CN108796446A - 用于富硒离子注入的供应源和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于离子注入包含同位素富集硒的源材料的新颖方法。选择所述源材料并富集硒的特定质量同位素，藉此所述富集高于天然丰度水平。本发明的方法允许降低气体消耗以及减少废物。优选从低于大气压的储存和递送设备储存并递送所述源材料，以增加在所述硒离子注入工艺期间的安全性和可靠性。

Description

用于富硒离子注入的供应源和方法

本申请是申请日为2014年5月1日的申请号为201480024538.4的题为“用于富硒离子注入的供应源和方法”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于在硒离子注入期间改善离子源性能的方法和系统。

发明背景

离子注入是半导体/微电子制造中的重要工艺。离子注入工艺应用于集成电路制造中，以将掺杂剂杂质引入到半导体晶片。总的说来，对于半导体应用，离子注入涉及将来自掺杂剂种类的离子（通常又称为掺杂剂杂质）引入半导体基底材料，以改变所述基底材料的物理、化学和/或电特性。将期望的掺杂剂杂质引入到半导体晶片，以在期望的深度形成掺杂的区域。选择所述掺杂剂杂质，与所述半导体晶片材料键结合，以产生电载体，从而改变所述半导体晶片材料的电导率。引入的掺杂剂杂质的浓度决定了所述掺杂的区域的电导率。有必要产生多种杂质区域以形成晶体管结构、隔离结构和其它电子结构，其共同起半导体器件的作用。

离子源用于产生来自掺杂剂种类的离子种类的边缘清晰的离子束。所述离子源是所述离子注入系统的关键部分，其用于使有待在所述注入工艺期间被注入的掺杂剂种类离子化。所述掺杂剂离子通常来源于掺杂剂种类来源。所述离子源产生针对来源于掺杂剂气体源的多种离子种类的边缘清晰的离子束。所述离子源可以是由钨（W）或钨合金制成的灯丝或阴极。施加电流至所述灯丝，以在离子注入机内使所述掺杂剂种类源离子化。所述掺杂剂种类源分离成相应的离子种类，其随后被注入给定的基底。

目前半导体器件技术利用多种掺杂剂种类。在特定应用中，使硒（Se）离子注入半导体晶片的特定部分或区域已作为广泛应用的掺杂剂引入方法出现，以增强器件功能。例如，已报导将硒注入到硅化物（silicide）接触上，以降低nMOS器件中的接触电阻并改善其性能。

目前，工业上采用Se金属或SeO2形式的含Se固体源用于离子注入。然而，对于采用含Se固体源有效注入Se离子，目前存在有多种工艺挑战。尤其是，所述固体源需要汽化器组件以及充分加热所述固体，以产生具有充足蒸气压的含Se蒸气以允许将所述蒸气输送至输送离子源组件。然而，所述固体源显示差的流控制，这阻碍稳定操作。此外，在使用者能开始Se注入过程之前，将所述汽化器组件加热至期望的温度，需要充足的启动时间。同样地，在完成Se注入过程后，必须允许并考虑停机时间，用于产生充分冷却。在采用固体源时延长的时间要求可导致显著的生产力损失。

考虑到与固体前体相关的所述问题，已利用含Se气体源。H2Se是用于Se注入的公知的气体源。然而，本申请人观察到利用H2Se在离子注入设备内产生含Se沉积物，这可导致短的离子源寿命。因此，需要在非常频繁的时间间隔进行离子源维护，这导致离子注入机停机时间以及减少的生产时间。

已使用SeO2作为替代。然而，氧的存在可导致氧中毒，这可导致在硒离子注入期间受限的或缩短的源寿命。

而且，Se前体掺杂剂材料对人类有毒性，因此必须小心实施Se前体材料的操作，防止通过接触或吸入而暴露。用于供应有待在离子源中离子化的Se种类的许多前体Se掺杂剂材料具有毒性。必须小心进行所述材料的操作，以防止暴露，并且使待处理的此类材料的量最小化是有用的。

