基板中的硅注入及提供其硅前体组合物的制作方法
【专利说明】基板中的括注入及提供其括前体组合物
[0001] 相关申请的互相参引
[0002] 根据35USC 119,本申请要求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的名义于2013 年8月16日提交的"基板中的娃注入及提供其娃前体组合物"的美国临时专利申请61/866， 918的优先权。美国临时专利申请61/866,918的公开内容通过引用的方式全部纳入本说明 书中，用于所有目的。
技术领域
[0003] 本发明设及用于在基板中（例如，在微电子产品、太阳能电池、平板显示器等的制 造中）注入娃和/或娃离子的组合物、系统及方法。
[0004] 现有技术的描述
[0005] 在制造微电子器件或器件前体结构的过程中常会进行娃和/或娃离子(本文中所 用的"娃离子"包括娃离子本身，W及含娃的离子物质）的注入。通常，通过使用离子源来生 成娃离子，该离子源接收来自供应容器的用于离子化的原料，所述供应容器位于气体箱或 位于离子注入系统中的离子源附近。
[0006] 举例来说，在制造娃器件时，可采用娃注入W使结晶娃非晶化(amo巧hize)或改变 结晶娃的形态。可将娃注入晶体管结构中改变某些区域的蚀刻速率，W改变所述区域在后 续蚀刻步骤中的反应性。还可将娃注入晶体管结构中W降低该晶体管的源区和漏区的接触 电阻。在制造 GaAs器件时，娃还被用作供注入用的渗杂剂。
[0007] 常用于Si+注入的原料为SiF4。已经发现使用运种材料会缩短离子源的使用寿命。 不受任何理论的束缚，推测等离子体源中存在的氣原子和/或氣原子与娃原子的结合物会 导致不希望的沉积物，该沉积物会导致该离子源寿命缩短。氣可与注入机中存在的金属(例 如，鹤和钢)反应并蚀刻电弧腔的部件，同时也导致鹤或钢在电弧腔组件(例如，阴极、面板 等）W及电极和源外壳表面(包括高压套管、壁面等）上沉积。过多的沉积可能造成各种问 题，运些问题包括电弧狭缝晶须(arc S1 it WhiSker)、阴极增长或短缺、击穿(arcing) W及 造成相应的源或射束问题而缩短寿命的其他问题。
[000引其他可用于Si+注入的原料为硅烷(Si也）。运种材料高度易燃，并且由于安全原因 可能不希望在离子注入中使用硅烷。
[0009] 若可提供一种娃原料，其可避免与SiF4相关的源寿命问题，且还可避免与硅烷相 关的安全问题，运将是本领域中的显著进步。 发明概要
[0010] 本发明设及用于在基板中注入娃和/或娃离子的组合物、系统和方法。
[0011] 在一个方面中，本发明设及一种在基板中注入娃和/或娃离子的方法，其包括:从 组合物生成娃或含娃离子，该组合物包含选自W下的娃前体：
[001^ (a)式SiRiR2R3R4的甲硅烷，其中r1、R 2、R3和R4可各自独立地为:H;面素(F、Cl、Br、 I);径基;烷氧基；乙酷氧基;氨基;式CnH2n+l的烷基，其中n= 1-10，其任选地被径基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;式CnHsn-i的环烷基、^环烷基和多环烷基，其中n=l-10,该环烷基 任选地被径基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;包含C = C键的式Cn出n的締基，其中n=l-10，其任选地被径基、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;亚烧 基，其包含式=CH沸CRV的官能团，其中R哺R 2各自如W上所述，其任选地被径基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;烘基，其包含式=CH和=CR的官能团，其中R为C广Cio烷基、径基、 面素或烷基的氨基衍生物;或式-OOCR的酷氧基，其中R为Ci-Cio烷基、径基、面素或烷基的氨 基衍生物；
[OOU] (b)包含至少一个Si-Si键的式SinHy的乙硅烷和多硅烷，其中n = 1-8,且对于非支 链和支链而言y =化+2,对于环状化合物而言y =化，W及相应的经取代的式SinRiR2-'Ry的 乙硅烷和多硅烷，其中n = l-8,且Ri、R2-Ry各自如W上对于r1、R2、R哺R4的各个所述；
