CN100385605C - 离子注入***及离子源 - Google Patents

Abstract

具有高亮度的离子注入，通过在电离箱(80；175)的出口孔(46；176)附近直接电子撞击电离例如，二聚物或癸硼烷的气体或蒸气得到离子束。较佳地，应保持能够产生一相当大的离子密度并将离子横向动能限制在0.7eV(电子伏特)以内的条件；出口孔附近的电离体积的宽度限制在约三倍出口孔的宽度以内；出口孔十分细长；避免或限制磁场；保持低离子束噪音；保持电离箱内的条件以阻止弧放电的形成。通过离子束光学装置，例如图(20)中的分批注入器，或连续注入器，将从离子源产生的离子传送到目标表面并注入；在有些情况下，结合加速-减速束线使用离子簇更加有利。本发明还揭示了电子枪构造、带状电子源以及电离箱构造。本发明展示了半导体设备，如CMOS(互补金属氧化半导体)设备的漏极扩展以及平面平台掺杂的形成特点。

Description

离子注入***及离子源

技术领域

本发明涉及离子源、离子注入，尤其涉及具有高亮度、低发射率离子源、加速-减速传送***和改善了的离子源构造的离子注入。

背景技术

下列专利申请案(其内容以引用的方式并入本文)描述了本发明的背景：发明入托马斯·N·霍斯奇(Thomas N.Horsky)，序列号为60/267,260，申请时间为2001年2月7日，题为《用于离子注入的离子源》的临时专利申请案；发明人托马斯·N·霍斯奇(Thomas N.Horsky)，序列号为60/257,322，申请时间为2000年12月19日，题为《离子注入》的临时专利申请案；发明人托马斯·N·霍斯奇(ThomasN.Horsky)，申请时间为2000年12月13日，题为《离子注入的离子源、***及方法》的美国专利申请第00/33786号(申请时间为2000年11月30日)，其具有相同的参考文献。所引用的用于美国的专利是本人1999年12月13日申请的美国临时申请第60/170,473号之接续申请案，此临时申请现已期满。

背景：离子注入

二十多年来，离子注入已成为半导体设备制造的关键技术，目前用于制造晶体管中的p-n结，尤其用于CMOS设备，如存储芯片以及逻辑芯片。通过制造包含掺杂元素(如⁷⁵AS，¹¹B，¹¹⁵In，³¹P或¹²¹Sb)的阳离子(制造如硅基板中的晶体管需要此阳离子)，离子注入器可选择性控制引入晶体管结构中的能量(由此控制注入深度)及离子流(由此控制离子剂量)。通常，离子注入使用能产生长度达约50mm带状离子束的离子源；将此离子束传送到基板，通过对基板上带状离子束进行电磁扫描，或通过离子束对基板进行机械扫描，或两者皆有，可实现预期的剂量或剂量均匀性。

通过近来芯片制造中对直径300mm硅基板的问世，人们对制造比迄今传统离子注入器设计中更大的带状离子束很感兴趣，以在使用这些更大基片时，提高晶片产量。由于缩减了所提取带状离子束空间电荷的增大，通过注入器束线可传送更多的离子电流，因此更高的带状离子束可实现更高的剂量率。许多此类新的注入器设计还包括一连续(一次一个晶片)处理箱，其具有高倾斜能力(如可与基板的法线成60度)。为确保剂量均匀性，通常跨越晶片对离子束进行电磁扫描，在正交方向对此晶片进行机械扫描。为达到注入剂量均匀性及重复性规格，此离子束必须具有极好的角度及空间一致性(如，离子束在晶片上的角度差异＜1度)。具有这些特点的离子束对注入器的离子束传送光学装置提出严格限制，且使用大发射率等离子体离子源常导致离子束直径及离子束角发散增大，由于通过束线内的孔使得离子束渐晕，导致离子束在传送中损耗。目前，低能量(小于2keV)高电流离子束的产生在连续注入器中是个问题，这样由于特定低能量注入(如，前沿CMOS制程中离子源及漏极构造的制造)，晶片生产量极度降低。类似问题存在于分批注入器(处理安装在一涡流盘上的多个晶片)中，尤其在低离子束能量时。

尽管有可能设计几乎无象差的离子束传送光学装置，但离子束特点(空间范围及角发散)很大程度上仍然由离子源的发射率特性决定(即，提取离子时的离子特性，其决定注入器所能达到的集中程度，及在从离子源发射时控制离子束)。目前所用的弧放电等离子体源具有较差的发射率，因此限制了离子注入器产生聚焦好、校准且可控制离子束的能力。

背景：离子注入源

注入器工业中标准离子源技术为增强型伯纳斯(Bernas)离子源。如图1所示，一弧放电离子源，其结合一反射几何结构：一陷入电离箱(掺杂燃料气位于此处)中的阴极灯丝发出受一磁场限制的热电子，并受到电离箱内对面的对阴极的反射。因此，电子在阴极和对阴极之间沿螺旋形轨迹运动，并产生一高密度等离子体(大约10¹²离子/平方厘米)。此所谓的“等离子柱”与一离子提取孔槽平行，通过射束形成光学装置从此孔槽提取离子。通过产生一高密度等离子体且维持放电电流高达10A，增强型伯纳斯离子源有效地离解紧密结合的分子种类，如BF₃，但是，由于下列等离子体相关影响，此离子源的发射率较大：

1)等离子体电势(典型约为5V)为离子引入一速率随机分量，此分量直接转化为所提取离子角分散的增大。

2)等离子体内离子及电子的温度可达10,000K，引入一加到(1)中的热运动速度，并且还将一几eV的能量扩散引入(根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布)离子，使得离子束呈现色差。

3)等离子体中离子间的库仑散射导致离子能量的额外非热分散。

4)由于存在显著多余电子(即BF₃中BF⁺，BF₂ ⁺，F^-碎片)，需要一高提取电流密度，以在提取时增强空间电荷力，且导致发射率增加。

5)存在用于操作所有弧放电离子源的强磁场，导致离子束偏转，因此使得所提取离子束的发射率进一步增加，尤其在离子束能量较低时。

6)等离子体中的高频率噪声作为离子束电流及离子束电势中高频率振幅传送到离子束中。此随时间变化的离子束电势使得等离子束中电荷补偿很难保持，因为其可导致低能量电子明显稳定或甚至突然损耗，电子通常沿此离子束坐圆周运动(受到正离子束电势吸引)，导致离子束空间电荷增大。

7)离子提取孔不能延长超过75mm(典型长度在20mm与50mm之间)，因为这要求等离子柱体有显著延长。如果阴极与对阴极之间距离较大，伯纳斯(Bernas)离子源将会不稳定，并且阴极与对阴极之间距离越大，要求弧放电电流越大，以保持一稳定的等离子体，增加功耗。

背景：离子减速

传统设计中的离子注入器在能量低于几个keV时传送低能量硼的能力较差，结果导致此硼离子束电流过小，在运用低于0.18微米设计规则制造半导体芯片时不能节约成本。长久以来一在研制的下一代注入器结合不同的光学装置原则，尝试着解决此低能量传送问题，此注入器前几年已被引入固定设备市场。为抵消离子间的空间电荷排斥(这是引起离子束以低能量传送的主要原因)，已研制出一所谓的“减速计”(即减速)方法，使得离子束以比预期注入能量更高的能量通过注入器提取及传送，并且通过在束线后部分但在晶片目标的上游引入一减速步骤，当离子接近晶片目标时使其降低到预期注入能量。例如，离子束提取及传送时能量可为2keV，但在到达晶片时可降低到500eV，以获得比传统、非减速设计的束线中可得到的空间电荷限制离子束更高的离子束电流。不幸的是，此减速方法仍具有明显问题，降低其生产价值。当离子束通过减速透镜具到达晶片时，离子束在空间上具有很大程度的非一致性，离子束以对应于晶片表面的更种入射角撞击基片，具有潜在所谓的沟道效应。此减速离子束的空间及角度剂量一致性典型比传统的、非减速离子注入更差。这使得很难获得一致的剂量，并且需要引入其他影响成本及产量的步骤。构成问题的事实是，离子束极其不一致的侧面还大大干涉注入剂量测定的精确性，因为离子注入器典型只取样晶片平面上或平面后一部分离子束。剂量测定用于将注入程度控制在预期范围内。加速/减速注入***中离子束离子电流极其延展及非一致分布产生的剂量测定精确问题，因此，还影响注入精确性、注入***的资本成本、晶片质量以及***产量。

此外，已提出完全不同的用于表面、低能量注入方法(但目前产品中没有采用)。此方法为在无减速步骤的传统注入器中使用分子离子束(具有相关掺杂原子簇)。癸硼烷为此类分子材料的一个范例。

芯片厂商目前改用直径300mm的硅基片制造CMOS(互补金属氧化半导体)存储芯片及逻辑芯片，以缩减生产成本(与使用可获得的200mm基片相比较)。尽管此晶片尺寸的转变需建立新的工厂，其配备新的用于处理更大直径晶片的半导体生产设备，潜在每印模成本大约缩减1倍或2倍。这样，此用于新设备的上亿美元的花费有望实现低成本生产，并且最终获得批量生产商品性及前沿半导体芯片的竞争优势。如果使用制造工具(制造设备中的工具)生产300mm与200mm晶片单元的产量相同(一定程度上认为其产量将会相同)，这样才能完全实现成本缩减。然而，在离子注入制造超浅(及超高密度)半导体结合时，即使最先进的加速/减速注入器在其晶片产量中剂量率仍受到限制，因此，使用较大晶片时半导体印模产量本质上具有很小或没有净增长。此成为芯片厂商的一个潜在困境：若必须使用更多注入器以补偿其低产量，由于运行这些高要求注入器成本(固定设备、生产工具占地面积、维修费用等投资增大)将会提高，设想的通过使用更大晶片几何形状获得的潜在成本缩减不可能实现。

背景：离子掺杂

过去十年中，注入***已发展用于很大基片的离子注入，从而生产平板显示器。这些“离子掺杂”***将长带状离子束传送到玻璃或石英基片，通常跨越固定离子束通过机械扫描这些基片。基片尺寸可达1米，因此离子带必须同样足够长，以确保一致的掺杂(通常宽于基片)。为产生此带状离子束，大量“桶”离子源得以使用。矩形或圆柱形桶离子源为一永久磁铁阵列包围着的箱子，永久磁铁通过产生尖端磁场对封闭等离子体产生磁约束。等离子体通过一个或多个射频天线产生，此天线将射频能量加到等离子体上。一提取透镜具从大直径离子源形成带状离子束。

由于离子掺杂***的尺寸，不能进行质量分析，因此桶离子源产生的所有离子种类都被传送并注入基片。这导致大量与加工有关的问题，包括离子注入深度多样化，还有有害种类的注入。桶离子源也特别易于受到在较大电离量沉积物的聚积的影响，因此潜在的n型及p型掺杂物严重的交叉污染要求使用专用离子掺杂***：使用者必须购买一用于p型(例如，乙硼烷气体中的硼)掺杂物的工具以及用于n型(如，磷杂环戊二烯气体中的磷)掺杂物的第二全套工具。此要求不仅倍增顾客固定设备成本，还大大提高产量降低的风险，因为在***间移动基片需要其他晶片处理步骤，并且增加基片暴露于空气中的次数。

因此，现有技术下桶离子源技术受到以下限制：

(1)较大占地面积(宽、高以及长)。

(2)费用高且高度复杂。

(3)由于内壁表面面积很大以及离子源体积较大，对于离子源内壁产生B(来自原料气B₂H₆)与P(来自原料气PH₃)的损耗，因此离子生产率较低。

(4)与(3)相关的离子源中沉积物的快速聚积，导致污染及散粒问题，降低产品产量。

(5)产生大量注入基片的有害离子，导致缺乏注入流程控制及设备特点伴随退化。例如，通常用于注入硼以及p型掺杂物的B₂H₆等离子体中产生明显H⁺与BH_X ⁺，以及B₂H_X ⁺碎片。

(6)注入工序中H+较大电流的注入((5)的一种结果)限制了可获得的剂量率并由此限制产量，因为传送到基片的总离子电流必须低于一特定极限，以避免基片过热。

发明内容

一方面，本发明通过离子化气体或蒸汽分子产生一沿一轴延伸的高亮度离子束，从而提供一种离子注入方法，此分子包含一可注入种类。此方法包括：提供一具有受限制出口孔的电离箱；此电离箱内提供该气体或蒸汽，其压力远远大于电离箱外一提取区域(离子将提取到这里)的压力，通过基础电子直接碰撞电离，将电离箱出口孔附近区域的气体或蒸汽电离，此电离方式从气体或蒸汽分子产生离子，使其在出口孔处的密度至少为约10¹⁰cm^-3，同时保持该条件，使得离子横向动能小于约0.7eV，出口孔(在此形成离子密度)附近电离体的宽度小于约3倍相应出口孔的宽度；且保持电离箱内条件避免形成弧放电，通过一提取***提取电离箱内生成的离子，经过出口孔进入孔下游的提取区域，此后，通过离子束光学装置，将离子束传送到目标表面，并将传送来的离子束中的离子注入目标。

