TWI748939B - 用以改善硼離子植入期間之離子束電流及性能的含硼摻雜組成物、系統、及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用以增進硼離子佈植期間之束電流的新穎性組成物、系統、及方法。在較佳的觀點中，該硼離子佈植處理包含利用特定範圍之濃度的B2H6、11BF3、及H2。該B2H6係選擇用以在活性氫離子類之產生和佈植期間所利用的離子源之操作電弧電壓處，具有比BF3的離子化橫剖面更高的離子化橫剖面。該氫允許較高位準的B2H6被引入至BF3內，而不會降低F離子清除。該等活性硼離子產生增進的束電流，其被特徵化為當與由習知之硼先驅材料所產生的束電流相比時，可維持或增加束電流位準而不招致離子源的降級。

Description

用以改善硼離子植入期間之離子束電流及性能的含硼摻雜組成物、系統、及其使用方法 相關申請案
此申請案係2015年3月2日所申請之主張2014年3月3日所申請之美國臨時專利申請案第61/947,064號的優先權之美國專利申請案第14/635,413號的部分連續申請案，該等申請案之揭示係針對所有目的而以其個別之整體方式結合於本文，以供參考。
本發明有關用以增進硼離子佈植處理之含硼摻雜組成物、系統、及其使用方法的獨特組合，且特別地，用以增進束電流而無源壽命之降級。
離子佈植係半導體/微電子製造中之重要的處理。離子佈植處理係使用於積體電路製造中，用以引入摻 雜物雜質至半導體晶圓內。所需的摻雜物雜質被引入至半導體晶圓內，用以在所需之深度處形成摻雜區。該等摻雜物雜質係選擇用於與半導體晶圓材料鍵合而創建電性載子，並藉以改變該半導體晶圓材料的導電率。所引入之摻雜物雜質的濃度決定摻雜區的導電率。許多雜質區係用以形成被集合地作用為半導體裝置之電晶體結構、隔離結構、及其他電子結構所必須創建的。
摻雜物雜質通常係由源摻雜物氣體所衍生之離子。離子源係使用以離子化該摻雜物氣體源成為不同的摻雜物離子物種。該等離子在離子腔室內產生電漿環境。該等離子係隨後以所界定之離子束形式自離子腔室提取。生成的離子束係典型地藉由束電流而賦予特徵。一般而言，較高之束電流可允許更多的摻雜物離子物種變成可用以佈植至諸如，晶圓之給定工件內。在此方式中，用於源摻雜物氣體之給定流率，可獲得較高佈植劑量的摻雜物離子物種。生成的離子束可透過質量分析器/濾波器而被傳送，且接著被傳送至諸如，半導體晶圓之工件的表面。所需之摻雜物離子物種之射束穿透半導體晶圓的表面，而以所需之電性及/或物理性質在某一深度形成摻雜區。
硼佈植已被廣泛地使用於半導體產業中，用以修正摻雜區的電性性質，且最近，在其中所需的區被摻雜以雜質用以適應摻雜區之某些物理性質的其他應用中正獲得牽引。對於可提供增進的B+束電流之B離子佈植的改善處理而言(亦即，維持或增加所產生之束電流而不縮 短離子源壽命)，在裝置製造期間之硼佈植步驟的增加使用係有必要的。應瞭解的是，“B離子”、“B活性離子”、“B離子物種”、“B離子摻雜物物種”、及“B+離子”之用語可在此以及在說明書各處被互換地使用。在增進的B+束電流時之用以佈植B離子的能力將允許最終使用者以較高之裝備輸貫量執行增加的硼佈植步驟，及獲得生產率增進。
三氟化硼(BF3)係摻雜物氣體源，其係典型地利用於半導體產業中以供硼佈植之用，且被使用做為硼離子佈植性能的基準。惟，BF3已在用以產生B+離子，並藉以建立現今應用所需求的較高束之其能力中，證明有限。為了要增加B+離子的產生，最終使用者可改變各種處理參數。例如，最終使用者可增加所輸入至離子源之，在產業中被另外稱做離子源的操作電弧電壓之能量。選擇性地，可增加提取電流。仍進一步地，所引入至離子源腔室內之BF3的流率可被增加。然而，在離子佈植腔室之操作中的該等改變可在離子源組件上產生不利的影響，且可降低離子源壽命以及在擴展操作期間產生穩定B+離子束中之離子源的效率。穩定的B+離子束係由均勻的射束輪廓，以及在所需的束電流時之B+離子束的持續供應，而沒有可能由射束毛刺或束電流輸出中之掉落所造成的中斷，所界定。例如，當電弧腔室的壁在典型離子佈植處理期間增加溫度時，其係由BF3所釋出之活性氟可更迅速地蝕刻和侵蝕鎢(W)腔室壁，而可致使陰極(亦即，離子 源腔室的源燈絲)變成更容易增加含W沉積物的沉積。該等含W沉積物可降低離子源之用以產生要維持電漿所需之電子的臨限數目，及產生要生產所需束電流所必要之B+離子的能力。此外，更多的活性氟離子可用以傳播所謂不利的“鹵素周期”，而離子源腔室壁及其他的腔室組件之增大的化學侵蝕可由於此而發生。因而，在企圖增加BF3的離子化而以較高的能量位準操作離子源腔室具有較短離子源壽命的可能性，從而，使此模式之操作不受歡迎。另外，BF3的較高流率易於產生更多的活性氟離子，其導致離子源腔室壁的化學侵蝕及在產生電弧的高壓組件上之非所欲的沉積。該等處理修正趨於較短的離子源壽命，而藉以使該等模式之操作不受歡迎。
目前，並未見到可維持或增加B+離子之束電流而不損害離子源腔室組件的技術。因此，為發展用以增進所需之硼離子物種的束電流而不危害離子源壽命之組成物、系統、及其使用方法，仍存在著未滿足的需要。
本發明至少部分地有關用以增進離子源性能的組成物、系統、及其使用方法，包含束電流的增加及離子源壽命的延長。當以特定方式操作時之摻雜物氣體的組成物已由申請人發現在用以增進束電流之能力上具有顯著的影響。
在第一觀點中，離子源之操作方法包含：提 供組成物，該組成物包含B2H6，在從大約0.1%到10%之位準；H2，從大約5%到15%及在硼質量同位素11(11BF3)中之平衡同位素富集的三氟化硼，且進一步地，其中該組成物係藉由實質地沒有高階硼烷而被特徵化，該高階硼烷係由一般化學式BxHy所表示，其中x係3或更大及y係7或更大；以從大約0.5到5sccm(每分鐘標準立方公分)之流率引入該組成物至該離子源之內；在不大於110V之電弧電壓處操作；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生束電流；以及佈植該11B離子至基板內。
在第二觀點中，離子源之操作方法包含：提供組成物，該組成物包含B2H6，在從0.1%到10%之位準；H2，從大約5%到15%及在硼質量同位素11(11BF3)中之平衡同位素富集的三氟化硼；引入該組成物至該離子源之內；在當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所利用於11BF3之對應功率更小的功率處操作；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生束電流，其係與當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所產生之束電流實質相同或更高；以及佈植該11B離子至工件內，用以達成所需之劑量。
在第三觀點中，離子源設備係組構以在小於110V的電弧電壓處執行硼佈植，該離子源適合以接收大約0.5至5sccm之組成物，該組成物包含B2H6，在從0.1%到10%之位準；H2，從大約5%到15%及在硼質量同 位素11(11BF3)中之平衡同位素富集的三氟化硼，該離子源設備藉由在離子源壽命期間之不大於每分鐘大約2個毛刺的毛刺率而被特徵化，以及該離子源設備藉由至少100小時之該離子源壽命而被進一步特徵化。
在第四觀點中，用以佈植B(硼)離子之離子源的操作方法包含：提供組成物，該組成物包含B2H6，在從2%到5%之位準；H2，從大約5%到10%及同位素富集於硼質量同位素11(11BF3)中之平衡三氟化硼；在80V至100V之間的電弧電壓處操作該離子源；以從大約.5至5sccm之間的流率直接引入該組成物至該離子源，而以不蒸發該組成物賦予特徵；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生大約8至13mA之間的束電流；以及操作用於200小時或更多之離子源壽命的該離子源，而具有在該離子源壽命期間之小於每分鐘1個毛刺的平均毛刺率。
