TW202229303A - 當使用二甲基氯化鋁作為產生鋁離子束的源材料時的氟基分子共氣體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具有氣態鋁基離子源材料之離子植入系統、離子源及方法。該氣態鋁基離子源材料可為或包括二甲基氯化鋁（DMAC），其中該DMAC為在室溫下轉變成氣相之液體。離子源接收且電離該氣態鋁基離子源材料以形成離子束。低壓氣體瓶藉由主要氣體管線將呈氣體之DMAC供應至該離子源之電弧室。單獨的次要氣體管線將諸如含氟分子之共氣體供應至該離子源，其中該共氣體與DMAC減少高能碳交叉污染及/或增加雙電荷鋁。

Description

當使用二甲基氯化鋁作為產生鋁離子束的源材料時的氟基分子共氣體

本發明大體上係關於離子植入系統，且更具體言之，係關於一種經組態以由氣態二甲基氯化鋁（dimethylaluminum chloride；DMAC）產生包含鋁離子之離子束的離子植入系統。 相關申請案之引用

本申請案主張2020年10月30日申請之美國臨時申請案第63/107,729號之權益，該申請案之內容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日益增加。舉例而言，鋁植入物對於電力裝置市場至關重要，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，將饋料供應至離子源係成問題的。先前已提供利用氣化器之系統，該氣化器為在離子源之電弧室外部之較小烘箱，藉此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，烘箱遠離電弧室且需要時間以加熱至所需溫度、產生蒸氣流、啟動電漿、啟動離子束等。此外，若需要自一個金屬物種變成一些其他物種，則需要時間等待烘箱充分冷卻以用於此類物種改變。

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，其皆可耐受電漿腔室之大致800℃溫度。在此類系統中，離子直接自電漿中之材料濺射。另一技術為使用含有諸如氟之蝕刻劑的電漿以達到對金屬之化學蝕刻。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段（例如，5-10小時）內沉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之相關變化。

本發明因此提供一種用於由氣態二甲基氯化鋁（DMAC）產生包含鋁離子之離子束之系統及設備。因此，以下呈現本發明之簡化概述，以便提供對本發明之一些態樣之基本理解。此概述並非本發明之詳盡綜述。其既不意欲識別本發明之關鍵或至關重要之要素，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以作為隨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。提供氣態鋁基離子源材料，其中離子源經組態以接收且電離該氣態鋁基離子源材料且使其形成離子束。射束線總成經組態以選擇性地輸送離子束，且終端站經組態以接受離子束以用於將離子植入至工件中。

氣態鋁基離子源材料例如包含二甲基氯化鋁（DMAC）或由其構成。在一個實例中，DMAC係以在室溫下在預定負壓（例如真空壓力）下轉變成氣相之液體形式儲存。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，離子源包含電弧室，其中加壓氣體瓶經組態以將DMAC提供至電弧室。可進一步提供一或多個專用供應管線且經組態以將DMAC自加壓氣體瓶轉移至電弧室。舉例而言，低壓氣體瓶經組態以含有DMAC且經由主要氣體管線將呈氣體之DMAC提供至離子源之電弧室。

在一個實例中，提供共氣體源及與上述一或多個專用供應管線不同且分隔的次要氣體管線，其中該共氣體源與次要氣體管線經組態以將共氣體供應至離子源。舉例而言，共氣體包含以下中之一或多者：BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅、NF ₃、He+F ₂及He+F ₂₊Ar。共氣體源可為加壓或次大氣氣體源。在另一實例中，共氣體包含含氟分子及氟與一或多種惰性氣體之混合物中之一或多者。

舉例而言，含氟化分子及DMAC經組態以產生高能碳交叉污染之減少。舉例而言，含氟分子可經進一步組態以蝕刻陶瓷，以當使用雙電荷鋁時產生較高射束電流。在一個實例中，共氣體包含與惰性氣體混合之含氟分子。