考虑到其缺点，目前没有可行的掺杂剂源来实施Se离子注入。因此，存在未满足的需要以延长离子源维护周期之间的时间以及限制所需的Se掺杂剂材料的量，以允许在Se离子注入期间以安全可靠方式进行离子注入。

发明内容

本发明可包括任意以下方面的各种组合，还可包括在以下书面描述中或在附图中描述的任意其它方面。

在第一方面，提供用于注入硒的方法，包括：选择基于富集硒的掺杂剂前体材料，所述材料具有多种硒质量同位素；从所述多种硒质量同位素选择特定的硒质量同位素，所述特定硒质量同位素比天然丰度水平高的富集水平包含在所述前体材料中；提供所述基于富集硒的掺杂剂前体材料在储存及递送容器中，所述容器与所述选择的基于富集硒的掺杂剂前体兼容；从所述储存及递送容器取出气相的所述基于富集硒的掺杂剂前体材料；使所述材料以预定流量流至离子源；使所述基于富集硒的掺杂剂前体材料离子化，以产生所述特定硒质量同位素的离子；从所述离子源抽取所述离子化的特定硒质量同位素；以及将所述离子化的特定硒质量同位素注入基底；其中所述特定硒质量同位素被富集至比在相应的天然丰度硒掺杂剂前体材料中的所述特定硒质量同位素的浓度大的浓度，从而允许所述基于富集硒的掺杂剂前体材料的预定流率小于基于天然丰度硒的掺杂剂前体材料的相应流率。

在第二方面，提供基于硒的掺杂剂气体组合物的供应源，所述供应源包括含有气态硒掺杂剂的富含其天然存在质量同位素之一的气体源材料以及低于大气压的递送和储存设备，所述低于大气压的递送和储存设备用于在加压状态下将所述包含富硒掺杂剂的气体源材料保持在所述设备的内部容积内，所述递送设备与排放流通路流体连通，其中，响应于沿着所述排放流通路获得的低于大气压的条件，开动所述递送设备，以允许所述包含富硒掺杂剂的气体源材料从所述设备的内部容积的受控流出。

在第三方面，提供用于离子注入工艺的含硒掺杂剂组合物，其包括含硒掺杂剂气体源材料，其富集其天然存在质量同位素之一至一定浓度，所述浓度大于在相应的天然丰度硒掺杂剂前体材料中所述特定硒质量同位素的浓度，其中所述含硒材料以气相储存和递送，从而其特征是无需来自汽化器的储存和递送。

有利地，可利用市售的系统组件构造本发明的所述系统，因而实现并简化所述系统的整体组装以及其使用方法。使用标准技术或装置可实施所述离子注入工艺的方面。

附图简述

通过以下与所述附图有关的本发明的优选实施方式的详细描述，将更好理解本发明的目的和优点，其中在全文中相似编号表示相同特征，以及其中：

图1显示结合本发明的原理的离子注入机；

图2显示在注入系统内图1的所述离子注入机；

图3a和3b显示在使用天然存在的H2Se作为Se离子注入的所述掺杂剂气体源时积累在所述离子源室的多种组件上的沉积物的性状；

图4是在使用天然存在的H2Se和富集的SeF6预先注入Se时，Si离子注入的效果的图形比较；以及

图5a和5b显示在使用富集的SeF6作为Se离子注入的所述掺杂剂气体源时积累在所述离子源室的多种组件上的沉积物的性状。

具体实施方案

通过以下详细的说明，更好地理解本发明的各种要素的关系和功能。所述详细的说明考虑在本公开内容范围内的所述特征、方面和实施方式的各种排列和组合。因此，本发明公开内容可被指定为包括以下、由以下组成或基本上由以下组成：这些特定的特征、方面和实施方式或其中选定的一个或多个的任意组合和排列。

如本文中所使用的，除非另有指明，所有浓度表示为体积百分比（“vol%”）。

本发明认识到，通过将必须引入到用于注入的离子源的Se前体材料的量最小化，可提高所述离子源工具生产力。本发明包含高于其天然丰度水平的所述六种质量水平的Se中任一种的同位素富集（如下表1中所示），其高达并包括99.99%丰度的特定质量同位素。

