CN109312451B - 使用固体碘化铝(AlI3)的注入制造原子铝离子及碘化铝与相关副产物的原位清洁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子注入系统(101)，包括配置成由碘化铝形成离子束(116)的离子源(108)。束线总成选择性将离子束输送到配置成接受该离子束以将铝离子注入工件(128)中的终端站(106)。离子源可具有固态材料源(112)，该固态材料源具有固体形式的碘化铝。固体源蒸发器(146)可配置成蒸发碘化铝，界定气态碘化铝。电弧腔室(114)可由气态碘化铝形成等离子体，其中来自电源(110)的电弧电流配置成从碘化铝中离解铝离子。一个或多个引出电极(118)可配置成从电弧腔室中引出离子束。任选地，水蒸汽源(150)进一步引入水与残余碘化铝反应形成氢碘酸，其中从系统中排空残余碘化铝和氢碘酸。

Description

使用固体碘化铝(AlI3)的注入制造原子铝离子及碘化铝与相 关副产物的原位清洁
技术领域
本申请要求于2016年6月21日提交的名称为《IMPLANTATION USING SOLIDALUMINUM IODIDE(ALI3)FOR PRODUCING ATOMIC ALUMINUM IONS AND IN SITU CLEANINGOF ALUMINUM IODIDE AND ASSOCIATED BY-PRODUCTS》的美国临时申请第62/352,673号的权益，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及离子注入系统，更具体涉及一种利用碘化铝离子源材料和相关束线组件注入铝离子的离子注入系统，其具有用于原位清洁离子注入系统的机制。
背景技术
离子注入是半导体器件制造中所采用的物理过程，选择性将掺杂剂注入半导体和/或晶片材料。因此，注入行为并不依赖于掺杂剂及半导体材料间的化学交互作用。对于离子注入，使离子注入机的离子源中的掺杂剂原子/分子离子化、加速、形成离子束、分析并扫过晶片，或者使晶片扫过离子束。掺杂离子以物理方式轰击晶片、进入表面并在与其能量有关的深度下停止在该表面下方。
离子注入机中的离子源通常通过使电弧腔室中的源材料离子化来产生离子束，其中源材料的组分是所需的掺杂元素。然后以离子束的形式从离子化的源材料中提取所需的掺杂元素。
常规上，当铝离子是所需的掺杂元素时，出于离子注入的目的，使用诸如氮化铝(AlN)和氧化铝(Al2O3)的材料作为铝离子的源材料。氮化铝或氧化铝是固体绝缘材料，通常将其放置于(在离子源中)形成等离子体的电弧腔室中。
常规上，引入气体(例如氟)来化学蚀刻含铝材料，由此使源材料离子化，提取铝并使其沿束线转移到位于终端站中的碳化硅工件以便注入其中。含铝材料例如通常与电弧腔室中的某种形式的蚀刻剂气体(例如BF3、 PF3、NF3等)一起用作铝离子的源材料。然而，这类材料具有产生绝缘材料(例如AlN、Al2O3等)并与来自电弧腔室的预期铝离子一起发射的不利副作用。
该绝缘材料随后涂覆离子源的各种组件，如引出电极，然后这些引出电极开始构建电荷并且不利地改变这些引出电极的静电特性。电荷积聚的后果导致引出电极通常称为电弧放电或“毛刺化”的行为，因为积聚的电荷电弧放电到其他组件和/或接地。在极端情况下，引出电极电源的行为可能发生改变和失真。这通常导致不可预测的光束行为并且导致束电流减小以及清洁与离子源相关联的各种组件的频繁预防性维护。此外，来自这类材料的薄片和其他残留物可在电弧腔室中形成，从而改变其操作特性，这就导致额外的频繁清洁。
发明内容