可進一步提供真空系統且經組態以實質上抽空離子植入系統之一或多個包封部分。舉例而言，離子植入系統之一或多個包封部分可包含離子源。

根據另一實例態樣，提供一種用於離子植入系統之離子源。舉例而言，離子源包含電弧室、DMAC源材料及經組態以將DMAC源材料轉移至電弧室之一或多個源材料供應管線。舉例而言，電弧室經組態以電離DMAC源材料。舉例而言，加壓氣體瓶可經組態以含有DMAC源材料。

舉例而言，一或多個共氣體供應管線可經進一步組態以將共氣體供應至電弧室。舉例而言，共氣體可包含含氟分子及氟與一或多種惰性氣體之混合物中之一或多者。在一個實例中，共氣體包含以下中之一或多者：BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅、NF ₃、He+F ₂及He+F ₂₊Ar。真空系統可經進一步組態以實質上抽空離子源之一或多個包封部分。

根據本發明之另一實例態樣，提供一種用於將鋁離子植入至工件中之方法。舉例而言，該方法包含將包含DMAC之鋁基源材料提供至離子源。將鋁基源材料在離子源中電離，且自離子源引出鋁離子。此外，將來自經電離之鋁基源材料之鋁離子植入至工件中。

在一個實例中，DMAC係由加壓氣體源提供至離子源之電弧室。在另一實例中，將共氣體進一步提供至離子源。舉例而言，共氣體可包含含氟分子及氟與一或多種惰性氣體之混合物中之一或多者，諸如以下中之一或多者：BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅、NF ₃、He+F ₂及He+F ₂₊Ar。

根據本發明之又一實例態樣，提供一種離子植入系統，其包含氣態鋁基離子源材料。舉例而言，氣態鋁基離子源材料包含DMAC或由DMAC構成，其中該DMAC為在室溫下轉變成氣相之液體。舉例而言，離子植入系統進一步包含離子源，該離子源經組態以接收且電離氣態鋁基離子源材料且由其形成離子束。舉例而言，射束線總成經組態以選擇性地輸送離子束，且終端站經組態以接受離子束以用於將離子植入至工件中。

在一個實例中，氣態鋁基離子源材料在低壓瓶中呈液態，且在轉變成氣相的同時引入至離子源。

根據本發明之另一實例態樣，提供一種離子源，其中該離子源包含電弧室及包含DMAC源材料之DMAC源。舉例而言，一或多個供應管線經組態以將DMAC源材料自DMAC源轉移至電弧室。舉例而言，DMAC源材料為在室溫下轉變成氣相之液體。

在一個實例中，一或多個供應管線包含經組態以專門地將DMAC源材料自DMAC源輸送至電弧室之專用氣體管線。在另一實例中，提供包含惰性氣體之惰性氣體源，其中一或多個供應管線經進一步組態以將惰性氣體輸送至電弧室。舉例而言，一或多個供應管線可包含單一供應管線，其經組態以將DMAC源材料與惰性氣體之混合物供應至電弧室。在另一實例中，DMAC源材料及惰性氣體在共源中預混合。

舉例而言，共氣體源及一或多個共氣體供應管線可經組態以將共氣體自共氣體源供應至電弧室。舉例而言，一或多個共氣體供應管線與一或多個供應管線彼此不同。舉例而言，共氣體包含經組態以減少電弧室中之高能碳交叉污染的含氟分子。在一個實例中，該含氟分子包含以下中之一或多者：BF ₃、PF ₃、PF ₅、NF ₃及SiF ₄。在另一實例中，提供陶瓷靶材且定位於電弧室中。舉例而言，陶瓷靶材包含鋁，其中該陶瓷靶材經含氟分子蝕刻。

在另一實例中，共氣體為氣體之預混合物，其中氣體之預混合物中之至少一種組分為氟，其中氟經組態以減少電弧室中之高能交叉污染。舉例而言，氣體之預混合物包含氟加氬氣及氦氣中之一或多者。舉例而言，氣體之預混合物包含(Ar+F ₂)、(He+F ₂)及(Ar+He+F ₂)中之一或多者。

