專利名稱：形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種形成動態(tài)準中性束方式減少電子激發(fā)能損的方法，當帶電粒子束被應(yīng)用于各種目標物的物質(zhì)需達到許多加工、生產(chǎn)及分析目的時，減少目標物上粒子束在作用區(qū)域內(nèi)的電子激發(fā)能損。
背景技術(shù)：
帶電粒子束一直被用在各種物質(zhì)上以達到許多加工及分析的目的。例如，以離子布植機將雜質(zhì)射入半導(dǎo)體基底是硅晶圓上制造超大規(guī)模集成電路的制造廠中每日的例行工作。新應(yīng)用為穿透性的粒子(例如質(zhì)子)被用來產(chǎn)生穿透硅晶圓的局部缺陷，以作為分隔混合信號(數(shù)字信號與模擬信)的阻絕架構(gòu)，以及在單芯片上實現(xiàn)具高Q值(品質(zhì)因子(quality factors))的電感(請參閱US Patent6,046,109 to Liao，Chungpin et al.(2000))。
近日的研究中，粒子束甚至被視為微細的雕刻工具，在如氮化硅(Si3N4)的材料上挖出納米級(或分子大小)的孔洞，以利于日后各種電子、化學(xué)及生物相關(guān)應(yīng)用的目的。此外，以粒子束轟擊核種以制備放射性化學(xué)品與核醫(yī)藥物也是一個重要的離子束應(yīng)用，他們一般用于檢測與治療。
然而，上述各種應(yīng)用都受到物理上的共同限制，即由于粒子束與物質(zhì)的交互作用，在給定的條件下，粒子束在目標物中的射程是大致固定的，且事實上可以被頗精確的計算出來。因此若要更深地穿入目標物(或在核醫(yī)藥物生產(chǎn)中，產(chǎn)生更多的核反應(yīng))，所需付出的代價便是增加帶電粒子束的能量，亦即增加粒子加速器或離子布植機的設(shè)備投資。就實際工程應(yīng)用而言，高帶電粒子能量意味著低電流以及低制程產(chǎn)能，例如為控制互補性氧化金屬半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；CMOS)組件的栓聯(lián)效應(yīng)需要制造倒退井及掩埋層，便需要用到能量高達400KeV至數(shù)MeV，但電流僅有0.005mA至0.05mA的高能離子布植機。對于需要更高能量粒子束(15至30MeV的回旋加速器)的核醫(yī)藥物生產(chǎn)而言更是如此。
然而，上述現(xiàn)象是因為現(xiàn)今的加速器和布植機皆浪費太多能量在激發(fā)或游離目標物中的晶格電子，而非用于所希望的原子核散射(加工)或核反應(yīng)(生產(chǎn))。例如，當高于數(shù)MeV能量的帶電粒子通過中性原子群時，其大半能量將損耗于帶電粒子與原子中的電子之間的庫倫力交互作用。即使每一次的接觸中該帶電粒子的平均能量損失不超過幾eV，但加總起來這些頻繁的電子激發(fā)與游離卻造成該帶電粒子每單位路徑中最主要的能量損失，相反的，在每次帶電粒子與原子核接觸中所喪失的動能雖遠較前者為大，但是其發(fā)生機率卻屬極端稀少，其作用機率大致與原子核對原子的截面積的比例成正比，亦即，10-24cm2/10-16cm2＝10-8，故，原子核碰撞在粒子束于目標物中的能損上并無可觀的貢獻。因此，當粒子穿過某一目標物，如硅，其一大比例的能量都消耗于晶格電子的激發(fā)與游離，而非用于原子核散射。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的主要目的是利用一外加輔助輻射束，該輔助輻射束近乎平行于粒子束，由于該外加輔助輻射束激發(fā)目標物中傳導(dǎo)電子使得帶電粒子束變成動態(tài)準中性粒子束，因而大幅減少粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損，用以擴展加速器及布植機在各種應(yīng)用領(lǐng)域中的能量范圍，而不需對它們本身作修改，并藉此讓傳統(tǒng)的加速器與布植機能在各種有興趣的物質(zhì)上達到深度雜質(zhì)摻雜、深度濺射分析、高效率缺陷產(chǎn)生、以及深度離子束雕刻、大量而經(jīng)濟的核醫(yī)藥物生產(chǎn)等目的。此外，在進行IC半導(dǎo)體工業(yè)粒子束加工時，能大幅降低粒子束于目標物中所可能引致的核反應(yīng)衰變效應(yīng)。
