离子布植方法以及该方法所使用的离子源的利记博彩app

专利名称：离子布植方法以及该方法所使用的离子源的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上是关于离子布植，且更明确地说，是关于使用含硼源进泮牛气体(boron—based source feed gas)的离子源以及与离子源有关的方法。
背景技术：
离子布植为将掺杂物(dopants)引入诸如半导体晶片的材料中的公知 技术。掺杂物可布植于材料中以形成具有所要导电性的区域。此等经布植 区域可形成所得装置(例如，半导体装置)中的有源区域(active regions )。 通常，在离子布植期间，在离子源中将源进料气体离子化。离子自离子源发 射且可经加速至所选能量以形成离子束。将离子束导引于材料的表面，且 冲射离子深入整块材料中且充当增加材料的导电性的掺杂物。公知离子源在某些建构条件下可能会具有限制。举例而言，在可用于形 成具有超浅才妄面深度(ultra-shallow junction depth)的布才直区域的布 植工艺中的低提取能量(low extraction energy)及/或低离子束电流时，公 知离子源可能会无效地操作。结果，可能会需要较长的布植时间来达成所 要布植剂量，因此，不利地影响到产能。发明内容提供离子布植方法以及离子布植方法所使用的离子源。在一态样中，提供一种离子布植方法。方法包含自CA。l产生CA。Hx离 子以及将C2B。HX离子布植进材料中。在另一态样中，提供一种离子源。离子源包含界定腔室的腔室外壳 (chamber housing)以及经组态以将C2B,。Hu引入腔室中的源进料气体供应件 (source feed gas supply),其中离子源经组态以将腔室中的源进料气体 离子化为CAA离子。当结合附图来考虑时，自本发明的以下实施方式将能容易地看出本发 明的其他态样、实施例以及特征。附图为示意性的且不意欲按比例地绘制。 在图中，各个图中所说明的每一相同或实质上类似的组件由单一数值或符 号来表示。为清楚起见，并不标注每一图中的每一组件。在本领域的技术人 员在没有说明时仍能理解本发明的情况下，亦并不标注所示的本发明的每 一实施例的每一组件。以引用的方式并入本文中的所有专利申请案以及专 利是以引用的方式全文并入的。在沖突的情况下，以本说明书(包括定义)为准。


图l说明根据本发明的实施例的离子布植系统。图2说明根据本发明的实施例的离子源。图3为用于离子布植中的碳硼烷的最佳质谱的曲线图。10:离子布才直系统12:离子束源14:离子束16:晶片17:源进料气体供应件18:引出电极20:抑制电极23:源过滤器24:力口速/减速柱26:质量分析器28:偶极分析磁铁30:解析孔32:扫描仪34:角度校正磁铁36:压板38:处理腔室50:腔室外壳52:腔室53:提取孔54:阴极56:灯丝58:电弧电源60:偏压电源62:灯丝电源64:反射器具体实施方式
提供离子布植方法以及方法所使用的离子源。方法包含自包含多种元 素的源进料气体产生离子。举例而言，源进料气体可包含硼以及至少两种 其他元素。如在下文中进一步描述的，此等源进料气体的使用可产生优于某 些公知工艺的许多优势，其中公知工艺包括在形成具有超浅接面深度的布 植区域时允许使用较高布植能量以及离子束电流。又，在某些实施例中，源 进料气体的组合物可经选择使得其在相对高的温度(例如，大于350°C )时 为热稳定的，此热稳定允许在产生此等温度的许多公知离子源(例如，间接 加热阴极，Bernas)中使用此等气体。图1说明根据本发明的实施例的离子布植系统10。系统包括产生传输 通过系统且沖射于晶片(wafer)16上的离子束14的离子束源12。离子束源 包括源进料气体供应件17。如在下文中进一步描述的，源进料气体供应件 可自源进料材料产生源进料气体。来自供应件的源进料气体被引入于离子 束源中且经离子化以产生离子物质。如在下文中进一步描述的，才艮据本发明 的某些实施例，源进料气体可包含硼以及至少两种其他元素(例如，XAYc)。