因此，根據一個實例態樣，提供一種用於植入鋁離子之離子植入系統，其中電極電源電耦接至電弧室中之電極（例如，陰極）。含有DMAC（例如，呈液態）之處理氣體源經由處理氣體供應管線流體耦接至電弧室，其中該處理氣體供應管線經組態以將DMAC以氣態形式自處理氣體源選擇性地轉移至電弧室。舉例而言，電極經組態以至少部分基於自電極電源提供至電極之能量（例如，電流）在電弧室中使DMAC形成電漿。因此，DMAC經電離或以其他方式分解或解離以形成至少C ₂H ₃，其中C ₂H ₃質量近似於原子鋁質量。

在一個實例中，進一步提供共氣體源，其中該共氣體源含有包含氟之共氣體。舉例而言，氟可呈分子形式或呈與惰性氣體混合之氣態形式。舉例而言，共氣體供應管線流體耦接共氣體源與電弧室，其中該共氣體供應管線經組態以將共氣體自共氣體源選擇性地轉移至電弧室。舉例而言，共氣體供應管線與處理氣體供應管線不同且分隔。舉例而言，來自共氣體源之氟經組態以與至少C ₂H ₃反應，藉此形成CF _x。藉由形成CF _x，使電弧室中可獲得之C ₂H ₃之量降至最低，藉此可經由後續質量分析有利地將具有與原子鋁不同之原子質量的CF _x與鋁離子分離。

在另一實例中，提供引出電極，且其經組態以基於該引出電極相對於電弧室之偏置自該電弧室引出鋁基離子束。舉例而言，引出電極接近電弧室之引出孔而定位，由此形成鋁基離子束。舉例而言，質量分析器進一步定位於引出電極下游，其中質量分析器經組態以對鋁基離子束進行質量分析且移除CF _x，由此界定經質量分析之鋁離子束，且藉此經質量分析之鋁離子束中歸因於C ₂H ₃的高能交叉污染被有利地降至最低。

根據另一實例，陶瓷靶材進一步定位或以其他方式設置於電弧室中，其中該陶瓷靶材包含鋁，且其中氟經組態以蝕刻該陶瓷靶材以增加鋁基離子束的射束電流。舉例而言，鋁基離子束可包含雙電荷鋁離子。

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使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。

本發明大體上係針對一種離子植入系統及一種與其相關聯之離子源材料。更特定言之，本發明針對用於該離子植入系統之組件，該系統使用二甲基氯化鋁作為離子源材料用於在各種溫度下產生原子離子以電摻雜矽、碳化矽或其他半導體基板。當使用二甲基氯化鋁作為離子源材料時，本發明有利地將鋁植入中之碳之高能交叉污染降至最低。此外，本發明使引出電極及源室組件上之各種沉積物減至最少。本發明將因此減少相關電弧作用（arcing）及短時脈衝波形干擾（glitching），且將進一步增加離子源及相關電極之總體壽命。

因此，本發明現將參考圖式加以描述，其中通篇中之相同附圖標記可用於指代相同元件。應理解，此等態樣之描述僅為說明性的且其不應以限制意義來解釋。在以下描述中，出於解釋之目的，闡述諸多具體細節以便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，本發明可在無此等具體細節之情況下實踐。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實例限制，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，圖式中所示元件彼此不一定按比例繪製，且各種元件在圖式中之置放係經選擇以提供各別具體實例之清楚理解且不應理解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，否則可將本文中所描述的各個具體實例及實施例之特徵彼此組合。

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、元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經實施為單獨特徵，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。

離子植入係在半導體裝置製造中採用以將摻雜物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原子/分子經電離、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。摻雜離子以物理方式轟擊晶圓、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電離電弧室中之源材料而產生離子束，其中源材料之組分為所需摻雜元素。所需摻雜元素接著自呈離子束形式之經電離源材料引出。