本發(fā)明應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域上，能提供一個有效的方法，達到在同一個半導(dǎo)體芯片上的模擬-數(shù)字、模擬-模擬或數(shù)字-數(shù)字集成電路(IC)之間形成有效的電性隔絕區(qū)的目的，并據(jù)以應(yīng)用于系統(tǒng)單芯片(system-on-a-chip；SOC)的制程；并且能提供更經(jīng)濟的方法，使在半導(dǎo)體基底(semiconductor substrates)上產(chǎn)生高IC電感的品質(zhì)因子及傳輸線(transmission-lines)的目的得以實現(xiàn)。
本發(fā)明應(yīng)用于放射性同位素(radioisotopes)、核醫(yī)藥物生產(chǎn)領(lǐng)域，則能使人們以低能量、高電流的加速器完成各種放射性核種、化合物、藥物的制造。


圖1是本發(fā)明的架設(shè)示意圖。
圖2是習(xí)知硅基底中砷、磷、硼的能損圖。
圖3是習(xí)知粒子在電子氣中的電子阻止本領(lǐng)曲線。
圖4是本發(fā)明粒子在電子氣中的電子阻止本領(lǐng)曲線。
圖5是本發(fā)明的質(zhì)子束在硅中穿透射程圖。
圖6是習(xí)知高能量電子束射入硅中能量與深度變化關(guān)系。
圖7是習(xí)知經(jīng)康普敦散射的X-射線或γ-射線在散射角上的分布。
圖8是本發(fā)明的以硼射入硅的能量-深度圖。
發(fā)明詳述在電漿或等離子體物理及核融合領(lǐng)域中，習(xí)知的事實為當帶電粒子穿過一團電子氣或電漿之際(見圖1)，那些擁有遠低于粒子束20的速度的電子絕少與粒子產(chǎn)生交互作用；而那些具有與粒子束20相當?shù)乃俣鹊碾娮觿t能以集合模式與粒子作交互作用并將電子屏蔽成準中性。這項事實已被用來作為核融合電漿加熱的方式，例如電流驅(qū)動及中性束射入等。
在習(xí)知有效的粒子阻止公式里，例如由Lindhard，Brandt，Kitagawa及Ziegler等所作的模型(見Ziegler J.et al.，1985)，目標物10是被視為具有集合行為特征的電漿。由上述所推導(dǎo)出的Lindhard理論公式在200KeV/amu到10MeV/amu的粒子束20能量范圍內(nèi)特別準確，上述amu代表原子質(zhì)量單位(atomic mass unit；amu)，原子質(zhì)量大致等同于粒子的原子量(例如，質(zhì)子的amu約為1)。
請參閱圖1所示，是本發(fā)明的架設(shè)示意圖，如圖所示為壓制粒子束20作用于目標物10的作用區(qū)域11時所不想要的電子阻止能損，本發(fā)明的方法是利用外加且與粒子束20大致平行的輔助輻射束30于目標物10上的作用區(qū)域11，來加速作用區(qū)域11內(nèi)的傳導(dǎo)電子，或用來產(chǎn)生新的高速傳導(dǎo)電子并遮蔽原來的傳導(dǎo)電子。
有關(guān)帶電粒子束20與作用區(qū)域11中傳導(dǎo)電子的相對速度的重要性與定量說明將在探討下面的阻止本領(lǐng)(stopping power)公式后提出。
