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CN1269990C - 二十硼烷注入方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将已电离的二十硼烷(B20HX)、三十硼烷(B30HX)和四十硼烷(B40HX)注入工件的方法，包括以下步骤：(i)使离子源(50)中的十硼烷汽化和电离以产生等离子体；(ii)通过源孔(126)引出等离子体内的已电离的二十硼烷、三十硼烷和四十硼烷，它们统称为“高次硼烷”，形成一个离子束；(iii)采用质量分析磁体(127)对离子束作质量分析，使已电离二十硼烷(B20HX)或其它高次硼烷中的一种通过；(iv)将已电离二十硼烷(B20HX)或一种其它高次硼烷注入工件。使十硼烷汽化和电离的步骤包括两个子步骤：(i)在汽化器(51)内使十硼烷汽化和(ii)在电离器(53)内电离已汽化的十硼烷。

Description

二十硼烷注入方法和系统
相关专利和专利申请
本发明将下列美国专利和专利申请(它们都转让给本发明的受让人)作为参考引用，可以认为它们全都包含在本发明之内：授予Horsky的美国专利6,107,634，名称为“二十硼烷蒸发器”，和美国专利申请No.09/416,159，名称为“二十硼烷离子源”，1999年10月11日申请。
发明领域
本发明总体涉及半导体注入，更具体地说，涉及将二十硼烷、三十硼烷和四十硼烷离子注入半导体内的方法和系统。
发明背景
用于半导体等工件掺杂的普通离子注入系统包含一个离子源，它将所希望的掺杂元素电离，然后加速形成规定能量的离子束。离子束向着工件表面运动，将掺杂元素注入工件内。具有一定能量的离子束中的离子穿过工件表面埋入工件材料的晶格中，形成一个具有所需导电率的区域。注入过程一般都在高真空室内进行，以防止由于与残余气体分子碰撞而产生离子束色散，并使得工件被空气中的微粒污染的风险最小。
用于确定特定离子种类的注入步骤的两个最重要的变数是离子剂量和能量。离子剂量与给定半导体材料中注入离子的浓度有关。一般高剂量注入采用大电流注入机(通常离子束电流大于10毫安(mA))，而低剂量应用采用中等电流注入机(通常离子束电流小于1毫安(mA)左右)。
离子能量用来控制半导体器件中结的深度。构成离子束的离子能量决定注入离子的深度。用来在半导体器件中形成退减阱的高能处理要求达几百万电子伏(MeV)的注入，而浅结可能只要求1仟电子伏(keV)的能量，超浅结可能只要求低至250电子伏(eV)的能量。
不断要求半导体器件越来越小的趋势，要求注入机的离子源在较低能量下不断提供更大的束电流。较大的束电流可提供所需的剂量水平，而低能量水平允许浅注入。例如，在互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中的源/漏结就要求采用这种大电流和低能量注入。
传统离子源是利用一种可电离的掺杂剂气体，它可以直接从压缩气体源得到，或者间接从一种汽化固体得到。典型的源元素为硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)、砷(As)。这些源元素中的大多数通常都可以以固态和气态两种形式使用，只是硼除外，它几乎只能以气态形式提供，例如，三氟化硼(BF3)，或者十硼烷(B10H14)这种固态粉状形式的化合物。
对于硼注入来说，十硼烷(B10H14)可能是一种极佳的注入材料源，因为当每个十硼烷分子(B10H14)汽化和电离时，可提供一种包含10个硼原子的分子型离子。这种源特别适合于用来产生浅结的高剂量/低能量注入过程，因为分子型十硼烷离子束能注入的每单位电流的硼剂量是单原子硼的离子束的十倍。另外，由于十硼烷分子在工件表面分裂成差不多十分之一原来束能量的十个单个硼原子，所以此束可以传输的能量为相当剂量单原子硼离子束的十倍。(由电压V加速的10个相同的硼原子的单电荷十硼烷分子(B10Hx +)中的每个独立硼原子具有能量eV/10，因而离子束可以以十倍于所要求的能量被引出)。这个特征使分子型离子束避免了在一般低能离子束输运中将发生的传输损失。