表1

硒质量	天然丰度 (%)
		74	0.87
76	9.02
		77	7.58
78	23.52
		80	49.82
82	9.19

如此处以及说明书全文中所使用的，术语“同位素富集的”和“富集的”掺杂剂种类可互换使用来意指包含与天然存在同位素分布不同的质量同位素分布的所述掺杂剂种类，藉此所述质量同位素之一具有比以天然存在水平存在的更高的富集水平。作为示例，60% ⁸⁰Se是指包含60%富集水平的质量同位素⁸⁰Se的同位素富集或富集的掺杂剂种类，而天然存在的⁸⁰Se包含49.82%天然丰度水平的质量同位素⁸⁰Se。

所述富集的硒离子可衍生自多种掺杂剂种类前体材料，包括但不限于硒金属、二氧化硒、三氧化硒、六氟化硒以及硒化氢。递送同位素富集的硒材料的优选方法是在气相中，使用诸如富集的硒化氢或更优选的富集的六氟化硒之类的前体材料。然而，应理解的是，所述富集并不限于气态材料。还可提供多种同位素富集水平的固体源，诸如硒金属、二氧化硒和三氧化硒。

本发明考虑使Se的任意质量同位素富集至任意富集值，高达并包括100%。在一实施方式中，天然存在的含量为49.92%丰度的⁸⁰Se可被富集至50-60%。在另一实施方式中，所述富集水平的范围是60-70%、70-80%、80-90%或90-100%。

参见图1和2，显示了根据本发明的原理的示例性离子注入装置100。具体地，在一实例中，图1的离子源装置100可用于产生用于注入Se离子的电子束，所述Se离子被同位素富集其稳定质量同位素74、76、77、78、80或82中之一至高于天然丰度水平。选择基于富集硒的掺杂剂前体材料。所述Se-基掺杂剂材料可选自任意数量的合适的前体，例如硒金属、二氧化硒、三氧化硒、六氟化硒或硒化氢。然后，选择特定硒质量同位素74、76、77、78、80或82，从而在所述前体材料中以高于表1中所示的天然丰度水平的预定富集水平包含特定硒质量同位素。

在选择包含所述前体的源材料、所述特定Se质量同位素以及所述特定富集水平之后，优选从低于大气压的储存和递送设备201（图2）以气体形式引入所述基于富集硒的前体掺杂剂材料。所述低于大气压递送设备201被设计成在加压状态下将所述掺杂剂材料保持在所述设备201内，同时最小化或消除发展通常与高压气瓶相关的泄露或灾难性破裂的风险。所述设备被真空开动，以便仅在沿着所述设备201的排放流通路获得低于大气压条件时允许所述基于富集硒的前体掺杂剂材料受控流动到下游离子源室100的工艺。仅在合适的排放条件存在于所述设备的外部时，发生所述基于富集硒的前体掺杂剂材料的排放，从而避免从所述储存和递送设备非计划地释放所述毒性材料。通过这种方式，本发明允许安全可靠地操作所述毒性硒基前体掺杂剂材料。

所述材料的富集允许以相比于其非富集的类似物减小的流率引入流102，由此所述特定硒质量同位素被富集至一定浓度，所述浓度大于在相应非富集的硒掺杂剂前体材料中所述特定硒质量同位素的浓度。应理解的是，如此处以及说明书全文所使用的所述术语“非富集的”可与“天然丰度水平”互换地使用，并且旨在意指没有一种所述稳定Se同位素被富集至高于在表1中显示的所述天然丰度水平。例如，如果选择用于注入的所述质量同位素是⁸⁰Se，在天然丰度水平的此类材料包含49.82% ⁸⁰Se。这意味着对例如在天然丰度水平的给定源材料（例如H₂Se）需要4 sccm的流率的注入工艺仅包含49.82% ⁸⁰Se，而具有富集至100%的⁸⁰Se 的源材料将具有1.99 sccm的当量流率，以产生相等量的⁸⁰Se离子。在该实例中，与在天然丰度水平的材料相比，通过使用所述100%富集的⁸⁰Se材料，可将有效流率减小将近50%。设想了其它实例，其中多种同位素的各种富集水平将影响源材料的所需流量，以达到特定硒同位素的给定要求。以这种方式，本发明允许能够获得相比于其非富集类似物，使用减少的气体消耗量的当量Se离子注入剂量。

