離子源器件和方法
【專利摘要】離子源器件和方法。離子源包括定義用于離子化的內部空腔的腔室，在內部空腔的第一端的電子束源，用于將可離子化的氣體引入腔室的入口，以及用于從腔室中提取離子的弧形裂隙。所述腔室包括導電陶瓷。
【專利說明】離子源器件和方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及用于電操作粒子的器件和方法，并且更特別地涉及用于產生離子的器件和方法。
【背景技術】
[0002]離子源是用于產生帶電粒子、或離子的器件。離子在科學和工業方面都具有多種應用。離子源可以例如與各種分光計、粒子加速器、或離子注入器聯合使用。半導體摻雜尤其是離子源的重要應用，摻雜后的半導體形成現代電子學的基礎。
[0003]傳統離子源趨向于有限的壽命。基于所使用的等離子體(plasma)，傳統離子源的有效壽命能夠是大約40小時。

【發明內容】

[0004]在第一實現方式中，離子源包括定義用于離子化的內部空腔(cavity)的腔室(chamber)，在內部空腔的第一端的電子束源，用于將可離子化的氣體引入腔室的入口，以及用于從腔室中提取離子的弧形裂隙(arc slit)。所述腔室包括導電陶瓷。
[0005]可以包括下述特征的一個或多個。所述腔室可以至少部分被第二材料所包裹(envelope).所述第二材料可以包括石墨。所述導電陶瓷可以包括六硼化物物質。所述導電陶瓷可以是六硼化鑭(LaB6)、六硼化I丐(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)。所述腔室可以進一步包括第二六硼化物物質。所述第二六硼化物物質可以是例如六硼化鈣(CaB6)、六硼化鈰(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)。所述電子束源可以是產生電子的具有鎢(W)、鑰(Mo)和/或鉭(Ta)的陰極。
[0006]在另一個實現方式中，一種用于對半導體進行摻雜的方法包括在離子源的腔室內對氣體進行離子化，將目標半導體材料放置在注入目標區中，用離子源產生離子流，將離子流對準目標半導體材料，并且用來自離子流的離子注入目標半導體。所述腔室包括導電陶瓷。
[0007]可以包括下述特征的一個或多個。所述離子源可以包括由腔室所定義的用于離子化的內部空腔，在所述內部空腔的第一端的電子束源，用于將可離子化的氣體引入腔室的入口，用于從腔室中提取離子的弧形裂隙。所述離子流可以被產生以使其相對無重金屬。所述導電陶瓷可以包括六硼化物物質。所述導電陶瓷可以是六硼化鑭(LaB6)、六硼化鈣(CaB6)、六硼化鈰(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)。所述導電陶瓷可以是六硼化鑭(LaB6)。腔室中的六硼化鑭(LaB6)可以放大離子流。所述氣體可以是鹵素氣體。所述鹵素氣體可以是四氟化鍺(GeF4)15
[0008]在又另一個實現方式中，用于產生離子的方法包括使離子源通電(energize)，將包括氟(F)的氣體通過入口引入腔室，并且從弧形裂隙中提取離子。所述離子源包括定義用于離子化的內部空腔的腔室，在所述內部空腔的第一端的電子束源，用于將可離子化的氣體引入腔室的入口，用于將可離子化的氣體引入腔室的入口，以及用于從腔室中提取離子的弧形裂隙。所述腔室包括導電陶瓷。
[0009]可以包括下述特征的一個或多個。所述氣體可以是四氟化鍺(GeF4)15所述腔室可以至少部分被第二材料所包裹。所述第二材料可以包括石墨。所述導電陶瓷可以包括六硼化物物質。所述導電陶瓷可以是六硼化鑭(LaB6)、六硼化鈣(CaB6)、六硼化鈰(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)。所述導電陶瓷可以是六硼化鑭(LaB6)。所述腔室可以進一步包括第二六硼化物物質。所述第二六硼化物物質可以是例如六硼化鈣(CaB6)、六硼化鈰(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)。所述電子束源可以是產生電子的具有鎢(W)、鑰(Mo)和/或鉭(Ta)的陰極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了進一步闡明本發明的上述和其他優勢和特征，本發明的更特別的描述將參考在附加的附圖中說明的特定的實施例來呈現。應該認識到這些附圖只描述了本發明的典型實施例并因此不被認為是限制本發明的范圍。將通過使用如下附圖來尤其特別且詳細地對本發明進行描述和解釋，其中:
