同位素富集的含硼化合物及其制备和使用方法

专利名称：同位素富集的含硼化合物及其制备和使用方法
技术领域：
本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物、组合物，及其制备和使用方法。
背景技术：
离子注入(ion implantation)用于集成电路制造中以将受控量的掺杂剂杂质精确地引入半导体晶片中，并且其是微电子/半导体制造中的关键步骤。在这样的注入系统中，离子源电离所需掺杂剂源气体(dopant sourcegas)的掺杂元素(dopant element)。所述离子源通过将电子引入充满掺杂剂源气体(通常也被称为“原料气(feedstock gas)”)的真空室来生成离子。用于生成注入物质的原料气包括但不限于BF3> B10H14' B12H22、PH3、AsH3、PF5、AsF5' H2Se, N2, Ar, GeF4' SiF4' 02、H2 和 GeH4。含有待注入的掺杂元素的组合物通常称为掺杂剂源或前体。电子与气体中的掺杂剂原子和分子碰撞使得形成由正和负掺杂离子组成的离子化等离子体(ionized plasma)。所生成的离子以具有所需能量的离子束形式从所述源中引出。引出(extraction)通过将高电压施加到合适形状的引出电极(extractionelectrode)而完成,所述引出电极包含用以通过引出束(extracted beam)的孔。所述引出束穿过孔并且作为平行离子束离开离子源，所述平行离子束向基底加速。所述离子束撞击基底(如半导体晶片)表面以将掺杂剂元素注入基底。所述离子束的离子渗透基底表面以形成具有所需电导率的区域。注入离子物质广泛地包括B、P、As、Se、N、Ar、Ge、S1、O和H，硼为特别广泛使用的注入物质。在集成电路制造中的主要步骤之一是将硼注入硅晶片中。由于元素硼甚至在高温下也显示出非常低的蒸汽压，因此需要使用挥发性含硼化合物。目前，三氟化硼(BF3)作为硼注入的原料气(feed gas)广泛使用(例如，据估计2007年度全世界消耗的用于离子注入的 BF3 为约 3000kg)。尽管BF3使用广泛，但其确实存在缺点。BF3分子非常难以电离并且仅有约15%的所有注入离子源的BF3可被碎片化。剩余的BF3被丢弃。此外，仅有约30%的离子化BF3转化成可用于注入的B+离子。这导·致低B+射束电流(beam current)，其严重限制了注入过程
的处理量。B+射束电流的某些增加可通过改变工艺参数实现，如通过提高引出电流以及通过增加BF3流速。这些措施使得离子源的使用寿命减少，高压电弧导致工具不稳定，以及较差的真空造成射束能量污染。即使没有大幅调整注入工艺参数，已经公认硼的注入需要更频繁的预防性维修中断，所述维修中断为集成电路制造商带来了其它问题。因为半导体产业总体趋向使用较低的注入能量，由于低B+射束电流引起的处理量限制问题在近年来已经变得更加重要。由于空间电荷和硼的低原子重量，在较低的注入能量时，B+射束经历更严重的吹灭效应(blow-out effect)。除了前述问题外，已经提及元素硼具有非常低的蒸汽压。因此，如果含硼前体易于过度分解导致硼残余物的沉积，那么，从离子注入器工具操作的角度看，该含硼前体可能不适合用于离子注入。由于上述原因，本领域持续寻找改进的硼前体。

发明内容
本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物，及其制备和使用方法。在一方面，本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括两个或以上的硼原子和至少一个氟原子，其中至少一个硼原子含有所需的硼同位素，其浓度或比例高于其天然丰度(natural abundance)的浓度或比例。本文公开内容的另一方面涉及一种将硼注入基底的方法，包括电离上述类型化合物以生成硼离子；以及将所述硼离子注入基底中。本文公开内容的另一方面涉及束线离子注入(beam-line ion implantation)、等离子体浸没离子注入(plasma immersion ion implantation)或等离子体掺杂系统(plasma doping system),其包括上述化合物源。本文公开内容的另一方面涉及包括上述类型化合物的气体贮存和分配容器。本文公开内容在另一方面涉及改进离子注入工艺的射束电流的方法，其包括:流动上述类型的化合物；以及由所述化合物生成离子束。本文公开内容的另一方面涉及合成上述类型化合物的方法，其包括将含硼气体与硼金属接触。