在第五觀點中，使用於離子佈植處理中之含硼摻雜組成物包含：在源供給中之含硼摻雜氣體混合物，其包含B2H6，從0.1%到10%；H2，從5%到15%及在硼質量同位素11(11BF3)中之平衡同位素富集的三氟化硼，且進一步地，其中在源供給中之該混合物係由沒有大於10,000ppm之高階硼烷而被特徵化。
112,312‧‧‧離子源腔室
210,213‧‧‧儲存容器
212,214‧‧‧流控制裝置
300‧‧‧離子源設備
302‧‧‧含硼摻雜物氣體組成物流
303‧‧‧含硼摻雜物氣體組成物
311‧‧‧電弧腔室壁
313‧‧‧氣體饋送管
314‧‧‧燈絲
315‧‧‧陰極
316‧‧‧斥拒極
317‧‧‧提取孔徑
318‧‧‧絕緣體
319‧‧‧抑制電極
320‧‧‧提取電極
321‧‧‧離子束
400‧‧‧離子佈植系統
401‧‧‧摻雜物氣體箱
405‧‧‧質量分析器/濾波器
406‧‧‧加速/減速單元
407‧‧‧硼離子束
409‧‧‧工件
410‧‧‧終端站
本發明之目的及優點將從連同附圖之其較佳 實施例的下文詳細說明，而被較佳地瞭解，其中相似的字符始終表示相同的特徵，且其中：第1圖繪製用於不同能量位準之B2H6及BF3的離子化橫剖面圖；第2圖顯示本發明之摻雜物氣體組成物的不同遞送圖；第3圖顯示結合本發明之原理的離子源；第4圖顯示硼佈植系統內之第3圖的離子佈植器；第5圖係本發明的摻雜物氣體組成物與其他類型的硼基摻雜物氣體材料之束電流位準的比較；第6圖係本發明的摻雜組成物與其他類型的硼基摻雜物氣體之束電流位準的條形圖比較；以及
此發明之各種元件的關係及功能係藉由以下之詳細說明而被較佳地瞭解。下文的詳細說明以各種排列和組合想像特徵、觀點、及實施例為在本發明的範疇之內。因此，本發明可被指明為包括、包含、或本質地包含該等特定特徵、觀點、及實施例之該等組合和排列的任何者，或所選擇之其中一者或多者。
如在此處及在說明書各處所使用之“B離子”及“活性B離子”可被互換地使用，並意指各種硼離子摻雜物物種，其包含諸如，適用以佈植至基板內之B+ 的硼或含硼正離子。
如在此所使用的，除非另有指示，否則所有濃度係根據組成混合物的總體積而被表示為體積百分比(“vol%”)。
如在此處及在說明書各處所使用之“降低”係打算要意指，在當使用本發明之摻雜組成物、離子源設備、及方法以操作離子佈植源而佈植例如，諸如11B+離子或11BF2+離子的B離子時之離子佈植處理的操作期間之縮短、抑制、及/或延遲。
與諸如BF3之習知的硼摻雜物源相比，在一觀點中的本發明有關新穎的含硼摻雜組成物，其係在某一濃度範圍內而伴隨有對應設備及其使用方法，用以增加硼束電流。如將被解說地，利用某一濃度範圍內之特定低階乙硼烷以增加BF3的離子化，而通常不會導致硼離子的增加且不會增加可用的F離子之本發明概念，係用以增進B離子佈植之反直覺的方法，其並未由先前技藝所看出。“離子化橫剖面”係界定為，當原子或分子與發射自離子源之電子經歷碰撞時將發生離子化的機率(以面積為單位所測量出)。與先前硼摻雜源材料(例如，在硼質量同位素11、11BF3)中所同位素富集的三氟化硼)相比，如將在此被描述之本發明的摻雜物氣體組成物、離子源設備、及方法將增進離子源的性能，而不危害離子源壽命。離子源性能考慮到關鍵性能度量，其包含束電流的穩定度、源壽命、及射束毛刺的程度。如在此所使用的“射束毛刺” 或“毛刺”意指可導致束電流中之瞬間降低的電壓放電。其可被表示為源壽命期間之每單位時間的毛刺數目，或每單位時間的毛刺平均數目之毛刺率，係可使用以定量源壽命的度量。本揭示係以各種實施例，及參照本發明之各種觀點和特徵，而被陳述於此。
在一實施例中，本發明已發現到的是，在選擇性離子化的情形下，B2H6，BF3，及氫組分之特定組成濃度範圍致能束電流中的增進，其中束電流可被增加而不會危害到離子源或使離子源降級。在此方式中，增大的，而不具有沉積物累積至可導致源壽命降級或縮短之無法接受位準的硼離子束電流，係可能的。
相對於諸如，11BF3之被典型使用於硼離子佈植中之其他習知的源摻雜物氣體，該硼摻雜物氣體組成物致能用於擴展時間周期之增大的束電流。該摻雜組成物包含乙硼烷(B2H6)，三氟化硼(BF3)，及氫(H2)之組分元件，其係包含在特定的濃度範圍中。在一實施例中，該組成物包含從0.1%到10%之B2H6，從大約5%到15%之H2，及平衡BF3。在較佳實施例中，該組成物包含從0.1%到5%之B2H6，從大約5%到10%之H2，及平衡BF3。在更佳實施例中，該組成物包含從2%到5%之B2H6，從大約5%到10%之H2，及平衡BF3。在最佳實施例中，該組成物包含大約3%之B2H6，大約5%之H2，及平衡BF3。
應瞭解的是，對在此及各處所提及之組成物 的組分元件之任何者的引用係打算要意指，其天然發生之物種及其同位素富集之物種二者。例如，“BF3”係打算要以其天然發生之形式意指BF3，及以其同位素富集超越10B或11B之特殊同位素中的天然豐度之形式意指BF3。以舉例之方式，若打算要限制時，則同位素富集在質量同位素10之天然豐度以上的BF3應在此及在各處被稱做10BF3。例如，同位素富集在質量同位素11之天然豐度以上的BF3應在此及在各處被稱做11BF3。“同位素富集的”之用語意指的是，摻雜物氣體包含與其天然發生之同位素分佈不同的質量同位素分佈，其中該等質量同位素的其中一者具有高於天然發生位準中所存在之豐度。以舉例之方式，99% 11BF3意指包含99%豐度的硼質量同位素11B之同位素富集的或富集的摻雜物氣體，而天然發生之BF3則包含80%天然豐度的硼質量同位素11B。因此，99% 11BF3係19%富集於B中。此外，應瞭解的是，本發明之摻雜組成物可包含一或多個組分元件之兩個或更多個同位素形式。例如，B2H6可以以其中B11及B10各自以其天然豐度或富集位準存在的數量存在。
依據本發明之原理，本發明的摻雜物氣體組成物係以特定的操作規程而被使用於離子佈植處理中，其中B2H6的離子化橫剖面係大於BF3的離子化橫剖面。在此方式中，可增進諸如，B+離子之B離子的產生。請參閱第1圖，B2H6在大約80V至100V，且更佳地，在大約70V至120V之所選擇的操作電弧電壓處，顯示出比BF3 更高的離子化橫剖面。在此選定的操作規程內，申請人已觀察到B2H6具有產生各種含硼離子物種之較高機率。由B2H6所衍生之含硼離子物種的存在擴大了BF3的離子化處理，而導致更高的B+束電流，且沒有離子源之源燈絲(亦即，陰極)的降級。淨效應係離子束性能中的增進。在離子束性能中之此增進係顯示在用於具有平衡BF3之B2H6及H2的預定濃度範圍內。B2H6係在大約0.1%到10%之內，較佳地，大約1%到5%，更佳地，大約2%到5%，且最佳地，大約3%，以及氫濃度係在大約5%到15%之間，較佳地，大約5%到10%，且最佳地，大約5%，而該平衡係BF3。
本發明看出的是，在其中B2H6之離子化橫剖面係不大於BF3之離子化橫剖面的規程中操作離子佈植處理，無法創造BF3之離子化的增進。因而，無法觀察到B離子，且依序地，B+束電流的增加。
為了要避免有害的效應，B2H6之數量不可在0.1%以下，亦不可在10%以上。特別地，B2H6必須存在於其最小濃度位準處或在其最小濃度位準以上，用以降低鹵素周期，使得陰極燈絲重量之增益的速率被降低。當B2H6係存在於0.1%以下的位準時，則可由於鹵素周期而觀察到束電流中之不足的增益，連同無法接受地高之陰極燈絲重量的增益。
