铝掺杂剂组合物、含有此类组合物的低于大气压的储存和递送包装以及储存并递送此类 ...的制作方法
【专利说明】铝掺杂剂组合物、含有此类组合物的低于大气压的储存和递送包装以及储存并递送此类组合物的方法
[0001]发明领域
本发明涉及用于离子注入的新颖的铝掺杂剂组合物和递送包装以及使用铝掺杂剂组合物的方法。
[0002]发明背景
离子注入是半导体/微电子制备中的重要方法。离子注入方法被用于集成电路制造中，以将掺杂剂杂质引入半导体晶片中。一般说来，关于半导体应用，离子注入涉及将来自掺杂剂种类(species)的离子(通常也称为掺杂剂杂质)引入半导体衬底材料中，以便改变衬底材料的物理、化学和/或电学特性。将所需的掺杂剂杂质引入半导体晶片中，以在所需深度形成掺杂区域。选择掺杂剂杂质以与半导体晶片材料结合，以产生电载体，并由此改变半导体晶片材料的导电性。引入的掺杂剂杂质的浓度决定掺杂区域的导电性。有必要产生许多杂质区域，以形成共同用作半导体器件的晶体管结构、隔离结构和其它电子结构。
[0003]使用离子源从掺杂剂种类产生离子种类的明确限定的离子束。离子源是离子注入系统的关键组分，其用来使欲在注入过程期间注入的掺杂剂种类电离。掺杂剂离子通常从源掺杂剂种类获得。离子源对于各种各样从源掺杂剂气体获得的离子种类产生限定的离子束。离子源可为由钨(W)或钨合金制备的丝或阴极。向所述丝施加电流，以使源掺杂剂种类在离子注入机内电离。源掺杂剂种类离解成相应的离子种类，其此后被注入给定的衬底中。
[0004]目前的半导体器件技术利用各种各样的掺杂剂种类。铝(Al)离子注入在用于数种应用(例如减小PMOS器件的接触电阻、调节金属栅的功函数和减少在Cu互连(线)中的电迀移)的集成电路(IC)制造中日益令人感兴趣。如Kensuke等人(JVST-A 16(2)，1998)和 Rao 等人(Proceedings of 19th Internat1nal conference on 1n implantat1nTechnology, 2012)所报道的，A1C13是用于Al离子注入的典型的掺杂剂源。但是，目前存在对于来自A1C13的Al离子的有效注入的方法挑战。例如，A1C13在环境条件下为固体，因此其需要加热至高于200°C的温度，以产生执行注入工艺所必需的充分的熔融(flux)。另外，从源气体至离子源腔室的所有流动管线都必须伴热(heat traced)，以避免沿途的A1C13冷凝。这些是在供应AlCl3中的挑战类型的实例，其使得A1C13不是合适的Al注入源气体。
[0005]作为在环境温度下为固体的招掺杂剂源的替代物，Omarjee等人(美国专利N0.8367531)描述了在环境温度下为液体的铝源化合物的使用。Omarjee等人提出了三甲胺-铝烷(TMAA)、三乙胺-铝烷(TEAA)、二甲基乙胺-铝烷(DMEAA)、甲基-吡咯烷酮-铝烧(mythyl-pyrollidone-Alane) (MPA)和三甲胺-招烧-氢硼化物(trimethylamine-Alane-borohydrate) (TMAAB)作为合适的Al掺杂剂源化合物。但是，这些分子各自的蒸汽压不可接受地低，以致没有任何外部加热条件下不能将分子运送至离子注入腔室。来自以上清单的TMAA在室温下具有最高的蒸汽压(2托)。流量控制设备需要大于10托的上游压力以维持用于此类过程所需的流量。另外，所有的上述分子在其结构中均含有过量的碳。以上分子的使用可导致在离子源或等离子体腔室内部的不可接受的碳沉积。此类沉积可干扰离子源或等离子体腔室的适当运行，并最终可导致它们过早的失效。
