JP2023154377A - Vaporizer, ion source equipped with the same, and method for manufacturing aluminum-containing vapor - Google Patents

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Abstract

To provide a new vaporizer capable of solving the problem of insulation of an extraction electrode without using hydrogen gas.SOLUTION: A vaporizer 1 includes a crucible 2 in which an aluminum-containing solid material 7 is placed, and a heater 5 that heats the crucible 2, and the crucible 2 includes a chlorine-containing gas inlet 2b that introduces chlorine-containing gas into the crucible 2, and a steam release port 2a that releases aluminum-containing steam generated by heating the reaction product of the chlorine-containing gas and the solid material 7 to the outside of the crucible 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

気化器と当該気化器を有するイオン源、ならびにアルミニウム含有蒸気の生成方法に関する。 The present invention relates to a vaporizer, an ion source including the vaporizer, and a method for producing aluminum-containing vapor.

炭化ケイ素(SiC)デバイスは、電気自動車、鉄道、発電所等の高電圧、高温用途への利用が期待されており、SiCデバイスの製造プロセスは、イオン注入プロセスを使用するという点で、従来のシリコンデバイスと同様のものが利用されている。 Silicon carbide (SiC) devices are expected to be used in high-voltage, high-temperature applications such as electric vehicles, railways, and power plants. Something similar to a silicon device is used.

SiCデバイスのイオン注入プロセスでは、PN接合の製作にあたり、窒素イオンやリンイオンをN型ドーパントとして、アルミニウムイオンやホウ素イオンをP型ドーパントとして、SiCウエハに注入している。 In the ion implantation process for SiC devices, nitrogen ions and phosphorus ions are implanted as N-type dopants, and aluminum ions and boron ions are implanted as P-type dopants into a SiC wafer to produce a PN junction.

窒素イオンやリンイオン、ホウ素イオンは、原料となるガスをプラズマ化することで生成される。
一方、アルミニウムイオンの生成にあたっては、原料となる最適なガスがなく、アルミニウム含有の固体材料とフッ素含有ガスに代表される補助ガスが使用されている。
Nitrogen ions, phosphorus ions, and boron ions are generated by turning raw material gas into plasma.
On the other hand, when generating aluminum ions, there is no optimal gas as a raw material, and solid materials containing aluminum and auxiliary gases such as fluorine-containing gases are used.

特許文献1には、アルミニウム含有の固体材料を用いたアルミニウムイオンを含むイオンビームの生成方法が開示されている。
アルミニウム含有の固体材料をイオン源のプラズマ生成室に配置する。次に、三フッ化リンや五フッ化リン、三フッ化ホウ素などのフッ素成分を含む腐食性ガスをプラズマ生成室に供給し、フッ素イオンとフッ素ラジカルを含むプラズマを生成する。
Patent Document 1 discloses a method for generating an ion beam containing aluminum ions using an aluminum-containing solid material.
An aluminum-containing solid material is placed in the plasma generation chamber of the ion source. Next, a corrosive gas containing a fluorine component such as phosphorus trifluoride, phosphorus pentafluoride, or boron trifluoride is supplied to the plasma generation chamber to generate plasma containing fluorine ions and fluorine radicals.

アルミニウム含有の固体材料は、負電圧が印加される反射電極に支持されている。プラズマ中のフッ素イオンは、アルミニウム含有の固体材料が支持される反射電極に引き寄せられて、アルミニウム含有の固体材料を物理的にスパッタリングする。
一方、プラズマ中のフッ素ラジカルはアルミニウム含有の固体材料と化学反応して、アルミニウム含有の固体材料を化学的にスパッタリングする。
物理的スパッタリングや化学的スパッタリングによって、アルミニウム含有の固体材料からアルミニウム粒子が放出される。
The aluminum-containing solid material is supported by a reflective electrode to which a negative voltage is applied. Fluorine ions in the plasma are attracted to the reflective electrode on which the aluminum-containing solid material is supported and physically sputter the aluminum-containing solid material.
On the other hand, fluorine radicals in the plasma chemically react with the aluminum-containing solid material to chemically sputter the aluminum-containing solid material.
Aluminum particles are released from aluminum-containing solid materials by physical or chemical sputtering.

固体材料から放出されたアルミニウム粒子は、プラズマ生成室内の陰極から放出される高エネルギー電子と衝突して、イオン化される。これより、腐食性ガス由来のプラズマ中にアルミニウムイオンが生成される。
プラズマ生成室の一面には、イオンビームを引き出すためのイオン引出口が形成されている。プラズマ生成室に隣接配置された引出電極によって、イオン引出口を通して、プラズマ生成室内のプラズマからアルミニウムイオンを含むイオンビームの引き出しが行われる。
引き出されたイオンビームが、イオンビームの輸送経路で質量分析された後、SiCウエハに照射されることで、SiCウエハへのアルミニウムイオンの注入が実施されている。
Aluminum particles emitted from the solid material collide with high-energy electrons emitted from the cathode within the plasma generation chamber and are ionized. As a result, aluminum ions are generated in the plasma derived from the corrosive gas.
An ion extraction port for extracting the ion beam is formed on one surface of the plasma generation chamber. An ion beam containing aluminum ions is extracted from the plasma in the plasma generation chamber through an ion extraction port by an extraction electrode disposed adjacent to the plasma generation chamber.
The extracted ion beam is subjected to mass analysis along the ion beam transport path, and then irradiated onto the SiC wafer, thereby implanting aluminum ions into the SiC wafer.

特開2011-124059JP2011-124059 特開2014-502409JP2014-502409

イオン源の運転中、フッ素とアルミニウムの反応生成物であるフッ化アルミニウム(AlF)やフッ素と引出電極を構成する高融点材料(タングステンやモリブデン)との反応生成物が引出電極表面に堆積する。
これらの堆積物は絶縁物である。時間の経過とともに、堆積物が引出電極の表面を覆うことで、引出電極は絶縁化される。
引出電極が絶縁化されてしまうと、所望するイオンビームの引き出しが不可能になるため、イオン源の運転を一時的に停止して、引出電極上の堆積物を洗浄している。
During operation of the ion source, aluminum fluoride (AlF 3 ), which is a reaction product between fluorine and aluminum, and reaction products between fluorine and high melting point materials (tungsten and molybdenum) that make up the extraction electrode are deposited on the extraction electrode surface. .
These deposits are insulators. Over time, the surface of the extraction electrode is covered with deposits and the extraction electrode becomes insulated.
If the extraction electrode is insulated, it becomes impossible to extract the desired ion beam, so the operation of the ion source is temporarily stopped to clean the deposits on the extraction electrode.

しかしながら、引出電極を洗浄する場合、イオン源の稼働率が低下することが問題となる。そこで、電極絶縁化の問題を解決しつつ、イオン源の稼働率を改善するために、特許文献2に開示される水素ガスを用いる手法が提案されている。この手法では、イオン源の動作中に水素ガスをプラズマ生成室に導入し、電極絶縁化の原因となるフッ素成分と反応させることで、フッ化水素(気体)を生成する。最終的に、生成されたフッ化水素は、真空ポンプで装置外部に排気される。この手法を用いることで、引出電極上に堆積する堆積物の量が減少することから、引出電極の洗浄が必要となるまでの期間が長くなり、イオン源の稼働率が向上する。
しかしながら、特許文献2の手法では、大量の水素ガスが必要となることから、水素ガス用のガス供給配管が必要となることや管理するガスの種類が増えることによるガス管理の煩雑さ等が問題となる。
However, when cleaning the extraction electrode, a problem arises in that the operating rate of the ion source decreases. Therefore, in order to improve the operating rate of the ion source while solving the problem of electrode insulation, a method using hydrogen gas disclosed in Patent Document 2 has been proposed. In this method, hydrogen fluoride (gas) is generated by introducing hydrogen gas into the plasma generation chamber during operation of the ion source and reacting with the fluorine component that causes electrode insulation. Finally, the generated hydrogen fluoride is exhausted to the outside of the device using a vacuum pump. By using this method, the amount of deposits deposited on the extraction electrode is reduced, so the period until the extraction electrode needs to be cleaned is lengthened, and the operating rate of the ion source is improved.
However, since the method of Patent Document 2 requires a large amount of hydrogen gas, there are problems such as the need for gas supply piping for hydrogen gas and the complexity of gas management due to an increase in the types of gas to be managed. becomes.