在图l所示的说明性实施例中，引出电极(extraction electrode) 18与用 于自离子源提取离子束的离子束源相关联。抑制电极(suppression electrode) 20亦可与离子源相关耳关。布植系统进一步包括自离子束移除不良物质的离子源过滤器(source filter)23。在离子源过滤器的下游，这个系统包括使离子束中的离子加速/ 减速至所要能量的加速/减速柱24，以及可经由使用偶极分析》兹铁(dipole analyzing magnet)28以及解析孔(resolving aperture) 30来自离子束移 除能量以及质量污染的质量分析器(mass analyzer) 26。扫描仪32可位 于质量分析器下游且设计成能跨过晶片扫描离子束。系统包括角度校正磁 铁34以使离子偏转以产生具有平行离子轨迹的经扫描离子束。在布植期间，经扫描离子束沖射于支撑在处理腔室38中的压板36上 的晶片的表面上。大体上，离子束横越的整个路径在布植期间是处于真空 下的。布植工艺继续，直至晶片形成具有所要掺杂物浓度以及接面深度的 区域为止。应理解，本发明的特征可以结合任何适合的离子布植系统或方法来使 用。因此，图1所说明的系统可包括修改。在一些情况下，这个系统可包括 除了所说明的组件之外的组件。在其他情况下，系统可不包括所有经说明的 组件。适合的系统包括具有带状离子束(ribbon beam)架构、扫描离子束 架构或点状离子束(spot beam)架构的布植机(例如，离子束为静态的且 跨过静态离子束来扫描晶片的系统)。举例而言，适合的布植机已描述在美 国专利第4,922,106、 5， 350,926以及6, 313,475号中。虽然在一些实施例中，在形成超浅接面深度(例如，小于"纳米)的方 法中可能会较佳使用本发明的离子源，但应理解本发明不限于此考虑。亦 应理解，系统以及方法可用于将离子布植进各种材料中，材料包括(但不限 于)半导体材料(例如，硅、绝缘体上硅、硅锗、III-V化合物、碳化硅)，以及诸如绝缘体(例如，二氧化硅)以及聚合材料的其他材料。如上所述，源进料气体供应件17将源进料气体引入离子束源中。源进 料气体可包含硼以及至少两种额外元素(亦即，不同于硼且彼此不同的元 素)。大体上，离子源气体的额外(亦即，非硼)元素可为包括碳、氢、氮、 磷、砷、锑、硅、锡以及锗的任何适合元素。在一些实施例中，源气体较 佳可包含硼、氢以及碳。应理解，源气体亦可包括两种以上的额外元素。大体上，源进料气体可具有任何适合的化学结构且本发明不限于此考 虑。举例而言，源进料气体可由通式XBY表示，其中B表示硼，且X以及Y 各自表示至少一种不同元素。在一些情况下，X及/或Y可表示单一元素(例 如，X-C， Y=H);且，在其他情况下，X及/或Y可表示一种以上的元素(例 如，X-NH4、 NH3、 CH3)。又，应理解，源进料气体XBY可由(例如)可包括 具有诸如BXY (例如，B3N3H6)或XYB的不同次序的相同元素的其他等效化 学式来表示。在一些实施例中，源进料气体可由XAYc表示，其中a〉0、 b > O且c >0。应理解，在此处的每一化学式中，a、 b以及c大于零。在一些情况下，较佳是在上述式中的Y表示至少是氢(例如，源进料 气体包含XAH。)。应理解，在一些实施例中，可使用含有在X及/或B点取 代氢的其他元素或元素群(例如，CH3)的X3Ji的衍生物。取代基可为任何 适合的无机或有机物质。在一些情况下，较佳是在上述式中的X表示至少是碳(例如，源进料 气体包含CAH。)。应理解，在一些实施例中，可使用含有在C及/或B点取 代氢的其他元素或元素群的CAH。的衍生物。取代基可为任何适合的无机或 有机物质。在一些情况下，源进料气体可较佳包含CA。Hu。在其他实施例中，在上述式中，X可为N、 P、 As、 Sb、 Si、 Ge或Sn中 的一或多个。举例而言，源进料气体可包含NAYc (例如，NA。Hu或B3线)、 NaBbHc、 PaBbHc、 AsaBbHc、 SbaBbHc、 SiJ3bHc、 GeaBbHc以及SnaBbHc。应3里解，在一 些实施例中，其他元素或元素群可在X及/或B点取代氢。