專利名稱：同位素富集的含硼化合物及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物、組合物，及其制備和使用方法。
背景技術(shù)：
離子注入(ion implantation)用于集成電路制造中以將受控量的摻雜劑雜質(zhì)精確地引入半導(dǎo)體晶片中，并且其是微電子/半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵步驟。在這樣的注入系統(tǒng)中，離子源電離所需摻雜劑源氣體(dopant sourcegas)的摻雜元素(dopant element)。所述離子源通過將電子引入充滿摻雜劑源氣體(通常也被稱為“原料氣(feedstock gas)”)的真空室來生成離子。用于生成注入物質(zhì)的原料氣包括但不限于BF3> B10H14' B12H22、PH3、AsH3、PF5、AsF5' H2Se, N2, Ar, GeF4' SiF4' 02、H2 和 GeH4。含有待注入的摻雜元素的組合物通常稱為摻雜劑源或前體。電子與氣體中的摻雜劑原子和分子碰撞使得形成由正和負(fù)摻雜離子組成的離子化等離子體(ionized plasma)。所生成的離子以具有所需能量的離子束形式從所述源中引出。引出(extraction)通過將高電壓施加到合適形狀的引出電極(extractionelectrode)而完成,所述引出電極包含用以通過引出束(extracted beam)的孔。所述引出束穿過孔并且作為平行離子束離開離子源，所述平行離子束向基底加速。所述離子束撞擊基底(如半導(dǎo)體晶片)表面以將摻雜劑元素注入基底。所述離子束的離子滲透基底表面以形成具有所需電導(dǎo)率的區(qū)域。注入離子物質(zhì)廣泛地包括B、P、As、Se、N、Ar、Ge、S1、O和H，硼為特別廣泛使用的注入物質(zhì)。在集成電路制造中的主要步驟之一是將硼注入硅晶片中。由于元素硼甚至在高溫下也顯示出非常低的蒸汽壓，因此需要使用揮發(fā)性含硼化合物。目前，三氟化硼(BF3)作為硼注入的原料氣(feed gas)廣泛使用(例如，據(jù)估計(jì)2007年度全世界消耗的用于離子注入的 BF3 為約 3000kg)。盡管BF3使用廣泛，但其確實(shí)存在缺點(diǎn)。BF3分子非常難以電離并且僅有約15%的所有注入離子源的BF3可被碎片化。剩余的BF3被丟棄。此外，僅有約30%的離子化BF3轉(zhuǎn)化成可用于注入的B+離子。這導(dǎo)·致低B+射束電流(beam current)，其嚴(yán)重限制了注入過程
的處理量。B+射束電流的某些增加可通過改變工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)，如通過提高引出電流以及通過增加BF3流速。這些措施使得離子源的使用壽命減少，高壓電弧導(dǎo)致工具不穩(wěn)定，以及較差的真空造成射束能量污染。即使沒有大幅調(diào)整注入工藝參數(shù)，已經(jīng)公認(rèn)硼的注入需要更頻繁的預(yù)防性維修中斷，所述維修中斷為集成電路制造商帶來了其它問題。因?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)總體趨向使用較低的注入能量，由于低B+射束電流引起的處理量限制問題在近年來已經(jīng)變得更加重要。由于空間電荷和硼的低原子重量，在較低的注入能量時(shí)，B+射束經(jīng)歷更嚴(yán)重的吹滅效應(yīng)(blow-out effect)。除了前述問題外，已經(jīng)提及元素硼具有非常低的蒸汽壓。因此，如果含硼前體易于過度分解導(dǎo)致硼殘余物的沉積，那么，從離子注入器工具操作的角度看，該含硼前體可能不適合用于離子注入。由于上述原因，本領(lǐng)域持續(xù)尋找改進(jìn)的硼前體。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物，及其制備和使用方法。在一方面，本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括兩個(gè)或以上的硼原子和至少一個(gè)氟原子，其中至少一個(gè)硼原子含有所需的硼同位素，其濃度或比例高于其天然豐度(natural abundance)的濃度或比例。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及一種將硼注入基底的方法，包括電離上述類型化合物以生成硼離子；以及將所述硼離子注入基底中。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及束線離子注入(beam-line ion implantation)、等離子體浸沒離子注入(plasma immersion ion implantation)或等離子體摻雜系統(tǒng)(plasma doping system),其包括上述化合物源。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及包括上述類型化合物的氣體貯存和分配容器。本文公開內(nèi)容在另一方面涉及改進(jìn)離子注入工藝的射束電流的方法，其包括:流動(dòng)上述類型的化合物；以及由所述化合物生成離子束。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及合成上述類型化合物的方法，其包括將含硼氣體與硼金屬接觸。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及制備上述類型的化合物源的方法，其包括用所述化合物填充貯存和分配容器。