同位素富集的含硼化合物及其制备和使用方法
【专利说明】同位素富集的含硼化合物及其制备和使用方法
[0001]本申请是2011年8月16日提交的发明名称为“同位素富集的含硼化合物及其制备和使用方法”的第201180049806.4号发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的互相参引
[0003]本申请要求2011年3月15日以Robert Kaim,et al.名义提交的第13/048，367号美国专利申请——“ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON-CONTAINING COMPOUNDS ,AND METHODSOF MAKING AND USING SAME”的优先权，所述专利申请是根据35USC 120对2010年10月27日以Robert Kaim’et al.名义提交的第12/913，721号美国专利申请——"ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON-CONTAINING COMPOUNDS,AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”的部分延续，该专利申请根据35USC 119 (e)要求下列美国临时专利申请的优先权:2010年8月30日以Oleg Byl，et al.名义提交的第61/378，353号美国临时专利申请——“IS0T0PICALLY-ENRICHED BORON1NTAINING COMPOUNDS ,AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”；2010年8月18日以Oleg Byl,et al.名义提交的第61/375，031号美国临时专利申请——“ISOTOPICALLY-ENRICHED BORON1NTAINING COMPOUNDS,AND METHODS OF MAKING ANDUSING SAME” ；2010年6月25 日以Edward Jones,et al.名义提交的第61/358，514号美国临时专利申请——“ACTIVE COOLING FOR 1N IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM” ；2010年5月27日以Echrard Jones ,et al.名义提交的第61/349，202号美国临时专利申请——“ACTIVECOOLING FOR 1N IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM” ；以及2009年 10月27 日以Robert Kaim,
et al.名义提交的第61/255 ,097号美国临时专利申请--“BORON 1N IMPLANTAT1N
APPARATUS AND METHOD”。此外，在本申请中要求前述第12/913，721号美国专利申请、第61/378,353号美国临时专利申请和第61/375,031号美国临时专利申请的优先权。出于所有目的，所有上述美国专利申请(第13/048，367和12/913,721号美国专利申请)以及第61/378，353、61/375，031、61/358，514、61/349，202和61/255，097号美国临时专利申请的公开内容以其各自全文通过引证的方式纳入本说明书中。
技术领域
[0004]本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物、组合物，及其制备和使用方法。
【背景技术】
[0005]离子注入(1nimplantat1n)用于集成电路制造中以将受控量的掺杂剂杂质精确地引入半导体晶片中，并且其是微电子/半导体制造中的关键步骤。
[0006]在这样的注入系统中，离子源电离所需掺杂剂源气体(dopantsource gas)的掺杂元素(dopant element)。所述离子源通过将电子引入充满掺杂剂源气体(通常也被称为“原料气(feedstock gas)”)的真空室来生成离子。用于生成注入物质的原料气包括但不限于 BFhB1QHAB12H22JHh AsH3、PF5、AsF5、H2Se、N2、Ar、GeF4、SiF4、02、H2 和 GeH4。含有待注入的掺杂元素的组合物通常称为掺杂剂源或前体。电子与气体中的掺杂剂原子和分子碰撞使得形成由正和负掺杂离子组成的离子化等离子体(1nized plasma)。
[0007]所生成的离子以具有所需能量的离子束形式从所述源中引出。引出(extract1n)通过将高电压施加到合适形状的引出电极(extract1n electrode)而完成，所述引出电极包含用以通过引出束(extracted beam)的孔。所述引出束穿过孔并且作为平行离子束离开离子源，所述平行离子束向基底加速。
[0008]所述离子束撞击基底(如半导体晶片)表面以将掺杂剂元素注入基底。所述离子束的离子渗透基底表面以形成具有所需电导率的区域。注入离子物质广泛地包括B、P、As、Se、N、Ar、Ge、S 1、O和H，硼为特别广泛使用的注入物质。
