相關(guān)申請

本申請是2015年3月2日提交的美國申請?zhí)?4/635,413的部分繼續(xù)申請，其主張來自2014年3月3日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/947,064的優(yōu)先權(quán)的權(quán)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。

本發(fā)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(tǒng)和其使用方法的獨特組合。

背景技術(shù)：

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(zhì)引入半導體晶片。將所需的摻雜劑雜質(zhì)引入半導體晶片以在所需深度形成摻雜區(qū)域。選擇摻雜劑雜質(zhì)以與半導體晶片材料結(jié)合來產(chǎn)生電載流子(electricalcarrier)，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(zhì)的濃度決定摻雜區(qū)域的導電性。必然產(chǎn)生許多雜質(zhì)區(qū)域以形成晶體管結(jié)構(gòu)、絕緣結(jié)構(gòu)及其他電子結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)共同充當半導體裝置。

摻雜劑雜質(zhì)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(zhì)。離子在離子室內(nèi)產(chǎn)生等離子體環(huán)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(zhì)越多。用這種方式，對于給定流速的源摻雜氣體，可以實現(xiàn)更高的摻雜劑離子物質(zhì)的注入劑量。所得的離子束可被傳輸通過質(zhì)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(zhì)滲透半導體晶片的表面以形成具有所需的電性質(zhì)和/或物理性質(zhì)的某一深度的摻雜區(qū)域。

硼注入已經(jīng)廣泛用于半導體工業(yè)以改變摻雜區(qū)域的電性質(zhì)，并且最近在其他應用中得到推動，其中所需區(qū)域經(jīng)雜質(zhì)摻雜以調(diào)整摻雜區(qū)域的某些物理性質(zhì)。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(shù)語“b離子”、“b活性離子”、“b離子物質(zhì)”、“b離子摻雜劑物質(zhì)”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(chǎn)量來執(zhí)行日益增加的硼注入步驟，并且獲得生產(chǎn)率的提高。

三氟化硼(bf3)是半導體工業(yè)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(jīng)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(shù)。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(yè)中另外稱為離子源的操作弧電壓?；蛘?，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(wěn)定b+離子束的效率。穩(wěn)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(xù)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(shù)量的電子和生成產(chǎn)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(huán)”，通過鹵素循環(huán)可能發(fā)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)。因此，對于開發(fā)改善所需硼離子物質(zhì)的束電流而不犧牲離子源壽命的組合物、系統(tǒng)和其使用方法，尚存在未被滿足的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)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(tǒng)和其使用方法。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，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。

在第一方面，一種操作離子源的方法，其包括：提供組合物，所述組合物包含：含量在約0.1%-10%范圍內(nèi)的b2h6；約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼(11bf3)，并且此外其中所述組合物特征為基本上缺乏由通式bxhy表示的高級硼烷，其中x是3或更大并且y是7或更大；將所述組合物以約0.5-5sccm范圍內(nèi)的流速引入所述離子源；在不大于110v的弧電壓下操作；電離所述組合物以產(chǎn)生11b離子；生成束電流；和將所述11b離子注入基件。

在第二方面，一種操作離子源的方法，其包括：提供組合物，所述組合物包含：含量在約0.1%-10%范圍內(nèi)的b2h6；約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼(11bf3)；將所述組合物引入所述離子源；在與11bf3單獨用作所述摻雜氣體時所使用的對應功率相比更小的功率下操作；電離所述組合物以產(chǎn)生11b離子；生成與單獨使用11bf3作為摻雜氣體時所產(chǎn)生的的束電流相比基本上相同或更高的束電流；和將所述11b離子注入工件以實現(xiàn)所需劑量。

在第三方面，一種離子源設備，其經(jīng)配置以在小于110v的弧電壓下執(zhí)行硼注入，所述離子源經(jīng)改造以接收約0.5-5sccm的組合物，所述組合物包含：含量在0.1%-10%范圍內(nèi)的b2h6；約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼(11bf3)，所述離子源設備特征為在離子源壽命期間不大于約每分鐘2個假信號的平均假信號率，并且所述離子源設備另一特征是至少100小時的離子源壽命。

在第四方面，一種操作離子源用于注入b離子的方法，其包括：提供組合物，所述組合物包含：含量在2%-5%范圍內(nèi)的b2h6；約5%-10%范圍內(nèi)的h2以及剩余為以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼(11bf3)；在80-100v之間的弧電壓下操作離子源；將所述組合物以0.5-5sccm范圍內(nèi)的流速直接引入離子源，此步驟的特征為缺乏對所述組合物的汽化；電離所述組合物以產(chǎn)生11b離子；生成約8-13ma之間的束電流；和操作所述離子源達200小時或更多的源壽命，在所述源壽命期間具有小于每分鐘1個假信號的平均假信號率。

在第五方面，用于離子注入工藝的含硼摻雜劑組合物，所述含硼摻雜劑組合物包含：供應源中的含硼摻雜氣體混合物，其包含：0.1%-10%的b2h6；約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼(11bf3)，并且此外其中供應源中的所述混合物特征為不大于10,000ppm的高級硼烷。

附圖說明

本發(fā)明的目的和優(yōu)點將從其優(yōu)選實施方式的以下詳細說明結(jié)合附圖而得以更佳的理解，其中貫穿全文，類似編號代表相同特征，并且其中：

圖1繪出處于不同能量級的b2h6和bf3的電離截面；

圖2示出本發(fā)明的摻雜氣體組合物的不同遞送方案；

圖3示出結(jié)合本發(fā)明的原理的離子源；

圖4示出在硼注入系統(tǒng)內(nèi)的圖3的離子注入器；

圖5是對本發(fā)明的摻雜氣體組合物與其他類型硼基摻雜氣體材料的束電流水平的比較；

圖6是對本發(fā)明的摻雜劑組合物與其他類型硼基摻雜氣體的束電流水平和功率水平的條形比較圖。

圖7是陰極和陽極重量增益/損失速率總結(jié)的表（表1）。

具體實施方式

本發(fā)明的各種要素的關(guān)系與功能通過以下詳細說明得以更佳的理解。該詳述考慮處于本公開的范圍內(nèi)的特征、方面和實施方式的各種排列與組合。本公開可因此指定為包含以下、由以下組成或基本上由以下組成，這些特定特征、方面和實施方式的此類組合和排列中的任何一種或所選的其中一種或多種。

在本文中且貫穿本說明書使用的“b離子”和“活性b離子”可互換地使用，并且意指各種硼離子摻雜劑物質(zhì)，包括適用于注入基件中的硼或含硼陽離子（諸如b+）。

如本文使用，除非另外指明，否則所有濃度都表示為基于組合混合物的總體積計的體積百分比("體積%")。

在本文中且貫穿本說明書使用的“降低”意欲指當使用本發(fā)明的摻雜劑組合物、離子源設備和方法操作離子注入源以注入b離子（諸如11b+離子或11bf2+離子）時，在離子注入過程的操作期間的縮短、抑制和/或延緩。