本文公开内容的另一方面涉及制备上述类型的化合物源的方法，其包括用所述化合物填充贮存和分配容器。本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括将上述类型化合物用至少一种选自下列的共流物质流至离子注入工具:惰性气体、氩、氮、氦、氢、氨、氙、二氟化氙、同位素富集乙硼烷和天然丰度乙硼烷。本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括将同位素富集的原子量为11的硼B2F4化合物与同位素富集的原子量为11的硼BF3化合物流至离子注入工具。本文公开内容的另一方面涉及离子注入方法，其包括在离子注入工具中使用上述类型化合物和通过流过清洁剂来定期清洁上述工具或其组件，所述清洁剂可有效地至少部分除去在上述工具或其组件中通过离子注入操作形成的沉积物。本文公开内容的另一方面涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中使用如上所述类型的化合物作为在上述离子注入工具操作中唯一的掺杂剂源化合物。本文公开内容的另一方面涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中进行上述离子注入，在所述注入工具中处理唯一的同位素富集的原子质量为11的硼B2F4作为掺杂化合物。在另一方面，本文公开内容涉及进行离子注入的方法，其包括在离子注入工具中进行上述离子注入，在所述注入工具中使用同位素富集的原子量为11的硼B2F4作为掺杂剂化合物，其中所述离子 注入工具还处理胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼的至少一种。本文公开内容的另一方面涉及贮存和分配容器，其在选自物理吸附剂和离子液体的贮存介质中含有如上所述类型的化合物。本文公开内容的另一方面涉及含有如上所述类型的化合物的贮存和分配容器，其中所述容器含有限流孔板(restricted flow orifice),其位于所述容器内或容器输出口内。本文公开内容的另一方面涉及含有如上所述类型的化合物的贮存和分配容器，其中所述容器进行压力调节以在低于大气压的压力下分配所述化合物。本文公开内容在另一方面涉及用于AMU分离以生成用于离子注入的离子物质的离子化组合物，上述组合物来自除BF3外的硼前体化合物，其中上述硼前体化合物同位素富集至超过kiB和11B之一的天然丰度，并且其中上述组合物包括一种或多种下列物质:B2F4+、
DP+ D + D17 + D17 + DI^+ D+ U+ D ++ D 17 ++ D ++ DU1 ++ DC1 ++ ++ D++ ++ D +++ D +++Ij2-r 3、匕2.^ 2、Dr 3、DP 2、DP > JJ > P、匕2.^ 4 、匕2.^ 3 、匕2.^ 2 、.DP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、匕2.^ 4 、匕2.^ 3 、
B2F2+++、BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++和F+++，其中的含硼物质同位素富集至超过wB和11B之一的天然丰度。本文公开内容的另一方面涉及硼离子物质，其选自B2F4+、B2F3+、B2F2+、BF3+、BF2+、BF+、
R+ R F ++ R F ++ R F ++ RF ++ RF ++ RF++ R++ R F +++ R F +++ R F +++ RF +++ RF +++ RF+++ JD R+++
并且同位素富集至超过kiB和11B之一的天然丰度。本文公开内容在另一方面涉及改进离子注入过程的射束电流的方法，其包括使用同位素富集的含硼化合物，与相应的非同位素富集的含硼化合物相比，所述化合物可有效形成产生这种改进的射束电流的同位素富集的离子物质。
本发明的其他方面、特征和实施方案将从随后的公开内容和所附权利要求中更加充分地体现。


图1为根据本文公开内容的一个实施方案的半导体制造设备的示意图，所述制造设备包括配铬用以接收来自前体提供容器的同位素富集的含硼前体的离子注入系统。
