[发明专利]用于离子注入系统的含锡掺杂剂组合物、系统和方法

说明书

本发明提供了用于使用某些锡化合物作为掺杂剂源进行离子注入的新型方法和系统。基于一个或多个特定属性来选择合适的含锡掺杂剂源材料。其中一些属性包括室温下的稳定性；从其源供应装置递送到离子室的足够的蒸气压，以及产生用于离子注入的合适的束电流以实现所需的注入Sn剂量的能力。所述掺杂剂源优选地从在亚大气压条件下致动的源供应装置递送，以提高操作期间的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及用于离子注入系统的新型锡掺杂剂组合物、递送系统和方法。

背景技术

离子注入用于制造基于半导体的设备，诸如发光二极管(LED)、太阳能电池和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。离子注入用于引入掺杂剂以改变半导体的电性质或物理性质。

在传统的离子注入系统中，通常被称为掺杂剂源的气态物质被引入离子源的电弧室中。离子源室包括被加热至其热离子生成温度以生成电子的阴极。电子朝向电弧室壁加速，并且与存在于电弧室中的掺杂剂源气体分子碰撞以生成等离子体。等离子体包括离解的离子、自由基和中性原子以及掺杂剂气体物质的分子。将离子从电弧室中提取出来，然后分离以选择所需的离子物质，该离子物质随后被引导至目标基底。

锡(Sn)被公认为是具有多种用途的掺杂剂。例如，锡(Sn)已成为锗(Ge)中的合适掺杂剂，用于在Ge中产生应变并改善通过晶体管中的Ge的电子和空穴的流动。另外，还探讨了Sn作为用于III-V半导体设备的活性掺杂剂物质。

Sn已用于半导体设备。Sn可以以各种方式起作用，包括作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的栅极氧化物和栅电极金属；铜(Cu)中的掺杂剂互连以防止电迁移；以及作为硅(Si)中的固有吸气剂。通常使用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)将Sn沉积在基底上。在PVD中，使用电子束在真空中加热Sn金属以加热Sn或含Sn化合物的坩埚。随着坩埚温度升高，坩埚中的Sn的蒸气压增加并且Sn蒸气沉积在基底上。CVD是一种类似的技术，不同之处在于掺杂剂源是挥发性Sn化合物，并且当沉积在基底中时会与基底反应。

例如，Sn(CH₃)₄与CF₃I或CF₃Br化合物的混合物可以在高温下与O₂共同沉积在加热的基底上以产生SnO₂膜。也可以使用离子注入将Sn嵌入基底的表面中。在离子注入的一种方法中，将Sn金属紧靠原丝放置，并且原丝的温度足够高，使得辐射加热导致Sn蒸发并与电子碰撞以产生用于掺杂的Sn离子。然而，该方法会使得Sn沉积在室壁或原丝上，这会缩短原丝的使用寿命。

目前，暂时没有可用于离子注入的可用Sn掺杂剂源。出于这些原因，对于可用于传统的离子注入系统的Sn掺杂剂源存在尚未满足的需求。

发明内容

本发明部分涉及某些锡掺杂剂源，该锡掺杂剂源在室温下稳定，具有足够的蒸气压并且能够产生用于离子注入的足够的束电流。优选地，在亚大气压条件下递送掺杂剂源以提高锡离子注入期间的安全性和可靠性。

在第一方面，一种使用含Sn掺杂剂材料进行离子注入过程的方法，所述方法包括以下步骤：将含Sn掺杂剂源储存在储存及递送容器中；含Sn掺杂剂源的特征在于以下属性中的一个或多个属性：(i)储存和递送期间的稳定性；(ii)在室温(25℃)下大于或等于20托的蒸气压；(iii)生成能够掺杂大于10¹¹原子/cm²的离子束；(iv)在室温下以液体形式自然存在；以及(v)包括Sn、H和卤素原子；从储存及递送容器中回收呈气相的含Sn掺杂剂源；使蒸发的含Sn掺杂剂源流动；以及将含Sn掺杂剂源蒸气引入离子源室。