X以及Y通常经选择以不引入将(例如)削弱装置效能的极度不良性质 赋予材料的物质。此等物质可包括钠、铁以及金。源进料气体可经离子化以形成各种不同离子物质。离子物质可包括与 源进料气体相同或类似的硼含量。离子物质亦可包括存在于源进料气体中 的额外元素。举例而言，包含XAY。(例如，XAHJ的源进料气体可经离子J匕以形成包含XaBbYc—1 (例3口，XaBbH「')或XaBbYc"(例浊口，XaBbHc+1)的离子4勿质。当源进料气体包含CA。Hu时，所产生的一些离子物质包括(例如) (CH)+或(C2B10H12)-。 C2B10H12的一些其他离子物质可包括自CA晶2衍生的 物质，诸如(CA。H5)+。亦应理解，离子物质可包括硼以及元素中的仅一种(例 如，Y)。在一些实施例中，本发明的系统包括用于自所产生的离子物质中为 离子束以及随后的布植选择所要离子物质的机构。源进料气体较佳可具有相对高的分子量(molecular weight),如此可使得离子的形成亦具有相对高的分子量。举例而言，藉由适当地选择离子 化条件，有可能产生具有所要分子量的离子。离子的布植深度取决于布植 能量以及离子的分子量。增加离子的分子量允许使用较高布植能量来达成 相同的布植深度。因此，使用具有相对高分子量的源进料气体可使得能够以 足够高以允许所要效率位准(efficiency levels)的操作的布植能量来形 成超浅接面深度(例如，小于25nm)。举例而言，当布植包含(CA。HJ+的离 子物质时，可使用相对高的布植能量(例如，M. 5 keV)。在此实施例中， 等效的硼布植能量为约1 keV (对于所有的硼原子表示为"B使得(C2B,。Hnr 具有145 a咖的分子量的情况而言)。在一些情况下，较佳使用小于5 keV 的等效硼布植能量；且，在一些情况下，小于l keV的等效硼布植能量。源进料气体(以及布植的离子物质)的分子量是由组合物中的原子的 数目以及类型来确定的。在一些情况下，在上述式中，b较佳大于2;或，更 佳大于8。在一些情况下，在上述式中，c较佳大于2;或，更佳大于8。在 一些实施例中，源进料气体(以及布才直的离子物质)的分子量较佳大于50 amu;或，在一些情况下，大于100 amu (例如，约120 amu )应理解，上述源进料气体组合物可以不同异构形式来存在。即，气体可 具有相同的化学式，同时具有不同的化学结构。举例而言，包含CA。Hu的 源进料气体可以邻碳硼烷(ortho-carborane )、 间碳硼烷 (meta-carborane)、或对碳硼烷(para-carborane)形式存在。亦应理解， 源进料气体可以不同衍生形式来存在。又，应理解，硼(或任何其他元素)可以包括天然存在形式(例如，"B -80°/。， 、 - 20%)的任何适合同位素形式来存在于源进料气体中。举例而 言，硼可以11的原子量(亦即，"B)或10的原子量(亦即，"B)来存在。在 一些情况下，源进料气体中的实质上所有的硼可为单一同位素"B或"B。本 发明不限于此考虑。在一些情况下，源进料气体具有相对高的分解温度。分解温度是部分 由化学结构的稳定性来确定的。源进料气体的组合物以及结构可经选择以 提供相对高温度(例如，大于35CTC )时的热稳定，此热稳定允许在产生此 等温度的许多公知离子源(例如，间接加热阴极，Bernas)中使用此等气 体。举例而言，源进料气体的分解温度可大于35(TC;在一些情况下，大于 500°C;且，在一些情况下，大于75(TC。详言之，包含硼以及至少两种额 外元素的源进料气体可适合用于使用相对高温度(例如，大于350°C )的公 知离子源中。然而，应理解，分解温度取决于所使用的特定源进料气体，且 本发明不限于此考虑。在一些情况下，供应至离子源的源进料气体供应自源进料材料直接产 生。在此等情况下，源进料气体可以任何适合方式来产生。在一些情况下， 源进料材料可为固体且(例如)可为粉末状的。在其他实施例中，源进料华及/或蒸发^骤来产生。口亦应理解，源进料气体公知地以气,i形式可得且 可在不需要独立产生步骤的情况下供应至离子源。源进料气体产生及/或供 应的方式部分取决于源进料气体的组合物。