本公開一方面涉及某一濃度范圍內(nèi)新型的含硼摻雜劑組合物以及對應設備和其使用方法，以用于與常規(guī)的硼摻雜劑源（諸如bf3）相比增加硼束電流。如將要解釋的，本發(fā)明概念是使用某一濃度范圍內(nèi)的特定低級二硼烷物質(zhì)以增加對bf3的電離而不一般促進增加硼離子并且不增加可用f離子，這是現(xiàn)有技術(shù)尚未認識到的用于改善b離子注入的有駁常理的方法。“電離截面”定義為當原子或分子與從離子源發(fā)射的電子進行碰撞時將發(fā)生電離的概率（按面積的單位計）。如本文將描述的本發(fā)明的摻雜氣體組合物、離子源設備和方法使離子源性能與先前硼摻雜劑源材料（例如以硼質(zhì)量同位素11同位素富集的三氟化硼，11bf3）相比有所改善而不犧牲離子源壽命。離子源性能將關(guān)鍵性能量度納入考慮，所述關(guān)鍵性能量度包括束電流的穩(wěn)定性、源壽命和束假信號的程度。如本文使用的“束假信號”或“假信號”是指可以引起束電流瞬間下降的電壓放電。假信號率可以表示為在源壽命期間每單位時間的假信號數(shù)量或每單位時間假信號的平均數(shù)量，假信號率是可用于量化源壽命的量度。本公開在本文中以各種實施方式并且參照本發(fā)明的各方面和特征來闡述。

在一個實施方式中，本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在選擇性電離條件下的特定組合濃度范圍的b2h6、bf3和氫組分能夠改善離子束電流，由此可以增加束電流而不損害離子源或劣化離子源。用這種方式，增加的硼離子束電流是可能的，而未將沉積物累積至引起源壽命的劣化或縮短的不可接受的水平。

硼摻雜氣體組合物能夠相對于通常在硼離子注入中使用的其他常規(guī)的源摻雜氣體（諸如11bf3）實現(xiàn)延長時間段內(nèi)增加束電流。摻雜劑組合物包含以特定濃度范圍所含有的二硼烷(b2h6)、三氟化硼(bf3)和氫氣(h2)的組成元素。在一個實施方式中，組合物包含：0.1%-10%范圍內(nèi)的b2h6、約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為bf3。在優(yōu)選實施方式中，組合物包含：0.1%-5%范圍內(nèi)的b2h6、約5%-10%范圍內(nèi)的h2以及剩余為bf3。在更優(yōu)選實施方式中，組合物包含：2%-5%范圍內(nèi)的b2h6、約5%-10%范圍內(nèi)的h2以及剩余為bf3。在優(yōu)選實施方式中，組合物包含：約3%的b2h6、約5%的h2以及剩余為bf3。

應理解，對此處和貫穿全文提及的組合物的組成元素中的任何一者的提及意欲指其天然存在的種類和其同位素富集物的種類。例如，“bf3”意欲指呈其天然存在形式的bf3以及呈其以具體同位素（10b或11b）超過天然豐度而同位素富集的形式的bf3。如果旨在限制，則舉例而言，以質(zhì)量同位素10超過天然豐度而同位素富集的bf3在此處且貫穿全文應該稱作10bf3。舉例而言，以質(zhì)量同位素11超過天然豐度而同位素富集的bf3在此處且貫穿全文應該稱作11bf3。術(shù)語“同位素富集”意指摻雜氣體含有不同于其天然存在同位素分布的質(zhì)量同位素的分布，由此所述質(zhì)量同位素中的一種具有比天然存在含量更高的富集含量。舉例而言，99%11bf3是指含99%富集的硼質(zhì)量同位素11b的同位素富集或富集摻雜氣體，而天然存在bf3含有80%天然豐度含量的硼質(zhì)量同位素。因此，99%11bf3富集19%b。另外，應理解本發(fā)明的摻雜劑組合物可以含有一種或更多種組成元素的兩種或更多種同位素形式。例如，b2h6可以一個量存在，其中b11和b10中的每一個以它們的天然豐度或富集含量存在。

根據(jù)本發(fā)明的原理，在離子注入工藝中以特定操作規(guī)程使用本發(fā)明的摻雜氣體組合物，其中b2h6的電離截面大于bf3的電離截面。用這種方式，b離子（諸如b+離子）的生成得以改善。參照圖1，在約80v-100v且更優(yōu)選地約70v-120v的所選操作弧電壓下，b2h6展現(xiàn)比bf3更高的電離截面。在該所選操作規(guī)程中，申請人已觀察到，b2h6具有更高的生成各種含硼離子物質(zhì)的可能性。來源于b2h6的含硼離子物質(zhì)的存在加強了bf3的電離過程，從而引起更高的b+束電流，而無離子源的源燈絲（即陰極）的劣化。凈效應是離子束性能的改善。離子束性能的這種改善表現(xiàn)在預定濃度范圍內(nèi)的用bf3配平的b2h6和h2。b2h6是在約0.1%-10%、優(yōu)選地約1-5%、更優(yōu)選地約2-5%且最優(yōu)選地約3%的范圍內(nèi)，并且氫氣濃度在約5%-15%之間、優(yōu)選地約5%-10%之間且最優(yōu)選地約5%，并且剩余為bf3。

本發(fā)明認識到，按照其中b2h6的電離截面不大于bf3的電離截面的規(guī)程來操作離子注入工藝可能不會對bf3的電離造成改善。因此，可能觀察不到b離子以及進而b+束電流的增加。

b2h6的量不可低于0.1%也不可超過10%以避免不利效果。具體地說，b2h6必須以最小濃度水平或以上水平存在以減少鹵素循環(huán)作用，以使得陰極絲的重量增益速率降低。當b2h6以低于0.1%的含量存在時，可以觀察到束電流增益不充分，以及借助鹵素循環(huán)的不可接受的高的陰極重量增益。