本发明通过提供改善用于铝注入物的离子注入系统中离子源性能并延长离子源寿命的系统、装置和方法而克服现有技术的局限性。据此，下文提出本发明的简要发明内容，提供对本发明某些方面的基本理解。本发明内容并非本发明的详尽综述。本发明内容既非旨在确认本发明的关键或关键要素，亦非旨在描述本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。
本发明的各方面促进用于将铝离子注入工件的离子注入工艺。根据某个示例性方面，一种离子注入系统的离子源包括固态材料源，该固态材料源包括固体形式的碘化铝。在某个实例中，该碘化铝呈粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种或多种。
所述离子注入系统例如进一步包括配置成选择性输送离子束的束线总成，其中终端站配置成接受该离子束以将铝离子注入工件中。
固体源蒸发器例如配置成蒸发碘化铝，从而界定气态碘化铝。电源可可操作地耦合到电弧腔室，该电弧腔室配置成由气态碘化铝形成等离子体，其中来自电源的电弧电流配置成从碘化铝离解铝离子。更进一步，一个或多个引出电极可配置成从电弧腔室引出离子束，其中该离子束由铝离子组成。
根据某个实例，固体源蒸发器包括配置成将碘化铝加热到约90℃至 100℃的蒸发温度的一个或多个加热元件。
根据另一实例，进一步提供引出电源并且使其与一个或多个引出电极相关联。一个或多个引出电极例如包括引出孔径，其中来自引出电源的引出电流配置成通过该引出孔径引出离子束。
根据另一实例，提供真空系统并将其配置成选择性基本上排空离子注入系统的一个或多个组件，如电弧腔室。根据另一实例，进一步提供引水装置并将其配置成将水蒸汽引入离子注入系统的一个或多个组件，如离子源。在又一实例中，提供共伴气源并将其配置成向电弧腔室提供共伴气体以便辅助形成等离子体。
根据本发明的另一示例性方面，提供一种用于将铝离子注入工件的方法。在某个实例中，所述方法包括蒸发固体碘化铝源材料，其中界定蒸发的碘化铝源材料。将蒸发的碘化铝源材料提供给离子注入系统的离子源，并且将该碘化铝源材料在离子源中离子化。从离子源进一步引出含有铝离子的离子束并将其导向工件，从而将该铝离子注入工件中。
根据某个实例，残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种形成在离子注入系统的一个或多个内部组件上，并从中清洁。清洁残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种例如包括将水蒸汽引入离子注入系统的内部组件，其中水蒸汽与残余铝反应，排空离子注入系统而形成氢碘酸。更进一步，通过经由真空系统排空离子注入系统，从离子注入系统中除去反应的残余碘化铝和未反应的碘化铝。可原位引入水蒸汽，其中可进一步迭代地引入水蒸汽并将该系统排空，以除去残余碘化铝和氢碘酸。
根据另一实例，将水蒸汽引入离子注入系统的同时执行关闭射束。关闭射束包括在电弧腔室中维持活性氩等离子体，从而基本上防止非离子化环境与离子注入系统的冷却同时发生。
上述发明内容仅旨在给出本发明某些实施方案的某些特征的简要概述，并且其他实施方案可包括较上述内容补充和/或不同的功能。特别是，本发明内容不应解释为限制本申请的范围。因此，为达成上述相关目的，本发明包括下文描述并在权利要求书中具体指出的特征。下文的附图说明及具体实施方式详细阐述本发明的某些说明性实施方案。但这些实施方案是指各种方式中可运用本发明原理的几种方式。结合附图考虑时，参阅下文的具体实施方式能够更清楚地理解本发明的其他方面、优势及新颖性特征。
附图说明
图1示出根据本发明几方面的利用碘化铝离子源材料的示例性真空系统的框图；
图2示出根据本发明另一方面的示例性蒸发器；
图3示出使用碘化铝作为源材料将铝离子注入工件的示例性方法；
图4示出使用碘化铝作为源材料的用于清洁离子注入系统的示例性方法。
具体实施方式