在 一些实施例中，源进料材料包含硼以及包括所有上述组合物中的任 一种的至少两种额外元素。在此等实施例中的一些中，自源进料材料产生的 源进料气体亦包含硼以及至少两种额外元素(例如，XBY,其中Y不为氢)。在源进料气体包括硼以及单一元素的实施例中，所产生的离子物质亦可包括 硼以及仅单一元素(例如，Y),其中Y不为氬。在一些实施例中，包含硼以及至少两种额外元素的源进料气体为单一 气态化合物。亦即，将源进料气体提供为单一气态组合物。在其他实施例一种以上的类型的气体的混合物。 一种以上的类型的气体可在进入离子源 或离子源腔室的内部的前加以混合。图2说明根据本发明的一实施例的离子束源12。但是，应理解，本发明 不限于图2所示的离子束源类型。如在下文进一步描述的，其他离子束源 可为适合的。在说明性实施例中，离子束源包括界定腔室52的腔室外壳50以及提 取离子的提取孔(extraction aperture) 53。阴极54位于腔室中。如图所 示，灯丝56位于靠近阴极附近的电弧腔室外部。灯丝电源62具有连接至灯 丝的输出端子。灯丝电源加热灯丝，此又产生自灯丝发射的电子。此等电 子藉由具有连接至阴极的正端子以及连接至灯丝的负端子的偏压电源 (bias power supply) 60来加速至阴极。电子加热阴极，此导致由阴极随 后发射电子。因此，具有此一般组态的离子束源被称为"间接加热阴极 (indirectly heated cathode)" ( IHC )离子源。电弧电源(arc power supp 1 y) 58具有连接至腔室外壳的正端子以及连接至阴极的负端子。电源使 由阴极发射的电子加速进入在腔室中产生的等离子体中。在说明性实施例 中，反射器64位于腔室中，处于与阴极相对的末端处。反射器可(例如)在 朝着腔室中的等离子体的方向上反射由阴极发射的电子。在一些情况下，反 射器可连接至为反射器提供负电荷的电压电源；或，反射器可不连接至电 压电源且可藉由电子的吸收来负充电。在许多实施例中，离子束源磁铁(未图示)在腔室内产生磁场。通常，离 子束源磁铁包括处于腔室的相对末端处的磁极。磁场导致由阴极发射的电 子与腔室中的等离子体之间的相互作用增加。将来自供应件17的源进料气体引入腔室中。腔室中的等离子体离子化 源进料气体以形成离子物质。如上所述，可取决于源进料气体的组合物来 产生各种离子物质，且可为离子束以及随后的布植选择所要的离子物质。应理解，其他离子源组态可结合本发明的方法来使用。举例而言，可使 用Bernas离子源。又，可使用采用微波或RF能量来产生等离子体的离子源。 如上所述，某些实施例之一优势为在产生相对高温度(例如，大于350°C)的 离子源中在没有分解源进料气体的情况下使用源进料气体的能力。然而，在 一些实施例中，可能会较佳使用在相对低温度下操作的离子源。举例而言， 可使用藉由使用一或多个电子束来离子化源进料气体的"冷壁(cold waH )" 离子源。此等离子源已描迷于以引用的方式并入本文中的美国专利第 6, 686， 595号中。亦应理解，图2所说明的离子源可包括本领域的技术人员所熟知的各种 修改。图3为用于离子布植的碳硼烷(carborane)的最佳质谱的曲线图。图3 经正规化且将用于最佳碳硼烷源进料气体以及非最佳碳硼烷源进料气体的 所提取碳硼烷离子的离子束电流与分子量进行比较。布植进晶片(wafer)中 的碳硼烷的最佳分子量较佳在132与144 amu之间，且更佳在136至138 amu之间。在离子化过程中，最佳碳硼烷源进料气体可不与非最佳碳硼烷源进 料气体般多地解离。如在图3中看出，最佳碳硼烷源进料气体(说明为"最佳离子束谱 (Optimal Beam Spectrum)")导致大于非最佳石友硼烷源进料气体的离子束 电流(说明为"中断离子束谱(Broken-Up Beam Spectrum )，，)。在离子化 期间，此非最佳碳硼烷源进料气体包括至少一些中断。在一实验中发现最 佳碳硼烷源进料气体导致与非最佳碳硼烷源进料气体相比为两倍的所量测 的离子束电流。归因于离子化过程中的中断，在分子量低于132 amu时的 所量测离子束电流对于非最佳碳硼烷源进料气体而言实质上高于最佳碳硼 烷源进料气体。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动 与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1、一种离子布植的方法，其特征在于其包括以下步骤自C2B10H12产生C2B10HX离子；以及将所述C2B10HX离子布植进材料中。