[0014] (C)式出 Si-X-Si 出的桥连娃前体，其中 X 为-CRiR2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-，其中R、R哺R 2各自如上所述，W及相应的经取代的式RiR2R3Si-X-SiR4R 5R6的 娃前体，其中X如W上所述，且ri、r2-r6各自如W上对于ri、r 2、r哺R4的各个所述；
[0015] (d)式曲Si-X-Si此-Y-Si此-…Z-Si出或含有Si-Si键的多桥连支链和环状娃前体， 其中X为-CRiR 2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-,其中R、r1 和 R2各自如 W上所 述，W及相应的经取代的支链娃前体，其中X、Y和Z = C或N，W及相应的环状娃前体；
[0016] (e)式此Si = Si此的娃締，W及相应的经取代的式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及相应的经取代的式RiSi = SiR2的娃烘，其中R哺R2如 W上所述；
[0018] (g)簇娃化合物；
[0019] 化)包含一种或多种上述前体的预混合物或共流混合物；W及
[0020] (i)-种或多种上述前体，其中所述组合物包含气体，该气体经同位素富集而使其 中至少一种同位素丰度高于天然丰度.
[0021] 其中该组合物并不是仅由W下组成：（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离子。
[0023] 在另一个方面中，本发明设及一种在基板中注入娃离子的方法，其包括：
[0024] (a)将包含四氣化娃(SiF4)的娃前体离子化，其中该四氣化娃与氣反应抑制剂共 流或预混合；W及
[0025] (b)在基板中注入来自所述离子化步骤的娃离子。
[00%]在另一个方面中，本发明设及一种用于在基板中注入娃和/或娃离子的娃前体组 合物，所述组合物包含至少一种选自W下的娃前体：
[0027] (a)式SiRiR2R3R4的甲硅烷，其中Ri、R 2、R3和R4可各自独立地为:H;面素(F、Cl、化、 1);径基;烷氧基；乙酷氧基;氨基;式Cn出n+l的烷基，其中n=l-10,该烷基任选地被径基、烧 氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;式CnHsn-l的环烷基、二环烷基和多环烷基，其中n= 1-10，其 任选地被径基、烷氧基、乙酷氧基和/或氨基取代;包含C = C键的式Cn出n的締基，其中n=l-10，其任选地被径基、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;亚烧 基，其包含式=CH沸CRV的官能团，其中R哺R2各自如W上所述，其任选地被径基、烷氧基、 乙酷氧基和/或氨基取代;烘基，其包含式=CH和=CR的官能团，其中R为C广Cio烷基、径基、 面素或烷基的氨基衍生物;或式-OOCR的酷氧基，其中R为Ci-Cio烷基、径基、面素或烷基的氨 基衍生物；
[002引 （b)包含至少一个Si-Si键的式SinHy的乙硅烷和多硅烷，其中n = 1-8,且对于非支 链和支链而言y =化+2,对于环状化合物而言y =化，W及相应的经取代的式SinRiR2-'Ry的 乙硅烷和多硅烷，其中n = l-8,且Ri、R2-Ry各自如W上对于r1、R2、R哺R4的各个所述；
[0029] (C)式出 Si-X-Si 出的桥连娃前体，其中 X 为-CRiR2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-，其中R、R哺R 2各自如上所述，W及相应的经取代的式RiR2R3Si-X-SiR4R 5R6的 娃前体，其中X如W上所述，且ri、r2-r6各自如W上对于ri、r 2、r哺R4的各个所述；