在图1中描绘的所述离子源100具有多个组件，包括源灯丝114和间接加热阴极(IHC) 115，其用作为用于将所述富集Se前体材料离子化成其相应Se离子的所述离子源。应理解的是，可采用在本领域中公知的其它合适类型的离子源，包括例如所述Freeman源、Bernas源和RF等离子体源。

电源（未图示）电阻加热被定位非常接近所述阴极115的钨基灯丝114。所述灯丝114可相对于所述阴极115被施加负偏压。通过所述电源将电流施加至所述灯丝114以电阻加热所述灯丝114。提供绝缘体118以将所述阴极115与所述电弧室壁111电隔离。所述阴极115保持充分离子化所述富硒前体材料，以获得Se的所需注入剂量。

由于不需要将全部富集的Se前体材料引入到室103，阴极115离子化非全部的Se离子。非全部的Se离子可用于物理溅射所述离子源组件，包括阴极115。因此，可提高离子源寿命和性能。

仍参见图1，来自于所述阴极115的发射的电子加速并离子化所述富集硒前体材料，以在所述室112内产生等离子体环境。所述反射极116构建负电荷，以将所述电子反射回到所述富集硒前体材料，与之碰撞并支持所述富集Se前体材料的离子化。以此方式，在所述电弧室112中所述等离子体环境被维持在仍足以保持所述离子源100的稳定性的压强。

优选将反射极116构造成与所述阴极115实质上在直径上对置，以维持在所述室112内的所述富集Se前体材料的离子化。所述电弧室壁111包括抽取孔117，通过该抽取孔117将边缘清晰的离子束121从所述电弧室112抽取出来。所述抽取系统包括位于所述抽取孔117前方的抽取电极120以及抑制电极119。所述抽取电极和抑制电极120和119均具有各自的与所述抽取孔117对准的孔，用于抽取所述边缘清晰的离子束121。

图2显示了被并入束线离子注入系统200的图1的所述离子源装置100。从气体箱201将55%或以上的富集Se前体材料引入。所述富集Se前体材料被引入到离子源室100，在此，如已经描述的，将能量引入到所述室以离子化所述富集Se前体材料。使用包括质量流量控制器和阀的流量控制设备219来将所述富集掺杂剂气体的流量控制在相比于其非富集类似物减小的流率。

在产生所期望的富含其稳定质量同位素中之一的Se离子束之后，使用离子束抽取系统201从所述离子源室113以具有期望的能量和束流（beam current）的离子束121的形式抽取所述Se离子。通过施加横跨抽取电极的高电压来进行抽取。所述抽取的束221被输送通过质量分析仪/过滤器205，以选择待注入的所述Se种类。过滤的离子束207接着可被加速/减速206，并输送至位于终端站210的靶工件209的表面，用于将所述Se掺杂剂原子种类注入到所述工件209。所述束的Se离子撞击并穿透所述工件209的表面至特定深度，以形成具有期望的电和物理性质的区域。

凭借所述富集Se掺杂剂种类的减小的流率，可实现废料的减少。尤其是，如在上述实例中所提及的，以其中⁸⁰Se被选择用于注入的天然丰度水平的硒材料的4 sccm流率，其它同位素(⁷⁴Se、⁷⁶Se、⁷⁷Se、⁷⁸Se 和 ⁸²Se)占所述总流量的50.18%。在该实例中，超过50%的硒的流量是浪费的，并且由于该材料是高毒性的，所以必须收集并减少。减少和随后的废物处理均是昂贵且耗时的。因此，这种废物流的减少是对环境无害的，降低人类接触毒性材料的可能性，并提高可持续性。