本发明大体上涉及离子注入系统以及与其相关联的离子源材料。更具体而言，本发明涉及所述离子注入系统的组件，其使用碘化铝(AlI3)固体源材料来制造原子铝离子以在高达1000℃范围内的各种温度下电掺杂硅、碳化硅或其他半导体衬底。另外，本发明提供在离子注入过程期间和/或之后对碘离子及其副产物的原位清洁。
据此，现将结合附图对本发明予以阐述，其中相同的附图标记通篇可指相同的元素。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限定目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。另外，本发明的范围不应受到下文参照附图所述的实施方案或实施例的限制，而仅受所附权利要求书及其等同变化的限制。
还需注意，附图用于说明本发明实施方案的某些方面，由此应视为仅供示意性说明。特别地，根据本发明的实施方案，附图中所示的元件并不一定相互成比例绘制，将附图中各元件的布置选为可清楚理解相应的实施方案，不得理解为必然表示实施中各组件的实际相对位置。此外，若非特别注明，则本文所述的各实施方案及实施例的特征可相结合。
还应理解，在以下描述中，在图中所示或文中所述的功能模块、装置、组件、电路元件或其他实际部件或功能部件之间的任何直接连接或耦接亦可通过间接连接或耦接来实施。此外还应理解，在图中所示的功能模块或部件在一个实施方案中可作为独立特征或电路形式实施，在另一实施方案中亦可或可选择以共同特征或电路来全部或部分实施。举例而言，几个功能模块可作为在共同处理器(如信号处理器)上运行的软件形式实施。应该进一步瞭解的是，在以下说明书中被描述成有线(wire-based)的任何连接亦可被实作为无线传送，除非另有注明。
根据本发明的一方面，图1表示示例性的真空系统100。本实例中的真空系统100包括离子注入系统101，但亦涵盖其他各类型的真空系统，如等离子处理系统或其他半导体处理系统。离子注入系统101例如包括终端 102、束线总成104及终端站106。
一般而言，终端102中的离子源108耦合到电源110。离子源108配置成将离子源材料112离子化成电弧腔室114中的多个离子，并且经由一个或多个引出电极118从中形成且引出离子束116。一个或多个引出电极118 例如包括引出孔径119，通过该引出孔径引出且界定离子束116。引出电源 120例如与一个或多个引出电极118相关联。从引出电源120供应到一个或多个引出电极118的引出电流121例如配置成通过引出孔径119引出离子束116。紧邻引出孔径119的独立电极122可例如经偏置来抑制靠近电弧腔室114的中和电子的反流或者通过该引出孔径返回。根据本发明的某个实例，离子源材料112设置在离子源108的电弧腔室114中，其中该离子源材料包括碘化铝(AlI3)，如下文进一步详细讨论。
在本实例中，引导离子束116穿过射束控向设备124且穿出孔径126 射向终端站106。在终端站106中，离子束116轰击工件128(例如硅晶片、碳化硅、显示面板等半导体)，将该工件选择性夹持或安装至夹盘130(例如静电夹盘或ESC)。一旦注入的离子嵌入工件128的晶格时，则其改变工件的物理和/或化学性质。鉴此，离子注入用于半导体装置的制造和金属表面处理以及材料科学研究中的各种应用中。
本发明的离子束116能够采取任何形式，如笔状束或点状束、带状束、扫描束或引导离子指向终端站106的任何其他形式，并且所有这些形式均属本发明的范围内。
根据一典型方面，终端站106包括处理腔室132，如真空腔室134，其中处理环境136与该处理腔室关联。处理环境136一般存在于处理腔室132 内，在某个实例中，该处理环境包括由耦接到处理腔室并配置成大体上将该处理腔室抽成真空的真空源138(例如真空泵)所产生的真空。应当指出，真空系统138可配置成选择性基本上排空真空系统100的各种其他组件，如与终端102、束线总成104和终端站106相关联的任何组件。举例而言，真空系统138可有利地配置成基本上排空离子源108的电弧腔室114。另外，提供控制器140，用于真空系统100的整体控制。