そこで、水素ガスを利用することなく、引出電極の絶縁化問題が解決でき、イオン源の稼働率を向上することのできる、新たな気化器とこれを備えたイオン源、並びに、アルミニウム含有蒸気の生成方法を提供する。 Therefore, we have developed a new vaporizer and an ion source equipped with this vaporizer that can solve the problem of insulating the extraction electrode and improve the operating rate of the ion source without using hydrogen gas, as well as Provide a generation method.

気化器は、
内部にアルミニウム含有の固体材料が配置される坩堝と、
前記坩堝を加熱する加熱器とを具備し、
前記坩堝は、塩素含有ガスを前記坩堝に導入する塩素含有ガス導入口と、
前記塩素含有ガスと前記固体材料との反応生成物が加熱されることにより発生するアルミニウム含有蒸気を、前記坩堝の外部へ放出する蒸気放出口とを有している。
The vaporizer is
a crucible in which an aluminum-containing solid material is placed;
and a heater that heats the crucible,
The crucible includes a chlorine-containing gas inlet for introducing a chlorine-containing gas into the crucible;
The crucible has a steam discharge port for discharging aluminum-containing steam generated by heating the reaction product of the chlorine-containing gas and the solid material to the outside of the crucible.

アルミニウム含有の固体材料そのものを蒸気化するには、固体材料の高温加熱が必要とされるが、塩素との反応生成物である塩化アルミニウムであれば、これを蒸気化するための温度は低温でよいことから、アルミニウム含有蒸気の生成が容易となる。
塩化アルミニウムの蒸気化温度は、イオン源運転中の引出電極の表面温度よりも低く、仮に塩化アルミニウムを主とするアルミニウム含有蒸気が、引出電極に付着しても、引出電極上に堆積されずに蒸発する。これより、引出電極の絶縁化問題が発生しないことから、イオン源の稼働率は各段に向上する。
また、引出電極の絶縁化問題が生じないことから、水素ガスが不要となり、水素ガスの使用に伴って発生していた諸問題も解消される。
In order to vaporize the aluminum-containing solid material itself, it is necessary to heat the solid material to a high temperature, but in the case of aluminum chloride, which is a reaction product with chlorine, the temperature to vaporize it is low. This facilitates the production of aluminum-containing vapor.
The vaporization temperature of aluminum chloride is lower than the surface temperature of the extraction electrode during ion source operation, so even if aluminum-containing vapor, mainly aluminum chloride, adheres to the extraction electrode, it will not be deposited on the extraction electrode. Evaporate. As a result, the problem of insulating the extraction electrode does not occur, and the operating rate of the ion source is improved to a great extent.
Further, since there is no problem with insulation of the extraction electrode, hydrogen gas is not required, and various problems that have occurred with the use of hydrogen gas are also solved.

アルミニウム蒸気に含まれるアルミニウムの比率を増やすには、
前記固体材料が、純アルミニウムであることが望ましい。
To increase the proportion of aluminum in aluminum vapor,
Preferably, the solid material is pure aluminum.

純アルミニウムの沸点は高く、純アルミニウムから蒸気を生成するには、大気圧下では純アルミニウムの温度を2500℃程度にする必要があり、高出力の加熱器が必要となる。
しかしながら、塩素含有ガスとの反応生成物である塩化アルミニウムの蒸気化温度は180℃程度と低く、高出力の加熱器は不要となる。
Pure aluminum has a high boiling point, and in order to generate steam from pure aluminum, it is necessary to raise the temperature of pure aluminum to about 2500° C. under atmospheric pressure, which requires a high-output heater.
However, the vaporization temperature of aluminum chloride, which is a reaction product with a chlorine-containing gas, is as low as about 180° C., so a high-output heater is not required.

プラズマ生成室内で、蒸気を分散供給して、室内でのプラズマ密度の均一化を図る上では、
前記蒸気放出口が、複数の方向に前記アルミニウム含有蒸気を放出することが望ましい。
In order to uniformize the plasma density within the plasma generation chamber by supplying steam in a distributed manner,
Preferably, the steam outlet emits the aluminum-containing steam in multiple directions.

イオン源の構成は、
上記気化器と、
内部にプラズマを生成するプラズマ生成室を有し、
前記プラズマ生成室の壁面を通して前記プラズマ生成室の内部に前記アルミニウム含有蒸気を放出する、イオン源であることが望ましい。
The configuration of the ion source is
The above vaporizer;
It has a plasma generation chamber that generates plasma inside,
Preferably, the ion source emits the aluminum-containing vapor into the plasma generation chamber through a wall surface of the plasma generation chamber.

イオン種のコンタミネーションを考慮する場合、
前記プラズマ生成室は、第1ガス導入口と第2ガス導入口を有し、
前記第1ガス導入口には、前記気化器を通じて前記アルミニウム含有蒸気が供給され、
前記第2ガス導入口には、アルミニウム以外の成分からなるガスが供給される、ことが望ましい。
When considering ionic species contamination,
The plasma generation chamber has a first gas inlet and a second gas inlet,
The aluminum-containing vapor is supplied to the first gas inlet through the vaporizer,
It is desirable that a gas made of a component other than aluminum is supplied to the second gas inlet.

坩堝温度の均熱化を図る上で、
前記坩堝は、
第1方向において、前記塩素含有ガス導入口を含む第1端部と、前記蒸気放出口を含む第2端部と、前記第1端部と第2端部との間に本体部とを備え、
前記第1方向において、前記加熱器が前記第1端部側に偏心配置されることが望ましい。
In order to equalize the crucible temperature,
The crucible is
a first end including the chlorine-containing gas inlet, a second end including the steam discharge port, and a main body between the first end and the second end in a first direction. ,
In the first direction, the heater is preferably arranged eccentrically toward the first end.

坩堝とプラズマ生成室との間を気密に保つために、
前記坩堝を前記プラズマ生成室の壁面に向けて、弾性力により付勢する弾性部材を備えることが望ましい。
In order to maintain airtightness between the crucible and the plasma generation chamber,
It is desirable to include an elastic member that biases the crucible toward the wall surface of the plasma generation chamber using an elastic force.

プラズマ生成室からの輻射熱の影響を軽減するために、
前記プラズマ生成室と前記坩堝との間に、熱シールドを有することが望ましい。
To reduce the effects of radiant heat from the plasma generation chamber,
It is desirable to have a heat shield between the plasma generation chamber and the crucible.

アルミニウム含有蒸気の生成方法としては、
アルミニウム含有の固体材料が配置された坩堝への塩素含有ガスの供給と、前記坩堝の加熱とを行って、
前記坩堝内で、アルミニウム含有蒸気を生成する。
As a method of generating aluminum-containing steam,
Supplying a chlorine-containing gas to a crucible in which an aluminum-containing solid material is placed and heating the crucible,
Aluminum-containing vapor is produced within the crucible.

アルミニウム含有の固体材料を蒸気化するには、比較的高温に加熱することが必要とされるが、塩素との反応生成物であれば、蒸気化に必要な温度は低温となることから、アルミニウム含有蒸気の生成が容易となる。 To vaporize a solid material containing aluminum, it is necessary to heat it to a relatively high temperature, but if it is a reaction product with chlorine, the temperature required for vaporization is low. The generation of contained steam becomes easy.

アルミニウム含有の固体材料そのものを蒸気化するには、固体材料の高温加熱が必要とされるが、塩素との反応生成物である塩化アルミニウムであれば、これを蒸気化するための温度は低温でよいことから、アルミニウム含有蒸気の生成が容易となる。
塩化アルミニウムの蒸気化温度は、イオン源運転中の引出電極の表面温度よりも低く、仮に塩化アルミニウムを主とするアルミニウム含有蒸気が、引出電極に付着しても、引出電極上に堆積されずに蒸発する。これより、引出電極の絶縁化問題が発生しないことから、イオン源の稼働率は各段に向上する。
また、引出電極の絶縁化問題が生じないことから、水素ガスが不要となり、水素ガスの使用に伴って発生していた諸問題も解消される。
In order to vaporize the aluminum-containing solid material itself, it is necessary to heat the solid material to a high temperature, but in the case of aluminum chloride, which is a reaction product with chlorine, the temperature to vaporize it is low. This facilitates the production of aluminum-containing vapor.
The vaporization temperature of aluminum chloride is lower than the surface temperature of the extraction electrode during ion source operation, so even if aluminum-containing vapor, mainly aluminum chloride, adheres to the extraction electrode, it will not be deposited on the extraction electrode. Evaporate. As a result, the problem of insulating the extraction electrode does not occur, and the operating rate of the ion source is improved to a great extent.
Further, since there is no problem with insulation of the extraction electrode, hydrogen gas is not required, and various problems that have occurred with the use of hydrogen gas are also solved.

