TW202326783A - 用於離子源的屏蔽氣體入口 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種離子源，其具有電弧腔室，該電弧腔室具有一或多個輻射產生特徵、圍封一內部體積之一電弧腔室主體及界定於該電弧腔室主體中之至少一個氣體入口孔徑。一氣體源經由該氣體入口孔徑提供一氣體，諸如一源物質氣體或一鹵化物。該源物質氣體可為一基於鋁之離子源材料，諸如二甲基氯化鋁（DMAC）。靠近該氣體入口孔徑定位之一或多個屏蔽件提供該氣體入口孔徑與該內部體積之間的一流體連通，最小化自該一或多個輻射產生特徵至該氣體入口孔徑之一視線，且實質上防止自該一或多個輻射產生特徵到達該氣體入口孔徑的熱輻射。

Description

用於離子源的屏蔽氣體入口

本發明大體上是關於離子植入系統，且更特定言之是關於用於經組態以產生離子束之離子植入系統的離子源，其中屏蔽用於將源氣體引入至離子源之氣體入口以減輕源材料在高溫下之降解，諸如當自氣態二甲基氯化鋁（DMAC）形成鋁離子時。 相關申請案之參考

本申請案主張2021年10月29日申請之標題為「用於離子源之屏蔽氣體入口（SHIELDED GAS INLET FOR AN ION SOURCE）」的美國臨時申請案第63/273,338號的效益，該等申請案之內容均以全文引用之方式併入本文中。

對使用金屬離子之離子植入物的需求逐漸增加。舉例而言，鋁植入物對於功率裝置市場至關重要，此為該市場之較小但增長快速的部分。對於許多金屬，包括鋁，將饋入材料供應至離子源存在問題。先前已提供利用汽化器之系統，該汽化器為在離子源之電弧腔室外部之較小烘箱，其中金屬鹽經加熱以產生足夠的蒸氣壓以將蒸氣供應至離子源。然而，烘箱遠離電弧腔室且花費時間加熱至所需溫度、建立蒸氣流、啟動電漿、啟動離子束等。此外，若需要自一種金屬物質改變為一些其他物質，則花費時間等待烘箱充分冷卻以進行此物質改變。

另一習知技術為將諸如鋁或另一金屬之含金屬材料置放於電弧腔室內部。對於鋁，含金屬材料可包含氧化鋁、氟化鋁或氮化鋁，其皆可承受電漿腔室之大致800℃溫度。在此類系統中，離子直接自電漿中之材料濺射下來。另一技術為使用含有諸如氟之蝕刻劑的電漿以獲得金屬之化學蝕刻。儘管可使用此等各種技術獲得可接受的射束電流，但皆為良好電絕緣體之氧化鋁、氯化鋁及氮化鋁之化合物往往會在相對較短時間段（例如，5至10小時）內沈積於鄰近於離子源之電極上。因此，可見各種不利影響，諸如高電壓不穩定性及所植入離子之劑量的相關聯變化。

本發明因此提供一種用於在利用熱不穩定氣體時產生離子束之系統及設備，諸如形成包含來自氣態二甲基氯化鋁（DMAC）、二硼烷或其他氣體之離子的離子束。因此，以下呈現本發明之簡化概述，以便提供本發明之一些態樣之基本理解。此概述並非為本發明之廣泛綜述。其既不意欲識別本發明之關鍵或重要之要素，亦不描繪本發明之範圍。其目的在於以簡化形式呈現本發明之一些概念作為稍後呈現之更詳細描述的序言。

根據本發明之一個態樣，提供一種離子植入系統。廣泛地，本發明是針對離子植入及用於植入離子之離子源。在一個特定範例中，提供熱不穩定氣體，諸如氣態基於鋁之離子源材料，其中離子源經組態以接收及離子化氣態基於鋁之離子源材料且自其形成離子束。射束線總成經組態以選擇性地運輸離子束，且終端站經組態以接收離子束以用於將離子植入至工件中。

氣態基於鋁之離子源材料例如包含二甲基氯化鋁（DMAC）或由其構成。在一個範例中，DMAC儲存為當在真空下時在室溫下轉變為氣相之液體。舉例而言，加壓氣體瓶經組態以含有DMAC，且將DMAC提供至離子源。舉例而言，離子源包含電弧腔室，其中加壓氣體瓶經組態以將DMAC提供至電弧腔室。一或多個專用供應管線可進一步經提供且經組態以將DMAC自加壓氣體瓶轉移至電弧腔室。舉例而言，低壓氣體瓶經組態以含有DMAC且經由初級氣體管線將DMAC作為氣體提供至離子源之電弧腔室。

根據本發明之一些範例，提供離子源，其中電弧腔室具有界定於其中之一或多個輻射產生特徵。舉例而言，電弧腔室包含大體上圍封內部體積之電弧腔室主體。舉例而言，電弧腔室具有界定於其中之至少一個氣體入口孔徑。舉例而言，一或多個屏蔽件靠近氣體入口孔徑定位。舉例而言，一或多個屏蔽件提供氣體入口孔徑與內部體積之間的流體連通。一或多個屏蔽件進一步經組態以實質上防止自一或多個輻射產生特徵到達氣體入口孔徑的熱輻射。

根據本發明之各種態樣，提供離子源，其中電弧腔室具有界定於其中之一或多個輻射產生特徵。電弧腔室包含大體上封閉內部體積之電弧腔室主體，其中電弧腔室主體具有界定於其中之氣體入口孔徑。舉例而言，氣體源經組態以經由氣體入口孔徑提供氣體，且一或多個屏蔽件靠近氣體入口孔徑定位。在一個範例中，氣體包含二甲基氯化鋁（DMAC）。

舉例而言，一或多個屏蔽件提供氣體入口孔徑與內部體積之間的流體連通，其中一或多個屏蔽件最小化自一或多個輻射產生特徵至氣體入口孔徑之視線且經組態以實質上防止自一或多個輻射產生特徵到達氣體入口孔徑的熱輻射。