本发明领会到，经发现形成有基于碳化硅固态的器件(未示出)的工件128具有比基于硅的器件更佳的热特性和电特性。在潜在高温下转换大量相对高压的应用中，碳化硅固态器件例如具有比传统硅固态器件更佳的热特性和电特性。举例而言，基于碳化硅的器件可有利地在高压和高温设备(如电动汽车等)中实施。
然而，离子注入包含碳化硅的工件128利用类别不同于硅工件所用那些的注入掺杂剂。当将离子注入包含碳化硅的工件128时，例如通常进行铝和氮的注入，由此将铝和氮离子分别注入工件中。氮注入物例如相对简单，因为氮可作为气体引入离子源108，由此与氮注入物相关联的氮离子的离子化和引出提供相对容易的调谐、清理等。然而，与铝注入物相关联的铝离子的离子化和引出更难，因为目前少有公知的良好铝气态源溶液。
据此，本发明涵盖施用碘化铝(AlI3)作为离子源材料112，以便在离子源108中产生原子铝离子。迄今为止，尚未施用碘化铝作为离子源材料 112，发明人目前认识到施用碘化铝能减少铝离子注入物中常遭遇到的绝缘材料和薄片等的形成。照此，当利用碘化铝作为源材料112时，在常规铝离子注入中所见的绝缘材料不会产生并且不会积聚在与离子源相关联的各种组件中或这些组件上。据此，有利地延长离子源108和引出电极118的使用寿命，在离子注入系统101的操作期间产生更稳定的离子束116，并且通过利用碘化铝作为离子源材料112而能够显著提高束电流。
本发明在创造性方面领会到，当以固体形式提供碘化铝作为离子源108 中的源材料112时，可产生单原子铝离子，由此该铝离子可用于在室温至 1000℃温度范围内电掺杂包含碳化硅、硅或其他材料的工件128。照此，通过利用碘化铝(AlI3)作为源材料112，本发明较现有技术中公知的技术提高离子源108的使用寿命、改良束电流并且改进离子注入系统101的各种其他操作特性。
因此，根据本发明，提供碘化铝(AlI3)作为固态材料源142，将其插入与离子注入系统101相关联的固体源蒸发器144(例如圆柱炉)中。离子注入系统101例如可包括美国马萨诸塞州比佛利的Axcelis Technologies Inc. 制造的适用离子注入机。举例而言，将碘化铝以粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种或多种放置到固体源蒸发器144中。在插入固体源蒸发器144之后，将碘化铝加热到蒸发温度(例如90至100℃)，以产生气态物质的逸出，足以引入离子源108的电弧腔室114作为源材料112形成等离子体。该等离子体的形成可使用或不使用共伴气体148(例如氩)来完成，以有助于启动在电弧腔室114中形成等离子体。举例而言，固体源蒸发器 144包括配置成将碘化铝加热到蒸发温度的加热装置146(例如一个或多个加热元件或加热线圈)。
当碘化铝在固体源蒸发器144中达到适当的温度(例如蒸发温度)时，放出的材料足以在离子源108的电弧腔室114中单独使用碘化物或与共伴气体148组合产生稳定的等离子体。据此，然后经由引出电极118静电引出单个原子铝离子以形成离子束116，该离子束116被进一步操纵并输送到工件128以向其注入铝。
本发明进一步提供一种从离子源108及周围区域中原位清洗碘化铝及其任何副产物的技术，这是由于使用碘化铝(AlCI3等)作为铝源材料用于注入原子铝离子至包括硅、碳化硅或其他半导体衬底的工件128而产生。