對于上述目的，其定量圖像可以由下列的阻止本領(lǐng)(-dE/dx)表示式得到-(dEdx)=n[Sn(E)+Se(E)]---(J/m)]]>其中E為粒子的動能，n為目標物10的原子數(shù)密度，Sn及Se各為單位行進距離中的核與電子散射能損。本發(fā)明的方法是以減少入射帶電粒子的有效帶電狀態(tài)來大幅降低公式(1)中電子散射能損(Se)。例如，當粒子的能量是在所謂的“Bethe-Bloch區(qū)”時(約數(shù)個MeV的高能量)，應(yīng)用于前述的在硅芯片上的電路隔絕時，其相對應(yīng)的習(xí)知非彈性散射電子阻止本領(lǐng)公式為(請參閱MeyerhofW.E.，Elements of Nuclear Physics，p.77，McGraw-Hill Book Co.，1967但用公制單位)(-dEdx)e≈e4z2nZ4πϵ02m0v2·ln2m0v2Iave---(J/m)]]>其中，ze＝高能量帶電粒子的電荷m0＝電子質(zhì)量v＝高能量粒子的速率nZ＝靶材中的電子數(shù)目密度Iave＝靶材中原子的電子平均激發(fā)與游離能量假設(shè)(2)公式右邊的z能以一個相乘因子f(f小于1)來減少，亦即由于輔助輻射束(30)引致的入射粒子電荷屏蔽，則相關(guān)穿透粒子的電子阻止能損將以f的平方的比例減小。請注意，在這個我們有興趣的高速度情況，亦即2z/137β＜1(β＝v/c)時，古典的物理圖像，包括其撞擊參數(shù)(impact parameter)及以古典力學(xué)方式導(dǎo)得公式(2)時所用的各種論點，都不再有效。唯有使用量子力學(xué)、集合波動類的推導(dǎo)及解釋才是正確的(請參閱Evans R.D.，TheAtomic Nucleus，p.584-586，McGraw-Hill，1955)。
由習(xí)知文獻已經(jīng)證明，在最符合實驗數(shù)據(jù)的諸電子阻止截面(cross sections)公式推導(dǎo)中，一個共同的重要考量參數(shù)是入射帶電粒子上的電子與目標物作用區(qū)域11中的電子之間的相對速度(請參閱Ziegler J.et al.，The Stopping and Range of Ions in Solids，Chap.3及Appendix I，Pergamon Press，(1985))。我們發(fā)現(xiàn)，當入射帶電粒子上電子的平均速度低于固體中傳導(dǎo)電子的速度時，可近似地將前述粒子上的電子視為完全被剝離。這些作用區(qū)域(11)中的傳導(dǎo)電子被假設(shè)為自由電子氣(電漿)，其費米速度 是由低溫時目標物10的電子數(shù)目密度N而定，其中 與m分別為普朗克常數(shù)除以2π及靜態(tài)電子質(zhì)量。對量子化的電子氣而言，費米速度即為占據(jù)最高能階的電子的速度，也就是傳導(dǎo)電子的速度。實驗已證實入射粒子的有效電荷比例為(請參閱Ziegler J.et al.，ibid)q=1-exp(-0.92vrv0z12/3)]]>其中z1為入射粒子的原子序。
vr≡<|v→-v→e|>]]>為入射粒子(速度 )與傳導(dǎo)電子(速度 )間的相對速度。
v0為波耳速度(Bohr velocity)，約為2.2×108cm/s，(或以能量表示約為25keV/mu)。
很明顯地，當vr＞＞v0時，q＝1；而當vr＞＞v0時，q將大幅變小，也就是使拋體呈準中性。傳統(tǒng)上，只有當粒子的速度接近于靶材中電子的費米速度時，即1＜(ve/vF)＜5時，電子阻止的減少情形才可能發(fā)生。請參閱圖3所示的粒子在電子氣中的電子阻止本領(lǐng)曲線，圖中顯示當其粒子速度等于電子氣的費米速度時，粒子的電子阻止本領(lǐng)曲線將出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，即如箭頭所指的處(請參閱Ziegler J.et al.，The Stopping and Range of Ions in Solids，p.71，Pergamon Press，(1985))。