基板中的硅注入及提供其硅前體組合物的制作方法
【專利說明】基板中的括注入及提供其括前體組合物
[0001] 相關(guān)申請的互相參引
[0002] 根據(jù)35USC 119,本申請要求WYing TangJoseph D.Sweeney、Tianniu 畑en、 James J.Maye;r、I?ichard S.Ray、01eg Byl、Sharad N.化dave和Robe;rt Kaim的名義于2013 年8月16日提交的"基板中的娃注入及提供其娃前體組合物"的美國臨時(shí)專利申請61/866， 918的優(yōu)先權(quán)。美國臨時(shí)專利申請61/866,918的公開內(nèi)容通過引用的方式全部納入本說明 書中，用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及用于在基板中（例如，在微電子產(chǎn)品、太陽能電池、平板顯示器等的制 造中）注入娃和/或娃離子的組合物、系統(tǒng)及方法。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的描述
[0005] 在制造微電子器件或器件前體結(jié)構(gòu)的過程中常會進(jìn)行娃和/或娃離子(本文中所 用的"娃離子"包括娃離子本身，W及含娃的離子物質(zhì)）的注入。通常，通過使用離子源來生 成娃離子，該離子源接收來自供應(yīng)容器的用于離子化的原料，所述供應(yīng)容器位于氣體箱或 位于離子注入系統(tǒng)中的離子源附近。
[0006] 舉例來說，在制造娃器件時(shí)，可采用娃注入W使結(jié)晶娃非晶化(amo巧hize)或改變 結(jié)晶娃的形態(tài)?？蓪⑼拮⑷刖w管結(jié)構(gòu)中改變某些區(qū)域的蝕刻速率，W改變所述區(qū)域在后 續(xù)蝕刻步驟中的反應(yīng)性。還可將娃注入晶體管結(jié)構(gòu)中W降低該晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的接觸 電阻。在制造 GaAs器件時(shí)，娃還被用作供注入用的滲雜劑。
[0007] 常用于Si+注入的原料為SiF4。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用運(yùn)種材料會縮短離子源的使用壽命。 不受任何理論的束縛，推測等離子體源中存在的氣原子和/或氣原子與娃原子的結(jié)合物會 導(dǎo)致不希望的沉積物，該沉積物會導(dǎo)致該離子源壽命縮短。氣可與注入機(jī)中存在的金屬(例 如，鶴和鋼)反應(yīng)并蝕刻電弧腔的部件，同時(shí)也導(dǎo)致鶴或鋼在電弧腔組件(例如，陰極、面板 等）W及電極和源外殼表面(包括高壓套管、壁面等）上沉積。過多的沉積可能造成各種問 題，運(yùn)些問題包括電弧狹縫晶須(arc S1 it WhiSker)、陰極增長或短缺、擊穿(arcing) W及 造成相應(yīng)的源或射束問題而縮短壽命的其他問題。
[000引其他可用于Si+注入的原料為硅烷(Si也）。運(yùn)種材料高度易燃，并且由于安全原因 可能不希望在離子注入中使用硅烷。
[0009] 若可提供一種娃原料，其可避免與SiF4相關(guān)的源壽命問題，且還可避免與硅烷相 關(guān)的安全問題，運(yùn)將是本領(lǐng)域中的顯著進(jìn)步。 發(fā)明概要
[0010] 本發(fā)明設(shè)及用于在基板中注入娃和/或娃離子的組合物、系統(tǒng)和方法。
[0011] 在一個(gè)方面中，本發(fā)明設(shè)及一種在基板中注入娃和/或娃離子的方法，其包括:從 組合物生成娃或含娃離子，該組合物包含選自W下的娃前體：
[001^ (a)式SiRiR2R3R4的甲硅烷，其中r1、R 2、R3和R4可各自獨(dú)立地為:H;面素(F、Cl、Br、 I);徑基;烷氧基；乙酷氧基;氨基;式CnH2n+l的烷基，其中n= 1-10，其任選地被徑基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;式CnHsn-i的環(huán)烷基、^環(huán)烷基和多環(huán)烷基，其中n=l-10,該環(huán)烷基 任選地被徑基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;包含C = C鍵的式Cn出n的締基，其中n=l-10，其任選地被徑基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;芳基，其包含苯基和芳族部分;亞燒 基，其包含式=CH沸CRV的官能團(tuán)，其中R哺R 2各自如W上所述，其任選地被徑基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;烘基，其包含式=CH和=CR的官能團(tuán)，其中R為C廣Cio烷基、徑基、 面素或烷基的氨基衍生物;或式-OOCR的酷氧基，其中R為Ci-Cio烷基、徑基、面素或烷基的氨 基衍生物；
[OOU] (b)包含至少一個(gè)Si-Si鍵的式SinHy的乙硅烷和多硅烷，其中n = 1-8,且對于非支 鏈和支鏈而言y =化+2,對于環(huán)狀化合物而言y =化，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式SinRiR2-'Ry的 乙硅烷和多硅烷，其中n = l-8,且Ri、R2-Ry各自如W上對于r1、R2、R哺R4的各個(gè)所述；
