CN107004550A - 离子植入工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离子源设备，其以使得能够采用低蒸气压掺杂剂源材料的方式生成掺杂剂物种。所述离子源设备(10)包括：离子源腔室(12)；及在所述离子源腔室(12)中或与所述离子源腔室(12)相关联的可消耗结构，所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到所述离子源腔室。举例来说，所述可消耗结构是掺杂剂气体馈送管线(14)，其包括具有由固体掺杂剂源材料形成的内部层的管道或导管。
Description
相关申请案的交叉参考
本文借此依据35 U.S.C§119主张2014年10月27日申请的第62/069,272、62/069,259及62,069,233号美国临时专利申请案的优先权益。第62/069,272、62/069,259及62,069,233号美国临时专利申请案的揭示内容的相应全文借此出于所有目的而以引用方式并入本文中。
技术领域
在一个方面中，本发明涉及离子植入系统及方法，其中将掺杂剂物种原位提供或生成到离子植入设备的离子源腔室。在另一方面中，本发明涉及锑、铟及镓前驱物组成物，且涉及利用此类组成物的离子植入设备及方法。在又一方面中，本发明涉及用于锑离子植入的离子植入系统及工艺。
背景技术
在使用掺杂剂源材料以用于进行离子化以形成用于离子植入的掺杂剂物种时，已开发用于生成掺杂剂物种的多种掺杂剂源材料。
在许多情况下，掺杂剂源材料不具有足够高的蒸气压以便向离子植入系统的离子源腔室进行有效输送。因此，使用具有低蒸气压的此类掺杂剂源材料可能需要对离子植入设备进行大量工具修改，以在充分地挥发掺杂剂源材料并防止掺杂剂源材料凝结及沉积在离子植入系统的流动管线中所需的高温下实现输送。因此，必须采用适应此类高温操作的汽化器及流动回路系统(flow circuitry)。
然而，使用高温却是有问题的，这是因为掺杂剂源材料可能易于发生分解及副反应，从而使得难以将离子植入工艺控制在离子植入结构及装置生产的允许公差内。此外，使用高温会限制对控制阀的使用，使得蒸气流动控制受到不利影响。这些因素又导致从一种掺杂剂源材料到另一掺杂剂源材料的长转换时间，且在汽化器的安装或更换/再充填期间，当汽化器未与周围环境隔离时，也可能存在安全危害。
前述问题已在例如锑、铟及镓的掺杂剂物种的离子植入中遇到，因此对可接受的掺杂剂源材料的选择受限，这是因为在利用用于向离子植入系统的离子源腔室进行有效输送的足够高的蒸气压的情况下，馈送材料的数目相对少。
因此，所属领域在持续寻找新的锑、铟及镓前驱物组成物。
因此，提供使能够在离子植入应用中有效利用低蒸气压掺杂剂源材料以便植入对应掺杂剂物种的新方法是所属领域的实质性进展，存在相对极少高蒸气压掺杂剂前驱物的前述锑、铟或镓掺杂剂物种即为这种情况。
发明内容
本发明涉及离子植入设备及工艺，其中以使能够采用低蒸气压掺杂剂源材料的方式生成掺杂剂物种。
在一个方面中，本发明涉及一种用于离子植入的离子源设备，其包括：离子源腔室；及在离子源腔室中或与离子源腔室相关联的可消耗结构，所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室。
在另一方面中，本发明涉及一种进行离子植入的方法，其包括：在离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种以用于所述离子植入，其中离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使可消耗结构与反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
在另一方面中，本发明涉及一种相对于离子植入系统的射束电流、离子源寿命及故障率特性中的至少一者而改进离子植入系统的性能的方法，所述方法包括：在所述离子植入系统的离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种，其中离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使可消耗结构与反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
本发明的又一方面涉及一种在利用锑、铟或镓前驱物的处理系统中原位生成所述前驱物的方法，所述方法包括在处理系统中为所述前驱物提供锑、铟或镓反应物，及使所述前驱物的气态共反应物流动以与锑、铟或镓反应物接触以在处理系统中原位形成所述前驱物。
本发明还涉及锑、铟及镓前驱物组成物，其可用于离子植入及其它半导体制造及工业应用。
在一个方面中，本发明涉及一种改进离子植入系统中的离子源寿命的方法，离子植入系统接收锑、铟及镓前驱物气体中的至少一者以用于对应离子化掺杂剂物种的生成，所述方法包括使有效地改进离子植入系统的离子源寿命的共流气体共流到离子植入系统的离子源腔室，其中当前驱物气体是非卤化气体时，共流气体包括含卤素共流气体，且其中当前驱物气体包括含卤素前驱物时，共流气体是非卤化气体，任选地，其中前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
在另一方面中，本发明涉及一种用于离子植入的气体供应套件，其包括：第一气体供应封装，其含有锑、铟及镓前驱物中的至少一者，其中第一气体供应封装经配置以分配气态形式的前驱物；第二气体供应封装，其含有共流气体，共流气体在与气态前驱物共流到离子植入器的离子源时有效地改进离子源寿命，其中当前驱物是非卤化前驱物时，共流气体包括含卤素共流气体，且其中当前驱物气体包括含卤素前驱物时，共流气体是非卤化气体，任选地，其中前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
在另一方面中，本发明涉及一种增强离子植入设施中的离子源寿命的方法，其包括供应如上文所描述的气体供应套件以用于离子植入设施中。
本发明的另一方面涉及一种镓离子植入工艺，其包括使镓前驱物离子化以形成镓植入物种，及将镓植入物种植入于衬底中，其中镓前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；(ii)氢化镓，其是从由GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3的烷基镓化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)到(v)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
本发明的又一方面涉及一种用于镓离子植入的离子源设备，其包括：离子源腔室；及镓前驱物源，其经配置以用于将镓前驱物输送到离子源腔室，其中镓前驱物源包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；(ii)氢化镓，其是从由GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3的烷基镓化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)到(v)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
本发明的另一方面涉及一种离子植入工艺，其包括时前驱物离子化以形成植入物种，及将植入物种植入于衬底中，其中前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
在另一方面中，本发明涉及一种增强用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统的操作的方法，此类方法包括供应从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料以用于所述系统中：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
在又一方面中，本发明涉及一种用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统，此类系统包括离子源腔室及对应前驱物材料源，对应前驱物材料源经配置以提供对应前驱物材料以在离子源腔室中进行离子化以生成对应植入物种，其中对应前驱物材料源包括从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
本发明另外涉及锑离子植入以及对应系统及工艺。
在一个方面中，本发明涉及一种锑离子植入工艺，其包括将锑前驱物供应到离子植入系统的离子源，以生成用于植入的锑离子，其中锑前驱物包括(i)SbH3及(ii)其一或多种氘化类似物中的至少一者，且其中：当锑前驱物包括SbH3时，锑前驱物从锑前驱物在将分解降到最低或消除的温度下维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到离子源以用于所述供应；且当锑前驱物包括SbH3的一或多种氘化类似物时，离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作，任选地，其中锑前驱物从锑前驱物维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到离子源以用于所述供应。
在另一方面中，本发明涉及一种锑离子植入系统，其包括离子源及锑前驱物封装，锑前驱物封装经布置以将锑前驱物供应到离子源，其中所述封装中的锑前驱物包括(i)SbH3及(ii)SbH3的一或多种氘化类似物中的至少一者，且其中：当锑前驱物包括SbH3时，封装包含被吸附状态的锑前驱物，且系统包括冷冻源，其经配置以将封装中的锑前驱物维持于将分解降到最低或消除的温度，其中封装经配置以用于锑前驱物的脱附及锑前驱物从封装的排出以供应到离子源；且当锑前驱物包括SbH3的一或多种氘化类似物时，离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。
本发明的其它方面、特征及实施例将根据下文描述及所附权利要求书而更全面地显而易见。
附图说明
图1是离子植入系统的示意性表示，离子植入系统包括电弧腔室，电弧腔室具有气体馈送管线以用于向电弧腔室馈送掺杂剂源气体以在腔室中进行掺杂剂源气体的离子化。
图2是图1的离子植入系统的横截面，其示意性地展示此类系统的电弧腔室中的等离子生成。
图3是离子源组合件的横截面透视图，离子源组合件包括离子源设备及散热设备以用于离子源设备的热管理。
图4是离子植入处理系统的示意性表示，离子植入处理系统包含存储及分配容器，存储及分配容器含有经供应以用于对所说明的离子植入腔室中的衬底进行离子植入掺杂的气体。
图5是离子植入系统的离子源的横截面图。
图6是包括过程监测及控制系统的离子植入系统的示意性表示。
具体实施方案
