專利名稱：離子源氣體反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及饋送在半導體的離子植入中所用的離子源的氣體反應腔室，且更明確 地說，涉及將氣態(tài)材料轉(zhuǎn)化成用于離子束產(chǎn)生的特定氣體饋送材料(例如，分子氣體材料 轉(zhuǎn)化成其它分子或原子種類)的氣體反應腔室。
背景技術：
離子植入為集成電路(IC)制造中的關鍵使能技術。在邏輯和存儲器IC的制造 中，將離子植入到襯底中以形成晶體管結(jié)，所述襯底由(例如)硅和GaAs晶片形成。還植 入離子以對Pn結(jié)的阱區(qū)進行摻雜。通過改變離子的能量，可控制離子植入到襯底中的植入 深度，從而允許對由離子植入所引入的摻雜劑濃度進行三維控制。摻雜劑濃度控制晶體管 的電特性，且因此控制IC的性能。已知將許多種不同電活性材料用作摻雜劑材料，包括As、B、P、In、Sb、Bi和Ga。這 些材料中的多數(shù)可呈氣態(tài)形式，例如為AsH3、PH3、BF3和SbF5。已知離子植入機為以下一類制造工具，其將含摻雜劑的饋送材料離子化(例如， 如此項技術中眾所周知，通過電弧等離子體、電子沖擊、RF或微波)且提取出關注的摻雜劑 離子；使摻雜劑離子加速到所要能量濾掉不需要的種類；和接著將關注的摻雜劑離子運 送到晶片上。為實現(xiàn)所要植入剖面，必須針對給定植入制程控制以下變量·摻雜劑饋送材料(例如，BF3氣體) 摻雜劑離子(例如，B+) 離子能量(例如，5keV)·離子束的化學純度(例如，< 污染物)·離子束的能量純度(例如，< 2% FffHM)·植入期間的離子劑量、溫度和角均勻性。離子植入技術中極重要的方面為離子源。商用離子源(即，“增強式伯納”離子源) 的“標準”技術為眾所周知的。此類型的源常用在高電流、高能量和中等電流的離子植入機 中。舉例來說，通過安裝凸緣將離子源安裝到離子植入機的真空系統(tǒng)，所述安裝凸緣也可容 納用于冷卻水、熱電偶、摻雜劑氣體饋料、N2冷卻氣體和電力的真空進給裝置。將饋送氣體 饋送到源電弧腔室中，在源電弧腔室中氣體裂化及或離子化以形成摻雜劑離子。饋送氣體通常為在正常條件下為氣體的材料。在一些情況下，氣體饋料是從熱固 體材料得到。在這些情況中，氣體饋送系統(tǒng)包括汽化器或烘箱，這取決于將轉(zhuǎn)化成供引入到 離子源腔室中用于離子化的氣體的固體饋送材料的類型。通常提供汽化器或烘箱(在下 文稱作“汽化器”)，在所述汽化器或烘箱中汽化固體饋送材料，例如As、Sb203、B18H22^B10H14,C14H14、C16H10 禾口 P0在此項技術中已知的一項實例中，在冷卻機械加工的鋁塊內(nèi)含有烘箱、氣體饋送 裝置和冷卻管線。需要進行水冷卻以當在100C與800C之間操作的汽化器在使用中時限制 鋁塊的溫度劇增，且還在離子源在使用中時抵消電弧腔室所致的輻射加熱。電弧腔室安裝 到鋁塊但與鋁塊成不良熱接觸。傳統(tǒng)上，已在離子植入設備中使用伯納型離子源。伯納型離子源被稱作熱等離子 體或電弧放電源，且通常并入有電子發(fā)射器，為裸絲狀陰極或間熱式陰極。此類型的源產(chǎn)生 由磁場限界的等離子體。近來，已將集束植入離子源引入到設備市場中。這些集束離子源 與伯納式離子源不同之處在于其已經(jīng)設計以產(chǎn)生呈分子形式的摻雜劑原子的“集束”或聚 結(jié)體，包括Asn+、Pn+、CnHffl或BnHm+形式的離子，其中η和m為整數(shù)，且m，η彡1。此等離子化 集束可植入到更接近于襯底表面處，且劑量率相對于其單體(η = 1，m = 0)對應物更高。 因此，集束離子源對在(例如)65nm、45nm或32nm各代的晶體管裝置中形成超淺p-n晶體 管結(jié)極具重要性。