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括將上述類型化合物用至少一種選自下列的共流物質(zhì)流至離子注入工具:惰性氣體、氬、氮、氦、氫、氨、氙、二氟化氙、同位素富集乙硼烷和天然豐度乙硼烷。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括將同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)2F4化合物與同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)F3化合物流至離子注入工具。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括在離子注入工具中使用上述類型化合物和通過流過清潔劑來定期清潔上述工具或其組件，所述清潔劑可有效地至少部分除去在上述工具或其組件中通過離子注入操作形成的沉積物。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及進(jìn)行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中使用如上所述類型的化合物作為在上述離子注入工具操作中唯一的摻雜劑源化合物。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及進(jìn)行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中進(jìn)行上述離子注入，在所述注入工具中處理唯一的同位素富集的原子質(zhì)量為11的硼B(yǎng)2F4作為摻雜化合物。在另一方面，本文公開內(nèi)容涉及進(jìn)行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中進(jìn)行上述離子注入，在所述注入工具中使用同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)2F4作為摻雜劑化合物，其中所述離子 注入工具還處理胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼的至少一種。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及貯存和分配容器，其在選自物理吸附劑和離子液體的貯存介質(zhì)中含有如上所述類型的化合物。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及含有如上所述類型的化合物的貯存和分配容器，其中所述容器含有限流孔板(restricted flow orifice),其位于所述容器內(nèi)或容器輸出口內(nèi)。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及含有如上所述類型的化合物的貯存和分配容器，其中所述容器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)以在低于大氣壓的壓力下分配所述化合物。本文公開內(nèi)容在另一方面涉及用于AMU分離以生成用于離子注入的離子物質(zhì)的離子化組合物，上述組合物來自除BF3外的硼前體化合物，其中上述硼前體化合物同位素富集至超過kiB和11B之一的天然豐度，并且其中上述組合物包括一種或多種下列物質(zhì):B2F4+、
DP+ D + D17 + D17 + DI^+ D+ U+ D ++ D 17 ++ D ++ DU1 ++ DC1 ++ ++ D++ ++ D +++ D +++Ij2-r 3、匕2.^ 2、Dr 3、DP 2、DP > JJ > P、匕2.^ 4 、匕2.^ 3 、匕2.^ 2 、.DP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、匕2.^ 4 、匕2.^ 3 、
B2F2+++、BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++和F+++，其中的含硼物質(zhì)同位素富集至超過wB和11B之一的天然豐度。本文公開內(nèi)容的另一方面涉及硼離子物質(zhì)，其選自B2F4+、B2F3+、B2F2+、BF3+、BF2+、BF+、
R+ R F ++ R F ++ R F ++ RF ++ RF ++ RF++ R++ R F +++ R F +++ R F +++ RF +++ RF +++ RF+++ JD R+++
并且同位素富集至超過kiB和11B之一的天然豐度。本文公開內(nèi)容在另一方面涉及改進(jìn)離子注入過程的射束電流的方法，其包括使用同位素富集的含硼化合物，與相應(yīng)的非同位素富集的含硼化合物相比，所述化合物可有效形成產(chǎn)生這種改進(jìn)的射束電流的同位素富集的離子物質(zhì)。
本發(fā)明的其他方面、特征和實(shí)施方案將從隨后的公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求中更加充分地體現(xiàn)。