本发明涉及离子植入，且在各种方面中涉及以使能够采用低蒸气压掺杂剂源材料的方式生成掺杂剂物种的设备及方法。
在一个方面中，本发明涉及一种用于离子植入的离子源设备，其包括：离子源腔室；及在离子源腔室中或与离子源腔室相关联的可消耗结构，所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室。
离子源设备中的可消耗结构可包括安置于离子源腔室中的结构部件，例如衬层或离子源腔室的其它结构组件，或可消耗结构可为与离子源腔室相关联的结构，例如耦合到离子源腔室的气体输送管或具有关联特性的其它结构组件，所述其它组件经构造及布置以由于反应性气体与所述结构组件接触而发生反应来提气体供应态形式的掺杂剂。所述结构可通过与反应物气体的反应而消耗以形成前驱物，对离子源设备或辅助设备的物理完整性无不利效应，即，即使完全消耗结构部件，离子源腔室及辅助设备也可维持其物理完整性。例如，可消耗结构可包括与共反应物气体流动通路共轴的管形部件，其中可消耗管形部件的消耗不会减损可消耗管形部件安置于其中的共反应物气体流动通路的物理完整性。因此，可消耗结构包括物理质量，且可具有片状、杆状、管状、环件、碟状或其它适当的形式，以用作反应物气体的靶材。
用于离子源设备中的固体掺杂剂源材料可包括从由以下各者组成的群组中选出的掺杂剂组分：锑、铟及镓。因此，固体掺杂剂源材料可包括锑掺杂剂前驱物、铟掺杂剂前驱物，及/或镓掺杂剂前驱物。
用于此类设备操作中的反应性气体可为任何适合类型，所述反应性气体有效地与固体掺杂剂源材料发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室。适合于此类目的的说明性气体包含从由以下各者组成的群组中选出的气体：氟化氢、NF3、氧气、氢气，及前述各者中的两者或多于两者的混合物。
因此，离子源设备可经配置为包括与离子源腔室成气体输送关系而耦合的反应性气体源。
各种实施例中的固体掺杂剂源材料可包括同位素富集掺杂剂源材料，同位素富集掺杂剂源材料在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
本发明的另一方面涉及一种进行离子植入的方法，其包括：在离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种以用于所述离子植入，其中离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使可消耗结构与反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
在此类方法中，可消耗结构可包括安置于离子源腔室中的结构部件，例如衬层或离子源腔室的其它结构部件。可消耗结构可替代地或另外包括与离子源腔室相关联的结构，例如耦合到离子源腔室的气体输送管。
可消耗结构中包括的固体掺杂剂源材料可为任何适合类型，且可例如包括从由以下各者组成的群组中选出的掺杂剂组分：锑、铟及镓。因此，固体掺杂剂源材料可包括锑掺杂剂前驱物、镓掺杂剂前驱物，或铟掺杂剂前驱物。
包括可消耗结构的固体掺杂剂源材料在各种实施例中可包括固体掺杂剂源材料，固体掺杂剂源材料在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
用于与可消耗结构的固体掺杂剂源材料发生反应的反应性气体可具有任何适合类型，反应性气体与固体掺杂剂源材料发生反应以产生气态形式的掺杂剂以用于离子植入系统的操作中的离子化及后续植入。在特定实施例中，反应性气体可包括从由以下各者组成的群组中选出的气体：氟化氢、NF3、氧气、氢气，及前述各者中的两者或多于两者的混合物。
本发明的另一方面涉及一种相对于离子植入系统的射束电流、离子源寿命及其故障率特性中至少一者而改进离子植入系统的性能的方法，所述方法包括：在所述离子植入系统的离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种，其中离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使可消耗结构与反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
此类方法中利用的固体掺杂剂源材料可包括同位素富集掺杂剂源材料，同位素富集掺杂剂源材料在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
另一方面，本发明涉及一种在利用锑、铟或镓前驱物的处理系统中原位生成所述前驱物的方法，所述方法包括在处理系统中提供用于所述前驱物的锑、铟或镓反应物，及使所述前驱物的气态共反应物流动以与锑、铟或镓反应物接触以在处理系统中原位形成所述前驱物。
处理系统中前驱物反应物的位置可为任何适合位置，此类反应物在所述位置处可与气态共反应物发生反应以产生前驱物以用于离子化以生成植入物种。如先前所描述，前驱物反应物可在结构上构建于处理系统中，或可经另外安置或提供以用于反应以生成所要前驱物以用于离子化以形成适合的植入物种。
在各种实施例中，处理系统可包括离子植入系统，其中锑、铟或镓反应物并入于离子植入系统的电弧腔室中、并入于结构组件中或以其它方式作为所呈现的反应物以用于反应来形成对应前驱物。
处理系统可包括半导体处理系统，例如离子植入系统或其它处理系统，例如用于制造太阳能面板或平板显示器产品的处理系统。
作为说明性实施例的一个实例，前驱物可包括从例如元素锑(Sb)或Sb2O3的锑反应物原位生成的锑前驱物。
气态共反应物可为任何适合类型，所述类型与前驱物反应物发生反应以形成前驱物以用于离子化以生成植入物种。在各种实施例中，气态共反应物可包括含氟气态化合物，例如从由XeF2、F2、NF3及N2F4组成的群组中选出的气态化合物。在其它实施例中，气态共反应物可包括含氯气态化合物，例如Cl2或其它氯化合物。
因此，前驱物可例如包括从由以下各者组成的群组中选出的化合物：SbF3、SbCl3、GaCl3，及InCl3。
在前述方法中，可控制气态共反应物的流速以实现前驱物的受控流速，所述前驱物被产生为处理系统中的反应产物。
在各种特定实施例中，锑、铟或镓反应物可含于处理系统中的反应器(例如热反应器)中。处理系统对应地包括离子植入系统，其中控制反应器温度气态共反应物流速以实现预定离子植入射束电流。
以通过控制过程控制前驱物的原位形成的方式实施前述方法，所述控制过程包含以下各者中的至少一者：(i)通过使气态共反应物与锑、铟或镓反应物接触而形成的前驱物的量的测量；(ii)气态共反应物与锑、铟或镓反应物的接触的反应产物的识别及定量；(iii)所述接触之后未反应气态共反应物的量的检测；及(iv)射束电流的检测，其中处理系统包括离子植入系统。
在采用专用反应器的其它实施例中，反应器可包括多个反应器床，其经布置以在达到锑、铟或镓反应物的耗尽的端点条件时将共反应物气体流从所述多个反应器床中的一者切换到含有锑、铟或镓反应物的所述多个反应器床中的另一者。
在此类多床反应器布置中，切换端点条件可由以下各者中的一或多者确定：实现总计气态共反应物流的预定检测；检测到下降射束电流；及分析从多个反应器床中的运转中反应器床离开的气体。
上述方法可另外利用前驱物反应物，例如锑、铟或镓反应物，所述反应物在其至少一种同位素中富集为高于天然丰度。
在其它实施例中，可实施上文所描述的方法，其中共流气体流动到或穿过处理系统，所述共流气体例如根据需要为稀释剂、平衡引导气体、清洗气体，等等。
现参考附图，图1是离子植入系统10的示意性表示，系统10包含电弧腔室12，腔室12具有气体馈送管线14以用于向电弧腔室馈送掺杂剂源气体，以在腔室中进行所述气体的离子化。电弧腔室12因此提供离子源腔室，可提供包括固体掺杂剂源材料的在所述腔室中或与所述腔室相关联的可消耗结构，所述可消耗结构易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到腔室。
图2是图1中离子植入系统10的横截面，其示意性地展示在此类系统的电弧腔室12中的等离子16的生成。掺杂剂气体在由箭头A所指示的方向上流动到掺杂剂气体馈送管线14中，从而监测固定到其成监测关系的热电偶TC1及TC2以确定进入电弧腔室的馈送管线及气体的热态质量，如可在离子植入系统在结合热管理系统使用时所期望。掺杂剂气体馈送管线14可包括管道或导管，所述管道或导管具有由固体掺杂剂源材料形成的内部层，所述材料易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室。以此方式，反应性载气可流过掺杂剂气体馈送管线，且以可反应方式生成掺杂剂物种。掺杂剂物种由载气运输到离子植入系统的离子源腔室中。
图3是离子源组合件的横截面透视图，所述组合件包括离子源设备70及任选散热设备50以用于进行系统的热管理。此横截面图展示掺杂剂源气体馈送管线72，掺杂剂源气体馈送管线72连接到气体馈送塞中的气体流动通路84，且连接到与离子源相关联的气体衬套中的气体流动通路86。
图3中所展示的离子源设备包含基底衬层80，基底衬层80可由固体掺杂剂源材料形成，所述材料易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室，作为原位生成方法以向离子源腔室提供掺杂剂。衬层80可经修改以在其中包含开口82，以在利用易于分解的掺杂剂源气体时，提供进一步改进的离子源操作寿命。
前述布置说明提供在离子源腔室中或与离子源腔室相关联的可消耗结构，所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到离子源腔室。可监测可消耗结构的操作寿命，且根据持续进行的维护计划而将可消耗结构作为离子植入系统的可消耗组件进行更换。
图4是离子植入处理系统300的示意性表示，系统300包含容纳共反应物气体的存储及分配容器302，供应所述共反应物气体用于与离子源腔室中的掺杂剂源反应物原位反应，以生成掺杂剂物种以用于在所说明的离子植入腔室301中进行衬底328的离子植入掺杂。
存储及分配容器302包括容器壁306，容器壁306围封容纳共反应物气体的内部体积。
容器可为常规类型的气缸，所述气缸的内部体积经布置以仅容纳气体，或替代地，容器可包含吸附剂材料，所述吸附剂材料对共反应物气体具有吸附亲和性，且共反应物源气体可在分配条件下从所述吸附剂材料脱附以便从容器中排出。
存储及分配容器302包括以气体流动连通方式与排出管线312耦合的阀头308。压力传感器310与质量流量控制器314一起安置在管线312内。其它监测及感测组件可与管线耦合并与控制构件介接，例如致动器、反馈及计算机控制系统、循环定时器，等等。
离子植入腔室301含有电离器316，电离器316接收从管线312分配的共反应物气体，所述共反应物气体与在电离器腔室中提供的或与电离器腔室相关联的掺杂剂源反应物发生反应以生成掺杂剂物种，所述掺杂剂物种在电离器腔室中的离子化条件下产生离子束305。离子束305穿过质量分析器单元322，单元322选择所需离子并舍弃未选择的离子。
