TW200805512A - Methods of implanting ions and ion sources used for same - Google Patents

Description

200805512 ZJJtUpi 丄 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 於使’物確地說，是關 子源以及與離子源聯 【先前技術】 離子佈植為將摻雜物引入諸 習知技術。摻雜物可佈 二二，之材料中的 之區域。此等經佈植區域可所物 裝置）中之作用區域。通當衣置（例如，半導體 中將源進料氣體離子化。子佈植期間，在離子源 所選能量以形成離子束。將離加迷至 r_入整塊材料中且充當增力姻摻: junction depth)之佈植區域 木度（ultm-shallow (low extraction energy)及/或低二程中的低提取能量 可能會無效地操作。結果，可能合，电習知離子源 達成所要佈植劑量，因此，；^:需要較長的佈植時間來 【發明内容】 不利地影響到產能。 源。提供離子錄方法以離子佈財法所使用之離子 方法包含 在一態樣巾，提供子佈植方法。 200805512

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CsBioH!2產生C2B1GHX離子以及將C2BjGHx離子佈植進材 料中。 、 在另一態樣中，提供一種離子源。離子源包含界定胪 室之腔室外殼(chamber housing)以及經組態以蔣Γ 工 ] 〇i~i j 2 引入腔室中之源進料氣體供應件（source feed s叩p 1 y)，其中離子源經組態以將腔室中之源進料氣體離 化為C2B]()HX離子。 ^ 當結合附圖來考慮時，自本發明之以下實施方式狀& 容2地看出本發明之其他態樣、實施例以及特徵。二 示思性的且不意欲按比例地繪製。在圖中，各個圖中二二 明之每-相同或實質上_之組件由單—數值或符二 不。為清楚起見，並不標註每—圖中之每—纪件υ孰= 此項技術者在沒有說明時仍能理解本發明之情況下，亦'二 不標註所示之本發明之每一實施例的每一組件。以引用亚 =式倂人本文巾的所有專利申請#以及專利是以 ^ =文倂入的。在衝突之情況下，以本說明書（包括定義） 【實施方式】 提供離子佈植方法以及方法所使 含自白4夕從-士 J你。方法包 _〜 7^素之源進料氣體產生離子。舉例而古，源 一：：肢可包含硼以及至少兩種其他元素。如在下：中逸 田相’此等源進料氣體之使料產生優於竿此、 6 200805512 233ϋ5ριί /；，L … —^，厂丨机月豆<姐令、物可、經選擇 使得其在相對高之溫度（例如，大於350〇c)時為熱穩— 的，此熱穩定允許在產生此等溫度之許多習知離子源5 如，間接加熱陰極，Bernas)中使用此等氣體。 圖1說明根才康本發明之實施例的離子佈植系統ι〇 統包括產生傳輸通過系統且沖射於晶圓16上之離子Μ 的離子束源12。離子束源包括源進料氣體供應件η。如 下文中進-步描述的’源進料氣體供應件可自源進D = 產生源進料氣體。來自供應件之源進料氣體被引入於 束源中且經離子化以產生離子物質。如在下文中進二I 述的，根據本發明之某些實施例，源進料氣體可包含= 及至少兩種其他凡素（例如，XaBbYc)。在圖i所、 明性實施例中，提取電極(extracti〇n electr〇de)l8盘 = 離子源提取離子束之離子束源相關聯。抑制電極 (suppression electrode) 2〇亦可與離子源相關聯。 