除了維持該B2H6在0.1%的低限或0.1%以上之外，該B2H6亦不應超過上限。被令人驚訝地觀察到的 是，當B2H6係在僅接近2.5%的位準時，儘管並沒有氟分子之添加的增加被引入至腔室之內，加入B2H6至BF3卻增加了F+離子的生產。如將在工作實例中被顯示的，雖然所觀察到的是，相較於BF3-Xe-H2的混合物，2.5% B2H6及97.5% BF3之混合物的添加降低了鹵素周期，但與BF3-Xe-H2相比，2.5% B2H6及97.5% BF3之混合物在離子源的陽極區產生不可預期之迅速的重量損失。如在此處及說明書各處所使用之“陽極區“的用語意指離子室壁的最熱區。該不可預期的重量損失可由於當B2H6係存在於接近2.5%或更大的位準時之F+離子增加生產的結果，而發生。不受任何特別理論所束縛，據信B2H6在離子源中離子化以產生分別包含H及BxHy物種之自由基及離子的不同片段。H及BxHy物種二者已被申請人發現到扮演F離子清道夫的角色。BxHy離子及自由基係比H離子及自由基更顯著地笨重，且因而，在與包含H離子之較輕物種相比之下，可具有在電漿相中更緩慢傳輸的趨向。結果，BxHy無法在電弧腔室中易於傳輸至所有的位置，因而，降低了其之F離子清除效應。因為從腔室組件之表面所蝕刻掉的W可經由鹵素周期中可用之氟的增大數量而再沉積在不欲的位置處，所以分散BxHy離子物種至腔室的所有區域內之無力可嚴重地影響到離子源的操作。結果係高壓電弧之增加的趨勢。因為BxHy離子物種無法以可察覺的數量占有離子腔室中的某些區域，或可能從該腔室中的某些區域完全地消失，所以F離子蝕刻可由於各種 BxHy離子物種之較低的F離子清除之緣故而增加，因此，導致可縮短離子源壽命的活性F離子之可用性的增加。
用以在硼佈植期間克服降低之F離子清除的途徑已包含加入稀釋的氣體混合物至BF3。例如，已使用共同流入之Xe及H2的氣體混合物。惟，F離子之增加的清除僅以相較於BF3之較低束電流的代價獲得。
本發明已發現到的是，在B2H6的下限與上限之間控制地加入H2至B2H6，及平衡BF3，將克服當使用BF3及B2H6時之F離子清除的不足，藉以允許更多的B2H6被加入至BF3而不致縮短離子源壽命。對於未知及不完全瞭解之機制的H2而言，當被以在大約5%到15%之間，較佳地，在大約5%到10%之間，且更佳地，在大約5%的特定濃度範圍添加時，呈現出離子源壽命的延長。當H2被以本發明之規定數量添加時，可降低能蝕刻腔室組件之活性F離子的可用性。因而，如將在工作實例中被顯示的，陽極區具有較少的重量損失，且陰極燈絲具有較少的重量增益。以控制之數量加入H2至B2H6及BF3允許更大部分的B2H6被使用，以便在離子佈植處理之期間創造增加的B離子束電流，而無累積在腔室中之增加的F離子。如將在工作實例中被顯示的，相對於僅BF3(比較實例1)，本發明之較佳組成物(實例1至5)結合直至大約5%的H2，而以陰極之降低的重量增益及電弧室壁之降低的重量損失或蝕刻，獲得更高的束電流。以此方式， 本發明可增加硼離子電流，且同時亦延長離子源壽命，而該二者被普遍認為彼此互相競爭相互排斥的性能度量，直至本發明的出現為止。
在較佳實施例中，氫、B2H6、及BF3之發明的混合物係藉由實質地或整個地沒有諸如例如，氬或氙之其他惰性氣體而被特徵化。已被觀察到的是，其他的惰性氣體可無需被添加至氫、B2H6、及BF3之發明的混合物以協助硼的離子化。因此，在該較佳實施例中，本發明之含硼組成物實質地或整個地排除諸如氬或氙之其他惰性氣體，以免降低束電流。如將在工作實例中被顯示的，申請人發現到的是，與BF3+Xe+H2之混合物(比較實例2，第5圖)相比，藉由實質地或整個地沒有其他惰性氣體而被特徵化之氫、B2H6、及BF3之發明的混合物增加了大約30%的束電流。因此，在一實施例中，本發明係針對離子源之操作方法，其係藉由不使用包含，但未受限於氙或氬之惰性氣體而被特徵化。
如第2a、2b、及2c圖中所示之許許多多的供應組態可被使用以創造本發明之組成物。在較佳實施例中，該等物種可被儲存且遞送自單一來源，如第2a圖中所示。特別地，第2A圖顯示由單一來源儲存容器210所供應之本發明的氣體組成物，其中該組成物係預混合至本發明之濃度位準。該單一來源儲存容器可使用任何類型的容器而儲存及遞送。在較佳實施例中，可使用負壓Uptime®遞送封包，如美國專利第5,937,895；6,045,115； 6,007,609；7,708,028；及7,905,247號中所描述的，所有該等專利將以其個別之全部結合於本文，以供參考。負壓遞送封包係設計用於以加壓狀態維持摻雜混合物在裝置內，而使變成與高壓氣瓶典型相關聯之洩漏或災難性破裂的風險最小化或消除。該裝置係真空致動的，以便當負壓情形沿著排出流路而被獲得時，允許摻雜混合物對下游處理之受控的流動。
當本發明之組分係供應自單一來源時，依據本發明之規定數量的氫之存在可降低B2H6及BF3之混合物分解以產生高階硼烷，該高階硼烷係由一般化學式BxHy所表示，其中x係大於2及y係1或更大，且更佳地，x係3或更大及y係7或更大。高階硼烷的一些實例可包含B3H7、B5H9、B4H10、或B10H18。此外，化學穩定性可藉由儲存含量於周遭情形以下之溫度，例如在從20至-30℃且更佳地，從20至4℃的範圍中，而被進一步地增強。
選擇性地，本發明的摻雜組成物可藉由順序地流入或共同流入該等物種之各者，而在離子源腔室內被創造出。第2b圖顯示流控制裝置212及214，其可被使用以供應氣體組成物之受控的流，且來自各儲存容器之所需的流可在被引入至離子源腔室112內之前，在遞送線中預混合。該等儲存容器之其中一者可以以純的形式包含該等組分氣體的其中一者。例如，儲存容器210包含純的BF3，以及儲存容器213包含預混合的B2H6及H2之所欲 的組成物。在又另一組態中，第2c圖顯示來自儲存容器210及213的流，其可被分離地引入至離子源腔室112中，用以產生本發明的摻雜氣體組成物。
申請人看出的是，不論是否被單獨地儲存或做為混合物的一部分，乙硼烷可聚合成為高階硼烷至可不利地影響到離子佈植之程度。因此，依據本發明之一觀點，乙硼烷係自源供應器而被引入至離子源腔室內，而該源供應器係藉由實質地沒有高階硼烷(亦即，B3H7及/或更高階)而被特徵化，該高階硼烷係由化學式BxHy所表示，其中x係3或更大及y係7或更大。實質地沒有來自源供應器之高階硼烷係較佳地不大於10,000ppm(亦即，1%)。在另一實施例中，乙硼烷係自源供應器而被引入至離子源腔室內，而該源供應器不具有大於5,000ppm(亦即，5%)之高階硼烷(亦即，B3H7及/或更高階)，該高階硼烷係由化學式BxHy所表示，其中x係3或更大及y係7或更大。因此，藉由限制源供應器中之高階硼烷的數量，本發明之方法可被使用，而無依據束電流及源壽命之離子性能的顯著降級。再者，藉由限制源供應器中之高階硼烷的數量，本發明之方法係針對以氣相直接引入B2H6、H2、及BF3組成物至不包含高階硼烷的離子源，而藉以避免需氣化該等高階硼烷來產生足夠的蒸氣壓。
源供應器可僅包含乙硼烷。選擇性地，乙硼烷可包含具有氫及/或三氟化硼的乙硼烷。更佳地，乙硼烷係儲存及遞送做為以規定之濃度範圍包含氫及三氟化硼之混合物的一部分，用以允許氫降低乙硼烷聚合的開始及BF3之潛在的降級。
任何合適的離子佈植設備均可與本發明一起使用。請參閱第3圖，代表性的離子佈植設備300係顯示用以佈植衍生自本發明濃度範圍之B2H6、BF3、及H2含硼摻雜組成物的B離子。在第3圖中所描繪的離子源設備300具有各種組件，包含間接加熱式陰極(IHC)315，其可用作離子源，用以離子化本發明之含硼摻雜物氣體組成物成為它的對應硼活性離子。應瞭解的是，本發明之摻雜物氣體組成物可適合於本項技藝中所已知之其他類型的離子源，包含例如，弗里曼離子源(Freeman sources)、伯納斯離子源(Bernas sources)、及RF電漿離子源。