事實上，盡管是在能譜的另一端，這也正是為什么當粒子能量在很小的時候(例如，10-800keV，亦即是目前VLSI雜質(zhì)布植制程應(yīng)用的范圍)，電子阻止本領(lǐng)公式變?yōu)橄旅娴男问?請參閱Wolf S.and Tauber N.，Silicon Processing，Vol.1，p.288，LatticePress，1986)(-dEdx)e=KE0.5---(J/m)]]>的原因。其中，比例常數(shù)K僅輕微的隨拋體粒子與目標物(10)的原子序與質(zhì)量數(shù)改變(見圖2所示，習(xí)知硅基底中砷(As)、磷(P)、硼(B)的能損圖)。換言之，在低能量范圍里，電荷屏蔽效應(yīng)極為顯著，以致拋體呈準中性，進而造成上述幾乎無關(guān)乎拋體與目標物10種類的結(jié)果。
而在高能量的一端，請參閱圖3所示，粒子在電子氣中的電子阻止本領(lǐng)曲線，該圖中電子阻止本領(lǐng)對目標物10中電子數(shù)目密度的關(guān)系曲線，實際上也清楚的描繪了這一點(請參閱Ziegler J.et al.，Chap.3(1985))。亦即，高能量粒子的電荷屏蔽也同樣地造成了電子阻止本領(lǐng)的轉(zhuǎn)折點(即電子阻止減少)，只是，由于vF∝N1/3，所需要的粒子速度遠比所希望的高，且，即便粒子速度能升高到這種程度，由于目標物10中傳導(dǎo)電子是進行著隨機運動，以致經(jīng)過平均所有電子的方向后，vr仍然大于拋體粒子速度v而不是近乎零(請參閱Ziegler J.et al.，ibid中的理論結(jié)果)，使得q→0現(xiàn)象在傳統(tǒng)上畢竟僅能在低能量范圍里實現(xiàn)。
所以為了不再受限于固體中的電子數(shù)目密度，也就是實質(zhì)上擺脫費米速度，本發(fā)明是使用外加的電子束或輔助輻射來控制傳導(dǎo)電子的速度與方向，甚至不惜以的遮蔽原來的目標物10傳導(dǎo)電子，使得新傳導(dǎo)電子的速度是我們所預(yù)期的，其中該外加的電子束或輔助輻射其方向近乎平行于入射粒子束20的方向。如此則vr＝|v-ve|將小于v及v0，導(dǎo)致q小于1，或接近于零。是故，本發(fā)明實際上擴展了對拋體粒子電荷中性化(如公式(3)所描述)的有效性至高粒子能量的范圍。因為現(xiàn)在ve的最大值已不是費米速度而是由外加條件(輔助輻射束(30))來決定的速度。事實上，甚至由外加的快速運動電子完全取代原來的傳導(dǎo)電子也能達到上述的目的。其結(jié)果由式(2)得知，在更寬廣的能量范圍里，粒子束20在目標物10中所遭受的電子阻止能損可以大幅的減少。請參閱圖4所示，是本發(fā)明的粒子在電子氣中的電子阻止本領(lǐng)曲線，該圖表示經(jīng)過理論計算后，預(yù)期電子阻止本領(lǐng)曲線的轉(zhuǎn)折點可以飄移到相等于被外加條件控制的傳導(dǎo)電子速度，而不再與電子密度(或費米速度)有關(guān)。換言之，電子阻止本領(lǐng)曲線不再于不實用的高靶電子密度處轉(zhuǎn)折或走平(標示于圖4所示)，而是在我們所期望見到的較低靶電子密度處。
本發(fā)明中所用的外加輔助輻射束30可以采取如高能電子、X-射線(X-ray)或γ-射線(γ-ray)等形式。此外，雖然使用罩幕保護目標物10，使目標物10不受上述輔助輻射損傷是一個有效的作法，然而隨著所需要的結(jié)果，可以選擇使用罩幕或不使用罩幕。本發(fā)明的優(yōu)點是在利用易取得、廉價且易裝配的輻射源來更加擴展技術(shù)復(fù)雜、價格又昂貴的現(xiàn)有加速器與布植機的應(yīng)用范圍。例如，運用由放射衰變所釋出的γ-射線并不消耗電力。這些省下來的粒子能量會引導(dǎo)入射粒子，進入更深的靶材深度，或產(chǎn)生更多的缺陷，也可以預(yù)期因為這樣的能量節(jié)省而使人們得以使用較低能量的入射粒子，以及進而可以大幅減少放射性衰變效應(yīng)的諸多好處。例如，我們知道約需4MeV能量的質(zhì)子束才能使一個質(zhì)子與一個硅原子核接觸并產(chǎn)生核反應(yīng)，所以對低于這個能量的質(zhì)子而言，其幾乎不可能在硅靶中造成核反應(yīng)。