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。本發明實施例中之真空系統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。離子植入系統101例如包含終端102、射束線總成104及終端站106。

一般而言，終端102中之離子源108耦接至電源110以將摻雜氣體電離成來自離子源之複數個離子以形成離子束112。本發明實施例中之離子束112經導引通過質量分析器114（例如，射束轉向設備）且自孔116出來，朝向終端站106。舉例而言，質量分析器114包括諸如磁體之場產生組件，且用以跨離子束112之路徑117提供場，以便使來自離子束之離子根據質量（例如，質荷比）在不同軌跡處偏轉。行進穿過磁場之離子經歷沿路徑117導引具有所需質量之個別離子且使具有非所需質量之離子偏轉遠離路徑之力。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），該工件經選擇性夾緊或安裝至夾盤120（例如，靜電夾盤或ESC）。一旦內嵌至工件118之晶格內，則所植入之離子改變工件之物理及/或化學特性。由此，離子植入係用於半導體裝置製造中及金屬表面處理中，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、掃描束或將離子引向終端站106之任何其他形式，且所有此類形式預期為屬於本發明之範圍。

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與該處理腔室相關聯。處理環境126一般存在於處理腔室122中，且在一個實例中，包含藉由耦接至處理腔室且經組態以實質上抽空該處理腔室之真空源128（例如，真空泵）產生之真空。另外，控制器130經提供用於真空系統100之整體控制。

本發明瞭解到，已經發現其上形成有基於碳化矽之裝置的工件118相比於基於矽之裝置具有較佳熱及電特性，尤其在用於諸如電車等之高電壓及高溫裝置中的應用中。然而，向碳化矽中植入離子利用了有別於用於矽工件之植入摻雜物之不同類別的植入摻雜物。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，因為氮可作為氣體引入且提供相對容易的調節、清理等。然而，鋁較為困難，因為目前鮮有已知的良好鋁氣態溶體。

本發明預期將例如離子源材料132提供至離子源108之電弧室134以用於形成離子束112。通過電弧室134之引出孔140，經由與其相關聯之引出電極142之電偏置來引出離子束112。迄今為止，尚不存在可以氣態形式安全且有效地遞送至離子源108以便產生離子束112以供鋁離子之後續植入的材料。在過去，將固體源材料（未圖示）置放於經加熱之氣化器總成（未圖示）中，藉此將所得氣體饋入至電弧室134中，或將諸如Al ₂O ₃或AlN之固體高溫陶瓷（未圖示）置放於電弧室中，在該電弧室中藉由氟基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，氣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，其可能會影響工具產率。此外，當需要將不同摻雜氣體引入至電弧室中時，隨後降低氣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。此通常被稱作物種之間的轉變時間，其中該轉變時間可降低離子植入機之產率。

又另外，當使用氟基摻雜氣體（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）可在引出電極上形成絕緣塗層（例如，在負電壓下），其轉而可引起電荷積聚且隨後向離子源弧縫光學器件板放電（例如，在正電壓下），由此進一步降低工具之產率。

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以有利地將鋁基材料以氣態形式遞送至離子源108之電弧室134中。舉例而言，將DMAC以氣態形式提供至電弧室134有利地實現物種之間的更快轉變時間（例如，小於5分鐘），沒有材料預熱和冷卻的等待時間，且亦沒有在習知系統中所看到的在引出電極上形成絕緣材料。

舉例而言，DMAC係以在室溫下在預定壓力（例如真空）下轉變成氣相之液體形式儲存於加壓氣體瓶中。舉例而言，離子源材料132（例如DMAC）係經由專用主要氣體管線136選擇性地遞送至電弧室134，此係因為其為高度反應性材料（發火性）。經由次要氣體管線146將含氟氣體源144（例如，BF ₃、PF ₃等）選擇性地提供至電弧室134，其中主要氣體管線136與次要氣體管線為不同且分隔的氣體管線。舉例而言，含氟氣體源144為分子或氣體之預混合物，其中至少一種組分為氟。

