含硼掺杂剂组合物、使用其的系统和方法技术方案

本申请提供一种新颖的组合物、其用于在硼离子注入期间改善束电流的系统和方法。硼离子注入过程涉及使用特定浓度范围的B2H6、BF3和H2。选择B2H6以在活性氢离子种类的产生和注入期间使用的离子源操作电弧电压下具有比BF3的电离横截面高的电离横截面。氢允许更高水平的B2H6被引入BF3而不减少F离子清除。活性硼离子产生改善的束电流，其特征在于与由常规硼前体材料产生的束电流相比时维持或增大束电流水平而不招致离子源的退化。

Composition of boron-containing dopants, systems and methods for their use

The present application provides a novel composition, a system and method for improving beam current during boron ion implantation. The boron ion implantation process involves the use of B2H6, BF3 and H2 in a specific concentration range. B2H6 was selected to have a higher ionization cross section than BF3 under the operating arc voltage of the ion source used during the generation and implantation of active hydrogen ions. Hydrogen allows higher levels of B2H6 to be introduced into BF3 without reducing F ion scavenging. The improved beam current produced by active boron ions is characterized by maintaining or increasing the beam current level without causing degradation of the ion source compared with the beam current generated by conventional boron precursor materials.

【技术实现步骤摘要】
含硼掺杂剂组合物、使用其的系统和方法本申请是申请日为2015年3月3日的申请号为201580010132.5的题为“含硼掺杂剂组合物、使用其来改善硼离子注入期间离子束电流和性能的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。专利
本专利技术涉及含硼掺杂剂组合物、使用其来改善硼离子注入过程并且特别地改善束电流的系统和方法的独特组合。专利技术背景离子注入是半导体/微电子制造中的重要过程。在集成电路制造中使用离子注入过程来将掺杂剂杂质引入半导体晶圆中。将所需的掺杂剂杂质引入半导体晶圆中以在所需的深度处形成掺杂区域。选择掺杂剂杂质以与半导体晶圆材料结合来产生电载体(electricalcarrier)，并从而改变半导体晶圆材料的电导率。所引入的掺杂剂杂质的浓度决定掺杂区域的电导率。必需产生许多杂质区域来形成晶体管结构、隔离结构和其它电子结构，其共同充当半导体设备。掺杂剂杂质一般是得自源掺杂剂气体的离子。离子源灯丝用于将掺杂剂气体源电离成各种掺杂剂离子种类。所述离子在离子室内产生等离子体环境。随后，从离子室中以限定(defined)的离子束形式引出离子。所得离子束通常由束电流(beamcurrent)来表征。一般来说，较高束电流可允许更多掺杂剂离子种类可用于注入给定的工件(例如晶圆)中。在这种方式下，对于给定流速的源掺杂剂气体，可实现掺杂剂离子种类的较高注入剂量。所得离子束可经由质量分析器/过滤器输送，并然后输送至工件(例如半导体晶圆)的表面。(离子)束的所需的掺杂剂离子种类渗透半导体晶圆的表面，以形成具有所需的电学和/或物理性质的一定深度的掺杂区域。硼注入在半导体行业中广泛地用于改进掺杂区域的电学性质并且最近在其它应用(其中期望区域掺杂有杂质以调节掺杂区域的物理性质)中越来越受人关注。在设备制造期间硼注入步骤的越来越多的使用对于注入B离子的改善方法存在需求，所述改善方法可提供改善的B+束电流(即产生维持或增大的束电流而不缩短离子源寿命)。应理解，术语“B离子”、“B离子种类”、“B离子掺杂剂种类”和“B+离子”将在本文和整个说明书中可互换使用。以改善的B+束电流注入B离子的能力将允许终端用户实施不断增加的硼注入步骤，具有较高的设备生产量和生产率增加改善。三氟化硼(BF3)是半导体行业中通常用于硼注入的掺杂剂气体源。然而，已证实BF3在其产生B+离子并且从而建立目前应用所要求的较高束电流(beamcurrently)的能力方面有限。为了提高B+离子的产生，终端用户可改变各种工艺参数。例如，终端用户可提高输入到离子源的能量，其在本行业中另外被称为离子源的操作电弧电压。或者，可增大引出电流。还有，可提高引入离子源室的BF3的流速。然而，离子注入室的操作中的此类变化可导致对离子源组件的不利影响并减少离子源使用寿命以及离子源在其持续操作期间产生稳定的B+离子束的效率。稳定的B+离子束通过B+束的均匀的束轮廓和以期望的束电流连续供应而没有可能由束闪变(beamglitching)或束电流输出下降引起的中断来定义。例如，随着在典型离子注入过程期间电弧室壁的温度增加，从BF3释放的活性氟可更迅速蚀刻并侵蚀钨室壁，其可导致阴极对含W沉积物的增加的沉积更加敏感。含W沉积物降低离子源产生维持等离子体所必需的阈值数的电子以及产生B+离子的能力。另外，更多的活性氟离子可用于传播所谓有害的“卤素循环”，通过所述卤素循环可发生离子源室壁和其它室组件的增加的化学侵蚀。因此，在较高能量水平下操作离子源室以试图增加BF3的电离具有较短离子源寿命的可能性，从而使得该操作模式是不合意的。此外，BF3的较高流速倾向于产生更多活性氟离子，其引起离子源室壁的化学侵蚀和在产生电弧放电(arcing)的高电压组件上的不合意的沉积。这些工艺改进倾向于缩短(shorter)离子源寿命，从而使得此类操作模式是不合意的。目前，没有用于维持或增大B+离子的束电流而不损坏离子源室组件的可行技术。同样地，在开发组合物、使用该组合物以改善所需的硼离子种类的束电流而不损害离子源寿命的系统和方法方面仍存在未满足的需求。
技术实现思路
本专利技术部分涉及组合物、使用该组合物来改善离子源性能(包括束电流的增加和离子源寿命的延长)的系统和方法。申请人已发现掺杂剂气体的组合物对改善束电流的能力具有显著影响。在第一方面，提供掺杂剂气体组合物。所述组合物包含含硼掺杂剂气体组合物，其包含水平范围为约0.1％-10％的乙硼烷(B2H6)、范围为约5％-15％的H2并且余量为BF3。选择B2H6以在活性硼离子的产生和注入期间使用的离子源操作电弧电压下具有比所述BF3的电离横截面高的电离横截面。与从三氟化硼(BF3)产生的束电流相比，所述含硼掺杂剂气体组合物增大硼离子束电流并延长离子源寿命。在第二方面，提供用于在硼离子注入期间提供改善的束电流的系统。提供离子源设备。所述设备部分地由电弧室壁限定，其中所述室包括至少部分地布置在所述室壁内的硼离子源。提供与所述离子源设备以流体连通的一个或更多个供应容器。所述容器储存含硼掺杂剂气体组合物。所述组合物包含水平范围为约0.1％-10％的B2H6、范围为约5％-15％的H2并且余量为BF3。选择所述B2H6以在活性硼离子的产生和注入期间使用的离子源操作电弧电压下具有比所述BF3的电离横截面高的电离横截面。提供与所述一个或更多个供应容器对应的一个或更多个供应进料管线，由此所述进料管线从所述一个或更多个供应容器延伸通过所述壁进入所述室。设置所述一个或更多个容器来分配所述含硼掺杂剂组合物通过所述供应进料管线并进入所述离子源设备，从而允许所述含硼组合物电离并由此产生活性硼离子。与仅从BF3产生的束电流相比，所述活性硼离子产生增大的束电流。在第三方面，提供在硼离子注入期间提高离子束电流的质量的方法。含硼掺杂剂组合物包含水平范围为约0.1％-10％的B2H6、范围为约5％-15％的H2并且余量为BF3。将所述含硼掺杂剂组合物引入离子源室。在预定的操作电弧电压下使B2H6和BF3电离，在所述预定的操作电弧电压下所述B2H6具有比所述BF3的电离横截面高的电离横截面。产生活性硼离子。产生增大的束电流，其特征为与仅从BF3产生的束电流相比具有延长的源寿命。附图简述从本专利技术优选实施方案的以下详述结合附图将更好地理解本专利技术的目标和优势，其中同样的数字在通篇中表示相同的特征，且其中：图1描绘了在不同能量水平下B2H6和BF3的电离横截面；图2显示了本专利技术的掺杂剂气体组合物的不同输送流程图；图3显示结合本专利技术原理的离子源；图4显示在硼注入系统内的图3的离子注入机；和图5是本专利技术的掺杂剂气体组合物与其它类型的硼基掺杂剂气体材料的束电流水平的比较。具体实施方案通过以下详述来更好地理解本专利技术的各种要素的关系和功能。该详述考虑本公开内容范围内的呈各种排列和组合形式的特征、方面和实施方案。因此，可将本公开内容规定为包含下列、由下列组成或基本上由下列组成：这些特定特征、方面和实施方案的此类组合和排列中的任何一个，或其选定的一个或更多个。如本文和整个说明书中使用的“B离子”表示适合于注入衬底的各种硼离子掺杂剂种类，包括硼或含硼阳离子例如B+。如本文中使用，除非另外指示，否则所有浓度均表述为基于作为混合物的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其包含：0.1％‑10％的乙硼烷(B2H6)；5％‑15％的H2；和余量为对于硼质量同位素11同位素富集的三氟化硼(11BF3)，其中，所述组合物的特征在于不超过10,000ppm的高级硼烷。