在低能量的范圍里，原子核阻止效應(yīng)頗為可觀，而且對較重的粒子，其電子阻止(由式(4)描述)開始變得大于核阻止的交叉點是在較高能量的位置。例如，對硼(11B)而言，電子阻止能損是其主要能量損失機制，于硅中由較高能量一直往下到～10keV皆是；而對磷(31P)及砷(75As)而言，核阻止是主要能損機制，在硅(Si)中一直要各到130keV及700keV電子阻止才變?yōu)橹饕軗p機制(見圖二)。本發(fā)明的方法可以造成更進一步的入射粒子電荷準中性化(quasi-neutralization)。因此，例如，具100-200keV的硼布植機可以在運用本發(fā)明的方法之后很容易的達到增大的穿透射程。至于磷和砷的布植，這樣的好處在能量高于約1MeV時也可以預(yù)期。
有關(guān)本發(fā)明的最佳實施例，現(xiàn)就配合

如下實施例一、使用電子束輔助的質(zhì)子束，應(yīng)用于對硅(Si)或硅化鍺(SiGe)的深度穿透。
此實施例是運用外加輔助輻射束30增強質(zhì)子束在半導(dǎo)體基底上，如硅(Si)、硅化鍺(SiGe)或最近的碳硅化鍺(SiGeC)，以達到高品質(zhì)的IC電感及混合式電路間的電性阻隔的實用目的。因為當基底的阻抗(substrate resistivity)值在IC封裝的前被質(zhì)子束轟擊致大幅的增加(至約105-106Ω-cm)之后，其已不再是一條提供干擾訊號的通路。且依本發(fā)明方法的制程，其所造成的瞬間漏電流及交流損失(AC losses)的減低也大大的改善IC電感的品質(zhì)因子Q(請參閱Liao et al.ibid)。其中，外加的輔助輻射束30是采高能電子束的形式。
對于封裝前厚度磨薄至約330μm的硅IC芯片，根據(jù)SRIM軟件的計算，要大約6.5MeV的質(zhì)子束才能穿透這樣的厚度，6.5MeV質(zhì)子束穿入330μm厚的硅芯片的能量-深度變化曲線(相對于不同的拋體電荷減少因子f)，可由符合實際的數(shù)值積分公式(2)得到，并呈現(xiàn)于圖5所示，是本發(fā)明的質(zhì)子束在硅中穿透射程圖，由圖中可以看出來，硅靶材中330μm的射程里，質(zhì)子束僅用了約0.5MeV于所希望的核阻止，而浪費了其它的6MeV于電子阻止上，由此可見與傳統(tǒng)的裸質(zhì)子束轟擊(f＝1)相比較，即使僅少許質(zhì)子電荷遮蔽(如f＝0.8，故f2＝0.64)，其所引致的拋體能量節(jié)省亦相當可觀。
在此例中，所需的輔助高能電子束得要有約0.5MeV的動能，才能穿透我們有興趣的上述硅芯片，請參閱圖6所示，習(xí)知高能量電子束射入硅中的能量與深度的變化關(guān)系，這些電子束被用來點燃靶材中的電子游離級聯(lián)(ionization cascade)，此效應(yīng)能遮蔽并實質(zhì)上取代既存的傳導(dǎo)電子，以達到遮蔽入射質(zhì)子束的電荷的目的。由于在低溫時，傳導(dǎo)電子數(shù)目密度N可能低到僅約105cm-3(接近于質(zhì)子束密度)，且一個0.5MeV電子的速度遠大于此例中一個平均質(zhì)子的速度，故所需的輔助電子束的電流可選為小于或與質(zhì)子束電流相等，來幫助質(zhì)子束準中性化。
由上述可知此例中能得到的最好狀況是，所需要的質(zhì)子束能量僅為0.5MeV(而非6.5MeV)便可以達到所要的目的，這意味著粒子束20能量的大幅簡省與各種粒子束(20)大電流應(yīng)用的機會的開啟，在輔助輻射方面，所需能量范圍的電子束可謂相對廉價與易于取得。