圖1A示出了一種離子源并且圖1B示出了圖1A的陰極的詳細視圖；
圖2示出了根據本公開的方面的離子源；
圖3描述了根據本公開的方面用于產生諸如用于離子注入的離子的方法；
圖4描述了根據本公開的方面用于對半導體進行摻雜的方法；以及圖5比較了當使用四氟化鍺(GeF4)時參考圖1和圖2所描述的離子源之間多個組件重量上的增加和減少。
【具體實施方式】
[0011]現在將參考附圖，其中相同的結構將提供有相同的附圖標記。應該理解的是附圖是本發明的示例性實施例的圖示的和示意性的表示，并不是本發明的限制也不必按尺度繪出。
[0012]圖1A示出了一種離子源并且圖1B示出了圖1A的陰極的詳細視圖。特別地，圖1A示出了包括腔室3、陰極15、和反射極電極(repeller electrode)19的離子源I。腔室3具有四個側壁5、7、9、11和底部13，其中反射極電極19沿側壁5布置，而陰極15和陰極核17(cathode nut)沿側壁7相對布置。在操作中，陰極15在腔室3內提供電子的流。陰極15和反射極電極19通常由鎢(W)或由其合金構成。在該示例中，底部13、和側壁5、7、9、11由鑰(Mo)構成，并在一些操作性使用之后進行描述。
[0013]在一個或多個實施例中，離子源的內部可以是導電的以便能夠引導電子流(electron flux)遠離所述內部。
[0014]在使用期間，諸如四氟化鍺(GeF4)之類的源氣體被引入腔室3以生成等離子體。鹵素被描述為在操作期間與底部13、和側壁5、7、9、11反應，由此導致剝離(ablation)。被剝離的材料的部分然后將其自身重沉積在陰極15、和反射極電極19上。
[0015]例如圖1B中所示，針狀結晶23已經通過這種沉積在陰極15上生長，并且結果是電子不再直接從陰極15中出現，而是通過針狀結晶23從陰極15中釋放。由于電子不再能夠直接從陰極15中釋放，離子源I的輸出可能被減少。在這種能量損失在離子源I中不能被可操作地重調整的情況下，必須在離子源I上執行昂貴的維護，從而可能使得離子源在很大一部分時間內失效。
[0016]圖2示出了根據本公開的方面的離子源。與圖1類似，圖2中的離子源25包括腔室3’，腔室3’包括底部13’，壁5’、7’、9’、和11’。用于產生電子束的陰極15和反射極電極19也被示出。用于將可離子化的氣體引入腔室3’的入口 21也在圖2中詳細示出。與圖1不同，圖2中腔室3’由導電陶瓷制成。例如，腔室3’由六硼化鑭(LaB6)制成。然而，應該理解的是腔室3’可以由其他導電陶瓷制成。例如，預計具有六硼化鑭(LaB6)和諸如六硼化鈣(CaB6)、六硼化鈰(CeB6)、和/或六硼化銪(EuB6)之類的其他六硼化物的合成物(composition)可以適合于本公開的范圍并可以提供優于排他地使用六硼化鑭(LaB6)或其他導電陶瓷的優勢。類似地，陰極15和反射極電極19可以由諸如鎢(W)、鑰(Mo)、鉭(Ta)或由其組合物之類的材料制成。腔室3’由諸如石墨之類的不同的材料26沿底部13’、和側壁 5’、7’、9’、11，被包圍。
[0017]腔室3’定義了用于離子化的內部空腔，而腔室3’的頂面被示出為打開的。通常頂面可以提供能夠在操作期間從腔室3’中提取離子的弧形裂隙。圖3示出了根據本公開的方面產生諸如用于離子注入的離子的方法。特別地，方法27包括使離子源通電(29)，將包括氟(F)的氣體通過入口引入腔室(31)，以及從弧形裂隙中提取離子(33)。在通過入口21將包括氟(F)的氣體引入(31)腔室3’中，化合物可以是例如四氟化鍺(GeF4)15四氟化鍺(GeF4)是用于離子注入系統的通常的可離子化的氣體。
[0018]在使用期間，所施加的諸如四氟化鍺(GeF4)之類的鹵素不會從底部13’和四個側壁5’、7’、9’、11’快速剝離3’中的LaB6，如可能是參考圖1所討論的底部13和四個側壁5、