第3圖之離子源設備300可被使用以生產用以佈植硼離子至半導體基板內的離子束。該等硼離子係以產生與單獨由BF3所產生之束電流相比之更高的硼離子束電流之方式，而由B2H6及BF3的離子化所產生。不受任何特別理論所束縛，據信在含硼摻雜組成物的特定組成範圍，及離子源設備300的精選操作情形下，BF3及B2H6以協同方式彼此互相相互作用，用以創造出離子化機制，其產生增量的B活性離子，而在源壽命之期間以較低毛刺率或沒有毛刺率生產出增加和改進的束電流。如在此處所使用的“B活性離子”意指具有一般化學式B+的硼離子，其係可用於佈植。
與習知之硼摻雜物離子佈植系統相比，在本發明中所揭示的摻雜物氣體組成物至少部分地根據在離子源設備300的操作期間之源陰極315重量改變的最小比率，而較佳地允許離子源陰極315壽命被延長。最終結果係使離子源陰極315不易遭受過早失效，而藉以允許該源陰極315在擴展的時間周期保持正常操作以增加輸貫量。在此方式中，本發明具有獨特的含硼摻雜物氣體組成物，其能維持或增加相對於由11BF3所單獨產生之束電流的硼離子束電流，且同時維持該源燈絲314的完整性於比在前可使用諸如11BF3之習知先軀物材料更長的周期時間。
仍請參閱第3圖之離子源設備300，含硼摻雜物氣體組成物流302包含BF3、B2H6、及H2，且被較佳地遞送為以預定比例包含的單一流，其係透過延伸穿過電弧腔室壁311的氣體饋送管而被引入至離子源腔室312內。在源腔室312之內的含硼摻雜物氣體組成物303係藉由施加來自電源供應源(未顯示)的預定電壓以電阻性地加熱位於極靠近IHC 315的鎢基燈絲314，而受到離子化。該燈絲314係相對於IHC 315而被負偏壓。電流係透過電源供應源而被施加到燈絲314，用以電阻性地加熱該燈絲314。絕緣體318係設置用以電性隔離陰極315與電弧腔室壁311。
電子係由陰極315所發射出。所發射出的電子加速且離子化含硼摻雜物氣體組成物303分子的B2H6及BF3，而在腔室312內生產出電漿環境。斥拒極316建 立負電荷以斥退該等電子，用以支撐含硼摻雜組成物303分子的離子化，而藉以在電弧腔室312中維持該電漿環境。斥拒極316係較佳地組構與IHC 315實質直接地相對，用以在腔室312內維持摻雜物氣體組成物303的離子化。電弧腔室壁311包含提取孔徑317，明確界定的離子束321係透過其而從電弧腔室312提取出來。提取系統包含定位在提取孔徑317前面的提取電極320及抑制電極319。提取及抑制電極320及319二者具有與提取孔徑317對齊的個別孔徑，以供可被使用於硼離子佈植之明確界定之離子束321的提取之用。
含硼摻雜物氣體組成物303的離子化可致使來自B2H6、BF3、及H2之該等組分之各者的協同作用之各種離子化物種，及任何它們對應之離子物種的產生。與習知的摻雜組成物相比，在包含電弧電壓之選定的足夠操作情形下，憑藉在所選定的操作電弧電壓之它們對應的離子化橫剖面(第1圖)，且藉由控制被引入至離子腔室312內之含硼摻雜組成物之該等組分之各者的相對數量，而有利地允許在離子源設備內之B2H6及BF3的協同作用，則增大的束電流將被生產出且將在擴展之時間週期被支撐著。
在含鎢副產品之形成中的降低轉化成為在IHC 315的較熱表面上之含鎢沉積物的較少擴散和分解。從而，在離子源設備300的操作期間之IHC 315的重量增益之比率，以及在腔室之陽極區中的重量損失之比率，被 實質地降低。最終結果係較低頻率的射束毛刺或射束毛刺的消除，而藉以增加射束的穩定性並延長離子源設備300的操作壽命。
第4圖顯示被結合至離子佈植系統400內之第3圖的離子源設備300。熟習本項技藝之人士應理解的是，第3圖之離子源設備300的所有元件均被結合至第4圖之內。因而，第4圖中所示之離子源設備300的元件和特徵應，與第3圖中所示之離子源設備300的元件和特徵相關聯地，被瞭解。
第4圖顯示摻雜物氣體組成物可被供應自摻雜物氣體箱401。該摻雜物氣體組成物可以以所需之配方，在氣體箱401內的單一供應容器中被提供為預混合的組成物。選擇性地，該氣體箱401可被建構及配置，以致使B2H6及BF3之該等組分的各者可以以做為氣體套件的一部分之個別的分配容器供應，然後，它們被以使用可被視為氣體套件一部分之對應的流控制器之受控流率連續地或半連續地共同流動，或依序流動。氫可與B2H6預混合。BF3及B2H6-H2的流率被控制且係指向離子源設備400，用於以較佳的濃度範圍創造出所需的含硼摻雜物氣體組成物。該摻雜物氣體組成物可生產於對源腔室400的入口處或該處之內。該等組分混合的位置可發生在離子源設備400的上游，或在該設備400的腔室412內。
仍請參閱第4圖，含硼摻雜物氣體組成物係以共同流入，或順序流入至設備300內之方式的上文剛描述之方式，自箱401引入至離子源設備400內，做為預混合之單一來源或做為BF3及B2H6-H2之個別的物種。電壓係施加至離子源燈絲314，當做用以引入能量至腔室312(第3圖)內，以產生用以離子化該含硼摻雜物氣體組成物，及生產出可用於佈植之足夠濃度的活性硼離子之設備300所選定電弧電壓的手段。較佳地，所輸入至離子源314之能量(亦即，電弧電壓)係維持在大約80V至120V的範圍中，以便致能以協同方式之本發明摻雜組成物之組分及其對應離子物種的相互作用，而創造出可產生增量之活性B+離子的離子化機制。在腔室312內之生成的電漿環境被製造出。離子束提取系統401包含提取電極320及抑制電極119，其形成如第2圖中所示之含硼摻雜物供應系統的一部分，且其係組構用於將被使用於硼離子佈植之明確界定的硼射束321之提取。該射束321可透過選項的質量分析器/濾波器405而被傳輸，用以自其他物種選擇性地磁性捕獲將被佈植的硼離子物種。特別地，該質量分析器/濾波器405係配置用於只准許目標活性硼離子(例如，11B)向前地行進至處理腔室或終端站410之內。這時候的硼離子束407係明確界定於目標活性硼離子中，其可藉由加速/減速單元406而予以加速/減速，且然後，被傳輸至定位在終端站410中之晶圓或目標工件409的表面，以供活性硼離子(例如，11B)至工件409內的佈植之用。該射束的活性硼離子與工件409的表面碰撞，且穿透進入至工件409的表面內之所欲深度處，用以形成 具有所需電性及物理性質的區域。藉由使用此發明之處理及技術，包含在系統400內之離子源設備300的束電流可超越習知硼離子摻雜物系統而被顯著地增加，且並不會招致離子源壽命的降低。因此，本發明代表硼離子佈植產業中的進步，其中除了其他處理的好處外，其還增加離子源設備400的輸貫量。
應注意的是，在硼離子佈植處理400之結構及設計中的許多變化可在本發明之不同實施例中被使用。而且，在本發明的性能中，該結構及設計的細節並非重要的，除非它們與在離子源設備300及對應佈植處理400中被使用的含硼摻雜組成物相關聯。
此外，離子源設備300可包含在商用離子佈植器中之任何常用的離子源，諸如弗里曼(Freeman)及伯納斯(Bernas)型離子源、間接加熱式陰極離子源、及RF電漿離子源。包含壓力、燈絲電流、及電弧電壓的離子源操作參數被調諧以獲得包含B2H6及BF3之含硼摻雜物氣體組成物的所欲離子化，使得在所選定的參數下，B2H6具有與BF3相比之較高的離子化橫剖面，而藉以使依據本發明原理之活性B離子的離子化及產生增強。