所选择的离子穿过加速电极阵列324，且接着穿过偏转电极326。由此所致的聚焦离子束冲击在安置于可旋转固持器330上的衬底元件328上以形成掺杂衬底以作为离子植入产物，可旋转固持器330又安装在主轴332上。
离子植入腔室301的相应区段分别借助于泵320、342及346通过管线318、340及344排气。
图5是离子源的横截面图，所述离子源例如可有效地用于图4中所展示的类型的离子植入系统中，且所述离子源在2000年10月24日颁予M.A.格拉芙(M.A.Graf)等人的美国专利6,135,128中进行更充分地描述。
离子源112包括界定等离子腔室122的外壳，及离子提取器组合件。向可离子化的掺杂剂气体施予能量以在等离子腔室122内生成离子，所述掺杂剂气体由掺杂剂源反应物及共反应物气体形成。一般来说，生成正离子，但系统可替代地经布置以生成负离子。由离子提取器组合件124通过等离子腔室122中的缝隙而提取正离子，组合件124包括多个电极142。因此，离子提取器组合件用以通过提取孔径板146从等离子腔室提取正离子束，且使所提取的离子加速前往质量分析磁体(图5中未展示)。
共反应物气体可从此类气体的源166流出，及通过其中含有质量流量控制器168的导管170被注入到含有掺杂剂源反应物或与掺杂剂源反应物相关联的等离子腔室122中。源166可包含：基于吸附剂的气体存储及供应容器，所述容器例如是以商标SDS在商业上可从美国英特格公司(Entegris,Inc.)(美国马萨诸塞州比勒利卡)购买的类型；压力调节容器，其包含内部气压调节器，所述容器例如是以商标VAC在商业上可从美国英特格公司(美国马萨诸塞州比勒利卡)购买的类型，或当采用固体共反应物材料时，源166可包含固体源容器，其例如是以商标ProE-Vap在商业上可从美国英特格公司(美国马萨诸塞州比勒利卡)购买的类型。等离子腔室122具有导电腔室壁412、414、416，所述壁包围腔室内部中的离子化区域420，区域420用于进行掺杂剂源反应物与共反应物气体的反应产物的离子化。侧壁414围绕等离子腔室122的中心轴415而呈圆形对称。面向解析磁体的导电壁416连接到等离子腔室支撑件422。壁416支撑具有多个开口的孔径板146，所述开口允许离子离开等离子腔室122，且接着在多个彼此相间隔及电隔离提取电极124的下游位置处组合以形成离子束。孔径板146包含数个开口，所述开口以规定图案布置，所述开口与相间隔开的提取电极142中经类似配置的多个孔径对准。图5中仅展示一个此类孔径。
金属天线430具有金属表面432，表面432暴露在腔室内部内以用于将能量发射到等离子腔室122中。等离子腔室122外部的电力供应器434使用具有适合特性的射频(RF)信号(例如，大约13.56兆赫兹(MHz)的RF信号)使金属天线430通电，以在金属天线中建立交变电流以在等离子腔室122内诱发离子化电场。天线的功率可为适合于特定离子化操作的任何适合量级，例如，大约500到3000瓦特(W)的功率。源腔室中的压力例如可为大约1到10毫托，使得源112充当低压高密度电感源。等离子腔室122还可包含延伸穿过天线430与孔径板146之间的腔室内部区域的磁性滤波器组合件440。
天线430可由可移除支撑板450而定位在等离子腔室122内。支撑板450由侧壁414支撑在具有圆形切口452的位置，天线延伸穿过切口452。用于天线430的支撑板450经定大小以配合在腔室壁414中的切口452内，同时将天线430的暴露U形金属部分432定位在离子化区域420内。
支撑板450界定两个贯穿通路，所述通路容纳两个真空压力配件456。在天线430的延长支脚片段45被推穿过配件之后，将端盖458拧紧在配件上以密封配件456与支脚片段457之间的接触区域。天线430的辐照发射区域优选地为U形，且例如可由铝构造而成。管具有外径，所述外径经定尺寸以穿过压力配件456。在使用时，天线从其周围环境吸收热。为了使此热消散，通过所述管的中心路由冷却剂。
板450具有大体上平面表面460，表面460暴露于等离子腔室内部且包括背对腔室内部的平行外表面462。板450的凸缘部分464覆盖环形磁体470，环形磁体470围绕壁414中的切口并由连接器472而附接到壁414。附接到支撑板450的铁磁性插入物474配合填平磁体470，以便在板450定位在切口452内时，铁磁性插入物474及磁体470吸引彼此以将板450固定在适当位置，使天线430延伸到腔室内部中。
在离子源操作期间，生成热且此热被壁412、414、416、418吸收。可由冷却剂从腔室122移除吸收的热，冷却剂穿过配件476被引入以用于将水路由到贯穿壁的通路中，且由第二出口配件(未展示)离开腔室。通过此布置，壁的温度可维持于低于100℃的温度，使得离子源112充当冷却壁离子源。
在离子植入器操作期间，天线430中接近支撑板450的区域尤其易于被溅射材料涂覆。为将此类溅射的效应降到最低，可在将天线插入到支撑板450中之前，将两个屏蔽物480在铝天线上滑动。这些屏蔽物优选地由铝而构造而成，且由屏蔽物与天线430的暴露铝外表面之间的摩擦配合而维持于适当位置。
在离子源112的操作期间，掺杂剂元素的沉积可形成于包围离子化区域420的内壁412、414及416上。在离子源112在正常操作条件下进行操作时，清洗气体可与共反应物气体同时流动。可提供清洗气源482与对应的质量流量控制器484，其中质量流量控制器484的清洗气体输出与质量流量控制器168的共反应物气体输出先在导管170中结合，然后再输送到等离子腔室122。替代地，共反应物气体与清洗气体可单独输送到等离子腔室。作为另一替代方案，清洗气体可在等离子腔室的有效离子植入操作之后流动到等离子腔室。
应认识到，共反应物气体源166可含有与清洗材料及/或其它材料组合的共反应物气体，例如稀释剂、平衡引导材料、冷却剂，等等。
图6是包括离子源腔室544以及过程监测及控制系统的离子植入系统500的示意性表示。
如所展示，离子植入系统500包含气箱510，气体供应气缸安置在气箱510中，所述气缸包含耦合到其中具有流量控制阀524的分配管线518的共反应气缸512、耦合到其中具有流量控制阀526的分配管线520的清洗流体气缸514，及耦合到其中具有流量控制阀528的分配管线522的稀释剂流体气缸516。气缸512中的共反应物气体经布置以与离子源腔室544(图6中未展示)中提供的或与离子源腔室544相关联的掺杂剂源反应物发生反应。
阀524、526及528分别通过信号传输线530、536及534连接到中央处理单元(CPU)，借此CPU可在特定程度上进行操作以响应于循环时间程序或CPU的其它信号生成能力而敞开或闭合相应阀，所述其它信号生成能力向由CPU监测的处理条件及/或组件提供阀调制响应。
耦合到相应气缸的分配管线518、520及522终止于混合腔室532，使得相应共反应物气体、清洗流体及稀释剂流体中的多者可按照需求有选择地与彼此混合。替代地，单个气缸(即，共反应气缸512)可经布置以向腔室532分配其内容物，以使来自腔室532的前往其中含有压力换能器540及质量流量控制器(MFC)542的馈送管线，且然后流动到离子源腔室544。离子源腔室544经布置以用于离子化操作，以对其中的掺杂剂源进行离子化，所述掺杂剂源是通过共反应物气体与掺杂剂源反应物的反应而产生。进行离子化操作以产生离子束，所述离子束被传输到离子植入器腔室546。离子植入器腔室546含有半导体或安装在所述腔室中的其它微电子装置衬底，以用于在衬底中对所选择的离子化掺杂剂物种进行植入。
在图6的此说明性系统中，到离子源的馈送管线中的压力换能器540由信号传输线538以信号传输关系而与CPU接合。质量流量控制器也由信号传输线以信号传输关系而与CPU接合。通过压力换能器的此布置，生成与馈送管线中的压力相关的信号，且所述信号在线538中被传输到CPU以用于监测目的。
在共反应物气体流动到离子源期间，馈送管线中的压力由压力换能器540感测及在信号传输线538中传输到CPU。
接着，CPU可响应性地调制共反应物气体到离子源腔室的流动。CPU也可通过根据在信号传输线536中发送到流量控制阀526的控制信号而敞开所述阀来控制清洗流体从气缸514进入馈送管线的流动。替代地，可降低到离子源的电弧功率。作为又一替代方案，可通过以下操作来减少共反应物气体的滞留时间：增加共反应物气体的流速；通过在信号传输线530中传输到阀524的控制信号而敞开所述阀；及/或增加清洗流体及/或稀释剂流体，使得体积流速的总体增加致使共反应物气体在流动回路系统及离子源腔室中的滞留时间减少。以此方式，可以可控制方式调制共反应物气体与掺杂剂源反应物的反应，以提供适当的离子植入系统操作。
本发明还涉及锑、铟及镓前驱物组成物，且涉及利用所述前驱物组成物以用于锑、铟及镓植入物种的植入的离子植入设备及方法。
在一个方面中，本发明涉及一种改进离子植入系统中的离子源寿命的方法，离子植入系统接收锑、铟及镓前驱物气体中的至少一者以用于对应离子化掺杂剂物种的生成，所述方法包括使有效地改进离子植入系统的离子源寿命的共流气体共流到离子植入系统的离子源腔室，其中当前驱物气体是非卤化气体时，共流气体包括含卤素共流气体，且其中当前驱物气体包括含卤素前驱物时，共流气体是非卤化气体，任选地，其中前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
如本文中所使用，术语“共物种气体”是指含有与前驱物气体相同的掺杂原子的气体。换句话来说，当前驱物气体包括锑作为掺杂剂物种时，与所述前驱物气体结合利用的共物种气体可能包括气态锑化合物。类似地，当前驱物气体包括铟作为掺杂剂物种时，与所述前驱物气体结合利用的共物种气体可能包括气态铟化合物，且当前驱物气体包括镓作为掺杂剂物种时，与所述前驱物气体结合利用的共物种气体可包括气态镓化合物。
在上文论述的方法中，含卤素共流气体可包括含氟气体，例如共物种含氟气体，例如当前驱物气体包括锑掺杂剂物种时的氟化锑，当前驱物气体包括铟掺杂剂物种时的氟化铟，及当前驱物气体包括镓掺杂剂物种时的氟化镓。替代地，含卤素共流气体可包括非氟卤素气体，例如氯化物、碘化物或溴化物气体。
在特定实施例中，前驱物气体可包括锑前驱物，例如Sb2O3。此类锑前驱物可与包括锑共流气体(例如SbF3或SbH3)的共流气体结合利用。在其它实施例中，前驱物气体可包括铟前驱物或镓前驱物，且此类前驱物气体可与适合的共流气体结合使用，所述共流气体包含共物种气体。
在各种实施方案中，上文所描述的方法可使用例如NF3或XeF2的共流气体而进行。
在其它实施方案中也可实施前述方法，其中前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。举例来说，前驱物气体可在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度等级。作为另一实例，共流气体可包括共物种气体，且可在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度等级。作为又一实例，前驱物气体及包括共物种气体的共流气体中的两者都可在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
