具有改进的蒸气流的十硼烷汽化器制造技术

提供用于离子注入器的离子源，包括：（ｉ）升华器（５２），它具有接收要升华的源材料（６８）和升华所述源材料的腔室（６６）；（ｉｉ）气体注入器（１０４），其向腔室（６６）注入气体；（ｉｉｉ）离子化室（５８），其用于离子化升华的源材料，所述离子化室远离所述升华器；供给管（６２），其用于将升华器（５２）连接到离子化室（５８）。向腔室注入的气体可以是氦或氢，用于改善在升华器（５２）的壁（６４）和源材料（６８）之间的传热能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及离子注入设备的离子源，特别涉及，具有改进的蒸气流特性的离子源的十硼烷汽化器。
技术介绍
在如集成电路和平面显示器等的产品的大规模制造中，离子注入已经成为用杂质搀杂诸如硅晶片或玻璃衬底等的器件的行业标准采用的技术。常规离子注入系统包括离子源，它将希望的搀杂剂元素离子化，然后，搀杂剂元素的离子被加速形成预定能量的离子束。这个离子束被引导到工件的表面，用搀杂剂元素注入工件。离子束的高能离子穿透器件表面，使得它们嵌入到工件材料的结晶晶格中，形成希望导电率的区域。这个注入工艺一般在高真空处理室中进行，所述室防止由于离子束与残余的气体分子碰撞造成的离子束的分散，并且使得悬浮的颗粒污染工件的危险最小。离子剂量和能量是限定注入步骤的两个最重要的变量。离子剂量涉及给定半导体材料的注入离子的浓度。一般是，对于高离子剂量的注入用高电流注入器(通常大于10毫安(mA)离子束电流)，同时对低剂量的应用用中等电流注入器(通常能够到约1mA离子束电流)。用离子能量控制在半导体器件中的结的深度。构成离子束的离子的能量等级确定注入离子的深度的大小。诸如在半导体器件中用于形成倒置型阱(retrograde well)使用的那些高能工艺要求到几百万电子伏(MeV)的注入，同时浅结可仅需要小于1千电子伏(KeV)的能量。向越来越小的半导体器件的不断发展的趋向要求的注入器带有以低能量提供高束电流的离子源。高束电流提供需要的剂量水平，同时低能等级允许浅注入。例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中的源/漏结要求用这样的高电流，低能的应用。图1示出从固态获得离子化原子的典型离子源10。离子源包括一对汽化器12和14，和离子化室16。每个汽化器带有坩埚18，其中放置固体元素或化合物，且该坩埚用加热线圈20加热，以汽化固体源材料。加热线圈的头部22向加热器线圈传导电流，热电偶24形成温度反馈机构。还设有空气冷却导管26和水冷却导管28。汽化的源材料通过由石墨喷嘴保持器32固定到坩埚18的喷嘴30，且通过汽化器入口34到离子化室16的内部。另外也可以，经由气体管线38通过气体入口36，向离子化室直接供给压缩的气体。在任一情况中，气体/汽化的源材料由被加热到热发射电子的电弧室灯丝40离子化。常规离子源利用从压缩气体源直接获得或者从已被汽化的固体间接获得的可离子化的掺杂剂气体。典型的源元素是硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)和砷(As)。除了一般以气态，如三氟化硼(BF3)提供的硼外，这些源元素多数以固态提供。在注入三氟化硼的情况，产生的等离子体包括带单一电荷的硼离子(B+)。如果束的能量等级不是一个因素，在衬底中产生和注入足够高的硼剂量不成问题。但是，在低能量应用中，硼离子束遇到所谓的“束膨胀”的状态，也就是，在离子束内的相同的带电离子彼此排斥的倾向。这样的相互排斥使得离子束在传输时直径膨胀，造成由于在束线路中的多孔形成束的晕映(vignetting)。由于这降低了束能量，所以严重地降低束的传输。十硼烷(B10H14)是迄今尚未作为硼注入的重要硼源使用的化合物。因为固态的十硼烷的熔点约为100度℃，所以在图1的离子源坩埚中不能够适当地控制十硼烷的汽化。因为固相材料接近电弧室造成材料的辐射加热，所以即使汽化器加热器不通电，在电弧室16内产生的热也使得坩埚达到这样的温度。(在另一方面，因为磷具有约400℃的熔点，所以在图1的离子源坩埚中能够准确控制磷的汽化)。这妨碍了在源材料的局部环境内建立中温(小于200℃)的热平衡。但是，因为在被汽化和离子化时每个十硼烷分子(B10H14)能够提供包括十个硼原子的分子离子，所以十硼烷是硼注入供给料的优良源。因为，分子十硼烷离子束能够注入的每单位电流的硼剂量是单原子的硼离子束硼剂量的十倍，所以这样的源特别适合产生浅结的高剂量/低能量注入工艺。此外，因为十硼烷分子在工件表面上破裂成大约十分之一原始束能量的单个硼原子，所以能够以十倍于剂量相等的单原子硼离子束的能量传送这个束。这个特征使得分子离子束能够避免通常由低能离子束传送引起的传输损失。固体源汽化器的另一重要要求是，蒸气流输出(到图1的喷嘴30)保持固定，使得离子化室接收汽化材料的一致的源以便离子化。例如，汽化器负荷的温度的变化会造成从汽化器到离子化室的气流减小，和随之离子发生器(ionizer)的产率降低。因此，本专利技术的目的是提供一种离子注入器的离子源，它能够准确地和可控地汽化十硼烷，或其他的适合的注入材料，以克服现有技术离子源的缺点。本专利技术的另一目的是提供具有提供稳定和一致蒸气流输出的汽化器的离子源。
技术实现思路
提供用于离子注入器的离子源，它包括(i)升华器，它具有接收要升华的源材料和用于升华所述源材料的腔室；(ii)气体注入器，用于向腔室注入气体；(iii)离子化室，用于离子化升华的源材料，所述离子化室远离所述升华器；(iv)供给管，用于将升华器连接到离子化室。注入腔室的气体可以是氦或氢，并且设计成改善在升华室的壁和源材料之间的传热。附图说明图1是现有技术的用于离子注入器的离子源的透视的部分剖视图；图2是用于根据本专利技术原理构造的离子注入器的离子源的第一实施例的示意性的部分剖视图；和图3是结合和不结合本专利技术的伴用气体注入机构的图2离子源中的十硼烷蒸气分压力的曲线图。具体实施例方式见图2，示出根据本专利技术构成的离子注入器离子源50的第一实施例。离子源50包括不起反应的导热升华器或坩埚52、加热介质存储器54、加热介质泵55、温度控制器56、离子化室58和流量控制器60。由石英或不锈钢构成的坩埚52远离离子化室58，且通过供给管62与其连接。供给管62基本沿其整个长度被外部单一室环套90包围。坩埚52提供一个封闭容纳源材料68的腔室66的壁构成的容器64。这个容器最好是由适当的不起反应的(惰性)材料构成，如不锈钢、石墨、石英或氮化硼，且能够保持足够量的如十硼烷(B10H14)等的源材料。虽然下面本专利技术仅是结合十硼烷描述，但是应理解，本专利技术的原理可以用于以特征为具有低熔点(如升华温度在20℃到150℃之间)和大的蒸气压力(即在10-2托到103托之间)的其他的分子固体源材料，如氯化铟(InCl)。用包含在存储器54中的加热介质70加热壁容器64的壁，提供升华过程使得十硼烷蒸发。升华过程包括不进入到中间液态将十硼烷从固态转变到气态。金属丝网71防止非蒸发的十硼烷从坩埚52脱离。完全汽化的十硼烷经由供给管62从坩埚52出来，进入控制蒸气流量的流量控制器60，因此计量供给到离子化室的蒸发的十硼烷量，并如现有技术那样。也同现有技术那样，离子化室58将流量控制器60提供的汽化的十硼烷离子化。本专利技术的离子源50提供控制机构，用于控制坩埚52的操作温度，以及将汽化的十硼烷向离子化室58输送的供给管62的温度。在存储器54内通过电阻或相似的加热元件80加热加热介质70。如下所述，温度控制装置包括温度控制器56，它获得经由热电偶92从存储器54反馈的输入的温度，且向加热元件80输出控制信号，使得存储器中的加热介质70被加热到适当的温度。加热介质70包括提供高热容的矿物油或其他的适当介质(如水)。加热元件80将油加热到20℃到150℃的温度范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离子注入器的离子源（５０），包括：（ｉ）升华器（５２），它具有接收升华的源材料和升华所述源材料的腔室（６６）；（ｉｉ）气体注入器（１０４），其用于向所述腔室（６６）注入气体；（ｉｉｉ）离子化室（５８），其用于 离子化升华的源材料，所述离子化室远离所述升华器；和（ｉｖ）供给管（６２），其用于将所述升华器（５２）连接到所述离子化室（５８）。