【技术特征摘要】
2014.03.03 US 61/947064;2015.03.02 US 14/6354131.一种用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其包含：0.1％-10％的乙硼烷(B2H6)；5％-15％的H2；和余量为对于硼质量同位素11同位素富集的三氟化硼(11BF3)，其中，所述组合物的特征在于不超过10,000ppm的高级硼烷。2.权利要求1所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述B2H6和H2作为混合物在第一供应源中提供，所述11BF3在第二供应源中提供。3.权利要求1所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述B2H6和11BF3作为混合物在第一供应源中提供，所述H2在第二供应源中提供。4.权利要求1所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述B2H6、H2和11BF3作为混合物在单一供应源中供应。5.权利要求1所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述B2H6同位素富集超过天然丰度水平。6.权利要求1所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述含硼掺杂剂组合物在离子室的上游位置和/或离子室内产生。7.一种用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其包含设置为在供应容器中提供的对于硼质量同位素11同位素富集的三氟化硼(11BF3)，其中所述11BF3的特征在于不超过10,000ppm的高级硼烷并且进一步地其中所述供应容器包含氢气(H2)。8.权利要求7所述的用于离子注入工艺的含硼掺杂剂组合物，其中所述11BF3作为气体套件的部分供应，所述气体套件包括单独的包含B2H6的供应容器。9.权利要求7所述的含硼掺杂剂组合物，其中所述供应容器设置到气体箱中。10.权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：AK辛哈，SM史密斯，DC海德曼，SM坎珀，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US