在另一方面中，本发明涉及一种用于离子植入的气体供应套件，其包括：第一气体供应封装，其含有锑、铟及镓前驱物中的至少一者，其中第一气体供应封装经配置以分配气态形式的前驱物；第二气体供应封装，其含有共流气体，共流气体在与气态前驱物共流到离子植入器的离子源时有效地改进离子源寿命，其中当前驱物是非卤化前驱物时，共流气体包括含卤素共流气体，且其中当前驱物气体包括含卤素前驱物时，共流气体是非卤化气体，任选地，其中前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
在此类气体供应套件的说明性实施例中，第一气体供应封装中的前驱物可包括Sb2O3，且第二气体供应封装中的共流气体可包括SbF3、NF3及XeF2中的至少一者。
本发明进一步预期一种增强离子植入设施中的离子源寿命的方法，其包括供应如上文所描述的气体供应套件以用于离子植入设施中。
在另一方面中，本发明涉及一种镓离子植入工艺，其包括使镓前驱物离子化以形成镓植入物种，及将镓植入物种植入于衬底中，其中镓前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；(ii)氢化镓，其是从由GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3的烷基镓化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)到(v)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
可进行此镓离子植入工艺，其中镓前驱物包括从由(i)卤化镓中选出的一或多种前驱物材料，所述卤化镓是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出。
在其它实施例中，可进行所述工艺，其中镓前驱物包括从(ii)氢化镓中选出的一或多种前驱物材料，所述氢化镓是从由GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出。在各种实施例中，在前驱物离子化之前，此类镓前驱物可被冷冻及/或被吸附。在镓前驱物在其离子化之前被吸附的情况下，前驱物被脱附以流动用于离子化操作。
可使用镓前驱物来实施前述镓离子植入工艺，所述镓前驱物包括从(iii)式L:GaR3的镓加合物中选出的一或多种前驱物材料，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基。加合基团L可为任何适合类型，且可例如包括路易斯(Lewis)碱。镓前驱物可例如包括(CH3)N:GaH3。
可使用镓前驱物来实施前述镓离子植入工艺，所述镓前驱物包括从(iv)式GaR3的烷基镓化合物中选出的一或多种前驱物材料，其中R是C1-C12烷基。此类型的镓前驱物可包括Ga(CH3)3。
在前述镓离子植入工艺的其它实施方案中，镓前驱物可包括从(v)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷中选出的一或多种前驱物材料，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基。在此类情况下，镓前驱物在进行离子化之前可通过存储在氮、氢或其它惰性气体下而得以稳定。GaCl2CH3是这些氯烷基镓烷镓前驱物化合物的说明性实例。
在前述镓离子植入工艺的又其它实施方案中，镓前驱物可包括从(vi)(i)到(v)的同位素富集类似物中选出的一或多种前驱物材料，所述同位素富集类似物包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。特定实施例包含镓前驱物在69中同位素富集为高于天然丰度的工艺，及镓前驱物在71Ga中同位素富集为高于天然丰度的工艺。
在另一方面中，本发明涉及一种用于镓离子植入的离子源设备，其包括：离子源腔室；及镓前驱物源，其经配置以用于将镓前驱物输送到离子源腔室，其中镓前驱物源包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；(ii)氢化镓，其是从由GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3的烷基镓化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)到(v)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
离子源设备可构建以使得镓前驱物源包括从由(i)到(iv)组成的群组中选出的一或多种前驱物材料。在其它实施例中，所述设备可包括镓前驱物源，所述镓前驱物源包括从由(v)氯烷基镓烷组成的群组中选出的一或多种前驱物材料。在又其它实施例中，所述设备可包括镓前驱物源，所述源包括从由(i)到(v)的同位素富集类似物组成的群组中选出的一或多种前驱物材料，所述同位素富集类似物包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
本发明的另一方面涉及一种离子植入工艺，其包括使前驱物离子化以形成植入物种，及将植入物种植入于衬底中，其中前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
在各种实施例中，使用前驱物材料来进行此离子植入工艺，所述前驱物材料包括在121Sb中同位素富集为高于57.4％的锑前驱物。举例来说，此类前驱物中的锑总量中的121Sb量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。在特定实施方案中，前驱物中的锑总量中的121Sb量可在从60到100％的范围内。
所有此类同位素富集百分比在本文中是指原子百分比。
可使用前驱物材料来实施如上文概括描述的离子植入工艺，所述前驱物材料包括在132Sb中同位素富集为高于46.6％的锑前驱物。举例来说，前驱物中的锑总量中的132Sb量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。在特定实施方案中，前驱物中的锑总量中的132Sb量可在从50％到100％的范围内。
可替代地使用前驱物材料来实施如上文概括描述的离子植入工艺，所述前驱物材料包括在113In中同位素富集为高于4.3％的铟前驱物。举例来说，前驱物中的铟总量中的113In量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。在特定实施方案中，前驱物中的铟总量中的113In量可在从5％到100％的范围内。
替代地，可使用前驱物材料来实施离子植入工艺，所述前驱物材料包括在115In中同位素富集为高于95.7％的铟前驱物。举例来说，前驱物中的铟总量中的115In量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.5％、99.8％、99.9％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从98％、98.5％、99％、99.5％、99.8％、99.9％、99.95％及100％当中选出。在特定实施方案中，所述前驱物中的铟总量中的115In量可在从96％到100％的范围中。
可使用前驱物材料来实施如上文在另一方面中概括描述的离子植入工艺，所述前驱物材料包括在69Ga中同位素富集为高于60％的镓前驱物。举例来说，前驱物中的镓总量中的69Ga量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。在各种实施例中，前驱物中的镓总量中的69Ga量可在从65％到100％的范围内。
替代地，可使用前驱物来材料实施如上文概括描述的离子植入工艺，所述前驱物材料包括在71Ga中同位素富集为高于40％的镓前驱物。此类前驱物中的镓总量中的71Ga量可在具有下限及上限的范围内，所述下限是从45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。在特定实施方案中，前驱物中的镓总量中的71Ga量可在从45％到100％的范围内。
在另一方面中，本发明涉及一种增强用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统的操作的方法，此类方法包括供应从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料以用于系统中：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
在又一方面中，本发明涉及一种用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统，此类系统包括离子源腔室及对应前驱物材料源，对应前驱物材料源经配置以提供对应前驱物材料以用于在离子源腔室中进行离子化以生成对应植入物种，其中对应前驱物材料源包括从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料：在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
再次参考附图，可采用图4中示意性展示的离子植入系统，所述离子植入系统利用存储及分配容器，所述存储及分配容器含有供应用于在所说明的离子植入腔室中对衬底进行离子植入掺杂的前驱物，其中前驱物包括本发明的锑、铟或镓前驱物组成物。
在此类实施方案中，图4中的离子植入处理系统300包含容纳本发明的锑、铟或镓前驱物的存储及分配容器302，所述前驱物供应到离子源腔室316以生成掺杂剂物种以用于在离子植入腔室301中对衬底328进行离子植入掺杂。
如先前所描述，存储及分配容器302包括容器壁306，容器壁306围封容纳前驱物气体的内部体积。
容器可为常规类型的气缸，所述气缸的内部体积经布置以仅容纳气体，或替代地，容器可含有吸附剂材料，所述吸附剂材料对前驱物气体具有吸附亲和性，且前驱物气体可在分配条件下从所述吸附剂材料脱附以便从容器中排出。
存储及分配容器302包含以气体流动连通方式与排出管线312耦合的阀头308。压力传感器310与质量流量控制器314一起安置在管线312内。其它监测及感测组件可如先前论述那样与管线耦合并与控制构件介接，例如致动器、反馈及计算机控制系统、循环定时器，等等。
离子植入腔室301含有离子源腔室316，离子源腔室316接收从管线312分配的前驱物气体，所述前驱物在管线312中经离子化以生成掺杂剂物种，所述掺杂剂物种在腔室中的离子化条件下产生离子束305。离子束305穿过质量分析器单元322，单元322选择所需离子并舍弃未选择的离子。
所选择的离子穿过加速电极阵列324，且接着穿过偏转电极326。由此所致的聚焦离子束冲击在安置于可旋转固持器330上的衬底元件328上以形成掺杂衬底以作为离子植入产物，可旋转固持器330又安装在主轴332上。