7、9、11的情況。由于在圖2中腔室3’的剝離少得多，在其包括例如六硼化鑭(LaB6)的情況下，腔室3’具有更長的服務壽命并且在少量的清潔之后可以被同樣地重新使用。此外，在陰極15和反射極電極19上沉積了非常少的材料，并且從而針狀結晶不會快速形成。結果，電子繼續最優地直接從陰極15中出現，并且離子源25的輸出保持穩定。離子源25的壽命由此顯著地長于離子源I。
[0019]此外，由六硼化鑭(LaB6)所形成的內部離子化側基具有更小的電子放射率，并且當與諸如鎢(W)之類的傳統的材料相比時，基于六硼化鑭(LaB6)的腔室似乎是放大了離子流。在上下文中，放大離子流被理解為意味著衰減的程度較輕，或在沒有離子化輸入方面的對應增長的情況下增強或提高了離子流的強度或能量。使用基于六硼化鑭(LaB6)的腔室4的另外的優勢是所產生的離子流相對無重金屬，并且由于離子流中的雜質所引起的污染的危險顯著降低。
[0020]圖4描述了根據本公開的方面用于對半導體進行摻雜的方法。用于對半導體進行摻雜的方法35包括在離子源的腔室內離子化氣體(37)，所述腔室包括六硼化鑭(LaB6)，將目標半導體材料放置在注入目標區中(39)，用離子源產生離子流(41)，將離子流對準目標半導體材料(43)，以及用來自離子流的離子注入目標半導體(45)。
[0021]離子流被產生以使得其相對無重金屬。例如能夠采用方法35、和離子源25來產生此類相對無重金屬的離子流。
[0022]由于在離子源25的腔室4內幾乎沒有或沒有剝離發生，離子源趨向于產生相對純凈的離子流。這就是說，由于重金屬的剝離不大可能發生在離子源25的腔室3內，用離子源25或根據方法35所產生的離子流趨向于相對無重金屬。結果，根據本公開的方面，污染根據方法35所制造的半導體產品的風險降低。
[0023]類似于上述各方面，方法35已經證明是特別有利的，例如，當用離子源25施加四氟化鍺(GeF4)時。六硼化鑭(LaB6)不會被快速剝離并重沉積在腔室內。
[0024]特別地，圖5比較了當使用四氟化鍺(GeF4)時參考圖1和圖2所描述的離子源之間多個組件重量上的增加和減少。特別地，在柱狀圖47中，參考圖1所描述的離子源被標記為‘基于鎢的腔室’，而參考圖2所描述的離子源在前面并標記為‘基于LaB6的腔室’。柱狀圖47包括九個不同的測量，其中每個被測組件示出基于LaB6的腔室測量為左側的柱，而基于鎢的腔室測量示在右側。
[0025]關于柱狀圖47中的側壁5，在基于LaB6的腔室中的側壁5’的重量的改變小到無法測量并從而未示出。反射極電極19也是這樣，對于基于LaB6的腔室的重量的改變小到無法測量并從而未示出。關于側壁7，基于鎢(W)的腔室中側壁7的重量的改變小到無法測量并從而未示出。陰極15和陰極核17未分別示出，而代之以示出為合并的測量結果。基于鎢和LaB6的腔室也用石墨和鎢的弧形裂隙二者來測量，如圖所示。
[0026]柱狀圖47歸納了關于帶有腔室4的離子源25的上述優勢，其在柱狀圖39中被標記為‘基于LaB6的腔室’。特別地，在帶有基于LaB6的腔室的離子源的操作期間幾乎不發生剝離和重沉積。
[0027]本文此處的實施例使得本領域的技術人員能夠制造和使用本發明，并描述了執行本發明的優選的實施例。本發明可以在不背離其精神和實質特性的情況下以其他特定的形式實現。所描述的實施例被認為是在所有方面中只作為說明性的而非限制性的。本發明的范圍因此由附加的權利要求而不是上述描述所指示。意在將落入權利要求的等價物的意義和范圍內的所有變化都包含在其范圍內。
【權利要求】
1.一種離子源，包括: 定義用于離子化的內部空腔的腔室； 在內部空腔的第一端的電子束源； 用于將可離子化的氣體引入腔室的入口 ；以及 用于從腔室中提取離子的弧形裂隙； 其中所述腔室包括導電陶瓷。
2.如權利要求1所述的離子源，其中所述腔室至少部分被第二材料所包裹。
3.如權利要求2所述的離子源，其中所述第二材料包括石墨。
4.如權利要求1所述的離子源，其中所述導電陶瓷包括六硼化物物質。
5.如權利要求1所述的離子源，其中所述導電陶瓷從包括以下物質的組中選出:六硼化鑭(LaB6)、六硼化鈣(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和六硼化銪(EuB6)。