本发明此方面的变体可包含一个或多个下列特点。保持电离箱内的条件，以避免产生等离子体。所提取的离子束的亮度大于约1-mA-cm^-2-deg^-2×(E₀/E)，其中E为离子束能量，E₀＝10keV。所提取的离子束的x-发射率小于约70mm-mrad×(E₀/E)^1/2(其中，E为离子束能量，E₀＝10keV)，离子电流密度至少为1mA/cm²，即使离子质量为120amu。从出口孔提取的离子流地离子束噪音保持在小于1％。电离箱内任何磁场的强度均小于70高斯。电离箱内任何磁场的强度均小于约20高斯。电离箱内实质上无磁场。提取区域内任何磁场的强度均小于20高斯。气体或蒸汽消耗量保持在小于10sccm。基础电子通过电子光学装置从电离箱外部产生的定向射束引入电离箱。即将电离的分子分别包含或由注入种类中的至少两种原子组成。

另一方面，本发明提供一种离子注入方法，其包括通过提供一具有一出口孔的电离箱，产生一沿一轴延伸的高亮度离子束；在电离箱中提供一气体或蒸汽分子，其每个用于电离的分子包含或由可注入种类的至少两个原子组成；电离此分子并在特定条件下提取从上述分子形成的离子，此条件用于产生一所提取的离子束，此离子束提取时亮度大于约1-mA-cm^-2-deg^-2×(E₀/E)、其中E为离子束能量，E₀＝10keV，x-发射率小于约70mm-mrad×(E₀/E)^1/2(其中，E为离子束能量，E₀＝10keV)，离子电流密度至少为1mA/cm²，即使离子质量为120amu，此后，通过离子束光学装置，将离子束传送到目标表面，并将传送来的离子束中的离子注入目标。

本发明此方面或其他方面的变体可包含一个或多个下列特点。分子为二聚物。此分子包含癸硼烷。此方法的操作使得高亮度离子束与目标接触时角发散较小，相对轴小于约1度。将传送来的离子束注入目标，采用此步骤导致高亮度、低发散离子束在目标上形成一晶体管构造的漏极扩展区域，其中晶体管构造包含一离子源，一门以及一漏极。目标还包括一阱参杂剂，晶体管门长度为0.20μm或更小，漏极扩展区域与晶体管门在侧向结边缘相交，漏极扩展区域具有3nm/10或更小的横向陡度(lateral abruptness)，其中按照在横向结边缘实现注入种类体浓度的一个1 decade变化所需的横向伸展，决定横向陡度，按照注入离子的体浓度和阱参杂剂相等的区域决定结边缘。漏极扩展区域的横向陡度为2nm/10或更小。高亮度、低角发散离子束的离子在晶体管门的对面注入，在门下方清晰的限定一沟道，其包含清晰限定沟道的长度。

另一方面，本发明提供一种离子注入***，其用于将预期低注入能量注入目标基片，此基片包含一离子源，用以产生分子离子(基于一具有即将注入的预期种类的一串原子)，一加速步骤将离子加速到基本上大于预期注入能量，以及在到达目标基片前，一减速步骤将离子能量降低到预期注入能量。

本发明此方面的变体可包含一个或多个下列特点。离子源包含一电子枪，其用于以一适于通过直接电子碰撞电离分子的速度，产生一电子束。电子能量在约20eV与500eV之间。电子枪对应于一电离箱安装，以使电子束通过电离箱到达一束流收集器。一长度延伸的电离箱具有一相应延伸的槽形提取孔，连接于提取孔上的电子光学装置的构造，在电子束进入分析器前，使合成电子束的侧面长度相对于相应提取孔的长度得以缩减。电子光学装置包含一望远镜。电离箱的提取孔长度大约为6英寸。离子注入***构造用于分批操作，一组装载于载体上的晶片相对离子束运动，以实现有效扫描。此离子注入***构造成连续离子注入器。离子源具有一与离子源电离箱整体安装的蒸发器，以及用于控制蒸发器温度的温度控制***。电离箱电子枪及束流收集器(电子束引导至此)均与电离箱热绝缘。离子源为癸硼烷源，且产生的电子形成一电子能量在约50到1000eV之间的电子束。离子源为AS₂ ⁺离子源。离子源为P₂ ⁺离子源。离子源为B₂ ⁺离子源。离子源为In₂ ⁺离子源。离子源为Sb₂ ⁺离子源。

另一方面，本发明提供一种操作离子注入的方法，其通过本发明任何其他方面的离子注入***得以实现。

另一方面，本发明提供在目标基片上以一预期注入能量注入离子的方法。此方法包括形成用于注入的分子离子(基于具有预期种类原子簇的分子)，以一基本上大于注入能量的离子能量对离子进行加速并传送，在注入基片前，将离子减速到注入能量。

本发明此方面的变体包含一个或多个下列特点。离子为癸硼烷。离子为P₂ ⁺离子。离子为B₂ ⁺离子。离子为In₂ ⁺离子。离子为Sb₂ ⁺离子。

另一方面，本发明提供一离子注入***，包括一具有一离子提取***的离子注入器；一可向提取***提供大批量离子流水平的离子源，此离子源包括一由封装一电离体的内壁所限定的电离箱，这些内壁中的一个限定一提取孔，此提取孔的长、宽以及安装使得该提取***可从该电离体提取离子流；一电子枪，相对于该电离箱确定其构造、尺寸以及安装，以沿一贯穿电离箱的轴发射基础电子定向射束；一与电子枪成一线的用以收集此定向射束的束流收集器，此束流收集器基本保持在相对于电子枪发射器电压的正电压，该基础电子射束路径的中轴沿一大体上靠近提取孔的方向延伸，此电子束在提取孔宽度方向的尺寸大约等于或大于提取孔的宽度。

本发明此方面的变体可包括一个或多个下列特点。此离子注入***还包括一用于将蒸汽引入电离体的蒸发器。此离子注入***还包括一用于将气体从气体源引入电离体的气体通道。此离子注入***还包括一控制***，此控制***实现对基础电子相关能量的控制，用以主要通过与来自离子枪的基础电子撞击电离单个蒸汽或气体分子。该蒸汽包含癸硼烷。定向射束为带状离子束。带状离子束的宽度小于提取孔的长度。带状离子束宽度大于离子提取孔的长度。带状离子束的宽度大约与离子提取孔的长度相等。提取孔的长度至少与目标基片的长度或宽度相等。

另一方面，本发明提供一种辐照具有预定尺寸的扩展面板的方法，该方法包括运用本发明任何其他方面的离子注入***产生一带状离子束，并将带状离子束引入扩展面板表面。

本发明此方面的变体可包含一个或多个下列特点。扩展面板为一平面平台，该方法包括跨越基本上整个面板表面辐照此平面平台。产生的带状离子束较为稳定，跨越离子束对平面平台进行机械扫描，以实现面板的离子掺杂。带状离子束的长度大于平面平台垂直扫描方向的尺寸。

用于离子注入的电子束离子源的优势

一方面，本发明减少或消除上述与传统离子注入源相关的问题。所揭示的解决方案具有下列特点，这些特点导致离子源发射率非常的低，符合下一代离子注入器的要求：

1)不产生等离子体，因此无等离子体电势。

2)离子密度较低(大约10¹¹cm^-2或更小)，将离子间的库仑散射以及合成离子能量发散减少到可忽视的程度。

3)通过直接电子碰撞电离法电离气体分子，产生大约与中性气体分子具有相等热能的“冷”离子，即，＜＜1eV。此产生具有高度单能离子源的离子，并且使得所提取的离子束具有较小的角发散。

4)通过调节电子碰撞能量，可产生高百分比的相关掺杂离子，最小化空间电荷效应。

5)通常在弧放电中离解的分子离子维持在很高程度。例如，当使用磷杂环戊二烯(PH₃)原料气时，可产生大百分比的PH₃ ⁺离子(如，占整个提取离子流的50％)。另一实例中，使用癸硼烷(B₁₀H₁₄)来产生大比率(＞70％)癸硼烷离子，B₁₀H_X ⁺。该离子在以极低能量(＜1keV)注入硼中极为重要，且该离子的使用可大大提高所注入的剂量率。等离子体离子源(如增强型伯纳斯(Bernas)离子源)不能产生癸硼烷离子，因为等离子效应与内壁高温导致癸硼烷分子离解以及由此产生的损耗。

6)不要求存在磁场。

7)不存在弧放电离子源中观测到的高频噪音，通过等离子束中低能电子维持更高程度的空间电荷补偿。

8)离子提取孔的尺寸可在一很广范围内变动，例如，从12mm到300mm或更大。此导致更大的提取电流，并且改善了下一代离子注入器设计的兼容性。事实上，此特点使得先前的离子源设计不适合于离子注入器设计。

加速/减速离子注入的优势

根据本发明的一个方面，通过在注入种类时将加速/减速离子注入与分子离子以一新颖方式结合，本人提供一种技术，用以在低能离子注入中极大地提高低能离子束电流，提高质量并提高产率。通过该结合，本人实现缓解上述非一致性以及剂量测定的问题，这些问题被认为是加速/减速离子注入***中固有的问题。

在上述***的分子离子注入中，从一包含多重相关掺杂物原子(如，B，As，P，Sb或In)化合物形成一离子束，用以产生比传统单体(即，单原子)离子注入更浅的注入侧面以及更有效的剂量率。作为一应用于低能硼注入的重要实例，一癸硼烷分子离子，B₁₀H_X ⁺，以能量10×E、离子电流0.10×I注入，而不是以能量E注入离子电流I的单体B⁺离子。扩展该实例，一5keV，1mA的B₁₀H_X ⁺离子束相当于一500eV，1mA的B⁺离子束。这两种方法的最终注入深度以及掺杂物浓度(剂量)相同，但癸硼烷注入技术具有重大优势。因为癸硼烷离子的传送能量(质量×速度²)是相同剂量硼离子传送能量的10倍，并且癸硼烷离子电流是硼离子电流的十分之一，相对于单原子硼注入来说，造成离子束发散以及最终离子束损耗的空间电荷力大大减小。如上文所述，此方法用于提高传统(即，非减速)离子注入器的有效硼剂量率。一方面，本人的贡献在于在加速/减速离子注入中专门使用分子(簇)离子以体现意外的优势。

根据本发明一较佳实施例，加速/减速离子注入器使用癸硼烷离子，大大提高有效硼剂量率，并且避免在注入前减速单体硼离子中固有的、在晶片上的离子束剖面特点有任何降级。同时，根据本发明，其他重要分子掺杂物可获得类似效果。对此改善的解释基于下列理由。

众所周知，在传统(即，非减速)离子注入器的初始离子提取阶段以及离子束传送阶段中，可获得的离子电流受到空间电荷效应的限制。考虑到离子提取阶段，由分子注入实现的相应改善可通过探测child-langmuir极限值，即，最大空间电荷限制离子电流密度来量化，此电流密度可用于离子注入器的提取光学装置。尽管此极限值一定程度上由注入器光学装置的设计所决定，但已公认可由下列公式近似计算：

(1)J_max＝1.72(Ω/A)^1/2U^3/2d^-2，

其中，J_max单位是mA/cm²，Ω是离子电荷状态，A是离子质量，单位是amu，U是提取电压，单位是kV，以及d是间隙宽度，单位是cm。在实践中，许多离子注入器使用的静电提取光学装置可接近此极限值。扩展公式(1)，下列用于量化分子注入相对于单原子注入的空间电荷极限的品质因数Δ，可表述如下：

(2)Δ＝n(U_n/U₁)^3/2(m_n/m₁)^-1/2，

其中，Δ是相对的剂量率(atoms/s)改善，通过注入一质量为m_n、包含相关掺杂物n个原子的分子化合物，加速电势为U_n(相对于一质量m₁、加速电势U₁的原子的单原子注入)，可实现此改善。在调节U₁在基片中产生与单体注入相同注入深度的情况下，公式(2)可简化为：

(3)Δ＝n²，

因此，在传统(非加速)***的离子提取中，以癸硼烷替代硼，可将剂量率提高100倍。

本人认识到，一加速/减速注入***的减速阶段类似于提取阶段提取光学装置的操作，这一点相对于本此问题来说至关紧要；这两个阶段都采用了短距离的强聚焦场。本人还认识到公式(1)对减速阶段具有足够精确度，以实现其性能与分子离子以及单体离子性能之间的比较。因此，本人了解，公式(3)还可用来计算减速阶段。使用此分析模式，例如，一传统加速/减速注入器可将约2mA的硼单体，以500eV的注入能量传送到晶片上，即使具有上述严重的非一致性以及剂量测定问题；但是通过在加速/减速离子注入器中以癸硼烷(B₁₀H_X ⁺)替代硼单体，在一有效生产***中使用上述引用的专利申请中描述的技术，通过以5keV注入0.2mA的癸硼烷可实现相同剂量率。这在减速阶段一定程度上降低对空间电荷的敏感性，使得加速/减速***中伴随减速发生的离子束剖面常见的降级，以及注入一致性、角度完全性以及剂量测定得到极大改善。

该新颖的加速/分子离子化合(使用分子(簇)离子束的加速/减速离子注入)，可用于在离子注入中将低能硼剂量率提高到以前从未在离子注入中实现的新的比率。例如，我们可想以20keV提取大于3mA癸硼烷，并将癸硼烷离子减速到5keV(减速度为4∶1)，以获得高达30mA的剂量率，有效注入能量为500eV！此较大有效硼剂量率容易实现高剂量注入，如PMOS源/漏极延展，机械产量极限值超过每小时200个晶片(200WPH)，甚至在生产直径300mm的基片(仅供参考：2mA的传统硼可生产产量约为25WPH，剂量为8E14)时也可实现上述产量。下文中本人将论述，此高离子束电流还可用于形成超浅结的新颖、重要方法中。