具体实施例方式本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物、组合物及其制备和使用方法。在一方面，本文公开内容涉及同位素富集的含硼化合物，其包括两个或以上的硼原子和至少一个氟原子，其中至少一个硼原子含有所需的硼同位素，其浓度或比例高于其(所需同位素)的天然丰度浓度或比例。所述含硼化合物可为任意合适的类型，并且可包括任意数量的硼原子。在一个实施方案中，所述含硼化合物含有至少两个硼原子和至少一个氟原子。在另一个实施方案中，所述含硼化合物含有2-80个硼原子，其包括二硼化合物(如B2F4、B2H6, H2B2F6, H2B2F2O3^H2B2F2O6^P H2B2F4O2X三硼化合物(如 B3F6),四硼化合物(H4B4F1C1、B(BF2)3CO 和(F2B)3BC0)、五硼化合物、六硼化合物、七硼化合物、八硼化合物(如B8F12)、九硼化合物、十硼化合物(如B10F12)^^一硼化合物、十二硼化合物等，最高至B8tl化合物(如富勒烯的B8tl类似物)。在其它实施方案中，所述含硼化合物可含有2、3、4、5、6、7、8、9、10或11个硼原子。其它实施方案可以包括簇硼化合物(cluster boron compound)。在其它实施方案中,所述含硼化合物可为二硼化合物。在其它实施方案中，所述含硼化合物可包括除特定含硼化合物物质外的二硼化合物(例如，除二硼烷外的二硼化合物)。因此可以理解的是本公开内容在含硼化合物的宽泛范围内预期各种各样类型的含硼化合物。在一个同位素富集的含硼化合物的实施方案中，所需同位素为原子质量为10的硼，且其天然丰度浓度为约19.9%。在这样的硼化合物中，原子质量为10的硼同位素的浓度在具体的组成变型中可为例如高于 19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 或 99.99%。例如，原子质量为 10 的硼同位素浓度可为 20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%,70-75%,75-80%,80-85%,85-90%,90-95%,95-99% 或 95-99.9%。在其它的实施方案中，原子质量为10的硼同位素浓度可为20-30%、30-40%、40-50%、50-60%、60-70%、70-80%、80-90%或90-99%。在这些多种实施方案中的各含硼化合物中，其含有两个硼原子。在同位素富集的含硼化合物的另一个实施方案中，所需同位素为原子质量为11的硼且其天然丰度浓度为约80.1%。在这样的硼化合物中，原子质量为11的硼同位素浓度在具体的组成变型中可为例如高于80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%或99.99%ο例如，原子质量为11的硼同位素浓度可为81-85%、85-90%、90-95%、95-99%、95-99.9%。在一个具体的实施方案中，原子质量为11的硼同位素浓度可为81-90%或90-99%。在这些多种实施方案中 的各含硼化合物中，其含有两个硼原子和至少一个氟原子，并且在其它化合物中，11B与kiB的比例在4.1-10，000范围内。在如上所述的同位素富集的含硼化合物的多种实施方案中，所述含硼化合物具有化学式b2f4。在如上所述的同位素富集的含硼化合物的多种实施方案中，所述含硼化合物具有化学式B2F6。更概括地说，在本公开内容的同位素富集的含硼化合物中，在两个或以上的硼原子中所需同位素的浓度可彼此相同或不同。在本公开内容的同位素富集的含硼化合物的多种实施方案中，所述含硼化合物含有3、4、5、6、7、8、9、10或11个硼原子。本公开内容在一方面涉及将硼注入基底中的方法，其包括电离在本说明书中各种描述的同位素富集的含硼化合物以生成硼离子，并且将硼离子注入基底。在该方法中，所述同位素富集的含硼化合物可以为在本说明书中以上部分所描述的任意合适的类型。在一个实施方案中，所述化合物具有化学式b2f4。在该方法的多种其它的实施方案中，所述同位素富集的含硼化合物具有化学式b2f6。本公开内容在另一方面涉及束线离子注入、等离子体浸没离子注入或等离子体掺杂系统，其包括同位素富集的含硼化合物源，其中所述化合物可以为本说明书中以上部分所描述的任意类型。在一个实施方案中，所述化合物具有化学式B2F4。在该方法的多种其它实施方案中，所述同位素富集的含硼化合物具有化学SB2F6。在另一个实施方案中，本公开内容涉及离子注入，其中硼离子生成并且通过电场加速以撞击基底(如微电子器件基底)。该注入含硼离子的方法在一次实施中包括在至少15%的高电离效率下电离含硼掺杂剂物质，其使用的弧电压低于100伏，优选低于90伏，更优选低于80伏，并且最优选低于70伏，其使用常规热阴极离子源，或使用类似的电压并使用另一种离子源。在其它的实施方案中，所述离子注入特别地排除等离子体浸没过程。