6.如權利要求1所述的離子源，其中所述導電陶瓷是六硼化鑭(LaB6)。
7.如權利要求6所述的離子源，其中所述腔室進一步包括第二六硼化物物質。
8.如權利要求7所述的離子源，其中所述第二六硼化物物質從包括以下物質的組中選出:六硼化鈣(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和六硼化銪(EuB6)。
9.如權利要求1所述的離子源，其中所述電子束源是產生電子的陰極，所述陰極包括從包含以下物質的組中選出的`物質:鎢(W)、鑰(Mo)、和鉭(Ta)。
10.一種用于對半導體進行摻雜的方法，所述方法包括: 在離子源的腔室內對氣體進行離子化，所述腔室包括導電陶瓷； 將目標半導體材料放置在注入目標區中； 用離子源產生離子流； 將離子流對準目標半導體材料；以及 用來自離子流的離子注入目標半導體。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述離子源包括: 腔室所定義的用于離子化的內部空腔； 在所述內部空腔的第一端的電子束源； 用于將可離子化的氣體引入腔室的入口 ；以及 用于從腔室中提取離子的弧形裂隙。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述離子流被產生以使其相對無重金屬。
13.如權利要求10所述的方法，其中所述導電陶瓷包括六硼化物物質。
14.如權利要求10所述的方法，其中所述導電陶瓷從包括以下物質的組中選出:六硼化鑭(LaB6)、六硼化鈣(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和六硼化銪(EuB6)。
15.如權利要求10所述的方法，其中所述導電陶瓷是六硼化鑭(LaB6)。
16.如權利要求15所述的方法，其中腔室中的六硼化鑭(LaB6)放大離子流。
17.如權利要求10所述的方法，其中所述氣體是鹵素氣體。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述鹵素氣體是四氟化鍺(GeF4)15
19.一種用于生成離子束的方法，所述方法包括: 使離子源通電，所述離子源包括: 定義用于離子化的內部空腔的腔室；在內部空腔的第一端的電子束源； 用于將可離子化的氣體引入腔室的入口； 用于從腔室中提取離子的弧形裂隙； 其中所述腔室包括導電陶瓷； 將包括氟(F)的氣體通過入口引入腔室；以及 從所述弧形裂隙中提取離子。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述氣體是四氟化鍺(GeF4)15
21.如權利要求19所述的方法，其中所述腔室至少部分被第二材料所包裹。
22.如權利要求21所述的方法，其中所述第二材料包括石墨。
23.如權利要求19所述的方法，其中所述導電陶瓷包括六硼化物物質。
24.如權利要求19所述的方法，其中所述導電陶瓷從包括以下物質的組中選出:六硼化鑭(LaB6)、六硼化鈣(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和六硼化銪(EuB6)。
25.如權利要 求19所述的方法，其中所述導電陶瓷是六硼化鑭(LaB6)。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述腔室進一步包括第二六硼化物物質。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述第二六硼化物物質從包括以下物質的組中選出:六硼化鈣(CaB6)、六硼化鋪(CeB6)、和六硼化銪(EuB6)。
28.如權利要求19所述的方法，其中所述電子束源是產生電子的陰極，所述陰極包括從包含以下物質的組中選出的物質:鎢(W)、鑰(Mo)、和鉭(Ta)。
【文檔編號】C23C14/48GK103632911SQ201310368729
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】F.格賓 申請人:英飛凌科技股份有限公司