[發明專利]用于改善在硼離子注入期間離子束電流和性能的含硼摻雜劑組合物、系統和其使用方法

在審

• 申請號: 201610116525.0
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN106935465A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: A.K.辛哈;S.M.史密斯;D.C.海德曼;S.M.坎珀
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周蓉,李炳愛

相關申請

本申請是2015年3月2日提交的美國申請號14/635,413的部分繼續申請，其主張來自2014年3月3日提交的美國臨時專利申請號61/947,064的優先權的權益，在此將它們各自的全文以引用方式并入本文以用于所有目的。

技術領域

本發明涉及用于改善硼離子注入工藝，并且尤其是改善束電流而不減少源壽命的含硼摻雜劑組合物、系統和其使用方法的獨特組合。

背景技術

離子注入是半導體/微電子制造中的重要工藝。離子注入工藝用于集成電路制造以將摻雜劑雜質引入半導體晶片。將所需的摻雜劑雜質引入半導體晶片以在所需深度形成摻雜區域。選擇摻雜劑雜質以與半導體晶片材料結合來產生電載流子(electrical carrier)，并且從而改變半導體晶片材料的導電性。所引入的摻雜劑雜質的濃度決定摻雜區域的導電性。必然產生許多雜質區域以形成晶體管結構、絕緣結構及其他電子結構，所述結構共同充當半導體裝置。

摻雜劑雜質一般是衍生自源摻雜氣體的離子。使用離子源將摻雜氣體源電離成各種摻雜劑離子物質。離子在離子室內產生等離子體環境。隨后以確定的離子束形式從離子室提取所述離子。所得的離子束通常特征為束電流。一般而言，束電流越高可允許可用于注入給定工件（諸如晶片）的摻雜劑離子物質越多。用這種方式，對于給定流速的源摻雜氣體，可以實現更高的摻雜劑離子物質的注入劑量。所得的離子束可被傳輸通過質量分析器/過濾器，并且然后傳輸至工件（諸如半導體晶片）的表面。所述束的所需摻雜劑離子物質滲透半導體晶片的表面以形成具有所需的電性質和/或物理性質的某一深度的摻雜區域。

硼注入已經廣泛用于半導體工業以改變摻雜區域的電性質，并且最近在其他應用中得到推動，其中所需區域經雜質摻雜以調整摻雜區域的某些物理性質。在裝置制造期間對硼注入步驟的日益增加的使用提出了對可提供改善的B+束電流的注入B離子的改善過程（即，維持或增加生成束電流而不縮短離子源壽命）的需要。應理解的是，在本文中且貫穿本說明書，術語“B離子”、“B活性離子”、“B離子物質”、“B離子摻雜劑物質”和“B+離子”可互換地使用。以改善的B+束電流注入B離子的能力將允許最終用戶用更高的裝備生產量來執行日益增加的硼注入步驟，并且獲得生產率的提高。

三氟化硼(BF3)是半導體工業中通常用于硼注入的摻雜氣體源，并且用作硼離子注入性能的基準。然而，已經證明BF3生成B+離子以及由此建立當今應用目前所需求的更高束的能力有限。為了增加B+離子的生成，最終用戶可以改變各種工藝參數。例如，最終用戶可以增加輸入離子源的能量，所述輸入離子源的能量在行業中另外稱為離子源的操作弧電壓。或者，可以增加提取電流。更進一步，可以增加引入離子源室的BF3的流速。然而，離子注入室的操作的這種變化可以導致對離子源組件的不利影響，并且降低離子源的壽命以及離子源在長時間操作期間生成穩定B+離子束的效率。穩定的B+離子束由均勻束輪廓和在所需束電流下無中斷的B+離子束的連續供應所定義，所述中斷可能由束假信號(glitching)或束電流輸出降低造成。例如，因為電弧室壁的溫度在典型離子注入過程期間增加，由BF3釋放的活性氟可以更快速地侵蝕并且腐蝕鎢(W)室壁，這可以導致陰極（即離子源室的源燈絲）對含W沉積物的增加的沉積更敏感。含W沉積物使離子源生成維持等離子體所必需的閾值數量的電子和生成產生必需束電流所需要的B+離子的能力降低。另外，更多活性氟離子可用于傳播所謂不利的“鹵素循環”，通過鹵素循環可能發生對離子源室壁和其他室組件增加的化學侵蝕。因此，在更高能量級下操作離子源室來試圖增加BF3的電離以產生必需的束電流，這可能導致較短的離子源壽命，從而致使此操作模式是不希望的。另外，BF3的更高流速往往產生更多活性氟離子，所述活性氟離子引起對離子源室壁的化學侵蝕和在高壓組件上所不希望的沉積物，從而導致電弧放電。這些工藝修改往往導致較短的離子源壽命，從而使得這種操作模式是不希望的。

目前，不存在用于維持或增加B+離子的束電流而不損傷離子源室組件的可行技術。因此，對于開發改善所需硼離子物質的束電流而不犧牲離子源壽命的組合物、系統和其使用方法，尚存在未被滿足的需要。

發明內容

本發明部分涉及用于改善離子源性能包括增加束電流和延長離子源壽命的組合物、系統和其使用方法。申請人已經發現，當以特定方式操作時，摻雜氣體的組成對于改善束電流的能力具有顯著的影響。