圖1為根據(jù)本文公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體制造設(shè)備的示意圖，所述制造設(shè)備包括配鉻用以接收來自前體提供容器的同位素富集的含硼前體的離子注入系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物、組合物及其制備和使用方法。在一方面，本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括兩個(gè)或以上的硼原子和至少一個(gè)氟原子，其中至少一個(gè)硼原子含有所需的硼同位素，其濃度或比例高于其(所需同位素)的天然豐度濃度或比例。所述含硼化合物可為任意合適的類型，并且可包括任意數(shù)量的硼原子。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述含硼化合物含有至少兩個(gè)硼原子和至少一個(gè)氟原子。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述含硼化合物含有2-80個(gè)硼原子，其包括二硼化合物(如B2F4、B2H6, H2B2F6, H2B2F2O3^H2B2F2O6^P H2B2F4O2X三硼化合物(如 B3F6),四硼化合物(H4B4F1C1、B(BF2)3CO 和(F2B)3BC0)、五硼化合物、六硼化合物、七硼化合物、八硼化合物(如B8F12)、九硼化合物、十硼化合物(如B10F12)^^一硼化合物、十二硼化合物等，最高至B8tl化合物(如富勒烯的B8tl類似物)。在其它實(shí)施方案中，所述含硼化合物可含有2、3、4、5、6、7、8、9、10或11個(gè)硼原子。其它實(shí)施方案可以包括簇硼化合物(cluster boron compound)。在其它實(shí)施方案中,所述含硼化合物可為二硼化合物。在其它實(shí)施方案中，所述含硼化合物可包括除特定含硼化合物物質(zhì)外的二硼化合物(例如，除二硼烷外的二硼化合物)。因此可以理解的是本公開內(nèi)容在含硼化合物的寬泛范圍內(nèi)預(yù)期各種各樣類型的含硼化合物。在一個(gè)同位素富集的含硼化合物的實(shí)施方案中，所需同位素為原子質(zhì)量為10的硼，且其天然豐度濃度為約19.9%。在這樣的硼化合物中，原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度在具體的組成變型中可為例如高于 19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 或 99.99%。例如，原子質(zhì)量為 10 的硼同位素濃度可為 20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%,70-75%,75-80%,80-85%,85-90%,90-95%,95-99% 或 95-99.9%。在其它的實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為10的硼同位素濃度可為20-30%、30-40%、40-50%、50-60%、60-70%、70-80%、80-90%或90-99%。在這些多種實(shí)施方案中的各含硼化合物中，其含有兩個(gè)硼原子。在同位素富集的含硼化合物的另一個(gè)實(shí)施方案中，所需同位素為原子質(zhì)量為11的硼且其天然豐度濃度為約80.1%。在這樣的硼化合物中，原子質(zhì)量為11的硼同位素濃度在具體的組成變型中可為例如高于80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%或99.99%ο例如，原子質(zhì)量為11的硼同位素濃度可為81-85%、85-90%、90-95%、95-99%、95-99.9%。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為11的硼同位素濃度可為81-90%或90-99%。在這些多種實(shí)施方案中 的各含硼化合物中，其含有兩個(gè)硼原子和至少一個(gè)氟原子，并且在其它化合物中，11B與kiB的比例在4.1-10，000范圍內(nèi)。在如上所述的同位素富集的含硼化合物的多種實(shí)施方案中，所述含硼化合物具有化學(xué)式b2f4。在如上所述的同位素富集的含硼化合物的多種實(shí)施方案中，所述含硼化合物具有化學(xué)式B2F6。更概括地說，在本公開內(nèi)容的同位素富集的含硼化合物中，在兩個(gè)或以上的硼原子中所需同位素的濃度可彼此相同或不同。在本公開內(nèi)容的同位素富集的含硼化合物的多種實(shí)施方案中，所述含硼化合物含有3、4、5、6、7、8、9、10或11個(gè)硼原子。本公開內(nèi)容在一方面涉及將硼注入基底中的方法，其包括電離在本說明書中各種描述的同位素富集的含硼化合物以生成硼離子，并且將硼離子注入基底。在該方法中，所述同位素富集的含硼化合物可以為在本說明書中以上部分所描述的任意合適的類型。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述化合物具有化學(xué)式b2f4。在該方法的多種其它的實(shí)施方案中，所述同位素富集的含硼化合物具有化學(xué)式b2f6。本公開內(nèi)容在另一方面涉及束線離子注入、等離子體浸沒離子注入或等離子體摻雜系統(tǒng)，其包括同位素富集的含硼化合物源，其中所述化合物可以為本說明書中以上部分所描述的任意類型。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述化合物具有化學(xué)式B2F4。在該方法的多種其它實(shí)施方案中，所述同位素富集的含硼化合物具有化學(xué)SB2F6。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容涉及離子注入，其中硼離子生成并且通過電場(chǎng)加速以撞擊基底(如微電子器件基底)。該注入含硼離子的方法在一次實(shí)施中包括在至少15%的高電離效率下電離含硼摻雜劑物質(zhì)，其使用的弧電壓低于100伏，優(yōu)選低于90伏，更優(yōu)選低于80伏，并且最優(yōu)選低于70伏，其使用常規(guī)熱陰極離子源，或使用類似的電壓并使用另一種離子源。在其它的實(shí)施方案中，所述離子注入特別地排除等離子體浸沒過程。
