使用二甲基氯化铝作为源材料以产生铝离子束时的氟基分子共伴气体的制作方法

本技术整体上涉及离子注入系统，以及更具体地涉及一种配置为由气态二甲基氯化铝(dmac)产生包括铝离子的离子束的离子注入系统。

背景技术：

1、对使用金属离子的离子注入制品的需求日益增加。例如，铝注入制品对于功率器件市场是重要的，这是小但快速增长的细分市场。对于多种金属，包括铝，提供进料给离子源存在问题。先前已经提供了使用蒸发器的系统，所述蒸发器是处于离子源的电弧腔外部的小烘箱，借此加热金属盐以产生足够的蒸汽压以提供蒸汽给离子源。但是，烘箱远离电弧腔并且需要时间加热到所需的温度、建立蒸汽流、启动等离子体、启动离子束等。此外，如果需要将一个金属种类改变为其他种类，需要时间来等待烘箱充分冷却，以进行这种种类变化。

2、另一种常规技术是在电弧腔内放置含金属(例如铝或其他金属)的材料。对于铝，含金属的材料可包括氧化铝、氟化铝或氮化铝，所有的这些都可承受等离子腔的大约800℃的温度。在这样的系统中，离子直接从等离子体中的材料溅射出来。另一种技术是使用含有蚀刻剂(例如氟)的等离子体来实现金属的化学蚀刻。虽然使用这些各种技术可达到可接收的束电流，但是氧化铝、氯化铝和氮化铝(所有这些都是良好的电绝缘体)的化合物倾向于在相对短的时间段内(例如，5-10小时)沉积在与离子源相邻的电极上。如此，会发现各种有害的影响，例如高电压不稳定以及注入的离子剂量的相关变化。

技术实现思路

1、因此，本公开提供了用于从气态二甲基氯化铝(dmac)产生包括铝离子的离子束的系统和装置。相应地，下文介绍了本公开的简化概述，以提供对本发明一些方面的基本理解。本概述不是本发明的宽泛综述。其既不旨在识别发明的重要要素或关键要素，也不旨在描述本发明的范围。其目的是以简化形式介绍本发明的一些概念，作为后续介绍的更详细描述的前奏。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种离子注入系统。提供了气态铝基离子源材料，其中离子源配置为接收和电离气态铝基离子源材料以形成离子束。束线组件配置为选择性地传输离子束，以及终点站配置为接收离子束以将离子注入工件。

3、气态铝基离子源材料例如包含或由二甲基氯化铝(dmac)组成。在一个实施例中，dmac储存为液体，所述液体在室温下和预确定的负压(例如，真空压力)下转变为气相。加压气瓶例如配置为包含dmac并将dmac提供给离子源。离子源例如包括电弧腔，其中加压气瓶配置为向电弧腔提供dmac。可以进一步提供一条或多条专用供给管路，并且所述管路配置为将dmac从加压气瓶转移到电弧腔。低压气瓶例如配置为包含dmac并且并通过主气体管路将dmac作为气体提供给离子源的电弧腔。

4、在一个实施例中，提供了共伴气体源和与一条或多条专用供给管路不同且分开的次气体管路，其中共伴气体源和次气体管路配置为向离子源供给共伴气体。共伴气体例如包括bf3、sif4、pf3、pf5、nf3、he+f2和he+f2+ar中的一种或多种。共伴气体源可为加压或低于大气压的气体源。在另一个实施例中，共伴气体包括含氟分子以及氟与一种或多种惰性气体的混合物中的一种或多种。

5、含氟分子和dmac例如配置为降低高能碳交叉污染(energetic carbon cross-contamination)。含氟分子例如可进一步配置为蚀刻陶瓷，以在使用双电荷铝时，产生较高的束电流。在一个实施例中，共伴气体包括混合有惰性气体的含氟分子。

6、可进一步提供真空系统，所述真空系统配置为实质上抽空离子注入系统的一个或多个封闭的部分。离子注入系统的一个或多个封闭的部分例如可包括离子源。

7、根据另一示例性的方面，提供了用于离子注入系统的离子源。离子源例如包括电弧腔、dmac源材料以及一条或多条源材料供给管路，所述管路配置为将dmac源材料转移到电弧腔。电弧腔例如配置为电离dmac源材料。加压气瓶例如配置为包含dmac源材料。

8、一条或多条共伴气体供给管路例如可以进一步配置为向电弧腔供给共伴气体。共伴气体例如可包括含氟分子以及氟与一种或多种惰性气体的混合物中的一种或多种。在一个实施例中，共伴气体包括bf3、sif4、pf3、pf5、nf3、he+f2和he+f2+ar中的一种或多种。真空系统可进一步配置为实质上抽空离子源的一个或多个封闭的部分。

9、根据本公开的另一个示例性的方面，提供了将铝离子注入工件的方法。该方法例如包括提供包含dmac的铝基源材料给离子源。铝基源材料在离子源中电离，并且从离子源中提取铝离子。此外，将来自电离的铝基源材料的铝离子注入工件中。