舉例而言，可在氣體入口孔徑處界定氣體入口溫度，其中一或多個屏蔽件經組態以將氣體入口溫度維持在預定最高溫度以下，且其中預定最高溫度是基於氣體之分解溫度。在另一範例中，離子源經組態以在電弧腔室內自包含摻雜劑物質之源材料形成電漿。舉例而言，一或多個屏蔽件中之至少一個屏蔽件可由包含摻雜劑物質之屏蔽材料構成，其中屏蔽材料經組態以藉由氣體化學蝕刻。在一個範例中，摻雜劑物質包含鋁，其中氣體包含鹵化物。在另一範例中，一或多個屏蔽件包含複數個屏蔽件，其中至少一個屏蔽件包含複數個屏蔽件中最緊靠氣體入口孔徑且由摻雜劑物質構成之最近屏蔽件，且其中複數個屏蔽件中最遠離氣體入口孔徑之最遠屏蔽件由耐火金屬、陶瓷或石墨構成。

舉例而言，一或多個輻射產生特徵可包含界定於內部體積內之電漿柱、陰極、反射極、電弧腔室主體及電弧狹縫板中之一或多者。舉例而言，一或多個屏蔽件經組態以大體上防止電漿柱在氣體入口孔徑處形成電漿。

根據另一範例，一或多個屏蔽件包含呈堆疊形式之複數個剛性板。舉例而言，複數個剛性板直接定位於氣體入口孔徑上方，同時不接觸氣體入口孔徑。舉例而言，電弧腔室主體可進一步包含一或多個襯裡，其中複數個剛性板在最內部襯裡及電弧腔室主體後方凹陷。舉例而言，複數個剛性板可彼此間隔開一預定間隔距離。

在另一範例中，一或多個屏蔽件由複數個屏蔽件構成，其中複數個屏蔽件中之一或多者具有界定於其中之一或多個屏蔽孔徑。舉例而言，一或多個屏蔽孔徑界定於複數個屏蔽件中之兩者或更多者中且彼此偏移，藉此防止自一或多個輻射產生特徵至氣體入口孔徑之視線通過一或多個屏蔽孔徑。

舉例而言，一或多個屏蔽件相對於電弧腔室主體對稱地配置。在又另一範例中，一或多個屏蔽件由一或多種耐火材料、陶瓷及石墨構成。

在另一範例中，電弧腔室主體包含一或多個襯裡，且其中一或多個屏蔽件可操作地耦接至一或多個襯裡。舉例而言，一或多個襯裡包含界定於其中之一或多個熱斷裂，其中一或多個熱斷裂經組態以減少至氣體入口孔徑之熱傳遞。舉例而言，一或多個熱斷裂可包含以下中之一或多者：界定於一或多個襯裡中之凹槽；一或多個襯裡之具有比一或多個襯裡之其餘部分更小的橫截面的區；及界定於氣體入口孔徑周圍之加工周邊，其經組態以限制通過一或多個襯裡到達氣體入口孔徑之熱傳導。

可進一步提供一或多個緊固裝置，其中一或多個緊固裝置例如將一或多個屏蔽件可操作地耦接至電弧腔室主體及一或多個襯裡中之一或多者。舉例而言，一或多個緊固裝置包含一或多個螺釘及/或一或多個支座。在另一範例中，複數個狹槽界定於一或多個襯裡中，其中一或多個屏蔽件經組態以滑動方式嚙合複數個狹槽，藉此將一或多個屏蔽件可操作地耦接至一或多個襯裡。

根據另一範例，提供離子源，其中電弧腔室經組態以形成電漿柱。舉例而言，氣體入口孔徑界定於電弧腔室之壁中，且提供一或多個屏蔽件，其中一或多個屏蔽件大體上防止自電漿柱至氣體入口孔徑之視線。舉例而言，一或多個屏蔽件大體上界定電弧腔室之一或多個壁。

在另一範例中，離子源進一步包含分別定位於電弧腔室之相對末端處之陰極及反射極，其中電弧腔室為對稱的，且其中一或多個屏蔽件經組態以提供陰極及反射極之均勻腐蝕。

舉例而言，一或多個屏蔽件進一步經組態以在形成電漿柱的同時降低氣體入口孔徑附近之溫度。在另一範例中，一或多個屏蔽件進一步在形成電漿柱的同時最小化氣體入口孔徑之分解及/或堵塞。

根據另一範例，一或多個屏蔽件之大小、形狀及數量中之一或多者經組態以至少部分地基於經由氣體入口孔徑提供之氣體的溫度靈敏度而防止自電漿柱至氣體入口孔徑之視線。舉例而言，一或多個屏蔽件經組態以在形成電漿柱的同時降低電弧腔室之溫度。

為實現前述及相關目的，本發明包含在下文中充分描述且在申請專利範圍中特別指出之特徵。以下描述及隨附圖式詳細闡述本發明之某些說明性具體實例。然而，此等具體實例指示可採用本發明原理之各種方式中之若干方式。當結合圖式考慮時，本發明之其他目標、優點及新穎特徵將自本發明之以下詳細描述而變得顯而易見。

本發明大體上是針對一種離子植入系統及與其相關聯之離子源材料。更特定言之，本發明是針對當使用高度反應性及/或熱不穩定之氣體時用於該離子植入系統之組件，其中離子源內之高溫增加氣體之反應性或反應速率。舉例而言，提供離子源材料作為用於產生原子離子以在各種溫度下電摻雜矽、碳化矽或其他半導體基板之源氣體。特定言之，本發明有利地最小化此類源氣體在高溫下之降解，諸如當使用二甲基氯化鋁（DMAC）作為離子源材料時。此外，當使用諸如氟之高度反應性氣體時，藉由在根據本發明之離子源的氣體入口處達成較低溫度，進一步達成降低鄰近於氣體入口或與氣體入口接觸之組件的蝕刻速率，諸如在利用NF ₃之情況下，藉此減緩其分解成氮及氟。