最近在工艺流程和离子源方面的改进，使得能产生将来可能证明对于十硼烷注入的生产应用是足够的离子束电流。这些改进的关键是离子源的冷却机构，它们能防止十硼烷分子的离解，及所要求的分子型母离子(B10Hx +)碎裂成硼烷碎片和元素硼。此外，在现有的十硼烷离子源(如美国专利6,107,634中所示的那种源)中，维持的是一个低密度等离子体，以防止等离子体本身引起这种离解和碎裂。
如前所述，将来半导体中的超浅结很可能要求以低至250eV的注入能量进行硼注入。在这么低的能量下，离子束的电流密度必然要减小。即使采用最先进的十硼烷注入技术，半导体注入的产率仍将降低，除非对于同样水平的离子束电流能增大注入剂量。另外，还希望在不增加被注入的各单个硼原子的能量水平的情况下增加离子束能量输运水平。因而，这些就是本发明的目的。
发明概要
本发明将提供一种将已电离的二十硼烷(B20HX)、三十硼烷(B30HX)和四十硼烷(B40HX)注入工件的方法，它包括以下步骤：(i)使离子源(50)中的十硼烷汽化和电离以产生等离子体；(ii)通过源孔(126)引出等离子体内的已电离二十硼烷、三十硼烷和四十硼烷，以形成一个离子束；(iii)用质量分析磁体(127)对离子束作质量分析，以使已电离二十硼烷(B20HX +)或其它高次硼烷中的一种通过；(iv)将已电离二十硼烷(B20HX +)或其它高次硼烷中的一种注入工件。汽化和电离十硼烷的步骤包括一些子步骤：(i)在汽化器(51)内使十硼烷汽化和(ii)在电离器(53)内使已汽化的十硼烷电离。
所选的电离的高次硼烷可以是二十硼烷(B20Hx +)。
所选的电离的高次硼烷可以是三十硼烷(B30HX +)。
所选的电离的高次硼烷可以是四十硼烷(B40HX +)。
所述电离器(53)可以设有电离室(108)，所述方法还可以包括在电离汽化的十硼烷的步骤中主动地冷却所述电离室(108)的壁(128)的步骤。
所述冷却电离室壁(128)的步骤可以将所述壁的温度维持在350℃以下，以防止汽化的十硼烷分子离解。
所述壁的温度可以维持在300℃至350℃之间。
所述源孔(126)的尺寸确定为在＜1mA/cm2的束电流密度下提供100-500μA的聚焦离子束流。
所述电离室(108)内等离子体的密度在1010/cm3量级。
附图简介
图1是按照本发明原理制造的一种离子注入机的离子源第一实施例的局部横剖面图；
图2是沿图1的2-2线剖开的离子源另一种实施例的连接管剖面图；
图3是图1离子源的电离器部分的局部横剖面图；
图4和图5一起表示利用图1的离子源获得的离子束的电流与原子质量单位关系曲线，表明有二十硼烷、三十硼烷和四十硼烷成分存在。
本发明的优选实施方案的详细描述
现在来参照图1-3，首先看图1，这是一个按本发明制造的离子源50，包括一个汽化器51和一个电离器53。汽化器51包含一个不起反应的导热升华器或坩埚52，加热媒质容器54，加热媒质泵55，温度控制器56，和质量流控制器60。电离器53在图3更详细地示出。坩埚52离电离器53很远，通过送气管62与后者相连，管子由石英或不锈钢制成。在提供的实施方案中，送气管62几乎沿其全部长度用一个单室外环护套90包围着。
坩埚52提供一个容器64，它围成的腔66用来盛源材料68。这个容器最好用适当的不起反应(惰性)的材料来做，如不锈钢、石墨、石英或氮化硼等，而且还要能装下足够量的源材料，如十硼烷(B10H14)。
通过装在容器54内的加热媒质70加热容器64的壁，使十硼烷通过升华过程而汽化。十硼烷一般以细粉末的形式存在，它在室温下的蒸气压为0.1乇，在100℃下为19乇。完全汽化的十硼烷通过送气管62从坩埚52中出来并进入质量流控制器60，后者控制蒸汽流量并测量送入电离器53的汽化十硼烷总量。
本发明的另一种实施方案中，送气管62做成毛细管的形状，且护套90做成同轴双室套的形状，包括内套90A和环绕它的外套90B(见图2)。加热媒质可以用泵送至内套90A(处在与毛细管62相邻的位置)，而从外套90B(半径方向处于内套90B的外面)抽出。在此第二实施装置中，质量控制器60由处在送气管/电离器交界面上的加热关闭阀(未示)所代替，而质量流通过直接改变容器54的温度而增减。
图3较详细地展示了电离器53。电离器53包含一个普通园柱体96和一个普通园环形底座或安装法兰98，在优选实施例中这两者都用铝来做。铝质本体96由通过入口102供应的进口冷却通道100，通过出口106从本体96排出的出口冷却通道104来冷却。冷却媒质可以是水或任何其它高热容量的适当液体。进口和出口冷却通道提供一个连续的通道，水通过这个通道冷却电离器本体96。虽然图3中只用虚线表示了通道的一部分，但这个通道可以按任何已知的形状延伸到本体外周边附近，以保证整个本体都被有效地冷却。
