注入的简化的反应矩阵的示意图；
[0041] 图11是利用氨添加剂的BF3等离子体的简化的反应矩阵的示意图；
[0042] 图12是包括容纳气体的存储与分配容器的离子注入处理系统的示意图，该气体被 提供用于所示的离子注入腔室中的衬底的离子注入渗杂；
[0043] 图13是离子注入系统的离子源的截面视图；
[0044] 图14是沉积监测与控制系统的示意图，该沉积监测与控制系统可用于对抗与离子 注入系统的离子源相关联的流动通道的闭塞；
[0045] 图15是离子注入系统的另一离子源的示意图；
[0046] 图16是针对使用NF3从离子源腔室表面去除棚残余物的清洗操作，束电流(mA)作 为经过的时间(min)的函数的曲线图。
【具体实施方式】
[0047] 本发明设及离子注入系统与方法。
[0048] 本发明所基于的发现是，通过在离子源的电弧腔室之前结合渗杂气体的冷却，能 够令人惊奇地增强离子源的性能及整体离子注入器的操作。该发现的令人惊奇的特征源于 W下事实：离子化处理寻求将实质能量给予渗杂气体W形成离子物料，并且因此在传统做 法上会使得在离子化操作中生成的热量通过渗杂气体馈送线路传播，W使得基本上预热渗 杂气体W用于离子化及等离子体形成的操作，运些是已认识到的有利设置。
[0049] 尽管有该认识，然而已发现在某些诸如四氣化二棚的渗杂气体的情况中，该热量 传播会造成渗杂气体的不利分解，并且造成气体馈送线路的堵塞。由此，已发现，与现有技 术的解决方式相反，利用对渗杂气体馈送线路的冷却W使得流过运样线路的渗杂气体冷 却，从而在此类诸如四氣化二棚的渗杂气体的使用上提供了高性能的效率，而并不会发生 渗杂气体的不利分解，W及不会造成至电弧腔室的渗杂气体馈送线路的堵塞。
[0050] 因此，本发明所构思的离子注入系统，包括：
[0051] 离子源，其包括设置为在其中对气体进行离子化的电弧腔室；
[0052] 渗杂气体源；
[0053] 渗杂气体馈送线路，用于将渗杂气体从该渗杂气体源引入该电弧腔室；W及
[0054] 冷却结构，其与该渗杂气体馈送线路相关联，并且设置为冷却该渗杂气体馈送线 路中的渗杂气体，因而对抗由该电弧腔室的操作中生成的热量对该渗杂气体的加热，W及 由运样的热量造成的渗杂气体的分解。
[0055] 冷却结构可W包括设置为W冷却护套（jacket)的形式冷却渗杂气体馈送线路W 及流经其中的渗杂气体的冷却通道，诸如水或乙二醇/水溶液的适合的冷却剂或其它适合 的传热冷却剂介质流过该护套。
[0056] 为此，渗杂气体馈送线路可W在其远端设置成将渗杂气体释放进入电弧腔室，其 中冷却通道定位在渗杂气体馈送线路的远端部分。
[0057] 本发明在一个实施例中构思了完整的设置，其中用于离子源的水冷却组件用作冷 却水源，该水冷却组件可操作地禪接至与渗杂气体馈送线路相关联的冷却通道，W使水流 过冷却通道，从而冷却渗杂气体馈送线路和流经其中的渗杂气体。
[0058] 渗杂气体源可W是任意适合的类型，但在各种特定的设置中，优选包含压力调节 式的气体存储与分配容器，例如一种包括内部配置调节器的类型，W提供在由内部调节器 组件的设定点设定的压力下渗杂气体的分配，运种类型可包括一个、两个或多于两个的调 节器设备。运种类型的压力调节式容器可由美国康乃狄克州Danbu巧的旗下商标为VAC的 ATMI公司购得。
[0059] 诸如前述的压力调节式气体存储与分配容器的渗杂气体源容器可W容纳任意适 合类型的渗杂气体。一个实施例中，渗杂气体可W包含诸如四氣化二棚的棚渗杂气体。当利 用四氣化二棚(B2F4)作为渗杂气体时，可W将冷却结构可操作地设置为将渗杂气体馈送线 路中的四氣化二棚的溫度维持在700°C W下。