除將b2h6維持在0.1%的下限或以上水平之外，b2h6不應該超過上限。意外地發(fā)現(xiàn)，當b2h6處于僅接近2.5%的含量時，將b2h6添加至bf3增加了f+離子的產(chǎn)生，盡管引入所述室中的氟分子的添加量沒有增加。如工作實例中將示出，雖然觀察到，與bf3-xe-h2的混合物相比，添加2.5%b2h6和97.5%bf3的混合物降低了鹵素循環(huán)，但與bf3-xe-h2相比，2.5%b2h6和97.5%bf3的混合物造成離子源的陽極區(qū)中意外的快速重量損失。如在本文中且貫穿本說明書使用的術(shù)語“陽極區(qū)”意指離子室壁的最熱區(qū)域。當b2h6以接近2.5%或更多的含量存在時，因為f+離子的產(chǎn)生量增加而可能發(fā)生意外的重量損失。不受任何特定理論的束縛，我們相信b2h6在離子源中電離以產(chǎn)生分別含有自由基和h和bxhy物質(zhì)的離子的不同碎片。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)h和bxhy物質(zhì)起到f離子清除劑的作用。bxhy離子和自由基比h離子和自由基顯著更大，并且因此可具有與較輕物種（包括h離子）相比在等離子體相中傳輸更慢的傾向。因此，bxhy不可能同樣容易地傳輸至電弧室中所有的位置，從而降低其f離子清除作用。bxhy離子物質(zhì)不能分散到所述室的所有區(qū)域中，這可能嚴重地影響離子源的操作，因為從室組件的表面侵蝕出的w可以經(jīng)由鹵素循環(huán)中可得的數(shù)量增加的氟而在不希望的位置再沉積。結(jié)果是高電壓電弧放電的趨勢增加。因為bxhy離子物質(zhì)不可能可觀量占據(jù)離子室的某些區(qū)域，或可能在室中某些區(qū)域完全缺乏，所以由于各種bxhy離子物質(zhì)對f離子的清除較低，f離子侵蝕可能遞增，從而引起活性f離子的可用性增加，這縮短離子源壽命。

克服在硼注入期間的f離子清除降低的方法已經(jīng)包括將稀釋氣混合物添加至bf3。例如，已經(jīng)采用使xe和h2的氣體混合物進行共流動。然而，僅以與bf3相比更低的束電流為代價實現(xiàn)了對f離子清除的增加。

本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向b2h6受控地添加h2至其上限和下限之間并且剩余為bf3，此舉克服了當使用bf3和b2h6時對f離子清除的不足，從而允許更多b2h6被添加至bf3而不縮短離子源壽命。對于未知且未完全理解的機理，當在約5%-15%、優(yōu)選地約5%-10%且更優(yōu)選地約5%的特定濃度范圍內(nèi)添加時，h2似乎延長離子源壽命。當以本發(fā)明規(guī)定的量添加時，h2可降低能夠侵蝕室組件的活性f離子的可用性。因此，如工作實例中將示出，陽極區(qū)重量損失更小并且陰極絲重量增益更小。以控制量將h2添加至b2h6和bf3允許使用更大分數(shù)的b2h6以便在離子注入工藝期間產(chǎn)生增加的b離子束電流而不增加f離子在室中的累積。如工作實例中將示出，相對于僅bf3(比較實施例1），本發(fā)明的優(yōu)選組合物(實施例1-5）包括至多約5%h2以實現(xiàn)更高的束電流，其中陰極的重量增益減少，并且電弧室壁的重量損失或侵蝕減少。用這種方式，本發(fā)明可以增加硼離子電流同時還延長離子源壽命，直到本發(fā)明的出現(xiàn)，一般認為這兩者是彼此互斥的競爭性的性能量度。

在優(yōu)選實施方式中，氫氣、b2h6和bf3的發(fā)明性混合物的特征為基本上或完全缺乏其他惰性氣體，例如像氬或氙。已經(jīng)觀察到，不需要將其他惰性氣體添加至氫氣、b2h6和bf3的發(fā)明性混合物來幫助硼的電離。因此，在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的含硼組合物基本上或完全地排除其他惰性氣體（諸如氙或氬）以便不降低束電流。如工作實例中將示出，申請人發(fā)現(xiàn)與bf3+xe+h2的混合物（比較實施例2，圖5）相比，氫氣、b2h6和bf3的發(fā)明性混合物（其特征為基本上或完全缺乏其他惰性氣體）增加大約30%的束電流。因此，在一個實施方式中，本發(fā)明涉及一種用于操作離子源的方法，其特征為缺乏對惰性氣體（包括但不限于氙或氬）的使用。

可以使用如圖2a、2b和2c所示的眾多供應配置來產(chǎn)生本發(fā)明的組合物。在優(yōu)選實施方式中，可以如圖2a所示來存儲和從單個來源遞送所述物質(zhì)。具體而言，圖2a示出本發(fā)明的氣體組合物由單個源存儲容器210供應，其中組合物預混合成本發(fā)明的濃度水平。該單個來源存儲容器可以使用任何類型的容器來存儲和遞送。在優(yōu)選實施方式中，可以如美國專利號5,937,895；6,045,115；6,007,609；7,708,028；和7,905,247中所述來使用負壓uptime?遞送包，以上所有專利在此以它們各自全文以引用方式并入本文。負壓傳送裝置設計成維持摻雜劑混合物在裝置內(nèi)受壓狀態(tài)，同時盡可能減少或消除發(fā)展成泄漏或災難性破裂的風險，所述泄漏或災難性破裂通常與高壓氣缸有關(guān)。該裝置是真空驅(qū)動以便當沿流路獲得負壓條件時允許摻雜劑混合物受控流至下游過程。

當本發(fā)明的組分由單個來源供應時，根據(jù)本發(fā)明的規(guī)定量的氫氣的存在可以減少b2h6和bf3的混合物分解以產(chǎn)生由通式bxhy表示的高級硼烷，其中x大于2并且y是1或更大，并且更優(yōu)選地其中x是3或更大并且y是7或更大。高級硼烷的一些實例可包括b3h7、b5h9、b4h10或b10h18。另外，化學穩(wěn)定性可以通過在低于環(huán)境條件的溫度（諸如20至-30℃范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地20至4℃）下存儲內(nèi)容物來進一步地提高。

或者，本發(fā)明的摻雜劑組合物可以通過連續(xù)地流動或共流動物質(zhì)中的每一種而在離子源腔室內(nèi)產(chǎn)生。圖2b示出流量控制裝置212和214可用于供應氣體組合物的受控流量，并且來自各個存儲容器的所需流量可以在引入離子源室112中之前于遞送管線中預混合。存儲容器中的一個可含有純形式的組分氣體中的一種。例如，存儲容器210含有純bf3，并且存儲容器213含有經(jīng)預混合的b2h6和h2的所需組合物。在另一配置中，圖2c示出來自存儲容器210和213的流量可以分別引入離子源室112中以產(chǎn)生本發(fā)明的摻雜氣體組合物。