如上所述，可从固态材料源142向离子注入系统101中的固体源蒸发器144提供碘化铝。该碘化铝例如通过将其加热到固体源蒸发器144中的适当温度而蒸发，由此所得的碘化铝蒸汽在离子源108的电弧腔室114中被离解，然后被离子化，以便产生用于离子注入过程以离子束116形式引出的原子铝离子。应当指出，与碘化铝相关联的未离子化(例如分子或非离解)的材料可能积聚在离子注入系统101的内表面上，或者它们分解成各种组分。例如，这种碘化铝分解的主要成分是碘化铝、铝、碘和碘化氢。如上所述，铝是用于离子注入过程的离子束116的期望目标材料成分，而当碘存在于整个离子注入系统101中时，碘具相对惰性。然而，碘化氢具反应性并且具有化学分解形成氢碘酸的倾向，该氢碘酸是强腐蚀性酸。
与离子源108相关联的固体源蒸发器144例如可在惰性环境(例如氩、氮或其他惰性气体环境)中从固态材料源142手动装载源材料112(碘化铝)，以免源材料与空气中的水分反应。举例而言，固体源蒸发器144和离子源108中的一个或多个可与离子注入系统101分离并放置在“手套箱 (glove box)”中，用于在惰性环境中手动装载源材料112。然后可将离子源108和/或固体源蒸发器144重新安装在离子注入系统101中，由此至少将离子源108真空泵送至离子注入系统的操作压力。
例如，在固体源蒸发器144中加热源材料112(碘化铝)，直到其形成蒸汽(例如气相)，由此该蒸汽迁移或以其他方式引入电弧腔室114中，其中如上所述将铝离子化、引出作为离子束116并输送到工件128。未反应的碘化铝具有在较冷表面(例如温度低于约90至100℃的表面)再固化的倾向，如与离子源108及其他束线组件相关联的内表面149。由于碘化铝的蒸发温度，碘化铝在较热的表面(例如温度大于约90至100℃的表面)上趋于不再固化。
本发明领会到，作为与氢或含氢化合物(如水)反应的副产物的碘化氢可形成或以其他方式涂覆离子源108(及其他束线组件)的内表面149。举例而言，当固体源蒸发器144中的碘化铝材料耗尽时，可从离子注入系统101移除离子源108，由此可清洁该离子源并重新加载碘化铝以继续该过程。然而，此时离子源108的内表面149上未反应的碘化铝和碘化氢可能暴露于含湿空气中形成额外的碘化氢和氢碘酸。
然而，本发明有利地领会到，如果碘化铝原位暴露于水蒸汽，则可形成液体状残余物，由此可经由真空系统138(例如有毒气体排气或其他真空系统)泵空并除去液体状残余物。因此，本发明涉及将离子源108和/或离子注入系统101的其他组件原位暴露于水蒸汽以助于其清洁和维护。例如，原位暴露可具周期性，如在日常关闭循环期间，或其可在该离子源使用寿命终结时以单次暴露(例如吹扫和泵循环)进行。作为替代方案，可使用单独的专用容器来清洁离子源108。
在预定时间将水蒸汽引入离子源108的壳体内各个部分可有利地使碘化氢与氢碘酸反应以使其被真空系统138除去并有助于中和任何剩余的材料，以便用碱性溶液(如异丙醇或其他危害较低的溶剂)清洗剩余的材料。例如，可控制水蒸汽的引入以安全地使碘化铝副产物反应，以便尽量减少有害的化学反应和/或腐蚀性方面。
本发明领会到，若无上述使用水的原位清洁，在内表面149上形成的大量未反应的碘化铝和氢碘酸可能导致特殊的去污方案和处理。因此，本发明涉及将水蒸汽引入真空系统100(或作为替代的外部容器)，以便能够有意地形成碘化铝副产物(例如通过排气)，并且考虑经由真空系统138除去这类副产物。例如可在常规机器停机期间，如通过利用备用束操作(例如过夜)，原位完成除去碘化铝副产物。作为替代方案，除去碘化铝副产物可在离子源108或蒸发器144的使用寿命终结时经由一系列单独的吹扫/泵循环或经由单次吹扫在原位完成，然后是泵空循环。本发明进一步涉及在较高压力(如大气压)下进行吹扫/泵抽或单次吹扫。可进一步提供专用的外部容器(未示出)，用于上述吹扫和泵抽。
将水或水蒸汽引入真空系统100可通过输水系统150来完成。图2示出示例性输水系统150，其中引水装置152(如美国马萨诸塞州比佛利的零件号110126300)配置成从蓄水器154接收水以将水或水蒸汽原位引入图1 的真空系统100。