[0014] (C)式出 Si-X-Si 出的橋連娃前體，其中 X 為-CRiR2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-，其中R、R哺R 2各自如上所述，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiR2R3Si-X-SiR4R 5R6的 娃前體，其中X如W上所述，且ri、r2-r6各自如W上對于ri、r 2、r哺R4的各個(gè)所述；
[0015] (d)式曲Si-X-Si此-Y-Si此-…Z-Si出或含有Si-Si鍵的多橋連支鏈和環(huán)狀娃前體， 其中X為-CRiR 2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-,其中R、r1 和 R2各自如 W上所 述，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的支鏈娃前體，其中X、Y和Z = C或N，W及相應(yīng)的環(huán)狀娃前體；
[0016] (e)式此Si = Si此的娃締，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiR2Si = SiR3R4的娃締，其中Ri、 R2、R哺R4各自如W上所述；W及
[0017] (f)式HSi = SiH的娃烘，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiSi = SiR2的娃烘，其中R哺R2如 W上所述；
[0018] (g)簇娃化合物；
[0019] 化)包含一種或多種上述前體的預(yù)混合物或共流混合物；W及
[0020] (i)-種或多種上述前體，其中所述組合物包含氣體，該氣體經(jīng)同位素富集而使其 中至少一種同位素豐度高于天然豐度.
[0021] 其中該組合物并不是僅由W下組成：（1)四氣化娃、（2)硅烷、（3)四氣化娃和硅烷 的混合物或(4)四氣化娃、氣和氨；W及
[0022] 在基板中注入娃或娃離子。
[0023] 在另一個(gè)方面中，本發(fā)明設(shè)及一種在基板中注入娃離子的方法，其包括：
[0024] (a)將包含四氣化娃(SiF4)的娃前體離子化，其中該四氣化娃與氣反應(yīng)抑制劑共 流或預(yù)混合；W及
[0025] (b)在基板中注入來自所述離子化步驟的娃離子。
[00%]在另一個(gè)方面中，本發(fā)明設(shè)及一種用于在基板中注入娃和/或娃離子的娃前體組 合物，所述組合物包含至少一種選自W下的娃前體：
[0027] (a)式SiRiR2R3R4的甲硅烷，其中Ri、R 2、R3和R4可各自獨(dú)立地為:H;面素(F、Cl、化、 1);徑基;烷氧基；乙酷氧基;氨基;式Cn出n+l的烷基，其中n=l-10,該烷基任選地被徑基、燒 氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;式CnHsn-l的環(huán)烷基、二環(huán)烷基和多環(huán)烷基，其中n= 1-10，其 任選地被徑基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;包含C = C鍵的式Cn出n的締基，其中n=l-10，其任選地被徑基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;芳基，其包含苯基和芳族部分;亞燒 基，其包含式=CH沸CRV的官能團(tuán)，其中R哺R2各自如W上所述，其任選地被徑基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;烘基，其包含式=CH和=CR的官能團(tuán)，其中R為C廣Cio烷基、徑基、 面素或烷基的氨基衍生物;或式-OOCR的酷氧基，其中R為Ci-Cio烷基、徑基、面素或烷基的氨 基衍生物；
[002引 （b)包含至少一個(gè)Si-Si鍵的式SinHy的乙硅烷和多硅烷，其中n = 1-8,且對于非支 鏈和支鏈而言y =化+2,對于環(huán)狀化合物而言y =化，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式SinRiR2-'Ry的 乙硅烷和多硅烷，其中n = l-8,且Ri、R2-Ry各自如W上對于r1、R2、R哺R4的各個(gè)所述；
[0029] (C)式出 Si-X-Si 出的橋連娃前體，其中 X 為-CRiR2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-，其中R、R哺R 2各自如上所述，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiR2R3Si-X-SiR4R 5R6的 娃前體，其中X如W上所述，且ri、r2-r6各自如W上對于ri、r 2、r哺R4的各個(gè)所述；
[0030] (d)式曲Si-X-Si此-Y-Si此-…Z-Si出或含有Si-Si鍵的多橋連支鏈和環(huán)狀娃前體， 其中X為-CRiR 2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-,其中R、r1 和 R2各自如 W上所 述，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的支鏈娃前體，其中X、Y和Z = C或N，W及相應(yīng)的環(huán)狀娃前體；