`
上述束線離子注入、等離子體浸沒離子注入或等離子體摻雜系統(tǒng)在其具體的實(shí)施中，包括適用于將同位素富集的含硼化合物輸送至電離室的導(dǎo)管，其中所述導(dǎo)管維持在可有效地最小化或抑制導(dǎo)管阻塞和/或所述化合物在導(dǎo)管中的分解的溫度。出于此目的，所述電離室和/或前體進(jìn)料導(dǎo)管可具備有效冷卻能力，如通過提供熱交換流回路(heatexchange flow circuitry)用來降低進(jìn)入電離室的流入摻雜劑氣體的溫度。在將所述同位素富集的含硼化合物輸送至離子注入器工具時(shí)，所述同位素富集的含硼化合物可以與(一種或多種)其它組分輸送(如共流)至所述離子注入器工具，所述其它組分如惰性氣體物質(zhì)(如氬、氙、氮、氦等)、氫、氨、其它硼前體(如天然豐度硼前體、其它同位素富集的含硼前體)、其它摻雜劑前體(即無硼摻雜劑前體)，或一種或多種前述組分。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述同位素富集的含硼化合物(例如富集的含有原子質(zhì)量為11的硼同位素的B2F4)與富集的含有原子質(zhì)量為11的硼同位素的BF3共流至所述離子注入器工具，其中用同位素富集的BF3稀釋同位素富集的B2F4以加強(qiáng)所述前體料流抵抗進(jìn)料管線對(duì)所述工具的阻塞的能力。在這種情況下，所述射束電流可維持在提供顯著的良好操作并且同時(shí)最大化離子源使用壽命的水平。在使用同位素富集的含硼前體的各種其它應(yīng)用時(shí)，離子注入系統(tǒng)的操作可以與系統(tǒng)組件的原位清潔一起進(jìn)行，如通過定期將清潔劑流入所述系統(tǒng)或其待清潔的特定組件中。在此操作中所使用的清潔劑可為任意合適的類型，例如二氟化氙、氟、三氟化氮或其它可有效接觸在離子注入系統(tǒng)或其待清潔的特定組件中形成的沉積物的清潔劑，以至少部分去除所述沉積物。在所述離子注入系統(tǒng)中待通過此定期引入的清潔劑而清潔的位鉻可為氣體管、電弧室、前級(jí)軌道或在所述工具或輔助設(shè)備中的可通過在離子注入操作中使用的化學(xué)物質(zhì)而形成沉積物的其它任意位鉻或區(qū)域。在使用同位素富集的含硼化合物作為前體的另一種應(yīng)用中，使用同位素富集的原子質(zhì)量為11的硼B(yǎng)2F4作為唯一摻雜劑前體來操作離子注入工具。在其它應(yīng)用中，使用同位素富集的原子質(zhì)量為11的硼B(yǎng)2F4作為摻雜劑物質(zhì)在離子注入工具上進(jìn)行離子注入，所述離子注入工具還用于進(jìn)行包括摻雜劑前體的摻雜操作，所述摻雜劑前體選自胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼。本公開內(nèi)容的另一方面涉及氣體貯存和分配容器，其包括在本說明書中多方面描述的任意類型的同位素富集的含硼化合物。此氣體貯存和分配容器可以含有例如具有化學(xué)式B2F4的同位素富集的含硼化合物。所述氣體貯存和分配容器在具體的實(shí)施方案中可以包括鉻于所述容器內(nèi)部空間的調(diào)節(jié)器、止回閥、吸附劑、過濾器和毛細(xì)流動(dòng)限制裝鉻中的一個(gè)或多個(gè)。所述容器在其它實(shí)施方案中可以含有用于含硼化合物的貯存介質(zhì)(如固相物理吸附劑)或者離子液體貯存介質(zhì)。在其它的實(shí)施方案中，所述容器可包括位于所述容器內(nèi)部空間或所述容器的連接端口(例如出口)內(nèi)的限流孔板。本發(fā)明的另一方面涉及合成在本說明書的以上部分所描述的任意類型的同位素富集的含硼化合物的方法，所述方法包括將含硼氣體與硼金屬接觸。在該方法中，所述含硼氣體和硼金屬之一或二者可為同位素富集的。因此，例如，本公開內(nèi)容在一個(gè)實(shí)施方案中設(shè)想同位素富集的硼金屬和天然豐度的三氟化硼進(jìn)行接觸的結(jié)合物。在另一個(gè)說明性的實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容設(shè)想將天然豐度硼金屬和同位素富集的三氟化硼作為接觸物質(zhì)的結(jié)合物，在另一個(gè)說明性的實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容設(shè)想將同位素富集的硼金屬與同位素富集的三氟化硼接觸。作為上述合成方法的具體實(shí)例，所述在接觸中合成的同位素富集的含硼化合物可以為B2F4，而所述含硼氣體可以為三氟化硼。前述合成方法可以使用在硼金屬中原子質(zhì)量為10的硼同位素以任意合適的濃度進(jìn)行。