冷却本体96保证了电离室108所处的温度能使电离室中十硼烷的压力足够高。曾经发现，电离室应维持在足够低的温度(低于350℃，最好是在300℃至350℃之间)，以防被电离的十硼烷分子离解和碎裂。
回到图3，在电离室本体96内是一个送气管62的延伸物(它由环形护套90所包围)，直至电离室108终止。在电离室108内装有一个热阴极110和一个反阴极或反射极112。热阴极110包含一个加热的钨丝114，它由一个钼筒116包围着并由钨端盖118盖住。被加热的灯丝114通过电源馈线120和122供电，它们通过铝本体96并与它电绝缘。反射极112也与本体96电绝缘，这是通过一种导热的电绝缘材料(如兰宝石)来实现的，由这种材料将反射极物理上与冷却的电离室108相连接。
工作时，通过送气管62在电离器入口119将汽化的十硼烷粉末注入电离室。当在馈线120和122两端加上电压而给钨丝114通电时，灯丝发射电子并向前加速撞击端盖118。等到端盖118受到电子轰击而变得足够热时，它反过来发射电子进入电离室108，这些电子与汽化气体分子碰撞而在室内产生离子。
这样就产生了低密度离子等离子体，通过源孔126从室中将等离子体引出形成离子束。此等离子体包含十硼烷离子(B10Hx +)(其中X为小于14的整数)、二十硼烷离子(B20Hx +)(其中X为小于28的整数)、三十硼烷离子(B30Hx +)(其中X为小于42的整数)、四十硼烷离子(B40Hx +)(其中X为小于56的整数)，所有这些都能注入到工件内。“二十硼烷”一词表示包含B20Hx分子和/或两个十硼烷的组。“三十硼烷”一词表示包含B30Hx分子和/或三个十硼烷的组。“四十硼烷”一词表示包含B40Hx分子和/或四个十硼烷的组。然后对引出的离子束通过质量分析磁体127进行质量分析，使得只允许具有规定电荷质量比的离子通过。在室108内的低密度十硼烷/二十硼烷等离子体部分是由维持在源内的较低电弧放电功率(在5mA时为5瓦(W))提供的。
电离器53中低密度等离子体的成分以曲线形式示于图4和5，二图合在一起表示用图1的离子源获得的离子束成分的电流与原子质量单位(AMU)的关系曲线。如图所示，可单独识别的峰在图4中代表十硼烷(B10HX)和二十硼烷，在图5中代表B30HX和B40HX。图4中的十硼烷峰在117AMU出现，而二十硼烷峰在236AMU出现。在图5中，B30Hx峰约在350AMU出现，而B40Hx峰约在470AMU出现。
图1中的源50用到离子注入机中，将全部十硼烷分子(十个硼原子)注入工件内。分子在工件表面碎裂，使得每个硼原子的能量大约为十个硼原子组(在B10H14的情况下)能量的十分之一。因此，离子束可以十倍于所要求的硼注入能量运输，从而实现很浅的注入而无明显的束传输损失。此外，在给定的束电流下，每单位电流可将十倍的剂量传至工件。最后，由于每单位剂量的电荷是单原子束注入电荷的十分之一，故对于给定的剂量定额，工件的带电问题远没有那么严重。
至于通过源孔126从离子源引出的离子束的二十硼烷(B20HX)分量，我们认为它是由十硼烷与源50的电离器53内的H或H2离子辐射而形成的。在特定的源条件下，在电离器53内的十硼烷蒸气产生质量从130AMU至240AMU(见图4)的相邻亚谱，它看起来与十硼烷谱类似。因此，通过离子源孔126引出的离子束除了碎裂的十硼烷谱外，还包含一种碎裂的十硼烷“二聚物”(也叫做双团分子十硼烷或二十硼烷(B20HX))。电离后的二十硼硼烷(B20HX +)在硼粒子电流高达1.6mA时，在每个硼原子能量低于500eV甚至低到250eV，是可以注入的。
采用图1的源50到离子注入机中，整个二十硼烷离子(二十硼原子)被注入工件内。离子在工件表面处碎裂，使得每个硼原子的能量约为20个硼原子组(在B20HX的情况下)能量的二十分之一。离子束可以20倍于所要求的硼注入能量输运，从而实现很浅的注入而无明显的束传输损失。此外，在给定的束电流下，每单位电流可将20倍的剂量传至工件。最后，由于每单位剂量的电荷是单原子束注入电荷的二十分之一，故对于给定的剂量定额，工件的带电问题远没有那么严重。