、佈植系統進-步包括自離子束移除不良物質 過濾器23。在離子源過濟哭游土 “、 之離子加速/減速至^ _子束中 由使顿速柱24，以及可經 來自離子去矽队“以及角午析孔(resolvmg aPerture)30 ^料束移除能量以及„污染 ) analyzer) 26。槁扣拉。。 少 里刀柯口口（ mass 能跨過晶圓掃描離子束^方括貝里2斤态下游且設計成 離子偏轉以產味it束糸統包括角度修正器磁鐵34以使 在佈植期匕!，子軌跡之經掃描離子束。 ' 、、二V彳田離子束沖射於支撐於處理腔室 200805512 中之屋板36上的晶圓之表面上。大體上，離子束横越之敕 個路徑在佈植期間是處於真空下的。佈植製程繼續= 晶圓形成具有所要摻雜物濃度以及接面深度之區域 應理解，本發明之特徵可結合任何適合之離子佈 統或方法來使用。因此，圖】所說明之系 ^糸 在一些情況下，系統可包括除了所說明之組件=改。 件。在其他情況下，系統可不包括所有經說明的組^的= 合之系統包括具有帶狀離子束（ribbon beam)架播。^ 離子束架構或點狀離子束（sp〇ibeam)架 j、掃描 如，離子束為靜㈣且跨過靜態離子束來掃=(例 統）。舉例而言，適合之佈植機已的系 4,922，106、5,350,926 以及 6,313,475 號中。、吴國專利第 雖然在-些實麵巾，麵成超淺接 小於2)奈米）之方法中可能會較佳使用本發:Μ如， 但應理解本發明不限於此考慮。亦應理解/肖子源， 可用於將離子佈植進各種材料中，材乐相及方法 半導體材料（例如，石夕、絕緣體上石夕，者11旦不限於） 碟化石夕），以及諸如絕緣體（例如，1^化合物、 料的其他材料。 化矽）以及聚合材 如上所述，源進料氣體供應件I?將 子束源中。源進料氣體可包含硼以及至少^抖氣體弓1入離 即，不同於石朋且彼此不同的元素）。大骨^種額外兀素（亦 額外（亦即’非硼）元素可為包括碳、γ離子源氣體之 録、石夕、錫以及錯的任何適合元素。在ί此i、麟、坤、 上貫施例中，源 200805512 厶 J JVJ 丄 氣體可較佳包含硼、氫以及碳。應理解，源氣體亦可包括 兩種以上之額外元素。 大體上，源進料氣體可具有任何適合的化學結構且本 發明不限於此考慮。舉例而言，源進料氣體可由通式XBY 表示，其中Β表示硼，且X以及Υ各自表示至少一種不 同元素。在一些情況下，X及/或γ可表示單一元素（例如， X=C ’ γ二η);且，在其他情況下，X及/或γ可表示一種 以上之元素（例如，x=nh4、NH3、CH3)。又，應理解， 源進料氣體XBY可由（例如）可包括具有諸如BXY (例 如’ B3N3H6)或XYB之不同次序的相同元素的其他等效 化學式來表示。在一些實施例中，源進料氣體可由XaBbYc 表示，其中a>0、b>〇且c>0。應理解，在此處之每一 化學式中，a、b以及c大於零。 在一些情況下，在上述式中’ γ可較佳表示至少氫（例 如，源進料氣體包含XaBbHc)。應理解，在一些實施例中， 可使用含有在X及/或B點取代氫之其他元素或元素群（例 如，CH：3)的xaBbHe之衍生物。取代基可為任何適合之無 機或有機物質。 在一些情況下，在上述式中，X可較佳表示至少礙（例 如’源進料氣體包含CaBbHc)。應理解，在一些實施例中， 可使用含有在C及/或B點取代氫之其他元素或元素群的 CaBbHc之衍生物。取代基可為任何適合之無機或有機物 質。在一些情況下，源進料氣體可較佳包含C2B1QH12。 在其他實施例中，在上述式中，X可為N、P、As、 200805512