イオン源の模式的断面図Schematic cross-sectional view of the ion source 第1ノズルの拡大図Enlarged view of the first nozzle 図1のA-A線断面図Cross-sectional view taken along line AA in Figure 1 図3でZ方向側を視たときの断面図Cross-sectional view when looking in the Z direction in Figure 3 図1のイオン源をZX平面から視たときの模式的断面図Schematic cross-sectional view of the ion source in Figure 1 viewed from the ZX plane 第1ノズルが変更されたイオン源の模式的断面図Schematic cross-sectional view of an ion source with a changed first nozzle 加熱器が偏心配置されたイオン源の模式的断面図Schematic cross-sectional view of an ion source with an eccentrically arranged heater 熱シールドが追加されたイオン源の模式的断面図Schematic cross-section of ion source with added heat shield 熱シールドを複数枚設ける構成の説明図Explanatory diagram of a configuration with multiple heat shields 第1ノズルに絶縁部材を取り付けたイオン源の模式的断面図Schematic cross-sectional view of an ion source with an insulating member attached to the first nozzle 図10記載の第1ノズル周りの拡大図Enlarged view of the area around the first nozzle shown in Figure 10 絶縁部材の斜視図Perspective view of insulating member 絶縁部材の取り付け方法についての説明図Explanatory diagram of how to install insulation members 絶縁部材の取り付け方法についての説明図Explanatory diagram of how to install insulation members 坩堝と第2ノズルが単一の部材からなるイオン源の模式的断面図A schematic cross-sectional view of an ion source in which the crucible and the second nozzle are made of a single member. 坩堝全域に固体材料を配置したイオン源の模式的断面図Schematic cross-sectional view of an ion source with solid material placed throughout the crucible アルミニウム含有蒸気の生成方法を示すフローチャートFlowchart showing the method for producing aluminum-containing steam アルミニウム含有蒸気の別の生成方法示すフローチャートFlowchart showing another method for producing aluminum-containing steam

図1は、イオン源ISの模式的断面図である。イオン源ISは、間接加熱型陰極(IHC)イオン源である。このイオン源ISでは、フィラメント23がカソード22を加熱し、加熱されたカソード22がプラズマ生成室21の内部に電離電子を放出する。プラズマ生成室21の内部には、カソード22に対向して反射電極24が配置されている。反射電極24には、不図示の電源により負電圧が印加されており、カソード22から反射電極24に向けて放出された電離電子は、反射電極24の近傍でカソード22側に反射される。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the ion source IS. The ion source IS is an indirectly heated cathode (IHC) ion source. In this ion source IS, the filament 23 heats the cathode 22, and the heated cathode 22 emits ionized electrons into the plasma generation chamber 21. A reflective electrode 24 is arranged inside the plasma generation chamber 21 so as to face the cathode 22 . A negative voltage is applied to the reflective electrode 24 by a power source (not shown), and ionized electrons emitted from the cathode 22 toward the reflective electrode 24 are reflected toward the cathode 22 near the reflective electrode 24.

プラズマ生成室21の外部には、不図示の電磁石が配置されている。この電磁石は、カソード22と反射電極24の対向方向に沿った磁場をプラズマ生成室21の内部に生成する。カソード22から放出された電離電子が、電磁石が生成する磁場に捕捉されて、反射電極24に向かうことで、プラズマ生成室21の内壁との衝突による電離電子の消失が防止される。 An electromagnet (not shown) is arranged outside the plasma generation chamber 21 . This electromagnet generates a magnetic field inside the plasma generation chamber 21 along the direction in which the cathode 22 and the reflective electrode 24 face each other. The ionized electrons emitted from the cathode 22 are captured by the magnetic field generated by the electromagnet and directed toward the reflective electrode 24, thereby preventing the ionized electrons from disappearing due to collision with the inner wall of the plasma generation chamber 21.

プラズマ生成室21の内部には、気化器1からアルミニウムを含有する蒸気が供給される。プラズマ生成室21では、アルミニウム含有蒸気からプラズマPが生成される。アルミニウムイオンを含むイオンビームIBは、プラズマ生成室21のイオン引出口25から引出電極Eによって引き出される。 Steam containing aluminum is supplied from the vaporizer 1 into the plasma generation chamber 21 . In the plasma generation chamber 21, plasma P is generated from aluminum-containing vapor. The ion beam IB containing aluminum ions is extracted from the ion extraction port 25 of the plasma generation chamber 21 by the extraction electrode E.

図1では、引出電極Eは、抑制電極29と接地電極30から構成されている。図1のXY平面において、各電極は平板状あるいは円板状の電極で、中央にイオンビームIBが通過する孔を有している。
抑制電極29は、引出電極Eの下流側(Z方向側)からプラズマ生成室21への電子の流入を防止するための電極である。接地電極30は、接地電位を固定するための電極である。
図1に示す引出電極Eは、例示的なものであり、イオン源の構成に応じて、引出電極Eの構造や枚数は適宜変更されてもよい。
In FIG. 1, the extraction electrode E is composed of a suppression electrode 29 and a ground electrode 30. In the XY plane of FIG. 1, each electrode is a flat or disc-shaped electrode, and has a hole in the center through which the ion beam IB passes.
The suppression electrode 29 is an electrode for preventing electrons from flowing into the plasma generation chamber 21 from the downstream side (Z direction side) of the extraction electrode E. The ground electrode 30 is an electrode for fixing the ground potential.
The extraction electrode E shown in FIG. 1 is an example, and the structure and number of extraction electrodes E may be changed as appropriate depending on the configuration of the ion source.

気化器1は、アルミニウム含有の固体材料7(例えば、純アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等であり、粉末状の材料を含む。)が配置される坩堝2を備えている。
図1に例示する坩堝2は、一方向(Z方向)に長い円筒状の部材である。坩堝2の長手方向の一端には、アルミニウム含有蒸気をプラズマ生成室21に供給するための蒸気放出口2aが設けられている。坩堝2の長手方向の他端には、塩素含有ガスを坩堝2に供給するための塩素含有ガス導入口2bが設けられている。
いくつかの実施形態において、塩素含有ガスは、例えば、塩素ガス(Cl)または塩化水素ガス(HCl)であってもよい。さらに、ガスは同位体濃縮されていてもよい。
The vaporizer 1 includes a crucible 2 in which an aluminum-containing solid material 7 (eg, pure aluminum, aluminum nitride, aluminum oxide, etc., including powdered materials) is placed.
The crucible 2 illustrated in FIG. 1 is a cylindrical member that is long in one direction (Z direction). A steam discharge port 2 a for supplying aluminum-containing steam to the plasma generation chamber 21 is provided at one longitudinal end of the crucible 2 . A chlorine-containing gas inlet 2b for supplying chlorine-containing gas to the crucible 2 is provided at the other end of the crucible 2 in the longitudinal direction.
In some embodiments, the chlorine-containing gas may be, for example, chlorine gas (Cl 2 ) or hydrogen chloride gas (HCl). Additionally, the gas may be isotopically enriched.

坩堝2には、第1ノズル3と第2ノズル4が着脱可能に取り付けられている。第1ノズル3および第2ノズル4は、それぞれ、細長い円筒状の部材である。
いくつかの実施形態において、第1ノズル3、第2ノズル4および坩堝2の材料は、グラファイトである。しかしながら、グラファイトは一例に過ぎず、別の材料が使用されてもよい。
A first nozzle 3 and a second nozzle 4 are detachably attached to the crucible 2. The first nozzle 3 and the second nozzle 4 are each elongated cylindrical members.
In some embodiments, the material of the first nozzle 3, second nozzle 4 and crucible 2 is graphite. However, graphite is only one example and other materials may be used.

坩堝2への第1ノズル3と第2ノズル4の取り付け方法は、種々の方法(例えば、嵌合及び/又は螺合)を用いることができる。第1ノズル3は、坩堝2の蒸気放出口2aを延長し、第2ノズル4は、坩堝2の塩素含有ガス導入口2bを延長する。 Various methods can be used to attach the first nozzle 3 and the second nozzle 4 to the crucible 2 (for example, fitting and/or screwing). The first nozzle 3 extends the steam outlet 2a of the crucible 2, and the second nozzle 4 extends the chlorine-containing gas inlet 2b of the crucible 2.