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上述束线离子注入、等离子体浸没离子注入或等离子体掺杂系统在其具体的实施中，包括适用于将同位素富集的含硼化合物输送至电离室的导管，其中所述导管维持在可有效地最小化或抑制导管阻塞和/或所述化合物在导管中的分解的温度。出于此目的，所述电离室和/或前体进料导管可具备有效冷却能力，如通过提供热交换流回路(heatexchange flow circuitry)用来降低进入电离室的流入掺杂剂气体的温度。在将所述同位素富集的含硼化合物输送至离子注入器工具时，所述同位素富集的含硼化合物可以与(一种或多种)其它组分输送(如共流)至所述离子注入器工具，所述其它组分如惰性气体物质(如氩、氙、氮、氦等)、氢、氨、其它硼前体(如天然丰度硼前体、其它同位素富集的含硼前体)、其它掺杂剂前体(即无硼掺杂剂前体)，或一种或多种前述组分。在一个实施方案中，所述同位素富集的含硼化合物(例如富集的含有原子质量为11的硼同位素的B2F4)与富集的含有原子质量为11的硼同位素的BF3共流至所述离子注入器工具，其中用同位素富集的BF3稀释同位素富集的B2F4以加强所述前体料流抵抗进料管线对所述工具的阻塞的能力。在这种情况下，所述射束电流可维持在提供显著的良好操作并且同时最大化离子源使用寿命的水平。在使用同位素富集的含硼前体的各种其它应用时，离子注入系统的操作可以与系统组件的原位清洁一起进行，如通过定期将清洁剂流入所述系统或其待清洁的特定组件中。在此操作中所使用的清洁剂可为任意合适的类型，例如二氟化氙、氟、三氟化氮或其它可有效接触在离子注入系统或其待清洁的特定组件中形成的沉积物的清洁剂，以至少部分去除所述沉积物。在所述离子注入系统中待通过此定期引入的清洁剂而清洁的位铬可为气体管、电弧室、前级轨道或在所述工具或辅助设备中的可通过在离子注入操作中使用的化学物质而形成沉积物的其它任意位铬或区域。在使用同位素富集的含硼化合物作为前体的另一种应用中，使用同位素富集的原子质量为11的硼B2F4作为唯一掺杂剂前体来操作离子注入工具。在其它应用中，使用同位素富集的原子质量为11的硼B2F4作为掺杂剂物质在离子注入工具上进行离子注入，所述离子注入工具还用于进行包括掺杂剂前体的掺杂操作，所述掺杂剂前体选自胂、膦、二氧化碳、一氧化碳、四氟化硅和三氟化硼。本公开内容的另一方面涉及气体贮存和分配容器，其包括在本说明书中多方面描述的任意类型的同位素富集的含硼化合物。此气体贮存和分配容器可以含有例如具有化学式B2F4的同位素富集的含硼化合物。所述气体贮存和分配容器在具体的实施方案中可以包括铬于所述容器内部空间的调节器、止回阀、吸附剂、过滤器和毛细流动限制装铬中的一个或多个。所述容器在其它实施方案中可以含有用于含硼化合物的贮存介质(如固相物理吸附剂)或者离子液体贮存介质。在其它的实施方案中，所述容器可包括位于所述容器内部空间或所述容器的连接端口(例如出口)内的限流孔板。本发明的另一方面涉及合成在本说明书的以上部分所描述的任意类型的同位素富集的含硼化合物的方法，所述方法包括将含硼气体与硼金属接触。在该方法中，所述含硼气体和硼金属之一或二者可为同位素富集的。因此，例如，本公开内容在一个实施方案中设想同位素富集的硼金属和天然丰度的三氟化硼进行接触的结合物。在另一个说明性的实施方案中，本公开内容设想将天然丰度硼金属和同位素富集的三氟化硼作为接触物质的结合物，在另一个说明性的实施方案中，本公开内容设想将同位素富集的硼金属与同位素富集的三氟化硼接触。作为上述合成方法的具体实例，所述在接触中合成的同位素富集的含硼化合物可以为B2F4，而所述含硼气体可以为三氟化硼。前述合成方法可以使用在硼金属中原子质量为10的硼同位素以任意合适的浓度进行。在具体的实施方案中，原子质量为10的硼同位素在硼金属中的浓度可高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%ο在其它实施方案中，所述合成方法可以使用在所述硼金属中原子质量为11的硼同位素而进行，并且在该类型的具体实施方案中，所述原子质量为11的硼同位素在所述硼金属中的浓度可高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。在所述合成方法的其它实施方案中(其中使用三氟化硼)，可使用同位素富集的三氟化硼物质，如其中原子质量为10的硼同位素的浓度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99% 的三氟化硼。在其它实施方案中，可进行使用同位素富集形式的三氟化硼的合成方法，其中所述三氟化硼富集原子质量为11的硼同位素，其中所述原子质量为11的硼同位素在三氟化硼中的浓度高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。

