[发明专利]由固体材料制备化合物或其中间体以及使用该化合物和中间体的设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

此处根据35USC119要求2010年8月30日以Oleg Byl,Joseph D.Sweeney,Robert Kaim,Richard S.Ray,和Edward E.Jones的名义提交的名为“APPARATUS FOR PREPARATION OF COMPOUNDS OR INTERMEDIATES THEREOF FROM A SOLID MATERIAL,AND METHODS OF USING SUCH COMPOUNDS AND INTERMEDIATES”的美国临时专利申请61/378,375的优先权。就各方面而言，美国临时专利申请61/378,375的公开内容在此以引用的方式全部纳入本说明书。

领域

本发明涉及由固体反应物料制备化合物或中间体的设备和方法，以及使用该化合物和中间体的方法。具体而言，本发明涉及这类用于制备含硼前体化合物的设备和方法，所述含硼前体化合物可用作基板中硼离子注入用的前体。

背景

离子注入在微电子器件产品的生产和其他工业应用中被广泛使用。在离子注入过程中，通过高能离子撞击基板使化学物质沉积在基板上。为了产生想要的离子，需要易于电离的前体从而得到电离介质，所述电离介质可不同地包含前体片段、正离子、负离子、以及重组离子和非离子物质。所述电离介质通过提取、磁性过滤、加速/减速、分析仪磁性处理、平行校正、扫描和磁力校正进行处理产生撞击基板的所需类型离子的最终离子束。

各种不同类型的前体用于形成相应不同的注入材料和设备。示例前体包括氩、氧、氢、以及掺杂元素如砷、磷、锗、硼、硅等的氢化物和卤化物。硼特别是非常广泛使用的掺杂元素，且近年来一直关注于提高现存硼前体的效率和利用率并开发新产品。

在许多集成电路的生产中主要步骤之一包括将硼注入硅晶片。由于元素硼甚至在高温下也表现出非常低的蒸汽压，因此必须使用挥发性的含硼前体化合物。目前，三氟化硼(BF₃)被广泛用作硼注入用前体。2007年，估计全世界用于离子注入所消耗的BF₃为约～3000kg，且这一用量还在继续增长。

尽管BF₃广泛使用，其确实具有缺陷。BF₃分子非常难以电离且仅有流入常规离子发生器的离子源室的全部BF₃的约15%可以被击碎。其余部分被丢弃。此外，仅有约30%的离子化的BF₃转化为可用于注入的B⁺离子。这导致了低B⁺射束流，严重限制了注入过程的生产力。

通过改变过程参数，如通过提高提取电流和通过提高BF₃流速可以实现B⁺射束流的一定增大。然而这些方法导致离子源的寿命降低；高压电弧，其进而导致设备不稳定；低真空度以及光束能量污染。

近年来，由于在半导体制造工业中使用较低注入能量的一般趋势，在使用BF₃中与低B⁺射束流相关的生产力限制变得更加重要。在较低的注入能量下，由于空间电荷，B⁺射束经历更大的熄弧（blow-out）作用。

因此可靠且经济有效的硼前体的大批量生产能力会对半导体生产领域以及其他使用硼掺杂的离子注入应用提供重大贡献。

发明内容

本发明涉及用于使固体反应物料与流体反应制备中间体和最终产物的设备和方法，以及使用该中间体和最终产物的方法。具体而言，本发明涉及这类用于大批量生产用于硼掺杂半导体应用的硼前体的设备和方法。

一方面，本发明涉及一种设备，包括：

反应区，用于使气体试剂与固体材料在有效形成中间体物质的温度和压力条件下接触；和

开口，用于使气体试剂的未反应部分和中间体物质离开反应区。

在该设备中，开口可适于防止其在设备运行过程中堵塞，例如通过对其加热、通过适当改变其相对于反应区的尺寸、或以其他在设备使用中抵抗开口堵塞的方式。

另一方面，本发明涉及一种形成作为中间产物与反应物气体的反应产物的最终产物的方法，其中所述中间产物是反应物气体与反应性固体的气态反应产物，该方法包括在第一反应区进行反应物气体与反应性固体的反应，并在第二反应区进行反应物气体与中间产物的反应，其中第一反应区中反应物气体与反应性固体的反应是可逆的，且其中未反应的反应物气体和中间产物以受控速率或以受控方式流入第二反应区。