Sb、Si、Ge或Sn中之一或多個。舉例而言，源進料氣體 可包含 NaBbYc (例如，NaB10H12 或 B3N3H6)、NaBbHc、 PaBbHc、AsaBbHc、SbaBbHc、SiaBbHc、GeaBbHc 以及 SnaBbHc。 應理解，在一些實施例中，其他元素或元素群可在X及/ 或B點取代氫。 X以及Y通常經選擇以不引入將（例如）削弱裝置效 能之極度不良性質賦予材料的物質。此等物質可包括納、 鐵以及金。 源進料氣體可經離子化以形成各種不同離子物質。離 子物質可包括與源進料氣體相同或類似的硼含量。離子物 質亦可包括存在於源進料氣體中之額外元素。舉例而言， 包含XaBbYe (例如，XaBbHc)之源進料氣體可經離子化以 形成包含XaBbYj (例如，XaBbHj)或XaBbY/ (例如， XJBbiC1)之離子物質。當源進料氣體包含C2B1GH12時， 所產生的一些離子物質包括（例如）（C2B1()H12)+或 (C2B1()H12)_。C2B】qH]2之一些其他離子物質可包括自 C2B1()H12衍生的物質，諸如(C2B1()H5r。亦應理解，離子物 質可包括石朋以及元素中之僅一種（例如，Y)。在一些實施 例中，本發明之系統包括用於自所產生之離子物質中為離 子束以及隨後之佈植選擇所要離子物質的機構。 源進料氣體可較佳具有相對高之分子量（molecular weight)，此可使得離子之形成亦具有相對高的分子量。舉 例而言，藉由適當地選擇離子化條件，有可能產生具有所 要分子量之離子。離子之佈植深度取決於佈植能量以及離 200805512 ZJJUjpil 子之分子量。增加離子之分子量允許使用較高佈植能量來 達成相同的佈植深度。因此，使用具有相對高分子量之源 進料氣脰可使付此夠以足夠高以允許所要效率位準之操作 的佈植能量來形成超淺接面深度（例如，小於25nm)。舉 例而言，當佈植包含(C2B1GHn)+之離子物質時，可使用相 對高的佈植能量（例如，14.5 keV)。在此實施例中，等效 的硼佈植能量為約1 keV (對於所有的硼原子表示為1]B 使得具有145 amu之分子量的情況而言）。在一 些h況下，較佳使用小於5 keV之等效硼佈植能量；且， 在一些情況下，小於1 keV之等效硼佈植能量。 源進料氣體（以及佈植之離子物質）的分子量是由組 合物中之原子的數目以及類型來確定的。在一些情況下， 在上述式中，b較佳大於2;或，更佳大於8。在一些情況 下，在上述式中，c較佳大於2 ;或，更佳大於8。在一些 貝知例中，源進料氣體（以及佈植之離子物質）之分子量 較佳大於50amu ;或，在一些情況下，大於1〇〇amu (例 如，約 120 amu) 應理解，上述源進料氣體組合物可以不同異構形式來 存在。亦即，氣體可具有相同的化學式，同時具有不同的 化學結構。舉例而言，包含c2Bi〇Hir源進料氣體可以鄰 碳硼烷（ortho-carbomne)、間碳硼烷（me仏cai,b〇mne)、 或對碳硼院（pam-carborane)形式存在。亦應理解，源進 料氣體可以不同衍生形式來存在。 又，應理解，硼（或任何其他元素）可以包括天然存 200805512

2J3U3piX 在形式（例如，iiB-80%，igb_20%)之任何適合同位素 形式來存在於源進料氣體中。舉例而言，爛可以1 1之原子 量（亦即，"B)或10之原子量（亦即，igb)來存在\在 一些1況下，源進料氣體中之實質上所有的硼可為單一同 位素1GB或1]β。本發明不限於此考慮。 在一些情況下，源進料氣體具有相對高的分解溫度。 分解溫度是部分由化學結構之穩定性來確定的。源進料氣 體之組合物以及結構可經選擇以提供相對高溫度（例如， 大於350 C)時之熱穩定，此熱穩定允許在產生此等孟度 之許多―習知離子源（例如，間接加熱陰極，Bemas)中使 用此等氣體。舉例而言，源進料氣體之分解溫度可大於 350 C ;在一些情況下，大於5〇(rc ;且，在一此 大於。詳言之，包含石朋以及至少兩種_元素之源 進料乳體可適合用於使用相對高溫度（例如，大於35〇。^ 之習知離子源中。然而，應' ) 之特定源進料氣體，且本發明二2考t取決於所使用 進二:源之源進料氣體供應自源 適合方式來if〜，:情況下’源進料氣體可以任何 (例如)可為粉末 液體。源進料氣體可經由包; 材料的昇華及/或蒸發步 員外凡素之 習知地以氣態形式可得且可m’源進料氣體 下供應至離子源。源進而要獨立產生步驟之情況 進科氧體產生及/或供應之方式部分取 200805512