因此，現將參看圖式描述本發明，在圖式中，類似參考數字始終可用於指類似元件。應理解，此等態樣之描述僅為例示性的，且不應以限制性意義來解釋此等態樣。在以下描述中，出於解釋之目的，闡述大量特定細節以提供對本發明之透徹理解。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明。此外，本發明之範圍並不意欲受下文參考隨附圖式所描述之具體實例或範例限制，但意欲僅受其所附申請專利範圍及其等效者限制。

亦應注意，提供圖式以說明本發明之具體實例之一些態樣，且因此應將圖式視為僅示意性的。特定言之，根據本發明之具體實例，圖式中所展示之元件彼此未必按比例繪製，且各種元件在圖式中之置放經選擇以提供各別具體實例之清楚理解且不應解釋為必定表示實施中各個組件之實際相對位置。此外，除非另外特定指出，否則本文中所描述之各種具體實例及範例之特徵可彼此組合。

亦應理解，在以下描述中，在圖式中所展示或本文中所描述之功能區塊、裝置、組件或其他實體或功能單元之間的任何直接連接或耦接亦可藉由間接連接或耦接來實施。此外，應瞭解，圖式中所展示之功能區塊或單元在一個具體實例中可實施為單獨特徵，且在另一具體實例中亦可或替代地被完全或部分地以共同特徵實施。舉例而言，若干功能區塊可以在諸如信號處理器之通用處理器上運行的軟體形式來實施。

離子植入為在半導體裝置製造中採用以將摻雜劑選擇性地植入至半導體及/或晶圓材料中之物理過程。因此，植入動作並不依賴於摻雜劑與半導體材料之間的化學相互作用。對於離子植入，來自離子植入機之離子源的摻雜劑原子/分子被離子化、加速、形成為離子束、分析，且掃過晶圓，或晶圓平移穿過離子束。摻雜劑離子物理地轟擊晶圓、進入表面且以與其能量相關之深度停置於表面下方。

離子植入機中之離子源典型地藉由離子化電弧腔室中之源材料而產生離子束，其中源材料之組分為所要摻雜劑元素。接著自呈離子束形式之經離子化源材料提取所需摻雜劑元素。

為了獲得對本發明之一般理解，且根據本發明之一個態樣，圖1說明例示性真空系統100。本範例中之真空系統100包含離子植入系統101，然而亦涵蓋各種其他類型之真空系統，諸如電漿處理系統或其他半導體處理系統。舉例而言，離子植入系統101包含端子102、射束線總成104及終端站106。

一般而言，端子102中之離子源108耦接至電源110以自離子源將摻雜劑氣體離子化成複數個離子，以形成離子束112。緊靠提取電極之個別電極可經偏壓以抑制中和電子返流接近源或返回至提取電極。

在本發明範例中，將離子束112引導穿過射束轉向裝置114，且朝向終端站106將其引導出孔徑116。在終端站106中，離子束112轟擊工件118（例如，諸如矽晶圓之半導體、顯示面板等），該工件被選擇性地夾持或安裝至夾盤120（例如，靜電夾盤或ESC）。一旦嵌入於工件118之晶格中，所植入離子便改變工件之物理及/或化學性質。由此，離子植入用於半導體裝置製造及金屬表面處理，以及材料科學研究中之各種應用。

本發明之離子束112可採用任何形式，諸如筆形或點束、帶束、掃描束或朝向終端站106引導離子之任何其他形式，且所有此等形式預期屬於本發明之範圍。

根據一個例示性態樣，終端站106包含處理腔室122，諸如真空腔室124，其中處理環境126與處理腔室相關聯。處理環境126通常存在於處理腔室122內，且在一個範例中，包含由耦接至處理腔室且經組態以實質上抽空處理腔室之真空源128（例如真空泵）產生之真空。此外，控制器130經提供以用於真空系統100之整體控制。

本發明瞭解到，已發現與基於矽之裝置相比，其上形成有基於碳化矽之裝置的工件118具有較佳熱及電特性，且特別地，在用於諸如電車等之高電壓及高溫裝置中之應用中。然而，向碳化矽中植入離子利用與用於矽工件之植入摻雜劑不同類別的植入摻雜劑。在碳化矽植入中，通常執行鋁、磷及氮植入。舉例而言，氮植入相對簡單，因為氮可作為氣體被引入且提供相對容易調節、清理等。然而，鋁較困難，因為目前存在少數已知的良好氣態鋁溶液。

本發明預期例如將離子源材料132提供至離子源108之電弧腔室134以用於形成離子束112。迄今為止，尚不存在可以氣態形式安全且有效地傳遞至離子源108以便產生離子束112以進行鋁離子之後續植入的材料。在過去，將固體源材料（圖中未示）置放於經加熱之汽化器總成（圖中未示）中，藉此將所得氣體饋入至電弧腔室134中，或將諸如Al ₂O ₃或AlN之固體高溫陶瓷（圖中未示）置放於電弧腔室中，其中藉由基於氟之氣體對該陶瓷進行蝕刻。

然而，兩種此等技術均可能具有顯著限制。舉例而言，汽化器達成將固體材料轉變成氣相所需之溫度的時間可大於30分鐘，因此影響工具生產率。此外，當需要將不同摻雜劑氣體引入至電弧腔室中時，隨後降低汽化器之溫度以使得源材料不再呈氣相所需之時間可大於30分鐘。此通常稱為物質之間的轉變時間，其中轉變時間可降低離子植入機之生產率。