[0009]在集成电路制造中的主要步骤之一是将硼注入硅晶片中。由于元素硼甚至在高温下也显示出非常低的蒸汽压，因此需要使用挥发性含硼化合物。目前，三氟化硼(BF3)作为硼注入的原料气(feed gas)广泛使用(例如，据估计2007年度全世界消耗的用于离子注入的 BF3 为约 3000kg)。
[0010]尽管BF3使用广泛，但其确实存在缺点。BF3分子非常难以电离并且仅有约15%的所有注入离子源的BF3可被碎片化。剩余的BF3被丢弃。此外，仅有约30 %的离子化BF3转化成可用于注入的B+离子。这导致低B+射束电流(beam current)，其严重限制了注入过程的处理量。
[0011]B+射束电流的某些增加可通过改变工艺参数实现，如通过提高引出电流以及通过增加BF3流速。这些措施使得离子源的使用寿命减少，高压电弧导致工具不稳定，以及较差的真空造成射束能量污染。即使没有大幅调整注入工艺参数，已经公认硼的注入需要更频繁的预防性维修中断，所述维修中断为集成电路制造商带来了其它问题。
[0012]因为半导体产业总体趋向使用较低的注入能量，由于低B+射束电流引起的处理量限制问题在近年来已经变得更加重要。由于空间电荷和硼的低原子重量，在较低的注入能量时，B+射束经历更严重的吹灭效应(blow-out effect)。
[0013]除了前述问题外，已经提及元素硼具有非常低的蒸汽压。因此，如果含硼前体易于过度分解导致硼残余物的沉积，那么，从离子注入器工具操作的角度看，该含硼前体可能不适合用于离子注入。
[0014]由于上述原因，本领域持续寻找改进的硼前体。
【发明内容】
[0015]本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物，及其制备和使用方法。
[0016]在一方面，本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括两个或以上的硼原子和至少一个氟原子，其中至少一个硼原子含有所需的硼同位素，其浓度或比例高于其天然丰度(naturaI abundance)的浓度或比例。
[0017]本文公开内容的另一方面涉及一种将硼注入基底的方法，包括电离上述类型化合物以生成硼离子；以及将所述硼离子注入基底中。
[0018]本文公开内容的另一方面涉及束线离子注入(beam-line 1n implantat1n)、等离子体浸没离子注入(plasma immers1n 1n implantat1n)或等离子体掺杂系统(plasma doping system)，其包括上述化合物源。
[0019]本文公开内容的另一方面涉及包括上述类型化合物的气体贮存和分配容器。
[0020]本文公开内容在另一方面涉及改进离子注入工艺的射束电流的方法，其包括:流动上述类型的化合物；以及由所述化合物生成离子束。
[0021]本文公开内容的另一方面涉及合成上述类型化合物的方法，其包括将含硼气体与硼金属接触。
[0022]本文公开内容的另一方面涉及制备上述类型的化合物源的方法，其包括用所述化合物填充贮存和分配容器。
[0023]本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括将上述类型化合物用至少一种选自下列的共流物质流至离子注入工具:惰性气体、氩、氮、氦、氢、氨、氙、二氟化氙、同位素富集乙硼烷和天然丰度乙硼烷。
[0024]本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括将同位素富集的原子量为11的硼B2F4化合物与同位素富集的原子量为11的硼BF3化合物流至离子注入工具。
[0025]本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括在离子注入工具中使用上述类型化合物和通过流过清洁剂来定期清洁上述工具或其组件，所述清洁剂可有效地至少部分除去在上述工具或其组件中通过离子注入操作形成的沉积物。
[0026]本文公开内容的另一方面涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中使用如上所述类型的化合物作为在上述离子注入工具操作中唯一的掺杂剂源化合物。
[0027]本文公开内容的另一方面涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中进行上述离子注入，在所述注入工具中处理唯一的同位素富集的原子质量为11的硼B2F4作为掺杂化合物。
[0028]在另一方面，本文公开内容涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中进行上述离子注入，在所述注入工具中使用同位素富集的原子量为11的硼B2F4作为掺杂剂化合物，其中所述离子注入工具还处理胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼的至少一种。
[0029]本文公开内容的另一方面涉及贮存和分配容器，其在选自物理吸附剂和离子液体的贮存介质中含有如上所述类型的化合物。
[0030]本文公开内容的另一方面涉及含有如上所述类型的化合物的贮存和分配容器，其中所述容器含有限流孔板(restricted flow orifice)，其位于所