申請人認識到二硼烷可以聚合成高級硼烷（無論獨自存儲或作為混合物的一部分），達到可以不利地影響離子注入的程度。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將二硼烷從特征為基本上缺乏由式bxhy表示的高級硼烷（即b3h7和/或更高）的供應源引入離子源室中，其中x是3或更大并且y是7或更大。來自供應源的基本上缺乏的高級硼烷優(yōu)選地不大于10,000ppm（即1%）。在另一實施方式中，將二硼烷從具有不大于5000ppm（即0.5%）的由式bxhy表示的高級硼烷（即b3h7和/或更高）的供應源引入離子源室中，其中x是3或更大并且y是7或更大。因此，通過限制供應源中高級硼烷的量，可以使用本發(fā)明的方法而不顯著地降低在束電流和源壽命方面的離子性能。此外，通過限制供應源中的高級硼烷的量，本發(fā)明的方法涉及直接將b2h6、h2和bf3組合物以氣相引入不包括高級硼烷的離子源中，從而避免將這種高級硼烷汽化來生成足夠蒸氣壓的需要。

供應源可以僅包括二硼烷?；蛘?，二硼烷可以包括二硼烷與氫氣和/或三氟化硼。更優(yōu)選地，將二硼烷作為包括規(guī)定濃度范圍的氫氣和三氟化硼的混合物的一部分來存儲和遞送，以允許氫氣來減少二硼烷聚合的起始和bf3潛在的劣化。

任何合適的離子注入設備可以與本發(fā)明一起使用。參照圖3，示出了代表性離子注入設備300，其用于注入衍生自本發(fā)明的濃度范圍的b2h6、bf3和h2的含硼摻雜劑組合物的b離子。圖3中描繪的離子源設備300具有各種組件，包括間接加熱的陰極(ihc)315，其可充當用于將本發(fā)明的含硼摻雜氣體組合物電離成其對應硼活性離子的離子源。應理解，本發(fā)明的摻雜氣體組合物適合本領域已知的其他類型的離子源，所述已知離子源包括例如freeman源、bernas源和rf等離子體源。

圖1的離子源設備300可用于產(chǎn)生用于將硼離子注入半導體基件中的離子束。硼離子以一種方式由b2h6和bf3的電離生成，該方式與單獨由bf3生成的束電流相比生成更高的硼離子束電流。不受任何特定理論的束縛，我們相信在含硼摻雜劑組合物的特定組成范圍和經(jīng)謹慎選擇的離子源設備300的操作條件下，bf3和b2h6以協(xié)同方式彼此相互作用以產(chǎn)生電離機理，所述電離機理生成數(shù)量增加的b活性離子以產(chǎn)生增加和改善的束電流，所述束電流在源壽命期間具有較低假信號率或不存在假信號率。如本文使用的“b活性離子”意指具有通式b+的硼離子，其可用于注入。

至少部分地基于在操作離子源設備300期間源陰極315的重量改變的最小速率，本發(fā)明中所公開的摻雜氣體組合物優(yōu)選地允許離子源陰極315壽命與常規(guī)的硼摻雜劑離子注入系統(tǒng)相比有所延長。凈結(jié)果是未經(jīng)受過早失效的離子源陰極315，從而允許源陰極315在延長時間段內(nèi)保持可操作以增加生產(chǎn)量。用這種方式，本發(fā)明具有獨特的含硼摻雜氣體組合物，相對于單獨由11bf3生成的束電流，所述氣體組合物能夠維持或增加硼離子束電流，同時與比先前利用常規(guī)前體材料（諸如11bf3）可能獲得的持續(xù)時間相比，在更長持續(xù)時間內(nèi)維持源燈絲315的完整。

仍參照圖3的離子源設備300，含硼摻雜氣體組合物流302包含bf3、b2h6和h2，并且優(yōu)選地作為以預定比率被包含的單個流來遞送，所述單個流通過延伸穿過電弧室壁311的供氣管線被引入離子源室312中。通過從供電源（未示出）施加預定電壓來電阻加熱定位非常接近ihc315的鎢基燈絲314，使所述源腔室312內(nèi)部的含硼摻雜氣體組合物303經(jīng)受電離。燈絲314可以相對于ihc315被施予負偏壓。通過供電源向燈絲314施加電流來電阻加熱燈絲314。提供絕緣體318以使陰極315與電弧室壁311電絕緣。

由陰極315發(fā)射電子。發(fā)射的電子加速并且電離含硼摻雜劑組合物303的b2h6和bf3，以在室312內(nèi)產(chǎn)生等離子體環(huán)境。反射極(repellerelectrode)316聚集負電荷以將電子排斥回以維持含硼摻雜劑組合物303分子的電離，從而維持電弧室312中的等離子體環(huán)境。反射極316優(yōu)選地與ihc315基本徑向相對配置以維持室312內(nèi)摻雜氣體組合物303的電離。電弧室壁311包括提取孔317，通過該提取孔317從電弧室312中提取良好界定(well-defined)的離子束321。提取系統(tǒng)包括定位在提取孔317前方的提取電極320和抑制電極319。提取電極320和抑制電極319兩者都具有各自的與提取孔317對準的孔以用于提取可用于硼離子注入的良好界定的離子束321。

含硼摻雜氣體組合物303的電離可造成從b2h6、bf3和h2組分中每一種的協(xié)同相互作用生成各種電離物質(zhì)以及它們的對應離子物質(zhì)中的任何一種。在充分的操作條件下，所述條件包括對弧電壓進行選擇，所述弧電壓有利地允許借助于在所選操作弧電壓下b2h6和bf3的對應電離截面（圖1）而在離子源設備100內(nèi)發(fā)生b2h6和bf3的協(xié)同相互作用，以及通過控制引入離子室312中的含硼摻雜劑組合物組分中的每一種的相對量，產(chǎn)生增加的束電流并且與常規(guī)的硼摻雜劑組合物相比維持延長的時間期。

含w副產(chǎn)物的形成的減少轉(zhuǎn)化為在ihc315的較熱表面上的含w沉積物更少的擴散和分解。因此，在操作離子源設備300期間，ihc315的重量增益速率以及室的陽極區(qū)中的重量損失速率顯著地降低。最終結(jié)果是束假信號的頻率較低或消除，從而增加束穩(wěn)定性并且延長離子源設備300的操作壽命。

圖4示出被納入離子注入系統(tǒng)400中的圖3的離子源設備100。本領域技術(shù)人員應理解，圖3的離子源設備300的所有元件皆被納入圖4中。因此，圖4中示出的離子源設備300的元件和特征應該相對于圖3中示出的元件和特征來理解。

圖4示出摻雜氣體組合物可從摻雜氣體箱401供應?？梢詫诫s氣體組合物提供為在氣箱401內(nèi)的單個供應容器中以所需配方預混合的組合物。或者，可以構(gòu)造和布置該氣箱401以使得組分b2h6和bf3中的每一種可以在作為氣體套件的一部分的單獨分配容器中供應，然后利用對應的流量控制器使所述b2h6和bf3組分以受控流速連續(xù)地或半連續(xù)地共流動或按順序流動，所述流量控制器可以被視為氣體套件的一部分。氫氣可以與b2h6預混合。bf3和b2h6-h2的流速受到控制，并且被引導向離子源設備400以產(chǎn)生處于優(yōu)選濃度范圍的所需含硼摻雜氣體組合物。這種摻雜氣體組合物可以在源室400入口和/或源室400內(nèi)產(chǎn)生。個別組分混合的位置可以出現(xiàn)在離子源設備400的上游或者在設備400的室412內(nèi)。