在具體的實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為10的硼同位素在硼金屬中的濃度可高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%ο在其它實(shí)施方案中，所述合成方法可以使用在所述硼金屬中原子質(zhì)量為11的硼同位素而進(jìn)行，并且在該類型的具體實(shí)施方案中，所述原子質(zhì)量為11的硼同位素在所述硼金屬中的濃度可高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。在所述合成方法的其它實(shí)施方案中(其中使用三氟化硼)，可使用同位素富集的三氟化硼物質(zhì)，如其中原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99% 的三氟化硼。在其它實(shí)施方案中，可進(jìn)行使用同位素富集形式的三氟化硼的合成方法，其中所述三氟化硼富集原子質(zhì)量為11的硼同位素，其中所述原子質(zhì)量為11的硼同位素在三氟化硼中的濃度高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。

本公開內(nèi)容在另一方面涉及改進(jìn)用于離子注入過程的射束電流的方法，所述方法包括使用與相應(yīng)的非同位素富集的含硼化合物相比，可有效產(chǎn)生該改進(jìn)的射束電流的同位素富集的含硼化合物。在具體的實(shí)施方案中，所述同位素富集的含硼化合物包括同位素富集的B2F4。
本公開內(nèi)容的另一方面涉及在離子注入過程中改進(jìn)射束電流的方法，其包括流動(dòng)本說明書中以上部分所描述的任意合適類型的同位素富集的含硼化合物，以及從所述化合物中生成離子束。在該方法中，所述同位素富集的含硼化合物可包括化學(xué)式為B2F4的化合物。該含硼化合物經(jīng)電離后可以形成各種離子物質(zhì)和碎片，其包括下列一種或多種物質(zhì):
Dp+ DP+ DP+ D17 + D17 + DI^+ D+ U+ D ++ D ++ D ++ DU1 ++++ D17++ D++ U++ T3 Τ7 +++
4、Ij2-r β、γ52-Τ 2、JJP β、DP 2、JJP、D、Jh、 32-Γ ^ 、 32-Γ β 、 32-Γ 2 、IjP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、 32-Γ ^ 、
R F +++ RF +++ RF +++ RF +++ RF+++ R+++ F+++
■^2丄 3 、 ^^丄 2、 "^丄 3 、 "^丄 2 、 "^丄、UzI l-ι 丄ο 由于使用同位素富集的含硼化合物及它們相應(yīng)的富集的含硼離子物質(zhì)和碎片一一其通過包括AMU磁鐵或其它選擇器的選擇器選擇用于注入，射束電流可實(shí)現(xiàn)顯著的改進(jìn)。在這些各種實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為11的硼同位素在含硼化合物中和由其得到的離子物質(zhì)和碎片中的濃度可高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%?；蛘?，可使用富集了原子質(zhì)量為10的硼同位素的含硼化合物，即，含硼化合物和相應(yīng)的由其得到的離子物質(zhì)和碎片，其中原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%。除了使用同位素富集化合物作為進(jìn)料氣來源用于離子注入外，本公開內(nèi)容設(shè)想這樣的配鉻:其中使用含硼來源化合物的結(jié)合物以實(shí)現(xiàn)各種改進(jìn)，例如改進(jìn)射束電流和/或離子注入操作的其它操作參數(shù)；降低分解和由此產(chǎn)生的沉積物的水平；提高在所述離子注入系統(tǒng)中抵抗流動(dòng)通道阻塞的能力等。本公開內(nèi)容還設(shè)想使用硼同位素均一的化合物作為用于硼離子注入的前體，即含硼化合物和由其得到的離子物質(zhì)和碎片，其中所有原子硼為kiB或11B,以實(shí)現(xiàn)對(duì)射束電流或離子注入操作和系統(tǒng)的其它操作參數(shù)的改進(jìn)。已經(jīng)證明了使用同位素富集的含硼化合物以用于顯著改進(jìn)所選離子物質(zhì)的射束電流，例如根據(jù)所選用于離子注入的具體的離子物質(zhì)，射束電流的改進(jìn)水平為5-30%或以上。所述離子物質(zhì)(對(duì)于硼含量同位素富集)可為任意合適的類型，并且可包括例如下列一種或多種:b2f4+、b2f3+、b2f2+、bf3+、bf2+、bf+、b+、f+、b2f4++、b2f3++、b2f2++、bf3++、bf2++、bf++、b++、F++、B2F4+' B2F3+' B2F2+' BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++ 和 F+++。因此，同位素富集可用于改進(jìn) AMU磁鐵對(duì)所需類型的離子(例如，如BF2+、BF+或F+)的選擇性。通過使用這些同位素富集物質(zhì)增加離子注入工具中的射束電流，可避免對(duì)于增加源氣流和源電弧功率的需要，例如原本可能要求其以達(dá)到更高的射束電流水平，但是其效率較低并且導(dǎo)致用于離子注入的源氣體的低利用率。特別優(yōu)選使用同位素富集的B2F4,因?yàn)榕c在相同條件下和在相同離子注入工具中使用三氟化硼獲得的射束電流相比，該硼源化合物即使在天然豐度的同位素組成下也顯著改進(jìn)射束電流(例如，對(duì)于物質(zhì)如BF2+和B+)。同位素富集可進(jìn)一步增加這些改進(jìn)的幅度。本公開內(nèi)容在另一方面涉及在同位素富集的含硼化合物的電離中生成離子物質(zhì)，其對(duì)于離子注入是有用的，其中所述同位素富集的含硼離子物質(zhì)選自b2f4+、b2f3\ b2f2+、