此外，使用富集硒材料涉及减少工具停机时间以及可消费的成本。与基于固体的Se源不同，基于Se气体的掺杂剂源不需要启动和停机顺序，从而允许生产力的显著增加。在所述离子注入机中的所述离子源需要定期维护，维护周期取决于正被离子化的所述种类以及那些被引入到所述离子源的种类的量。在⁸⁰Se被选择作为用于注入的所期望的质量同位素的以上实例中，包含100% ⁸⁰Se的富集材料需要在天然丰度水平的硒材料所需的流率的~50%。更低流率的所述源材料进入所述离子源，导致更少的离子沉积和/或溅射到所述离子室100的壁、阴极115、阳极116和抽取孔117上。另外，在选择具有含氟种类的Se源材料时，可发生对由钨形成的离子源室组件的蚀刻，并且通常成问题。然而，根据本发明的原理，与所述Se富集前体材料相关的较低流率可减少所述成问题的蚀刻反应。

因此，在较低流率操作所述工艺的净效率是维护周期之间的更长时间，对消耗性离子腔室组件的替换的更少需求，以及与工作人员接触相关的降低的安全隐患。

本发明考虑任意类型的富集含Se的化合物。特定富集含Se的材料的选择将取决于一些考量，其中一些包括所需的束流水平和其它离子源操作参数；Se离子剂量要求；一或更多种稀释剂气体的存在；流率操作约束；以及所述离子源在其中运行的模式（即，专用模式对比非专用模式）。在一实例中，可任选在稀释剂气体诸如氟化物气体或其混合物的存在下使用富集的H2Se。相比于来自天然存在的H2Se的Se离子注入，富集的H2Se减少了含Se的沉积物的量。

在一优选实施方式中，所述富集含硒材料是SeF6。所述富集的SeF6可任选地与任意类型的合适的含氢气体组合使用。以下的工作实施例显示了SeF6能意想不到地将含Se沉积物减少至低水平的能力，以至于实现灯丝或阴极增重的最小化，而无需显著降低束流水平。富集的SeF6将含Se的沉积物的量以及性质减少至与一定水平的富集H2Se相比显著更大的程度。

尽管富集的SeF6是根据本发明的优选的含Se，其检测可具挑战性。一般而言，基于热解器的检测装置通常已用于在天然存在的SeF6供应至工艺（例如离子室）时监控所述天然存在的SeF6的泄露。然而将这样的检测装置并入目前使用的离子注入系统，可能需要硬件修改。因此，不是进行复杂的设计修改以改造现有的离子注入系统，而是本发明考虑使用含氢气体或其混合物，所述含氢气体或其混合物与富集的SeF6在单个源或容器（例如低于大气压源）中预先混合，藉此所述含氢气体可用作为示踪材料，用于检测SeF6的泄露。例如，可将PH3与富集的SeF6预先混合，并使用在所述离子注入系统上的PH3检测器来检测富集的SeF6的泄露。其它合适的示踪气体包括，例如氢气、胂、锗烷或硅烷。根据含氢气体的浓度和类型，所述含氢示踪气体还可双重地用作为在所述离子注入工艺中的稀释剂。

在使用富集的SeF6时消除或实质上减少沉积物，使能随后使用含卤化物的掺杂剂气体，而无需过早地缩短所述源寿命。所述工作实施例（图4）令人惊讶地揭示了所述天然存在的H2Se。不受限于任何理论，在使用富集的SeF6时产生的所述非大量的含Se沉积物允许能随后过渡至使用含卤化物的掺杂剂气体源（例如BF3、SiF4等），不会引起短的源寿命。在一个实验中使用富集的SeF6以及在另一个实验中使用天然存在的H2Se的80Se离子注入完成之后，所述工作实施例使用SiF4作为在所述离子源室中流动的代表性含卤化物气体。在所述Se离子注入期间含Se沉积物的危害性不仅会缩短其源寿命，还会对在随后的离子注入中注入来自在所述离子源室中的SiF4的离子化的Si离子的能力产生不利的影响。