[0030] (d)式曲Si-X-Si此-Y-Si此-…Z-Si出或含有Si-Si键的多桥连支链和环状娃前体， 其中X为-CRiR 2-、GeRiR2-、-NR-、-PR-、-〇-、-S-、-SRiR2-和-Se-,其中R、r1 和 R2各自如 W上所 述，W及相应的经取代的支链娃前体，其中X、Y和Z = C或N，W及相应的环状娃前体；
[0031] (e)式此Si = Si此的娃締，W及相应的经取代的式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及相应的经取代的式RiSi = SiR2的娃烘，其中Ri和R2如 W上所述；
[0033] (g)簇娃化合物；
[0034] 化)预混合物或共流形式的一种或多种上述前体；W及
[0035] (i)-种或多种上述前体，其包含经同位素富集而使其中至少一种同位素丰度高 于天然丰度的前体；
[0036] 其中该组合物并不是仅由W下组成：（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] 本发明的另一方面设及一种娃前体组合物，其包含至少一种选自群组A的娃前体 气体，任选地包含一种或多种选自群组B、群组C和群组D的附加气体，其中当仅存在一种选 自群组A中的娃前体气体时，选自群组B、群组C和群组D的至少一种附加气体作为共流气体 而存在，或与该娃前体气体混合成为前体气体混合物，并且其中：
[0038] 群组A包含选自W下的娃前体气体：
[0039] Sip4
[0040] SiH4
[0041 ] SiHxFy，其中X和y各自为0至4
[0042] SiHxCly,其中X和y各自为0至4
[0043] SiFxCly,其中X和y各自为0至4
[0044] SiHxFyClz,其中 x、y和Z各自为0至4;
[0045] 群组B包含选自W下的氨或氨化物气体：
[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] 群组C包含选自W下的惰性气体：
[0057] 化 [005引 Ar
[0059] Kr
[0060] 化
[0061] Xe; W及
[0062] 群组D包含选自W下的其他气体：
[0063] 化
[0064] 〇2。
[0065] 本发明的另一个方面设及娃前体组合物，其包含W预混合物或共流形式的四氣化 娃和氣反应抑制剂。
[0066] 在另一个方面中，本发明设及一种用于离子注入系统的气体供应套件，其包括：
[0067] 第一气体供应容器，其容纳本发明的娃前体组合物；W及
[0068] 第二气体供应容器，其容纳用于与所述娃前体组合物一起使用的共流气体。
[0069] 本发明的又一个方面设及一种提高离子注入系统的操作的方法，其包括提供W下 用于该离子注入系统中：
[0070] 第一气体供应容器，其容纳本发明的娃前体组合物；W及
[0071] 第二气体供应容器，其容纳用于与所述娃前体组合物一起使用的共流气体。
[0072] 在另一个方面中，本发明设及一种娃前体组合物供应包，其包括含有本发明的娃 前体组合物的流体储存与分配容器。
[0073] 从随后的说明和所附的权利要求中，将更充分地理解本发明的其他方面、特征和 实施方案。
【附图说明】
[0074] 图1为离子注入过程系统的示意图，该系统包括含有气体的储存与分配容器，所述 气体被供应用于在所示离子注入腔中进行基板的离子注入渗杂。
[0075] 图2为离子注入系统的剖面图，其示意性地显示出在该系统的电弧腔中生成等离 子体，且该系统设置有气体进料管线W提供该管线的主动冷却作用，该管线用于对本发明 的前体进行冷却，若不进行冷却则本发明的前体容易分解。
[0076] 图3为根据本发明的一个实施方案的离子注入系统的离子源的剖面图，该离子源 被设置成将气体共流供应至该离子注入系统。
【具体实施方式】
[0077] 本发明设及用于进行娃和娃离子注入的组合物、系统和方法。
[0078] 当用于本文中及所附权利要求中时，除非上下文另有明确说明，则单数形式"一"、 "一个"及"该"包括复数形式。
[0079] 当用于本文时，例如，在Ci-Ci2烷基中，碳原子数范围的确定意在包括在此范围内 的组成碳原子数部分的每一个部分，因此包括在所述范围中的每个中间的碳原子数和任何 其他所述的或中间的碳原子数值，还应理解，在本发明的范围内，在指定碳原子数范围