离子植入腔室301的相应区段分别借助于泵320、342及346通过管线318、340及344排气，如前文所描述。
本发明另外涉及用于锑离子植入的系统及工艺。
尽管本发明的离子植入系统及工艺在下文中主要参考束线离子植入系统及工艺进行描述，但应认识到，本发明的锑前驱物方法一般适用于其它离子植入系统及工艺，例如等离子浸没离子植入。因此，如本文中所使用，术语“离子源”希望概括地解释为涵盖在其中实施前驱物离子化以生成用于离子植入的植入物种的任何腔室、反应器或区域。
更特定来说，本发明涉及将锑化氢及/或其氘化类似物用作前驱物以进行离子植入的用途。
锑化氢尚未被视为可商用的锑前驱物，而是被视作过于不稳定而无法用于此类用途。然而，尽管SbH3具有不稳定特性，但其具有显著蒸气压。
本发明的方法通过从源供应锑化氢来使锑化氢能够被有效用作前驱物以进行锑植入，其中锑前驱物在将分解降到最低或消除的温度下维持于被吸附状态，所述锑前驱物被脱附并流动到离子植入系统的离子源以进行离子化以形成锑植入物种。
在相关方面中，本发明利用氘化锑化氢(即，SbH3-xDx，其中x具有在从1到3的范围内的值)以作为锑前驱物。在本发明的各种实施例中，氘化锑化氢包括SbD3。因此，本文中对锑化氢的氘化类似物的参考将理解为是指具有前述化学式SbH3-xDx的氘化锑化氢。此类氘化锑化氢可包括氘化锑化氢化合物的混合物，例如SbH2D、SbHD2与SbD3的混合物。
在使用氘化锑化氢时，利用此类前驱物的离子植入系统在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。在此类应用中，氘化锑化氢前驱物可从此类前驱物维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到离子源以用于离子化以形成锑植入物种。
因此，本发明预期一种锑离子植入工艺，其包括将锑前驱物供应到离子植入系统的离子源，以生成用于植入的锑离子，其中锑前驱物包括SbH3及其氘化类似物中的至少一者，且其中：(i)当锑前驱物包括SbH3时，锑前驱物从锑前驱物在将分解降到最低或消除的温度下维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到离子源以用于所述供应；且(ii)当锑前驱物包括锑化氢的氘化类似物时，离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作，任选地，其中锑前驱物从锑前驱物维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到离子源以用于所述供应。
可实施前述工艺，其中锑前驱物包括锑化氢，且使被吸附状态的锑前驱物低温冷却到将分解降到最低或消除的温度。如此类上下文中所使用，将分解降到最低的温度是前驱物在处于此类被吸附状态长达3个月的存储时段期间发生不到1％的分解的温度。
在此类工艺中，锑前驱物可在任何适合吸附剂材料上处于被吸附状态，所述吸附剂材料对前驱物具有吸附亲和力。可能用于特定应用中的适合吸附剂材料包含(不具有限制)氧化硅、分子筛、大网状聚合物、碳、氧化铝，及类似物。碳是优选吸附剂材料，所述材料出于此目的具有适合的可逆吸附装载能力。具有适合特性的碳材料可制备有适当的多孔特性及表面面积，且可安置在流体存储及分配封装中，以作为锑前驱物的存储媒体。接着，锑前驱物可在分配条件下通过适当的脱附形态从吸附剂上脱附，以便流动到离子植入系统的离子源腔室，所述形态包含压力介导脱附、温度介导脱附、通过使含吸附物的吸附剂暴露于载气以便进行质量传递梯度介导脱附的脱附，或此类脱附形态中的两者或多于两者的组合。
可使用锑化氢的氘化类似物(例如SbD3)来实施前述工艺。在此类利用中，如果离子植入系统的提取电压高于发生中子生成的核反应的提取电压，那么离子植入系统可进行操作以终止氘化锑化氢前驱物流动。
氘在锑前驱物中的存在带来问题：当前驱物中的氘原子与植入器中的其它氘原子碰撞时可能导致不良核反应。这些核反应会得到中子，所述中子难以检测到，但在低于特定提取电压的情况下，此类核反应不会以任何显著程度发生。
因此，本发明预期利用氘化锑化氢前驱物以用于锑植入的离子植入系统，其中所述系统经配置以预防产生有害中子的不良核反应。此类预防性特征包含使用氘化锑化氢气体供应封装，所述封装配备有气动或螺线管类型的控制阀，或其它适合类型的阀，所述阀经布置以在离子植入工具的操作电压高于预定提取电压的情况下自动闭合。此自动闭合可经由软或硬接线互锁实行，或以其它适合方式实行。
此外，氘化锑化氢前驱物供应封装可使用特定连接结构而构造，使得供应封装可能只能连接到适当的气体输送管线，以用于将氘化锑化氢前驱物运输到离子植入器的离子源腔室。
另外，氘化锑化氢前驱物封装可经制造为包含RFID标签，使得在安装氘化锑化氢前驱物供应封装时便于离子植入器工具辨识。替代地，可采用物理接触的用途，当安装所述封装时所述物理接触将闭合。
作为另一预防性安全措施，离子植入系统可经配置使得在安装氘化锑化氢前驱物供应封装时，离子植入系统在高于预定提取电压的情况下不运行处理，或替代地，离子植入系统经配置以仅在低于预定提取电压的情况下进行操作，而无论使用何种前驱物。
氘化锑化氢前驱物除了被吸附以用于供应到离子植入工具之外，也可以上文参考锑化氢前驱物自身描述的相同方式经冷却以将分解降到最低或消除。
因此，在采用氘化锑化氢前驱物且在离子植入系统的提取电压高于发生中子生成的核反应的提取电压的情况下终止前驱物到离子源的流动的前述工艺中，可通过气体输送管线中的流量控制阀的闭合实现终止流动，氘化锑化氢前驱物在所述气体输送管线中流动到离子源。替代地，可如上文所论述那样进行所述工艺，使得从源供应氘化锑化氢前驱物，所述源经配置使得其仅连接到气体输送管线，所述管线使离子植入系统能够在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。
可进行所述工艺，其中从源供应氘化锑化氢前驱物，所述源经配置有与可操作地布置有离子植入系统的RFID标签读取器通信的RFID标签，使得约束离子植入系统以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。RFID标签与RFID标签读取器之间的通信链路可利用手持式RFID标签读取器，例如智能手机或其它个人数字装置，所述装置包含实行此类链路的应用程序，或RFID标签读取器可集成为处理系统中的固定装置，以用于在前驱物封装安装在离子植入系统中时读取前驱物容器上的RFID标签。
可进行所述工艺，其中从源供应氘化锑化氢前驱物，在安装所述源以用于向离子植入器工具供应前驱物的情况下，所述源经配置以约束离子植入系统在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。
如所提及，可在离子植入系统中进行所述植入工艺，所述离子植入系统在高于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下无法操作。
可从源供应氘化锑化氢前驱物，在所述源中，锑前驱物在气体存储及分配容器中的例如碳吸附剂上维持于被吸附状态，所述容器在其内部体积中包含所述吸附剂，其中氘化锑化氢前驱物被脱附且流动到离子源以供应到离子植入器工具。
被吸附状态的氘化锑化氢前驱物可由例如液态氮冷冻回路进行低温冷却，所述液态氮冷冻回路以可操作方式与氘化锑化氢前驱物存储及分配封装耦合，使得吸附剂根据对其分解的抑制而维持于适当的低温下。
更一般来说，在上文概括描述的本发明的锑前驱物离子植入工艺中，锑前驱物可与有效地改进离子源腔室的源寿命的共流气体共流到离子源。共流气体可为用于此类目的的任何适合类型，且在特定实施例中可包含含氟共流气体。此类共流布置中的锑前驱物可在前驱物组成物中包括锑化氢及/或氘化锑化氢。
因此，本发明预期一种锑离子植入系统，其包括离子源及锑前驱物封装，锑前驱物封装经布置以将锑前驱物供应到离子源，其中所述封装中的锑前驱物包括SbH3及其氚化类似物中的至少一者，且其中：(i)当锑前驱物包括SbH3时，封装含有被吸附状态的锑前驱物，且系统包括冷冻源，其经配置以将封装中的锑前驱物维持于将分解降到最低或消除的温度，其中封装经配置以用于锑前驱物的脱附及锑前驱物从封装的排出以供应到离子源；且(ii)当锑前驱物包括氘化锑化氢类似物时，离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。
植入系统中的锑前驱物因此可包括SbH3及/或例如SbD3的氘化锑化氢类似物，任选地，其中封装含有被吸附状态的锑前驱物，且进一步任选地，，其中系统包括冷冻源，其经配置以将封装中的锑前驱物维持于将分解降到最低或消除的温度，其中封装经配置以用于锑前驱物的脱附及锑前驱物从封装的排出以供应到离子源。
作为另一变化，本发明所预期的锑前驱物可包括在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物。此类同位素富集锑化氢或氘化锑化氢前驱物可有效地用以改进离子植入系统的射束电流、离子源寿命，及其它操作方面。
在本发明的广泛实践中，锑前驱物气体可包括锑化氢自身、一或多个氘化锑化氢类似物，或锑化氢与氘化锑化氢的混合物。
再次参考附图，图4中所展示的处理系统可被部署为锑离子植入处理系统，所述锑离子植入处理系统包含存储及分配容器，所述存储及分配容器含有锑化氢或氘化锑化氢前驱物，所述前驱物被供应以用于在所说明的离子植入腔室中对衬底进行离子植入锑掺杂。
在此类适应中，离子植入处理系统300包括容纳锑化氢及/或氘化锑化氢前驱物的存储及分配容器302，所述前驱物被供应到离子源腔室316以生成锑掺杂剂物种以用于在所说明的离子植入腔室301中对衬底328进行离子植入锑掺杂。
如先前所描述，存储及分配容器302包括容器壁306，容器壁306围封容纳前驱物气体的内部体积。
所述容器可为常规类型的气缸，其中所述气缸的内部体积含有吸附剂材料，所述吸附剂材料对锑前驱物气体具有吸附亲和性，且锑前驱物气体可在分配条件下从所述吸附剂材料脱附以便从容器中排出。
存储及分配容器302包含以气体流动连通方式与排出管线312耦合的阀头308。压力传感器310与质量流量控制器314一起安置在管线312内。其它监测及感测组件可与管线耦合并与控制构件介接，例如致动器、反馈及计算机控制系统、循环定时器，等等，如前文所描述。
在此类实施方案中，离子植入腔室301含有离子源腔室316，离子源腔室316接收从管线312分配的锑化氢及/或氘化锑化氢前驱物气体，所述前驱物在管线312中经离子化以生成锑掺杂剂物种，所述锑掺杂剂物种在腔室中的离子化条件下产生离子束305。离子束305穿过质量分析器单元322，质量分析器单元322选择所需离子并舍弃未选择的离子。
所选择的离子穿过加速电极阵列324，且接着穿过偏转电极326。由此所致的聚焦离子束冲击在安置于可旋转固持器330上的衬底元件328上以形成锑掺杂衬底作为离子植入产物，可旋转固持器330又安装在主轴332上。
