同位素富集的含硼化合物及其制備和使用方法
【專利說明】同位素富集的含硼化合物及其制備和使用方法
[0001]本申請是2011年8月16日提交的發(fā)明名稱為“同位素富集的含硼化合物及其制備和使用方法”的第201180049806.4號發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的互相參引
[0003]本申請要求2011年3月15日以Robert Kaim,et al.名義提交的第13/048，367號美國專利申請——“ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON-CONTAINING COMPOUNDS ,AND METHODSOF MAKING AND USING SAME”的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請是根據(jù)35USC 120對2010年10月27日以Robert Kaim’et al.名義提交的第12/913，721號美國專利申請——"ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON-CONTAINING COMPOUNDS,AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”的部分延續(xù)，該專利申請根據(jù)35USC 119 (e)要求下列美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán):2010年8月30日以O(shè)leg Byl，et al.名義提交的第61/378，353號美國臨時專利申請——“IS0T0PICALLY-ENRICHED BORON1NTAINING COMPOUNDS ,AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”；2010年8月18日以O(shè)leg Byl,et al.名義提交的第61/375，031號美國臨時專利申請——“ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON1NTAINING COMPOUNDS,AND METHODS OF MAKING ANDUSING SAME” ；2010年6月25 日以Edward Jones,et al.名義提交的第61/358，514號美國臨時專利申請——“ACTIVE COOLING FOR 1N IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM” ；2010年5月27日以Echrard Jones ,et al.名義提交的第61/349，202號美國臨時專利申請——“ACTIVECOOLING FOR 1N IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM” ；以及2009年 10月27 日以Robert Kaim,
et al.名義提交的第61/255 ,097號美國臨時專利申請--“BORON 1N IMPLANTAT1N
APPARATUS AND METHOD”。此外，在本申請中要求前述第12/913，721號美國專利申請、第61/378,353號美國臨時專利申請和第61/375,031號美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。出于所有目的，所有上述美國專利申請(第13/048，367和12/913,721號美國專利申請)以及第61/378，353、61/375，031、61/358，514、61/349，202和61/255，097號美國臨時專利申請的公開內(nèi)容以其各自全文通過引證的方式納入本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物、組合物，及其制備和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0005]離子注入(1nimplantat1n)用于集成電路制造中以將受控量的摻雜劑雜質(zhì)精確地引入半導(dǎo)體晶片中，并且其是微電子/半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵步驟。
[0006]在這樣的注入系統(tǒng)中，離子源電離所需摻雜劑源氣體(dopantsource gas)的摻雜元素(dopant element)。所述離子源通過將電子引入充滿摻雜劑源氣體(通常也被稱為“原料氣(feedstock gas)”)的真空室來生成離子。用于生成注入物質(zhì)的原料氣包括但不限于 BFhB1QHAB12H22JHh AsH3、PF5、AsF5、H2Se、N2、Ar、GeF4、SiF4、02、H2 和 GeH4。含有待注入的摻雜元素的組合物通常稱為摻雜劑源或前體。電子與氣體中的摻雜劑原子和分子碰撞使得形成由正和負摻雜離子組成的離子化等離子體(1nized plasma)。
[0007]所生成的離子以具有所需能量的離子束形式從所述源中引出。引出(extract1n)通過將高電壓施加到合適形狀的引出電極(extract1n electrode)而完成，所述引出電極包含用以通過引出束(extracted beam)的孔。所述引出束穿過孔并且作為平行離子束離開離子源，所述平行離子束向基底加速。
[0008]所述離子束撞擊基底(如半導(dǎo)體晶片)表面以將摻雜劑元素注入基底。所述離子束的離子滲透基底表面以形成具有所需電導(dǎo)率的區(qū)域。注入離子物質(zhì)廣泛地包括B、P、As、Se、N、Ar、Ge、S 1、O和H，硼為特別廣泛使用的注入物質(zhì)。
[0009]在集成電路制造中的主要步驟之一是將硼注入硅晶片中。由于元素硼甚至在高溫下也顯示出非常低的蒸汽壓，因此需要使用揮發(fā)性含硼化合物。目前，三氟化硼(BF3)作為硼注入的原料氣(feed gas)廣泛使用(例如，據(jù)估計2007年度全世界消耗的用于離子注入的 BF3 為約 3000kg)。