本發明考慮各種方式，其中使用由特定及最佳之濃度範圍所界定的BF3-B2H6-H2之混合物，以便顯著地增進離子佈植性能。例如，在本發明之一觀點中，並請參閱第3及4圖，BF3-B2H6-H2之特定混合物係提供至離子源腔室300。較佳地，該混合物係藉由實質地沒有高 階硼烷BxHy，其中x係大於2且y係大於6，而被特徵化，藉以避免需蒸發包含該等高階硼烷之混合物來產生足夠的蒸氣壓。該混合物包含最佳濃度範圍之乙硼烷和氫，亦即，.1-10% B2H6；及5-15% H2；而具有平衡同位素富集的11BF3。該混合物係以0.5到5sccm(每分鐘標準立方公分)之流率提供至離子源腔室300。該離子源的功率係調整為不大於110V。離子化發生，用以產生活性11B離子，且束電流被產生。該束電流係從離子源300提取至離子束提取室401內，並通過質量分析器/濾波器405而創造出11B離子之聚焦射束。11B離子的射束接著通過加速器/減速器406，及最終地，佈植終端站410，其中11B離子的射束穿透基板且在基板內之特殊深度處佈植進入基板內。較佳地，所產生的束電流係比當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所生產出的束電流更大。在另一實施例中，所產生之該束電流係大約8至13mA(毫安)，以及當操作離子源300於100小時或更大的源壽命時，該離子源係操作而生產出不大於每分鐘2個毛刺，且更佳地，不大於每分鐘1個毛刺的毛刺率。
在另一實施例中，提供離子源之操作方法，其使用BF3-B2H6-H2之特定混合物，包含：.1%到10%之B2H6；5%到15%的H2；及平衡同位素富集的11BF3，其中該混合物係藉由實質地沒有高階硼烷BxHy而被特徵化，x係大於2。該混合物係以3到4sccm(每分鐘標準立方公分)之流率提供至離子源腔室300。當混合物離子 化時，束電流產生，其係8至13rmA(毫安)，用於100小時或更大的源壽命，以及在該源壽命之期間，平均毛刺率係小於每分鐘1個毛刺。該離子源係調諧為大於80V或更高的電弧電壓，但不大於110V。
在另一實施例中，提供離子源之操作方法，其使用.1%到10%之B2H6；5%到15%的H2；及平衡同位素富集的11BF3之特定濃度範圍的BF3-B2H6-H2之特定混合物。該混合物係以0.5到5sccm(每分鐘標準立方公分)之流率提供。至離子源的電弧電壓係設定為比當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所產生之對應電弧電壓更小5至10%的功率位準。束電流被產生成為比單獨使用11BF3所產生之該者更高。與當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時相比，本發明具有增加束電流而不會減低源壽命的能力，且較佳地，能增加源壽命。
仍進一步地，.1%到10%的B2H6，5%到15%的H2，及11BF3之特定的混合物包含，在當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所使用於11BF3之對應功率更小的功率位準處操作。束電流係產生為與僅使用11BF3做為摻雜物氣體所生產出之束電流實質相同，或比僅單獨使用11BF3做為摻雜物氣體所生產出之束電流更高。該束電流包含B活性離子，其可被接著佈植至工件內。當相對於束電流及源壽命而被量度時之離子源性能係超越諸如，只使用11BF3之該等者的習知B離子處理而被增進。在一實例中，該離子源性能係至少部分地藉由與單獨使用11BF3 做為摻雜物氣體相比之更高的束電流，及至少更長50%的源壽命，而被界定。當典型的B離子佈植處理已遭遇到以更短的離子源壽命之代價來增加束電流，且反之亦然時，用以增加束電流及源壽命二者之本發明的能力係不可預期的，且無法藉由任何明確的機制而予以解釋。換言之，在本發明之前，當操作離子源以佈植B離子時，束電流及源壽命係競爭的設計考量因素，且更甚至到目前為止，因為該處理包含氟離子以及在前文中所敘述之所謂的“鹵素周期”，其將在操作期間轉化成為沉積物的產生和累積。
已由申請人所出奇地發現到，在.1%到10%的B2H6；5%到15%的H2；及平衡同位素富集的11BF3之特定濃度範圍的BF3-B2H6-H2混合物自11BF3實質地產生所有的活性11B離子，而可忽略來自B2H6之活性11B離子的貢獻。當考慮到B2H6係天然發生的，且因此，以10B及11B的形式包含B時，則此係不可預期的。不受任何理論所束縛，據信在.1%到10%之特定濃度範圍的B2H6正在增強11BF3的離子化，用以創造出可用於佈植之更高數量的11B活性離子，而無需單獨地離子化成為10B及11B離子。
本發明之方法的進一步好處係降低的鎢基污染物(W基污染物)，其係相對於只使用11BF3之所產生的數量而被產生於基板(例如，晶圓)之上或之中。在一實例中，相對於單獨使用11BF3做為摻雜物氣體之所產生的數量，該W基污染物係比當佈植B離子到所需劑量 時至少更小40%，較佳地，至少更小65%，且更佳地，至少更小70%。本發明之方法亦可被操作以降低從基板到基板之W基污染物的變化。相對於諸如，單獨使用11BF3做為摻雜物氣體之該等者的習知處理，用以顯著降低W基污染物之能力可大大地增進處理控制且增加產能。
雖然較高的束電流可由於本發明之方法的緣故，但本發明亦可在其中束電流需保持不變的特殊情況中被使用。例如，在一觀點中，本發明可被使用於某些硼佈植方法中，用以在較低的電弧電流處操作，且同時維持與如在前所達到之當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時之束電流實質相同的束電流。電弧電流意指在離子腔室中之電漿內的離子。該電弧電流可藉由減低燈絲電流及/或減低對離子源的偏壓，而被間接地降低。電弧電壓保持不變。在此方式中，對離子源的總功率位準係藉由降低電弧電流而非電弧電壓來加以減低。使用較低的電弧電流之此方法可有利於用於諸如，11B+及11BF2+之B離子的某些低佈植能量方法。應瞭解的是，高佈植能量方法亦可在較低電弧電流操作，諸如用於11B+之高佈植能量方法。在此方式中，本發明具有在較低的電弧電流獲得實質相似之束電流的能力。節省功率的好處可在需要較高束電流情形以供某些佈植能量方法之用時增加。
在本發明的另一實施例中，揭示離子源設備，其係依據在此所描繪之方法而被組構，用以執行硼佈植。該離子源設備能被調諧至小於110V之電弧電壓。該 離子源設備亦係藉由在離子源壽命的期間之不大於於每分鐘大約2個毛刺的平均毛刺率而被特徵化，其適應以接收大約0.5到5sccm(每分鐘標準立方公分)之組成物，該組成物包含從0.1%到10%之位準的B2H6；從大約5%到15%的H2；及平衡同位素富集的三氟化硼(BF3)，且該組成物係藉由實質地沒有高階硼烷BxHy，其中x係大於2且y係大於6，而被特徵化。硼組成物係較佳地由負壓遞送封包所遞送，該負壓遞送封包係以流體與該離子源設備通連。較佳地，當組成物係藉由沒有必須充分氣化之高階硼烷而被特徵化時，該組成物係遞送至離子源而無需氣化。
申請人已執行若干實驗，用以比較本發明之含硼摻雜物氣體組成物與其它的摻雜物氣體材料，如現在將於下文之實例中所討論的。應注意的是，對於下文所敘述的所有測試，離子源燈絲重量增益或重量損失，及陽極重量增益或重量損失係藉由取得測試前後之離子源燈絲的重量測量，而被量度，如在本項技藝中所已知的。電流係使用法拉第杯(Faraday cup)，而藉由本項技藝中所熟知之標準化技術予以測量。電弧電流、電弧電壓、提取電壓、及源壓力的源參數係在該等實驗之期間維持不變。為了要避免任何的疑惑，並非如第5圖中之“A”-“F”所指定的所有取樣意指如第6圖中之“A”-“F”所指定的組成物。精確的組成物係列表於第5圖及第6圖的下方。
比較實例1(11BF3)
離子化測試係執行用以評估由單獨11BF3的摻雜物氣體組成物所衍生之離子束的離子束性能(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“A”)。腔室的內部包含離子源，其係建構以包含螺旋狀燈絲及被置於與該螺旋狀燈絲的軸垂直之陽極。基板係定位在陽極的前面，而在離子化處理期間保持陽極不動。11BF3係引入至離子源腔室內。電壓係施加至離子源，用以離子化該11BF3及生產出硼離子。所量度之束電流係顯示在第5圖中。