此加速/减速***还可以用于二聚物注入。包含二聚物(至今仍不被认为是合适的离子注入材料)的离子束，结合其他掺杂物，通过使用本人上文引用的专利申请中提供的有效蒸发以及电离技术，可获得上述优点。可形成离子束，如As₂ ⁺，P₂ ⁺，B₂ ⁺，In₂ ⁺或Sb₂ ⁺，将公式(3)运用于减速阶段，可将减速的离子束提高4倍，并在上述用于癸硼烷注入的方法中提高最大剂量率，缓解非一致性以及剂量测定的问题。图表Ia列出本发明中所用的适用于二聚物注入的材料。

图表Ia

化合物	熔点(℃)	掺杂物	状态
				As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	315	As<sub>2</sub>	固体
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	340	P<sub>2</sub>	固体
				B<sub>2</sub>H<sub>6</sub>		B<sub>2</sub>	气体
In<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>XH<sub>2</sub>O	250	In<sub>2</sub>	固体
				Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	380	Sb<sub>2</sub>	固体

作为该***以及方法的一部分，该二聚物化合物在低于其熔点的温度下蒸发，且主要通过一宽电子穿过包含该蒸汽的腔体的冲击作用电离此蒸汽。

上文揭示的用于加速/减速注入癸硼烷等***的使用，实现了新的半导体生产方法。另一方面，通过在工序中使用上述化合物减速/分子离子方法及***，本发明实现将一个或多个高成本步骤从许多注入工序中去除，或改善其他注入工序的成本缩减、或质量。

例如，此***可用于改善快速暂态扩散(TED)。在制造CMOS生产中的超浅p-n结中，PMOS源/漏极(S/D)结构的形成需特别谨慎。硼是唯一具有形成S/D结构所需的足够高固溶度的p-型掺杂物，且满足电导率要求；但是在制造晶片所需的退火(“活化”)工序中硼在硅基片上很快扩散。该异常的硼扩散，称作快速暂态扩散(TED)，限制了参数，尤其是p-n结陡度的获得。我们认为TED由注入工序中在硅中产生的缺陷传递(有害的增加)。

在形成前沿、超浅半导体芯片设备时，厂商希望使用很低能量(次keV)硼注入，以形成超低硼注入剖面，因此剖面的激活主要由TED决定。为减小TED范围，结合次keV注入，使用一低热聚积峰值退火(即，快速热退火或RTA)，以产生更多浅p-n结。近来提出，为最小化活化p-n结的深度，所采用的硼注入最低能量大约为500eV，因为活化后，要求TED以此能量或更低能量控制剖面。然而，本人认此推测尚未在生产中得到证实，因为当硼注入深度降低时TED效应某种程度上线性下降。我们认为，此有利的TED效应的降低源于在TED中曝光硅表面作为导致缺损的“散热器”、或吸气剂，因此注入越浅，TED区域越小。

因为执行500eV硼注入时晶片产量已远远低于机械极限，甚至在减速离子注入中也是如此，并且因为注入能量小于500eV时导致晶片产量再次大大减小，此运用传统硼注入的次500eV注入未必适用于生产。产量的降低必然影响300mm制造的经济效应，300mm制造要求更高的用于新制造以及设备的资本成本。

但是，通过使用本发明提供的新的***与方法并结合“浅”TED问题的改善，可获得商业上有利的超表面注入产量，并由此可将注入设备可达到的密度以及性能扩展到新的质量水平，且尺寸更小。

所揭示的加速/减速***还可降低对预先非晶体化的需要。为辅助减小注入硼剖面的深度，预先非晶体化(破坏晶格)注入通常在硼注入前执行，以减少沟的形成，并由此提高注入深度剖面。通过注入高剂量的锗或硅离子束，可完成非晶体化。这是一昂贵的附加工序，其提高制造超浅p-n结的成本以及复杂性。

本人认为，按照此方面并在加速/减速机器中按照上述方法使用簇分子掺杂物可实现新的工序优势。即，不仅可以提高硼剂量率，使注入更浅，提高装置性能，而且此新的分子注入***的破坏特性可能消除高费用的Ge或Si的非晶体化注入步骤。众所周知，由于碰撞的非弹性，高密度力离子簇，如，在与硅表面碰撞时可引起局部晶体结构的破坏。当剂量率足够大时(本发明可实现，如0.5到3mA之间癸硼烷)，最终损坏剖面可消除或减小对独立预先非晶体化注入的需要，在生产工序中消除或减小此高费用步骤的成本。

因此，采用癸硼烷离子的加速/减速***中高有效晶片产量的硼注入，可在100eV的低能量下用于200mm以及300mm基片的生产中。由于TED效应在此极低注入能量下可进一步减小，制造更浅的p-n结的可能性变得更大。

通过基础电子碰撞电离法电离分子产生分子离子，可使用热敏离子源物质，尤其是固体癸硼烷以及上述二聚物。

通过对引入一极度延伸的提取孔附近的宽电子束的使用，并采用望远镜式光学装置以在离子束进入束线前减小离子束尺寸，本发明实现：

1)使用癸硼烷离子，注入能量在100eV到1keV之间，生产200mm以及300mm晶片的有效晶片产量；

2)通过使用高剂量率的癸硼烷(如，每秒约2×10¹⁵到2×10¹⁶个离子)，产生足够的晶体结构损伤以消除或减小对高成本预先非晶体化注入的需要。

3)由于TED，减小激活的硼离子束剖面的扩大，通过使用注入能量极低的(癸硼烷能量在大约1keV到5keV之间，相当于在100eV到500eV之间的硼能量)、超表面结合。

4)通过使用其他分子簇，包括新颖二聚物材料，以其他注入种类实现相似的有利结果。

因此，可实现更少的步骤，成本的显著缩减，更浅且更密的p-n结，以及改善的设备性能。

用于离子掺杂的电子束离子源的优势

另一方面，本发明可用于一离子掺杂***，用于替代上述桶离子源。所揭示的离子掺杂***具有下列优点。

(1)较小占地面积-该电子束离子源体积较小，并只在一个方向内延伸，带状离子束的预期长度。

(2)成本缩减-由于其尺寸紧凑以及可量测性，本发明中的离子源比现有技术中的更为简洁并且更加便宜。

(3)高效-由于其体积较小，并且减小了表面积，相关离子在电离体内壁上的损耗相对现有技术来说大大减少。

(4)改善了对工序的控制-产生更高百分比的预期离子。此减少沉积(第一位置产生更少的离子，以或得一特定离子束电流)，提高相关掺杂离子的生产效率，并且大大改善对注入工序的控制。由于从电子束离子源产生的大部分离子为相关离子，相对于现有技术，大大改善了注入剖面以及剂量的精确度。

(5)高产量-由于其相对现有技术而言，具有更高的产生掺杂离子的能力，本发明提高了产量。

(6)软电离-本发明提高了如癸硼烷等分子离子的有效产量，与乙硼烷相比，在离子掺杂应用中具有显著的产量以及效率优势。

由于其较小的占地面积以及简单化，缩减了固定设备成本，占据更小的生产空间，提高了产量，此外本发明实现一单一离子掺杂***，其装配有两个离子源，其中一个用于p型掺杂物，另一个用于n型掺杂物。使用简单双间隙光学装置，该离子掺杂***可在两个离子源之间转换，同时处理大量基片。这缓解了两个专用***的设备成本，将生产空间成本减少一半，并且降低了产品产量的风险，此风险为现有技术下离子掺杂***的后果。

附图说明

图1是一现有技术下一离子注入源的示意图。

图2是图1中现有技术下一离子注入源一部分的放大示意图。

图3是本发明中离子注入源的示意图，其展示离子源沿中轴的剖视图，因此可观察其内部组件。

图4是图3中离子注入源的电离箱的放大示意图。

图4a是图3离子注入源的电子光学装置的一较佳实施例的示意图。

图5是电源偏压电路示意图，该电源向图3中的离子注入源提供电压。

图6a与6b分别是本发明注入源的可选电离箱的侧视截面图及顶视截面图。

图7a与7b是一用于提高图6中电离箱产生的电子束聚焦的设备的透视示意图以及顶视示意图。

图7c是图7a与7b中设备几何尺寸的示意图。

图8是图7a与7b中的设备的示意图，这些设备并入一类似于图3所描述的离子注入源。

图9是本发明中一替代电离箱的顶视示意图。

图10是一类似于图3的示意图，说明并入离子注入源的图9中的电离箱。

图11是一离子注入的总示意图。

图12是发射离子束的离子源的总示意图。

图13是在目标基片上门附近形成一漏极扩展的离子注入的总示意图。

图14a是在一预先磷掺杂硅基片上通过硼离子注入形成的门缘以及漏极扩展层面的总示意图，而图14b是一硼与磷离子浓度的图解说明，此浓度沿图14a中AA部分测量，以对数标度表示。

图15是横向发散的图解说明，表示在离子注入中，横向发散为一关于目标附近离子入射角与离子注入能量的函数。

图16a与16b是预定横向分散的图解说明，分别表示在离子注入中常规入射角以及7度非平行入射角情况下的离子束横向分散。

图17是一类似于图4的示意图，说明本发明中一用于产生扩展带状离子束的替代离子注入源。

图18a是一本发明中能产生用于单个离子注入工具的n型及p型掺杂的双离子源***。

图18b是图18a中离子源的示意图，此离子源可将离子注入平面平台基片。

图19是一用于平面平台显示器的掺杂工具的示意图，可将图18a中设备并入此平面平台显示器。

图19a是癸硼烷裂化谱图的图解说明。

图20是一加速/减速离子注入***的侧视截面图，此***具有一固定束线，晶片放置于一涡流盘上。

图21是一适用于癸硼烷等的离子源的侧视图，该离子源可改型装入如图1所示的现有加速/减速离子注入***的离子源外壳中。

图22是另一适用于癸硼烷等的离子源的侧视图，该离子源用于一加速/加速离子注入***，其特点为具有一高度延伸的提取孔，该提取孔用于产生一具有高度扩展横截面的初始离子束。

图23是一类似于图2的离子源的示意图，该离子源可对经过电离箱的电子束进行磁约束。

图24是连接在一电离箱上的离子光学装置的图形表示，从该电离箱可提取一具有高度扩展横截面的离子束。

图25是本发明中一透镜及透镜支架组合的无标示刻度的透视图。

图26是图27中电子枪的无标示刻度的透视图。

图27是本发明中一电子枪的无标示刻度的透视图。

具体实施方式

下列术语与定义适用于整篇申请案。

横向动能(Er)：动能在横向于射束传送方向上的分量，即，提取场方向。Er＝1/2mv_T ²，其中v_T为速度在提取场垂直方向上的分量。

射束噪声(N)：射束电流密度中的波动，为平均电流水平的百分数，频率高于100Hz。

发射率(ε)：总发射率ε为两个发射率的乘积，ε＝ε_xε_y，其中在使用垂直方向槽形透镜的情况下，ε_x为水平方向(沿槽的宽)的发射率，ε_y为垂直方向上的发射率。对于任何透镜形状，ε_xε_y沿与射束传送方向垂直的两个正交方向定义。发射率分量e_i定义如下：

ε_x＝2κΔ_xα_x，ε_y＝2κΔ_yα_y，其中

κ＝(E₀/E)1/2，其中E为离子束能量，E₀＝10keV；

α_x，α_y分别为x，y方向上射束分散半角；Δx，Δy分别为x，y方向上的射束的维度，发射率参数在均沿传送方向相同的z-位置测量，其涵盖至少70％的射束电流。发射率分量ei的单位为mm-mrad或cm-deg。

亮度(B)：B为射束电流I与总离子束发射率的比值：B＝I/ε_xε_y。

等离子体定义为一包含电离体的区域，其实质上为电中性，包含符号相反的、电荷密度基本相等的电子与离子。

离子注入源

现参照附图，离子注入中常用的离子源如图1以及图2所示。增强型伯纳斯(Bernas)离子源通常用于高电流、高能量以及中等电流离子注入器中。离子源a通过一安装凸缘b安装到离子注入器的真空***，此安装凸缘b还包含多个用于冷却水、热电偶、掺杂燃料气、冷却气体N₂以及电源的真空通孔。掺杂燃料气c将气体供入弧室d，并在此电离气体。还提供双蒸发炉e，f，固体材料，如As，Sb₂O₃以及P可在蒸发炉内蒸发。蒸发炉、原料气以及冷凝线包含于一冷机加工铝块g中。冷却水用于在激活蒸发器(工作温度为100℃到800℃)时限制铝部件g的温度剧增，并且在离子源激活时抵消弧室d引起的辐射加热。弧室d安装在铝部件g上，但热接触较差。离子源a为弧放电离子源，其在埋入式热丝阴极h与弧室d的内壁之间维持一连续弧放电。因为此电弧功耗一般超过300W，并且弧室d只通过辐射进行冷却，操作中弧室的温度可超过800℃。