仍參照圖4，從箱401中將含硼摻雜氣體組合物作為預混合的單個源或作為bf3和b2h6-h2的個別物質(zhì)，按照上文剛剛描述的方式，以共流動或按順序流動進入設備300中的方式，引入離子源設備400中。將電壓施加至離子源燈絲314作為一種手段以用于將能量引入室312（圖3）中以生成設備300的所選弧電壓來電離含硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生足夠濃度的可用于注入的活性硼離子。優(yōu)選地，輸入至離子源314的能量（即弧電壓）被維持在約80v–120v的范圍內(nèi)，以便允許本發(fā)明的摻雜劑組合物的組分和它們對應的離子物質(zhì)以協(xié)同方式相互作用而產(chǎn)生電離機理，上述電離機理生成增加量的活性b+離子。在室312內(nèi)產(chǎn)生所得等離子體環(huán)境。離子束提取系統(tǒng)401包括提取電極320和抑制電極119，所述提取電極320和所述抑制電極119形成如圖2所示的含硼摻雜劑供應系統(tǒng)的一部分，并且經(jīng)配置以用于提取待用于硼離子注入的良好界定的硼束321。束321可以通過任選的質(zhì)量分析器/過濾器405傳輸，以從待注入的其他物質(zhì)中選擇性地磁性捕獲硼離子物質(zhì)。具體而言，質(zhì)量分析器/過濾器405經(jīng)布置以僅允許目標活性硼離子（例如11b）向前移動進入處理腔或末端站410中。在此時機的硼離子束407被良好界定在目標活性硼離子中，所述目標活性硼離子可以由加速/減速單元406來加速/減速，并且隨后被傳輸至定位在末端站410中的晶片或目標工件409的表面，以用于將活性硼離子（例如11b）注入工件409中。所述束的活性硼離子與工件409的表面碰撞并且以所需深度滲透該表面，以形成具有所需電性質(zhì)和物理性質(zhì)的區(qū)域。通過使用本發(fā)明的方法和技術(shù)，系統(tǒng)400內(nèi)所包括的離子源設備300的束電流可以相比常規(guī)硼離子摻雜劑系統(tǒng)顯著增加，而不招致離子源壽命下降。因此，本發(fā)明代表了離子注入工業(yè)中的進步，除其他工藝益處之外，該進步增加了離子源設備400的生產(chǎn)量。

應注意，對硼離子注入工藝400的結(jié)構(gòu)和設計的諸多改變可以用于本發(fā)明的不同實施方式。此外，構(gòu)造和設計的細節(jié)在本發(fā)明的性能中不重要，除非到這樣的程度，即所述細節(jié)涉及在離子源設備300和對應注入工藝400中所用的含硼摻雜劑組合物。

另外，離子源設備300可以包括商業(yè)離子注入器中通常使用的離子源中的任何一種，諸如freeman和bernas型源、間接加熱陰極源和rf等離子體源。調(diào)節(jié)包括壓力、燈絲電流和弧電壓在內(nèi)的離子源操作參數(shù)以實現(xiàn)包含b2h6和bf3的含硼摻雜氣體組合物所需的電離，以使得在所選參數(shù)下，b2h6與bf3相比具有更高的電離截面，從而根據(jù)本發(fā)明的原理來增強電離和活性b離子的生成。

本發(fā)明考慮各種方式，這些方式使用由特定和最佳濃度范圍所定義的bf3-b2h6-h2的混合物以便顯著地改善離子注入性能。例如，在本發(fā)明的一方面并且參照圖3和4，將bf3-b2h6-h2的特定混合物提供至離子源室300。優(yōu)選地，該混合物的特征為基本上缺乏高級硼烷bxhy，其中x大于2并且y大于6，從而避免對汽化包括這種高級硼烷的混合物以生成足夠蒸氣壓的需要。該混合物包含：最佳濃度范圍的二硼烷和氫氣，即0.1-10%b2h6；和5-15%h2；剩余為同位素富集的11bf3。將該混合物以0.5-5sccm的流速提供至離子源室300。將離子源的功率調(diào)節(jié)至不大于110v。發(fā)生電離以產(chǎn)生活性11b離子并且生成束電流。束電流從離子源300中被提取而進入離子束提取器401，并且通過質(zhì)量分析器/過濾器405以產(chǎn)生11b離子的聚焦束。11b離子束隨后通過加速器/減速器406并且最終到達注入末端站410，在那里該束的11b離子以基件內(nèi)特定深度滲透并注入該基件中。生成的束電流優(yōu)選地大于當11bf3單獨作為摻雜氣體時用11bf3產(chǎn)生的束電流。在另一實例中，生成的束電流為約8-13ma，并且在操作離子源300達100小時或更多的源壽命內(nèi)時，操作該離子源以產(chǎn)生不大于每分鐘2個假信號，并且更優(yōu)選地不大于每分鐘1個假信號的假信號率。

在另一實施方式中，提供一種用于操作離子源的方法，該方法使用bf3-b2h6-h2的特定混合物，所述特定混合物包含0.1-10%b2h6；5-15%h2；以及剩余為同位素富集11bf3，進而該混合物的特征為缺乏高級硼烷bxhy，其中x大于2。將該混合物以3-4sccm的流速提供至離子源室300。當該混合物電離時，在100小時或更多的源壽命內(nèi)生成8-13ma的束電流，并且在該源壽命期間，平均假信號率小于每分鐘1個假信號。將離子源調(diào)節(jié)至80v或更高但不大于110v的更大弧電壓。

在另一實施方式中，提供一種用于操作離子源的方法，該方法使用0.1-10%b2h6；5-15%h2；以及剩余為同位素富集的11bf3的特定濃度范圍的特定bf3-b2h6-h2混合物。以0.5-5sccm的流速提供該混合物。將離子源的弧電壓設置為一功率水平，與11bf3單獨用作摻雜氣體時用11bf3產(chǎn)生的對應弧電壓相比，所述功率水平小5-10%。生成束電流以使其比單獨使用11bf3生成的束電流更高。與11bf3單獨用作摻雜氣體時相比，本發(fā)明能夠增加束電流而不減少源壽命，并且優(yōu)選地能夠增加源壽命。

