[发明专利]硅硼烷注入方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体离子注入(ion implantation)，更具体地涉及用于选择性地将硅硼烷分子注入到半导体工件中的方法。

背景技术

可以使用离子注入机而通过用离子束轰击硅晶圆来处理晶圆。这样的束处理的一种用途是用控制浓度的杂质和/或掺杂剂来选择性地注入晶圆而用于制造集成电路。

典型的离子注入机包括离子源、离子提取装置(离子引出装置，ionextraction device)、质量分析装置、束传输装置和晶圆加工装置。离子源产生所需原子或分子物种的离子。这些离子通过提取系统而从离子源提取出来，该提取系统通常是一组电极，其激励和引导来自所述源的离子流。所需离子在质量分析装置中与离子源的副产物分离，该质量分析装置通常为进行所提取离子束的质量色散的磁偶极子。束传输装置，通常为包含聚焦装置的光学系统的真空系统，其将离子束传输到晶圆加工装置，同时维持该离子束所需的光学性质。最后，半导体晶圆在晶圆加工装置中注入原子或分子物种或其离子碎片。

离子能量被用来控制半导体器件的结深度。构成离子束的离子的能量决定了注入离子的深度。诸如用于形成半导体器件中的倒阱(retrogradewell)的高能量过程可能需要高达几百万电子伏特(MeV)的注入，而浅结可能仅需要低于1千电子伏特(keV)的能量，并且超浅结可能需要的能量低到250电子伏特(eV)。典型地，高电流注入机(一般大于10毫安(mA)的离子束电流)用于高剂量注入，而中等电流注入机(一般能够高达大约1毫安的束电流)则用于较低剂量应用。

持续朝向越来越小的半导体器件的趋势需要具有在较低的能量下连续递送更高束电流的离子源的注入机。更高的束电流提供必需的剂量水平，而较低的能量水平允许浅注入。例如，互补式金属-氧化物-半导体(CMOS)器件中的源极/漏极结需要这样的高电流、低能量应用。

传统的离子源利用可离子化的掺杂剂气体，该气体直接获自压缩气体来源或者间接获自汽化的固体。典型的源元素是硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)和砷(As)。大部分的这些源元素一般以固体和气体形式使用，除了硼(其几乎排他地以气体形式提供)。在特定的应用中，需要低能量和超低能量的硼注入。然而，“空间电荷(space charge)”效应将可以在低能量下传输的原子硼的电流限制至低值，因此降低了离子注入机的生产力。

用于避免传输损耗和由低能量离子束传输造成的所谓“空间电荷”效应的一种当前方法利用具有多于一个硼原子的分子。同时传输多于一个硼原子，带有单电荷，基本上减少每个硼原子的注入能量达到所传输原子数分之一，同时以每个分子的原子数的一个系数增加有效硼电流。这可以通过产生和提取具有几乎任何数量的硼原子的硼分子或硼团簇而实现。

在另一种方法中，(多个)硼原子可以作为具有不同元素的分子传输。同样，这以正比于分子总质量的系数减少了用于每个硼原子的有效注入能量。添加的分子的元素，理想地，添加的元素将简单地增加硼基分子的质量，而不影响在硅基板的晶体结构中的注入结果。例如，十硼烷(B₁₀H₁₄)可以是用于硼注入的优异进料物质，因为每个十硼烷分子(B₁₀H₁₄)当汽化和离子化时可以提供由十个硼原子构成的分子离子。这样的源特别适合用于用来生成浅结的高剂量/低能量注入过程，因为分子十硼烷离子束每单位电流可以注入的硼剂量是单原子硼离子束的十倍。此外，并不认为氢分子会有害地影响器件的注入。然而，十硼烷和其他硼氢化物在较高温度，例如在标准离子源中发现的那些温度下可能是不稳定的。这样，为了使用这些分子，必须实施离子化和束产生的其他方法。

用于递送多个硼原子的又一种方法涉及使用具有被构建成有助于稳定硼烷结构的代用材料的分子。一个实例是使用碳硼烷，特别是邻碳硼烷(o-carborane)(C₂B₁₀H₁₂)，因为该分子在标准离子源中发现的条件下是更牢固且稳定的。碳硼烷在离子化、提取、传输至晶圆期间也保持为稳定的。因此，利用这种分子的注入也会得到将改变硅基板晶体结构的碳剂量。对于其中在注入之后保持相同晶体结构是很重要的应用而言，这可能是不期望的。

因此，期望提供可以在低或超低能量下被注入同时在注入期间不将任何杂质带到晶圆的稳定硼分子。

发明内容