本發明人已觀測到，可達成單電荷鋁（Al+）之高射束電流（例如，超過大約30 ma），但雙電荷鋁（Al++）之射束電流實質上低很多（例如，小於大約5 ma）。為了增加雙電荷鋁之生產，例如，由AlN或Al ₂O ₃組成之陶瓷靶材可定位於由可加偏壓至負電位之耐火金屬構成的軸件上或非常接近於該軸件。舉例而言，將該軸件加偏壓至負電位產生使離子加速至表面之負電場（例如，增加離子電流），接著這又會增加耐火金屬軸件及鋁基陶瓷靶材之溫度。當使用氟基氣體分子時，此溫度增加會因此提高鋁基陶瓷之蝕刻速率以形成AlF _x，其隨後在電漿中裂解以形成AL+及F。舉例而言，可發生以下反應： AlN + F ₂

AlF ₃+N ₂（1），及 Al ₂O ₃+ F ₂

AlF ₃+O ₂（2）。

亦存在陶瓷靶材之附隨濺鍍而形成氮、氧及鋁之中性物，其中此類中性物可在電漿中進一步電離。提供鋁基濺鍍/蝕刻靶材結合DMAC及一或多種含氟分子（例如，BF ₃、PF ₃、PF ₅等）以及其中至少一種組分為氟之其他氣體之預混物（例如，BF ₃+ Ar、He + F ₂），因此實現DMAC至離子源之較低流動。因此，電弧室之內部壓力可降低（例如，歸因於減少之電荷交換，較長平均自由路徑），此可進一步有益於形成雙電荷鋁離子。

舉例而言，氟與氫之反應有益於製造雙電荷鋁，此係因為高氫含量藉由以下反應與低雙電荷鋁射束電流相關， H+ F

HF                                                         （3）。

此外，DMAC之氯組分亦將蝕刻AlN及/或Al ₂O ₃以形成AlCl _x，如 Al + Cl ₂

AlCl ₃（4）， 其隨後可在電漿中電離。

根據另一實例，當使用DMAC時使用氟基分子作為共氣體之另一優勢為減少高能碳交叉污染。共氣體可包含含氟分子及氟與一或多種惰性氣體之混合物中之一或多者。在一個實例中，共氣體包含BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅、NF ₃、He+F ₂（有時稱作HeF ₂）及He+F ₂₊Ar（有時稱作HeF ₂Ar）中之一或多者。舉例而言，在提供DMAC之過程中，已觀測到添加氟基分子（例如BF ₃）或其中至少一種組分為氟之其他氣體之預混物（例如，He+F ₂）將污染水準自2.05e17降低至1e17，降低大約50%，如在比較85V偏壓電極AMU光譜202與提供有BF ₃的85V偏壓電極AMU光譜204時可見，如圖2之曲線圖200中所示。

至少部分地基於圖2之AMU光譜202、204、206及208之比較及圖3中所示之AMU光譜值比較結果300，本發明瞭解該等變化之潛在機制。舉例而言，氟（F）可為碳（C）清除氫（H）原子，由此減少C ₂H _x+物種之形成（例如，其中C ₂H ₃與Al+原子質量大致相同）。在其他實施例中，氟（F）亦可破壞碳-碳鍵（C-C），或可發生以下反應以形成CF _x： C ₂H ₃+ 5F