如在先前对图4的系统所描述的采用中，离子植入腔室301的相应区段分别借助于泵320、342及346通过管线318、340及344排气。
根据本发明的另一实施例，图6中示意性地展示的离子植入系统500因为包括离子源腔室544以及过程监测及控制系统而可用于另一操作用途，此系统可适应于衬底的锑掺杂。
在此类适应中，离子植入系统500包括气箱510，气体供应气缸安置在气箱510中，所述气体供应气缸包含：耦合到其中具有流量控制阀524的分配管线518的锑化氢及/或氘化锑化氢前驱物气缸512、耦合到其中具有流量控制阀526的分配管线520的共流气缸514，及耦合到其中具有流量控制阀528的分配管线522的稀释剂或清洗流体气缸516。气缸512中的锑化氢及/或氘化锑化氢可在此类容器中在碳或其它吸附剂上维持于被吸附状态，且容器可通过适合的冷冻设备(图6中未展示)冷却到适合温度以用于抑制前驱物气体在所述容器中的分解。
如先前所描述，阀524、526及528分别通过信号传输线530、536及534连接到中央处理单元(CPU)，借此CPU可在特定程度上进行操作以响应于循环时间程序或CPU的其它信号生成能力而敞开或闭合相应阀，所述其它信号生成能力向由CPU监测的处理条件及/或组件提供阀调制响应。
耦合到相应气缸的分配管线518、520及522终止于混合腔室532，使得相应前驱物气体、共流气体及稀释剂或清洗流体中的多者可选择性地按照需求与彼此混合，或来自容器的相应流体可连续流动到混合腔室且随后流动到离子源腔室。在特定实施例中，前驱物气缸512可经布置以将前驱物分配到腔室532，同时使共流气体从共流气缸514流动到此类腔室532，从腔室532流动到其中含有压力换能器540及质量流量控制器(MFC)542的馈送管线，且然后到达离子源腔室544，随后在离子植入操作已经结束之后，清洗流体从气缸516流动到离子源腔室以用于清洗所述腔室。
离子源腔室544经布置以用于离子化操作，以在所述腔室中使锑掺杂剂源离子化。进行离子化操作以产生离子束，所述离子束被传输到离子植入器腔室546。离子植入器腔室546可含有半导体或安装在所述腔室中的其它微电子装置衬底，以用于在衬底中对所选择的离子化掺杂剂物种进行植入。替代地，衬底可包括用于制造平板显示器或太阳能面板的衬底。
在图6的此说明性系统中，到离子源的馈送管线中的压力换能器540由信号传输线538以信号传输关系而与CPU接合。质量流量控制器也由信号传输线以信号传输关系而与CPU接合。通过压力换能器的此布置，生成与馈送管线中的压力相关的信号，且所述信号在线538中被传输到CPU以用于监测目的。
在锑前驱物流动到离子源期间，馈送管线中的压力由压力换能器540感测且在信号传输线538中传输到CPU。
接着，CPU可响应性地调制共流气体到离子源腔室的流动。CPU还可通过根据在信号传输线536中发送到流量控制阀526的控制信号而敞开所述阀来控制清洗流体从气缸514进入馈送管线的流动。替代地，可减少到离子源的电弧功率。作为又一替代方案，可通过以下操作来减少前驱物气体的滞留时间：增加前驱物气体的流速；通过在信号传输线530中传输到阀524的控制信号而敞开所述阀；及/或添加共流气体及/或稀释剂流体，使得体积流速的总体增加致使锑前驱物气体在流动回路系统及离子源腔室中的滞留时间减少。以此方式，可以可控制方式调制锑前驱物气体与共流气体的流速，以提供适当的离子植入系统操作。
虽然本文中已参考特定方面、特征及说明性实施例而陈述本发明，但应了解，本发明的实用性并非仅限于此，而是延伸到且涵盖众多其它变化、修改及替代实施例，如本发明的领域中的技术人员基于本文中的描述将了解。对应地，如权利要求书中所主张，本发明希望在其精神及范围内被广泛解释及解译为包含所有此类变化、修改及替代实施例。
Claims (128)
1.一种用于离子植入的离子源设备，其包括：
离子源腔室；及
在所述离子源腔室中或与所述离子源腔室相关联的可消耗结构，所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到所述离子源腔室。
2.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述可消耗结构包括安置于所述离子源腔室中的结构部件。
3.根据权利要求2所述的离子源设备，其中所述结构部件包括在所述离子源腔室中的衬层。
4.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述可消耗结构包括耦合到所述离子源腔室的气体输送管。
5.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述固体掺杂剂源材料包括从由以下各者组成的群组中选出的掺杂剂组分：锑、铟及镓。
6.根据权利要求1所述的离子源设备，其进一步包括与所述离子源腔室成气体输送关系而耦合的反应性气体源。
7.根据权利要求6所述的离子源设备，其中所述反应性气体源包括从由以下各者组成的群组中选出的气体：氟化氢、NF3、氧气、氢气，及前述各者中的两者或多于两者的混合物。
8.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述固体掺杂剂源材料包括锑掺杂剂前驱物。
9.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述固体掺杂剂源材料包括镓掺杂剂前驱物。
10.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述固体掺杂剂源材料包括铟掺杂剂前驱物。
11.一种进行离子植入的方法，其包括：
在离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种以用于所述离子植入，其中所述离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到所述离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使所述可消耗结构与所述反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述可消耗结构包括安置于所述离子源腔室中的结构部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述结构部件包括在所述离子源腔室中的衬层。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述可消耗结构包括耦合到所述离子源腔室的气体输送管。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括从由以下各者组成的群组中选出的掺杂剂组分：锑、铟及镓。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述反应性气体包括从由以下各者组成的群组中选出的气体：氟化氢、NF3、氧气、氢气，及前述各者中的两者或多于两者的混合物。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括锑掺杂剂前驱物。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括镓掺杂剂前驱物。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括铟掺杂剂前驱物。
20.一种相对于离子植入系统的射束电流、离子源寿命及故障率特性中的至少一者而改进所述离子植入系统的性能的方法，所述方法包括：
在所述离子植入系统的离子源腔室中生成离子化掺杂剂物种，其中所述离子源腔室具有与其相关联的可消耗结构，且其中所述可消耗结构包括固体掺杂剂源材料，其易于与反应性气体发生反应以将气态形式的掺杂剂释放到所述离子源腔室以在其中进行离子化以形成所述离子化掺杂剂物种，所述方法包括使所述可消耗结构与所述反应物气体接触以用于离子化掺杂剂物种的所述生成。
21.根据权利要求1所述的离子源设备，其中所述固体掺杂剂源材料包括同位素富集掺杂剂源材料。
22.根据权利要求11所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括同位素富集掺杂剂源材料。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述固体掺杂剂源材料包括同位素富集掺杂剂源材料。
24.一种在利用锑、铟或镓前驱物的处理系统中原位生成所述前驱物的方法，所述方法包括在所述处理系统中为所述前驱物提供锑、铟或镓反应物，及使所述前驱物的气态共反应物流动以与所述锑、铟或镓反应物接触以在所述处理系统中原位形成所述前驱物。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述处理系统包括半导体处理系统。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述处理系统包括离子植入系统。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述前驱物包括锑前驱物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述锑反应物是Sb或Sb2O3。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述气态共反应物包括含氟气态化合物。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述含氟气态化合物包括从由以下各者组成的群组中选出的气态化合物：XeF2、F2、NF3及N2F4。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述气态共反应物包括含氯气态化合物。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述含氯气态化合物包括Cl2。
33.根据权利要求24所述的方法，其中所述前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的化合物：SbF3、SbCl3、GaCl3及InCl3。
34.根据权利要求24所述的方法，其包括控制所述气态共反应物的流速以实现所述前驱物在所述处理系统中的受控流速。
35.根据权利要求24所述的方法，其中所述锑、铟或镓反应物含于所述处理系统中的反应器中。
36.根据权利要求35所述的方法，其中加热所述反应器。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述处理系统包括离子植入系统，且控制反应器温度及气态共反应物流速以实现预定离子植入射束电流。
