離子注入組合物、系統(tǒng)和方法
【專利說明】離子注入組合物、系統(tǒng)和方法
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)的相互參引
[0002]根據(jù)35USC119的規(guī)定，要求以O(shè)leg Byl等人的名義于2013年3月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/773，135號(hào)“離子注入組合物、系統(tǒng)和方法(1N IMPLANTAT1NCOMPOSIT1NS, SYSTEMS ,AND METHODS)”的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/773，135號(hào)的公開內(nèi)容其全文在此以引證的方式納入本公開。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及離子注入系統(tǒng)和方法，并且涉及用于離子注入的組合物。
【背景技術(shù)】
[0004]離子注入是微電子和半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造中廣泛使用的方法，用于將受控量的摻雜雜質(zhì)精確地引入基底如半導(dǎo)體晶片(wafer)中。
[0005]在用于這種應(yīng)用中的離子注入系統(tǒng)中，通常利用離子源將所需的摻雜元素氣體離子化，并且該離子以具有所需能量的離子束的形式從所述源中提取。離子注入系統(tǒng)中使用各種類型的離子源，包括利用熱電極并由電弧供電的Freeman型和Bernas型，使用磁控管的微波型，間接被加熱的陰極(IHC)源，以及RF等離子體源，所有所述源通常在真空中操作。
[0006]在任何系統(tǒng)中，通過將電子引入充滿摻雜氣體(通常稱為“原料氣體”(feedstockgas))的真空電弧腔室(下文中稱為“腔室”)，離子源產(chǎn)生離子。電子與摻雜氣體中的原子和分子的碰撞形成由正摻雜離子和負(fù)摻雜離子組成的離子化的等離子體。具有負(fù)偏壓(bias)或正偏壓的提取電極將分別使得正離子或負(fù)離子作為平行離子束通過孔隙，所述平行離子束朝向靶材料加速以形成具有所需電導(dǎo)率的區(qū)域。
[0007]預(yù)防性維護(hù)(PM)的頻率和持續(xù)時(shí)間是離子注入工具的一個(gè)性能因素。作為一般趨勢(shì)，應(yīng)降低工具PM頻率和持續(xù)時(shí)間。需要最多的維護(hù)的離子注入工具的部件包括:離子源，其通常在大約50至300小時(shí)的操作后進(jìn)行維護(hù)，這取決于操作條件;提取電極和高電壓絕緣體，其通常在幾百個(gè)小時(shí)的操作后進(jìn)行清潔；以及栗和與所述工具相關(guān)聯(lián)的真空系統(tǒng)的真空線路。此外，定期更換離子源的燈絲。
[0008]理想地，計(jì)量加入電弧腔室的原料分子被離子化和破碎，而不與電弧腔室本身或離子注入機(jī)的任何其他組件發(fā)生實(shí)質(zhì)性地相互作用。事實(shí)上，原料氣體離子化和破碎會(huì)導(dǎo)致如下不希望的影響，如電弧腔室組件蝕刻或?yàn)R射、于電弧腔室表面上沉積、電弧腔室壁物質(zhì)的再分配等。這些影響歸因于離子束不穩(wěn)定性，并且可最終導(dǎo)致離子源的過早失效。當(dāng)原料氣體及其離子化產(chǎn)品的殘留物沉積在離子注入工具的高電壓組件如源絕緣體上或提取電極的表面上時(shí)，也可引起有能量的高電壓火花。這種火花是束不穩(wěn)定性的另一貢獻(xiàn)因素，并且這種火花所釋放的能量會(huì)損壞敏感的電子組件，從而導(dǎo)致增加的設(shè)備故障和短的平均故障間隔時(shí)間(mean time between failure ,MTBF) ο
[0009]在運(yùn)行高比例的作為原料氣體或并流氣體(并流氣體是與原料氣體同時(shí)流至注入機(jī)的氣體，其或者與原料氣體混合，或者在與流動(dòng)原料氣體的管道分開的流管道中被輸送至注入機(jī)的離子化腔室)的氫化物氣體的離子注入機(jī)中，離子源故障模式通常包括:(i)陰極的過度派射，導(dǎo)致所謂的陰極的“穿通” (punch-through)，( i i)固體在絕緣表面上的過度沉積，導(dǎo)致電短路或“噪聲(glitching)”，(iii)固體積聚，其引起不同電位的兩個(gè)組件之間的短路，以及(iv)陰極上的固體積聚，其引起導(dǎo)致離子束流的損失的電子發(fā)射效率的損失。