2CF + 3HF                                           （5）。

圖4展示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，但應瞭解，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所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，應瞭解，該等方法可結合本文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，提供呈二甲基氯化鋁（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（例如大約10至15托）中，藉此使呈氣體之DMAC在動作404中自低壓瓶流至離子源之電弧室。在動作406中，在離子源中電離包含DMAC之離子源材料以產生鋁離子。在動作408中，自離子源引出鋁離子以形成包含鋁離子之離子束，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各個具體實例顯示且描述，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式的實例，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，否則用於描述此類組件之術語（包括對「構件（mean）」之提及）意欲對應於執行所描述組件之指定功能（亦即，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所說明之例示性具體實例中之功能的所揭示之結構亦如此。此外，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，但當對於任何給定或特定應用可能為所需及有利時，此類特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合。因此，本發明不限於上文所描述之具體實例，但意欲僅受所附申請專利範圍及其等效物限制。

[圖1]為根據本發明之若干態樣的利用二甲基氯化鋁作為離子源材料之例示性真空系統的方塊圖。 [圖2]為展示根據若干實施例之鋁離子束之各種光譜的圖式。 [圖3]為展示根據若干實施例之各種光譜值之比較結果的圖表。 [圖4]展示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:終端

104:射束線總成

106:終端站

108:離子源

110:電源

112:離子束

114:質量分析器

116:孔

117:路徑

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:電弧室

136:主要氣體管線

140:引出孔

142:引出電極

144:含氟氣體源

146:次要氣體管線

Claims (20)