又另外，當使用基於氟之摻雜劑氣體（例如，BF ₃、NF ₃、PF ₃、PF ₅）蝕刻氧化鋁（Al ₂O ₃）或氮化鋁（AlN）陶瓷時，所得反應副產物（例如，AlF _x、Al、N及AlN與AL ₂O ₃之中性物）可在提取電極上形成絕緣塗層（例如，在負電壓下），此繼而可引起電荷積聚且隨後向離子源電弧狹縫光學件板放電（例如，在正電壓下），因此進一步降低工具之生產率。

為了克服侷限性或先前技術，本發明之離子植入系統101提供氣態二甲基氯化鋁（C ₄H ₁₀AlCl，亦稱為DMAC）作為離子源材料132以有利地將基於鋁之材料以氣態形式遞送至離子源108之電弧腔室134中。舉例而言，將DMAC以氣態形式提供至電弧腔室134有利地實現物質之間的較快轉變時間（例如，小於5分鐘），無材料加熱及冷卻之等待時間，且亦不在習知系統中看到在提取電極上形成絕緣材料。舉例而言，經由專用初級氣體管線136將離子源材料132（例如，DMAC）選擇性地遞送至電弧腔室134，因為其為高度反應性材料（發火性）。經由次級氣體管線140將含氟氣體源138（例如，BF ₃、PF ₃等）選擇性地提供至電弧腔室134，其中初級氣體管線136與次級氣體管線為不同且分隔的氣體管線。舉例而言，含氟氣體源138為氣體之分子或預混合物，其中其至少一種組分為氟。

使用諸如DMAC之氣體作為源材料以產生鋁離子束在離子源之快速轉變及穩定性方面具有益處；然而，DMAC氣體暴露於大於400℃之溫度將傾向於分解DMAC。舉例而言，圖2說明離子源之習知電弧腔室之側壁202的照片200，其中可在用以將DMAC氣體引入至電弧腔室之氣體入口通道206處形成污染物204，藉此氣體入口通道習知地暴露於電弧腔室內之高溫（例如，大於400℃），且其中氣體入口通道可被經分解DMAC堵塞或以其他方式污染。

因此，本發明提供用於大體上防止與離子源相關聯之氣體入口孔徑之此堵塞、積垢或污染的若干設備、系統及方法。因此，根據本發明之一個範例態樣，圖3說明範例離子源300，其中提供具有界定於其中之一或多個輻射產生特徵304之電弧腔室302。電弧腔室302包含大體上圍封或以其他方式界定內部體積308之電弧腔室主體306。舉例而言，一或多個輻射產生特徵304包含在離子源300之操作期間界定於內部體積308內的陰極310、反射極312（亦被稱作對陰極）、電弧腔室302之壁314、電弧狹縫316及電漿柱318中之一或多者。電弧狹縫316以虛線（phantom）說明且界定於大體上圍封內部體積318之電弧狹縫板（為清楚起見未示）中。

舉例而言，電弧腔室主體306可進一步包含一或多個襯裡320，其中一或多個襯裡通常用於以熱方式、以化學方式或以其他方式保護電弧腔室主體306。舉例而言，一或多個襯裡320可包含諸如石墨或其他保護材料之材料或由其構成。在一個範例中，電弧腔室302包含用於將氣體自氣體源324引入至內部體積308之至少一個氣體入口孔徑322，如下文將進一步論述。舉例而言，氣體入口孔徑322（例如，孔、通道或其他開口）界定於電弧腔室主體306及一或多個襯裡320中之一或多者中或穿過該電弧腔室主體及襯裡中之一或多者。

根據本發明之一個範例，一或多個屏蔽件326靠近氣體入口孔徑322定位，其中一或多個屏蔽件提供氣體入口孔徑與內部體積308之間的流體連通，同時為氣體入口孔徑屏蔽與內部體積相關聯之熱輻射。舉例而言，圖3中所說明之一或多個屏蔽件326經組態以實質上限制與電漿柱318或一或多個輻射產生特徵304中之其他者相關聯之熱輻射到達氣體入口孔徑322。在一個範例中，一或多個屏蔽件326經由一或多個緊固裝置328可操作地耦接至電弧腔室主體306及一或多個襯裡320中之一或多者。在本發明範例中，一或多個緊固裝置328包含一或多個螺釘330及/或一或多個支座332，藉此一或多個屏蔽件326經由一或多個緊固裝置相對於電弧腔室主體306選擇性地定位。舉例而言，一或多個屏蔽件326實質上減少或防止自一或多個輻射產生特徵304（例如，電漿柱318）至氣體入口孔徑322之視線，且預期具有各種組態。舉例而言，一或多個屏蔽件326預期具有廣泛各種大小及形狀，諸如矩形、卵形、圓形或不規則形狀中之一或多者。

舉例而言，一或多個屏蔽件326經組態以實質上不干擾電弧腔室302內之電漿柱318。舉例而言，一或多個屏蔽件326包含圖3中所示之屏蔽件334A、334B及334C，其中最內部屏蔽件334A對電漿柱318具有最大直接暴露。因此，例如，至少最內部屏蔽件334A之組態設置成使得其相對於電弧狹縫316大體上對稱且通常提供內部體積308內之對稱性。舉例而言，最內部屏蔽件334A可因此定位於電弧腔室302內，使得其相對於陰極310、反射極312、襯裡320及電弧狹縫316中之一或多者之位置實質上不干擾電漿柱318之形成。舉例而言，最內部屏蔽件334A可與電弧腔室302之與氣體入口孔徑322相關聯的側壁338的內表面336（例如，一或多個襯裡320之表面）實質上共面或自其稍微凹陷。雖然最內部屏蔽件334A在本發明範例中說明為部分地沿著電弧腔室302之側壁338延伸，但本發明進一步涵蓋一或多個屏蔽件326中之至少一者（例如，最內部屏蔽件334A）大致完全地在具有陰極310及反射極312的電弧腔室302之末端側壁340之間延伸。在圖3中所說明之範例中，一或多個屏蔽件326在大小及形狀上是實質上均勻的。