通过与电子流的电子碰撞或阴极h与弧室d之间放电产生的电弧，引入弧室d的气体得以电离。为提高电离效率，通过一外电磁铁线圈90，如图2所示，沿连接阴极h与对阴极j的轴产生一匀强磁场i，以限定电弧电子。一对阴极或反射极j(位于弧室d内部，在阴极h的对面)通常保持在与阴极h相同的电势，用以将由磁场i所限定的电弧电子反射回阴极h并再次反射回对阴极。此方法限定的电子轨迹呈螺旋状，导致在阴极h与对阴极j之间产生圆柱形等离子体。图2表明阴极与对阴极之间可能的一种轨迹，由于受到磁场B的限定，此轨迹为螺旋状。等离子体内的等离子密度一般较大，大约10¹²每立方厘米；通过电荷交换，实现等离子体中的中性或电离成分进一步电离，还可以产生高电流密度的提取离子。阴极h一般为热丝或间接加热阴极，当受到一外部电源加热时，此间接加热阴极发射电子。阴极与对阴极的电压V_c通常保持在60V到150V之间，低于电离箱d的电势。可通过此方法获得高达10A的高放电流D。一旦产生电弧放电等离子体，等离子体在阴极h(因为阴极h浸在弧室内，因此与最终等离子体接触)表面附近产生一护套。此护套提供一高电场，有效地向电弧提取热电子流；通过此方法，可获得高放电电流。

弧室中耗散的放电功率P＝DVc，或上百瓦特。除去电弧损耗的热能，热阴极h还将能量辐射到弧室d的内壁。因此，弧室d为掺杂等离子体提供一较高温度环境，通过提高弧室d内气体压力，减少掺杂物材料在热弧室内壁上的凝聚，相对于冷环境提高了电离效率。

如果使用固体离子源蒸发炉e或f，蒸发后的材料通过蒸发器进料口k及1注入弧室d，并进入高压间m及n。该高压间用于将此蒸发后的材料在大约与弧室d相同的温度下扩散入弧室d。同时，通过弧室对蒸发器进行的辐射加热，通常阻止蒸发器为其内部的固体进料提供一低于约100℃的稳定温度环境。因此，该方法只能蒸发并传入蒸发温度大于100℃、分解温度大于800℃(一伯纳斯源的标称壁温)的固体掺杂进料。

图3展示本发明一实施例，其某些方面在上述引用的专利申请中也得到描述，其显示为沿离子源中轴的剖视图，因此可观察其内部构件。外部蒸发器28包含蒸发器主体30以及坩埚31，坩埚31用于存放固体进料29，如癸硼烷。电阻加热器嵌入蒸发器主体30，冷凝水沟道26以及对流气体冷却沟道27与蒸发器主体30紧密接触，用以向坩埚31提供一高于室温的均衡操作温度。坩埚31与温控蒸发主体30之间的热传导由通过气体进料器41引入坩埚-蒸发器主体连接体34的高压气体来实现，同时，蒸发器外壳的温度由一热电偶控制。通过蒸发器出口沟道39以及加热阀门100及110，并通过流导沟道32，将蒸发后的癸硼烷或其他材料50注入电离箱44。离子源安装凸缘36以及源部件35的温度控制在接近或高于蒸发器温度。

离子气体源传送***包括从独立的两个离子源向此电离箱供料的导管。第一个导管具有较小直径、低传导率的沟道，其与一高压气体离子源，如气瓶连接。第二导管是连接于一低温蒸发器的高传导率沟道，此蒸发器用于蒸发固体材料。与离子源无关，气体传导***保持电离箱内气体浓度为0.26656Pa或更大。蒸发器严格控制其与固体材料接触的表面的温度，使电离箱内气体浓度保持稳定。

再次参照图3，蒸发器部件30a包含一加热主体以及一冷却主体30，以及一活动坩埚34。通过移动蒸发器后部的底板28，可向坩埚中添加材料。

一旦将坩埚从蒸发器移开，打开盖34b并提高门34a，可再次填充材料。盖34b通过弹性塑料封接到坩埚边缘，门34a容纳固体29。

再次填充后的坩埚***主体后，对主体前端的孔39进行气封。该孔39为蒸汽的出口。坩埚与主体之间保持精密结合，以实现坩埚温度的一致性。空隙间注入一气体(冷气体)，用以推动两个表面间的热传导。冷气体通过底板装置28a进入空隙。

通过使用嵌入主体的电阻元件PID闭环控制来实现温度控制。主体材料导热性很高，适于保持温度的均衡性。一小热泄漏特意用于主体，以保持运用外部空气沟道的控制***的稳定。空气沟道27穿过蒸发器主体并被未图示的板覆盖。空气传送到多头管系的沟道中，此多头管系并入蒸发器底板28，以提供轻微对流冷却。空气经过一用于流量控制的计量阀后，通过此入口注入。空气离开该部件进入排气室。

除空气冷却外，还可以使用液体冷却蒸发器主体。冷却液通过一1m长、直径6mm的往复穿过主体的孔输送。通过安装到主体沟道26的连接件，产生连接。液体冷却快速冷却蒸发器部件，减小操作周期，并可改变固体种类。

现在参照图4，利用通过导管进入电离箱44与部件35之间空隙36的高压气体，使得电离箱44与部件35保持良好的热接触。气态材料，如存放在气瓶中的PH₃等工序气体，可通过进气口33进入电离箱44。电离箱44内的气体压力一般为大约0.13328Pa，而电离箱44外部区域的压力大约为1×10^-5托。现参照图4，电子枪42产生的电子束125通过电子束入口孔45进入电离箱44，平行并非常接近离子提取孔底板80中的离子提取孔槽46，电子束穿过电离箱44，通过电子束出口孔47离开电离箱44，并受到束流收集器70的阻拦。束流收集器70通过水冷却支架130用水冷却，此水冷却支架携带去离子水(电阻大于10MΩ-cm)。通过绝缘隔离56，将束流收集器电绝缘，因此可在HV水馈通170对束流收集器70所收集的电子束流进行监控。通过一电绝缘、热传导的密封垫，使得离子提取孔80与电离箱44电绝缘，并且离子提取孔80偏移到一相对于电离箱44的负电位。此离子提取孔80的偏压形成一漂移电场，使得离子向孔80靠近，并向其他热离子提供一漂移速度，实现比不存在漂移电场时更高的提取离子电流。部分离子源构造尺寸典型为：一直径7.5mm圆形电子入口孔45，一直径10mm电子束出口孔47，一直径25mm长65mm的电子枪部件42，以及一高67mm的电离箱44。电子枪外壳142上的切口48使得外壳142上包含阴极的部分可暴露于材料外壳内的真空环境中，延长阴极143的使用寿命。

电子枪光学装置由阴极143，射束整形电极145，第一阳极147，聚焦电极149，第二阳极150，以及出口透镜152组成。该透镜***提取一空间电荷限制电子流，并且由第一阳极147，聚焦电极149，第二阳极150以及出口透镜152组成的下游四元件透镜，校准并将电子流加速到预期最终能量。热阴极143发射热离子电子，此热阴极由，如，高熔点金属或LaB₆制成，可对其直接或间接加热。在电子经过第一阳极的皮尔斯(Pierce)几何间隙时对其进行加速，阴极143与第一阳极147之间的等电势由圆锥形射束整形电极145以及第一阳极形成，第一阳极通过修正空间电荷效应，最大化输出电流。离子束提取电压可为5keV，通过下游光学装置中的可将最终能量减到约在70eV到2000eV之间。

图4a展示电子光学装置的一较佳实施例，其中该第二阳极150’以及出口透镜152的形状根据皮尔斯(Pierce)几何图形来确定。该几何学由透镜145’以及147’所限定的皮尔斯(Pierce)提取器144的几何结构转化而来，因此由连接150’及152’所限定的透镜153可有效地用作减速透镜，将一低能量(如100eV或更小)、大体上平行的电子束引入电离箱44。将“反向皮尔斯”用于减速透镜153，有助于修正一空间电荷限制的电子束，因此更有可能将一更高并且更为平行的低能量电子通量引入电离箱44。例如，电子束可以1keV的能量提取入透镜147’，以500eV的能量传送入透镜150’，并且在透镜152’中减小到100eV，实现比提取器144中以100eV提取的电子束更高的电子电流。

沿电子束路径特意产生的阳离子可进一步改善电子枪光学装置中、尤其是减速透镜153中的空间电荷力。离子的正空间电荷抵消了电子的空间负电荷，减小了离子束中电子间的净库伦排斥，因此减小了离子束扩散，更加有可能实现更高的电子电流。此方法更有效地减小空间电荷力：因为离子质量大、速度小，所以消耗速度小，若离子产生速度等于离子损耗速度，则可保持一适当的电荷平衡。电子束路径中任意一点处离子产生速度与此处可电离气体的局部压力成比例。例如，认为图4a中局部气体压力P1＞P2＞P3＞P4(本人发现通过调整单个透镜元件与周围真空间的流导，可控制局部压力Pi)。另外，认为主要气体种类为癸硼烷(B10H14)，为了产生阳离子，气体分子具有一较大电子碰撞电离侧面。在电离箱44中，P1最高，约0.13328Pa，因此空间电荷补偿十分有效。此确保在主要电离区域电子束传送的一致性，确保离子提取孔46附近离子密度的一致性，因此确保所提取离子束中离子密度的一致性。P4为离子源真空外壳周围的压力(额定为0.0013328Pa或更小)，并且因为电离箱44中的气体穿过电子束入口孔45’，所以在这些极值之间产生较大压力梯度。由于减速透镜153靠近45’，P2相对较高，空间电荷排斥大大减小。P3所在区域临近阴极143’，此要求P3接近P4，即P3足够小，癸硼烷分子到达阴极表面的速度小于沉积在阴极表面的癸硼烷副产物的解吸速度。这对低温阴极如LaB6，以及场发射器阴极十分重要。通常，高熔点金属阴极在高温下操作不成问题，在此高温下可产生裂解的工序气体的沉积。

图5展示电源的偏压电路，此电源向电子枪元件、离子源以及专用仪表提供电压。图5中所用的符号具有下列含义：

Vs(离子源电压)：0-40kV pos@100mA。调整离子束能量，相对于地电位向电离箱加一偏压。

Vc(阴极电压)：0-2kV neg@100mA。调整电子束能量，相对于电离箱向阴极加一偏压。

VF(灯丝电压)：0-5V@50A。向直接或间接加热阴极发射器提供加热电流。

VE(提取孔电压)：0-20V neg@100mA。相对于电离箱对离子体取孔加一偏压。

V1(阴极护罩电压)：0-50V neg@10mA。相对于阴极对离子束整形电极加一偏压。

V2(阳极电压)：0-5keV pos@50mA。相对于阴极对第一阳极加一偏压。

V3(聚焦电压)：0-5keV pos@10mA。相对于阴极对聚焦电压加一偏压。

V4(出口透镜电压)：0-2keV pos@50mA。相对于阴极对出口透镜加一偏压，并测定电子束离开由阴极、阳极、聚焦以及出口透镜组成的四极管时的能量。

V_D(束流收集器电压)：0-2keV pos@100mA。相对于阴极对束流收集器加一偏压。

M1：测定离开电子枪时的电子电流。

M2：测定阴极发射电流。

M3：测定到达束流收集器的电子电流。

本发明的另一实施例尤其适于从一1-3英寸长的槽提取离子的离子注入***。该实施例提供一用于产生高离子电流(例如，每一掺杂离子流可达5mA)的有效设计。该设计中，一长度大约与离子提取槽长度相同的灯丝提供低能量电子的一维“薄片”。该灯丝方向与离子提取孔槽平行，如图6所示。不需要第一实施例中的电子束。此几何形状具有两个显著优点：1)可获得高电子电流，以及2)可获得低电子喷射能量，同时仍输送高电子电流。2)的一个推论为，由于在大约100eV的电离横截面比，如2keV大5倍，因此可获得极大的离子电流。3)最后，不需使用磁场，不必使用磁场来限制电子流的扩散，因为以一维电子束提取电子，大大减小了空间电荷效应。

因此，图6a展示一离子源的简单设计，其中将电子沿与所提取的离子束相同的方向注入电离箱。通过灯丝头171以及直流电源172对一长灯丝170进行加热，以沿灯丝的长度方向发射电子173。该灯丝可为例如，一带状或粗钨丝。电源172对灯丝170施加一低于电离箱175的偏压，因此通过一位于电离箱175尾部中间的矩形入口槽74，对电子进行加速。这构成一二极管装置。图6b的投影D-D中展示此几何形状的顶视图。延展电子束将在电离箱175内电离该气体；通过离子提取孔底板177中离子提取孔176提取离子。除简洁外，图6a中设计的优点为通过长灯丝170可产生高电子电流，并且可沿离子提取孔176聚焦此电子束。此方法产生的离子流应当一致，因为穿过电离箱175内气体的电子路径长度和离子提取孔176的长度相等。同时，由于电子束在垂直方向上延长，受空间电荷扩散影响较小，因此相对于一较小的、圆形电子束，一具有给定能量的更高的总电子电流可传送入电离箱175。

为改善性能，将一具有较长矩形槽的栅极179嵌入灯丝170与电离箱入口孔174之间，以增强离子束的聚焦。这构成一三极管结构。为避免由于灯丝蒸发后覆盖入口孔174，或钨或铼最后进入电离箱引起的对电离箱175的过渡金属污染，该灯丝与电离箱的距离可更远，从视线中除去蒸发了的材料。