[0010]隨著微電子器件和半導(dǎo)體器件變得越來(lái)越小，離子注入越來(lái)越需要在相對(duì)較低的能量下進(jìn)行，以提供淺注入?yún)^(qū)域，而該低能量操作帶來(lái)了成本較高和工具生產(chǎn)率降低的缺陷。
[0011]用于離子注入系統(tǒng)的摻雜物為廣泛的多種類型，且包括砷、磷、硼、氧、氮、碲、碳和砸。砸，例如用作許多離子注入應(yīng)用中的摻雜物，所述離子注入應(yīng)用包括制造砷化鎵(GaAs)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件、磷化銦(InP)器件和石英玻璃中的量子點(diǎn)。
[0012]無(wú)論用于離子注入操作中的摻雜物的具體類型，共同目的均是確保原料氣體得到有效處理，確保以有效和經(jīng)濟(jì)的方式注入離子物，以及確保操作注入機(jī)設(shè)備使得維護(hù)需求最小化且系統(tǒng)組件的故障之前的平均時(shí)間最大化，從而使得注入工具生產(chǎn)率盡可能高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本公開涉及離子注入組合物、系統(tǒng)和方法。
[0014]—方面，本公開涉及一種用于注入砸的方法，所述砸來(lái)自作為摻雜物的包含砸的原料氣體，所述方法包括使原料氣體與有效抵制離子源故障模式的并流氣體一起流至注入機(jī)，所述離子源故障模式為以下至少一種:(i)陰極的濺射，(ii)固體在絕緣表面上的沉積，(iii)引起不同電位的兩個(gè)組件之間的短路的固體積聚，以及(iv)陰極上的固體積聚，任選地，其中摻雜物以其一種或多種同位素同位素富集至天然豐度以上。
[0015]另一方面，本公開涉及一種在基底中離子注入砸的方法，所述方法包括使含砸的原料氣體離子化以形成含砸的離子物，并將砸離子從含砸的離子物注入所述基底，其中含砸的原料氣體包括多砸化物(polyselenide)。
[0016]再一方面，本公開涉及一種在基底中離子注入砸的方法，所述方法包括使含砸的原料氣體離子化以形成含砸的離子物，并將砸離子從含砸的離子物注入所述基底，其中含砸的原料氣體包括砸摻雜物，所述砸摻雜物呈至少一種如下形式:元素砸、砸化氫、有機(jī)砸化合物、砸鹵化物和多砸化物，所述砸摻雜物以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上。
[0017]本公開的又一方面涉及一種離子注入系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:包括離子化腔室的離子注入機(jī)和原料氣體供應(yīng)組件，所述原料氣體供應(yīng)組件以供應(yīng)關(guān)系偶接至所述離子化腔室以向其輸送原料氣體，其中，構(gòu)建和配置該系統(tǒng)以實(shí)施本公開的方法。
[0018]本公開的又一方面涉及一種摻雜物和并流氣體的組合物，其包含:
[0019](i)砸摻雜物，所述砸摻雜物包括以下形式的至少一種:
[0020](A)元素砸；
[0021](B)砸化氫；
[0022](C)有機(jī)砸化合物；
[0023](0)砸齒化物；
[0024](E)多砸化物；以及
[0025](F) (A)-(E)中的一種或多種，
[0026]所述摻雜物以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上；以及(ii)并流氣體。
[0027]本公開的又一方面涉及一種用于離子注入系統(tǒng)的氣體供應(yīng)套件，其包括:(i)容納原料氣體或其源試劑的第一氣體儲(chǔ)存和分配容器，以及(ii)容納并流氣體的第二氣體儲(chǔ)存和分配容器，其中，原料氣體或其源試劑包含砸摻雜物，所述砸摻雜物包含以下形式的至少一種:
[0028](A)元素砸；
[0029](B)砸化氫；
[0030](C)有機(jī)砸化合物；
[0031](D)砸鹵化物；
[0032](E)多砸化物；以及
[0033](F) (A)-(E)中的一種或多種，
[0034]所述砸摻雜物以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上。
[0035]本公開的又一方面涉及一種提高離子注入系統(tǒng)的操作的方法，所述方法包括:在離子注入系統(tǒng)中提供(i)容納原料氣體或其源試劑的第一氣體儲(chǔ)存和分配容器，以及(ii)容納并流氣體的第二氣體儲(chǔ)存和分配容器，其中，原料氣體或其源試劑包含砸摻雜物，所述砸摻雜物以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上，所述砸摻雜物包含以下形式的至少一種:
[0036](A)元素砸；
[0037](B)砸化氫；
[0038](C)有機(jī)砸化合物；
[0039](D)砸鹵化物；