舉例而言，圖4至圖5說明另一範例電弧腔室350，其中一或多個屏蔽件326包含經組態以滑動方式嚙合電弧腔室主體306及一或多個襯裡320中之一或多者的屏蔽板352A至352C。舉例而言，圖5之屏蔽板352A至352C以滑動方式嚙合界定於側構件356（例如，一或多個襯裡320或電弧腔室主體306中之一者）中之狹槽354A至354C，且圖4中所示之罩蓋構件358可操作地耦接至該側構件以將屏蔽板選擇性地固定在適當位置。因此，對應屏蔽板352A至352C與狹槽354A至354C之間的滑動嚙合連同罩蓋構件358大體上界定一或多個緊固裝置328。在本發明範例中，例如，最內部屏蔽板352A自電弧腔室302之側壁338的內表面336略微凹陷，因此再次提供內部體積308之大體對稱性。電弧腔室302之側壁338進一步界定將至少最內部屏蔽板352A暴露於內部體積308之暴露孔徑360。

本發明因此瞭解，雖然此處可具有大體上提供與一或多個屏蔽件326及電弧腔室302相關聯之內部體積308的對稱性的操作優勢，諸如圖3至圖5中所示之範例中所說明，但一或多個屏蔽件之各種其他組態預期屬於本發明之範圍內。根據圖6中所說明之另一範例，示出另一電弧腔室370，其中一或多個屏蔽件326包含具有變化幾何形狀之複數個屏蔽件372A至372C，藉此複數個屏蔽件說明為相對於氣體入口孔徑322大體上呈階梯形。舉例而言，複數個屏蔽件372A至372C可關於電漿柱318對稱，或自電漿柱偏移，或另外關於電弧腔室302不對稱。

再次參考圖3，根據本發明之另一範例態樣，氣體源324經組態以經由選擇性地流體耦接至氣體源及氣體入口孔徑之一或多個管道374將氣體（例如，處理氣體、共伴氣體或其他氣體）提供至氣體入口孔徑322或使其穿過該氣體入口孔徑。應進一步注意，雖然氣體入口孔徑322在一個範例中被描述為單一孔徑，但亦涵蓋多個孔徑、孔或通道，其中一或多個管道374經組態以選擇性地向其供應氣體。

舉例而言，在圖3至圖6之電弧腔室302、350、370中之任一者的操作期間，在氣體入口孔徑322處界定氣體入口溫度，其中一或多個屏蔽件326進一步經組態以將氣體入口溫度維持在預定最高溫度以下。舉例而言，預定最高溫度可基於氣體之分解溫度或與其相關聯，在該溫度下氣體歸因於此高溫而開始實質上分解。在一個範例中，氣體包含二甲基氯化鋁（DMAC），且預定最高溫度為約400℃。因此，可基於與氣體相關聯之預定最高溫度而有利地提供與一或多個屏蔽件326相關聯之數目、大小、形狀、厚度、沿著側壁338之位置或其他特徵的預定組態。另外，一或多個屏蔽件326之預定組態可基於氣體自氣體入口孔徑322至內部體積308之所需流動速率。因此，可提供氣體在一或多個屏蔽件326之間或穿過該一或多個屏蔽件之預定間隔或流動路徑，以產生氣體自氣體入口孔徑322至內部體積308的所需流動速率。

根據另一範例，一或多個屏蔽件326進一步經組態以大體上防止在氣體入口孔徑322處或附近形成電漿。舉例而言，一或多個屏蔽件326中之至少一者可直接定位於圖3、圖5及圖6中之任一者的氣體入口孔徑322上方，同時不接觸該氣體入口孔徑。舉例而言，一或多個屏蔽件326可包含一或多個剛性板380，如圖7中所說明。舉例而言，一或多個剛性板380可由一或多種耐火材料、陶瓷及石墨中之一或多者構成。舉例而言，一或多個剛性板380為大體上平面，如圖7中所說明，或可包含彎曲板（圖中未示）。舉例而言，一或多個屏蔽件326可進一步經組態以貼合電弧腔室之各種特徵，諸如貼合圖3至圖6中之任一者的電弧腔室主體306。舉例而言，一或多個剛性板380經組態以相對於最內部襯裡及電弧腔室主體306安裝於各種位置中，諸如上文所描述。舉例而言，一或多個剛性板380可藉由一或多個緊固裝置328彼此間隔開一預定間隔距離，藉此上文所描述之氣體可在板之間自氣體入口孔徑322傳遞至電弧腔室主體306之內部體積308。

圖8說明另一範例，其中一或多個屏蔽件326中之一或多者包含界定於其中的一或多個狹槽型孔徑382。舉例而言，一或多個狹槽型孔徑382進一步設置於如圖4至圖5中所說明之範例電弧腔室350中之各別屏蔽板352A至352C中。雖然在圖4中僅可見屏蔽板352A，但圖5中所示之屏蔽板352B及352C可具有類似組態。因此，氣體經組態以穿過各別屏蔽板352A至352C中之狹槽型孔徑382中之每一者，同時以熱方式保護圖5之氣體入口孔徑322不暴露於形成於電弧腔室主體306之內部體積308內的電漿。

圖9A至圖9C說明另一範例，其中一或多個屏蔽件326由複數個屏蔽件384A、384B構成，且其中複數個屏蔽件中之一或多者具有界定於其中之一或多個屏蔽孔徑386。在圖9A中，複數個屏蔽件384A、384B說明為將安裝於離子源中，藉此屏蔽件在y方向上堆疊且間隔開，且藉此當自y方向查看時，複數個孔徑彼此偏移。舉例而言，一或多個屏蔽孔徑386界定於複數個屏蔽件384A、384B中之兩者或更多者中，其中一或多個屏蔽孔徑在複數個屏蔽件中之兩者或更多者堆疊於彼此上時彼此偏移，以大體上防止圖3及圖6中所示之電漿柱318與氣體入口孔徑322之間的視線。應瞭解，本發明涵蓋採用多種形狀中之任一者的一或多個屏蔽孔徑386，諸如如圖9A至圖9C中所說明之圓形、如藉由圖8之狹槽型孔徑382所說明之狹槽型或其他形狀，諸如曲線、多邊形、迷宮狀或未特定說明之其他形狀，其中結合一或多個屏蔽孔徑386之組態堆疊複數個屏蔽件中之兩者或更多者大體上防止圖3及圖6中所示之電漿柱318或其他輻射產生特徵304與氣體入口孔徑322之間的視線。