本公开内容在另一方面涉及改进用于离子注入过程的射束电流的方法，所述方法包括使用与相应的非同位素富集的含硼化合物相比，可有效产生该改进的射束电流的同位素富集的含硼化合物。在具体的实施方案中，所述同位素富集的含硼化合物包括同位素富集的B2F4。
本公开内容的另一方面涉及在离子注入过程中改进射束电流的方法，其包括流动本说明书中以上部分所描述的任意合适类型的同位素富集的含硼化合物，以及从所述化合物中生成离子束。在该方法中，所述同位素富集的含硼化合物可包括化学式为B2F4的化合物。该含硼化合物经电离后可以形成各种离子物质和碎片，其包括下列一种或多种物质:
Dp+ DP+ DP+ D17 + D17 + DI^+ D+ U+ D ++ D ++ D ++ DU1 ++++ D17++ D++ U++ T3 Τ7 +++
4、Ij2-r β、γ52-Τ 2、JJP β、DP 2、JJP、D、Jh、 32-Γ ^ 、 32-Γ β 、 32-Γ 2 、IjP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、 32-Γ ^ 、
R F +++ RF +++ RF +++ RF +++ RF+++ R+++ F+++
■^2丄 3 、 ^^丄 2、 "^丄 3 、 "^丄 2 、 "^丄、UzI l-ι 丄ο 由于使用同位素富集的含硼化合物及它们相应的富集的含硼离子物质和碎片一一其通过包括AMU磁铁或其它选择器的选择器选择用于注入，射束电流可实现显著的改进。在这些各种实施方案中，原子质量为11的硼同位素在含硼化合物中和由其得到的离子物质和碎片中的浓度可高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。或者，可使用富集了原子质量为10的硼同位素的含硼化合物，即，含硼化合物和相应的由其得到的离子物质和碎片，其中原子质量为10的硼同位素的浓度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%。除了使用同位素富集化合物作为进料气来源用于离子注入外，本公开内容设想这样的配铬:其中使用含硼来源化合物的结合物以实现各种改进，例如改进射束电流和/或离子注入操作的其它操作参数；降低分解和由此产生的沉积物的水平；提高在所述离子注入系统中抵抗流动通道阻塞的能力等。本公开内容还设想使用硼同位素均一的化合物作为用于硼离子注入的前体，即含硼化合物和由其得到的离子物质和碎片，其中所有原子硼为kiB或11B,以实现对射束电流或离子注入操作和系统的其它操作参数的改进。已经证明了使用同位素富集的含硼化合物以用于显著改进所选离子物质的射束电流，例如根据所选用于离子注入的具体的离子物质，射束电流的改进水平为5-30%或以上。所述离子物质(对于硼含量同位素富集)可为任意合适的类型，并且可包括例如下列一种或多种:b2f4+、b2f3+、b2f2+、bf3+、bf2+、bf+、b+、f+、b2f4++、b2f3++、b2f2++、bf3++、bf2++、bf++、b++、F++、B2F4+' B2F3+' B2F2+' BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++ 和 F+++。因此，同位素富集可用于改进 AMU磁铁对所需类型的离子(例如，如BF2+、BF+或F+)的选择性。通过使用这些同位素富集物质增加离子注入工具中的射束电流，可避免对于增加源气流和源电弧功率的需要，例如原本可能要求其以达到更高的射束电流水平，但是其效率较低并且导致用于离子注入的源气体的低利用率。特别优选使用同位素富集的B2F4,因为与在相同条件下和在相同离子注入工具中使用三氟化硼获得的射束电流相比，该硼源化合物即使在天然丰度的同位素组成下也显著改进射束电流(例如，对于物质如BF2+和B+)。同位素富集可进一步增加这些改进的幅度。本公开内容在另一方面涉及在同位素富集的含硼化合物的电离中生成离子物质，其对于离子注入是有用的，其中所述同位素富集的含硼离子物质选自b2f4+、b2f3\ b2f2+、
D17 + D17 + Dl^+ D+ U+ D 17 ++ D 17 ++ D 17 ++ DU1 ++ DC1 ++ D17++ D++ U++ T3 Τ7 +++ D +++ D +++ η +++JjP β、JjP 2、Jjp、d、Jh、ij2-r ^ 、ij2-r β 、ij2-r 2 、Jjp β 、Jjp 2 、Jjp > Jj 、Jh 、ij2-r ^ 、ij2-r β 、ij2-r 2 、Jjp β 、