示意图7a展示了该实施例。灯丝170远离电离箱175，电子束通过一由一组长的矩形孔组成的透镜传送。示意图7a展示一三极管装置，其中灯丝170、射束整形电极178、栅极179以及电离箱入口孔174均处于不同的电势，但此装置不仅仅局限于三极管；视情况可增加更多的透镜。顶视图7b更加详细地展示了图7a中的电子光学装置以及电子束173的传送。通常，电极电压为：阴极电势Vc＝-100V，射束整形电极V₁＝-102V，栅极电势V₂＝+100V，离子源电势Vs＝0(所有电压均相对于电离箱或离子源的电势)，以及例如，离子提取电极电势V_E＝-5V，尽管透镜***的电势Vc到Vs可控制在一很大电压范围以及电子能量范围内，以最佳化产生用于特定注入工序的相关离子。离子提取孔177的电压VE为一偏压，此偏压可形成一持续漂移电场E，图7b中也展示了此电场。E向电离箱内产生的离子施加一漂移电压，使得正电荷离子偏向离子提取孔底板177，通过一外部提取场，可从此处有效提取离子，形成离子束。由于离子沿电子束173产生，E倾向于对离子产生一向前的动量，因此离子动能的侧向分力基本上为热能，即，大小＜＜1eV。图8展示并入一类似于图3所描述的离子源的图7a以及图7b的三极管灯丝发射的实施例。图8详细说明电离箱175以及三极管200，并且展示了位于离子源部件35内的三极管。图3中其他元件，如低温蒸发器28，阀门100与110，安装凸缘36以及进气口33，尽管无图示，也是本实施例的一部分。但是，电子枪42，电磁铁线圈90以及束流收集器70不属于图8所示的实施例，因为与电子枪相关的部件已用三极管200来替代。图8所示的方法的其他优点为：1)灯丝位于远处的一低气压位置(通过，例如，真空流导190直接将其暴露于离子源真空外壳的真空环境)，延长灯丝寿命；2)灯丝远离电离箱避免了灯丝材料对电离箱的污染；3)透镜***推动了电子束的加速-减速传送，可在电离箱内获得更高电子电流；4)通过水冷却离子源铝部件35，易于将灯丝170产生的辐射热负载传递到更大范围；5)可将电子束聚焦在离子提取孔，提高离子提取效率，减小侧向动量。由于额定电子轨迹沿图7b中的漂移电场E，因此通过电子碰撞产生的离子到达提取孔时具有基本的的动能侧向热分量，即＜＜1keV。6)图7b与图8中的实施例结果产生低发射率、高亮度的离子源，改善了对离子在注入器中传送的控制，与现有技术相比较，更加提高了晶片基片上离子束空间及角度的一致性。

图7c展示类似于图7b中三极管的四极管几何形状，但也具有尺寸数据。尺寸单位为mm。该四极管具有精确的变焦功能，因此透镜***的聚焦性能某些程度上与最终电子能量无关。这允许以更高的能量提取从耐熔灯丝170’发射的电子，此能量比进入电离箱175’的离子更高，即通过减速将更高的、空间电荷限制的电子电流传送入电离区域。代表性透镜电压如图表A所示，物距为4倍透镜孔的直径(“D”)，距离四极管基准面的像距为6D。通过以300eV到100eV等能量范围提取电子，此透镜将能量为100eV的电子注入电离区域。此类调整假设电子进入电离箱时能量为100eV。由于这些是一维透镜，在槽的长度方向(y-方向)不会聚集或限制电子束。在高电流密度时，由于空间电荷排斥，电子束沿y方向扩散，通过渐晕导致电子束损耗。通过电子碰撞电离沿电子路径产生阳离子，空间电荷排斥与离子束损耗可大大减小。离子的正空间电荷抵消电子的负空间电荷，减小离子束中电子间净库仑斥力，因此减小离子束扩散并且实现更高的电子电流。为避免电离区域181’产生的离子进入四极管时损耗，透镜元件180’通常保持在一相对电离箱电势V0的正电势。

在射束路径中产生阳离子，是一种有效减小空间电荷力的方法：由于离子质量大、速度小，所以其消耗速率较小，如果离子产生速度等于离子损耗速度，可保持一适当的电荷平衡。电子束路径中任何位置的离子产生速度与此处可电离气体的局部压力成比例。例如，图7c中局部气体压力P1＞P2＞P3＞P4(本人发现可通过调整单个透镜元件与周围真空间的流导，可控制局部压力Pi)。另外，主要气体种类为癸硼烷(B10H14)，为了产生阳离子，气体分子具有一较大电子碰撞电离侧面。在电离箱175’中，P1最高，约0.13328Pa，因此空间电荷补偿十分有效。此确保在主要电离区域电子束传送的一致性，确保离子提取孔176’附近离子密度的良好一致性，因此确保所提取离子束中离子密度的一致性。P4为离子源真空外壳周围的压力(额定为0.0013328Pa或更小)，并且因为电离箱175’中的气体穿过电子束入口孔174”，所以在这些极值中产生较大压力梯度。由于减速透镜153靠近45’，P2相对较高，空间电荷排斥大大减小。P3所在区域临近阴极143’，因此要求P3接近P4，即P3足够小，癸硼烷分子到达阴极表面的速度小于沉积在阴极表面的癸硼烷副产物的解吸速度。这对低温阴极如LaB₆，以及场发射器阴极十分重要。通常，高熔点金属阴极在高温下操作不成问题，在此高温下可产生裂解的工序气体的沉积。

另一实施例中，图9展示混合离子源的顶视图，此离子源结合前两个实施例的设计以及操作特点。图9类似于图7b，但展示圆形电子束210(进入图中的平面)相交于从基于长灯丝发射器的三级管200产生的带状电子束173。因此，此第三实施例具有一轴向的、长灯丝发射器以及一纵向电子束。图10详细说明并入离子源部件的本实施例，此图为图3的改进。除了图3中展示的低温蒸发器28，图10还包含一由离子源装置35包围的高温蒸发器220。蒸发器210位于离子源装置35内部，因此不会干扰蒸汽导管32或图3中的气体进口33。气体通过蒸汽导管225从蒸发器220注入电离箱175，如图10所示。该第二蒸发器用于从固体掺杂化合物，如元素P，As以及Sb，以及Sb2O3，InCl3引出蒸汽。因此，此类以及其他常用固体掺杂物的蒸汽，以及如癸硼烷(B10H14)与三甲基铟(TMI)等熔点极低的材料的蒸汽可通过图10所示的实施例注入电离箱44。

图9及图10所示的实施例的特点及优点为：1)可获得高离子束电流；2)不需磁场，结合提取孔附近的高电子密度，沿漂移电场方向的路径产生离子，导致发射率很低的离子源；3)可使用全部固体与气体进料补充物，两个蒸发器的结合可容纳n型以及p型掺杂物，而不需维护不同注入器之间的离子源；4)灯丝产生的低能电子束，结合电子枪产生的高能电子束，通过逐步电离工序产生多重电荷离子种类，此工序中通过低能离子束产生大量单电荷种类，此单电荷种类通过高能离子束再次电离，产生多重电离种类；5)对多个电子源电子束能量的调整能力，使得图9中的离子源在产生不同进料分子种类时具有很大的灵活性，调整离子束种类，使其满足特定注入要求。

漏极扩展

当用于一将产生更高性能设备的晶体管漏极扩展区域的注入处理时，此处所揭示的技术具有显著优点。基本原理是所揭示的离子源将产生一低发射率离子束，此离子束又将产生一横向陡度减小了的结，此结以缩放技术中所需的方法，使晶体管具有更高的性能。

横向结陡度更大的晶体管以多种方式改善其性能。首先，结区域为串联电阻提供一部件，陡度越大的结将提供越小的串联电阻，小串联电阻又将提高晶体管的驱动电流与跨导。同时，陡度较大的结减小了导电性亚阈值，当电源电压减小时，此原理尤为重要。此特点的一个优点在于，例如，减小了关闭状态电流，这将减小整个电路的静态电流，延长电池寿命。亚阈值指数的改善使得该技术的整体设计更加具有灵活性，实现了在不提高晶态电流的情况下减小阈值电压。这实现电路性能(通过降低阈值电压改善其性能)与备用电源(通过降低静态电流提高其性能)之间的直接交替使用。随着电源电压的降低，这些特点更加重要，因为每次技术形成时其大于0.25μm。

在离子注入领域，离子束产生并]传送到一碰撞目标，其具有的能量使得离子进入目标材料并穿透一定深度。这一点在图11中得到示意。目标通常为硅晶片1，一晶体管或其他设备将在此晶片上制造。将离子束2引入硅晶片，特意使离子进入-定深度，以制造一功能器件。离子并非沿同一路径传送，在硅晶片中分布原子，如图1中深度剖面5所示。深度剖面通常由两个参数描述：投射范围6以及分散7，投射范围6为平均穿透深度，分散7是对原子分布深度变化的测量。这些参数很大程度上由用于注入工序的离子束的条件决定，这些离子束具有质量更大的离子或具有产生更浅剖面的更低能量。通常，离子注入工序的分析只考虑完全平行的离子束2，这使得可以直接计算预期剖面、投射范围以及分散。然而，离子束并非完全平行。射束中总存在一些不平行的部分，如图中的非平行离子4。非平行离子4将以非零入射角3碰撞轨基片。通常，所有的离子束均包含非平行分量，其程度很大程度上由射束条件、注入装置零件以及注入器的调节决定。下文将讨论多角度离子注入。

离子束非平行分量的描述具有多种方法。首先，离子束10产生并离开离子源9，可测量发射率8以描述离子束10的角度分布，如图12所示。该参数是对离子束从离子源提取时整个角度分布的测量，通常为立体角。一旦离子束传送到束线，通常用来讨论角度分布的术语为散度11。散度11指离子束相对于离子束中轴的最大角度。但离子束到达目标时，由于实现特定处理效果，目标可能相对离子束中轴倾斜，因此每个离子都具有一上述入射角。因此，当离子束到达目标时，离子束散度11产生一入射角范围。应注意，这些术语及参数受到限制：事实上离子束包含向各个方向传送的离子，具有一描述离子密度的分布函数，此发散角为关于发散角的函数。因为下列描述中大部分是关于具有较大角度的离子，所以这些术语仍然可用。

这里所讨论的示范离子注入工序为漏极扩展注入。这是形成晶体管的步骤之一：如图13所示。漏极扩展注入十分有效，因为其形成了限定晶体管功能性最重要的方面。首先，通过此方法可实现自动调准：门电极13/门氧化物12层叠的形状可产生一轮廓分明的门缘14。该装置掩盖了即将形成漏极扩展的离子束2。在门层叠移开处，注入穿透硅基片并形成一注入层，此注入层即为漏极扩展15，但在门层叠没有移开处，注入穿透门电极16。此工序使得漏极扩展结与门电极成一线，这样产生一良好的晶体管结构，称作自对准门。下文将进一步讨论，非平行离子4以及尤其是那些引入门下面并与硅基片碰撞的离子，如图3所示的离子。

半导体技术的一个重要方面是需要恒定缩放。通过缩放，减小所有的尺寸，使得在一给定的轨基片面积上可放置更多的晶体管，减小了每一功能的成本。对于离子注入，结果是恒定需要减小离子能量，因为减小尺寸还包括减小离子深度尺寸，可通过减小碰撞能量来实现。值得注意，半导体技术的许多方面，包括离子注入，必须持续研制出新的方法、装置以及材料，以满足工业上对缩放的需求。缩放已充分发展，使离子注入中主要实现：产生足够浅的结，以满足缩放要求。在p型结的形成中最严重的问题是所用的硼原子较轻并且倾向于较深地穿透硅基片。p型漏极扩展是尤其具有挑战性的注入，因为其使用能量最低的硼离子束。我们已了解，以低能量传送高电流离子束的离子注入具有固有的问题，并且用以提高低能量硼离子束电流的方法对所传送的离子束，尤其对其散度具有反作用。

形成漏极扩展所需的步骤不仅仅是离子注入。此外，为使注入的原子保持电活性，需执行已加热或退火工序。此加热处理必须在高温(即＞900℃)，因此必须考虑扩散效应。扩散指注入的离子离开其注入深度剖面，此剖面通常较浅，并在基片横向范围内。由于需产生一浅结(实际上为超浅结或USJ)，必须最小化扩散效应。还有一问题是需最小化扩散时间：快速暂态扩散(TED)效应。离子注入产生的对硅晶体的注入破坏，引起注入层中的填隙原子，因此产生该效应。其结果导致很短时间的硼扩散的增强。然而，需要一短暂的退火工序以最小化扩散，因此TED效应要求缩短退火时间。我们了解到，扩散以及TED均在深度和横向上移动注入层。先进的退火装置及方法可用于执行此关键工序，在保持结较浅的同时，必须有利于提高其横向陡度。

硼注入能量的测量是硼注入的关键：由于低电流传送能力产生低生产率。由于需要低离子能量下的高离子电流，结果导致离子束具有高空间电荷密度，这将产生问题。从离子源提取的离子束中，空间电荷密度趋向于抵消提取场的电荷密度，导致著名的离子束电流与能量之间E^3/2的关系。由于能量减小，该效应大大减小了可得离子束电流。此外，传送中离子束的空间电荷倾向于产生库仑力，使得离子横向偏离离子束，导致在离子束传送到束线时产生“离子束扩散”并损耗离子束电流。这在很大程度上由能量的大小决定，导致很难将低能量的硼(LEB)传送到目标硅基片。