1. 一種用於植入鋁離子之離子植入系統，該離子植入系統包含： 電極電源； 電弧室，其包含電極，其中該電極電耦接至該電極電源； 處理氣體源，其含有二甲基氯化鋁（DMAC）； 處理氣體供應管線，其流體耦接至該處理氣體源及該電弧室，其中該處理氣體供應管線經組態以將該DMAC自該處理氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該電極經組態以至少部分地基於自該電極電源向該電極提供之能量在該電弧室中使該DMAC形成電漿，藉此分解該DMAC以形成至少C ₂H ₃，該C ₂H ₃質量近似於原子鋁； 共氣體源，其含有包含氟之共氣體；及 共氣體供給管線，其流體耦接至該共氣體源及該電弧室，其中該共氣體供給管線經組態以將該共氣體自共氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該共氣體供給管線與該處理氣體供應管線不同，且其中該氟經組態以與至少該C ₂H ₃反應，藉此形成CF _x且使該電弧室中可獲得之C ₂H ₃之量降至最低。
2. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該處理氣體源將該DMAC維持呈液態。
3. 如請求項2之離子植入系統，其中該處理氣體源包含經組態以含有該DMAC之加壓氣體瓶。
4. 如請求項1之離子植入系統，其中該共氣體包含含氟分子。
5. 如請求項4之離子植入系統，其中該含氟分子包含BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅或NF ₃。
6. 如請求項1之離子植入系統，其中該共氣體包含與氟氣（F ₂）以預定濃度混合之惰性氣體。
7. 如請求項6之離子植入系統，其中該惰性氣體包含氦及氬中之一或多者。
8. 如請求項1之離子植入系統，其中該共氣體源包含一或多個加壓氣體源。
9. 如請求項1所述之離子植入系統，其進一步包含： 引出電極，其經組態以基於該引出電極相對於該電弧室之偏置自該電弧室引出鋁基離子束；及 質量分析器，其定位於該引出電極下游，其中該質量分析器經組態以對該鋁基離子束進行質量分析且移除該CF _x，由此界定經質量分析之鋁離子束，藉此經質量分析之鋁離子束中歸因於C ₂H ₃的高能交叉污染被降至最低。
10. 如請求項9所述之離子植入系統，其進一步包含定位於該電弧室中之陶瓷靶材，其中該陶瓷靶材包含鋁，且其中該氟經組態以蝕刻該陶瓷靶材。
11. 如請求項10之離子植入系統，其中該鋁基離子束包含雙電荷鋁離子。
12. 一種用於將鋁離子植入至工件中之系統，該系統包含： 離子源，其包含： 電弧室，其包含可操作地耦接至電極電源之一或多個電極，其中該電弧室進一步包含引出孔； 處理氣體源，其含有二甲基氯化鋁（DMAC）； 處理氣體供應管線，其將該處理氣體源流體耦接至該電弧室，其中該處理氣體供應管線經組態以將該DMAC自該處理氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該一或多個電極經組態以至少部分地基於自該電極電源向該電極提供之能量在該電弧室中使該DMAC形成電漿，藉此分解該DMAC以形成至少C ₂H ₃，該C ₂H ₃質量近似於原子鋁； 共氣體源，其含有包含氟之共氣體；及 共氣體供給管線，其將該共氣體源流體耦接至該電弧室，其中該共氣體供給管線經組態以將該共氣體自共氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該共氣體供給管線與該處理氣體供應管線不同，且其中該氟經組態以與至少該C ₂H ₃反應，藉此形成CF _x且使該電弧室中可獲得之C ₂H ₃之量降至最低； 引出電極，其接近該電弧室之引出孔，其中該引出電極經組態以基於該引出電極相對於該電弧室之偏置自該電弧室引出鋁基離子束；及 質量分析器，其定位於該引出孔下游，其中該質量分析器經組態以對該鋁基離子束進行質量分析且移除該CF _x，由此界定經質量分析之鋁離子束，藉此經質量分析之鋁離子束中歸因於C ₂H ₃的高能交叉污染被降至最低。
13. 如請求項12之系統，其中該處理氣體源包含經組態以含有該DMAC之加壓氣體瓶。
14. 如請求項12之系統，其中該共氣體包含以下中之一或多者：BF ₃、SiF ₄、PF ₃、PF ₅或NF ₃。
15. 如請求項12之系統，其中該共氣體包含與氟氣（F ₂）以預定濃度混合之惰性氣體。
16. 如請求項12所述之系統，其進一步包含定位於該電弧室中之陶瓷靶材，其中該陶瓷靶材包含鋁，且其中該氟經組態以蝕刻該陶瓷靶材且增加該鋁基離子束之射束電流。
17. 如請求項16之系統，其中該鋁基離子束包含雙電荷鋁離子。
18. 一種用於將鋁離子植入至工件中之系統，該系統包含： 離子源，其包含： 電弧室，其包含引出孔； 一或多個電極，其電耦接至電極電源； 定位於該電弧室中之陶瓷靶材，其中該陶瓷靶材包含鋁； 處理氣體源，其含有呈液體形式之二甲基氯化鋁（DMAC）； 處理氣體供應管線，其將該處理氣體源流體耦接至該電弧室，其中該處理氣體供應管線經組態以將該DMAC以氣態形式自該處理氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該一或多個電極經組態以至少部分地基於自該電極電源向該一或多個電極提供之能量在該電弧室中使該DMAC形成電漿，藉此分解該DMAC以形成至少C ₂H ₃，該C ₂H ₃質量近似於原子鋁； 共氣體源，其含有包含氟之共氣體；及 共氣體供給管線，其將該共氣體源流體耦接至該電弧室，其中該共氣體供給管線經組態以將該共氣體自共氣體源選擇性地轉移至該電弧室，其中該共氣體供給管線與該處理氣體供應管線不同，且其中該氟經組態以與至少該C ₂H ₃反應，藉此形成CF _x且使該電弧室中可獲得之C ₂H ₃之量降至最低，且其中該氟經組態以蝕刻該陶瓷靶材； 引出電極，其接近該電弧室之引出孔，其中該引出電極經組態以基於該引出電極相對於該電弧室之偏置自該電弧室引出鋁基離子束；及 質量分析器，其定位於該引出孔下游，其中該質量分析器經組態以對該鋁基離子束進行質量分析且移除該CF _x，由此界定該鋁離子束，藉此該鋁離子束中歸因於C ₂H ₃的高能交叉污染被降至最低。
19. 如請求項16之系統，其中該氟經組態以蝕刻該陶瓷靶材以增加該鋁基離子束之射束電流。
20. 如請求項16之系統，其中該陶瓷靶材包含Al ₂O ₃或AlN。

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