所觀察到的是，該燈絲以極快的速度獲得重量，且不利地影響到離子源的壽命時間。此外，材料累積在離子源中之所不欲的位置中。大部分之此累積的沉積物包含W。此累積係屬於氟離子/自由基，其係由於在離子源腔室中的離子化期間之11BF3的解離而被形成。
為產生可使用於離子佈植之明確界定的硼離子束之目的，該束電流係視為可以接受的，且因此，被常態化為1.0的值，而與其他測試進行比較。惟，28.5mg/hr(毫克/小時)之顯著的陰極燈絲重量增益率被觀察到，如第1表中所示。由於被要求中止測試之源氣體的不充分離子化，在測試期間之燈絲上的各種含W沉積物之累積降低了燈絲的熱離子發射率，而導致束電流的最終損失。據信該等結果將係由於單獨使用11BF3做為B離子摻雜物源而遭遇到的典型問題。
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比較實例2(11BF3+Xe/H2)
離子化測試係執行用以評估由腔室中之包含11BF3+Xe/H2的摻雜物氣體組成物所獲得之離子束電流(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“B”)。與當執行比較實例1中之基線測試時相同的離子源腔室被使用。11BF3被引入至腔室內做為個別的來源，以及稀釋的氙/氫係自另一來源引入至離子源腔室內。該11BF3及氙/氫係以所需之數量引入，而在腔室內生產出2.25% Xe+12.75% H2+85% 11BF3的摻雜物氣體組成物。
電壓係施加至離子源，用以離子化該摻雜組成物及生產出硼離子。束電流係針對來自比較實例1之11BF3的該者而被常態化，且被顯示於第5圖中。用於取樣B之束電流被量度且決定為，比僅使用11BF3所生產出之該者更低大約15%，如第5圖中所示。陰極燈絲之1.43mg/hr的重量增益率，及陽極區之-0.75mg/hr的重量損失率係如第1表中所示地獲得。由於沉積物之燈絲的重 量增益率係顯著地小於來自比較實例1之11BF3的該者，而指出較少的活性F離子被用以支撐鹵素周期及蝕刻額外的鎢腔室組件。因而，鹵素周期係相對於比較實例1之該者而被降低。相對於比較實例1之更少的射束毛刺發生。惟，該氙/氫稀釋物以產生比單獨使用11BF3之該者更低的束電流為代價(第5圖)，降低鹵素周期及含W沉積物(第1表)。該等結果指示使用稀釋氣體混合物之習知的摻雜物氣體先驅物質。
比較實例3(97.5% 11BF3+2.5% B2H6)
離子化測試係執行用以評估由腔室中之包含97.5% 11BF3+2.5% B2H6的混合物之摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“C”)。純的11BF3係流自一來源，以及5% B2H6-11BF3之混合物係流自另一來源。該等組分被引入至腔室內而形成包含97.5% 11BF3+2.5% B2H6的組成物。與當執行比較實例1及2中之該等測試時相同的離子源腔室被使用。
電壓係施加至離子源，用以離子化該摻雜物氣體混合物及生產出硼離子。束電流被量度且針對11BF3之該者而被常態化，如第5圖中所示。該束電流係決定為比比較實例1或2之任一者更高。惟，陰極燈絲之0.3mg/hr的重量增益率係如第1表中所示地獲得。此外，獲得在陽極區中之-5.1mg/hr的重量損失率。陰極燈絲的重 量增益率及陽極區中的重量損失率共同指出無法接受之縮短的離子源壽命。該等結果指示習知的含硼摻雜物氣體混合物，其中束電流係以較短的離子源壽命為代價而被獲得。
比較實例4(5% B2H6+95% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估由腔室中之包含95% 11BF3+5% B2H6的混合物之摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“D”)。與當執行其他比較實例中之該等測試時相同的離子源腔室被使用。該摻雜物氣體組成物被預混合，且係自單一來源引入至腔室內。
電壓係施加至離子源，用以離子化該摻雜物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對11BF3之該者而被常態化。該束電流係決定為比比較實例1、2、及3更高。
源壽命並未被收集，因為所預期的是，第5圖的取樣D將顯示與第5圖之取樣C的源壽命等效或更差之已被決定為不可接受的源壽命。該等結果指示習知的含硼摻雜物氣體混合物，其中束電流係以較短的離子源壽命為代價而被獲得。
比較實例5(在100V的11BF3)
離子化測試係執行用以評估由僅11BF3的摻 雜物氣體組成物所衍生之離子束的離子束性能(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“A”)。腔室的內部包含離子源，其係建構以包含螺旋狀燈絲及被置於與該螺旋狀燈絲的軸垂直之陽極。基板係定位在陽極的前面，而在離子化處理期間保持陽極不動。11BF3係引入至離子源腔室內。電壓係以100V施加至離子源，用以離子化該11BF3及生產出硼離子。所量度之束電流係顯示於第6圖中，當做“A”，且代表對所評估之所有其他測試的基線。
比較實例6(在100V的90% 11BF3+10% H2)
離子化測試係執行用以評估電弧電壓對於由90% 11BF3及10% H2的摻雜物氣體組成物所衍生之離子束的離子束性能之影響(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“F”)。腔室的內部包含離子源，其係建構以包含螺旋狀燈絲及被置於與該螺旋狀燈絲的軸垂直之陽極。基板係定位在陽極的前面，而在離子化處理期間保持陽極不動。該90% 11BF3及10% H2係引入至離子源腔室內。電壓係以100V施加至離子源，用以離子化該11BF3及生產出硼離子。所量度之束電流係顯示於第6圖中。源壽命係與第6圖之取樣“A”可相比擬。90% 11BF3及10% H2顯示最低的束電流，如第6圖中所示。該束電流係比11BF3(“A”)更小將近20%，且比由本發明(組成物“C”、“D”、及“E”)所創造出之束電流更低20%以上。結果清楚地表明了在組成物“C”、“D”、及“E” 中之乙硼烷的規定數量可具有在離子性能上之積極的影響。
比較實例7(在90V的11BF3)
離子化測試係執行用以評估電弧電壓對於由僅11BF3的摻雜物氣體組成物所衍生之離子束的離子束性能上之影響(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“B”)。腔室的內部包含離子源，其係建構以包含螺旋狀燈絲及被置於與該螺旋狀燈絲的軸垂直之陽極。基板係定位在陽極的前面，而在離子化處理期間保持陽極不動。11BF3係引入至離子源腔室內。電壓係以90V施加至離子源，用以離子化該11BF3及生產出硼離子。所量度之束電流係在第6圖中針對“A”而予以常態化地顯示。該束電流係比11BF3(“A”)更小，如將與習知之含硼摻雜物氣體所預期的一樣。
實例1(5% B2H6+5% H2+90% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估由腔室中之包含5% B2H6+5% H2+90% 11BF3的含硼摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“E”)。與當執行比較實例1至6之測試時相同的離子源腔室被使用。該組成物係預混合至單一遞送容器內，且自該處遞送至離子源腔室。