正如本领域所知，可以对质量分析磁体127加以调节，以使只有在规定电荷质量比范围内的粒子能够通过。因而，可将质量分析磁体127调节成让十硼烷或二十硼烷(B20HX)通过。还可以把磁体调节成允许离子束中的其它高次硼烷(B30HX和B40HX)中的任何一种通过。
那些由阴极110产生但不与电离室内十硼烷分子或高次硼烷中的一种碰撞形成十硼烷或二十硼烷离子的电子，将朝着反射极112运动，后者将这些电子反射回阴极。反射极最好用钼来做，而且象阴极一样与电离器本体96电绝缘。电离室108的壁128处于本地接地电位。阴极110连同端盖118处于壁128电位以下约50至150伏的电位。灯丝114维持在低于端盖118电位约200至600伏的电位。灯丝114和端盖118间的较高电位差赋于从灯丝发射的电子较高的能量以将端盖118充分加热，从而通过热发射使电子进入电离室108。
离子源50提供一个控制机构，用来控制坩埚52的工作温度和送气管62的工作温度，已汽化的十硼烷通过管62连续进入和通过电离器53。加热媒质70在容器54内被电阻性或类似的加热元件80加热，并通过一个热交换器冷却。温度控制装置包括一个温度控制器56，它通过热偶92从容器54获得一个输入温度反馈，并输出一个控制信号至加热元件80(下面将进一步说明)，使容器内的加热媒质加热至一个适当的温度。
加热媒质70可以是矿物油或其它具有高热容量的媒质(如水)。油被加热元件80加热至20℃至50℃的温度范围，并通过泵55围绕坩埚52及送气管62(经由护套90)循环。泵55分别有一个入口和出口82和84。虽然加热媒质围绕坩埚52和送气管62的流动方式，在图2中是按单方向顺时针的方向，但也可以是任何方式，只要能围绕坩埚52和送气管62提供适当的媒质循环。
现在回到图1，为了使已汽化(升华)的十硼烷容易从坩埚52通过送气管62传输至电离室108，对坩埚腔66加了压。随着腔66内的压力增加，材料传输速率相应增大。电离室几乎工作在真空状态(约1毫乇)，因此沿着送气管62整个长度，从坩埚52至电离室108存在一个压力梯度。坩埚的压力一般在1乇量级。
将坩埚52置于远离电离室108的地方，使坩埚腔66内的材料与热隔离，从而提供一个不受电离室温度影响的热稳定的环境。因而，坩埚腔66(十硼烷升华过程就在其中发生)的温度可以不受电离室108工作温度的影响而控制到很高的精度(1℃以内)。同时，通过保持汽化十硼烷的温度在经由加热送气管62输运至电离室的过程中不变，蒸汽不会发生冷凝或热分解。
温度控制器56通过控制加热媒质容器70的加热元件80的运行而控制坩蜗52和送气管62的温度。热偶92检测容器的温度并将温度反馈信号93送至温度控制器56。温度控制器根据这个输入反馈信号以已知的方式将控制信号94输出到容器加热元件80。这样就能给固相十硼烷和汽化十硼烷暴露到的所有表面(直至电离室之前)提供均匀的温度。
通过控制加热媒质在系统中的循环(通过泵55)及加热媒质的温度(通过加热元件80)，可将离子源50控制在20℃至250℃(±1℃)的工作温度。与控制最接近电离室的送气管端部的温度相比，精确地控制坩埚的温度对于控制坩埚的压力，因而是控制蒸气流出坩埚的速度来说更为关键。由于采用本发明离子源的等离子体密度较低(在1010/cm3量级)以防止十硼烷/二十硼烷分子结构离解，若采用传统尺寸的源孔，则引出的总离子束流将很低。假定束流密度差不多，本发明的电离器53内的孔126要做得足够大才能保证有适当的离子束流输出。1cm2(.22cm×4.5cm)的孔可以在工件上获得大约每平方厘米100微安(μA/cm2)的束流密度，及从源中引出1mA/cm2以下的束流。(提供给工件的实际聚焦束流只是总引出束流的一部分)。在某些注入机中可以有5cm2的孔尺寸，这样可在工件上产生500μA左右的B10Hx +束流。在超低能(ULE)注入机中，孔的尺寸还可以更大(直至13cm2)。
上面描述了一种注入十硼烷或二十硼烷的改进方法和系统的优选实施方案。但是，考虑到上面的描述只是作为一个实例，应明白本发明并不只限于这里所描述的特定实例，而是可以对它们实行各种调整、修改和替换，而不超出本发明的范围，本发明的范围将由下面的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种将电离的二十硼烷、三十硼烷、四十硼烷中任一种电离的高次硼烷注入工件的方法，包括以下步骤：