舉例來說，集束植入和集束離子源的方法詳細描述在第6，452，338號；第 6，686，595號；第6，744，214號和第7，107，929號美國專利中，這些專利全部以引用方式并 入本文中。這些集束離子源保留引入到離子源中用于產(chǎn)生離子束的饋送氣體的母體分子 (或利用其不同種類，例如，C14H14轉(zhuǎn)化成C7H7)。使用As4+、P4+或P7+作為用于離子植入的植 入材料以制造半導體裝置是揭示在申請人的受讓人的第60/856，994號未決美國專利申請 案中，所述專利申請案以引用方式并入。用于植入的其它材料可包括CnHn^nAs715先前技術(例如，上文識別的專利)中所揭示的汽化器適于汽化固體材料，例如 癸硼烷(BltlH14)、C14H14, C16H10, B18H22和TMI (三甲基銦)，其在室溫下具有相對較高的蒸汽 壓力且因此在100°C左右的溫度下汽化。傳統(tǒng)上與伯納型離子源相關聯(lián)的烘箱通常在大于 IOO0C (例如，從100°C到800°C)的溫度下操作，此歸因于將轉(zhuǎn)化成供引入到離子源中的氣 體的饋送材料。如先前技術中所知，氣態(tài)材料可直接饋送到離子源腔室中，然而，與半導體制造目 的有關的呈氣態(tài)形式的關注的饋送材料為有限的。關于例如砷和磷的饋送材料，氣態(tài)形式 (例如，氫化物)可供用于實現(xiàn)單體原子植入目的。然而，已展示，四聚物束對半導體制造設 施的操作效率具有重要性，且也可提供處理益處。目前，在標準伯納型離子源中難以產(chǎn)生四 聚物(例如，As4、P4和其它四聚物)。在氣態(tài)饋送材料(例如，AsH3和PH3)用作伯納型離子源中的饋送材料的情況下， 單體形式的摻雜劑分子可用在離子化腔室中，且因此已知四聚物分子的形成受到抑制。就 形成四聚物而論，其有可能由沉積在離子化腔室的壁上的金屬As (或P)形成，所述壁接著 形成四聚物。腔室壁有可能相對于烘箱中所用的通常350°C到400°C的汽化溫度為極熱或 極冷的，且因此所述壁并非四聚物分子(例如，As4或P4)的極豐富或可重復的源。目前，已知用于產(chǎn)生四聚物分子的最多氣態(tài)源為汽化器烘箱，其以固體砷(As)或 固體磷(P)在350°C到400°C下操作。此種方法的主要不適宜性是眾多的，包括·需要在加載烘箱過程中處置有毒或易燃材料；·減緩材料加熱和冷卻時間，此影響到系統(tǒng)和工具生產(chǎn)量的總響應度；·系統(tǒng)的不可重復性，S卩，到達相同操作壓力通常需要不同溫度，因為烘箱中饋送 材料的供應老化且壓力可在短時段內(nèi)變化，這取決于固體饋送材料表面(例如，天然氧化
5層)的性質(zhì)或甚至在不可預測的時間釋放的氣體的截留體積；·非揮發(fā)性、有毒或易燃金屬在真空表面上的沉積，此影響到需要清除烘箱對腔室 的輸入物時的操作時間；和·不能易于控制(即，接通和切斷)四聚物材料到離子源腔室的流動。已知利用氣態(tài)氫化物作為饋送材料的分子束外延(MBE)設備。見(例如)克拉 瓦(Calawa)，A. R,應用物理學報(Applied Physics Letters) (1981)，38 (9)，第 701 頁 到第703頁；席拉拉吉(Shiralagi)，K. T,真空科學與技術期刊A(.L Vac. ScL Technol. 41(1992) 10(1)，第46頁到第50頁；潘尼斯(Panish), M. B,晶體牛長和特件講展(Prog. Crystal Growth and Charact.) (1986) 12,第1頁到第28頁；“通過經(jīng)校準四極質(zhì)譜儀 研究AsH3裂化器中二聚物和四聚物的形成(Dimer and Tetramer Formation in an AsH3Cracker Studied by Calibrated Quadrupole Mass Spectrometry) C.羅赫(Lohe) 和C. D.