38.根据权利要求24所述的方法，其中通过控制过程控制所述前驱物的原位形成，所述控制过程包含以下各者中的至少一者：(i)通过使所述气态共反应物与所述锑、铟或镓反应物接触而形成的所述前驱物的量的测量；(ii)所述气态共反应物与所述锑、铟或镓反应物的所述接触的反应产物的识别及定量；(iii)所述接触之后未反应气态共反应物的量的检测；及(iv)射束电流的检测，其中所述处理系统包括离子植入系统。
39.根据权利要求35所述的方法，其中所述反应器包括多个反应器床，其经布置以在达到所述锑、铟或镓反应物的耗尽的端点条件时将共反应物气体流从所述多个反应器床中的一者切换到含有所述锑、铟或镓反应物的所述多个反应物床中的另一者。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述切换端点条件由以下各者中的至少一者确定：
实现总计气态共反应物流的预定检测；
检测到下降射束电流；及
分析从所述多个反应器床中的运转中反应器床离开的气体。
41.根据权利要求24所述的方法，其中所述锑、铟或镓反应物在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
42.根据权利要求24所述的方法，其中共流气体流动到或穿过所述处理系统。
43.根据权利要求24所述的方法，其中所述处理系统包括离子植入系统，且其中所述锑、铟或镓反应物并入于所述离子植入系统的电弧腔室中。
44.一种改进离子植入系统中的离子源寿命的方法，所述离子植入系统接收锑、铟及镓前驱物气体中的至少一者以用于对应离子化掺杂剂物种的生成，所述方法包括使有效地改进所述离子植入系统的离子源寿命的共流气体共流到所述离子植入系统的离子源腔室，其中当所述前驱物气体是非卤化气体时，所述共流气体包括含卤素共流气体，且其中当所述前驱物气体包括含卤素前驱物时，所述共流气体是非卤化气体，任选地，其中所述前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述含卤素共流气体包括含氟气体。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述含氟气体包括共物种含氟气体。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述共物种含氟气体包括氟化锑、氟化铟或氟化镓。
48.根据权利要求44所述的方法，其中所述前驱物气体包括锑前驱物。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述锑前驱物包括Sb2O3。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述共流气体包括锑共流气体。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述锑共流气体包括SbF3。
52.根据权利要求50所述的方法，其中所述锑共流气体包括SbH3。
53.根据权利要求44所述的方法，其中所述前驱物气体包括铟前驱物。
54.根据权利要求44所述的方法，其中所述前驱物气体包括镓前驱物。
55.根据权利要求44所述的方法，其中所述共流气体包括NF3。
56.根据权利要求44所述的方法，其中所述前驱物气体包括XeF2。
57.根据权利要求44所述的方法，其中所述前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述前驱物气体在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
59.根据权利要求57所述的方法，其中所述共流气体包括共物种气体，且在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
60.根据权利要求57所述的方法，其中所述前驱物气体及包括共物种气体的共流气体中的两者都在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
61.一种用于离子植入的气体供应套件，其包括：
第一气体供应封装，其含有锑、铟及镓前驱物中的至少一者，其中所述第一气体供应封装经配置以分配气态形式的所述前驱物；
第二气体供应封装，其含有共流气体，所述共流气体在与所述气态前驱物共流到离子植入器的离子源时有效地改进离子源寿命，其中当所述前驱物是非卤化前驱物时，所述共流气体包括含卤素共流气体，且其中当所述前驱物气体包括含卤素前驱物时，所述共流气体是非卤化气体，任选地，其中所述前驱物气体及在包括共物种气体时的共流气体中的至少一者在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
62.根据权利要求61所述的气体供应套件，其中所述第一气体供应封装中的所述前驱物包括Sb2O3，且所述第二气体供应封装中的所述共流气体包括SbF3、NF3及XeF2中的至少一者。
63.一种增强离子植入设施中的离子源寿命的方法，其包括供应根据权利要求61所述的气体供应套件以用于所述离子植入设施中。
64.一种镓离子植入工艺，其包括使镓前驱物离子化以形成镓植入物种，及将所述镓植入物种植入于衬底中，其中所述镓前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：
(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；
(ii)氢化镓，其是从由包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；
(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；
(iv)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及
(v)(i)到(iv)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
65.根据权利要求64所述的工艺，其中所述镓前驱物包括从(i)卤化镓中选出的一或多种前驱物材料，所述卤化镓是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出。
66.根据权利要求64所述的工艺，其中所述镓前驱物包括从包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓中选出的一或多种前驱物材料。
67.根据权利要求66所述的工艺，其中所述镓前驱物被进行以下操作中的至少一者：在对其进行所述离子化之前被冷冻，及在对其进行所述离子化之前被吸附。
68.根据权利要求67所述的工艺，其中所述镓前驱物在对其进行所述离子化之前被冷冻，或在对其进行所述离子化之前被吸附，且被脱附以流动以用于所述离子化。
69.根据权利要求64所述的工艺，其中所述镓前驱物包括从(iii)式L:GaR3的镓加合物中选出的一或多种前驱物材料，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基。
70.根据权利要求69所述的工艺，其中所述加合基团L包括路易斯碱。
71.根据权利要求69所述的工艺，其中所述镓前驱物包括(CH3)N:GaH3。
72.根据权利要求64所述的工艺，其中所述镓前驱物包括从(iv)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷中选出的一或多种前驱物材料，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基。
73.根据权利要求72所述的工艺，其中所述镓前驱物包括GaCl2CH3。
74.根据权利要求72所述的工艺，其中所述镓前驱物在所述离子化之前通过存储在氮、氢或其它惰性气体下而得以稳定。
75.根据权利要求64所述的工艺，其中所述镓前驱物包括从(v)(i)到(iv)的同位素富集类似物中选出的一或多种前驱物材料，所述同位素富集类似物包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
76.根据权利要求75所述的工艺，其中所述镓前驱物在69Ga中同位素富集为高于天然丰度。
77.根据权利要求75所述的工艺，其中所述镓前驱物在71Ga中同位素富集为高于天然丰度。
78.一种用于镓离子植入的离子源设备，其包括：
离子源腔室；及
镓前驱物源，其经配置以用于将所述镓前驱物输送到所述离子源腔室，其中所述镓前驱物源包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：
(i)卤化镓，其是从由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3组成的群组中选出；
(ii)氢化镓，其是从由包括式-(GaH3)-的重复单元的聚合氢化镓组成的群组中选出；
(iii)式L:GaR3的镓加合物，其中L是加合基团，且R是H或C1-C12烷基；
(iv)式GaClyR3-y的氯烷基镓烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及
(v)(i)到(iv)的同位素富集类似物，其包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
79.根据权利要求78所述的离子源设备，其中所述镓前驱物源包括从由(i)到(iv)组成的群组中选出的一或多种前驱物材料。
80.根据权利要求78所述的离子源设备，其中所述镓前驱物源包括从由(v)氯烷基镓烷组成的群组中选出的一或多种前驱物材料。
81.根据权利要求78所述的离子源设备，其中所述镓前驱物源包括从由(i)到(v)的同位素富集类似物组成的群组中选出的一或多种前驱物材料，所述同位素富集类似物包括在69Ga或71Ga中同位素富集为高于天然丰度的镓。
82.一种离子植入工艺，其包括使前驱物离子化以形成植入物种，及将所述植入物种植入于衬底中，其中所述前驱物包括从由以下各者组成的群组中选出的一或多种前驱物材料：
在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；
在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及
在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
83.根据权利要求82所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料是从由在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物组成的群组中选出。
84.根据权利要求83所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料包括在121Sb中同位素富集为高于57.4％的锑前驱物。