因此，本发明使用放置在蒸发器144中的粉末状或其他固体碘化铝，并将其加热到蒸发温度(例如经由加热装置146)。因此，将该碘化铝蒸发，由此将蒸发的材料转移到离子源108的电弧腔室114中，在此将其进一步离子化并沿着束线输送以注入到工件128中。
图3示出提供用于将铝离子注入工件的示例性方法200。应当指出，虽然本文用一系列动作或事件来例示和描述这些示例性方法，但应领会本发明不限于这些动作或事件的所示顺序，因为根据本发明，一些步骤可以不同的顺序及/或与本文例示和描述的其他步骤同时进行。除此之外，并非所有被例示的步骤皆被需要以实行根据本发明的方法。此外应理解，所述方法可结合本文所述的系统以及结合文中未示的其他系统来实施。
如图3所示，方法200始于动作202，蒸发固体碘化铝源材料，其中界定蒸发的碘化铝源材料。在动作202中提供的固体碘化铝源材料例如最初呈粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种。
在动作204中，将蒸发的碘化铝源材料提供给离子注入系统的离子源，如图1所示离子注入系统101的离子源108。在图3的动作206中，将碘化铝源材料在离子源中离子化。在动作208中，从离子源中引出含有铝离子的离子束，如经由图1中的一个或多个电极118。在图3的动作210中，将离子束引向工件，从而将铝离子注入工件中。
根据某个实例，在执行动作206、208和210中的一个或多个时，可在离子注入系统的一个或多个内部组件上形成残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种，由此可从离子注入系统的一个或多个内部组件中进一步清洁残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种。举例而言，清洁残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种可包括将水蒸汽引入离子注入系统的内部组件并排空该离子注入系统，其中基本上除去水蒸汽以及残余碘化铝和氢碘酸。
在另一实例中，可通过将大气和蒸发水中的一种或多种引入离子注入系统的内部组件中，并将水蒸汽引入离子注入系统的内部组件。
本发明进一步领会到碘化铝传统上是难以处理的材料，因为它是从大气中吸水形成氢碘酸的吸湿材料。据此，碘化铝及其副产物通常难以处理 (例如，通常使用具有惰性气体的手套箱来处理材料)，并且在使用后常需仔细清洁与副产物接触的组件等。然而，本发明考虑通过在所需的加工温度(例如90至100℃的温度范围)下在蒸发器中提供碘化铝，以便用于在离子注入系统中注入铝的碘化铝，由此该碘化铝表现良好而不产生绝缘或先前使用氧化铝等所遭遇的其他有害副产物。
正如任何源材料，在使用碘化铝之后留下残余材料。当使用气态源材料进行注入时，可经由真空系统将残余材料泵出系统。然而，当使用固体源材料进行注入时，残余物通常是出自离子源的未离子化的固体，由此该未离子化的材料覆盖其沿着束线遇到的下一个冷表面。使用碘化铝，未离子化的碘化铝可沿着束线涂覆较冷的组件。此外，由于碘化铝具吸湿性，故将组件移除并随后暴露于空气中的水蒸汽会导致清洁困难。然而，本发明有意在固体材料充电寿命终结时经由空气中的水蒸汽(例如原位)引入水蒸汽，或者经由主动水泄放而有意液化该材料，以便随后通过真空系统排空。
因此，本发明引入水或水蒸汽以液化或蒸发剩余的碘化铝，并随后通过标准排空除去所述液化或蒸发的材料。图4进一步示出用于这种清洁的示例性方法300。本发明领会到，仍可执行一些手动清洁以除去顽固沉积物，但大部分碘化铝有利地经由水蒸汽除去。可使用异丙醇进一步执行手动清洁。