根據另一範例，如圖3及圖6中所說明，一或多個襯裡320包含界定於其中之一或多個熱斷裂388，其中一或多個熱斷裂經組態以減少至氣體入口孔徑322之熱傳遞。舉例而言，一或多個熱斷裂388包含界定於一或多個襯裡320中之一或多個凹槽。替代地或另外，舉例而言，一或多個熱斷裂388包含一或多個襯裡320之具有小於一或多個襯裡之其餘部分之橫截面的區（例如，橫截面變薄），如圖5之範例中所說明。舉例而言，一或多個熱斷裂388可包含界定於氣體入口孔徑322周圍之加工周邊，其中減少至氣體入口孔徑之熱傳導。

根據本發明之各種態樣之另一說明性範例，圖3之離子源300經組態以自預定源材料形成電漿，其中一或多個屏蔽件326由與源材料相容之預定材料構成，且其中一或多個屏蔽件在形成電漿時維持結構完整性。舉例而言，與一或多個屏蔽件中最遠離氣體入口孔徑之最遠屏蔽件（例如，屏蔽件334A）相比，一或多個屏蔽件326中最緊靠氣體入口孔徑322之一個屏蔽件（例如，屏蔽件334C）可具有較低熔融溫度。在源材料為鹵化物之範例中，屏蔽件334C可由摻雜金屬或含有摻雜劑之陶瓷構成，且其餘屏蔽件（例如屏蔽件334A、334B）中之一或多者可由耐火金屬、陶瓷或石墨構成。

因此，本發明瞭解到，藉由在氣體入口孔徑322上方或靠近氣體入口孔徑定位一或多個屏蔽件326（例如，基於源氣體或分子之溫度靈敏度），靠近氣體入口孔徑之表面或區域因此受保護而免受與電漿管柱318、陰極310（例如，間接加熱陰極或IHC）、電弧腔室主體306或反射極312相關聯的熱的影響。舉例而言，一或多個屏蔽件326亦大體上防止歸因於區域中之局部高壓而在氣體入口孔徑322處或附近形成電漿，因此降低圍繞氣體入口孔徑之區域或區的溫度及/或防止電漿侵入至入口孔徑中。舉例而言，一或多個屏蔽件326可包含具有低導熱性之耐火金屬，諸如鉭或由該耐火金屬構成。替代地，一或多個屏蔽件326可包含諸如鎢、鉬、石墨、氮化鋁及氧化鋁之其他各種材料或由其構成。

根據另一範例，一或多個屏蔽件326之組態（例如，長度、寬度、高度、形狀等）可至少部分基於經由氣體入口孔徑322引入至離子源300之氣體的溫度靈敏度。一或多個屏蔽件326可為平面或任何非平面形狀，諸如為彎曲的或鐘形。在另一範例中，一或多個屏蔽件326之寬度及高度可具有交錯或階梯式組態，諸以便覆蓋或大體上防止自電漿柱318至氣體入口孔徑322之視線。

舉例而言，一或多個屏蔽件326經由一或多個緊固裝置328耦接至電弧腔室主體306或一或多個襯裡320，該緊固裝置諸如一或多個螺釘、支座、夾具、干擾擬合（interference-fit）構件、狹槽等。舉例而言，一或多個緊固裝置328包含耐火金屬、陶瓷或石墨中之一或多者或由其構成，藉此一或多個緊固裝置經組態以耐受高溫、諸如氟氣之反應性氣體，且具有低雜質含量。舉例而言，一或多個緊固裝置328由具有低導熱性之材料（諸如鉭）構成，藉此熱不易於轉移至電弧腔室主體306或一或多個襯裡320。

在一個範例中，一或多個襯裡320可經建構，使得兩個末端片件可經由輻射屏蔽件中之一或多者橋接在一起。舉例而言，一或多個襯裡320中之一或多者可包含在氣體入口孔徑322之一或多個側面上加工或以其他方式界定於該側面中或上的至少一個熱斷裂388。在另一範例中，熱斷裂388可加工成在氣體入口孔徑322周圍。一或多個襯裡320亦可在氣體入口孔徑322附近變薄以便進一步減少質量及後續熱傳導。雖然未展示，但一或多個襯裡320可包含單件式U形襯裡（例如，將兩個側面襯裡及後部襯裡組合以形成U形襯裡），且一或多個屏蔽件326中之一或多者可定位於氣體入口孔徑322上方。舉例而言，一或多個襯裡320可為平坦的或經成形以符合最接近電漿之屏蔽件之各種輪廓。各種下伏U形襯裡可經間隔開以進一步減少至電弧腔室主體之熱傳導。

舉例而言，本發明因此提供一或多個熱屏蔽件以降低靠近氣體入口孔徑之各種組件的溫度，及/或大體上防止電漿流動至氣體入口孔徑之可為具有比電弧腔室之剩餘部分更高壓力的區域的區。本發明因此在將各種熱不穩定穩定氣體引入至電弧腔室時尤其適用，該等氣體諸如二甲基氯化鋁（DMAC）、二硼烷、鹵化物或其他此等氣體。舉例而言，DMAC可用作用於在高功率裝置中植入鋁離子之鋁源。