電壓係施加至離子源，用以離子化該硼摻雜 物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對11BF3之該者(比較實例1)而被常態化。束電流係決定為比當使用11BF3時所生產之該者更高。
陰極燈絲之-2.5mg/hr，及在陽極區中之-1.1mg/hr的重量損失率係如第1表中所示地獲得。此取樣顯示出比任何比較實例更少的重量改變。此組成物亦生產出增大的束電流，且支撐更高的束電流，而不縮短離子源壽命。
實例2(3% B2H6+5% H2+92% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估由腔室中之包含3% B2H6+5% H2+92% 11BF3的含硼摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流(亦即，在第5圖中被指定做為取樣“F”)。與當執行比較實例1至6之測試時相同的離子源腔室被使用。該組成物係預混合至單一遞送容器內，且自該處遞送至離子源腔室。
電壓係施加至離子源，用以離子化該硼摻雜物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對11BF3之該者(比較實例1)而被常態化。束電流係決定為比當使用11BF3時所生產之該者更高。
陰極燈絲之-0.6mg/hr，及在陽極區中之-0.9mg/hr的重量損失率被觀察到，如第1表中所示地。該等源壽命資料值指示的是，取樣F之組成物能支撐更高的束電流，而不縮短離子源壽命。
實例1及2証明了在離子束中之相對於比較實例1至4之增加的品質。本發明表明的是，含W腔室組件的蝕刻係在使用本發明之含硼摻雜物氣體組成物時，顯著地降低。沉積物的降低減少或消除了射束不穩定性，且最終地，減少或消除射束毛刺，而藉以在離子腔室的源壽命期間增進硼射束電流。再者，與先前技藝之方法不同地，本發明的組成物、系統、及其使用方法可增加束電流而不會危害，降級，或縮短離子源壽命。增加品質的硼束電流再加上擴展的離子源可增加輸貫量，且可提供降低周期時間的時機，而達成處理工件之所需的摻雜物劑量。
實例3(在100V的3% B2H6+5% H2+92% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估電弧電壓在由腔室中之包含3% B2H6+5% H2+92% 11BF3的含硼摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流上之影響(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“C”)。與當執行比較實例1至6之測試時相同的離子源腔室被使用。該組成物係預混合至單一遞送容器內，且自該處遞送至離子源腔室。
電壓係以100V施加至離子源，用以離子化該硼摻雜物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對第6圖中之11BF3的該者(“A”，比較實例5)而被常態化。束電流係決定為比當使用11BF3時所生產之該者更高。源壽命並沒有由於增加之束電流的緣故而被犧牲。
實例4(在90V的3% B2H6+5% H2+92% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估電弧電壓在由腔室中之包含3% B2H6+5% H2+92% 11BF3的含硼摻雜物氣體組成物所獲得的離子束電流上之影響(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“D”)。與當執行比較實例1至6之測試時相同的離子源腔室被使用。該組成物係預混合至單一遞送容器內，且自該處遞送至離子源腔室。
電壓係以90V施加至離子源，用以離子化該硼摻雜物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對第6圖中之11BF3的該者(“A”，比較實例5)而被常態化。束電流係決定為比當使用11BF3時所生產之該者更高。特別有意義的是，它被意外地發現到，當電弧電壓自100V(實例3之取樣“C”)降低至90V(實例4之取樣“D”)時，束電流實際地增加。事實上，“D”顯示在第6圖中所測試的組成物之最高的束電流。因為在電弧電壓中之降低已導致用於以11BF3顯示之習知氣體的束電流中之降低(第6圖的“A”及“B”)，所以此係非直覺的結果。源壽命並沒有由於增加之束電流的緣故而被犧牲，因為最小的重量改變係在陰極燈絲及陽極區觀察到，從而指出用以在較高束電流時支撐源壽命的能力。
實例5(在110V的3% B2H6+5% H2+92% 11BF3)
離子化測試係執行用以評估電弧電壓在由腔室中之包含3% B2H6+5% H2+92% 11BF3的含硼摻雜物氣 體組成物所獲得的離子束電流上之影響(亦即，在第6圖中被指定做為取樣“E”)。與當執行比較實例1至6之測試時相同的離子源腔室被使用。該組成物係預混合至單一遞送容器內，且自該處遞送至離子源腔室。
電壓係以110V施加至離子源，用以離子化該硼摻雜物氣體組成物及生產出硼離子。束電流被量度且針對第6圖中之11BF3的該者(比較實例5)而被常態化。束電流係決定為比當使用11BF3時所生產之該者更高。束電流係低於“C”(100V)，且甚至比“D”(90V)更低，而進一步證實本發明之不可預期的行為，其中電弧電壓中的降低將導致更高的束電流。源壽命並沒有由於增加之束電流的緣故而被犧牲，因為最小的重量改變係在陰極燈絲及陽極區觀察到，從而指出用以在較高束電流時支撐源壽命的能力。
本發明之用以在其中B2H6具有比BF3更高之離子化橫剖面而無相對於習知11BF3的效能之破壞性源壽命的能量位準處，以較低的功率位準產生更高的束電流之能力係具新穎性的突破。在本發明的出現之前，增大的束電流需要增大的功率。且，進一步地，在本發明的出現之前，較高的束電流係以較短的源壽命為代價獲得，且因此，已被視為競爭的設計考量因素。
從離子化立場而言，實例1至5証明的是，本發明之特定的含硼組成物可產生硼活性離子及增加的束電流，而無離子源的降級。尤其，在選定的電弧電壓操作 情形時之在本發明較佳濃度範圍內的B2H6、BF3、及H2混合物，以協同方式促進彼此互相的作用，而創造出硼離子化機制，其可產生至少約等於可獲自B2H6及BF3之個別離子化的總計硼離子之單純的加成功效。與使用習知之硼先驅物材料的習知系統及方法相比，淨效應係硼束電流的增進。
此外，本發明可克服習知之需要諸如，Xe/H2之為降低沉積物目的之稀釋氣體混合物的硼離子佈植系統及方法之缺點。稀釋氣體混合物易於降低流至離子源腔室內之每單位氣體流可用之硼離子的活性數目，因而降低了輸貫量。相應地，藉使用稀釋氣體混合物的習知硼摻雜組成物所典型遭遇之此所謂的“稀釋效應”係在本發明中消除，因為本發明並不依賴用以延長源壽命之稀釋氣體混合物的結合。
本發明亦提供其他的處理好處。例如，在本發明中可達到之增加的束電流可排除任何額外之氣體棒(例如，流控制裝置、壓力監測裝置、閥、及電子介面)的需求，且因此，在與使用額外之氣體棒相關聯的成本花費中提供顯著的降低。
雖然被視為本發明的某些實施例之者已被顯示及描述，但當然應瞭解的是，在形式或細節中可立即做成各種修正及改變，而不會背離本發明之精神及範疇。因此，所打算的是，此發明不應受限於本文所顯示及描述之精確的形式和細節，也不應受限於比在本文所揭示及在下 文中被主張專利之本發明整體更少的任何者。

Claims (24)