更進一步地，0.1-10%b2h6、5-15%h2且剩余為11bf3的特定混合物涉及在一功率水平下進行操作，該功率水平與11bf3單獨用作摻雜氣體時使用的對應功率相比更小。生成與僅使用11bf3作為摻雜氣體時產(chǎn)生的束電流基本相同或更高的束電流。該束電流含有b活性離子，所述b活性離子可隨后注入工件。離子源性能（如關(guān)于束電流和源壽命測量）較常規(guī)b離子工藝（諸如排他地使用11bf3的那些工藝）而言有所改善。在一個實例中，至少部分地通過與單獨使用11bf3作為摻雜氣體的工藝相比，束電流更高且和離子源壽命長至少50%來定義離子源性能。本發(fā)明的增加束電流和源壽命的能力是令人意外的，并且不能通過任何明確機理來解釋，因為典型b離子注入工藝已經(jīng)遭遇束電流增加，而代價是離子源壽命更短，且反之亦然。換言之，在本發(fā)明之前，束電流和離子源壽命是競爭性設計考慮因素，并且甚至在操作離子源來注入b離子時更是如此，因為這種工藝涉及氟離子和以上所述的所謂“鹵素循環(huán)”，所述鹵素循環(huán)轉(zhuǎn)化為沉積物在操作期間的生成和累積。

申請人已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)：0.1-10%b2h6；5-15%h2；以及剩余為同位素富集11bf3的特定濃度范圍的bf3-b2h6-h2混合物生成基本上來自11bf3的所有活性11b離子，并且來自b2h6的活性11b離子的貢獻可以忽略。在考慮到b2h6天然存在并因此包括其10b和11b兩種形式的b的情況下，此狀況是令人意外的。不受任何理論的束縛，相信0.1-10%的特定濃度范圍的b2h6正增強11bf3的電離，從而產(chǎn)生更高量的可用于注入的11b活性離子而其本身不電離成10b和11b離子。

本發(fā)明的方法的另一益處在于，相對于僅使用11bf3所生成的量而言，在基件（例如晶片）之上或之內(nèi)生成減少的鎢基污染物(w-基污染物)。在一個實例中，相對于單獨使用11bf3作為摻雜氣體所生成的量，當注入b離子至需要劑量時，w基污染物減少至少40%，優(yōu)選地減少至少65%，并且更優(yōu)選地減少至少70%。還可以操作本發(fā)明的方法來減少w基污染物在基件與基件之間的變化。相對于常規(guī)工藝，諸如單獨使用11bf3作為摻雜氣體的那些工藝，明顯減少w基污染物的能力可以顯著地改善工藝控制并增加產(chǎn)率。

雖然采用本發(fā)明的方法，更高的束電流是可能的，但本發(fā)明還可以用于其中束電流需要保持不變的特殊情況下。例如，在一方面，本發(fā)明可以用于某些硼注入方案以在較低弧電流下操作，同時維持與先前當11bf3單獨用作摻雜氣體時獲得的束電流基本相同的束電流?；‰娏魇侵鸽x子室中的等離子體內(nèi)的離子?；‰娏骺梢酝ㄟ^降低燈絲電流和/或降低離子源的偏壓來間接地降低?；‰妷罕３植蛔?。用這種方式，與弧電壓相反，通過降低弧電流來減小離子源的總功率水平。使用較低弧電流的這種方法可有利于用于b離子（諸如11b+和11bf2+）的某些低注入能量方案。應理解，高注入能量方案還可以在較低弧電流下操作，諸如用于11b+的高注入能量方案。用這種方式，本發(fā)明能夠以較低弧電流實現(xiàn)基本類似的束電流。因為對于某些注入能量方案而言需要更高的束電流條件，所以節(jié)能的益處可以增加。

在本發(fā)明的另一實施方式中，公開一種離子源設備，其經(jīng)配置以根據(jù)本文描述的方法來執(zhí)行硼注入。離子源設備能夠被調(diào)節(jié)至小于110v的弧電壓。離子源設備特征還在于離子源壽命期間不大于約每分鐘2個假信號的平均假信號率，經(jīng)改造以接收約0.5-5sccm的組合物，所述組合物包含：含量在0.1%-10%范圍內(nèi)的b2h6；約5%-15%范圍內(nèi)的h2以及剩余為同位素富集的三氟化硼(bf3)，并且該組合物的特征為缺乏高級硼烷bxhy，其中x大于2并且y大于6。硼組合物優(yōu)選地由與離子源設備流體連通的負壓遞送包遞送。優(yōu)選地，將組合物遞送至離子源而不汽化，因為該組合物的特征為缺乏需要充分汽化的高級硼烷。

申請人已經(jīng)執(zhí)行若干實驗來比較本發(fā)明的含硼摻雜氣體組合物與其他摻雜氣體材料，這現(xiàn)在在以下實施例中進行討論。應注意到，對于下文所述所有試驗，離子源燈絲重量增益或重量損失以及陽極重量增益或重量損失是通過在如本領域已知的試驗前后進行離子源燈絲的重量測量來各自測量。通過本領域熟知的標準化技術(shù)，使用法拉第杯(faradaycup)來測量電流?；‰娏?、弧電壓、提取電壓和源壓力的源參數(shù)在實驗期間維持不變。為避免任何疑義，并非圖5中指定為“a”-“f”的所有樣品意指圖6中指定為“a”-“f”的組合物。準確的組合物在圖5和圖6下方列出。

比較實施例1(11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估來源于單一11bf3的摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"a"）的離子束的離子束性能。室的內(nèi)部由離子源組成，所述離子源經(jīng)構(gòu)造以包括螺旋燈絲和處于垂直于螺旋燈絲的軸線的陽極。基件片定位在陽極的前方以在電離過程期間保持陽極固定。將11bf3引入離子源室。向離子源施加電壓以電離11bf3并且產(chǎn)生硼離子。測得的束電流在圖5中示出。

觀察到燈絲以快的速率獲得重量并且不利地影響離子源的壽命。此外，材料在離子源中不希望的位置累積。這種累積沉積物的大部分由w組成。這種累積歸因于離子源室中由于11bf3在電離期間的解離而形成的氟離子/自由基。

對生成可用于離子注入的良好界定的硼離子束來說，該束電流被認為是可接受的，并且因而歸一化成與其他試驗對比的1.0的值。然而，如表1所示，觀察到28.5mg/hr的顯著陰極燈絲重量增益速率。在試驗期間，燈絲上的各種含w沉積物的累積降低了其熱電子發(fā)射速率，從而由于源氣體的不充分電離而導致束電流的最終損失，該情況需要中止試驗。這些結(jié)果據(jù)信是單獨使用11bf3作為b離子摻雜劑源所遭遇的典型問題。

比較實施例2(11bf3+xe/h2)

執(zhí)行電離試驗以評估得自室中的由11bf3+xe/h2構(gòu)成的摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"b"）的離子束電流。使用與執(zhí)行比較實施例1中的基線試驗時相同的離子源室。將11bf3作為單獨來源引入室中，并且將稀釋劑氙氣/氫氣由另一來源引入離子源室中。將11bf3和氙氣/氫氣以需要的量引入，以在室內(nèi)產(chǎn)生2.25%xe+12.75%h2+85%11bf3的摻雜氣體組合物。