【技术特征摘要】
US 2001-8-7 09/924,0041.一种用于离子注入器的离子源(50)，包括(i)升华器(52)，它具有接收升华的源材料和升华所述源材料的腔室(66)；(ii)气体注入器(104)，其用于向所述腔室(66)注入气体；(iii)离子化室(58)，其用于离子化升华的源材料，所述离子化室远离所述升华器；和(iv)供给管(62)，其用于将所述升华器(52)连接到所述离子化室(58)。2.如利要求1所述的离子源(50)，还包括用于加热至少所述升华器(52)和所述供给管(62)的一部分的加热介质(70)，和用于控制所述加热介质(70)的温度的控制机构。3.如权利要求2所述的离子源(50)，其中所述控制机构包括用于加热加热介质(70)的加热元件(80)、用于循环所述加热介质的泵(55)、用于提供来自所述加热介质(70)的温度反馈的至少一个热电偶(92)；和响应所述温度反馈向所述加热元件输出第一控制信号(94)的控制器(56)。4.如权利要求2所述的离子源(50)，其中所述气体是氦。5.如权利要求2所述的离子源(50)，其中所述气体是氢。6.如权利要求2所述的离子源(50)，其中所述源材料是蒸气压在10-2托到103托之间且升华温度为20℃到150℃之间的分子固体。7.如权利要求6所述的离子源(50)，其中所述源材料是十硼烷。8.如权利要求7所述的离子源(...

【专利技术属性】
技术研发人员：A佩雷尔，B范德伯格，
申请(专利权)人：艾克塞利斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]