构造使得所述工艺气体被选择性地引导穿过反应性清洁气体在其它时间被引导穿过的通路。

42.根据权利要求1所述的流动界面装置，其中所述阀块包括传送延伸部分，所述传送延伸部分界定到所述蒸气接收装置的至少两个流径，所述两个流径中的至少一者经构造以输送来自固体馈入材料的蒸气，且另一者经构造以传送工艺气体或反应性清洁气体。

43.根据权利要求2所述的流动界面装置，其中所述流量控制阀为节流类型阀。

44.根据权利要求4所述的流动界面装置，其中所述阀系统一次允许所述蒸气流动中的仅一者。

45.根据权利要求44所述的流动界面装置，其中所述阀系统包含短管阀。

46.根据权利要求4所述的流动界面装置，其与含有相同馈入材料的气化器一起使用，所述流动界面装置包含允许同时来自至少两个气化器的流动的阀系统。

47.根据权利要求46所述的流动界面装置，其中所述阀系统经构造用于第二动作模式，其中所述阀系统一次允许所述蒸气流动中的仅一者。

48.一种用于离子源的流动界面装置，其包含蒸气接收装置，所述离子源经构造以用作离子束植入器的离子源，所述界面装置呈热传导阀块的形式，所述阀块界定至少一个蒸气通路，所述通路与至少第一及第二蒸气传递界面相关联，一个界面包含经定位以从气化器接收蒸气的蒸气入口且与所述通路的入口部分连通，且另一界面包含用于将蒸气从所述通路的出口部分传送到所述蒸气接收装置的蒸气出口，所述阀块经构造以加热所述通路且将来自所述气化器的蒸气传送到所述蒸气接收装置，流量控制阀与所述通路相关联以用于调节到所述蒸气接收装置的蒸气流量，及第一阀系统启用经由所述入口进入到蒸气接收源的蒸气流动及第二阀系统启用到所述蒸气接收源的流动。

49.根据权利要求48所述的流动界面装置，所述流动界面装置与电源及控制系统相关联，其用于使所述气化器充分加热以产生固体馈入材料的大于所述离子源所需的压力且在所述流量控制阀可控制范围中的压力的蒸气。

50.根据权利要求48所述的流动界面装置，其中所述流量控制阀为蝶形阀。

51.根据权利要求48所述的流动界面装置，其中启用来自所述阀块所界定的另一蒸气入口的蒸气流动。

52.根据权利要求48所述的流动界面装置，其中由所述第二阀系统启用的所述流动来自反应性清洁气体的源。

53.根据权利要求48所述的流动界面装置，其在所述阀块中包括启用流动的至少两个阀系统，包括：第一阀系统，其用于启用经由所述蒸气入口到所述蒸气接收装置的蒸气流动，且用于启用从所述阀块所界定的另一蒸气入口到所述蒸气接收装置的另一流动；及第二阀系统，其启用来自所述阀块所界定的蒸气入口的蒸气流动，或替代地，关闭所有蒸气流动且启用从反应性清洁气体的源到所述蒸气接收装置的流动。

54.根据权利要求53所述的流动界面装置，其中与至少两个蒸气入口相关联的蒸气入口通路经定位以从相应气化器接收蒸气，且由所述第一阀系统控制，所述入口通路部分沿所述第一阀系统合并成共用通路，且所述第二阀系统选择性地控制经由所述共用通路部分到所述离子源的流量，或替代地，到所述离子源的所述反应性清洁气体的流量，所述流量控制阀与所述共用通路相关联以用于调节到离子源的蒸气流量。

55.根据权利要求54所述的流动界面装置，其中所述第一阀系统或所述第二阀系统包含短管阀。

56.根据权利要求48所述的流动界面装置，其中所述阀块与加热器相关联，所述加热器经控制以将所述阀块的温度维持得高于气化器的温度，所述阀块从所述气化器接收蒸气。

57.一种从气化器提供蒸气到离子源的方法，所述方法包含以下步骤：

(a)在气化器中产生在气化器出口处可取得的蒸气；及

(b)经由流动界面装置将所述蒸气从所述气化器传递至离子源，所述流动界面装置在所述气化器与所述离子源之间提供流体连通，所述流动界面装置形成为包括通路和阀。

58.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)经由气化器产生蒸气，所述气化器使固体材料气化并在气化器出口处产生蒸气，所述蒸气经由所述流动界面装置流动至所述离子源，所述固体材料包含簇分子。

59.根据权利要求58所述的方法，其进一步包含使从所述固体材料产生的所述蒸气离子化的步骤。

60.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料中产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含：C₁₄H₁₄、C₁₆H₁₀、C₁₆H₁₂、C₁₆H₂₀、C₁₈H₁₄或C₁₈H₃₈。

61.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含用于N型掺杂的化合物。

62.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含砷、磷或锑簇化合物。

63.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含能够形成A_nH_x ⁺或A_nRH_x ⁺形式的离子的砷或磷化合物，其中n和x为整数，其中n大于4且x大于或等于0，且A为As或P，且R为不含有磷或砷的分子且其对离子植入工艺无害。

64.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含选自由磷烷、有机磷烷和磷化物所组成的群组的磷化合物。

65.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含P₇H₇。

66.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含锑化合物，其包含三甲基锑。

67.根据权利要求57所述的方法，其中步骤(a)包含：

(a)从固体材料产生蒸气并在气化器出口处产生蒸气，所述固体材料包含S_b(CH₃)C₃。

68.根据权利要求57所述的方法，其用于产生簇离子。

69.根据权利要求68所述的方法，其进一步包括在半导体材料中植入所述离子的步骤。

70.根据权利要求69所述的方法，其进一步包括将所产生的所述离子形成为束以进行离子植入的步骤。