図1で、矢印Gは、坩堝2に供給される塩素含有ガスの流れを示す。塩素含有ガスは、第1ガス供給源11から第1バルブ12、第1配管13を通して、第2ノズル4、坩堝2、第1ノズル3を順に通過してプラズマ生成室21に供給される。塩素含有ガスは、アルミニウム含有の固体材料7と反応し、塩化アルミニウム(AlCl)等が生成される。生成された塩化アルミニウム等を加熱することで、アルミニウム粒子を含むアルミニウム含有蒸気が発生する。最終的に、このアルミニウム含有蒸気は、第1ノズル3を通してプラズマ生成室21に供給される。 In FIG. 1, arrow G indicates the flow of chlorine-containing gas supplied to crucible 2. The chlorine-containing gas is supplied from the first gas supply source 11 to the plasma generation chamber 21 through the first valve 12, first pipe 13, second nozzle 4, crucible 2, and first nozzle 3 in this order. The chlorine-containing gas reacts with the aluminum-containing solid material 7 to generate aluminum chloride (AlCl 3 ) and the like. By heating the generated aluminum chloride, etc., aluminum-containing vapor containing aluminum particles is generated. Finally, this aluminum-containing vapor is supplied to the plasma generation chamber 21 through the first nozzle 3.

いくつかの実施形態では、アルミニウム含有の固体材料7は、純度99.90%以上の純アルミニウムである。純アルミニウムは、他の材料に比べて、アルミニウム含有蒸気中のアルミニウムの割合を増加させる。イオン源ISから取り出されるイオンビーム中のアルミニウム由来のビーム電流量が増加する上では、純アルミニウムを固体材料7に使用することが望ましい。
しかしながら、アルミニウム含有の固体材料7は、純アルミニウムに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及び/又は他のアルミニウム含有の固体材料が使用されてもよい。
In some embodiments, the aluminum-containing solid material 7 is pure aluminum with a purity of 99.90% or greater. Pure aluminum increases the proportion of aluminum in aluminum-containing vapors compared to other materials. It is desirable to use pure aluminum for the solid material 7 in order to increase the amount of beam current derived from aluminum in the ion beam extracted from the ion source IS.
However, the aluminum-containing solid material 7 is not limited to pure aluminum. In some embodiments, aluminum nitride, aluminum oxide and/or other aluminum-containing solid materials may be used.

図1に示すように、第2ノズル4への塩素含有ガスの供給は、第2ノズル4に内嵌めされた配管取付部材9を介して行われてもよい。例えば、一部の実施形態では、塩素含有ガスは、第1配管13から第2ノズル4に直接供給されてもよい。
いくつかの実施形態において、坩堝2、第1ノズル3、第2ノズル4および塩素含有ガスの流路となるその他の部材は、耐腐食性材料(例えば、炭素材料)で形成されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the chlorine-containing gas may be supplied to the second nozzle 4 via a piping attachment member 9 fitted inside the second nozzle 4. For example, in some embodiments, the chlorine-containing gas may be supplied directly from the first pipe 13 to the second nozzle 4.
In some embodiments, the crucible 2, the first nozzle 3, the second nozzle 4, and other members that serve as flow paths for the chlorine-containing gas may be made of a corrosion-resistant material (e.g., carbon material). .

第1ノズル3の先端部3aは、プラズマ生成室21の内側に突出している。先端部3aには、直交する4方向へ蒸気を放出する開口部が形成されている。
上述した構成を用いることで、アルミニウム含有蒸気のプラズマ生成室21への供給を拡散させ、均一なプラズマを生成することが可能となる。
なお、図1の実施形態では、先端部3aに形成された開口部が、プラズマ生成室21への第1ガス導入口27を兼ねている。
The tip 3 a of the first nozzle 3 projects inside the plasma generation chamber 21 . Openings are formed in the tip 3a to release steam in four orthogonal directions.
By using the above-described configuration, it is possible to diffuse the supply of aluminum-containing vapor to the plasma generation chamber 21 and generate uniform plasma.
In the embodiment shown in FIG. 1, the opening formed in the tip portion 3a also serves as the first gas introduction port 27 into the plasma generation chamber 21.

図2は、図1に示す第1ノズル3の拡大図である。図2中の破線は、第1ノズル3により延長された蒸気放出口2aであり、ここを塩素含有ガスとアルミニウム含有蒸気が通過する。蒸気放出口2aは、第1ノズル3の先端部3aの開口部Hに通じている。各開口部Hは、図面の表裏左右の4方向で、第1ノズル3の内外につながっている。 FIG. 2 is an enlarged view of the first nozzle 3 shown in FIG. The broken line in FIG. 2 is the steam discharge port 2a extended by the first nozzle 3, through which the chlorine-containing gas and the aluminum-containing steam pass. The steam outlet 2a communicates with an opening H of the tip 3a of the first nozzle 3. Each opening H is connected to the inside and outside of the first nozzle 3 in four directions: front, back, left, and right in the drawing.

図1、図2では、先端部3aの開口部Hを4つとしているが、開口部Hの数は4つに限定されるものではない。
いくつかの実施形態では、開口部Hの数は、4つ未満でもよく、4つ以上でもよい。開口部Hの数が増加すると、より多くの方向からアルミニウム含有蒸気をプラズマ生成室21に放出できるため、プラズマ生成室21の内部での蒸気の分散供給効果が向上する。
In FIGS. 1 and 2, the tip end 3a has four openings H, but the number of openings H is not limited to four.
In some embodiments, the number of openings H may be less than four, or more than four. When the number of openings H increases, the aluminum-containing vapor can be discharged into the plasma generation chamber 21 from more directions, thereby improving the effect of distributing and supplying the vapor inside the plasma generation chamber 21.

図1に戻り、坩堝2の周囲には、熱電対を有する加熱器5(線状あるいはシート状のコイル)が螺旋状に巻回されている。この加熱器5は、坩堝2を加熱し、坩堝2で生成された塩化アルミニウム等の反応生成物を蒸気化するために使用される。加熱器5の外周には、加熱器5から放出された熱を遮断するための第1熱シールド6が配置されている。
加熱器5は、コイルに限らず、様々な形態のものを用いてもよい。また、加熱器5を複数設け、坩堝2の中央と端での温度制御を独立させてもよい。
Returning to FIG. 1, a heater 5 (a linear or sheet-like coil) having a thermocouple is spirally wound around the crucible 2. This heater 5 is used to heat the crucible 2 and vaporize reaction products such as aluminum chloride produced in the crucible 2. A first heat shield 6 is arranged around the outer periphery of the heater 5 to block heat emitted from the heater 5.
The heater 5 is not limited to a coil, and various types of heaters may be used. Alternatively, a plurality of heaters 5 may be provided, and the temperature control at the center and ends of the crucible 2 may be made independent.

いくつかの実施形態において、第2ノズル4は、大径部4aを有している。また、気化器1をイオン源フランジ26に取り付けるために、取付フランジ8が設けられている。
図1で、イオン源フランジ26は、不図示の部品を支持することによって、プラズマ生成室21とプラズマ生成室21に近傍配置されている他の構成物(例えば、フィラメント23やカソード22)を間接的に支持している。イオン源フランジ26は、イオン注入装置に代表される半導体製造装置にイオン源ISを組み付ける際に使用されるフランジである。イオン源ISをイオン注入装置に組付けた場合、イオン源フランジ26を挟んでプラズマ生成室21側は真空内に配置され、その反対側は大気に配置される。
In some embodiments, the second nozzle 4 has a large diameter portion 4a. Additionally, a mounting flange 8 is provided to attach the vaporizer 1 to the ion source flange 26.
In FIG. 1, the ion source flange 26 indirectly connects the plasma generation chamber 21 and other components disposed near the plasma generation chamber 21 (for example, the filament 23 and the cathode 22) by supporting parts not shown. I support it. The ion source flange 26 is a flange used when the ion source IS is assembled into a semiconductor manufacturing device, typically an ion implantation device. When the ion source IS is assembled into an ion implantation apparatus, the plasma generation chamber 21 side with the ion source flange 26 in between is placed in a vacuum, and the opposite side is placed in the atmosphere.