BF2+++、BF+++、B+++和F+++。本公开内容还设想AMU磁铁选择一种或多种这些由同位素富集的含硼化合物的电离生成的离子物质，并且将这些同位素富集的含硼离子物质注入基底，例如微电子器件基底。所述同位素富集的含硼物质可以进行同位素富集以提供不同于天然丰度水平的原子质量为11的硼同位素的浓度或原子质量为10的硼同位素的浓度，其可为前述任意浓度，即原子质量为11的硼同位素在离子物质中的浓度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99% ;或同位素富集的含硼物质，其中质量为10的硼同位素的浓度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。本公开内容的另一方面涉及由于使用同位素富集的含硼源化合物而减少在所述离子注入工具表面上材料的热分解和沉积的方法。在离子注入中使用的含硼源化合物的热分解可使得元素硼沉积并生成三氟化硼或其它副产物气体物质。即使气体进料线充分冷却，在电弧室壁上会不可避免地发生一些热沉积。由于这种分解和相关的沉积作用而形成的沉积物可为来自源气体的硼金属和来自电弧室壁的钨或钥的混合物。沉积物既可在离子源附近的气体进料管线中形成，也可在喷嘴内部和表面、电弧室底盘以及电离器的底盘基垫下形成。这些沉积物需要定期维护去除，例如通过喷砂清洗(abrasive cleaning)和化学方法(例如使合适的清洁气体流经含有沉积物的工具以挥发所述沉积物使得它们可被除去)。所产生的流出物可进行处理以修复或回收来自流出料流中的特定物质。根据真空室的构建材料(例如前述钨和钥材料)，如果所述离子注入器不是仅用硼掺杂剂进行操作，通过来自硼源化合物的离子和原本存在于真空室的材料的相互作用可能形成各种类型的固体材料或离子。在具有铝绝缘体的钨电弧室中，可以形成具有很大差异类型的离子，包括WFx+ (其中x=0、l、2、3、4、5或6)和AlFy+ (其中y=0、l、2或3)。这些离子可与所述同位素富集的含硼源化合物反应形成相应的同位素富集沉积物。这些沉积物的同位素特性提供了使用由于其同位素组成而对其具有选择性的清洁剂的可能。本公开内容的另一方面涉及制备在本说明书中以上部分所描述的任意合适类型的同位素富集的含硼化合物源的方法，其中所述方法包括用所述化合物填充贮存和分配容器。在该方法中，所 述同位素富集的含硼化合物在一个实施方案中具有化学式b2f4。本公开内容的同位素富集的含硼化合物包括大量的化合物，其具体的化合物在标准条件下(I大气压，250C )为气体、固体或液体形式。因此，本公开内容设想用于AMU分离以生成用于离子注入的离子物质的电离组合物，所述组合物来自除BF3外的硼前体化合物，其中所述硼前体化合物同位素富集至超过wB和11B之一的天然丰度，并且其中所述组合物包括下列一种或多种物质:B2F4+、B2F3\
D +++ DI^+ D+ U+ D ++ D 17 ++ D 17 ++ DU1 ++++ D17++ D++ 7++ Τ3 Τ7 +++ D +++ D +++
2、DT β、DP 2、DP、D、Jh、IJ2-r 4 、γ52-Τ β 、γ52-Τ 2 、DP β 、DP 2 、DP > JJ 、Jh 、Ij2-r ^ 、Ij2-r β 、 32-Γ 2 、
BF3+++、BF2+++、BF+++、B+++和F+++，其中含硼前体化合物同位素富集至超过wB和11B之一的天然丰度。在这些组合物中，所述硼前体化合物可具有化学式B2F4或任意其它合适的化学式。所述组合物的构成可为使得原子质量为10的硼同位素在含硼离子物质中的浓度高于
19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或99.99%。或者，所述组合物的构成可为使得原子质量为11的硼同位素在上述含硼离子物质中的浓度高于 80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%。本公开内容的另一方面涉及硼离子物质，其选自B2F4+、B2F3\ B2F2\ BF3\ BF2\ BF+、
R+ R F ++ R F ++ R F ++ RF ++ RF ++ RF++ R++ R F +++ R F +++ R F +++ RF +++ RF +++ RF+++ JD R+++