應注意，本發明亦適用於將高反應性氣體引入至電弧腔室中之各種應用。在此等應用中，本發明改善先前所見之問題，其中存在高溫及高反應性氣體，諸如氟與鎢反應形成揮發性WF _x。舉例而言，諸如氟、XeF ₂之高反應性氣體或其他反應性氣體可經由氣體入口孔徑提供，藉此本發明之一或多個屏蔽件有利地保護氣體入口孔徑之區。

圖10說明用於將鋁離子植入至工件中之例示性方法400。應進一步注意，雖然在本文中將例示性方法說明及描述為一系列動作或事件，但將瞭解，本發明不受此等動作或事件之所說明排序限制，如根據本發明，一些步驟可以與除本文中所展示及描述之外的其他步驟不同之次序發生及/或同時發生。另外，可並不需要所有所說明步驟來實施根據本發明之方法。此外，將瞭解，該等方法可結合本文中所說明及描述之系統以及結合未說明之其他系統實施。

根據一個例示性態樣，在圖4之動作402中，經由氣體入口孔徑將氣體提供至離子源之電弧腔室。在一個範例中，氣體可包含呈二甲基氯化鋁（DMAC）形式之氣態離子源材料。舉例而言，氣態離子源材料可提供於低壓瓶（例如約10至15托）中，其中DMAC作為氣體經由氣體入口孔徑自低壓瓶流動至電弧腔室。在動作404中，屏蔽氣體入口孔徑。舉例而言，如上文所論述，在電弧腔室中設置一或多個屏蔽件。在動作406中，在離子源中離子化離子源材料以產生離子。在動作408中，自離子源提取離子以形成包含離子之離子束，且在動作410中，將鋁離子植入至工件中。

儘管本發明已關於某一具體實例或某些具體實例展示且描述，但應注意，上文所描述之具體實例僅充當本發明一些具體實例之實施方案的範例，且本發明之應用不受此等具體實例限制。特別就藉由上文所描述之組件（總成、裝置、電路等）執行之各種功能而言，除非另外指示，否則用於描述此等組件之術語（包括對「構件」之參考）意欲對應於執行所描述組件之指定功能（亦即，即在功能上等效）的任何組件，即使在結構上不等效於執行本文中本發明之例示性具體實例所說明之功能的所揭示之結構亦如此。另外，雖然本發明之特定特徵可能已關於若干具體實例中之僅一者揭示，但該特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合為對於任何給定或特定應用可合乎需要及有利。因此，本發明不限於上述具體實例，但意欲僅受所附申請專利範圍及其等效物限制。

100:真空系統 101:離子植入系統 102:端子 104:射束線總成 106:終端站 108:離子源 110:電源 112:離子束 114:射束轉向裝置 116:孔徑 118:工件 120:夾盤 122:處理腔室 124:真空腔室 126:處理環境 128:真空源 130:控制器 132:離子源材料 134:電弧腔室 136:初級氣體管線 138:含氟氣體源 140:次級氣體管線 200:照片 202:側壁 204:污染物 206:氣體入口通道 300:離子源 302:電弧腔室 304:輻射產生特徵 306:電弧腔室主體 308:內部體積 310:陰極 312:反射極 314:壁 316:電弧狹縫 318:電漿柱 320:襯裡 322:氣體入口孔徑 324:氣體源 326:屏蔽件 328:緊固裝置 330:螺釘 332:支座 334A:屏蔽件 334B:屏蔽件 334C:屏蔽件 336:內表面 338:側壁 340:末端側壁 350:電弧腔室 352A:屏蔽板 352B:屏蔽板 352C:屏蔽板 354A:狹槽 354B:狹槽 354C:狹槽 356:側構件 358:罩蓋構件 360:暴露孔徑 370:電弧腔室 372A:屏蔽件 372B:屏蔽件 372C:屏蔽件 374:管道 380:剛性板 382:狹槽型孔徑 384A:屏蔽件 384B:屏蔽件 386:屏蔽孔徑 388:熱斷裂 400:方法 402:動作 404:動作 406:動作 408:動作 410:動作 y:方向

[圖1]為根據本發明之若干態樣之例示性真空系統的方塊圖。 [圖2]為至電弧腔室之習知氣體入口的照片，該電弧腔室具有堵塞氣體入口之堆積材料。 [圖3]為根據本發明之若干範例態樣之離子源的示意性表示。 [圖4]為根據本發明之各種範例之範例電弧腔室的透視圖。 [圖5]為根據本發明之各種範例的圖4之範例電弧腔室之局部橫截面圖。 [圖6]為根據本發明之若干範例態樣之另一離子源的示意性表示。 [圖7]說明根據本發明之範例的其中未界定有孔徑之範例屏蔽件的正面透視圖。 [圖8]說明根據本發明之範例的其中界定有狹槽之範例屏蔽件的正面透視圖。 [圖9A]至[圖9C]說明根據本發明之範例的其中界定有複數個偏移孔之範例複數個屏蔽件的正視圖及後視圖。 [圖10]說明用於使用二甲基氯化鋁作為氣態離子源材料將鋁離子植入至工件中之例示性方法。

100:真空系統

101:離子植入系統

102:端子

104:射束線總成

106:終端站

108:離子源

110:電源

112:離子束

114:射束轉向裝置

116:孔徑

118:工件

120:夾盤

122:處理腔室

124:真空腔室

126:處理環境

128:真空源

130:控制器

132:離子源材料

134:電弧腔室

136:初級氣體管線

138:含氟氣體源

140:次級氣體管線

Claims (29)