取付フランジ8と第2ノズル4の大径部4aとの間には、弾性部材10(例えば、コイルスプリング)が設けられていてもよい。弾性部材10は、第1ノズル3とプラズマ生成室21との間を気密に保ち、アルミニウム含有蒸気及び/又は塩素含有ガスの流出を防止する。第1ノズル3は坩堝2に取り付けられているため、弾性部材10は、坩堝2をプラズマ生成室21の外壁面に向けて弾性力により付勢する部材であるとも言える。
また、弾性部材10は、コイルスプリングに限らず、板バネ等の他の構成を使用してもよい。
An elastic member 10 (for example, a coil spring) may be provided between the mounting flange 8 and the large diameter portion 4a of the second nozzle 4. The elastic member 10 keeps the space between the first nozzle 3 and the plasma generation chamber 21 airtight and prevents aluminum-containing vapor and/or chlorine-containing gas from flowing out. Since the first nozzle 3 is attached to the crucible 2, it can be said that the elastic member 10 is a member that urges the crucible 2 toward the outer wall surface of the plasma generation chamber 21 by elastic force.
Further, the elastic member 10 is not limited to a coil spring, and other structures such as a plate spring may be used.

いくつかの実施形態では、第1ノズル3とプラズマ生成室21との間を気密に保つため、気化器1とプラズマ生成室21の外壁面との間に1つ以上のガスケット(図示せず)を設けてもよい。
いくつかの実施形態では、弾性部材10の弾性力による過剰な圧力を避けるために、ダンパー(例えばスナップリングやスプリングクリップ)を第1ノズル3に取り付けてもよい。
さらに他の実施形態では、弾性部材10の弾性力による過剰な圧力を防ぐために、第2ノズル4の大径部4aと第1熱シールド6の内壁との間にダンパー(例えば、スナップリングやスプリングクリップ)が設けられてもよい。
いくつかの実施形態では、1つ以上のガスケット及び/又はダンバーのうちの1つ又は全部が設けられてもよい。
ガスケットやダンパーは例示に過ぎず、他の実施形態では、異なる構造や追加の構造が使用されてもよい。
In some embodiments, one or more gaskets (not shown) are provided between the vaporizer 1 and the outer wall surface of the plasma generation chamber 21 in order to maintain airtightness between the first nozzle 3 and the plasma generation chamber 21. may be provided.
In some embodiments, a damper (for example a snap ring or a spring clip) may be attached to the first nozzle 3 to avoid excessive pressure due to the elastic force of the elastic member 10.
In still another embodiment, in order to prevent excessive pressure due to the elastic force of the elastic member 10, a damper (for example, a snap ring or a spring clip) may be provided.
In some embodiments, one or all of one or more gaskets and/or dampers may be provided.
The gaskets and dampers are exemplary only, and different or additional structures may be used in other embodiments.

図3は、図1記載のA-A線での断面図である。アルミニウム含有の固体材料7の上端は、塩素含有ガス導入口2bの下端と一致している。
図4は、図3でZ方向側を視たときの断面図である。図3の構成と同等であり、アルミニウム含有の固体材料7の上端は、蒸気放出口2aの下端と一致している。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. The upper end of the aluminum-containing solid material 7 coincides with the lower end of the chlorine-containing gas inlet 2b.
FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3 when viewed in the Z direction. The configuration is similar to that of FIG. 3, and the upper end of the aluminum-containing solid material 7 coincides with the lower end of the steam outlet 2a.

上記構成であれば、塩素含有ガスがアルミニウム含有の固体材料7の表面に沿って流れるので、塩素含有ガスとアルミニウム含有の固体材料7とを効率的に反応させることができる。すなわち、図3に示す構成は、塩素含有ガスとアルミニウム含有の固体材料7との反応が促進される点で有利である。
図3に示すように、一部の実施形態において、アルミニウム含有の固体材料7は、断面が半円形であってもよい。ただし、この構成は一例に過ぎず、他の実施形態では、坩堝2の断面形状に応じて、アルミニウム含有の固体材料7の断面形状を変更することができる。なお、アルミニウム含有の固体材料7が第2ノズル4の塩素含有ガス導入口2b及び第1ノズル3の蒸気放出口2aを完全に塞ぐものでなければ、坩堝2の内部でより大きな、あるいは、より小さな形状にすることができる。
With the above configuration, since the chlorine-containing gas flows along the surface of the aluminum-containing solid material 7, the chlorine-containing gas and the aluminum-containing solid material 7 can be reacted efficiently. That is, the configuration shown in FIG. 3 is advantageous in that the reaction between the chlorine-containing gas and the aluminum-containing solid material 7 is promoted.
As shown in FIG. 3, in some embodiments, the aluminum-containing solid material 7 may be semi-circular in cross-section. However, this configuration is only an example, and in other embodiments, the cross-sectional shape of the aluminum-containing solid material 7 can be changed depending on the cross-sectional shape of the crucible 2. Note that if the aluminum-containing solid material 7 does not completely block the chlorine-containing gas inlet 2b of the second nozzle 4 and the steam discharge port 2a of the first nozzle 3, the aluminum-containing solid material 7 may be larger or more Can be made into small shapes.

いくつかの実施形態において、アルミニウム含有の固体材料7は、塩素含有ガスとアルミニウム含有の固体材料7との反応を促進するために、坩堝2の長手方向に延びる複数のロッド及び/又はプレートとして提供されてもよい。
このような構成において、ロッド及び/又はプレートは、支持具によって坩堝2の内部で吊り下げられていてもよい。
いくつかの実施形態において、XY平面における坩堝2の直径は、塩素含有ガス導入口2bおよび蒸気放出口2aの直径と同等であってよい。
In some embodiments, the aluminum-containing solid material 7 is provided as a plurality of rods and/or plates extending longitudinally of the crucible 2 to facilitate the reaction between the chlorine-containing gas and the aluminum-containing solid material 7. may be done.
In such a configuration, the rods and/or plates may be suspended inside the crucible 2 by supports.
In some embodiments, the diameter of the crucible 2 in the XY plane may be equivalent to the diameters of the chlorine-containing gas inlet 2b and the steam outlet 2a.

アルミニウム含有の固体材料7の半円形断面では、坩堝2の内部容積の実質的に半分(例えば、図3、図4に示される例では上半分)が、アルミニウム含有蒸気を得ることのできる開放空間となる。
プラズマ生成室21へのアルミニウム含有蒸気の供給効率を考慮すると、開放空間は小さい方が有利である。ただし、開放空間が小さすぎると、加熱器5による加熱を停止した後にプラズマ生成室21からの熱伝達によって気化したアルミニウム含有蒸気等で、坩堝2内の圧力が高くなり、プラズマ生成室21に不要なアルミニウム含有蒸気が流出することが懸念される。
With the semicircular cross-section of the aluminum-containing solid material 7, substantially half of the internal volume of the crucible 2 (e.g. the upper half in the example shown in FIGS. 3 and 4) is an open space from which the aluminum-containing vapor can be obtained. becomes.
Considering the efficiency of supplying aluminum-containing vapor to the plasma generation chamber 21, it is advantageous to have a smaller open space. However, if the open space is too small, the pressure inside the crucible 2 will increase due to aluminum-containing vapor vaporized by heat transfer from the plasma generation chamber 21 after heating by the heater 5 is stopped, and the pressure inside the crucible 2 will increase, making it unnecessary for the plasma generation chamber 21. There is concern that aluminum-containing vapor may leak out.

イオン源ISの動作中、引出電極Eの温度は400~500℃程度になる。塩化アルミニウムが生成される場所での圧力に応じた変動はあるものの、アルミニウム含有蒸気に含まれる塩化アルミニウムの沸点は180℃程度である。このことから、アルミニウム含有蒸気の主成分である塩化アルミニウムに由来する堆積物は、引出電極Eの表面には堆積されずに蒸発する。
したがって、上述した各種実施形態におけるイオン源ISでは、引出電極Eが時間の経過とともに絶縁化されて、電極表面の洗浄が必要となるという問題が回避される。すなわち、各種実施形態におけるイオン源ISでは、従来技術のように、引出電極Eの絶縁化問題を回避するために、水素ガスを使用する必要がない。
During operation of the ion source IS, the temperature of the extraction electrode E is approximately 400 to 500°C. The boiling point of aluminum chloride contained in aluminum-containing vapor is about 180° C., although it varies depending on the pressure at the location where aluminum chloride is produced. For this reason, deposits derived from aluminum chloride, which is the main component of the aluminum-containing vapor, are not deposited on the surface of the extraction electrode E but evaporate.
Therefore, in the ion source IS in the various embodiments described above, the problem that the extraction electrode E becomes insulated over time and the electrode surface needs to be cleaned is avoided. That is, in the ion source IS in various embodiments, there is no need to use hydrogen gas in order to avoid the problem of insulating the extraction electrode E, as in the prior art.