2JJU^piI 決於源進料氣體之組合物。 在一些貫施例中，源進料材料包含硼以及包括所有上 述組合物中之任—種的至少兩種額外τό素。在此等實施例 中之-些中’自源進料材料產生之源進料氣體亦包：硼以 及至少兩種額外元素（例如，χΒγ’其中γ不為 源進料氣體包括顯及單—元素之實施例中，所產:生之離 子物貝亦可包括石朋以及僅單一元素（例如，γ)，其中Υ不 為氮。 、在-些實施例中，包含硼以及至少兩種額外元 ，巧，為單—氣態化合物。亦即，將源進料氣體提供為 組合物。在其他實補巾，祕魏體可為提供 、，及至> 兩種額外元素之源進料氣體組合物的_種以上 體的混合物。—種以上之類型的氣體可在進入 子源或雄子源腔室之内部之前加以混合。 曰圖2况明根據本發明之一實施例之離子束源12。但 =應理解，本發明不限於B 2所示之離子束源類型。如 土下文進一步描述的，其他離子束源可為適合的。 =、日雜實_中，離子束源包括界定腔室52之腔室 :;乂及提取離子之提取孔(extraction aperture)53。陰 的命/至中。如圖所示，燈絲56位於靠近陰極附近 子至外部。燈絲電源62具有連接至燈絲之輸出端 =電源加熱燈絲，此又產生自燈絲發射之電子。此 端子的‘，具有連接至陰極之正端子以及連接至燈絲之負 、偏壓電源（bias power supply) 60來加速至陰極。 13 200805512 熱fe極’此導致由陰極隨後發射電子。因此， 組態之離子束源被稱為“間接加熱陰極，，（IHC) 殼之正端子咖58具有連接至腔室外 之電子加速進入在"d子。電源使由陰極發射 中，反射器64位於月1室中卢^裝中。在說明性實施例 射器可（例如）在Ul’f與陰極相對的末端處。反 發射之電子。在一』向上反射由陰極 供負電荷的電壓電 i為可、接至為反射器提 可藉由電子之吸收來負充電。不^至兒區電源且 在許多實施例中，離子束源磁 ^磁場。通常’離子束源磁鐵包括處於腔：:;：内 處的磁極。磁場導致由陰極發射 ^末端 間的相互作用增加。 卞至中之電槳之 將來自供應件17之源進料氣體引入 電漿離子化源進料氣體以形成離子工至中之 =源進料氣體之組合物來產生各種離子：；所取 子束以及隨後之佈植選擇所要的離子物〜、可為離 理解’其他離子源組態可結合本貝發明 用。舉例而言，可使用Bernas離子 法來使 波或rf能量來產生電漿之離子源。’如使用採用微 例之—優勢為在產生相對高溫度（例如斤:’某些實施 離子源中在沒有分解源進料氣體的情況用35〇c)之 的能力。然而，在一些實施例中吏用源進料氣體 J月匕會較佳使用在相對 14 200805512