向離子源施加電壓以電離摻雜劑組合物并且產(chǎn)生硼離子。束電流針對來自比較實施例1的11bf3的束電流來歸一化，并且在圖5中示出。測量樣品b的束電流，并且經(jīng)測定比僅使用11bf3所產(chǎn)生的束電流小約15%，如圖5中所示。獲得陰極燈絲的1.43mg/hr的重量增益速率以及陽極區(qū)的-0.75mg/hr的重量損失速率，如表1所示。因沉積物所致的所述燈絲的重量增益速率與來自比較實施例1的11bf3的情況相比顯著更小，表明存在更少的活性f離子以維持鹵素循環(huán)并且侵蝕另外的鎢室組件。因此，鹵素循環(huán)相對于比較實施例1而言有所減少。相對于比較實施例1，發(fā)生更少的束假信號。然而，氙氣/氫氣稀釋劑減少了鹵素循環(huán)和含w沉積物（表1），而代價是生成比單獨使用11bf3（圖5）的情況更低的束電流。這些結(jié)果指示使用稀釋劑氣體混合物的常規(guī)含硼摻雜氣體前體。

比較實施例3(97.5%11bf3+2.5%b2h6)

執(zhí)行電離試驗以評估得自室中的由97.5%11bf3+2.5%b2h6的混合物構(gòu)成的摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"c"）的離子束電流。使純11bf3從一個來源流出，并且5%b2h6-11bf3的混合物從另一個來源流出。將組分引入室中以形成包含97.5%11bf3+2.5%b2h6的組合物。使用與執(zhí)行比較實施例1和2中的試驗時相同的離子源室。

向離子源施加電壓以電離摻雜氣體混合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對11bf3的束電流進行歸一化，如圖5中所示。束電流經(jīng)測定高于比較實施例1或2。然而，獲得陰極燈絲的0.3mg/hr的重量增益速率，如表1所示。另外，獲得陽極區(qū)中的-5.1mg/hr的重量損失速率。陰極燈絲的重量增益速率以及陽極區(qū)中的重量損失速率共同指示不可接受的縮短的離子源壽命。這些結(jié)果指示常規(guī)含硼摻雜氣體混合物，借此獲得了更高的束電流，而代價是離子源壽命更短。

比較實施例4(5%b2h6+95%11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估得自室中的由95%11bf3+5%b2h6的混合物構(gòu)成的摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"d"）的離子束電流。使用與執(zhí)行其他比較實施例中的試驗時相同的離子源室。摻雜氣體組合物被預混合，并且由單個來源引入室。

向離子源施加電壓以電離摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對11bf3的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于比較實施例1、2和3。

不收集源壽命數(shù)據(jù)，因為預期圖5的樣品d將展現(xiàn)的源壽命等于或劣于圖5的樣品c的源壽命，其已經(jīng)確定為不可接受的。這些結(jié)果指示常規(guī)含硼摻雜氣體混合物，借此獲得更高的束電流，而代價是離子源壽命更短。

比較實施例5（100v下的11bf3）

執(zhí)行電離試驗以評估來源于僅11bf3的摻雜氣體組合物（即，圖6中指定為樣品"a"）的離子束的離子束性能。室的內(nèi)部由離子源組成，所述離子源經(jīng)構(gòu)造以包括螺旋燈絲和處于垂直于螺旋燈絲的軸線的陽極?；ㄎ辉陉枠O的前方以在電離過程期間保持陽極固定。將11bf3引入離子源室中。在100v下向離子源施加電壓以電離11bf3并且產(chǎn)生硼離子。測得的束電流在圖6作為“a”示出，并且代表基線，相對于所述基線評估所有其他試驗。

比較實施例6（100v下的90%11bf3+10%h2）

執(zhí)行電離試驗以評估弧電壓對來源于90%11bf3和10%h2的摻雜氣體組合物（即,圖6中指定為樣品"f"）的離子束的離子束性能的影響。室的內(nèi)部由離子源組成，所述離子源經(jīng)構(gòu)造以包括螺旋燈絲和處于垂直于螺旋燈絲的軸線的陽極?；ㄎ辉陉枠O的前方以在電離過程期間保持陽極固定。將90%11bf3和10%h2引入離子源室中。在100v下向離子源施加電壓以電離11bf3并且產(chǎn)生硼離子。測得的束電流在圖6中示出。源壽命可與圖6的樣品“a”的源壽命相當。如圖6所示，90%11bf3和10%h2展現(xiàn)最低的束電流。束電流與11bf3(“a”)相比幾乎小20%，并且與由本發(fā)明（組合物“c”、“d”和“e”）產(chǎn)生的束電流相比降低超過20%。該結(jié)果清楚地表示組合物“c”、“d”和“e”中的規(guī)定量的二硼烷可具有的對離子性能的積極影響。

比較實施例7（90v下的11bf3）

執(zhí)行電離試驗以評估弧電壓對來源于僅11bf3的摻雜氣體組合物（即，圖6中指定為樣品"b"）的離子束的離子束性能的影響。室的內(nèi)部由離子源組成，所述離子源經(jīng)構(gòu)造以包括螺旋燈絲和處于垂直于螺旋燈絲的軸線的陽極?；ㄎ辉陉枠O的前方以在電離過程期間保持陽極固定。將11bf3引入離子源室中。在90v下向離子源施加電壓以電離11bf3并且產(chǎn)生硼離子。測得的束電流在圖6中示出，針對“a”來歸一化。如關(guān)于常規(guī)含硼摻雜氣體所預期的，該束電流小于11bf3(“a”)。

實施例1(5%b2h6+5%h2+90%11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估得自室中的由5%b2h6+5%h2+90%11bf3構(gòu)成的含硼摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"e"）的離子束電流。使用與執(zhí)行比較實施例1-6中的試驗時相同的離子源室。組合物被預混入單個遞送容器中，并且從其中遞送至離子源室。

向離子源施加電壓以電離硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對11bf3（比較實施例1）的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于使用11bf3時所產(chǎn)生的束電流。

如表1所示，獲得陰極燈絲的-2.5mg/hr的重量損失速率以及陽極區(qū)中的-1.1mg/hr的重量損失速率。該樣品展現(xiàn)與比較實施例中的任何一種相比更小的重量改變。該組合物還產(chǎn)生增加的束電流，并且維持更高的束電流而不縮短離子源壽命。

實施例2(3%b2h6+5%h2+92%11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估得自由3%b2h6+5%h2+92%11bf3構(gòu)成的含硼摻雜氣體組合物（即，圖5中指定為樣品"f"）的離子束電流。使用與執(zhí)行比較實施例1-6中的試驗時相同的離子源室。組合物被預混入單個遞送容器中，并且從其中遞送至離子源室。