SiCデバイスでのPN接合の作製には、アルミニウムイオン以外のイオン種も使用される。アルミニウムイオン以外のイオン種のもとになるガス(PH、PF、BF、N等)は、気化器1内の塩素含有ガスやアルミニウム含有蒸気と同じ流路を通じてプラズマ生成室21へ供給してもよい。
ただし、坩堝2内のアルミニウム含有の固体材料7と他のガス種との反応により発生する反応生成物や、流路内の残留ガス及び/又は残留蒸気と他のガス種との反応により発生する他の反応生成物により、予期せぬ放電等の不都合が生じる場合がある。このことから、塩素含有ガスやアルミニウム含有蒸気の流路とは別に他のガス種用の流路を設けることが望ましい。
つまり、第1ガス導入口27からプラズマ生成室21へアルミニウム含有蒸気の供給を行い、第2ガス導入口28からプラズマ生成室21へアルミニウムイオン以外のイオン種のもとになるガスを供給する。
Ionic species other than aluminum ions are also used to create PN junctions in SiC devices. Gases that are sources of ion species other than aluminum ions (PH 3 , PF 3 , BF 3 , N 2 , etc.) are sent to the plasma generation chamber 21 through the same flow path as the chlorine-containing gas and aluminum-containing vapor in the vaporizer 1. May be supplied.
However, reaction products generated by the reaction between the aluminum-containing solid material 7 in the crucible 2 and other gas species, and reaction products between the residual gas and/or residual vapor in the flow path and other gas species. Other reaction products may cause problems such as unexpected discharge. For this reason, it is desirable to provide a flow path for other gas types separately from the flow path for chlorine-containing gas and aluminum-containing vapor.
That is, aluminum-containing vapor is supplied from the first gas inlet 27 to the plasma generation chamber 21, and gas that becomes a source of ion species other than aluminum ions is supplied to the plasma generation chamber 21 from the second gas inlet 28.

図5は、様々な実施形態におけるイオン源ISのZX平面での模式的断面図である。図5において、図1と同じ参照番号は同じの要素を指し、簡潔さのためにその繰り返しの説明は省略される。このことは、後述する他の図においても同様である。
プラズマ生成室21の壁面には、プラズマ生成室21内に他のガス種を供給するためのL字型の継手34(図中、ハッチングされている部材)が接続される第2ガス導入口28が設けられている。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the ion source IS in the ZX plane in various embodiments. In FIG. 5, the same reference numbers as in FIG. 1 refer to the same elements, and their repeated description will be omitted for the sake of brevity. This also applies to other figures described later.
A second gas inlet 28 is connected to the wall surface of the plasma generation chamber 21 to which an L-shaped joint 34 (hatched member in the figure) is connected for supplying other gas types into the plasma generation chamber 21. is provided.

例えば、いくつかの実施形態では、第2ガス供給源31から第2バルブ32を介してアルミニウム以外の成分からなる他のガス種を供給することができる。第2ガス供給源31の具体的な構成は、他のガス種を第2配管33に供給し、最終的に第2ガス導入口28に供給可能な構成であれば、図示される構成に限定されるものではない。 For example, in some embodiments, other gas species comprising components other than aluminum can be supplied from the second gas source 31 via the second valve 32. The specific configuration of the second gas supply source 31 is limited to the illustrated configuration as long as it can supply other gas types to the second piping 33 and finally to the second gas inlet 28. It is not something that will be done.

上記実施形態では、イオン源ISの例としてIHCイオン源について説明した。しかしながら、IHCイオン源は一実施形態に過ぎず、他の実施形態では、イオン源ISとして、バーナス(Bernas)イオン源、高周波誘導結合プラズマ(ICP)イオン源など、他の種類のイオン源を用いてもよい。 In the above embodiment, the IHC ion source was described as an example of the ion source IS. However, the IHC ion source is only one embodiment; other embodiments may use other types of ion sources as the ion source IS, such as a Bernas ion source, an inductively coupled plasma (ICP) ion source, etc. You can.

図1には、第1ノズル3の先端部3aをプラズマ生成室21の内部に突出する構成が示されているが、この構成は一例に過ぎない。
他の実施形態では、図6に例示するイオン源ISのように、第1ノズル3に設けられた先端部3aがプラズマ生成室21の内壁面と面一とするか、プラズマ生成室21の壁内に留まるようにしてもよい。つまり、第1ノズル3の先端部3aは、プラズマ生成室21の内部に突出していない構成としてもよい。なお、図6に示す構成では、第1ノズル3の先端部3aに形成される開口部Hの数は、Z方向に1つである。
Although FIG. 1 shows a configuration in which the tip 3a of the first nozzle 3 protrudes into the plasma generation chamber 21, this configuration is only an example.
In other embodiments, as in the ion source IS illustrated in FIG. You may choose to stay inside. That is, the tip portion 3a of the first nozzle 3 may be configured not to protrude into the plasma generation chamber 21. In the configuration shown in FIG. 6, the number of openings H formed in the tip 3a of the first nozzle 3 is one in the Z direction.

図1及び図6には、1つの第1ノズル3と1つの第2ノズル4が設けられたイオン源ISの例が描かれている。しかしながら、いくつかの実施形態では、塩素含有ガスとアルミニウム含有の固体材料7との接触面積の増大を目的として、例えば、第2ノズル4を複数設けてもよい。また、第1ノズル3の本数も1つに限らず、プラズマ生成室21の複数個所にアルミニウム含有蒸気を個別に供給すべく、その本数を複数にしてもよい。 1 and 6 depict an example of an ion source IS provided with one first nozzle 3 and one second nozzle 4. However, in some embodiments, for example, a plurality of second nozzles 4 may be provided for the purpose of increasing the contact area between the chlorine-containing gas and the aluminum-containing solid material 7. Further, the number of first nozzles 3 is not limited to one, and may be plural in order to individually supply aluminum-containing vapor to a plurality of locations in the plasma generation chamber 21.

イオン源ISの運転中、高温となったプラズマ生成室21の熱が、第1ノズル3を通して坩堝2に伝達される。また、坩堝2の熱は第2ノズル4を通して外部に逃げてしまう。
こうした熱伝達により、図1において、Z方向での坩堝2の温度分布に温度勾配が生じた場合、温度勾配に応じて固体材料7の消耗が不均一になる。これより、加熱器5による坩堝2の温度制御や温度制御に伴うアルミニウム含有蒸気の生成量を制御すること、ひいてはアルミニウムを含むイオンビームのビーム電流量を所望のものとすることが困難となる。
During operation of the ion source IS, the heat in the plasma generation chamber 21, which has become high in temperature, is transferred to the crucible 2 through the first nozzle 3. Furthermore, the heat in the crucible 2 escapes to the outside through the second nozzle 4.
Due to such heat transfer, when a temperature gradient occurs in the temperature distribution of the crucible 2 in the Z direction in FIG. 1, the consumption of the solid material 7 becomes uneven depending on the temperature gradient. This makes it difficult to control the temperature of the crucible 2 by the heater 5, to control the amount of aluminum-containing vapor generated due to the temperature control, and to set the beam current amount of the ion beam containing aluminum to a desired value.

坩堝2のZ方向における温度分布の均一化を図るべく、これまでに説明した実施形態において、いくつかの構成を変更または追加してもよい。
図1の構成と比較して、図7では、加熱器5の取り付け位置を変更している。Z方向において、坩堝2は3つの部位に分けることができる。具体的には、各部位は、塩素含有ガス導入口2bを含む第1端部2d、蒸気放出口2aを含む第2端部2e、第1端部2dと第2端部2eとの間に位置する本体部2cとなる。
Z方向における坩堝2の中心位置C1に対し、同方向における加熱器5の中心位置C2は、第1端部2d側に偏っている。このような加熱器5の偏心配置により、熱の逃げが生じる第2ノズル4側を重点的に加熱することができるので、坩堝2の不均一な温度分布を軽減することが可能となる。
反対に、プラズマ生成室21側の坩堝2の温度を高温にする場合には、加熱器5の中心位置C2を図7の実施形態とは反対側に偏心配置してもよい。
In order to equalize the temperature distribution in the Z direction of the crucible 2, some configurations may be changed or added in the embodiments described so far.
In comparison with the configuration in FIG. 1, in FIG. 7, the mounting position of the heater 5 has been changed. In the Z direction, the crucible 2 can be divided into three parts. Specifically, each part includes a first end 2d including the chlorine-containing gas inlet 2b, a second end 2e including the steam discharge port 2a, and a second end 2e between the first end 2d and the second end 2e. The main body part 2c is located there.
With respect to the center position C1 of the crucible 2 in the Z direction, the center position C2 of the heater 5 in the same direction is biased toward the first end 2d side. With such an eccentric arrangement of the heater 5, heating can be focused on the second nozzle 4 side where heat escapes, so that uneven temperature distribution in the crucible 2 can be reduced.
On the other hand, when the temperature of the crucible 2 on the plasma generation chamber 21 side is made high, the center position C2 of the heater 5 may be eccentrically arranged on the opposite side from the embodiment of FIG.