D17 + D17 + Dl^+ D+ U+ D 17 ++ D 17 ++ D 17 ++ DU1 ++ DC1 ++ D17++ D++ U++ T3 Τ7 +++ D +++ D +++ η +++JjP β、JjP 2、Jjp、d、Jh、ij2-r ^ 、ij2-r β 、ij2-r 2 、Jjp β 、Jjp 2 、Jjp > Jj 、Jh 、ij2-r ^ 、ij2-r β 、ij2-r 2 、Jjp β 、
BF2+++、BF+++、B+++和F+++。本公開內(nèi)容還設(shè)想AMU磁鐵選擇一種或多種這些由同位素富集的含硼化合物的電離生成的離子物質(zhì)，并且將這些同位素富集的含硼離子物質(zhì)注入基底，例如微電子器件基底。所述同位素富集的含硼物質(zhì)可以進(jìn)行同位素富集以提供不同于天然豐度水平的原子質(zhì)量為11的硼同位素的濃度或原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度，其可為前述任意濃度，即原子質(zhì)量為11的硼同位素在離子物質(zhì)中的濃度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99% ;或同位素富集的含硼物質(zhì)，其中質(zhì)量為10的硼同位素的濃度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。本公開內(nèi)容的另一方面涉及由于使用同位素富集的含硼源化合物而減少在所述離子注入工具表面上材料的熱分解和沉積的方法。在離子注入中使用的含硼源化合物的熱分解可使得元素硼沉積并生成三氟化硼或其它副產(chǎn)物氣體物質(zhì)。即使氣體進(jìn)料線充分冷卻，在電弧室壁上會(huì)不可避免地發(fā)生一些熱沉積。由于這種分解和相關(guān)的沉積作用而形成的沉積物可為來自源氣體的硼金屬和來自電弧室壁的鎢或鑰的混合物。沉積物既可在離子源附近的氣體進(jìn)料管線中形成，也可在噴嘴內(nèi)部和表面、電弧室底盤以及電離器的底盤基墊下形成。這些沉積物需要定期維護(hù)去除，例如通過噴砂清洗(abrasive cleaning)和化學(xué)方法(例如使合適的清潔氣體流經(jīng)含有沉積物的工具以揮發(fā)所述沉積物使得它們可被除去)。所產(chǎn)生的流出物可進(jìn)行處理以修復(fù)或回收來自流出料流中的特定物質(zhì)。根據(jù)真空室的構(gòu)建材料(例如前述鎢和鑰材料)，如果所述離子注入器不是僅用硼摻雜劑進(jìn)行操作，通過來自硼源化合物的離子和原本存在于真空室的材料的相互作用可能形成各種類型的固體材料或離子。在具有鋁絕緣體的鎢電弧室中，可以形成具有很大差異類型的離子，包括WFx+ (其中x=0、l、2、3、4、5或6)和AlFy+ (其中y=0、l、2或3)。這些離子可與所述同位素富集的含硼源化合物反應(yīng)形成相應(yīng)的同位素富集沉積物。這些沉積物的同位素特性提供了使用由于其同位素組成而對(duì)其具有選擇性的清潔劑的可能。本公開內(nèi)容的另一方面涉及制備在本說明書中以上部分所描述的任意合適類型的同位素富集的含硼化合物源的方法，其中所述方法包括用所述化合物填充貯存和分配容器。在該方法中，所 述同位素富集的含硼化合物在一個(gè)實(shí)施方案中具有化學(xué)式b2f4。本公開內(nèi)容的同位素富集的含硼化合物包括大量的化合物，其具體的化合物在標(biāo)準(zhǔn)條件下(I大氣壓，250C )為氣體、固體或液體形式。因此，本公開內(nèi)容設(shè)想用于AMU分離以生成用于離子注入的離子物質(zhì)的電離組合物，所述組合物來自除BF3外的硼前體化合物，其中所述硼前體化合物同位素富集至超過wB和11B之一的天然豐度，并且其中所述組合物包括下列一種或多種物質(zhì):B2F4+、B2F3\
D +++ DI^+ D+ U+ D ++ D 17 ++ D 17 ++ DU1 ++++ D17++ D++ 7++ Τ3 Τ7 +++ D +++ D +++
2、DT β、DP 2、DP、D、Jh、IJ2-r 4 、γ52-Τ β 、γ52-Τ 2 、DP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、Ij2-r ^ 、Ij2-r β 、 32-Γ 2 、
BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++和F+++，其中含硼前體化合物同位素富集至超過wB和11B之一的天然豐度。在這些組合物中，所述硼前體化合物可具有化學(xué)式B2F4或任意其它合適的化學(xué)式。所述組合物的構(gòu)成可為使得原子質(zhì)量為10的硼同位素在含硼離子物質(zhì)中的濃度高于
19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%?；蛘?，所述組合物的構(gòu)成可為使得原子質(zhì)量為11的硼同位素在上述含硼離子物質(zhì)中的濃度高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。本公開內(nèi)容的另一方面涉及硼離子物質(zhì)，其選自B2F4+、B2F3\ B2F2\ BF3\ BF2\ BF+、