克赫(Kohl)，真空科學與技術期刊(.L Vac. Sci. Techno. )B7 (2) 1998年3月/4月；和 維克(Veeco)的“氣體裂化器(Gas Crackers) ”,化合物半導體(CompoundSemiconductor), 美國明尼蘇達州圣保羅MBE Operations公司。在此類系統(tǒng)中，使用氣態(tài)形式的氫化物作為饋送材料。為了產(chǎn)生關注的分子和原 子種類，“裂化器”已知用于將氣態(tài)氫化物材料裂化成各種分子和原子種類。此類“裂化器” 已知為烘箱或熔爐，其在800° K到1300° K范圍中的溫度下操作且對產(chǎn)生各種分子和原 子種類(在固體As材料的情況下包括H2、As4、AS2、AS、ASH和AsH3)的氣態(tài)氫化物加熱。在氣態(tài)饋送材料(AsH3和PH3)的情況下，主要是單體形式可用在離子化腔室中，且 因此四倍四聚物分子的形成受到抑制。就此情形發(fā)生而論，其有可能來自沉積在接著形成 四聚物的壁上的金屬As (或P)。腔室壁有可能相對于烘箱中所用的通常350°C到400°C的 汽化溫度為極熱或極冷的，且因此所述壁并非四聚物分子(As4或P4)的極豐富或可重復的 源。目前，四聚物分子最充足的來源是以成塊As或磷在350°C到400°C下操作的固體烘箱。此種方法的主要不適宜性為眾多的，包括需要在加載烘箱過程中處置有毒或易 燃材料；減緩材料加熱和冷卻時間，此影響到系統(tǒng)和工具生產(chǎn)量的總響應度；系統(tǒng)的不可 重復性，即，到達相同操作壓力通常需要不同溫度，因為烘箱中饋送材料的供應老化且壓力 可在短時段內(nèi)變化，這取決于固體饋送材料表面(例如，天然氧化層)的性質(zhì)或甚至在不可 預測的時間釋放的氣體的截留體積；非揮發(fā)性、有毒或易燃金屬在真空表面上的沉積，此影 響到需要清除烘箱對腔室的輸入物時的操作時間；和不能易于控制(即，接通和切斷)四聚 物材料到離子源腔室的流動。為了產(chǎn)生原子砷，‘407中所揭示的系統(tǒng)利用一種兩(2)步法，所述方法包括汽 化器烘箱和“裂化器”，所述裂化器包括原子化器以實現(xiàn)所要原子種類。更明確地說，以兩個 步驟來產(chǎn)生砷原子。在第一個步驟中，升華器汽化固體砷，從而產(chǎn)生砷四聚物及/或二聚物 的分子束。分子束源可任選地包括裂化器以從As4產(chǎn)生As2。在第二個步驟中，分子束撞擊 到受熱元件(稱為原子化器)的表面上，從而產(chǎn)生含有原子砷的輸出束。407中所揭示的系統(tǒng)具有若干缺點。舉例來說，其需要兩(2)個步驟。所述系統(tǒng)除 了裂化器外還需要汽化器，且不適用于氣態(tài)氫化物材料。因此，需要一種系統(tǒng)，其用于氣態(tài)氫化物以產(chǎn)生四聚物源材料，此產(chǎn)生可在單一步 驟中在無需單獨汽化器烘箱的情況下實現(xiàn)，所述系統(tǒng)克服與用于將氣態(tài)氫化物轉(zhuǎn)化成各種分子和原子種類的現(xiàn)有技術方法相關聯(lián)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地，本發(fā)明涉及包括氣體反應腔室的離子源。本發(fā)明還包括一種方法，所述方 法通過將氣態(tài)饋送材料供應到氣體反應腔室中將所述饋送材料轉(zhuǎn)化成四聚物、二聚物、其 它分子或原子種類，在所述氣體反應腔室中所述饋送材料轉(zhuǎn)化成待供應到所述離子源中且 加以離子化的合適氣體種類。更明確地說，氣體反應腔室經(jīng)配置以接收呈氣態(tài)形式的氫化 物和其它饋送材料(例如，AsH3或PH3)，且產(chǎn)生供用在離子植入中的各種分子和原子種類， 此為迄今未知的。在本發(fā)明的一項實施例中，對氣體加熱以對所產(chǎn)生的分子或原子種類提 供相對精確的控制。