向離子源施加電壓以電離硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對11bf3（比較實施例1）的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于使用11bf3時所產(chǎn)生的束電流。

如表1所示，觀察到陰極燈絲的-0.6mg/hr的重量損失速率以及陽極區(qū)中的-0.9mg/hr的重量損失速率。這些源壽命數(shù)據(jù)值表明，樣品f的組合物能夠維持更高的束電流而不縮短離子源壽命。

實施例1和2證明，相對于比較實施例1-4而言，離子束的品質(zhì)有所增加。本發(fā)明證明，當使用本發(fā)明的含硼摻雜氣體組合物時，對含w室組件的侵蝕顯著地減少。沉積物的減少降低或消除束不穩(wěn)定性和最終的束假信號，從而改善在離子室的源壽命期間的硼束電流。此外，不同于現(xiàn)有技術(shù)方法，本發(fā)明的組合物、系統(tǒng)和其使用方法可增加束電流而不損害、降低或縮短離子源壽命。與延長的離子源耦合的硼束電流的增加的品質(zhì)可增加生產(chǎn)量，并且提供機會以用于降低循環(huán)時間以實現(xiàn)工藝工件所需要的摻雜劑劑量。

實施例3(100v下的3%b3h6+5%h2+92%33bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估弧電壓對得自室中的由3%b2h6+5%h2+92%11bf3構(gòu)成的含硼摻雜氣體組合物（即，圖6中指定為樣品"c"）的離子束電流的影響。使用與當執(zhí)行比較實施例1-6中的試驗時相同的離子源室。組合物被預混入單個遞送容器中，并且從其中遞送至離子源室。

在100v下向離子源施加電壓以電離硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對圖6中的11bf3（“a”，比較實施例5）的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于使用11bf3時所產(chǎn)生的束電流。未因為增加的束電流而犧牲源壽命。

實施例4(90v下的3%b2h6+5%h2+92%11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估弧電壓對得自室中的由3%b2h6+5%h2+92%11bf3構(gòu)成的含硼摻雜氣體組合物（即，圖6中指定為樣品"d"）的離子束電流的影響。使用與當執(zhí)行比較實施例1-6中的試驗時相同的離子源室。組合物被預混入單個遞送容器中，并且從其中遞送至離子源室。

在90v下向離子源施加電壓以電離硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對圖6中的11bf3（比較實施例5的“a”）的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于使用11bf3時所產(chǎn)生的束電流。具有特殊意義的是，意外地發(fā)現(xiàn)，當弧電壓由100v（實施例3的樣品“c”）減小到90v（實施例4的樣品“d”）時，束電流實際上增加。事實上，“d”展現(xiàn)出圖6中所試驗的組合物的最高束電流。這是有駁常理的結(jié)果，因為對于常規(guī)氣體而言，弧電壓減小已經(jīng)導致束電流減小，這種情況由11bf3（圖6的“a”和“b”）示出。未因為增加的束電流而犧牲源壽命，因為在陰極燈絲和陽極區(qū)觀察到最小重量改變，從而表明在更高的束電流下維持源壽命的能力。

實施例5(110v下的3%b2h6+5%h2+92%11bf3)

執(zhí)行電離試驗以評估弧電壓對得自室中的由3%b2h6+5%h2+92%11bf3構(gòu)成的含硼摻雜氣體組合物（即，圖6中指定為樣品"e"）的離子束電流的影響。使用與執(zhí)行比較實施例1-6中的試驗時相同的離子源室。組合物被預混入單個遞送容器中，并且從其中遞送至離子源室。

在90v下向離子源施加電壓以電離硼摻雜氣體組合物并且產(chǎn)生硼離子。測量束電流，并且針對圖6中的11bf3（比較實施例5）的束電流來歸一化。束電流經(jīng)測定高于使用11bf3時所產(chǎn)生的束電流。束電流比“c”(100v)更低，并且甚至比“d”(90v)更低，進一步證實本發(fā)明令人意外的行為，在所述行為中中，弧電壓減小引起更高的束電流。未因為增加的束電流而犧牲源壽命，因為在陰極燈絲和陽極區(qū)觀察到最小重量改變，從而表明在更高的束電流下維持源壽命的能力。

相對于常規(guī)11bf3的性能，本發(fā)明的以下能力是新穎的突破：在其中b2h6具有比bf3更高的電離截面的能量級下，以較低的功率水平生成較高的束電流而不破壞源壽命。在本發(fā)明出現(xiàn)之前，增加束電流需要增加功率。并且，此外，在本發(fā)明出現(xiàn)之前，較高束電流是以較短源壽命為代價而獲得，并因此已將束電流和源壽命視為競爭性設計考慮因素。

從電離觀點來看，實施例1-5證明，本發(fā)明的特定含硼組合物可生成硼活性離子和增加的束電流而沒有離子源的劣化。具體而言，在本發(fā)明的優(yōu)選濃度范圍內(nèi)的b2h6、bf3和h2的混合物在所選弧電壓操作條件下有利于彼此以協(xié)同方式相互作用以產(chǎn)生硼電離機理，所述電離機理可生成數(shù)量增加的活性硼離子，所述數(shù)量至少與可從對b2h6和bf3各別電離中得到的總硼離子的簡單加合效果大約相等。凈效果是與使用常規(guī)硼前體材料的常規(guī)系統(tǒng)和方法相比硼束電流的改善。

另外，本發(fā)明可以克服常規(guī)硼離子注入系統(tǒng)和方法的缺點，常規(guī)硼離子注入系統(tǒng)和方法為了減少沉積物需要諸如xe/h2的稀釋劑氣體混合物。稀釋劑氣體混合物往往減少進入離子源室的每單位氣體流量存在的硼離子的活性數(shù)量，從而減少生產(chǎn)量。因此，使用稀釋劑氣體混合物的常規(guī)硼摻雜劑組合物所通常遭遇的這種所謂“稀釋效應”在本發(fā)明中被消除，因為本發(fā)明不依靠加入稀釋劑氣體混合物來延長源壽命。

本發(fā)明還提供其他工藝益處。例如，在本發(fā)明中可得到的增加的束電流可以消除對任何額外氣體棒(gasstick)（例如流量控制裝置、壓力監(jiān)測裝置、閥和電子接口）的需求，并且因此提供與使用額外氣體棒有關(guān)的成本費用的明顯降低。

雖然已經(jīng)示出和描述被認為是本發(fā)明的某些實施方式，但應理所當然理解的是可以在不背離本發(fā)明和精神和范圍前提下，容易地進行形式或細節(jié)的各種修改和變化。因此，本發(fā)明不限于本文示出和描述的確切形式和細節(jié)，以及不限于小于本文公開和以下要求保護的整個發(fā)明的任何事物。