2、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 CA。Hu具有至少500。C的分解温度。
3、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 (^^12具有至少75(TC的分解温度。
4、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 CA。Hx离子的分子量大于100 amu。
5、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 CA。Hx离子具有基本上由约132 amu与144 amu之间的单一范围的质量组成 的质谱，所述质谱为附图中的图3。
6、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 CA。Hx离子的所述分子量为约132 a咖至144 amu。
7、 根据权利要求1所述的离子布植的方法，其特征在于其中所述的 C2B,。Hx离子的所述分子量为约136 amu至138 amu。
8、 一种离子源，其特征在于其包含 腔室外壳，其界定腔室；以及源进料气体供应件，其经组态以将C2Bn)Hu引入所述腔室中，其中所述离 子源经组态以将所述腔室中的源进料气体离子化为C2B1QHX离子。
9、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。H2具有 至少35(TC的分解温度。
10、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的C2B,。Hu具有 至少50(TC的分解温度。
11、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。L具有 至少75(TC的分解温度。
12、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。Hx离子 的分子量大于100 amu。
13、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。Hx离子 具有基本上由在约132 amu与144 amu之间的单一范围的质量组成的质谱， 所述质谱为附图中的图3。
14、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。Hx离子 的所述分子量为约132 amu至144 amu。
15、 根据权利要求8所述的离子源，其特征在于其中所述的CA。Hx离子的所述分子量为约136 amu至138 amu。
全文摘要
本发明揭露一种离子布植方法，其包含自C₂B₁₀H₁₂产生C₂B₁₀H_X离子以及将C₂B₁₀H_X离子布植进材料中。在一些实施例中，C₂B₁₀H_X离子的分子量大于100amu。在其他实施例中，C₂B₁₀H_X离子的分子量为约132至144amu或约136至138amu。亦揭露一种离子源，其包含界定腔室的腔室外壳以及经组态以将C₂B₁₀H₁₂引入腔室中的源进料气体供应件，其中离子源经组态以将腔室中的源进料气体离子化为C₂B₁₀H_x离子。
文档编号H01J37/08GK101401191SQ200780008848
公开日2009年4月1日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月28日
发明者克里斯多夫·汉特曼, 安东尼·雷诺, 詹姆斯·E·怀特 申请人:瓦里安半导体设备公司