R+ R F ++ R F ++ R F ++ RF ++ RF ++ RF++ R++ R F +++ R F +++ R F +++ RF +++ RF +++ RF+++ JD R+++
并且同位素富集至超過kiB和11B之一的天然豐度。在所述硼離子物質(zhì)中，原子質(zhì)量為10的硼同位素在上述硼離子物質(zhì)中的濃度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%,或者，原子質(zhì)量為 11 的硼同位素在上述硼離子物質(zhì)中的濃度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。本公開內(nèi)容的另一方面涉及改進(jìn)離子注入過程的射束電流的方法，其包括使用同位素富集的含硼化合物，所述化合物與相應(yīng)的非同位素富集的含硼化合物相比可有效形成同位素富集的離子物質(zhì)，得到該改進(jìn)的射束電流。所述同位素富集的含硼化合物可以具有化學(xué)式B2F4，或者包括任意其它合適的同位素富集的含硼化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為10的硼同位素在所述同位素富集的離子物質(zhì)中的濃度高于 19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，原子質(zhì)量為11的硼同位素在上述同位素富集的離子物質(zhì)中的濃度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。本公開內(nèi)容的另一方面涉及乙硼烷(B2H6)結(jié)合B2F4作為摻雜劑前體組合物的用途。所述B2F4在該摻雜劑前體組合物中可以為如在本說明書中廣泛描述的同位素富集的，或者為非同位素富集形式。類似地，該摻雜劑前體組合物中的乙硼烷可以同位素富集硼同位素物質(zhì)，或者為非同位素富集的形式。在使用這樣的B2F4和乙硼烷的摻雜劑前體組合物時(shí)，所述B2F4和乙硼烷化合物可以彼此預(yù)混合并且從相同的源部件傳送，或者，這些B2F4和乙硼烷化合物可各自由分別的源部件提供，并且以任意合適的方式從這些分別的源部件流至處理工具。例如，單獨(dú)的B2F4和乙硼烷化合物可從分別的源部件共同流至所述處理工具，或者，這些化合物可以以連續(xù)或交替的方式傳送至所述處理工具。

在本公開內(nèi)容的另一方面，本公開內(nèi)容的硼化合物和組合物可用于基底的等離子體摻雜以用于生產(chǎn)太陽能電池，其使用來自本說明書中廣泛描述的富集的或非富集的B2F4和含B2F4組合物的硼離子。現(xiàn)在參照附圖，圖1為本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體制造設(shè)備的示意圖，其包括配鉻以接收來自前體供應(yīng)容器的同位素富集的含硼前體的離子注入系統(tǒng)。如圖1所示，所述半導(dǎo)體制造設(shè)備180包括摻雜劑前體供應(yīng)容器182，其配鉻用于將摻雜劑前體分配至所述離子注入系統(tǒng)的離子源室。所述摻雜劑前體供應(yīng)容器182可以為任意合適的類型，并且當(dāng)所述摻雜劑前體為氣態(tài)形式并且可物理吸附在所述容器中含有的吸附介質(zhì)上時(shí)，可以由例如購自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商標(biāo)為“SDS”類型的基于吸附劑的流體貯存和分配裝鉻構(gòu)成，所述容器用于在低于大氣壓的壓力下(例如，低于600torr (托)的壓力，如約10至約500torr的壓力)提供摻雜劑前體氣體。或者，當(dāng)所述摻雜劑前體以加壓狀態(tài)貯存時(shí)(例如，貯存在購自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商標(biāo)為“VAC”的類型的壓力調(diào)節(jié)容器中，其用于在較低壓力下從含液體容器中分配氣體)，所述摻雜劑前體可以為液體形式。再或者，所述摻雜劑前體可以為固體形式并且可以在購自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商標(biāo)為ProE-Vap的類型的氣化器容器中提供，其中加熱所述摻雜劑前體固體以生成前體蒸汽用于所述離子注入操作。在示意性的圖1系統(tǒng)中的摻雜劑前體可包括例如同位素富集的四氟化二硼(B2F4),或任意其它同位素富集的含硼前體。所述摻雜劑氣體在進(jìn)料管線184中流至氣體分配單元186，其構(gòu)造并配鉻為抑制位于離子源190的高壓進(jìn)口 188上游的摻雜劑氣體的電離，其中所述摻雜劑氣體經(jīng)電離形成具有所需特性的摻雜劑離子。
所生成的摻雜劑離子在通道192中從離子源190傳送至注入室194，其中晶片(未示出)放鉻在相對(duì)于摻雜劑物質(zhì)的離子流的離子撞擊位鉻。從注入室排出的副產(chǎn)物在流出物處理管線196中流至流出物處理單元198，其中所述流出物可以經(jīng)處理和/或回收加工以生成最終流出物，其從排出物處理單元198排出。