[0060] 因此，本发明在另一方面构思了在衬底中注入离子的方法，该方法包括:在产生渗 杂气体离子化的情况下，将该渗杂气体从相同的源输送到离子源的电弧腔室；W及在该渗 杂气体进入该电弧腔室之前对渗杂气体进行冷却，从而对抗由该电弧腔室的操作中生成的 热量对该渗杂气体的加热，W及由运样的热量造成的渗杂气体的分解。
[0061] 该冷却可包括使冷却剂介质流过冷却通道，该冷却通道设置为冷却渗杂气体馈送 线路W及流经其中的渗杂气体。如上所述，离子源可与水冷却组件一起设置，并且来自水冷 却组件的水可W流过冷却通道，W冷却渗杂气体馈送线路W及流经其中的渗杂气体。可W 从容纳有诸如四氣化二棚的棚渗杂气体的压力调节式气体存储与分配容器中，提供渗杂气 体，并且可W进行冷却W将流至电弧腔室的四氣化二棚的溫度维持在700°C W下。
[0062] 本发明在另一方面设及操作利用四氣化二棚的离子注入系统W生成用于注入的 棚离子的方法，所述方法包括使冷却剂从离子源冷却剂供应器流出，此后四氣化二棚进入 该离子注入系统的离子源腔室，该冷却剂与四氣化二棚成热交换关系。运样的方法也可用 于增强利用其它渗杂源气体的离子注入系统的操作效率，该其它渗杂源气体易于分解，而 可能会造成流动通道堵塞W及离子注入系统不期望的停工时间。
[0063] 本发明的冷却方法因而提供一种防止四氣化二棚或其它易分解的气体在用于离 子注入时分解的方法，同时使用现有的离子源冷却能力(去离子水）W主动地冷却渗杂气体 馈送线路W及电弧腔室的周围区域。冷却渗杂气体馈送线路，从而在渗杂气体进入电弧腔 室之前减少渗杂气体的热量。
[0064] 图1是离子注入系统10的示意图，该离子注入系统包括具有气体馈送线路14的电 弧腔室12,该气体馈送线路14用于将渗杂源气体馈送至该电弧腔室W用于在该腔室中将其 离子化。
[0065] 图2是图1的离子注入系统10的截面图，其示意性地示出了在运样的系统的电弧腔 室12中生成等离子体16。渗杂气体W箭头A所指示的方向流进渗杂气体馈送线路14,该渗杂 气体馈送线路14的监测热电偶TCl、TC2紧固到该渗杂气体馈送线路W与其成监测关系，从 而确定馈送线路W及进入电弧腔室的气体的热状态的质量。
[0066] 图3是图1的离子注入系统10的截面图，其示意性地示出了在运样系统的电弧腔室 12中生成等离子体16,其中相对于图2的系统修改了气体馈送线路14, W提供运样线路的主 动冷却。具体来说，气体馈送线路14与冷却介质W箭头B所指示的方向流过的冷却剂通道20 相关联。将监测热电偶TCl与TC2紧固到该渗杂气体馈送线路上W具有监测关系，从而确定 馈送线路W及进入电弧腔室的气体的热状态的质量。
[0067] 冷却剂通道装可W设置为在渗杂气体馈送线路上的冷却护套，或可W包括环绕气 体馈送线路的通道或与气体馈送线路相互交叉(interdigi化ted)的通道，或者包括其它热 交换或冷却元件、阵列或组件，W有效地针对渗杂气体提供冷却，从而避免气体馈送线路与 电弧腔室中堵塞的固体副产物的分解与沉积。
[0068] 因此，应该理解能够W任意适合的方式来实施及操作本发明的冷却设置，W实现 渗杂气体所必需的冷却，而冷却设置还可W与用于离子源的热管理控制系统集成，W使得 合适地设定冷却剂的流量W及其它操作参数，W有效地用于利用诸如B2F4的渗杂源气体的 离子注入，该化F4可能对于某些离子注入用途是不适合的。本发明的冷却设置可W与利用相 对应的各种渗杂源气体，例如包括神化氨、憐化氨等的各种类型的离子注入系统一起使用。