并且同位素富集至超过kiB和11B之一的天然丰度。在所述硼离子物质中，原子质量为10的硼同位素在上述硼离子物质中的浓度高于19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9% 或 99.99%,或者，原子质量为 11 的硼同位素在上述硼离子物质中的浓度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。本公开内容的另一方面涉及改进离子注入过程的射束电流的方法，其包括使用同位素富集的含硼化合物，所述化合物与相应的非同位素富集的含硼化合物相比可有效形成同位素富集的离子物质，得到该改进的射束电流。所述同位素富集的含硼化合物可以具有化学式B2F4，或者包括任意其它合适的同位素富集的含硼化合物。在一个实施方案中，原子质量为10的硼同位素在所述同位素富集的离子物质中的浓度高于 19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。在另一个实施方案中，原子质量为11的硼同位素在上述同位素富集的离子物质中的浓度高于80.1%、85%、90%、95%、99%、99.9%或99.99%。本公开内容的另一方面涉及乙硼烷(B2H6)结合B2F4作为掺杂剂前体组合物的用途。所述B2F4在该掺杂剂前体组合物中可以为如在本说明书中广泛描述的同位素富集的，或者为非同位素富集形式。类似地，该掺杂剂前体组合物中的乙硼烷可以同位素富集硼同位素物质，或者为非同位素富集的形式。在使用这样的B2F4和乙硼烷的掺杂剂前体组合物时，所述B2F4和乙硼烷化合物可以彼此预混合并且从相同的源部件传送，或者，这些B2F4和乙硼烷化合物可各自由分别的源部件提供，并且以任意合适的方式从这些分别的源部件流至处理工具。例如，单独的B2F4和乙硼烷化合物可从分别的源部件共同流至所述处理工具，或者，这些化合物可以以连续或交替的方式传送至所述处理工具。

在本公开内容的另一方面，本公开内容的硼化合物和组合物可用于基底的等离子体掺杂以用于生产太阳能电池，其使用来自本说明书中广泛描述的富集的或非富集的B2F4和含B2F4组合物的硼离子。现在参照附图，图1为本公开内容的一个实施方案的半导体制造设备的示意图，其包括配铬以接收来自前体供应容器的同位素富集的含硼前体的离子注入系统。如图1所示，所述半导体制造设备180包括掺杂剂前体供应容器182，其配铬用于将掺杂剂前体分配至所述离子注入系统的离子源室。所述掺杂剂前体供应容器182可以为任意合适的类型，并且当所述掺杂剂前体为气态形式并且可物理吸附在所述容器中含有的吸附介质上时，可以由例如购自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商标为“SDS”类型的基于吸附剂的流体贮存和分配装铬构成，所述容器用于在低于大气压的压力下(例如，低于600torr (托)的压力，如约10至约500torr的压力)提供掺杂剂前体气体。或者，当所述掺杂剂前体以加压状态贮存时(例如，贮存在购自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商标为“VAC”的类型的压力调节容器中，其用于在较低压力下从含液体容器中分配气体)，所述掺杂剂前体可以为液体形式。再或者，所述掺杂剂前体可以为固体形式并且可以在购自ATMI公司(Danbury, Connecticut, USA)商标为ProE-Vap的类型的气化器容器中提供，其中加热所述掺杂剂前体固体以生成前体蒸汽用于所述离子注入操作。在示意性的图1系统中的掺杂剂前体可包括例如同位素富集的四氟化二硼(B2F4),或任意其它同位素富集的含硼前体。所述掺杂剂气体在进料管线184中流至气体分配单元186，其构造并配铬为抑制位于离子源190的高压进口 188上游的掺杂剂气体的电离，其中所述掺杂剂气体经电离形成具有所需特性的掺杂剂离子。
所生成的掺杂剂离子在通道192中从离子源190传送至注入室194，其中晶片(未示出)放铬在相对于掺杂剂物质的离子流的离子撞击位铬。从注入室排出的副产物在流出物处理管线196中流至流出物处理单元198，其中所述流出物可以经处理和/或回收加工以生成最终流出物，其从排出物处理单元198排出。
虽然本发明已经在本说明书中参照本发明具体方面、特征和说明性的实施方案进行了描述，但是应理解的是本发明的应用没有因此而受到限制，而是延伸至并且包括许多其它变化、改变和替换方案，基于本文的公开内容，这一点对于本发明的领域的普通技术人员是显而易见的。相应地，本说明书下文所要求保护的本发明意在被广义地说明和解释为包括在本发明主旨和范围内的所有的这些变化、改变和替换方案。
