[發(fā)明專利]使用鎵的離子植入工藝及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980057575.8
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN112655066B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·D·斯威尼;J·R·德普雷斯;唐瀛;S·N·葉達弗;E·E·約內(nèi)斯;O·比爾
• 申請（專利權(quán)）人: 恩特格里斯公司
• 主分類號: H01J27/20
• 分類號: H01J27/20;H01J37/08;H01J37/317
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 李婷

本發(fā)明描述一種用于離子植入的離子源設(shè)備，其包含：離子源腔；及可消耗結(jié)構(gòu)，其在所述離子源腔中或與所述離子源腔相關(guān)聯(lián)，其中所述可消耗結(jié)構(gòu)包含固體摻雜劑源材料，所述固體摻雜劑源材料易于與反應(yīng)氣體反應(yīng)以將摻雜劑以氣態(tài)形式釋放到所述離子源腔，其中所述固體摻雜劑源材料包括氮化鎵、氧化鎵或其組合，其中的任一者可關(guān)于鎵同位素富含同位素。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子植入系統(tǒng)及方法，其中在離子植入設(shè)備的離子源腔中原位提供或產(chǎn)生鎵物種，其中所述系統(tǒng)及方法的實例涉及作為固體鎵摻雜劑前體組合物的氮化鎵及氧化鎵前體。

背景技術(shù)

在使用摻雜劑源材料進行電離以形成用于離子植入的摻雜劑物種時，已開發(fā)用于產(chǎn)生摻雜劑物種的多種摻雜劑源材料。

在許多情況中，摻雜劑源材料不具有足夠高蒸氣壓來高效地遞送到離子植入系統(tǒng)的離子源腔。因此，使用具有低蒸氣壓的此類摻雜劑源材料可需要離子植入設(shè)備的大量工具修改以能夠在使摻雜劑源材料充分揮發(fā)且防止其冷凝及沉積于離子植入系統(tǒng)的流線中所需的高溫下進行遞送。因此，必須采用適應(yīng)此高溫操作的蒸發(fā)器及流動回路。

然而，使用高溫是有問題的，因為摻雜劑源材料可易于分解且發(fā)生副反應(yīng)，此使離子植入工藝難以控制在用于產(chǎn)生離子植入結(jié)構(gòu)及裝置的可允許容限內(nèi)。另外，高溫的使用限制控制閥的使用，使得蒸汽流量控制受到不利影響。這些因素又導(dǎo)致從一個摻雜劑源材料到另一摻雜劑源材料的長轉(zhuǎn)換時間，且在蒸發(fā)器的安裝或更換或再填充期間，還可在蒸發(fā)器未與周圍環(huán)境隔離時帶來安全隱患。

在作為摻雜劑物種的鎵的離子植入中已遇到前述問題，其中可接受摻雜劑源材料的選擇是有限的，這是歸因于具有足夠高蒸氣壓以高效地遞送到離子植入系統(tǒng)的離子源腔的相對少量饋送材料。因此，離子植入技術(shù)繼續(xù)尋求新鎵前體組合物。

提供使低蒸氣壓摻雜劑源材料能夠在用于植入對應(yīng)摻雜劑物種(如在鎵摻雜劑物種的情況中，其中存在相對少高蒸氣壓摻雜劑前體)的離子植入應(yīng)用中高效地使用的新方法將為所屬領(lǐng)域中的重大進展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及離子植入設(shè)備及工藝，其中以允許使用固體、低蒸氣壓鎵源材料的方式產(chǎn)生鎵摻雜劑物種。

在一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于離子植入的離子源設(shè)備，其包括：離子源腔；及可消耗結(jié)構(gòu)，其在所述離子源腔中或與所述離子源腔相關(guān)聯(lián)，所述可消耗結(jié)構(gòu)包括含有氮化鎵或氧化鎵的固體摻雜劑源材料；所述氮化鎵或氧化鎵易于與反應(yīng)氣體反應(yīng)以將鎵以氣態(tài)形式釋放到所述離子源腔。

在另一方面中，本發(fā)明涉及一種進行離子植入的方法，其包括：在用于所述離子植入的離子源腔中產(chǎn)生電離鎵，其中所述離子源腔具有與其相關(guān)聯(lián)的可消耗結(jié)構(gòu)，且其中所述可消耗結(jié)構(gòu)包括固體摻雜劑源材料，所述固體摻雜劑源材料包括氮化鎵或氧化鎵，所述固體摻雜劑源材料易于與反應(yīng)氣體反應(yīng)以將鎵以氣態(tài)形式釋放到所述離子源腔以在其中進行電離以形成電離鎵作為摻雜劑，所述方法包括使所述可消耗結(jié)構(gòu)與所述反應(yīng)氣體接觸以產(chǎn)生電離鎵。所述固體摻雜劑源材料可含有氮化鎵(GaN)、氧化鎵(Ga₂O₃)、氮化鎵(GaN)或氧化鎵(Ga₂O₃)的富含同位素類似物，包括富含同位素⁶⁹Ga或⁷¹Ga高于天然豐度的鎵或其組合。

在進一步方面中，本發(fā)明涉及一種改進離子植入系統(tǒng)關(guān)于其射束電流、離子源壽命及干擾率(glitch rate)特性中的至少一者的性能的方法，所述方法包括：在所述離子植入系統(tǒng)的離子源腔中產(chǎn)生電離鎵，其中所述離子源腔具有與其相關(guān)聯(lián)的可消耗結(jié)構(gòu)，且其中所述可消耗結(jié)構(gòu)包括固體摻雜劑源材料，所述固體摻雜劑源材料包括氮化鎵、氧化鎵或氮化鎵與氧化鎵的組合，所述固體摻雜劑源材料易于與反應(yīng)氣體反應(yīng)以將鎵以氣態(tài)形式釋放到所述離子源腔以在其中進行電離以形成電離鎵，所述方法包括使所述可消耗結(jié)構(gòu)與所述反應(yīng)氣體接觸。