  1. 一種離子源之操作方法，包含：提供組成物，該組成物包含B2H6，在從大約0.1vol%(體積百分比)到10vol %的範圍之位準；H2，從大約5vol %到15vol %的範圍；其餘為硼之質量同位素11富集的三氟化硼(11BF3)，且進一步地，其中該組成物係藉由實質地沒有高階硼烷而被特徵化，該高階硼烷係由一般化學式BxHy所表示，其中x係3或更大及y係7或更大；以從大約0.5到5sccm(每分鐘標準立方公分)的範圍之流率引入該組成物至該離子源之內；在不大於110V之電弧電壓處操作；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生束電流；以及植入該11B離子至基板內，其中該組成物具有不大於10,000ppm之高階硼烷，其中該束電流係比當11BF3係單獨使用做為摻雜物氣體時之與被同位素富集在硼質量同位素11(11BF3)中之BF3產生的束電流更大。
  2. 請求項1之方法，進一步包含操作該離子源，使得當操作該離子源於100小時或更大的源壽命時，毛刺率係不大於每分鐘2個毛刺。
  3. 請求項1之方法，其中對該離子源之該電弧電壓係比當11BF3係單獨使用做為摻雜物氣體時之與11BF3創建之電弧電壓更小大約5至10%。
  4. 請求項1之方法，進一步包含在該源壽命具有被設定在80至110V間的該電弧電壓之期間產生束電流的步驟，該束電流係大約8至13mA於100小時或更大之源壽命，而具有小於每分鐘1個毛刺的平均毛刺率。
  5. 請求項1之方法，其中該流率係在大約3至4sccm之間。
  6. 請求項2之方法，其中在該源壽命之期間，該毛刺率係不大於每分鐘1個毛刺。
  7. 請求項1之方法，其中該同位素富集的三氟化硼係11BF3，以及該11B離子係實質地衍生自11BF3。
  8. 一種離子源之操作方法，包含：提供組成物，該組成物包含B2H6，在從0.1vol %到10vol %的範圍之位準；H2，從大約5vol %到15vol %的範圍；其餘為硼之質量同位素11富集的三氟化硼(11BF3)；引入該組成物至該離子源之內；在當單獨使用11BF3做為摻雜物氣體時所利用於11BF3之對應功率更小的功率處操作；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生束電流，其係比當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時之與被同位素富集在硼質量同位素11(11BF3)中之BF3所產生之束電流更大；以及植入該11B離子至工件內，用以達成所需之劑量，其中該組成物具有不大於10,000ppm之高階硼烷。
  9. 請求項8之方法，其中該離子源壽命係比當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時之該11BF3的源壽命至少更長50%，且該束電流係比單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體所產生之該束電流更高。
  10. 請求項8之方法，其中該功率係操作於比當僅使用該11BF3做為摻雜物氣體以產生該束電流時之功率更低的位準處，該束電流係比單獨使用11BF3做為摻雜物氣體所產生之該束電流更高。
  11. 請求項8之方法，其中該功率係藉由在與當僅使用11BF3以產生該束電流時所使用之電弧電流相比之更低的電弧電流處操作，而予以設定，其中該束電流係與單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體所產生之該束電流實質相同。
  12. 請求項8之方法，其中該工件包含預定劑量之被實質植入於其中的11B離子，且進一步地，其中該工件具有與當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時，所產生之以W為主的污染物相比之至少更低40%數量之以W為主的污染物。
  13. 請求項8之方法，進一步包含操作該離子源於與當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時之源壽命相比之至少更長50%的源壽命。
  14. 請求項10之方法，其中該功率係操作於比當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時之功率更低5至10%的位準處。
  15. 一種離子源設備，其係組構以在小於110V的電弧電壓處執行硼植入，該離子源適合以接收大約0.5至5sccm之組成物，該組成物包含B2H6，在從0.1vol %到10vol %的範圍之位準；H2，從大約5vol %到15vol %的範圍；其餘為硼之質量同位素11富集的三氟化硼(11BF3)，該離子源設備藉由在離子源壽命期間之不大於每分鐘大約2個毛刺的平均毛刺率而被特徵化，以及該離子源設備藉由至少100小時之該離子源壽命而被進一步特徵化，其中該組成物具有不大於10,000ppm之高階硼烷，其中該離子源設備能產生11B離子之束電流，並且該束電流係比當11BF3係單獨使用做為摻雜物氣體時之與被同位素富集在硼質量同位素11(11BF3)中之BF3產生的束電流更大。
  16. 請求項15之離子源設備，進一步包含負壓遞送封包，該負壓遞送封包包含該組成物，該負壓遞送封包係以流體與該離子源設備通連。
  17. 請求項15之離子源設備，其中當該電弧電壓變低時，該離子源設備能產生11B離子之較高的束電流，而無該離子源壽命之降低。
  18. 請求項17之離子源設備，進一步包含：植入終端站；工件，在該植入終端站中；該工件接受11B離子的植入而達成預定的11B劑量， 且該11B劑量具有與當單獨使用該11BF3做為摻雜物氣體時，由該11BF3所產生之以W為主的污染物相比之至少更低50%數量之以W為主的污染物。
  19. 一種用以植入B(硼)離子之離子源的操作方法，包含：提供組成物，該組成物包含B2H6，在從2vol %到5vol %的範圍之位準；H2，從大約5vol %到10vol %的範圍；其餘為硼之質量同位素11富集的三氟化硼(11BF3)；在80V至100V之間的電弧電壓處操作該離子源；以從0.5至5sccm的範圍之間的流率直接引入該組成物至該離子源，而以不蒸發該組成物賦予特徵；離子化該組成物，用以產生11B離子；產生大約8至13mA之間的束電流；以及操作於200小時或更大之源壽命的該離子源，而具有在該源壽命期間之小於每分鐘1個毛刺的平均毛刺率，其中該組成物具有不大於10,000ppm之高階硼烷，其中該束電流係比當11BF3係單獨使用做為摻雜物氣體時之與被同位素富集在硼質量同位素11(11BF3)中之BF3產生的束電流更大。
  20. 請求項19之方法，其中該B2H6係同位素富集在其任何同位素中之天然豐度以上。
  21. 請求項19之方法，其中該11B離子係實質地衍生自11BF3。
  22. 請求項19之方法，進一步包含操作該 離子源而無需選自由氙及氬所構成之群組的惰性氣體，而藉以避免該束電流之減低。
  23. 一種使用於離子植入處理中之含硼摻雜組成物，包含：在源供給中之含硼摻雜氣體混合物，其包含B2H6，從0.1vol %到10vol %；H2，從約5vol %到15vol %的範圍；其餘為硼之質量同位素11富集的三氟化硼(11BF3)，且進一步地，其中在該源供給中之該混合物具有不大於10,000ppm之高階硼烷，其中該含硼摻雜組成物被離子化以產生11B離子之束電流，並且該束電流係比當11BF3係單獨使用做為摻雜物氣體時之與被同位素富集在硼質量同位素11(11BF3)中之BF3產生的束電流更大。
  24. 請求項23之含硼摻雜組成物，其係藉由實質地或整個地沒有氙及氬而被特徵化。
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