根据本发明的某个示例性方面，方法300包括在动作302中经由碘化铝的离子化将铝离子注入工件中。在动作302中注入铝离子例如可包括图3 的方法200。如图4所示，方法300在步骤304中注入铝离子之后继续将水蒸汽引入离子注入系统。在动作304中引入水蒸汽使水蒸汽与动作306中已形成、溅射或以其他方式沉积在离子注入系统的一个或多个组件的一个或多个内表面上的残余碘化铝反应。在动作306中水蒸汽与残余碘化铝反应例如形成一种或多种产物，如氢碘酸和未反应的残余碘化铝。
在动作308中，将离子注入系统排空，其中除去残余碘化铝与水的一种或多种反应产物，如经反应和未反应的残余碘化铝和氢碘酸。例如可原位执行动作304、306和308。另外，可迭代地执行在动作304中引入水蒸汽、在动作306中使水蒸汽与残余碘化铝反应并且在动作308中排空离子注入系统。
应当指出，在动作304中将水蒸汽引入离子注入系统可包括蒸发水并将蒸发的水引入离子注入系统的离子源。据此，在动作306中，水蒸汽与可溅射到离子注入系统内的冷表面上的碘化铝反应。
还应指出，在动作304中可与引入水蒸汽同时形成氩离子束，其中保持离子注入系统内的升温环境。例如，氩离子束可视为关闭射束，由此在电弧腔室中保持活性氩等离子体，从而基本上防止非离子化环境与离子注入系统的冷却同时发生。
根据另一实例，冷却离子源的同时引入水蒸汽。另外，周期性引入少量水蒸汽，可在操作期间连续保持系统的清洁，最终无需大量的清理。
作为替代方案，离子注入系统的一个或多个组件可在源材料使用结束时暴露于大量水蒸汽，其中将系统泵送下来，并且重复曝露几次。由于低温特性，应领会到，温热的组件不会受到材料堆积的影响，并且这种积聚经常发生在非束撞击区域。
在某个实例中，在使用固体源材料的工作循环结束时(例如生产日结束)，运行“关闭射束”(例如氩束)以在蒸发器温度降低且材料冷却时将活性等离子体保持在电弧腔室中，因此在冷却时基本上防止非离子化环境。因此，该氩束保持组件温热，并且在冷却期间，在该日操作的最后几小时期间将受控量的水蒸汽注入系统中。
作为原位引入水蒸汽的替代方案，将更大量的水蒸汽引入系统并随后排放到空气中，由此将碘化铝液化或蒸发，然后经由真空系统泵出。
尽管本发明已针对某一或某些实施例加以表示及叙述，然而应该要注意到：上文所述实施例仅是充当本发明一些实施例的实施方式的实例，并且本发明的应用不受到该些实施例的侷限。特别是关于上述组件(总成、元件、电路等)所实行的各种功能，若非另作注明，则用来描述这些组件的术语(包括引用“机构”)是指对应于执行上述组件具体功能的任何组件(即在功能上等效)，即使是结构上不等效于本发明示例性实施方案中所示的执行本文所述功能的所述结构。此外，虽仅就几种实施方案之一揭示本发明的具体特征，但若适于或利于任何给定或特定的应用，则这一特征可结合其他实施方案中的一个或多个其他特征。据此，本发明不受限于上面所述的实施例，但意欲仅受到附加权利要求及其等效范围的限制。

Claims (20)

1.一种离子注入系统的离子源，包括：
固态材料源，其包括固体形式的碘化铝；
固体源蒸发器，其配置成蒸发所述碘化铝，从而界定气态碘化铝；
电源；
引水装置，其配置成将水蒸汽引入所述离子源；
电弧腔室，其配置成由所述气态碘化铝形成等离子体，其中来自所述电源的电弧电流配置成从所述碘化铝离解铝离子；以及
一个或多个引出电极，其配置成从所述电弧腔室中引出离子束，其中所述离子束由铝离子组成。
2.如权利要求1所述的离子源，其中，所述固体源蒸发器包括配置成将所述碘化铝加热到蒸发温度的一个或多个加热元件。
3.如权利要求1所述的离子源，其中，所述固体源蒸发器配置成将所述碘化铝加热到90℃至100℃。