假如將靶材維持在某溫度范圍內(nèi)是需要的，則所施加的電子束功率約0.5MV×50μA＝25W對既存的冷卻技術(shù)并不構(gòu)成困難?；蛘?，基于特殊的需要，以旋轉(zhuǎn)掃描方式批次處理經(jīng)適當屏蔽的IC芯片或晶圓也是可以安排的。
實施例二、使用X/γ-射線(X/γ-ray)輔助的質(zhì)子束，應(yīng)用于對硅(Si)或硅化鍺(SiGe)的深度穿透。
在此實施例中，所用的輔助輻射是為X-射線(X-ray)或γ-射線(γ-ray)的形式。與第一實施例方法相同，此例是運用外加輔助輻射束(30)增強質(zhì)子束在同一半導(dǎo)體基底上，如硅(Si)、硅化鍺(SiGe)或最近的碳硅化鍺(SiGeC)，以達到高品質(zhì)IC電感及混合式電路間的阻隔的實用目的。
習(xí)知有關(guān)的X-射線與γ-射線在硅晶中的衰減系數(shù)(attenuationcoefficients)如下表所示

*相對于X/γ-射線的入射方向由上表，從能量的角度觀察，X-射線與γ-射線間并無明顯的分界。
一般而言，X-射線大致橫跨1-50keV的能量范圍，γ-ray則囊括50keV以上的能譜，而X-射線是以人造的方式產(chǎn)生(如以高能量電子轟擊鎢靶)，而γ-射線則大致來自不穩(wěn)定元素的放射性衰變。
為了達到我們的目的，例如選擇30keV能量的X-射線(或γ-射線)，即能穿透我們所應(yīng)用的硅芯片厚度，在這個能量范圍的X-射線(或γ-射線)與晶格電子間主要的相關(guān)物理反應(yīng)機制為光電效應(yīng)和康普敦散射。
在光電吸收過程中，入射的X-射線(或γ-射線)光子與吸收物質(zhì)的原子作用，并且本身完全消失，取代它的是由原子中一個束縛層射出的高能量光電子。上述的交互作用是作用于目標物10的原子中的束縛電子，而非發(fā)生于自由電子，且對具足夠能量的光子而言，最有可能的光電子來源是被非常強力束縛的內(nèi)層電子，如硅原子中的K層電子，當這些在內(nèi)層的空位再被外層電子填入時，便會射出新的光子，引發(fā)光電子的級聯(lián)產(chǎn)生(cascade generation)。
康普敦散射的交互作用過程，發(fā)生于入射的X-射線(或γ-射線)光子與靶材中的自由電子之間，即當由光子到目標物10電子的能量傳輸遠大于相關(guān)的目標物10電子的束縛能時，此過程變得相當重要。入射的光子發(fā)生折射而與原入射方向形成一個角度，而在此時光子將其能量的一部份傳送給電子，該電子隨后即稱為反跳電子(recoil electron)。由于各種散射角度都有可能，所傳送的能量大小可由零到入射X-ray光子的大半能量，且產(chǎn)生的反跳電子，若能量夠大的話，可以接著再造成在目標物10中后續(xù)的電子激發(fā)及游離。
有關(guān)康普敦散射(Compton scattering)的部分，X-ray(或γ-ray)于靶中的平均吸收截面為σae≈8π3r02(a-4.2a2+14.7a3+···)cm2/electron,]]>當a=hv0m0c2<<1---(5)]]>其中r0是古典電子半徑hv0是入射光子能量m0是靜態(tài)電子質(zhì)量
c是光速，故m0c2≈0.5MeV而全部散射及吸收系數(shù)則為σe=σae+σse≈8π3r02(1-2a+5.2a2-13.3a3+···)cm2/electron,]]>當a=hv0m0c2<<1---(6)]]>康普敦反跳電子的平均能量為Tave＝hv0-hv′，或Tavehv0=1-hv′hv0=1-σseσe=σaeσe≈a-4.2a21-2a≈a---(7)]]>若在上式中將30keV代入hv0，我們即得Tave≈2keV，接近于硅中K層電子的束縛能。
