[发明专利]注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2008年5月30日递交的题目为注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制的美国临时专利申请第61/057485号的优先权和权益，所述申请这里通过参考全部并入。

技术领域

本发明涉及离子注入系统，更具体而言，涉及在离子注入系统中控制粒子污染的系统与方法。 

背景技术

在半导体装置及其它产品的制造中，使用离子注入系统来给予杂质，该杂质通常习知为加入半导体基片、显示器面板或其它工件的掺杂物元素。传统离子注入系统或离子注入机以离子束处理工件以产生n-型或p-型的掺质区域，或在工件中形成钝化层。当用于掺质半导体时，离子注入系统会注入被选定的离子种类以产生所需要的非本质材料。举例来说，以产生自例如是锑、砷或磷的来源材料的离子来进行注入会产生n-型非本质材料基片。或者，以产生自例如是硼、镓或铟的材料的离子来进行注入会产生在半导体基片中的p-型非本质材料部分。 

传统的离子注入系统包括离子化所期望掺杂物元素的离子源，该掺杂物元素接着被加速以形成预定能量的离子束。离子束指向工件的表面以使用掺杂物元素注入该工件。离子束的能量离子穿透工件的表面，如此一来它们被嵌入工件材料中的结晶晶格中以形成具有所期望传导率的区域。注入处理典型地在高真空处理腔室中实行，该高真空处理腔室会预防由离子束与残留物气体分子碰撞产生的离子束分散，也会最小化由空中粒子造成的工件污染的风险。 

离子剂量与能量是两种通常用来定义离子注入的变量。离子剂量与用于给定半导体材料的注入离子的浓度有关。典型地来说，高电流注入机(通常大于10毫安(mA)离子束电流)用于高剂量注入，而中等电流注入机(通常可以到达大约1毫安的束电流)则是用于较低剂量的应用。离子能量用于控制在半导体装置中的接面深度。形成离子束的离子的能量决定了所注入离 子的深度等级。高能量处理(像是用于形成半导体装置的退化式井区)典型地需要到达数百万电子伏特(MeV)的注入，而浅接面可以只需求在一千电子伏特(keV)以下的能量。 

往越来越小的半导体装置发展的持续的趋势需要具有作为在低能源传送高束电流的离子源。高束电流提供必须的剂量层级，而低能量层级允许了浅注入。举例来说，在互补式金属-氧化物-半导体(CMOS)装置中的源极/漏极接面需要高电流低能源的应用。 

用于获得从固态型式离子化的原子的典型离子源包含一对蒸馏器与离子化腔室。蒸馏器中的每一个具有坩锅，坩锅中放置固态元素或化合物，该坩锅由加热器线圈加热以蒸发该固态来源材料。被蒸发的来源材料通过喷嘴，或者被压缩的气体也可以直接注入离子化腔室，其中该气态的/蒸发的来源材料藉由电弧腔室灯丝加以离子化，该电弧腔室灯丝被加热至以热离子化的方式发射电子。 

传统离子源利用可离子化的掺杂物气体，而该气体可以直接由压缩气体的来源获得，或是间接从蒸发的固体获得。典型的来源元素是硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)与砷(As)。除了硼之外，大部分的来源元素通常以固体与气体的型式被使用。硼几乎是排他性地以气体型式被提供，如三氟化硼(BF3)。 

在注入三氟化硼的状况下建立包括单电荷硼(B+)离子的等离子区。假如该束的能量层级不是一个因素的话，建立与注入充足的高剂量硼进入基板通常不是问题。但是在低能量的应用中，硼离子束将遭受习知为“束扩大”的状态的难题，“束扩大”指的是在离子束内的类似带电荷离子互相排斥的趋势。这一类的互相排斥导致离子束在传输时直径扩张，在束线的多个孔导致束的周边暗角(Vignetting)。当束能量减少时，这种现象严重地减少束的传输。 

十硼烷(B₁₀H₁₄)是一种用于硼注入的输入材料的最好来源的化合物，因为每一个十硼烷分子(B₁₀H₁₄)在蒸发且离子化时可以提供由十个硼原子组成的分子离子。这样的一种来源特别适用于用来建立浅接面的高剂量/低能量注入处理，因为分子十硼烷离子束在每一单位电流中可以注入单原子硼离子束十倍的硼剂量。此外，因为十硼烷分子在工件表面上分解成 大约原本束能量十分之一的个别原子，该束可以以同等剂量的单原子硼离子束的十倍能量被传送。这个特性可以使分子离子束避免典型的由低能量离子束传送造成的传输损耗。