(i)使离子源(50)中的十硼烷汽化和电离，以产生等离子体；
(ii)通过一源孔(126)引出等离子体中已电离的二十硼烷、三十硼烷、四十硼烷，以形成一离子束；
(iii)采用质量分析磁体(127)对离子束作质量分析，以使一种选定的已电离的高次硼烷通过；
(iv)将选定的电离的高次硼烷注入工件内。
2.如权利要求1所述的方法，其中汽化和电离离子源(50)中的十硼烷包括下述子步骤：
(i)(a)在汽化器(51)内汽化十硼烷，
(i)(b)在电离器(53)内电离已汽化的十硼烷。
3.如权利要求2所述的方法，其中其中选定的已电离的高次硼烷是已电离的二十硼烷B20Hx +。
4.如权利要求2所述的方法，其中选定的已电离的高次硼烷是已电离的三十硼烷B30Hx +。
5.如权利要求2所述的方法，其中选定的已电离的高次硼烷是已电离的四十硼烷B40Hx +。
6.如权利要求2所述的方法，其中电离器(53)设有一个电离室(108)，该方法还包括在电离已汽化的十硼烷的步骤中，主动地冷却所述电离室(108)的壁(128)的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其中冷却电离室壁(128)的步骤使该壁的温度维持在350℃以下，以防止已汽化的十硼烷分子离解。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述壁的温度维持在300℃至350℃之间。
9.如权利要求2所述的方法，其中源孔(126)的尺寸确定为在＜1mA/cm2的束电流密度下提供100-500μA的聚焦离子束流。
10.如权利要求9所述的方法中，其中电离室(108)内等离子体的密度在1010/cm3量级。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7132670B2 (en) * 2002-02-22 2006-11-07 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for ion production enhancement
US7135689B2 (en) * 2002-02-22 2006-11-14 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for ion production enhancement
US6825462B2 (en) * 2002-02-22 2004-11-30 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for ion production enhancement
US7372043B2 (en) * 2002-02-22 2008-05-13 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and method for ion production enhancement
GB2387022B (en) * 2002-03-28 2005-12-21 Applied Materials Inc Monatomic boron ion source and method
US7518124B2 (en) * 2002-03-28 2009-04-14 Applied Materials, Inc. Monatomic dopant ion source and method
CN101908473B (zh) * 2002-06-26 2013-03-13 山米奎普公司 通过植入n-及p-型簇离子及负离子制造cmos器件的方法
KR100827670B1 (ko) * 2002-06-26 2008-05-07 세미이큅, 인코포레이티드 이온 소스
US6686595B2 (en) 2002-06-26 2004-02-03 Semequip Inc. Electron impact ion source
US7791047B2 (en) * 2003-12-12 2010-09-07 Semequip, Inc. Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