[0040](E)多砸化物；以及
[0041 ] (F) (A)-(E)中的一種或多種。
[0042]本公開的又一方面涉及一種用于離子注入的原料供應(yīng)組件，其包括容納砸摻雜物的儲(chǔ)存和分配容器，所述砸摻雜物選自:(A)元素砸，其以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上；(B)砸化氫，其以至少一種砸同位素在天然豐度以上同位素富集的砸化氫；C)砸鹵化物，其以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上；(D)有機(jī)砸化合物，其以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上；以及(E)多砸化物，任選地，其中多砸化物以至少一種砸同位素同位素富集至天然豐度以上。
[0043]本公開的其他方面、特征和實(shí)施方案將由隨后的說明和所附權(quán)利要求更加全面地呈現(xiàn)。
【附圖說明】
[0044]圖1是離子注入系統(tǒng)的示意圖，該示意圖示出本公開的操作模式，其中將砸摻雜源材料供應(yīng)至用于將砸注入基底的離子注入機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本公開涉及離子注入系統(tǒng)、離子注入方法和離子注入組合物。
[0046]如在本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式的“一/一個(gè)(a)”、“一/一個(gè)”和“所述/該(the)”包括復(fù)數(shù)含義，上下文中另有明確說明的除外。
[0047]本說明書中的化合物的有機(jī)部分和有機(jī)化合物本身可為任意合適的類型，且可例如包含元素C、H和任意的雜原子如0、N、Si等。本公開的這些部分和有機(jī)化合物可具有任何合適的與其中的其他元素呈化學(xué)計(jì)量比的碳數(shù)，例如&至(:12，或者更高。
[0048]如本說明書中所使用的，碳數(shù)范圍(如&_(:12)的定義旨在包括在該范圍內(nèi)的各個(gè)組分碳數(shù)部分，從而涵蓋所述范圍內(nèi)的各個(gè)介于中間的碳數(shù)值和任意其他所述的或介于中間的碳數(shù)值，還應(yīng)理解，在本公開的范圍內(nèi)，在指定的碳數(shù)范圍內(nèi)的碳數(shù)子區(qū)間可以獨(dú)立地包含在較小的碳數(shù)范圍內(nèi)，并且本公開包括具體排除一個(gè)碳數(shù)或多個(gè)碳數(shù)的碳數(shù)范圍，并且本公開也包括排除指定范圍的一個(gè)或兩個(gè)碳數(shù)限值的子區(qū)間。因此,C1-C12燒基旨在包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、i^一烷基和十二烷基，包括這些類型的直鏈和支鏈基團(tuán)。因此，應(yīng)理解，在本公開的具體實(shí)施方案中，由于子基團(tuán)部分具有在取代基部分的較寬限定內(nèi)的碳數(shù)范圍，碳數(shù)范圍如(C1-C12)的定義一一同樣可寬泛地適用于取代基部分一一能夠進(jìn)一步限定碳數(shù)范圍。例如在本公開的具體實(shí)案方式中，可以進(jìn)一步限定碳數(shù)范圍(如&-&2烷基)以涵蓋子區(qū)間如&-C4烷基、C2-C8燒基、C2-C4燒基、C3-C5烷基，或涵蓋在寬的碳數(shù)范圍內(nèi)的任何其他子區(qū)間。
[0049]在具體的實(shí)施方案中，本公開的化合物可以通過條件(provis1)或限制條件而進(jìn)一步說明，所述條件或限制條件為排除與本文中提出的各種指定及其例證有關(guān)的特定的取代基、基團(tuán)、部分或結(jié)構(gòu)。因此，本公開考慮限制性定義的化合物，例如其中RiSC1-C12烷基的一種組合物，條件是，當(dāng)#為甲硅烷基時(shí)，Ri Φ C4烷基。
[0050]雖然本公開主要針對(duì)來(lái)自包含砸的原料氣體的砸作為摻雜物的注入，但應(yīng)理解，本說明書中所描述的方法和設(shè)備在用于注入來(lái)自包含其他摻雜物(如砷、鍺、碲、磷等)的原料氣體的摻雜物時(shí)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。
[0051]本公開的一般實(shí)踐中的原料氣體可包含以下形式的摻雜物:氫化物、鹵化物或有機(jī)源化合物或復(fù)合物，在以砸作為摻雜源物的情況下，例如有機(jī)砸化合物或復(fù)合物。這些有機(jī)源化合物或復(fù)合物的有機(jī)部分可為任意合適的類型，且例