10、在一个实施例中，将dmac从加压气体源提供到离子源的电弧腔。在另一个实施例中，进一步地将共伴气体提供给离子源。共伴气体例如可包括含氟分子以及氟与一种或多种惰性气体的混合物中的一种或多种，例如，bf3、sif4、pf3、pf5、nf3、he+f2和he+f2+ar中的一种或多种。

11、根据本公开的又一示例性的方面，提供了离子注入系统，包括气态铝基离子源材料。气态铝基离子源材料例如包括或由dmac组成，其中dmac是在室温下转变为气相的液体。离子注入系统例如还包括离子源，所述离子源配置为接收和电离气态铝基离子源材料并由此形成离子束。束线组件例如配置为选择性地传输离子束，以及终点站配置为接收离子束以将离子注入工件。

12、在一个实施例中，气态铝基离子源材料在低压瓶中为液体状态，并且在引入离子源的同时转变为气相。

13、根据本公开的进一步示例性的方面，提供了离子源，其中离子源包括电弧腔和包含dmac源材料的dmac源。一条或多条供给管路例如配置为将dmac源材料从dmac源转移到电弧腔。dmac源材料例如是在室温下转变为气相的液体。

14、在一个实施例中，一条或多条供给管路包括专用气体管路，所述专用气体管路配置为仅将dmac源材料从dmac源传输到电弧腔。在另一个实施例中，提供包含惰性气体的惰性气体源，其中一条或多条供给管路还配置为将惰性气体传输到电弧腔。一条或多条供给管路例如可包括一条供给管路，所述一条供给管路配置为将dmac源材料与惰性气体的混合物提供到电弧腔。在另一个实施例中，dmac源材料和惰性气体在共同的源中预混合。

15、共伴气体源和一条或多条共伴气体供给管路例如可以配置为将共伴气体从共伴气体源提供到电弧腔。例如，一条或多条共伴气体供给管路和一条或多条供给管路彼此不同。共伴气体例如包括配置为降低电弧腔中的高能碳交叉污染的含氟分子。在一个实施例中，含氟分子包括bf3、pf3、pf5、nf3和sif4中的一种或多种。在另一个实施例中，在电弧腔内提供并设置了陶瓷靶。陶瓷靶例如包括铝，其中陶瓷靶由含氟分子蚀刻。

16、在另一个实施例中，共伴气体是气体预混合物，其中气体预混合物的至少一种组分是氟，其中氟配置为降低电弧腔中的高能交叉污染。气体预混合物例如包括氟加上氩气和氦气中的一种或多种。例如，气体预混合物包括(ar+f2)、(he+f2)和(ar+he+f2)中的一种或多种。

17、因此，根据一个示例性的方面，提供了用于注入铝离子的离子注入系统，其中电极电源与电弧腔中的电极(例如，阴极)电耦接。含有dmac(例如，为液态)的工艺气体源通过工艺气体供给管路流体耦接到电弧腔，其中工艺气体供给管路配置为选择性地将dmac以气态形式从工艺气体源转移到电弧腔。电极例如配置为至少部分地基于电极电源提供给电极的电能(例如，电流)由电弧腔内的dmac形成等离子体。因此，dmac被电离或以其他方式分解或解离以至少形成c2h3，其中c2h3具有与铝原子的质量接近的质量。

18、在一个实施例中，还提供了共伴气体源，其中共伴气体源含有包括氟的共伴气体。氟例如可以为分子形式或与惰性气体混合的气态形式。共伴气体供给管路例如将共伴气体源和电弧腔流体耦接，其中共伴气体供给管路配置为选择性地将共伴气体从共伴气体源转移到电弧腔。共伴气体供给管路例如与工艺气体供给管路不同且分开。来自共伴气体源的氟例如配置为至少与c2h3反应，从而形成cfx。通过形成cfx，电弧腔内可获得的c2h3的量最小化，由此具有与铝原子不同原子质量的cfx可通过随后的质量分析与铝离子有利地分开。

19、在另一个实施例中，提供了提取电极，所述提取电极配置为基于提取电极相对于电弧腔的偏置从电弧腔提取铝基离子束。例如，提取电极位于靠近电弧腔的提取孔，由此形成铝基离子束。质量分析器例如进一步位于提取电极的下游，由此质量分析器配置为对铝基离子束进行质量分析并移除cfx，由此定义了质量分析后的铝离子束，并且由此由质量分析后的铝离子束中的c2h3引起的高能交叉污染被有利地最小化。

20、根据另一个实施例，在电弧腔内进一步设置或以其他方式提供了陶瓷靶，其中陶瓷靶包含铝，并且其中氟配置为蚀刻陶瓷靶以提高铝基离子束的束电流。例如，铝基离子束可包括双电荷铝离子。

21、为了实现上述的和相关的目的，本公开包括以下在权利要求中充分描述并特别指出的特征。以下描述和所附的附图详细阐述了本发明的某些说明性的实施方案。然而，这些实施方案指示了可采用本发明的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖特征将从本发明的下文详细描述中变得显而易见。