注入工业中有两个用来描述产生LEB离子电流的方法，均导致到达基片的离子束更加扩散。第一中方法是设计一离子源与硅晶片间最短距离的束线，使更多的离子束到达晶片。这些短束线具有更加开阔的传送槽，因此一更大的离子束可穿过此距离。就离子束散度来讲，此方法可在晶片上产生更高的离子束散度。第二种提高LEB离子电流的方法是对离子束进行减速。该方法中，离子束以一高能量提取并传送，然后在即将进入晶片前对离子束进行减速，使其以恰当的能量注入。该方法也导致在晶片上离子束具有更高的散度，并且产生能量污染。

深度剖面最重要的部分是结缘，如图14a及14b所示。图中表明，注入的硼层与掺杂浓度反应产生一P/N结。图14a展示门缘以及漏极扩展，其中展示一横向切口(A-A’17)，此切口低于并平行于硅基片表面。图14b中，掺杂浓度沿A-A切口表示。在漏极扩展区域，硼浓度18很高，大约1E20cm-3，此为对数标尺19的一个较大值。在LEB注入漏极扩展前，已产生一N型掺杂浓度20，图中为磷，但可为任意N型掺杂物。关键特点在于两种掺杂浓度相等的点为结缘21。由于N型浓度更可能是大约E17-E18cm-3，此处浓度值较低。因此，此处硼浓度18也处于次等级。我们发现，结缘处的硼浓度比漏极扩展内的浓度小得多，至少小100X。这一点十分重要，因为其表明一射束较小分量，大约1％，对结缘的决定有着很大的影响，下文将进一步描述。此外，结缘处横向硼剖面的斜率定义为漏结的横向陡度。此参数单位通常为nm/decade(纳米/10)，或剖面的横向伸展，单位nm，用以将硼浓度提升一个等级。漏极横向陡度的一个典型值，用于0.18μm技术，为10nm/dec，对于每一代产品的目标是其缩放减小＜5mn/decade。

一低散度射束，如本发明中的离子束，用于形成漏极扩展时，将提高漏极扩展的横向陡度，产生更高性能的晶体管。两种机理实现了该优点：减小了的横向穿透率以及减小了的横向分散。

第一成分，横向穿透率，从几何学角度讲很精确。参照图13，一具有较低发散的离子束基本上按要求从门缘下面，将所有引入的离子注入漏极扩展范围内。将一发散射束束引入非平行离子，我们对按照图13所描述的方法定位的非平行离子尤其感兴趣，其中离子穿透硅基片的位置恰好在门缘14的基底处。整体上，该离子到达标有X的位置，此位置获自漏极扩展硼原子的主要分布的横向移动。由于发散离子束内存在一定范围的入射角，导致门缘下方剖面的横向扩展。这在横向产生一阶梯式结，与低散度离子束产生的结相比，该阶梯式结陡度较小。如上文所述，结缘处的浓度比漏极扩展内的峰值浓度小得多，因此离子束中只有很少部分(1％)具有高散度，以横向大大扩展此结。此外，离子束中通常具有一角度范围，其中角度为越大，密度越小，同时形成一横向阶梯式结。通过对使用低散度离子束产生的改善的估算，我们通过入射角正弦乘以结缘垂直深度，可估算横向位移。若离子束发散度为7度，横向位移为结深度的12％，然而正常估算是：横向结缘为结深度的70％。由于现在横向结可为垂直结深度的82％，因此发散离子束产生的结将比低散度离子束产生(由于该效应)的结扩展17％。

与离子束散度以及横向结的形成有关的第二机理为横向分散。产生分散，原因是目标硅基片不是一致同质介质，而是单个原子有规律的排列形成的晶格，其原子之间具有间隙。引入的离子可直接与一硅原子碰撞，以一掠入射与硅原子碰撞，或完全没有击中硅原子。此统计过程导致各种引入的硼离子的各种分布。该分散通常认为是深度剖面的一个垂直变量，但是一如本发明中的掩蔽缘还涉及横向分散。主要原因是横向分散由入射角决定，分散离子产生更多的横向分散。对此现象更加详细的讨论，可参照：Nacagawa，Hada以及Thome等人的IIT’98，第767页。图15复制此参考文献中的一图表，其说明以一关于入射角θ与离子能量的函数计算横向发散。横向到垂直发散额定期望值70％如水平虚线所示，其中明确假设入射角为0度。数据点用于各种入射角与能量，但图中表明很有可能入射角为7度的离子的横向发散至少是常规模式的两倍。还发现，对更高的入射角，其影响越大，因此分布横向扩散，这恰好与保持结陡度的期望相反。

参照图16a与图16b，为对这些效应相关量值进行数值估算，构造了一模式，该模式可将这些效应归结为相同的条件。该模式的一步为通过取近似值减少变量：垂直结深度等于投射区域(Rp)加上两倍的垂直发散(ΔRp)或

Xj＝Rp+2ΔRp

通过上述关系式，实现用垂直发散来表示横向结位置。

通过该模式，低散度横向结缘出现在两倍横向分散的位置。由于我们已了解，横向发散为垂直发散的0.7倍，横向结缘出现在门缘内1.4ΔRp处。现在，发散离子束包括两种情况，这加强了横向结缘的产生。第一种情况为横向分散是常规入射角的两倍，因此数值为2.8ΔRp。第二种情况为数值等于结深度12％的几何效应，此时为0.48ΔRp。结合其他情况，在门缘内3.28ΔRp位置处产生一横向结缘，或横向再扩展2.3倍。该横向陡度也将提高一类似比率。使用低发射率离子源可直接产生该显著优点。

与一MOS晶体管有关的另一关键参数为沟道长度。沟道长度为离子源与漏极之间的距离，即，离子源与漏极横向结缘之间的距离。目前，讨论集中在晶体管的漏极侧，但门的另一侧具有另一区域，在形成漏极的同时此区域形成电源。应注意，电源及漏极的横向扩展决定沟道深度。注入剖面由注入参数决定，最主要的是种类与能量，但还包括斜度，捻度以及射束散度。同样，射束发射率决定射束散度，因此影响晶体管的形成。很明显，对于低散度的射束，沟道长度较长，因为较少的离子束穿透门层叠。通常，长的沟道不具有优点，但低散度情况下产生一更接近理想位置的晶体管，在该理想位置，沟道长度与门长度相等。

此情况下，高散度射束的问题在于散度不能保持恒定。由于射束调节与设置中固有的偏差，这是具有明显散度射束的必然结果。由于每次穿过孔隙时，损耗部分射束，并且由于空间位置与部分射束到达基片时具有的角度直接相关，还损耗部分散度泡，因此产生偏差。例如，考虑两种情况：一种情况为射束设置集中到孔内，另一种情况为孔只可容纳部分射束。在射束集中到孔中的情况下，散度也将集中，因此射束进入晶片的角度为额定角度+/-5度。第二种情况下，孔所限制的射束边缘也是角分散的极限值，该极限值只限制射束的一边。因此，此情况下，射束在基片上的角度可为额定角度+2/5度。此时，如果散度受到限制的一边是限定晶体管沟道的边，我们通过消除高入射角离子已改变了结剖面，因此沟道可能变长，因为离子在门缘下穿透很深。该沟道长度偏差尤其不合要求，低发射率射束不会产生此偏差。我们发现，所讨论的偏差很正常，是现代装置自动化的结果。目前的生产工具中，一自动化程序通过执行上述步骤以产生并优化射束状态。正常情况下该***每次不会产生相同的射束状态；其任务是产生符合要求的射束状态，并且通常有多种调节方案。这些调节方案在射束中产生不同的散度，产生具有可变散度的射束时，不需要存在偏心射束，或任何异常状态。

低发射率离子束的另一优点在于其可设计工序，因此沟道长度一致较小，而不是必须设计使得只在最差情况下产生最短的沟道。由于电路的性能与沟道长度直接相关，在保持其他工序步骤不变的条件下，产生一致的短的沟道可直接实现更高的性能。

由于沟道太短不能维持漏极至电源的电压，或由于短沟道效应阈值电压超出操作范围，因此太短得沟道很可能导致失败。因此，在设计工序与电路的过程中，必须谨慎考虑加工偏差的正常范围产生的沟道长度分布，使得不存在不合格的晶体管(1ppm的不合格率已是太大)。换句话说，沟道分布具有较小偏差，这允许设计更短的平均沟道长度，结果在不增加成本的情况下提高性能。

扩展带状射束

目前，人们对发展传统的离子注入器以产生更大范围的带状射束十分感兴趣。由于下列因素人们对扩展带状射束注入产生兴趣：1)目前工业范围转移到较大基片，即直径300mm的硅晶片；2)用于传统的CMOS及其他设备的生产，期望制造更大基片，即直径450mm的硅晶片；以及3)为提高晶片产量并提高基片上剂量的一致性，目前工业范围向连续注入器设计转移，此设计结合电磁扫描扩展带状射束可具有更多优点。传统离子注入中，基片面积变大晶片产量将降低，产量与基片面积成反比，此外，在硅设备生产中，除非晶片产量严格保持恒定，否则人们不会认识到使用大面积基片的预期经济效应，传送更高离子束电流的能力对于离子注入的持续发展尤为关键。传送到晶片的束电流(由此决定的剂量率)可用带状射束的长度来测量，由于下列原因，现有技术中离子源阻碍了此要求：1)现有技术中离子注入源只能产生范围受限制的离子带(在2-3英寸之间)，及2)如果扩展带状离子束由射束延伸光学装置产生，射束的电流密度与放大率成比例下降，因此传送到大面积基片的总电流不变。

通过运用上述实施例1，2，3中的技术，可产生类似于直接从离子源提取的几乎任意范围的带状离子束。这通过以图17所示的方式缩放离子源的长度即可实现。图17展示一类似于图4的实施例，即，一电子枪230将一可变能量电子束235传送入一充满含有掺杂物的气体的电离箱240，电子束受到水冷却束流收集器250的阻挡。电子束接近且平行于离子提取孔260传送，通过提取光学装置从该孔提取离子束。电磁线圈(无图示)提供一可选外部磁场B。一方向与电子束路径平行的纵向磁场的使用将在一很长的路径上限制电子束235。路径长度为(x+y)，如图17所示，其中x为电子枪的长度，y为电离箱的长度(y还近似为离子提取孔的长度，以及所提取的带状离子束270的预期长度)。本人假象电离箱240的剖面为圆柱形，提取孔占据圆柱体的一个平面。

图17中的装置可有利的作为用于平面平台显示器离子掺杂的离子源。例如，离子提取孔260长度可为850mm，用于产生带状射束以注入具有750mm的较小尺寸的矩形面板。该情况下，图17中电离箱的长度y将大于850mm，如900mm。电子枪230用于将一高电流、低能量的射束235传送入电离箱240。典型规格为：圆柱形透镜直径＝1英寸，电子束能量＝100eV(可在20eV到250eV之间调整)，最大电子电流＝200mA，电子电流动态范围＝400(即，电子电流可在500uA到200mA之间调整)。通过一由一对电磁线圈产生的外部磁场B，该电子束在电子枪与电离箱内均受到约束。由于离子源中电子束路径很长，通过磁场B对该电子束进行适当约束并校准。磁通密度在50G到200G之间，以保持离子提取孔260长度上离子产量(离子密度)的一致性，当其由于受到低能量电子束的空间电荷力作用穿过电离箱240时，限制电子束直径的扩散。通过减小电离箱内原料气的压力(相对于现有技术中通常离子源压力，范围在约0.053312Pa到0.53312Pa)，进一步提高沿提取孔的离子产生的一致性，因此更小部分的电子将从射束扩散出，例如，电离箱压力为0.013328Pa或更小。我们发现，由于等离子体不能保持在较低压力下，因此现有技术中等离子体离子源不可在显著的低压下操作。该低压操作模式在离子掺杂***中可减少过程气体的消耗，减少量大于一个数量级，大大降低了工具所有权价格(COO)。

图18b说明了工具所有权价格(COO)的进一步显著缩减，图18b展示一具有双提取槽光学装置610的双离子源***600。一对大直径电磁线圈620提供一包围两个离子源的均强磁场。通过将n型(如磷)材料放入离子源1，将p型(如硼)放入离子源2，图18中的实施例可将n型以及p型掺杂物注入单个离子掺杂工具。通常，离子源1，2并非同时运作。若需要，两个注入相同掺杂物的离子源可同时运作，产生两个带状射束，使注入的剂量率加倍。图18b说明产生了两个带状离子束，射束630(如，包含硼)与射束640(如，包含磷)。

图18b展示图18a中双离子源，该离子源通过带状射束660掺杂一矩形面板650。本示范例中，面板650安装在一扫描平台670上，沿方向680对面板650的长度方向进行机械扫描。该情况下，离子束660大于面板较短的一边的长度。

图19展示一用于掺杂平面平台的同属离子掺杂***。面板690从真空盒770加载入处理箱710，旋转90度，在离子束660’前垂直扫描。图示表明，图18a、18b中的双离子源600’并入该***。为提高透明度，不包括电磁线圈以及机械引线零件。