在本發(fā)明的替代實施例中，氣體反應腔室使用催化表面來將饋送氣體 轉(zhuǎn)化成植入所需的不同源氣體種類，例如，氫化物轉(zhuǎn)化成四聚物分子。在本發(fā)明的又一實施 例中，氣體反應腔室經(jīng)配置以使得在升高到適合溫度的適合材料(包括玻璃或金屬，例如， W、Ta、Mo、不銹鋼、陶瓷、氮化硼或其它難熔金屬)存在的情況下發(fā)生催化或熱力或熱解反 應(本文中為催化反應)。本發(fā)明提供優(yōu)于現(xiàn)有技術的各種優(yōu)點。舉例來說，本發(fā)明允許按慣例安全且容易 地處置氣態(tài)饋送材料，例如，通過安全輸送系統(tǒng)(例如，氣筒)。本發(fā)明還解決與現(xiàn)有技術相 關聯(lián)的問題，包括提供響應式啟動和關閉時間，這是因為離子源氣體的輸送在移除饋送氣 體時停止，輸送速率的可重復性為良好的，因為這取決于氣體饋送速率，且固體材料在離子 化腔室和真空系統(tǒng)中的堆積可歸因于饋送材料到源材料的按需轉(zhuǎn)化(例如，氫化物到四聚 物)而為較小的，而沒有固體的較慢加熱和冷卻。


將參考以下說明書和附圖來容易地理解本發(fā)明的這些優(yōu)點和其它優(yōu)點，在附圖 中圖1說明包括汽化器的現(xiàn)有技術離子源的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的氣體反應腔室和對離子化腔室饋料的傳統(tǒng)烘箱的實施例的 示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的離子和氣體反應腔室的實施例的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及包括氣體反應腔室或反應器的離子源。氣體反應腔室經(jīng)配置以接收呈 氫化物氣態(tài)形式的氫化物饋送材料(例如，AsH3或PH3),且產(chǎn)生供用在離子植入中的各種 分子和原子種類，此為迄今未知的。更明確地說，氣體反應腔室在不使用單獨汽化器烘箱的 情況下將饋送供應氣體(例如但不限于氫化物(例如，AsH3或PH3))轉(zhuǎn)化成四聚物(As4或 P4)、二聚物或其它所要單體或分子種類以供在單一步驟中植入。圖1為用于本發(fā)明的示范性離子源的示意圖。所述離子源描述于第7，107，929號 美國專利中，所述專利以引用方式并入本文中。圖2為根據(jù)本發(fā)明的氣體反應腔室和對離 子化腔室饋料的傳統(tǒng)汽化器的實施例的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的離子源的實施例和氣 體反應腔室的替代實施例的示意圖。
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參看圖1，離子源(通常用參考數(shù)字1來識別)包括低溫汽化器(與高溫烘箱相 反)。汽化器2通過環(huán)形導熱墊片4而附接到汽化器閥3。通過另外的環(huán)形導熱墊片6和 6A，汽化器閥3同樣附接到安裝凸緣7，安裝凸緣7又附接到離子化腔室主體5。此確保汽 化器、汽化器閥與離子化腔室主體5之間通過經(jīng)由導熱元件所致的緊密接觸而存在良好熱 傳導。附接到離子化腔室5的安裝凸緣7 (例如)允許將離子源1安裝到離子植入機的真 空外殼上，且含有對離子源供電的電進給裝置(未圖示)和用于冷卻的水冷卻進給裝置8、 9。出口孔板13通過金屬螺釘(未圖示)而安裝到離子化腔室主體5的表面。當汽化器閥3處于打開位置時，來自汽化器2的汽化氣體通過汽化器閥3流動到 入口通道15從而進入離子化腔室16的敞開容積中。這些氣體(例如)通過與從電子源12 運送到電子束傾卸處11的電子束相互作用而離子化。