[0006]Shibagaki (美国专利公开N0.20090190908)建议使用三甲基铝(TMA)用于Al注入。TMA在室温下为液体，因此可方便地被运送至离子注入系统的离子源或等离子体腔室。但是，与Omarjee等人描述的分子类似，TMA是引火性的，因此对开发安全的包装和递送方法以处理TMA存在着需要。另外，TMA在其结构中也含有大量的C，以致在离子源腔室中的过量的碳沉积可引起由此产生的问题，例如离子源的过早(失效)。
[0007]因此，对于含Al分子和可用于以安全和方便的方式将含Al气体递送至离子注入系统的相关递送包装存在着未满足的需求。
[0008]发曰月概沐
本发明可包括呈各种组合的任何以下方面，并还可包括在以下所写的说明书或附图中描述的任何其它的方面。
[0009]本发明部分涉及用于使用铝掺杂剂组合物的方法和系统。已发现，本文所利用的铝掺杂剂气体的组合物改善向离子注入过程递送的容易性，并显著减少碳沉积在离子腔室内的累积。
[0010]在第一方面，用于储存并递送含铝掺杂剂材料的方法，其包括:选择由式AlxRyLz代表的含铝掺杂剂材料，其中R是甲基，L是选自Cl、F、I和Br的卤素，X可以是I或2，由此若X = 1，那么y = I或2且若X = 2，那么y = 2_4，及z = 3x - y ;将含招掺杂剂材料储存在储存和递送容器中，所述材料在其中是化学稳定的；从该储存和递送容器提取汽相的材料；在缺乏介于所述容器和所述腔室之间延伸的伴热管线的条件下使汽化的材料以预先确定的流量流动；和将所述汽化的材料引入离子源腔室。
[0011]在第二方面，用于掺杂剂气体组合物的低于大气压的储存和递送包装，其包含:由式AlxRyLzR表的含铝掺杂剂材料，其中R是甲基，L是选自Cl、F、I和Br的卤素，X可以是I或2，由此若X = 1，那么y = I或2且若X = 2，那么y = 2_4，及z = 3x - y ;和圆筒，其用于在低于大气压的条件下将含铝掺杂剂材料保持在至少部分汽相，所述蒸汽压大于约2托；和与该圆筒机械连通的双端口阀组件，所述双端口阀包含填充端口阀和排放端口阀，其中所述填充端口阀与圆筒的内部流体连通，以向其中引入含铝掺杂剂材料，且所述排放端口阀与从圆筒的内部延伸至外部的料流排放路径(flow discharge path)流体连通，以从那里排放含铝掺杂剂材料；和沿着所述料流排放路径定位的止回阀，配置所述止回阀以响应圆筒外部的低于大气压的条件来从关闭位置移动到开放位置。
[0012]在第三方面，用于注入铝离子的组合物，其包含:由式AlxRyLz代表的含铝掺杂剂材料，其中R是甲基，L是选自C1、F、I和Br的卤素，X可以是I或2，由此若x = 1，那么y=I或2且若X = 2，那么y = 2-4，及对于x =1或x = 2，z = 3x - y ;其中使所述含招掺杂剂材料适合于产生欲沉积在衬底中的铝离子，且与常规的含铝掺杂剂组合物相比较，显著减少碳沉积。
[0013]附图简沐
从其优选的实施方式连同附图的以下详细描述将更好地理解本发明的目的和优势，其中贯穿全文同样的数字表示相同的特征，且其中:
图1显示结合本发明的原理的束线离子注入系统； 图2显示结合本发明的原理的等离子体浸没离子注入系统；及图3显示结合本发明的原理的示例性的储存和递送包装。
[0014]发明详述
通过以下详细描述更好地理解本发明的各种元素的关系和功能。本详细描述考虑在本公开内容的范围之内的呈各种排列和组合的特征、方面和实施方式。本公开内容可因此被规定为包含以下、由以下组成或基本由以下组成:这些具体的特征、方面和实施方式的任何此类组合和排列，或它们中选择的一种或多种。
[0015]本发明可包括呈各种组合的任何以下实施方式，并还可包括以下在所书写的说明书中或在附图中描述的任何其它的方面。
[0016]除非另外指出，本文所使用的所有浓度均表述为体积百分比(“vol%”)。本发明涉及Al掺杂剂材料的组合物用于它们在Al注入中的用途，并涉及它们的安全的包装、处理和向离子注入腔室递送的方法。Al掺杂剂材料的组合物由式Al