図8において、第2熱シールド41が、プラズマ生成室21と坩堝2との間に配置されている。第2熱シールド41は、例えば、XY平面で平板状の熱シールドであり、中央に第1ノズル3を挿入するための開口が形成された部材である。第2熱シールド41を設けることで、プラズマ生成室21から坩堝2への輻射熱を軽減することが可能となる。
図8の実施形態は、図7の実施形態に第2熱シールド41を追加する構成を採用しているが、図7の実施形態と併用することなく、図1の実施形態に第2熱シールド41を追加する構成を採用してもよい。
第2熱シールド41の枚数は、図示される1枚に限らず、複数枚としてもよい。例えば、図9に示すように、第2熱シールド41を複数枚とした場合、各シールドに凸部43を形成し、各シールド間での隙間を確保することが望ましい。このような隙間があれば、イオン源ISが真空配置されている場合には、各隙間における真空断熱効果によって、プラズマ生成室21からの輻射熱を各段に低減することが可能となる。
In FIG. 8 , a second heat shield 41 is placed between the plasma generation chamber 21 and the crucible 2 . The second heat shield 41 is, for example, a flat heat shield in the XY plane, and is a member in which an opening for inserting the first nozzle 3 is formed in the center. By providing the second heat shield 41, it is possible to reduce radiant heat from the plasma generation chamber 21 to the crucible 2.
The embodiment of FIG. 8 adopts a configuration in which a second heat shield 41 is added to the embodiment of FIG. 7, but the second heat shield 41 is added to the embodiment of FIG. A configuration in which 41 is added may also be adopted.
The number of second heat shields 41 is not limited to the one illustrated, but may be multiple. For example, as shown in FIG. 9, when a plurality of second heat shields 41 are used, it is desirable to form a convex portion 43 on each shield to ensure a gap between each shield. With such a gap, when the ion source IS is placed in a vacuum, the vacuum heat insulation effect in each gap makes it possible to reduce the radiant heat from the plasma generation chamber 21 in various stages.

輻射以外に、第1ノズル3を通じてプラズマ生成室21からの熱が坩堝2に伝達される。部材同士の接触による熱伝達の軽減を目的として、図10の実施形態では、第1ノズル3に絶縁部材42を取り付けている。絶縁部材42は、第1ノズル3に比べて、熱伝導率が低い部材であり、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等の絶縁体である。
第1ノズル3と絶縁部材42の構造および各部材の組付け方について、図11乃至図14を用いて説明する。
In addition to radiation, heat from the plasma generation chamber 21 is transmitted to the crucible 2 through the first nozzle 3 . In the embodiment of FIG. 10, an insulating member 42 is attached to the first nozzle 3 for the purpose of reducing heat transfer due to contact between members. The insulating member 42 is a member having a lower thermal conductivity than the first nozzle 3, and is, for example, an insulator such as aluminum oxide or aluminum nitride.
The structure of the first nozzle 3 and the insulating member 42 and how to assemble each member will be explained using FIGS. 11 to 14.

図11は、図10に記載の第1ノズル3と絶縁部材42の拡大図である。図12は絶縁部材42だけを取り出したときの斜視図である。絶縁部材42の外壁には、外側に向けて突出した突起Tが設けられている。
第1ノズル3は、蒸気放出口2aを形成する直線部位3bと直線部位3bとは90度異なる方向へ延設されたリング状の連結部位3dと多方向へ折り曲げられた屈曲部位3cを有している。
図12に示すように、絶縁部材42の中央には、第1ノズル3の直線部位3bを挿入する開口Wが形成されている。図11に示すように、各部材が組付けられたとき、屈曲部位3cの内側(直線部位3b側)に形成された隙間Sには、絶縁部材42の突起Tが配置される。
FIG. 11 is an enlarged view of the first nozzle 3 and the insulating member 42 shown in FIG. 10. FIG. 12 is a perspective view of only the insulating member 42 taken out. The outer wall of the insulating member 42 is provided with a protrusion T projecting outward.
The first nozzle 3 has a linear portion 3b forming the steam discharge port 2a, a ring-shaped connecting portion 3d extending in a direction 90 degrees different from the linear portion 3b, and a bent portion 3c bent in multiple directions. ing.
As shown in FIG. 12, an opening W into which the straight portion 3b of the first nozzle 3 is inserted is formed in the center of the insulating member 42. As shown in FIG. 11, when each member is assembled, the protrusion T of the insulating member 42 is arranged in the gap S formed inside the bent part 3c (on the straight part 3b side).

図13及び図14は、第1ノズル3と絶縁部材42との組付けについてのより詳細な説明図である。各図は、図10に描かれる第1ノズル3を図示されるU方向から視たときのものである。
図13において、絶縁部材42の突起Tを隙間Sに落とし込むための部分的な切り欠きVが屈曲部位3cに形成されている。この切り欠きVに対して絶縁部材42の突起Tを位置合わせして、絶縁部材42を連結部位3d側(図の奥側)へ移動させることで、第1ノズル3の隙間Sに、絶縁部材42の突起Tが配置される。
13 and 14 are more detailed explanatory diagrams of the assembly of the first nozzle 3 and the insulating member 42. FIG. Each figure shows the first nozzle 3 shown in FIG. 10 viewed from the direction U shown in the drawing.
In FIG. 13, a partial notch V for allowing the protrusion T of the insulating member 42 to fall into the gap S is formed in the bent portion 3c. By aligning the protrusion T of the insulating member 42 with this notch V and moving the insulating member 42 toward the connecting portion 3d side (backward side in the figure), the insulating member 42 is inserted into the gap S of the first nozzle 3. 42 protrusions T are arranged.

隙間Sは、第1ノズル3の直線部位3bの周囲に形成されていて、絶縁部材42の突起Tの回動を許容する。図13で、隙間Sに絶縁部材42の突起Tが配置された後、絶縁部材42を90度回転する。このとき、絶縁部材42の突起Tの位置は、図13の270、90の位置から図14の0、180の位置に移動する。このような組付け構造を用いることで、第1ノズル3からの絶縁部材42の抜け落ちを防止することが可能となる。
このような絶縁部材42を用いることで、プラズマ生成室21から第1ノズル3への熱伝達が軽減される。
The gap S is formed around the linear portion 3b of the first nozzle 3, and allows the protrusion T of the insulating member 42 to rotate. In FIG. 13, after the protrusion T of the insulating member 42 is placed in the gap S, the insulating member 42 is rotated 90 degrees. At this time, the positions of the protrusions T of the insulating member 42 move from the positions 270 and 90 in FIG. 13 to the positions 0 and 180 in FIG. By using such an assembly structure, it is possible to prevent the insulating member 42 from falling off from the first nozzle 3.
By using such an insulating member 42, heat transfer from the plasma generation chamber 21 to the first nozzle 3 is reduced.

上述した実施形態とは異なり、絶縁部材42を用いずに、第1ノズル3を熱伝導率の低い材料で構成してもよい。
また、図11乃至図14で述べた第1ノズル3と絶縁部材42の構成は、一例であって、他の構成を採用してもよい。第1ノズル3の先端部3aを絶縁部材42で構成し、絶縁部材42を第1ノズル3に螺合してもよい。
Unlike the embodiment described above, the first nozzle 3 may be made of a material with low thermal conductivity without using the insulating member 42.
Further, the configurations of the first nozzle 3 and the insulating member 42 described in FIGS. 11 to 14 are merely examples, and other configurations may be adopted. The tip portion 3a of the first nozzle 3 may be formed of an insulating member 42, and the insulating member 42 may be screwed onto the first nozzle 3.

坩堝2の温度勾配を調整する目的で、図15に示すように、坩堝2と第2ノズル4とを一体成形し、単一の部材で構成してもよい。また、坩堝2と第1ノズル3とを一体成形してもよく、第1ノズル3と第2ノズル4の両方を坩堝2と一体成形してもよい。 In order to adjust the temperature gradient of the crucible 2, the crucible 2 and the second nozzle 4 may be integrally molded and constituted by a single member, as shown in FIG. 15. Further, the crucible 2 and the first nozzle 3 may be integrally molded, or both the first nozzle 3 and the second nozzle 4 may be integrally molded with the crucible 2.