在離子化腔室16中產(chǎn)生的離子通過 出口孔37離開離子源1，其中離子由離子植入機的離子光學裝置以此項技術中通常已知的 方式來收集并運送。汽化器2的主體容納液體，例如，水浴17，其包圍含有固體饋送材料的坩堝18。通 過電阻式加熱器板20加熱水浴17且通過熱交換器盤管21來冷卻水浴17以使水浴保持在 所要溫度。熱交換器盤管21由水入口 22和水出口 23所提供的去離子水來冷卻。加熱元 件與冷卻元件之間的溫度差提供水的對流混合，且磁性槳式攪拌器24在汽化器在操作中 時連續(xù)地攪動水浴17。熱電偶25連續(xù)地監(jiān)視坩鍋18的溫度以提供PID汽化器溫度控制 器(未圖示)的溫度讀回。離子化腔室主體5由鋁、石墨、碳化硅或鉬制成，且通過熱傳導 而在接近汽化器2的溫度下操作。除了低溫汽化固體外，離子源還可通過氣體饋送裝置26 接收氣體，所述氣體通過入口通道27而直接饋送到離子化腔室16的敞開容積中。為了以氣態(tài)饋送材料進行操作，離子植入機通常使用耦合到離子植入機內(nèi)的氣體 分配系統(tǒng)的氣瓶。經(jīng)由金屬氣體饋送管線將氣體饋送到離子源，所述金屬氣體饋送管線通 過密封氣體配件(例如，VCR或VCO配件)直接耦合到離子源1。圖2為本發(fā)明的實施例，展示意欲由氫化物饋送氣體產(chǎn)生(例如)四聚物分子的 氣體反應腔室(或裂化器)100。氣體反應腔室100安置在此項技術中已知的呈一般雙重配 置的典型烘箱或汽化器2附近，所述雙重配置類似于通常與2個烘箱或2個汽化器相關聯(lián) 的配置，在所述烘箱或汽化器中對固體材料加熱以為離子源提供氣體/蒸汽饋料。使用汽 化器/烘箱2來升華(即，汽化)通過通道15進入到離子化腔室16中的固體材料。氣體 反應腔室100用于氣態(tài)饋送材料，例如氣態(tài)氫化物。在圖2中所說明的實施例中，氣體反應腔室100包括環(huán)形的抽空腔室101，其具有 饋料到離子源1的離子化腔室16(未圖示)中的噴嘴102。在此實施例中，氣體反應腔室 100由外部線圈103加熱，外部線圈103可銅焊到外表面上?？刂葡到y(tǒng)(包括熱電偶121)可用以通過此項技術中眾所周知的已知溫度控制系 統(tǒng)將氣體反應腔室100的溫度控制為大于800°C的溫度。氣體反應腔室100包括可耦合到 半導體設施氣體供應源或氣瓶(未圖示)的氣體饋送入口 104。由氣體饋送入口 104分配 的氣體可通過在此項技術中也眾所周知的已知氣體控制系統(tǒng)來控制。在抽空腔室101的容積內(nèi)可安置有形成為(例如)圓柱形形狀的開流道裝置105。 開流道裝置105可由金屬、玻璃或陶瓷(例如，熱解氮化硼，pBN)制成。在開流道裝置105 安置在抽空腔室101內(nèi)時，界定與氣體饋送入口 104流體連通的環(huán)形氣體分配室120。抽空腔室101的內(nèi)徑與開流道裝置105的外徑產(chǎn)生用于來自環(huán)形氣體分配室120的氣體的環(huán)形 間隙或流道107，以允許氣體將其自身均勻地分散在抽空腔室101的內(nèi)側(cè)壁周圍。如圖2中所展示，加熱線圈103安置在抽空腔室101的外徑周圍。這些加熱線圈 103用以加熱或“裂化”均勻地分散在流道107中的氣體。由于氣體均勻地分散在流道107 中，因此氣體相對均勻地受熱。通過均勻地加熱氣體，可通過控制對氣體的加熱來相對精確 地控制所得種類以使之僅包括所要分子或原子種類。開流道裝置105包括與延伸到離子化腔室16中的噴嘴102流體連通的縱向孔 106。在氣體由加熱線圈加熱時，氣體膨脹且流動到空腔110中，所述空腔110形成于抽空 腔室101的內(nèi)壁111與水平孔106之間。受熱氣體流經(jīng)孔106且通過噴嘴102進入到離子 化腔室16中。圖2中所說明的氣體反應腔室裝置100的實施例包括抽空腔室101、開流道裝置 105和噴嘴102。