2JJU^piI 低溫度下#作的離子源。舉例而言，可使用藉由使用一或 多個電子束來離子化源進料氣體之‘‘冷壁（c〇ld wally， 離子源。此等離子源已描述於以引用之方式倂入本文中的 美國專利弟6,686,595號中。 亦‘理解圖2所5兒明之離子源可包括熟習此項技術 者所熟知之各種修改。 圖3為用於離子佈植之碳硼烷(carb〇rane)的最佳質譜 的曲線，。圖3經正規化且將用於最佳碳硼烧源進料氣體 以^ ΐ最佳碳硼烷源進料氣體的所提取碳硼烷離子之離子 束電，與分子量進行比較。佈植進晶射之碳職的最佳 7刀子量較佳在132與144贿之間，且更佳在136_138&聰 ’間。在離子化過程中’最佳心麟源進料氣體可不鱼非 取佳碳蝴烷源進料氣體般多地解離。 、 2圖3中看出，最佳碳石朋燒源進料氣體（說明為“最 佺離子束譜（0ptimalBeamSpectrum) ”）導致大於 ，碳石朋燒源進料氣體之離子束電流（說明為“中斷離子束又 口 =en_Up Beam Spe伽m) ”）。在離子化 非取佳石反完源進料氣體包括至少—些中斷 發現最佳碳職源進料氣體導致與非最佳碳戦^^中 骨:相：為兩倍之所量測的離子束電流。歸因於離 ， :之中斷，在分子量低於132 amu時的所量測離二 對於非最佳碳硼制、進料氣體而言實質^ 源進料氣體。 取彳土兔爛；)：元 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 200805512 \J ^ 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1說明根據本發明之實施例的離子佈植系統。 圖2說明根據本發明之實施例的離子源。 圖3為用於離子佈植中之碳硼烷的最佳質譜的曲線 圖。 【主要元件符號說明】 10 :離子佈植系統 12 :離子束源 14 :離子束 16 :晶圓 17 :源進料氣體供應件 18 :提取電極 20 :抑制電極 23 :源過濾器 24 :加速/減速柱 26 :質量分析器 28 :偶極分析磁鐵 30 ;解析孔 32 :掃描儀 34 :角度修正器磁鐵 36 :壓板 16 200805512 ^ \J w/ 38 ··處理腔室 50 :腔室外殼 52 :腔室 53 :提取孔 54 :陰極 56 :燈絲 58 :電弧電源 60 :偏壓電源 62 :燈絲電源 64 :反射器

Claims (1)

1. 200805512 十、申請專利範圍： 1. 一種佈植離子之方法，其包含： 自C2BiqHi2產生C2BiqHx離子；以及 將所述C2B10HX離子佈植進材料中。 2. 如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 , 中所述〇2：^01112具有至少500°c之分解溫度。 . 3.如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 中所述〇28101112具有至少750°C之分解溫度。 4. 如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 中所述C2Bi〇Hx離子之分子量大於100 amu ◦ 5. 如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 中所述C2B10HX離子具有基本上由約132 amu與144 amu 之間的單一範圍之質量組成的質譜，所述質譜為附圖中之 圖3。 6. 如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 中所述C2B1QHX離子之所述分子量為約132 amu至144 amu ° 7. 如申請專利範圍第1項所述之佈植離子之方法，其 中所述C2B1()HX·子之所述分子量為約136 amu至138 amu ° 8. —種離子源，其包含： 腔室外殼，其界定腔室；以及 源進料氣體供應件，其經組態以將C2B1GH12引入所 述腔室中，其中所述離子源經組態以將所述腔室中之源 18 200805512 進料氣體離子化為C2Bi〇Hx離子。 ，其中所述 ’其中所述 ’其中所述 ’其中所述 9·如申凊專利範圍第8項所述之離子源 C2BigHi2具有至少35CTC之分解溫度。 、 1〇·如申請專利範圍第8項所述之離子源 具有至少5〇(rc之分解溫度。 11·如申請專利範圍第8項所述之離子源 QBwHu具有至少75〇t：之分解溫度。 12·如申請專利範圍第8項所述之離子源 ΟζΒ1()Ηχ離子之分子量大於1〇〇amii。 13·如申請專利範圍第8項所述之離子源，其中所述 ΟζΒ1()Ηχ離子具有基本上由在約132 amu與144之門 的單-範圍之質量組成的_，所述_為關中之圖^曰。 14·如申請專利範圍第8項所述之離子源，其中所诚 C2BigHx離子之所述分子量為約132amu至I44amu。〜 15·如申請專利範圍第8項所述之離子源，其中所诚 C2B1ghx離子之所述分子量為約i36ami^ 138a譲。〜 19