[0010]盡管BF3使用廣泛，但其確實存在缺點。BF3分子非常難以電離并且僅有約15%的所有注入離子源的BF3可被碎片化。剩余的BF3被丟棄。此外，僅有約30 %的離子化BF3轉(zhuǎn)化成可用于注入的B+離子。這導(dǎo)致低B+射束電流(beam current)，其嚴(yán)重限制了注入過程的處理量。
[0011]B+射束電流的某些增加可通過改變工藝參數(shù)實現(xiàn)，如通過提高引出電流以及通過增加BF3流速。這些措施使得離子源的使用壽命減少，高壓電弧導(dǎo)致工具不穩(wěn)定，以及較差的真空造成射束能量污染。即使沒有大幅調(diào)整注入工藝參數(shù)，已經(jīng)公認硼的注入需要更頻繁的預(yù)防性維修中斷，所述維修中斷為集成電路制造商帶來了其它問題。
[0012]因為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總體趨向使用較低的注入能量，由于低B+射束電流引起的處理量限制問題在近年來已經(jīng)變得更加重要。由于空間電荷和硼的低原子重量，在較低的注入能量時，B+射束經(jīng)歷更嚴(yán)重的吹滅效應(yīng)(blow-out effect)。
[0013]除了前述問題外，已經(jīng)提及元素硼具有非常低的蒸汽壓。因此，如果含硼前體易于過度分解導(dǎo)致硼殘余物的沉積，那么，從離子注入器工具操作的角度看，該含硼前體可能不適合用于離子注入。
[0014]由于上述原因，本領(lǐng)域持續(xù)尋找改進的硼前體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物，及其制備和使用方法。
[0016]在一方面，本文公開內(nèi)容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括兩個或以上的硼原子和至少一個氟原子，其中至少一個硼原子含有所需的硼同位素，其濃度或比例高于其天然豐度(naturaI abundance)的濃度或比例。
[0017]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及一種將硼注入基底的方法，包括電離上述類型化合物以生成硼離子；以及將所述硼離子注入基底中。
[0018]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及束線離子注入(beam-line 1n implantat1n)、等離子體浸沒離子注入(plasma immers1n 1n implantat1n)或等離子體摻雜系統(tǒng)(plasma doping system)，其包括上述化合物源。
[0019]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及包括上述類型化合物的氣體貯存和分配容器。
[0020]本文公開內(nèi)容在另一方面涉及改進離子注入工藝的射束電流的方法，其包括:流動上述類型的化合物；以及由所述化合物生成離子束。
[0021]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及合成上述類型化合物的方法，其包括將含硼氣體與硼金屬接觸。
[0022]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及制備上述類型的化合物源的方法，其包括用所述化合物填充貯存和分配容器。
[0023]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括將上述類型化合物用至少一種選自下列的共流物質(zhì)流至離子注入工具:惰性氣體、氬、氮、氦、氫、氨、氙、二氟化氙、同位素富集乙硼烷和天然豐度乙硼烷。
[0024]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括將同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)2F4化合物與同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)F3化合物流至離子注入工具。
[0025]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及離子注入方法，其包括在離子注入工具中使用上述類型化合物和通過流過清潔劑來定期清潔上述工具或其組件，所述清潔劑可有效地至少部分除去在上述工具或其組件中通過離子注入操作形成的沉積物。
[0026]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及進行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中使用如上所述類型的化合物作為在上述離子注入工具操作中唯一的摻雜劑源化合物。
[0027]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及進行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中進行上述離子注入，在所述注入工具中處理唯一的同位素富集的原子質(zhì)量為11的硼B(yǎng)2F4作為摻雜化合物。
[0028]在另一方面，本文公開內(nèi)容涉及進行離子注入的方法，其包括在離子注入工具中進行上述離子注入，在所述注入工具中使用同位素富集的原子量為11的硼B(yǎng)2F4作為摻雜劑化合物，其中所述離子注入工具還處理胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼的至少一種。
[0029]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及貯存和分配容器，其在選自物理吸附劑和離子液體的貯存介質(zhì)中含有如上所述類型的化合物。
[0030]本文公開內(nèi)容的另一方面涉及含有如上所述類型的化合物的貯存和分配容器，其中所述容器含有限流孔板(restricted flow orifice)，其位于所