85.根据权利要求84所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的锑总量中的121Sb量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。
86.根据权利要求84所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的锑总量中的121Sb量在从60到100％的范围内。
87.根据权利要求83所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料包括在132Sb中同位素富集为高于46.6％的锑前驱物。
88.根据权利要求87所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的锑总量中的132Sb量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。
89.根据权利要求87所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的锑总量中的132Sb量在从50％到100％的范围内。
90.根据权利要求82所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料是从由在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物组成的群组中选出。
91.根据权利要求90所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料包括在113In中同位素富集为高于4.3％的铟前驱物。
92.根据权利要求91所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的铟总量中的113In量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。
93.根据权利要求91所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的铟总量中的113In量在从5％到100％的范围内。
94.根据权利要求90所述的离子植入工艺，其中所述前驱物包括在115In中同位素富集为高于95.7％的铟前驱物。
95.根据权利要求94所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的铟总量中的115In量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.5％、99.8％、99.9％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从98％、98.5％、99％、99.5％、99.8％、99.9％、99.95％及100％当中选出。
96.根据权利要求94所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的铟总量中的115In量在从96％到100％的范围内。
97.根据权利要求92所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料是从由在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物组成的群组中选出。
98.根据权利要求97所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料包括在69Ga中同位素富集为高于60％的镓前驱物。
99.根据权利要求98所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的镓总量中的69Ga量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。
100.根据权利要求98所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的镓总量中的69Ga量在从65％到100％的范围内。
101.根据权利要求97所述的离子植入工艺，其中所述前驱物材料包括在71Ga中同位素富集为高于40％的镓前驱物。
102.根据权利要求101所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的镓总量中的71Ga量在具有下限及上限的范围内，所述下限是从45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％及95％当中选出，且所述上限大于所述下限且是从75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、99.5％、99.8％、99.9％及100％当中选出。
103.根据权利要求101所述的离子植入工艺，其中所述前驱物中的镓总量中的71Ga量在从45％到100％的范围内。
104.一种增强用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统的操作的方法，所述方法包括供应从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料以用于所述系统中：
在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；
在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及
在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
105.一种用于锑、铟或镓中的至少一者的植入的离子植入系统，所述系统包括离子源腔室及对应前驱物材料源，所述对应前驱物材料源经配置以提供所述对应前驱物材料以在所述离子源腔室中进行离子化以生成对应植入物种，其中所述对应前驱物材料源包括从由以下各者组成的群组中选出的对应前驱物材料：
在121Sb及132Sb中的一者中同位素富集为高于天然丰度的锑前驱物；
在113In及115In中的一者中同位素富集为高于天然丰度的铟前驱物；及
在69Ga及71Ga中的一者中同位素富集为高于天然丰度的镓前驱物。
106.一种锑离子植入工艺，其包括将锑前驱物供应到离子植入系统的离子源，以生成用于植入的锑离子，其中所述锑前驱物包括(i)SbH3及(ii)其一或多种氘化类似物中的至少一者，且其中：
当所述锑前驱物包括SbH3时，所述锑前驱物从所述锑前驱物在将分解降到最低或消除的温度下维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到所述离子源以用于所述供应；且
当所述锑前驱物包括一或多种氘化类似物时，所述离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作，任选地，其中所述锑前驱物从所述锑前驱物维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到所述离子源以用于所述供应。
107.根据权利要求106所述的工艺，其中所述锑前驱物包括SbH3。
108.根据权利要求107所述的工艺，其中使被吸附状态的所述锑前驱物低温冷却。
109.根据权利要求107所述的工艺，其中碳吸附剂上的所述锑前驱物处于所述被吸附状态。
110.根据权利要求106所述的工艺，其中所述锑前驱物包括SbH3的一或多种氘化类似物。
111.根据权利要求110所述的工艺，其中如果所述离子植入系统的所述提取电压高于发生中子生成的核反应的所述提取电压，那么终止所述锑前驱物到所述离子源的流动。
112.根据权利要求111所述的工艺，其中所述流动是通过气体输送管线中的流动控制阀的闭合而终止，在所述气体输送管线中所述锑前驱物流动到所述离子源。
113.根据权利要求110所述的工艺，其中所述锑前驱物从源供应，所述源经配置使得其可仅连接到气体输送管线，所述气体输送管线使所述离子植入系统能够在低于发生中子生成的核反应的所述提取电压电平的情况下进行操作。
114.根据权利要求110所述的工艺，其中所述锑前驱物从源供应，所述源经配置有与可操作地布置有所述离子植入系统的RFID标签读取器通信的RFIG标签，使得约束所述离子植入系统以在低于发生中子生成的核反应的所述提取电压电平的情况下进行操作。
115.根据权利要求110所述的工艺，其中所述锑前驱物从源供应，所述源经配置以在安装所述源以用于所述供应时约束所述离子植入系统以在低于发生中子生成的核反应的所述提取电压电平的情况下进行操作。
116.根据权利要求110所述的工艺，其中所述离子植入系统在高于发生中子生成的核反应的所述提取电压电平的情况下无法操作。
117.根据权利要求110所述的工艺，其中所述锑前驱物从所述锑前驱物维持于被吸附状态的源供应，且被脱附并流动到所述离子源以用于所述供应。
118.根据权利要求117所述的工艺，其中碳吸附剂上的所述锑前驱物维持于被吸附状态。
119.根据权利要求118所述的工艺，其中使被吸附状态的所述锑前驱物低温冷却。
120.根据权利要求106所述的工艺，其中所述锑前驱物与有效地改进源寿命的共流气体共流到所述离子源。
121.根据权利要求120所述的工艺，其中所述共流气体包括含氟共流气体。
122.根据权利要求121所述的工艺，其中所述锑前驱物包括SbD3。
123.根据权利要求106所述的工艺，其包括等离子浸没离子植入。
124.根据权利要求106所述的工艺，其包括束线离子植入。
125.一种锑离子植入系统，其包括离子源及锑前驱物封装，所述锑前驱物封装经布置以将所述锑前驱物供应到所述离子源，其中所述封装中的所述锑前驱物包括(i)SbH3及(ii)其一或多种氘化类似物中的至少一者，且其中：
当所述锑前驱物包括SbH3时，所述封装含有被吸附状态的所述锑前驱物，且所述系统包括冷冻源，其经配置以将所述封装中的所述锑前驱物维持于将分解降到最低或消除的温度下，其中所述封装经配置以用于所述锑前驱物的脱附及所述锑前驱物从所述封装的排出以供应到所述离子源；且
当所述锑前驱物包括SbH3的一或多种氘化类似物时，所述离子植入系统经配置以在低于发生中子生成的核反应的提取电压电平的情况下进行操作。
126.根据权利要求125所述的锑离子植入系统，其中所述锑前驱物包括SbH3。
127.根据权利要求125所述的锑离子植入系统，其中所述锑前驱物包括SbH3的一或多种氘化类似物，任选地，其中所述封装含有被吸附状态的所述锑前驱物，且进一步任选地，其中所述系统包括冷冻源，其经配置以将所述封装中的所述锑前驱物维持于将分解降到最低或消除的温度下，其中所述封装经配置以用于所述锑前驱物的脱附及所述锑前驱物从所述封装的排出以供应到所述离子源。
128.根据权利要求106所述的工艺，其中所述锑前驱物在其至少一种同位素中同位素富集为高于天然丰度。
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