权利要求
1.一种含硼化合物，含有两个或以上的硼原子和至少一个氟原子，其中所述化合物含有硼同位素，其浓度或比例高于其天然丰度的浓度或比例。
2.权利要求1的化合物，其含有(i)浓度高于19.9%的原子质量为10的硼或(ii)浓度高于80.1%的原子质量为11的硼。
3.权利要求2的化合物，其中原子质量为10的硼同位素的浓度高于选自下列的值:19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%和 99.99%。
4.权利要求2的化合物，其中原子质量为10的硼同位素的浓度范围选自20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%、70-75%、75-80%、80-85%、85-90%、90-95%、95-99%和 95-99.9%。
5.权利要求2的化合物，其中原子质量为11的硼同位素的浓度高于选自下列的值:80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 和 99.99%。
6.权利要求2的化合物，其中原子质量为11的硼同位素的浓度范围选自81-85%、85-90%、90-95%、95-99% 和 95-99.9%。
7.权利要求1的化合物，其中所述化合物含有两个硼原子。
8.权利要求1的化合物，其中所述化合物具有化学SB2F4。
9.权利要求1的化合物，其具有的11B与kiB的比例为4.1-10, 000。
10.一种将硼注入基底的方法，其包括:电离含两个或以上的硼原子和至少一个氟原子的含硼化合物以生成硼离子，其中所述化合物含有硼同位素，所述硼同位素的浓度或比例高于其天然丰度的浓 度或比例；以及将所述硼离子注入基底。
11.权利要求10的方法，其中所述含硼化合物含有(i)浓度高于19.9%的原子质量为10的硼或(ii)浓度高于80.1%的原子质量为11的硼。
12.权利要求11的方法，其中原子质量为10的硼同位素在含硼化合物中的浓度高于选自下列的值:19.9%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%和 99.99%。
13.权利要求11的方法，其中原子质量为10的硼同位素在含硼化合物中的浓度范围选自 20-25%、25-30%、30-35%、35-40%、40-45%、45-50%、50-55%、55-60%、60-65%、65-70%、70-75%、75-80%、80-85%、85-90%、90-95%、95-99% 和 95-99.9%。
14.权利要求11的方法，其中原子质量为11的硼同位素在含硼化合物中的浓度高于选自下列的值:80.1%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9% 和 99.99%。
15.权利要求11的方法，其中原子质量为11的硼同位素在含硼化合物中的浓度范围选自 81-85%,85-90%,90-95%,95-99% 95-99.9%。
16.权利要求10的方法，其中所述含硼化合物含有两个硼原子。
17.权利要求10的方法，其中所述含硼化合物具有化学式B2F4。
18.权利要求10的方法，其中所述含硼化合物的11B与kiB的比例范围为4.1-10, 000。
19.权利要求10的方法，其中所述电离在电离室中进行并且所述含硼化合物通过导管递送至电离室用于所述电离，其中所述导管维持在可有效抑制导管阻塞和/或在导管中化合物的分解的温度。
20.权利要求19的方法，其还包括有效冷却所述导管和所述电离室中的至少一个。
全文摘要
本文涉及同位素富集的含硼化合物，含有两个或以上的硼原子和至少一个氟原子，其中至少一个硼原子含有所需的硼同位素，所述同位素的浓度或比例高于其天然丰度的浓度或比例。所述化合物可以具有化学式B2F4。本文描述了合成这些化合物的方法和使用这些化合物的离子注入方法，以及描述了贮存和分配容器，其中有利地含有所述同位素富集的含硼化合物用于随后的分配应用。
文档编号C01B9/08GK103153858SQ201180049806
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月18日
发明者R·凯姆, J·D·斯威尼, O·比尔, S·N·耶德卫, E·E·琼斯, 邹鹏, 唐瀛, B·L·钱伯斯, R·S·雷 申请人:先进技术材料股份有限公司