[0031] (e)式此Si = Si此的娃締，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiR2Si = SiR3R4的娃締，其中Ri、 R2、R哺R4各自如W上所述；W及
[0032] (f)式HSi = SiH的娃烘，W及相應(yīng)的經(jīng)取代的式RiSi = SiR2的娃烘，其中Ri和R2如 W上所述；
[0033] (g)簇娃化合物；
[0034] 化)預(yù)混合物或共流形式的一種或多種上述前體；W及
[0035] (i)-種或多種上述前體，其包含經(jīng)同位素富集而使其中至少一種同位素豐度高 于天然豐度的前體；
[0036] 其中該組合物并不是僅由W下組成：（1)四氣化娃、（2)硅烷、（3)四氣化娃和硅烷 的混合物或(4)四氣化娃、氣和氨。
[0037] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及一種娃前體組合物，其包含至少一種選自群組A的娃前體 氣體，任選地包含一種或多種選自群組B、群組C和群組D的附加氣體，其中當(dāng)僅存在一種選 自群組A中的娃前體氣體時(shí)，選自群組B、群組C和群組D的至少一種附加氣體作為共流氣體 而存在，或與該娃前體氣體混合成為前體氣體混合物，并且其中：
[0038] 群組A包含選自W下的娃前體氣體：
[0039] Sip4
[0040] SiH4
[0041 ] SiHxFy，其中X和y各自為0至4
[0042] SiHxCly,其中X和y各自為0至4
[0043] SiFxCly,其中X和y各自為0至4
[0044] SiHxFyClz,其中 x、y和Z各自為0至4;
[0045] 群組B包含選自W下的氨或氨化物氣體：
[0046] 出
[0047] P出 [004引 As出 [0049]畑3
[00加]出Se [0051]出S
[0化 2] CH4
[0化3] GeH4
[0054] B 抽6
[0055] SiH4；
[0056] 群組C包含選自W下的惰性氣體：
[0057] 化 [005引 Ar
[0059] Kr
[0060] 化
[0061] Xe; W及
[0062] 群組D包含選自W下的其他氣體：
[0063] 化
[0064] 〇2。
[0065] 本發(fā)明的另一個(gè)方面設(shè)及娃前體組合物，其包含W預(yù)混合物或共流形式的四氣化 娃和氣反應(yīng)抑制劑。
[0066] 在另一個(gè)方面中，本發(fā)明設(shè)及一種用于離子注入系統(tǒng)的氣體供應(yīng)套件，其包括：
[0067] 第一氣體供應(yīng)容器，其容納本發(fā)明的娃前體組合物；W及
[0068] 第二氣體供應(yīng)容器，其容納用于與所述娃前體組合物一起使用的共流氣體。
[0069] 本發(fā)明的又一個(gè)方面設(shè)及一種提高離子注入系統(tǒng)的操作的方法，其包括提供W下 用于該離子注入系統(tǒng)中：
[0070] 第一氣體供應(yīng)容器，其容納本發(fā)明的娃前體組合物；W及
[0071] 第二氣體供應(yīng)容器，其容納用于與所述娃前體組合物一起使用的共流氣體。
[0072] 在另一個(gè)方面中，本發(fā)明設(shè)及一種娃前體組合物供應(yīng)包，其包括含有本發(fā)明的娃 前體組合物的流體儲存與分配容器。
[0073] 從隨后的說明和所附的權(quán)利要求中，將更充分地理解本發(fā)明的其他方面、特征和 實(shí)施方案。
【附圖說明】
[0074] 圖1為離子注入過程系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括含有氣體的儲存與分配容器，所述 氣體被供應(yīng)用于在所示離子注入腔中進(jìn)行基板的離子注入滲雜。
[0075] 圖2為離子注入系統(tǒng)的剖面圖，其示意性地顯示出在該系統(tǒng)的電弧腔中生成等離 子體，且該系統(tǒng)設(shè)置有氣體進(jìn)料管線W提供該管線的主動冷卻作用，該管線用于對本發(fā)明 的前體進(jìn)行冷卻，若不進(jìn)行冷卻則本發(fā)明的前體容易分解。
[0076] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的離子注入系統(tǒng)的離子源的剖面圖，該離子源 被設(shè)置成將氣體共流供應(yīng)至該離子注入系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0077] 本發(fā)明設(shè)及用于進(jìn)行娃和娃離子注入的組合物、系統(tǒng)和方法。
[0078] 當(dāng)用于本文中及所附權(quán)利要求中時(shí)，除非上下文另有明確說明，則單數(shù)形式"一"、 "一個(gè)"及"該"包括復(fù)數(shù)形式。
[0079] 當(dāng)用于本文時(shí)，例如，在Ci-Ci2烷基中，碳原子數(shù)范圍的確定意在包括在此范圍內(nèi) 的組成碳原子數(shù)部分的每一個(gè)部分，因此包括在所述范圍中的每個(gè)中間的碳原子數(shù)和任何 其他所述的或中間的碳原子數(shù)值，還應(yīng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在指定碳原子數(shù)范圍