离子掺杂中选择的p型原料气为乙硼烷(B₂H₆)以及三氟化硼(BF₃)。由于离子源与基片间无质量分析，因此离子源中产生的所有离子都注入基片。这使得使用三氟化硼(BF₃)较为困难，因为例如，氟对氧化物有害，产生工序效应。同时，等离子体中氟的含量是硼的三倍，可注入大量的氟。在使用B₂H₆时，由于H注入具有较少工序效应(H注入可导致，例如，对基片的额外加热)大部分厂商更愿意使用乙硼烷(B₂H₆)，主要有两个缺点：1)大范围的裂化谱图(产生许多不同离子，例如，大量H⁺与BHx⁺，以及B₂Hx⁺，由于注入样品的硼有效能量的多样性，这导致注入范围的广阔末端。)2)射束电流不够大，由于传统“桶”离子源中，大部分产生的包含硼的离子沉淀在离子源的内壁上，因此导致产量较低。

使用图17中的离子源并且用癸硼烷作为原料气可解决问题1)和2)，因为可产生高电流的70％纯癸硼烷射束(如图19a中一硼的MST可追踪光谱所示)，本人的离子源表面积比桶离子源小几个数量级，图17中的离子源展示一高效的离子提取。与现有技术相比，使用图17中的癸硼烷离子源可实现更高的产量，更低的COO，以及形成更少的颗粒(因为离子源中聚集的材料较少)。

加速/减速技术

高亮度离子束的产生在离子注入中十分重要，在与基片碰撞前，将离子束减速，因为减速后，离子束的角散度及其空间扩展都将提高。为在目标基片上产生减速后具有良好空间一致性的小角散度的射束，需要一初始低发射率的射束。由于射束发射率(在两个正交方向产生射束直径以及角散度)与能量成反比，上游射束的发射率必须小于基片上所需的发射率，差额至少等于减速率。通过增加一系列孔，射束发射率可保持低于一给定值，最终束通量非常低。因此，要求使用一高亮度的离子源，其中亮度定义为射束电流除以发射率(即，射束电流/单位面积/单位立体角)。亮度不受此系列孔的影响，因此亮度是一有用的性能系数。

特定注入生产，如产生漏极扩展，要求在基片上具有低角散度以及低能量的离子，除非使用一高亮度离子源，否则这两个因素相互制约。最终结果是高亮度射束比低亮度射束产生更高的注入剂量率。这可直接导致高产量，将低设备成本。

使用包含单电荷但多个掺杂原子的电离簇，可产生更高亮度的射束，尤其是在我们用剂量率或“有效”射束电流代替射束电流时。由于n个原子的单电荷簇必须加速到n倍的能量，簇射束的发射率是等效单体射束的1/n。由于剂量率也是电子离子束的n倍，一给定簇射束电流亮度增加到n²，亮度定义为剂量率除以发射率。因此，使用可产生簇离子束的高亮度离子源，可将离子束减速，以更好地控制注入，此注入角散度低、空间一致性良好，并且产量高。

图20基本类似于图1，图1引用自美国专利第00/33786号，此申请中具有详细的描述，展示一传统硼注入中的减速注入器的总示意图。图20描述了一传统的、非减速注入器。例如，离子源548产生的从一一维孔(即一延伸孔)提取的离子，通过一电极553，传送能量减速到明显大于预期最终注入能量，并且注入分析器磁铁543，此磁铁根据离子质量-电荷比将射束横向分散。一质量解析孔(槽)544只允许相关离子(具有一预定质量-电荷比的离子)通过下游进入一活动法拉第(Faraday)以测定离子束电流，或(当Faraday缩回时)进入减速电极。该减速电极557将离子束减速到预期注入能量，然后该离子束碰撞晶片基片555。图1说明一分批型注入器，其具有一机械旋转与扫描圆盘545，但通用的减速方法也可用于连续注入器。

现有技术中已知，在到达减速电极前，离子束中的部分离子与注入器束线中剩余气体分子或离子束中其他离子发生电荷交换反应的可能性有限，大多数加速/减速注入器包含一射束过滤器(图20中无图示)或其他种类能量过滤器(如，E×B过滤器，静电偏转器，“狗腿”等)，以确保只具有预定能量的离子到达晶片。

通常，分批型减速注入器将使用一稳定离子束，通过旋转与机械扫描圆盘545实现射束对晶片的扫描；然而，也有可能运用其他实施例。例如，本发明可用于一连续型注入器(每次处理一个晶片)，连续注入器可在一个方向实现快速扫描(通过静电扫描阳极或定向磁场)，同时晶片支架在垂直方向完成缓慢机械扫描。可选方法为，通过双电磁扫描对一稳定晶片进行扫描。据本人所知连续型减速注入器从未投入市场，本人发现该设计具有显著优点，可适于单晶片处理，同时可实现晶片支架(目前使用分批注入器不可能实现)的高倾斜角(达60度)。优选的高斜角注入在许多处理中都很重要，例如，在制造阱构造或S/D扩展压型时。此外，期待新型经片制造设备，以用于单晶片处理，减小分批处理引起昂贵的300mm过程晶片的风险。

连续注入要求射束剖面具有比分批注入更高程度的一致性，以在晶片上保持良好的注入一致性，与直径200mm的基片相比，对于直径300m的基片，此要求更难实现。本发明一个特点为通过连续、高电流束线注入***将簇射束注入与加速/减速技术相结合，如上文所述，改善了的射束剖面满足射束剖面一致性要求，此要求可提高连续注入器的有效产量。

图21展示本发明使用的离子源的一较佳实施例，此离子源安装在一传统离子注入器的真空外壳上。该离子源在上述美国专利第00/33786号中详细描述，包含在此专利申请的图9B中。该离子源与目前所用的商业离子注入中的传统离子源操作原理不同，离子不是通过弧放电或等离子体产生，而是通过直接电子碰撞电离一高能定向宽基础电子束产生，该基础电子穿过一电离腔516’。该离子源可用于电离分子化合物，并可提供高电流癸硼烷离子，以及图表1a中的包含二聚物的化合物的高电流离子。该离子源结合一低温蒸发器528，以从具有低熔点的固体材料，如氢氧化铟、三甲基铟以及癸硼烷，产生蒸汽，还结合气体进口526，该进口允许电离气态化合物，例如PH3，AsH3，GeH4，B2H6以及更多常见的注入气体，如BF3，SbF3及PF3。图21中的实施例展示一延伸电子枪，其结合一90度弯曲平台或镜面587，以减小离子源***的占地面积，用以改型用于现有的离子注入器，并节省空间，同时将一电子光学装置全部定额装备并入电子枪，以实现电子能量的变化，满足所选分子种类的电离要求。

图23展示一离子源的另一不同实施例，其为电子枪，此电子枪在上述引用的专利申请中也有详细描述。电子枪本身以一加速/减速原理运作，不使用旋转平台。图23展示一安装在类似于图21的真空外壳内，该外壳改进适用于直流电子枪设计。图23中的实施例还包含一组电磁线圈，将基础电子约束在离子源的电离腔内。具有可控可变电子能量的高电子电流可通过电子枪注入电离腔；束流收集器536’(图22)收集了大部分穿过电离腔的电子。

图22中的实施例中，电离箱的长度以及相应提取孔的长度大大延伸，此延伸了的电离箱的长度具有很少消极效应，同时在离子源的操作上具有很大优点。该极度延伸与离子注入中常用的传统伯纳斯(Bernas)型弧放电离子源形成鲜明对比。在传统伯纳斯(Bernas)型弧放电离子源中，如果箱的长度(由此阴极与反射极之间的距离)显著大于正常长度，同时操作伯纳斯(Bernas)离子源所需的电弧电流大大提高(传统的伯纳斯(Bernas)离子源的阴极-反射极距离约为2英寸，电弧电流达5A)，电弧将变得很不稳定。通过大大延伸电离腔的长度以及离子提取槽孔的长度，根据本发明，与上述实施例相比，可提取更大的离子电流。当射束从提取孔射出时，使用专用光学装置，用以减小射束剖面的长度。图24描述了该方法。延伸的电离箱500具有一延伸离子提取孔510，从此孔提取离子，并通过提取透镜520对离子进行加速。目前，本人设想提取孔510的长度约为6英寸，是传统高电流离子注入器弧放电箱提取间隙长度的三倍。提取透镜520具有望远镜的专用性能；透镜520为两级加速透镜，其中第一透镜的第二焦点以及第二透镜的第一焦点大致重合，实现套管式聚焦。通过调节透镜520产生3∶1的缩小，离子束的高度充分缩小，同时维持一校准良好的射束轨迹530，离子束按照此轨迹注入器的分析器磁铁540。迄今，此离子光学方法人不能成功，因为如果高电流注入器的离子提取孔很长，以提高所提取的单体射束的射束电流，空间电荷力将阻碍透镜520的正常运行，并且射束轨迹530将不能进行良好聚焦；即，射束将扩散。实际上，与传统的、2英寸提取孔相比，最终结果是将更少的有效射束电流提取并注入分析器磁铁。这是因为在传统的高电流注入器的传统伯纳斯(Bernas)弧放电离子源中，提取时的射束的传送的空间电荷受到完全限制，因为高达50mA的离子电流(在BF₃等离子体中，约30％或高达15mA的是硼离子，B⁺)通过2英寸孔很容易产生。相反，本发明中的离子源，通过一2英寸孔可产生1mA或更大的离子电流，其中约70％为癸硼烷，因此即使通过一6英寸孔，也能产生约3mA到5mA的离子电流。由于可以用一比使用硼的减速注入器(减速率非任意，而是选自预期能量污染范围与传送界限内，以获得预期射束电流水平)高得多的能量提取该低离子电流，相同于图24的描述，射束的传送不受空间电荷限制。因此，通过延长本发明中离子源(如图24所示)的提取孔，可将射束电流增至三倍，同时保持良好的射束发射率参数。

电子枪

现在将概述电子枪的构造。观测发现很难在真空环境下使用所揭示的热阴极电子枪，因为来自热阴极的辐射负载以及阴极头与周围环境间的热传递，特别与单个透镜元件的电子轰击，共同导致热消散成为透镜设计中的一个重大问题，此透镜设计将透镜与通过一冷蓄水池达到热平衡的物体分离。这一发现十分重要。创造电绝缘、热传导的机械路径来把热量从单个透镜元件中传导出，其中最重要的将是阴极装置，因为电子枪主要通过阴极装置来消散热量。同样这也十分困难，因为到达一冷却的储热器的电绝缘、热传导路径的机械构造在实际中很难实现，并且失败的可能性较大。该问题的一个可能的解决方案为允许透镜元件浮动到与其周围环境处于热平衡的任何温度，但是，该方法也存在问题。即使使用可轻松维持1000℃或更高操作温度的耐火材料建造透镜元件，但是与过程气体的相互作用使得这一方案不尽如人意。特别是在这样的环境下使用癸硼烷可导致其与透镜元件接触而使癸硼烷裂解并在透镜元件上形成硼微粒沉积，这总的来说对注入工序是有害的，通过覆盖绝缘体，电路发生短路，大大缩短阴极与离子源的使用寿命。根据本发明，通过热辐射及一与透镜元件周围4π球面角度的冷空间之间的真空，尤其是将透镜相互或相对离子源本身准确定位的导热支架，可实现一精确的温度控制装置。

参照图25，一透镜元件300由夹固支架310支持。支架310由一延伸的矩形横截面铝棒组成，此铝棒具有可通过一夹固装置夹持透镜300的大辐射表面。在上述实施例中，通过***一扩张工具(无图示)将夹具扩张，从而将透镜300***孔中，或者，夹具310与透镜300可通极限冷却将透镜300缩小到一个比该孔更小的尺寸，将夹具310与透镜300结合在一起，该冷却可通过，例如，浸入一液氮定浴槽，并将冷却的缩小直径的透镜300***夹具310，接着将透镜300上升到室温，因此通过低温将部件焊接在一起。这些安装及支持透镜元件(如透镜元件300)的设备通过该配对的、相互接触的表面进行热传递，并且能够从夹具支架310的大表面积进行辐射热消散。为增强铝支架310的辐射性能，可以将这些装置阳极氧化或者在这些装置上覆盖一层碳的胶状悬浮体，如胶体石墨。透镜支架310与透镜元件300装配的另一优点在于此支架与透镜元件可以为不同的材料。例如，透镜300可由化学性质上稳定的不锈钢构成，或者由高温下结构特性非常好的钼构成。

参照图26及27，此电子枪由四个不连续且分离的透镜元件组成：阴极部件320，接着依次为第一阳极330，聚焦电极340，以及出口透镜350，排列中的各透镜处于不同的电势，这些透镜各由一支架支持，这些支架的结构大体上与上述支架310的结构相同。透镜元件350与一外壳360的基座之间具有一个间隙，此外壳完全包围四个分隔开的透镜支架组合。铝外壳360可维持比透镜320-350低得多的温度，并允许多个透镜支架370之间的辐射耦合。通过将外壳360的基座360a与前述一水冷式或控温式源块紧密耦合，保持良好热接触，从而实现外壳的这一特性。