WO2005059942A2 (en) 2003-12-12 2005-06-30 Semequip, Inc. Method and apparatus for extending equipment uptime in ion implantation
JP2007266022A (ja) * 2004-05-25 2007-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ発生装置、これを用いたプラズマ処理装置および電子機器
EP1774562B1 (en) * 2004-06-08 2012-02-22 Dichroic cell s.r.l. System for low-energy plasma-enhanced chemical vapor deposition
US7397048B2 (en) * 2004-09-17 2008-07-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for boron implantation
US7446326B2 (en) * 2005-08-31 2008-11-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improving ion implanter productivity
US7875125B2 (en) 2007-09-21 2011-01-25 Semequip, Inc. Method for extending equipment uptime in ion implantation
US7759657B2 (en) 2008-06-19 2010-07-20 Axcelis Technologies, Inc. Methods for implanting B22Hx and its ionized lower mass byproducts
JP2012503886A (ja) * 2008-09-25 2012-02-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド オクタデカボラン自己アモルファス化注入種を使用する無欠陥接合形成
US20110070724A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-24 Applied Materials, Inc. Defect-free junction formation using octadecaborane self-amorphizing implants
US8350236B2 (en) * 2010-01-12 2013-01-08 Axcelis Technologies, Inc. Aromatic molecular carbon implantation processes
US8344337B2 (en) * 2010-04-21 2013-01-01 Axcelis Technologies, Inc. Silaborane implantation processes
JP6120259B2 (ja) * 2012-05-10 2017-04-26 株式会社アルバック イオン注入法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3305696A (en) * 1965-10-24 1967-02-21 Electro Optical Systems Inc Negative ion source having gas nozzle integral with the cathode
JP3215898B2 (ja) * 1992-04-28 2001-10-09 日本電信電話株式会社 プラズマｃｖｄ法およびプラズマｃｖｄ装置
JP3749924B2 (ja) * 1996-12-03 2006-03-01 富士通株式会社 イオン注入方法および半導体装置の製造方法

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