因此，在沿著X-射線(或γ-射線)的路徑上，平均反跳電子具有足夠的動能來造成后續(xù)的晶格電子游離，并進而促成產(chǎn)生大致平行于質(zhì)子束的高速傳導(dǎo)電子的目的。相關(guān)的X-射線(或γ-射線)散射角度分布是由Klein-Nishida公式描述，請參閱圖7所示，經(jīng)康普敦散射的X-射線或γ-射線在散射角上的分布(請參閱Meyerhof W.E.，Elements of Nuclear Physics，p.96，McGraw-Hill，1967)，可知對30keV的X-射線(或γ-射線)而言，光子的背向散射(backscattering)頗為顯著。然而，在很多我們應(yīng)用的場合里，因為所需要的X-射線(或γ-射線)曝曬時間極短，不致于對靶材和其上的IC組件造成不欲見的明顯缺陷。
為了概略估計光電效應(yīng)和康普敦效應(yīng)的總能量吸收，以每個游離事件所產(chǎn)生的內(nèi)層電子接著造成約2keV/(600eV/electron)的一半，亦即，約一個正向散射電子作計算，這些電子的速度與質(zhì)子相當且與之大致平行。再進一步知道在目前應(yīng)用的低溫下所需要的傳導(dǎo)電子數(shù)目密度約為105～106cm-3，則打在直徑為2公分目標物10上所需要的X-射線(或γ-射線)功率約為3W至30W，這樣的能量負載對既存的冷卻技術(shù)并不構(gòu)成困難，或者，假使在某些特定的情形里并非如此，則X-射線(或γ-射線)可以在質(zhì)子照射的約1～3秒中以脈沖式的方式運作。另外，以旋轉(zhuǎn)掃描方式，批處理經(jīng)適當屏蔽的IC芯片或晶圓也是可行的方式。
實施例三、利用X-射線輔助，應(yīng)用于Si及SiGe上的深度硼布植。
此實施例是應(yīng)用于在Si及SiGe上作深度硼布植的實用情形，其作法是以數(shù)值方法對內(nèi)含不同電荷中性化乘法因子“f”的公式(4)作積分，結(jié)果則顯示于圖8(請參閱圖8所示，是本發(fā)明的以硼射入硅的能量-深度圖)。顯然的，不同程度的硼電荷遮蔽效果(不同的f值)，將能不同程度的減省電子阻止能損。例如，于f＝0.5時，X-ray輔助的100keV硼離子束即可達到傳統(tǒng)200keV純硼離子束的射程，而相較于相同能量的傳統(tǒng)硼離子束的0.34μm射程，在最佳(即完全由核阻止決定能損，f＝0)的情形，本發(fā)明的新硼離子束在硅中可有約3.4μm的射程。
實施例四、利用γ-射線輔助，應(yīng)用于氟-18的放射性同位素生產(chǎn)。
同位素氟-18可由高能質(zhì)子(氫離子)束轟擊氧-18的核種來產(chǎn)生。該氟-18通常再經(jīng)化學(xué)合成為FDG藥劑，作為正子放射計算機斷層造影(PET)的用。本發(fā)明是利用γ-ray輔助的質(zhì)子束(即準中性氫粒子束)，可以以較低的能量(5-10MeV)產(chǎn)出與傳統(tǒng)用高能質(zhì)子束(20-30MeV)同樣的氟-18產(chǎn)量。
本發(fā)明中值得一提的是，在圖1中，該目標物(10)可以是硅以外的物質(zhì)，例如硅(Si)、鍺(Ge)、硅化鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、塑膠等?；蛘?，粒子束(20)可以分開成數(shù)條同種或不同種粒子的粒子速，如質(zhì)子、氘、氦、氬、氮、碳、氧、硅、砷、磷、硼等或任何分子。這些所使用的粒子，在其歷經(jīng)加速與減速的整個旅程中，可以是帶電的或不帶電的?；蛴趦烧咧凶冞w。
符號說明目標物(10)作用區(qū)域(11)粒子束(20)輔助輻射束(30)
權(quán)利要求