此實施例包括用以將氣態(tài)饋送氣體(例如，氣態(tài)氫化物)轉(zhuǎn)化成另一分子 或原子種類(例如，氫化物饋送氣體轉(zhuǎn)化成四聚物氣體以進行離子化)的單一配置。如上 文所述，使饋送氣體均勻受熱的其它配置為可能的。如先前技術中所知，將饋送氣體加熱到特定溫度可使這些氣體裂化成其它分子和 原子種類。用于使各種已知源氣體(例如，氣態(tài)氫化物)裂化成其它分子和原子種類的溫 度在此項技術中通常已知，例如，200°C到1000°C。因此，氣體反應腔室100適于將各種分子種類(例如，氫化物，例如AsH3或PH3)分 解、“裂化”成中間種類，所述中間種類在催化材料存在的情況下便利地形成四聚物(As4或 P4)、二聚物仏82或&)或其它所要單體或分子種類(例如，用以形成或B的BF3) 以在無需使用單獨汽化器烘箱的情況下在單一步驟中供植入。也可在氣體反應腔室100中成功地處理其它氣體種類(包括不同于氫化物的氣體 種類)(例如，8&、5油3、6紐4、5讓4等)以形成其它所要分子和原子種類。大體上，根據(jù)本 發(fā)明的氣體反應腔室100經(jīng)配置以將呈AnCmRzHx形式的氣態(tài)供應材料(通常為氣體)轉(zhuǎn)化 成其它所要分子和原子種類以供用在離子植入中，其中A為摻雜劑原子(例如，B、P或As)， C為碳，R為含有對植入過程或半導體裝置性能無害的原子的分子、游離基或配位基，且H為 S1, n、m、χ 禾口 ζ 中 η > 2、m >0 且 χ 禾口 ζ >0。根據(jù)本發(fā)明的重要特征，氣體反應腔室100也可用以產(chǎn)生通過其的氣體的較低形 式。舉例來說，氣體反應腔室100可經(jīng)配置以將較低形式的BF3產(chǎn)生為更低形式，例如，BF2、 BF和甚至B。在本發(fā)明的另一實施例中，氣體反應腔室裝置100可任選地包括催化材料表面 108，在此處催化材料表面108展示為安置在開流道裝置105的外壁上或作為開流道裝置 105的外壁的一部分且形成流道107的流動表面的一部分，饋送氣體通過所述流道107與離 子源腔室連通。或者，催化材料表面可形成與氣體饋送材料接觸的任何表面或為所述表面 的一部分。在另一替代實施例中，可將細目鎢(W)絲網(wǎng)插入到開流道裝置105中，從而形成 允許氣體流動的便利催化表面108。在又一替代實施例中，可使用薄金屬片來形成催化表面 108。這些金屬片可由各種金屬(包括鎢W和鉬Mo)形成。使形成催化表面108的金屬片 成形以配合流道107。在另一替代實施例中，催化表面108材料(例如，鉭Ta)可安置在孔106內(nèi)。應理解，許多其它材料可用以或組合用以形成催化材料表面108，例如不銹鋼、熱解氮化硼、石 墨、難熔金屬和石英或熱絲。另外，催化表面108可形成為其它形狀，包括網(wǎng)、固體表面、線 和絨線。流經(jīng)氣體反應腔室100的氣體流可或者布置成圖2中所說明的配置。舉例來說， 可在無開流道裝置105的情況下配置氣體反應腔室100。在一項實施例中，不使用加熱線 圈103。也可使用擋板來控制氣體反應腔室100內(nèi)的壓力。參看圖3，說明不具有流道裝置 105的氣體反應腔室100的示意圖。此氣體反應腔室100形成為簡單管道110，所述管道 110在一末端處通過一個或一個以上閥111連接到氣體供應源112且在另一末端處經(jīng)由氣 體饋送裝置26和通道27連接到離子源1。管道110形成來自氣體供應源112的流道107。 管道110可由上述催化材料108、第一材料和催化材料及/或催化材料的組合形成，或可包 括在流道107(未圖示)內(nèi)部或者鑲襯或部分鑲襯在管道110的流道107 (未圖示)內(nèi)的催 化材料108。在氣體反應腔室裝置100的另一實施例中，氣態(tài)饋送材料在來自纏繞在管道110 四周的加熱線圈103的熱存在的情況下與催化材料表面108相互作用，從而將氫化物或其 它氣態(tài)饋送材料轉(zhuǎn)化成四聚物分子或其它種類，例如二聚物分子。