[发明专利]产生铟离子束的装置与方法

说明书

发明领域

本发明涉及由离子源产生铟离子束的装置与方法，该离子束应用于例如离子束辐照装置，像离子植入装置。本发明特别地涉及产生稳定量铟离子束的方法与装置。

背景技术

铟离子在半导体生产的技术领域中已引人注意。日本未审查的公开号平03-13576描述了一种由离子源产生铟离子束的方法，该方法包括下述步骤：在温度100-200℃下使其中包括碘化铟的加热炉(碳容器)预退火；将加热炉的温度增加到300-500℃，以便蒸发碘化铟；把蒸发的碘化铟气蒸汽加入等离子体发生器(放电室)中，以便通过电弧放电使该发生器中的碘化铟电离，并因此产生等离子体；再从该等离子体导出铟离子束。

但是，使用这种方法，由于碘化铟的熔点是约210℃，如果在如前述的温度300-500℃下操作加热炉，碘化铟则完全熔化成液体。结果，加热炉、等离子体发生器以及这两者之间的蒸汽引入管等都与像粘液的液化碘化铟粘附。因此，在加热炉、等离子体发生器以及蒸汽引入管内都被像粘液的液化碘化铟弄脏。蒸汽管被堵塞，于是就不能稳定地取出铟离子束。

此外，由于弄脏，加热炉、等离子体发生器以及蒸汽引入管应该频繁地进行清洗或更换。例如，每次停止离子源操作时，加热炉、等离子体发生器以及蒸汽引入管都应该清洗或更换。这是特别无法接受的。

另一方面，本发明的发明人发现了产生铟离子束的下述步骤，同时避免该管粘附液化的三氟化铟，还使加热炉、等离子体发生器以及其间的蒸汽引入管避免弄脏和堵塞。

首先一个步骤是三氟化铟在250-450℃预退火，以除去含有的水。在加热炉中加入固体物质的三氟化铟。第二个步骤是将加热炉的温度从450℃增加到低于三氟化铟熔点1170℃，以便蒸发三氟化铟。第三个步骤是将三氟化铟蒸汽引入等离子体发生器中。第四个步骤是采用电弧放电使三氟化铟蒸汽电离，从而产生等离子体。第五个步骤是从等离子体导出铟离子束。

但是，曾发现，如下面所提到的，使用三氟化铟作为固体物质的上述方法仍有许多改进的余地。

因含有水时，三氟化铟蒸汽压变得非常高。三氟化铟中水含量很高时，三氟化铟的蒸汽量也变得比较大。因此，由于三氟化铟的电离蒸汽量增加，铟离子的量是很大的。

加热炉的温度不变时，三氟化铟的蒸汽量随三氟化铟失去水含量而在短时间内降低。因此，由离子源产生的铟离子束也随之降低。例如，在开始产生铟离子束后一小时，铟离子束的量降低到开始量(即在开始时)的20-70％。

一个作为对比实施例的实施例示于图2中。图2表明在加热炉的温度保持不变时，铟离子束的量随产生铟离子束的经过时间的变化。在对比实施例中，在开始产生铟离子束后一小时，铟离子束的量快速降低直到开始量的约30％。在对比实施例中，使用无水三氟化铟作为固体物质，在450℃进行预退火一小时。

铟离子束的量这样快速降低不可取的。例如，铟离子束应用于离子植入时，这使得在离子源中控制由其源产生的铟离子束量以及控制铟离子的植入量变得很困难。

更特别地，铟离子束的量快速降低，即使为补偿铟离子束量的降低而提高加热炉的温度，铟离子束的量还是快速降低。这样的重复下去，铟离子束的量总是不稳定。例如，花3-4天才稳定铟离子束的量。这是不实用的。

对于使用三氟化铟，尽管在250-450℃预退火除去含有的水，上述的问题还是存在。

对于使用称之无水三氟化铟的物质，它不含任何水，如所提到的类似趋势还是存在。

发明概述

本发明的一个目的是提供能够产生稳定量的铟离子束的装置与方法。

作为根据本发明产生铟离子束的一种方法，该方法包括下述步骤：在加热炉中使包括铟化合物的固体物质退火，以便由该物质产生蒸汽；在等离子体发生器中，使由加热炉提供的蒸汽电离，产生等离子体。在这种方法中，该方法的特征在于使用三氟化铟作为所述的固体物质，它在炉中于温度600℃至低于1170℃下进行预退火。

本发明包括如前面提到的内容，还具有下述效果。

在蒸发一定量的包括铟化合物的固体物质时可消除不稳定的因素，因此可以产生稳定量的铟离子束。结果，控制铟离子束的量和使用铟离子束时控制植入铟离子的量是非常容易的。

通过各种研究发现，在是固体物质的三氟化铟中的水含量有两类。第一类水只是附着在三氟化铟(InF₃)分子上。通过在250-450℃预退火可以很容易蒸去这种水。曾仅仅研究过这种水含量，因此除去含有的这种水是令人满意的。