1.一種形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于包括有一目標物(10)；一施加于該目標物(10)上的作用區(qū)域(11)的粒子束(20)；一外加輔助輻射束(30)于該作用區(qū)域(11)，且該輻助輻射束近乎平行于粒子束(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該目標物(10)是為固體，包含硅(Si)、鍺(Ge)、硅化鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鎵鋁(AlInGaN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、硅玻璃、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、碳(C)、聚合物、核醫(yī)藥物材料、放射性同位素標幟化合物及核醫(yī)藥物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該目標物(10)是為軟性物質(zhì)的生物結(jié)構(gòu)、無機與有機化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該粒子束(20)是包含氫、氘、氦、氬、氮、碳、氧、硅、砷、磷、硼原子元素，以及一般化合物與分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該粒子束(20)其粒子處于不同帶電狀態(tài)，包括-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，而且其具有介于250keV至500MeV的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種以形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該粒子束(20)可以為不同種類粒子的混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該輔助輻射束(30)的形態(tài)包括電子束、正子束或電磁場，該電磁場包含微波、毫米波、紅外線、X光及伽瑪射線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該輔助輻射束(30)具有包括不同波長的頻譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該目標物(10)是維持在介于攝氏-270至+100度的溫度范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的形成動態(tài)準中性束方式減少各種粒子束與目標物作用時的電子激發(fā)能損的方法，其特征在于，該粒子束(20)為電流范圍在10μA至10mA之間、能量范圍在0.5至30MeV之間的質(zhì)子束，而該輔助輻射束(30)為電流量范圍在10μA至10A之間、能量范圍在0.5至30MeV之間的電子束，而該目標物(10)為100μm至2mm厚的硅基底。
全文摘要
一種形成動態(tài)準中性束(dynamic quasi－neutralparticle beam)方式減少電子激發(fā)能損的方法，其是當一粒子束施加于一目標物的一選定作用區(qū)域時，外加一輔助輻射束于該作用區(qū)域，且該輔助輻射束近乎平行于粒子束。由于該外加輔助輻射束在作用區(qū)內(nèi)加速傳導(dǎo)電子(conduction electrons)或產(chǎn)生新的近同方向行進的傳導(dǎo)電子，使得帶電粒子束變成動態(tài)準中性粒子束，因而大幅減少粒子束與目標物作用間的電子激發(fā)能損。
文檔編號H01L21/265GK1523642SQ0310483
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者廖重賓 申請人:奧博先進科技整合有限公司