[发明专利]用于改进硅离子注入期间的离子束电流和性能的含硅掺杂剂组合物、使用该组合物的系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于改进的硅离子注入工艺（尤其改进的束电流（beam current））的含硅掺杂剂组合物、使用该组合物的系统和方法的独特组合。

发明背景

离子注入是半导体/微电子制造中的重要工艺。在集成电路制造中使用离子注入工艺来将掺杂剂杂质引入半导体晶圆中。将所需的掺杂剂杂质引入半导体晶圆中以在所需的深度形成掺杂区域。选择掺杂剂杂质以与半导体晶圆材料结合来产生电载体，从而改变半导体晶圆材料的导电性。所引入的掺杂剂杂质的浓度确定掺杂区域的导电性。必需产生许多杂质区域来形成晶体管结构、隔离结构和其它电子结构，其共同充当半导体设备。

掺杂剂杂质一般是得自源掺杂剂气体的离子。离子源灯丝（filament）用于将掺杂剂气体源电离成各种掺杂剂离子物质。离子在离子室内产生等离子体环境。随后，从离子室中以限定（defined）的离子束形式提取离子。所得离子束通常由束电流来表征。一般来说，较高束电流可允许较多掺杂剂离子物质可利用于（available for）注入给定的工件（例如晶圆）中。在这种方式下，对于给定流动速率的源掺杂剂气体，可达到掺杂剂离子物质的较高注入剂量。可经由质量分析器/过滤器传送所得离子束，然后传送至工件（例如半导体晶圆）的表面。（离子）束的所需的掺杂剂离子物质渗透半导体晶圆的表面，以形成具有所需的电学和/或物理性质的一定深度的掺杂区域。

硅注入在半导体工业中广泛地用于各种材料改性应用，例如无定形化或光致抗蚀剂改性。在设备制造期间Si注入步骤的越来越多的使用对以增加的束电流而不损害离子源寿命为特征的用于注入各种Si离子掺杂剂物质的改进的方法存在需求。较高的束电流可允许较高的设备处理量（throughput）和显著的生产率改进。应理解，术语“Si离子”、“Si离子物质”、“Si离子掺杂剂物质”和“Si+离子”在贯穿说明书中可互换使用。

四氟化硅(SiF4)已被用作用于硅离子注入的掺杂剂气体源。然而，SiF4具有各种缺点。特别重要地，SiF4可在其电离并产生必需量的Si+离子以建立当今应用所需要的较高束电流的能力方面受到限制。增加从SiF4产生的Si+离子的量通常需要增加输入至离子源的能量，其在本行业中另外被称为离子源的操作电弧电压。然而，在增加的能量水平下操作可损坏离子源部件，这可最终降低离子源在操作期间产生Si+离子的能力。例如，随着在典型离子注入工艺期间电弧室壁的温度增加，从SiF4释放的活性氟可更迅速蚀刻并侵蚀钨室壁，这可导致阴极对含钨沉积物的增加的沉积更敏感。含钨沉积物抑制离子源产生维持等离子体并产生Si+离子所必需的阈值数量的电子的能力。另外，更多的活性氟离子可利用于传播所谓有害的“卤素循环”，通过所述卤素循环可发生离子源室壁和其它室部件的增加的化学侵蚀。因此，在较高能量水平下操作离子源室以试图增加SiF4的电离具有较短离子源寿命的可能性，从而使得该操作模式是不合需要的。

当前，没有用于保持或增加Si+离子的束电流而不损坏离子源室部件的可行技术。在开发组合物、使用该组合物的系统和方法，以改进所需的硅离子物质的束电流而不损害离子源寿命方面仍然存在未满足的需求。

发明概述

本发明部分涉及用于改进束电流的组合物、使用该组合物的系统和方法，所述束电流用于改进硅离子源性能。已发现，所利用的掺杂剂气体的组合物对于改进束电流的能力具有显著影响。

在第一方面，提供掺杂剂气体组合物，其包含基于硅的掺杂剂气体组合物。该组合物包含第一基于硅的物质和第二物质。选择第二物质以在产生并注入活性硅离子期间在所利用的离子源的操作电弧电压下具有比第一基于硅的物质高的电离截面。与从四氟化硅(SiF4)产生的束电流相比，基于硅的掺杂剂气体组合物改进离子束电流，以便保持或增加束电流而不使所述离子源降级（degradation）。