[0069] 在一个特定实施例中，电弧腔室与渗杂气体馈送线路禪接，来自容纳B2F4的 VAC⑧源容器的该渗杂气体馈送线路具有0.18英寸的内径W及4-6英尺的长度，其中渗杂 气体W2-3标准立方厘米/分钟（seem)的流量流至电弧腔室。可使用图3中示出的设置，其中 在渗杂气体馈送线路中，TCl离电弧腔室大约0.4英寸，并且在运样的气体馈送线路中TC2离 电弧腔室大约1.4英寸。所得的数据是在没有实施任何冷却而利用水冷却的情况下产生的。 在下面的表1中示出了该数据，并且证实了图3的设置对于在溫度显著低于700°C W下传送 B2F4而没有分解的效果。
[0070] 表 1
[0072] 图4-8示出本发明的各种附加的实施方式，设及紧固至离子源装置W对馈送至离 子源装置的渗杂源气体进行冷却的散热器装置。
[0073] 图4是离子源装置40的透视图，其中已设置跨接线42, W使来自离子源的冷却水出 口的离子源冷却水，流至设置用于冷却渗杂源气体的散热器(在该视图中未示出散热器)的 入口。该设置因此利用现有的供应自离子源装置的用于冷却电弧腔室W及离子源装置其它 部件的冷却水，从而在专用于冷却渗杂源气体的离子注入系统中提供附加的冷却能力。
[0074] 图5是散热器装置50的透视图，该散热器装置机械地紧固到渗杂源气体馈送通道， 如下文中更加充分示出的，其中冷却水经由冷却剂流动线路60和62,流过该散热器主体52 W冷却渗杂源气体。因此，如下文所述，散热器主体包括一个或多个内部通道，冷却剂通过 该一个或多个内部通道流过散热器主体，W冷却散热器主体W及冷却在其它穿过散热器主 体的通道中流动的渗杂源气体。散热器主体设置有凹头冒螺钉（socket head cap screw) 56W及螺帽58,作为使得散热器主体机械地紧固至渗杂源气体馈送通道结构的共同紧固元 件，如下文结合图8描述的。如根据前面关于图4的论述可W理解的，冷却剂流动线路60与62 可W与离子源冷却水流动回路禪接。
[0075] 图6是具有散热器装置74的离子源装置70的透视图，该散热器装置74机械地紧固 到渗杂源气体馈送通道，W冷却在气体馈送线路72中流至离子源装置的渗杂源气体。
[0076] 图7是图6的离子源装置70的分解透视图，散热器装置74安装在离子源装置70上， W冷却线路72中流至离子源装置的渗杂源气体，该分解透视图示出包括离子源装置与散热 器装置的离子源组件的细节。
[0077] 图8是包括离子源装置70W及散热器装置50的离子源组件的截面透视图。该截面 视图示出渗杂源气体馈送线路72,该渗杂源气体馈送线路72连接至气体馈送插头中的气体 流动通道84上，并且连接到与离子源相关联的气体套管(bushing)中的气体流动通道86上。 在本发明的一个实施例中，气体流动通道84及86可W是0.25-0.375英寸的量级，运样的通 道内径大于所示装置上惯用的通道内径。运种超大尺寸的气体流动通道在渗杂源气体易于 分解进而造成气体流动通道堵塞时相当有用。运种易于分解的渗杂源气体包括四氣化二 棚。因此，图8中所示的超大尺寸的气体流动通道设置能够延长离子源装置维修期之间的寿 命。
[0078] 图8中所示的离子源装置包括经修改W包括在其中的开口 82的基底衬板80,并且 已发现该修改在利用易于分解的渗杂源气体时能够提供提高的离子源操作寿命。
[0079] 其上安装有散热器装置的离子源装置、超大尺寸的渗杂源气体馈送通道、W及