1. 一種離子源，其包含： 一電弧腔室，其具有界定於其中之一或多個輻射產生特徵，其中該電弧腔室包含大體上圍封一內部體積之一電弧腔室主體，且其中該電弧腔室主體具有界定於其中之一氣體入口孔徑； 一氣體源，其經組態以經由該氣體入口孔徑提供一氣體；及 一或多個屏蔽件，其靠近該氣體入口孔徑定位，其中該一或多個屏蔽件提供該氣體入口孔徑與該內部體積之間的一流體連通，且其中該一或多個屏蔽件最小化自該一或多個輻射產生特徵至該氣體入口孔徑之一視線且經組態以實質上防止自該一或多個輻射產生特徵到達該氣體入口孔徑的熱輻射。
2. 如請求項1之離子源，其中在該氣體入口孔徑處界定一氣體入口溫度，且其中該一或多個屏蔽件經組態以將該氣體入口溫度維持在一預定最高溫度以下，且其中該預定最高溫度是基於該氣體之一分解溫度。
3. 如請求項1之離子源，其中該離子源經組態以在該電弧腔室內自包含一摻雜劑物質之一源材料形成一電漿，且其中該一或多個屏蔽件中之至少一個屏蔽件由包含該摻雜劑物質之一屏蔽材料構成，其中該屏蔽材料經組態以藉由該氣體進行化學蝕刻。
4. 如請求項3之離子源，其中該摻雜劑物質包含鋁，且其中該氣體包含一鹵化物。
5. 如請求項3之離子源，其中該一或多個屏蔽件包含複數個屏蔽件，且其中該至少一個屏蔽件包含該複數個屏蔽件中最緊靠該氣體入口孔徑且由該摻雜劑物質構成的一最近屏蔽件，且其中該複數個屏蔽件中最遠離該氣體入口孔徑之一最遠屏蔽件由一耐火金屬、一陶瓷或石墨構成。
6. 如請求項2之離子源，其中該氣體包含二甲基氯化鋁（DMAC）。
7. 如請求項1之離子源，其中該一或多個輻射產生特徵包含界定於該內部體積內之一電漿柱、一陰極、一反射極、該電弧腔室主體及一電弧狹縫板中之一或多者。
8. 如請求項7之離子源，其中該一或多個屏蔽件經組態以大體上防止該電漿柱在該氣體入口孔徑處形成一電漿。
9. 如請求項1之離子源，其中該一或多個屏蔽件包含呈一堆疊形式之複數個剛性板。
10. 如請求項9之離子源，其中該複數個剛性板直接定位於該氣體入口孔徑上方，同時不接觸該氣體入口孔徑。
11. 如請求項10之離子源，其中該電弧腔室主體包含一或多個襯裡，其中該複數個剛性板在一最內部襯裡及該電弧腔室主體後方凹陷。
12. 如請求項11之離子源，其中該複數個剛性板彼此間隔開一預定間隔距離。
13. 如請求項1之離子源，其中該一或多個屏蔽件由複數個屏蔽件構成，其中該複數個屏蔽件中之一或多者具有界定於其中之一或多個屏蔽孔徑。
14. 如請求項13之離子源，其中該一或多個屏蔽孔徑界定於該複數個屏蔽件中之兩者或更多者中且彼此偏移，藉此防止自該一或多個輻射產生特徵至該氣體入口孔徑之該視線通過該一或多個屏蔽孔徑。
15. 如請求項1之離子源，其中該一或多個屏蔽件相對於該電弧腔室主體對稱地配置。
16. 如請求項1之離子源，其中該電弧腔室主體包含一或多個襯裡，且其中該一或多個屏蔽件可操作地耦接至該一或多個襯裡。
17. 如請求項16之離子源，其中該一或多個襯裡包含界定於其中之一或多個熱斷裂，其中該一或多個熱斷裂經組態以減少至該氣體入口孔徑之一熱傳遞。
18. 如請求項17之離子源，其中該一或多個熱斷裂包含以下中之一或多者：界定於該一或多個襯裡中之一凹槽；該一或多個襯裡之具有比該一或多個襯裡之一其餘部分更小的一橫截面之一區；及界定於該氣體入口孔徑周圍之一加工周邊，其經組態以限制通過該一或多個襯裡到達該氣體入口孔徑之一熱傳導。
19. 如請求項16之離子源，其進一步包含一或多個緊固裝置，其中該一或多個緊固裝置將該一或多個屏蔽件可操作地耦接至該電弧腔室主體及該一或多個襯裡中之一或多者。
20. 如請求項19之離子源，其中該一或多個緊固裝置包含一或多個螺釘及/或一或多個支座。
21. 如請求項16之離子源，其進一步包含界定於該一或多個襯裡中之複數個狹槽，其中該一或多個屏蔽件經組態以滑動方式嚙合該複數個狹槽，藉此將該一或多個屏蔽件可操作地耦接至該一或多個襯裡。
22. 如請求項1之離子源，其中該一或多個屏蔽件由一或多個一耐火材料、一陶瓷及石墨構成。
23. 一種離子源，其包含： 一電弧腔室，其經組態以形成一電漿柱； 一氣體入口孔徑，其界定於該電弧腔室之一壁中；及 一或多個屏蔽件，其中該一或多個屏蔽件大體上防止自該電漿柱至該氣體入口孔徑之一視線。
24. 如請求項23之離子源，其中該一或多個屏蔽件大體上界定該電弧腔室之一或多個壁。
25. 如請求項24之離子源，其進一步包含分別定位於該電弧腔室之相對末端處之一陰極及一反射極，其中該電弧腔室為對稱的，且藉此該一或多個屏蔽件經組態以提供該陰極及該反射極之一均勻腐蝕。
26. 如請求項23之離子源，其中該一或多個屏蔽件經組態以在形成該電漿柱的同時降低該氣體入口孔徑附近之一溫度。
27. 如請求項23之離子源，其中該一或多個屏蔽件進一步在形成該電漿柱的同時最小化該氣體入口孔徑之一分解及/或堵塞。
28. 如請求項23之離子源，其中該一或多個屏蔽件之一大小、一形狀及一數量中之一或多者經組態以至少部分地基於經由該氣體入口孔徑提供之一氣體之一溫度靈敏度而防止自該電漿柱至該氣體入口孔徑之該視線。
29. 如請求項23之離子源，其中該一或多個屏蔽件經組態以在形成該電漿柱的同時降低該電弧腔室之一溫度。