雖然本發(fā)明已經(jīng)在本說明書中參照本發(fā)明具體方面、特征和說明性的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是應(yīng)理解的是本發(fā)明的應(yīng)用沒有因此而受到限制，而是延伸至并且包括許多其它變化、改變和替換方案，基于本文的公開內(nèi)容，這一點(diǎn)對(duì)于本發(fā)明的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。相應(yīng)地，本說明書下文所要求保護(hù)的本發(fā)明意在被廣義地說明和解釋為包括在本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的所有的這些變化、改變和替換方案。
權(quán)利要求
1.一種含硼化合物，含有兩個(gè)或以上的硼原子和至少一個(gè)氟原子，其中所述化合物含有硼同位素，其濃度或比例高于其天然豐度的濃度或比例。
2.權(quán)利要求1的化合物，其含有(i)濃度高于19.9%的原子質(zhì)量為10的硼或(ii)濃度高于80.1%的原子質(zhì)量為11的硼。
3.權(quán)利要求2的化合物，其中原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度高于選自下列的值:19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%和 99.99%。
4.權(quán)利要求2的化合物，其中原子質(zhì)量為10的硼同位素的濃度范圍選自20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%、70-75%、75-80%、80-85%、85-90%、90-95%、95-99%和 95-99.9%。
5.權(quán)利要求2的化合物，其中原子質(zhì)量為11的硼同位素的濃度高于選自下列的值:80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 和 99.99%。
6.權(quán)利要求2的化合物，其中原子質(zhì)量為11的硼同位素的濃度范圍選自81-85%、85-90%、90-95%、95-99% 和 95-99.9%。
7.權(quán)利要求1的化合物，其中所述化合物含有兩個(gè)硼原子。
8.權(quán)利要求1的化合物，其中所述化合物具有化學(xué)SB2F4。
9.權(quán)利要求1的化合物，其具有的11B與kiB的比例為4.1-10, 000。
10.一種將硼注入基底的方法，其包括:電離含兩個(gè)或以上的硼原子和至少一個(gè)氟原子的含硼化合物以生成硼離子，其中所述化合物含有硼同位素，所述硼同位素的濃度或比例高于其天然豐度的濃 度或比例；以及將所述硼離子注入基底。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述含硼化合物含有(i)濃度高于19.9%的原子質(zhì)量為10的硼或(ii)濃度高于80.1%的原子質(zhì)量為11的硼。
12.權(quán)利要求11的方法，其中原子質(zhì)量為10的硼同位素在含硼化合物中的濃度高于選自下列的值:19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%和 99.99%。
13.權(quán)利要求11的方法，其中原子質(zhì)量為10的硼同位素在含硼化合物中的濃度范圍選自 20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%、70-75%、75-80%、80-85%、85-90%、90-95%、95-99% 和 95-99.9%。
14.權(quán)利要求11的方法，其中原子質(zhì)量為11的硼同位素在含硼化合物中的濃度高于選自下列的值:80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 和 99.99%。
15.權(quán)利要求11的方法，其中原子質(zhì)量為11的硼同位素在含硼化合物中的濃度范圍選自 81-85%,85-90%,90-95%,95-99% 95-99.9%。
16.權(quán)利要求10的方法，其中所述含硼化合物含有兩個(gè)硼原子。
17.權(quán)利要求10的方法，其中所述含硼化合物具有化學(xué)式B2F4。
18.權(quán)利要求10的方法，其中所述含硼化合物的11B與kiB的比例范圍為4.1-10, 000。
19.權(quán)利要求10的方法，其中所述電離在電離室中進(jìn)行并且所述含硼化合物通過導(dǎo)管遞送至電離室用于所述電離，其中所述導(dǎo)管維持在可有效抑制導(dǎo)管阻塞和/或在導(dǎo)管中化合物的分解的溫度。
20.權(quán)利要求19的方法，其還包括有效冷卻所述導(dǎo)管和所述電離室中的至少一個(gè)。
全文摘要
本文涉及同位素富集的含硼化合物，含有兩個(gè)或以上的硼原子和至少一個(gè)氟原子，其中至少一個(gè)硼原子含有所需的硼同位素，所述同位素的濃度或比例高于其天然豐度的濃度或比例。所述化合物可以具有化學(xué)式B2F4。本文描述了合成這些化合物的方法和使用這些化合物的離子注入方法，以及描述了貯存和分配容器，其中有利地含有所述同位素富集的含硼化合物用于隨后的分配應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01B9/08GK103153858SQ201180049806
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者R·凱姆, J·D·斯威尼, O·比爾, S·N·耶德衛(wèi), E·E·瓊斯, 鄒鵬, 唐瀛, B·L·錢伯斯, R·S·雷 申請(qǐng)人:先進(jìn)技術(shù)材料股份有限公司