或者，催化材料自身可由 電流(如在細絲中)或以電感方式來加熱，因此提供不同于間熱式催化劑的直熱式材料。在操作過程中，允許氣體饋送材料流經(jīng)反應器100而到離子化腔室16中。激勵加 熱線圈103以升高氣體反應腔室100的溫度，使得氣體饋送材料(例如，氣態(tài)氫化物)轉(zhuǎn)化 成所要分子或原子種類，例如供在離子源1中離子化的四聚物分子。如上所述，使用溫度監(jiān) 視裝置(未圖示)來對管道溫度進行閉環(huán)控制。在本發(fā)明的又一實施例中，氣體反應腔室100可經(jīng)配置以使得在通過加熱線圈 103而升高到適合溫度(例如，600°C到1000°C )的適合材料(包括玻璃或金屬，例如，W、 Ta、Mo、不銹鋼、陶瓷、氮化硼或其它難熔金屬)存在的情況下發(fā)生催化(或熱解)反應。明顯地，根據(jù)上述教導，本發(fā)明的許多修改和變化為可能的。因此，應理解，在所附 權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以不同于上文所具體描述的方式來實踐本發(fā)明。所主張且意欲由美國專利證書所保護的內(nèi)容陳述在權(quán)利要求書中。
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權(quán)利要求
一種用于離子植入裝置的離子源，所述離子源包含離子化腔室，用于接收饋送氣體，所述離子化腔室具有用于提取所述饋送氣體的離子的提取孔；氣體饋送入口，用于接收饋送氣體源；氣體反應腔室，其與所述氣體饋送入口流體連通，將所述饋送氣體轉(zhuǎn)化成可用種類；以及離子化系統(tǒng)，其將離子化腔室內(nèi)的所述饋送氣體所述饋送氣體離子化，且從所述提取孔提取出關注的離子。
2.一種用于將氣態(tài)饋送材料轉(zhuǎn)化成不同分子或原子種類的方法，所述方法包含以下步驟(a)接收源氣體，以及(b)對所述源氣體均勻加熱以隨所述源氣體的溫度而變產(chǎn)生不同的分子或原子種類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進一步包括步驟(c)使所述源氣體與催化材料反應。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟應。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟反應。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟 源氣體與催化材料反應。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟 體與催化材料反應。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟 情況下使所述源氣體與催化材料反應。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟 情況下使所述源氣體與催化材料反應。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(c)包含在升高到預定溫度的W存在的情 況下使所述源氣體與催化材料反應。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(c)包含在升高到預定溫度的Ta存在的 情況下使所述源氣體與催化材料反應。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟c)包含在升高到預定溫度的Mo存在的情 況下使所述源氣體與催化材料反應。