坩堝2に導入する塩素含有ガスの使用効率を向上させる上では、塩素含有ガスとアルミニウム含有の固体材料7との接触面積の増大を図ることが望ましい。図16では、固体材料7を坩堝2の全域に配置している。この場合、固体材料7は、大きな塊に塩素含有ガスが通過する多数の孔が形成された多孔体であるか、粉末状あるいはペレット状の微細な固体材料の集まりで構成されている。
アルミ含有蒸気を蒸気放出口2aより放出する上で、図示される固体材料7は、塩素含有ガスを導入したとき、蒸気放出口2aを通して、アルミ含有蒸気や微量ながら塩素含有ガスが流出するように構成されている。
In order to improve the usage efficiency of the chlorine-containing gas introduced into the crucible 2, it is desirable to increase the contact area between the chlorine-containing gas and the aluminum-containing solid material 7. In FIG. 16, the solid material 7 is placed throughout the crucible 2. In this case, the solid material 7 is a porous body in which a large number of holes are formed through which chlorine-containing gas passes, or it is composed of a collection of fine solid materials in the form of powder or pellets.
In order to release the aluminum-containing steam from the steam outlet 2a, the illustrated solid material 7 is designed so that when the chlorine-containing gas is introduced, the aluminum-containing steam and a small amount of the chlorine-containing gas flow out through the steam outlet 2a. It is configured.

図17及び図18は、アルミニウム含有蒸気の生成方法についての実施形態である。
図17の実施形態では、最初に、アルミニウム含有の固体材料7が配置された坩堝2に塩素含有ガスを供給する(処理S1)。次に、加熱器5で坩堝2の温度が所定温度になるまで加熱する(処理S2)。
処理S1で、アルミニウム含有の固体材料7と塩素含有ガスとの反応生成物である塩化アルミニウムが生成される。処理S2で、生成された塩化アルミニウムを所定温度に加熱することでアルミニウム含有蒸気が生成される。
17 and 18 are embodiments of a method for producing aluminum-containing steam.
In the embodiment of FIG. 17, first, a chlorine-containing gas is supplied to the crucible 2 in which the aluminum-containing solid material 7 is placed (processing S1). Next, the crucible 2 is heated with the heater 5 until the temperature reaches a predetermined temperature (processing S2).
In the process S1, aluminum chloride, which is a reaction product of the aluminum-containing solid material 7 and the chlorine-containing gas, is produced. In process S2, aluminum-containing vapor is generated by heating the generated aluminum chloride to a predetermined temperature.

一方、図18の実施形態では、図17の実施形態と比較して、処理S1と処理S2の順番を逆にしている。図18の実施形態のように、処理S2を最初に行って、坩堝2を加熱器5で所定温度まで加熱しても、図17と同様にアルミニウム蒸気の生成が可能である。この理由は、処理S1で生成される塩化アルミニウムがなければ、坩堝2の温度を所定温度に加熱してもアルミニウム含有蒸気は生成されないからである。これより、処理S1と処理S2を行う順番は、いずれが先でもよい。 On the other hand, in the embodiment of FIG. 18, compared to the embodiment of FIG. 17, the order of processing S1 and processing S2 is reversed. Even if the process S2 is performed first and the crucible 2 is heated to a predetermined temperature with the heater 5 as in the embodiment of FIG. 18, aluminum vapor can be generated in the same manner as in FIG. The reason for this is that if there is no aluminum chloride produced in the process S1, no aluminum-containing vapor will be produced even if the temperature of the crucible 2 is heated to a predetermined temperature. From this, the order in which processing S1 and processing S2 are performed may be performed in any order.

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもなく、各図に描かれる実施形態は、単独で用いることもできるが、個々に組み合わせてもよい。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and that various modifications can be made without departing from the spirit thereof. May be combined.

1 :気化器
2 :坩堝
2a :蒸気放出口
2b :塩素含有ガス導入口
2c :本体部
2d :第1端部
2e :第2端部
3 :第1ノズル
3a :先端部
4 :第2ノズル
5 :加熱器
7 :固体材料
10 :弾性部材
11 :第1ガス供給源
21 :プラズマ生成室
27 :第1ガス導入口
28 :第2ガス導入口
41 :第2熱シールド
IS :イオン源
1 : Vaporizer 2 : Crucible 2a : Steam discharge port 2b : Chlorine-containing gas inlet 2c : Main body part 2d : First end part 2e : Second end part 3 : First nozzle 3a : Tip part 4 : Second nozzle 5 : Heater 7 : Solid material 10 : Elastic member 11 : First gas supply source 21 : Plasma generation chamber 27 : First gas inlet 28 : Second gas inlet 41 : Second heat shield IS : Ion source

Claims (9)

内部にアルミニウム含有の固体材料が配置される坩堝と、
前記坩堝を加熱する加熱器とを具備し、
前記坩堝は、塩素含有ガスを前記坩堝に導入する塩素含有ガス導入口と、
前記塩素含有ガスと前記固体材料との反応生成物が加熱されることにより発生するアルミニウム含有蒸気を、前記坩堝の外部へ放出する蒸気放出口とを有する、気化器。
a crucible in which an aluminum-containing solid material is placed;
and a heater that heats the crucible,
The crucible includes a chlorine-containing gas inlet for introducing a chlorine-containing gas into the crucible;
A vaporizer, the vaporizer having a vapor discharge port for discharging aluminum-containing vapor generated by heating a reaction product of the chlorine-containing gas and the solid material to the outside of the crucible.
前記固体材料が、純アルミニウムである請求項1記載の気化器。 A vaporizer according to claim 1, wherein the solid material is pure aluminum. 前記蒸気放出口が、複数の方向に前記アルミニウム含有蒸気を放出する請求項1に記載の気化器。 The vaporizer of claim 1, wherein the vapor outlet releases the aluminum-containing vapor in multiple directions. 請求項1記載の気化器と、
内部にプラズマを生成するプラズマ生成室を有し、
前記プラズマ生成室の壁面を通して前記プラズマ生成室の内部に前記アルミニウム含有蒸気を放出する、イオン源。
The vaporizer according to claim 1;
It has a plasma generation chamber that generates plasma inside,
An ion source that emits the aluminum-containing vapor into the plasma generation chamber through a wall surface of the plasma generation chamber.
前記プラズマ生成室は、第1ガス導入口と第2ガス導入口を有し、
前記第1ガス導入口には、前記気化器を通じて前記アルミニウム含有蒸気が供給され、
前記第2ガス導入口には、アルミニウム以外の成分からなるガスが供給される、請求項4記載のイオン源。
The plasma generation chamber has a first gas inlet and a second gas inlet,
The aluminum-containing vapor is supplied to the first gas inlet through the vaporizer,
5. The ion source according to claim 4, wherein a gas made of a component other than aluminum is supplied to the second gas inlet.
前記坩堝は、
第1方向において、前記塩素含有ガス導入口を含む第1端部と、前記蒸気放出口を含む第2端部と、前記第1端部と第2端部との間に本体部とを備え、
前記第1方向において、前記加熱器が前記第1端部側に偏心配置される請求項4記載のイオン源。
The crucible is
a first end including the chlorine-containing gas inlet, a second end including the steam discharge port, and a main body between the first end and the second end in a first direction. ,
The ion source according to claim 4, wherein the heater is eccentrically arranged toward the first end in the first direction.
前記坩堝を前記プラズマ生成室の壁面に向けて、弾性力により付勢する弾性部材を備える、請求項4記載のイオン源。 The ion source according to claim 4, further comprising an elastic member that biases the crucible toward a wall surface of the plasma generation chamber using an elastic force. 前記プラズマ生成室と前記坩堝との間に、熱シールドを有する請求項4記載のイオン源。 The ion source according to claim 4, further comprising a heat shield between the plasma generation chamber and the crucible. アルミニウム含有の固体材料が配置された坩堝への塩素含有ガスの供給と、前記坩堝の加熱とを行って、
前記坩堝内で、アルミニウム含有蒸気を生成する、アルミニウム含有蒸気の生成方法。
Supplying a chlorine-containing gas to a crucible in which an aluminum-containing solid material is placed and heating the crucible,
A method for producing aluminum-containing steam, comprising producing aluminum-containing steam in the crucible.
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