由于接触表面积较大并且热耦合较好(后者由基座360a与控温式源块之间的热传导弹力密封实现)，可将外壳360维持在与源块相差不大的温度。因此，多个透镜支架370与外壳360之间可维持一温差，能够从透镜支架的宽广辐射表面进行良好的辐射传递。另外，使用辐射冷却使得电子枪具有一个稳定的操作温度，此操作温度可能独立于电子枪元件中消散的能量。这一稳定性归功于辐射冷却的非线性效应，此效应处于低温时比处于高温时效率低很多。因此，这一装置在一定程度上可自我调节，并允许电子枪元件一致的操作温度。

这些多个透镜支架370剖面的构造主要为矩形，使得较大表面积既暴露于其它邻近透镜元件支架的表面，又暴露于外壳360的表面。这一布置可实现两个功能。第一个功能为通过紧密接近由外壳360代表的储热器将期待产生最高功率消散的区域(即包含阴极部件320的最上的透镜元件与最下的透镜，出口透镜350)直接冷却，同时消散在透镜元件330与340中的一些电源(见图26)散布在透镜元件之间，实现一个更一致的操作温度。但是，大量辐射耗损面积暴露于容纳所有的透镜元件的冷却外壳360，因为支架的四侧都辐射暴露于此外壳的对面。如果一支架的两个或更少的侧面暴露于邻近元件，则两个或更多的侧面对暴露于冷却外壳360。

现在参照图25，支架310的标准尺寸为：长1为170毫米，宽w为26毫米，以及高h为12毫米。透镜元件300通常具有一12.5毫米的内径，以及一16毫米的外径。

现在参照图26，展示了整个电子枪部件的尺寸，其中长L为6英寸，高H为3英寸，以及宽W为1.5英寸。馈通380通过390指示的金属弹簧与单个透镜元件接触，一陶瓷支架板395使得这些金属弹簧相互电绝缘，此支架板使得夹具具有机械稳定性，因此当夹具与若干透镜支架370接合时，它们实现与单个元件的电接触并且提供标定指数与记录以调整透镜元件的位置。铝棒400固定这些透镜元件并确保其同轴，此铝棒400穿过单独扩孔到各透镜支架370的多个阿留马铝锰合金撑杆410。如此实现了电力分离，控制了透镜元件之间距离并确保了三个尺寸间的调整。

透镜元件320，330，340，350以及任何随后的透镜必须维持在达到一高度公差的同轴关系以确保电子束的恰当聚焦与减小色差。设置在透镜元件之间的场对这一调整非常敏感，特别是在由透镜***的圆柱对称性定义的极角度坐标中(z轴为机械轴，即方向为电子束的传播方向)，以及横截该轴的两维空间坐标中。但是，必须说明的是，电子束的正确方向与聚焦所需调整度在机械操作的正常限度以内，且最重要的是，保持在通过阿留马铝锰合金棒400以及单个撑杆410实现的调整技术，以及透镜元件320馈通350以及多个支架370的精确机械加工范围内。这些透镜元件在正确调整基础上的构造确保射束将按正确方向穿过电离室中的预期空间，并且确保对射束进行很好地约束，且沿与离子提取孔的长度尺寸平行的方向传播。因此，如上所述，将一小体积电离区域精确定位在与离子提取孔相邻的位置以获得高亮度与低发射率。此外，透镜元件的恰当的温度控制对总体离子源作业很重要，这一控制可阻止过程气体或过程蒸汽的凝聚或分解，此过程气体或过程蒸汽通常占据电离室并因此渗透入电子枪区域。如果在透镜元件中发生过量凝聚或分解，将会缩短离子源的整体寿命，且会对预防性维修的时间间隔产生不良影响。为了确保从离子提取孔径中提取的离子具有恰当离子束特性，电离区域相对于离子提取孔的一致定位显得尤为重要。电子束的未对准与散焦将导致在接近度与电子束大小的非期望的变化，由此导致沿着离子提取孔的长轴的电离区域的非期望的变化。但是，恰当的电子束调整与恰当的电子束聚焦(其两者通过支架的已说明的定位与耦合特点以及温度稳定性来实现)确保电离室产生的离子束明亮，离子的横向运动能量受到限制，且产生的离子大部分位于孔径的前面并具有一贯穿提取孔长轴的统一密度。从离子源提取的离子束的亮度与总电流成正比，并与从离子提取孔出来时离子的发射率成反比。当总电流不变而电离体积减少时，亮度提高。因此根据上述设计，通过实现良好控制在一小电离体积中的一密集电子束，我们获得一离子源，该离子源的亮度比通过由一散焦或未对准的电子束产生的扩散电离区域所获得的离子源的亮度大得多。

此透镜及透镜支架设计赋予离子束亮度特性，其中离子源的亮度被最大化。当在一加速-减速型的离子注入器中使用时，这些亮度特性就非常重要。在此离子注入器中，晶片上的注入性能与离子束的亮度成正比。即，注入器形成的设备特性及注入器生产率与离子束的亮度级直接相关。因此这一设计实现加速-减速型注入器的高亮度射束，并由此改善了加速-减速设计的性能。

在使用癸硼烷或相似原子团进一步提高射束亮度的情况下(此射束是在任何类型注入器中传递的射束，且特别是关于加速-减速注入离子的射束)，包括电子枪元件(这些元件与在这种情况下产生的癸硼烷蒸汽接触)在内的离子源的所有部分的优良温度控制对离子源的成功很关键。尤其，这一温度控制将产生高离子电流能，同时使得最终离子源具有更长的寿命，并且使得最终注入具有更高的有效产量。当癸硼烷遇到超过350℃的壁温时，它将***成硼成分。分解的硼微粒可以沉积在阴极与透镜元件上。当有明显的硼被沉积在阴极上时，它可以使阴极的性能退化，且大大减少离子产量，并因此减小了阴极的寿命。硼成分还可以导致透镜元件负荷且使其在控制电子束时的有效性变低，并因此降低了离子源产生的离子束的亮度。因此，由上述设计实现的良好的温度控制对癸硼烷的成功实施，特别是加速-减速应用中的癸硼烷的成功实施很关键。

Claims (49)

1.一种适用于将二聚物离子注入一目标基片的离子注入***，所述离子注入***包括：

一电离箱，其限定一用于电离其中气体并沿一离子束轴产生二聚物离子束的闭合空间，所述电离箱包括一用于将离子从所述离子箱提取出的出口孔；

一用于产生电子的电子源，所产生的电子用于电离所述电离箱内的电离气；

一用于将所述二聚物离子加速到一第一能量水平的加速平台；

一用于在注入前将所述二聚物离子减速到一第二较低能量水平的减速平台；以及

一用于向所述电离箱提供气体的气体源。

2.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为As₂ ⁺离子。

3.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为P₂ ⁺离子。

4.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为B₂ ⁺离子。

5.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为In₂ ⁺离子。

6.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为Sb₂ ⁺离子。

7.如权利要求1所述的离子注入***，其中配置所述电子源用以产生一电子束，且所述电离箱配置有一对空间分离的电子束孔，并且其中所述电子源配置在所述电离箱的外部，与所述空间上分离的、限定一电子束轴的电子束孔成一线。

8.如权利要求1所述的离子注入***，其中配置所述电子源以产生一电子束，且所述电离箱配置有一对空间分离的电子束孔，所述电子源配置在所述电离箱的外部，并且使得所述电子束在进入所述电离箱前经过一90度的弯曲平台，且与所述空间上分离的、限定一电子束轴的电子束孔成一线。

9.如权利要求7所述的离子注入***，其中所述电子束轴大致与所述离子束轴垂直。

10.如权利要求8所述的离子注入***，其中所述电子束轴大致与所述离子束轴垂直。

11.如权利要求1所述的离子注入***，还包括一用于在所述电离箱内产生磁场以使得所述电离箱内的所述电子沿一螺旋状路径传播。

12.如权利要求7所述的离子注入***，还包括一配置在所述电离箱外部、邻近所述电子束孔并与所述电子束轴成一线的束流收集器。

13.如权利要求8所述的离子注入***，还包括一配置在所述电离箱外部、邻近所述电子束孔并与所述电子束轴成一线的束流收集器。

14.如权利要求12所述的离子注入***，其中所述电子源保持在发射极电压，并且所述束流收集器保持在与所述电子源的所述发射极电压不同的电压。

15.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述出口孔为槽形，以使得所述离子束形成一带状射束。

16.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述电子源包括一由一阴极与一第一阳极组成的电子加速平台，一第一间隙将所述阴极与第一阳极分开。

17.如权利要求16所述的离子注入***，其中所述电子加速平台限定一皮尔斯几何形状。

18.如权利要求17所述的离子注入***，其中所述电子加速平台后接一减速平台，所述减速平台的构造为反皮尔斯几何形状并包含一出口透镜。

19.一种离子源，其包括：

一电离箱，其限定一闭合空间，所述闭合空间具有一用以接收原料气的气体进口孔以及一使得离子从所述电离箱排出的出口孔，此出口孔限定离子束沿一离子束轴传播；

一电子束源，其配置用以在所述电离箱内大致沿与所述离子束轴垂直的方向产生一电子束；

一气源，用以向所述电离箱提供气体；以及

一偶联于所述气源与所述电离箱之间的导管。

20.如权利要求19所述的离子源，其中所述电离箱包括一对与一电子束轴成一线的、空间分离的反向电子束孔，以及一配置在所述电离箱外部的电子枪。

21.如权利要求19所述的离子源，还包括一用于在所述电离箱内产生磁场的磁场源，使得所述电离箱内的所述电子沿一螺旋状路径传播。

22.如权利要求19所述的离子源，还包括一配置在所述电离箱外部、邻近所述电子束孔并与所述电子束轴成一线的束流收集器。

23.如权利要求22所述的离子源，其中所述电子枪保持在发射极电压，并且所述束流收集器保持在与所述电子源发射极电压不同的电压。

24.如权利要求19所述的离子源，其中所述出口孔为槽形，使得所述离子束形成一带状射束。

25.如权利要求19所述的离子源，还包括一用以将离子加速到一第一能量水平的加速平台，因此形成一离子注入***。

26.如权利要求25所述的离子源，还包括一用以在注入前将离子减速的减速平台。

27.如权利要求26所述的离子源，其中所述离子为二聚物离子。

28.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为As₂ ⁺离子。

29.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为P₂ ⁺离子。

30.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为B₂ ⁺离子。

31.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为In₂ ⁺离子。

32.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为Sb₂ ⁺离子。

33.如权利要求19所述的离子源，其中所述电子束源包括一后接一减速平台的电子加速平台，并且所述电子加速平台包括由一第一间隙分离的一阴极以及一第一阳极。

34.如权利要求33所述的离子源，其中所述电子加速平台限定一皮尔斯几何形状。

35.如权利要求33所述的离子源，其中所述电子减速的配置为反皮尔斯几何形状并包含一出口透镜。

36.一种离子源，其包括：

一电离箱，其限定一闭合空间，所述闭合空间具有一用以接收原料气的气体进口，以及一形状为一延伸槽的出口孔，所述出口孔使得离子呈具有一限定的长、短轴的带状离子束从所述电离箱排出；

一电子源，用以产生电子以电离所述电离箱内所述原料气；以及

一邻近所述延伸槽配置的、用以将所述带状射束加速的缩小透镜。

37.如权利要求36所述的离子源，其中所述缩小透镜作用于所述带状射束的长轴。

38.如权利要求36所述的离子源，其中所述缩小透镜为两级透镜。

39.如权利要求36所述的离子源，其中所述缩小透镜为望远镜。

40.一种离子源，其包括：

一电离箱，其限定一闭合空间，所述闭合空间具有一用以接收原料气的气体进口，以及一形状为一延伸槽的出口孔，所述出口孔限定一轴，使得离子作为带状射束沿一离子束轴从所述电离箱排出；

一用以产生电子的灯丝，所述灯丝配置在所述电离箱的外部，方向与所述延伸槽的轴平行；

一电源，用以向所述灯丝供应电能。

41.如权利要求40所述的离子源，其中所述灯丝形成于一导电带。

42.如权利要求40所述的离子源，其中所述灯丝由钨构成。

43.如权利要求40所述的离子源，其中从所述灯丝产生的电子在进入所述电离箱前，通过一个或多个槽形透镜聚焦。

44.一种离子源，其包括：

一电离箱，其限定一闭合空间，所述闭合空间具有一用以接收原料气的气体进口以及一出口孔，所述出口孔使得离子作为一离子束沿一离子束轴从所述电离箱排出，其中，所述出口孔形状为一延伸槽，以产生带状离子；以及

一电子源，其用以产生电离所述电离箱内原料气的电子。

45.如权利要求44所述的离子源，其中所述延伸槽的配置用以产生适用于制造平面平台显示器的带状射束。

46.如权利要求44所述的离子源，其中所述延伸槽的长度至少为800mm。

47.如权利要求1所述的离子注入***，其中所述二聚物离子为As₂ ⁺离子。

48.如权利要求27所述的离子源，其中所述二聚物离子为Sb₂ ⁺离子。

49.一种适用于将离子注入一目标基片的离子注入***，所述离子注入***包括：

一电离箱，其限定一用于电离其中气体并沿一离子束轴产生癸硼烷离子束的闭合空间，所述电离箱包括一用于将所述癸硼烷离子从所述电离箱提取出的出口孔；

一用于产生电子的电子源，用于电离所述电离箱内的所述气体；

一用于在注入前使所述癸硼烷离子减速的减速平台；以及

一用于向所述电离箱提供气体的气体源。

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