4.如权利要求1所述的离子源，其中，所述碘化铝呈粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的离子源，进一步包括与所述一个或多个引出电极相关联的引出电源，其中所述一个或多个引出电极包括引出孔径，并且其中来自所述引出电源的引出电流配置成通过所述引出孔径引出所述离子束。
6.如权利要求1所述的离子源，进一步包括配置成选择性基本上排空所述电弧腔室的真空系统。
7.如权利要求1所述的离子源，进一步包括配置成向所述电弧腔室提供共伴气体以便辅助形成所述等离子体的共伴气源。
8.如权利要求7所述的离子源，其中，所述共伴气体包括氩。
9.一种离子注入系统，包括：
离子源，其配置成从碘化铝形成离子束，其中所述离子束由铝离子组成；
引水装置，其配置成将水蒸汽引入所述离子注入系统；
束线总成，其配置成选择性输送所述离子束；以及
终端站，其配置成接受所述离子束，用于将所述铝离子注入工件中。
10.如权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述工件包括碳化硅。
11.如权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述离子源包括：
固态材料源，其包括固体形式的碘化铝；
固体源蒸发器，其配置成蒸发所述碘化铝，从而界定气态碘化铝；
电源；
电弧腔室，其配置成由所述气态碘化铝形成等离子体，其中来自所述电源的电弧电流配置成从所述碘化铝离解所述铝离子；以及
一个或多个引出电极，其配置成从所述电弧腔室中引出所述离子束。
12.如权利要求9所述的离子注入系统，进一步包括配置成基本上排空所述离子注入系统的一个或多个部分的真空系统。
13.如权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述碘化铝呈粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种或多种。
14.如权利要求11所述的离子注入系统，其中，所述离子源进一步包括配置成向所述电弧腔室提供共伴气体以便辅助形成所述等离子体的共伴气源。
15.如权利要求14所述的离子注入系统，其中，所述共伴气体包括氩。
16.一种将铝离子注入工件内的方法，该方法包括：
蒸发固体碘化铝源材料，其中界定蒸发的碘化铝源材料；
将所述蒸发的碘化铝源材料提供给离子注入系统的离子源；
将所述离子源中的碘化铝源材料离子化；
从所述离子源中引出含铝离子的离子束；以及
将所述离子束导向工件，从而将所述铝离子注入所述工件中；
将残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种形成在所述离子注入系统的一个或多个内部组件上；以及
从所述离子注入系统的一个或多个内部组件中清洁残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种， 其中清洁残余碘化铝和氢碘酸中的一种或多种包括将水蒸汽引入所述离子注入系统的所述内部组件，并排空所述离子注入系统，其中基本上除去水蒸汽以及残余碘化铝和氢碘酸。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述固体碘化铝源材料最初呈粉末形式、颗粒形式和块状固体形式中的一种。
18.如权利要求16所述的方法，其中，将所述水蒸汽引入所述离子注入系统的所述内部组件包括将大气和蒸发的水中的一种或多种引入所述离子注入系统的所述内部组件。
19.如权利要求16所述的方法，包括迭代地引入所述水蒸汽，并排空所述离子注入系统。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述水蒸汽被原位引入。
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