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(升高到預定溫度c)包含在升高到預定 溫度的不銹鋼存在的情況下使所述源氣體與催化材料反應。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(升高到預定溫度c)包含在升高到預定 溫度的陶瓷存在的情況下使所述源氣體與催化材料反應。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(升高到預定溫度c)包含在升高到預定 溫度的氮化硼存在的情況下使所述源氣體與催化材料反應。
16.一種氣體反應腔室，其包含2(C)包含使所述源氣體與受熱催化材料反 (C)包含使所述源氣體與未受熱催化材料 (C)包含在存在難熔材料的情況下使所述 (c)包含在存在玻璃的情況下使所述源氣 (c)包含在升高到預定溫度的金屬存在的 (c)包含在升高到預定溫度的金屬存在的環(huán)形抽空腔室，其具有用于接收外部饋送氣體源的氣體饋送入口 ； 環(huán)形開流道裝置，其經(jīng)配置以接收于所述抽空腔室中以形成與所述氣體饋送入口流體 連通的氣體分配室，且經(jīng)配置以使得在所述開流道裝置的外徑與所述抽空腔室的內(nèi)徑之間 形成流道，所述環(huán)形開流道裝置包括與所述流道流體連通的縱向孔；噴嘴，其與所述縱向孔流體連通與所述縱向孔流體連通且適于與離子化腔室流體連 通；以及熱源，用于加熱所述流道。
17.一種氣體反應腔室，其包含 管道，用于接收外部饋送氣體源；入口閥，用于將所述管道耦合到外部饋送氣體源； 出口閥，用于將所述管道耦合到離子源；以及 催化材料，其安置在所述管道內(nèi)供與所述饋送氣體反應。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體反應腔室，其進一步包括用于加熱所述管道內(nèi)的所述 饋送氣體的熱源。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣體反應腔室，其中所述催化劑和所述熱源經(jīng)配置以使得 所述熱源受熱。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣體反應腔室，其中所述催化劑和所述熱源經(jīng)配置以使得 所述熱源不受熱。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種離子源，其包括氣體反應腔室。本發(fā)明還包括一種方法，所述方法通過將氣態(tài)饋送材料供應到所述氣體反應腔室而將所述饋送材料轉(zhuǎn)化成四聚物、二聚物、其它分子或原子種類，在所述氣體反應腔室中所述饋送材料轉(zhuǎn)化成待供應到所述離子源且加以離子化的合適氣體種類。更明確地說，所述氣體反應腔室經(jīng)配置以接收呈氣態(tài)形式的氫化物和其它饋送材料(例如，AsH3或PH3)，且產(chǎn)生供用在離子植入中的各種分子和原子種類，此為迄今未知的。在本發(fā)明的一個實施例中，所述氣體相對均勻地受熱以對所產(chǎn)生的分子或原子種類提供相對精確的控制。在本發(fā)明的替代實施例中，所述氣體反應腔室使用催化表面將所述饋送氣體轉(zhuǎn)化成植入所需的不同源氣體種類，例如氫化物轉(zhuǎn)化成四聚物分子。在本發(fā)明的又一實施例中，所述氣體反應腔室經(jīng)配置以使得在升高到適合溫度的適合材料(包括玻璃或金屬，例如，W、Ta、Mo、不銹鋼、陶瓷、氮化硼或其它難熔金屬)存在的情況下發(fā)生催化(或熱解)反應。
文檔編號H01J37/08GK101911245SQ200980102417
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者愛德華·麥金太爾, 理查德·戈德堡 申請人:山米奎普公司