在本发明的另一实施方式中，在运行期间，所述含富集硒的源材料可与一或更多种材料按顺序流动或共同流动，以促进所述离子源的原位清洁。所述原位清洁材料可包括但不限于H₂、Xe、Ar、Kr、Ne、N₂及其混合物，以及氟化物质，例如CF₄、C₂F₆等。所述清洁源材料可作为单独的进入所述离子室103的源被引入，可在引入所述离子室103之前与所述硒源材料混合，或者以与在图2的低于大气压储存和递送设备201内的所述硒源材料预混合的状态被提供。所述预混合的材料的实例可以是包含氢和硒化氢(H₂Se)的混合物的储气瓶包装（cylinder package），所述硒化氢(H₂Se)被同位素富集至含有高于天然丰度水平的其稳定质量同位素之一。具有富集的硒的其它共同流动的材料混合物也在本发明的考虑内。根据（至少部分地）特定的硒注入工艺条件，可使用任意混合比率的含富集硒的源材料与共同流动材料。

以气相提供所述含富集硒的掺杂剂组合物，从而消除来自汽化器的储存和递送的需求。在一优选实施方式中，通过低于大气压递送和储存设备提供所述含富集硒的源材料的供应，所述低于大气压递送和储存设备在加压状态下将所述含富集硒掺杂剂的气体源材料保持在其内部容积内。所述含硒掺杂剂的源材料优选为气相，并且富集其天然存在的质量同位素之一。所述递送设备排放流通路流体连通，其中所述递送设备被开动以响应于沿着所述排放流通路获得的低于大气压条件，允许所述包含富硒掺杂剂的气体源材料从所述设备的内部容积的受控流出。

优选地，所述递送设备在真空条件下被开动。优选将所述真空开动的递送设备整体配置在储存器或储气瓶内。可采用多种机械设计，以实现所述含富集硒掺杂剂的气体源材料的低于大气压递送。在一优选实施方式中，由Praxair®售卖的和如美国专利第5,937,895; 6,045,115; 6,007,609; 7,708,028; 和 7,905,247号中所公开的Uptime®递送设备可应用于本发明，以安全递送受控流率的含富集硒掺杂剂的气体源材料至用于硒注入的离子装置，所有的上述美国专利的全部内容通过引用方式并入本文。该设备包括用于连接加压气瓶的出口的通道主体。可移动阀元件被构造成在密封位置和开放位置之间移动。在该密封位置，所述阀元件阻止所述加压的含富集硒掺杂剂的气体源材料从所述气瓶的内部的流出。位于所述阀元件的下游的可膨胀隔膜可操作地连接该阀元件，用于以将所述阀元件保持在上述密封位置直至该隔膜的内部和外部之间产生压力差为止的方式控制该阀元件的移动。该隔膜在大气压或更大的压力下密封，并且连接所述流体排放通路。因此，在所述隔膜外部的压力条件达到低于大气压条件时，所述隔膜在其内部和外部之间获得压力差，其导致所述隔膜膨胀，并将所述阀元件移动至所述开放结构，产生流动通路，供所述含富集硒掺杂剂的气体源材料从所述气瓶流出，流经所述流体排放管道，并流入在其中发生硒注入的所述离子装置。可向所述阀元件添加流量限制器，以进一步控制并限制所述含富集硒掺杂剂的气体源材料从该气瓶的流出。有利的是，不需要采用外部压力调节器来将该气瓶压力降低至沿着所述流体排放管道使用的质量流量控制器可接受的压力。

可设置上述止回阀配置，以可靠地防止所述阀元件的开放直至沿着所述流体排放通路的压力下降至真空条件为止。由于典型的终端用户的离子装置在100 torr或更小的低于大气压下运行，因此在压力为例如500 torr或更小的真空下分配所述含富集硒掺杂剂的气体源材料可确保任何泄露仅泄露入在其中可快速检测它们的所述离子装置。因此，采用上述低于大气压递送设备用于递送含富集硒掺杂剂的气体源材料的所述离子注入工艺不需要验证泄露的不存在。

其它合适的低于大气压递送设备可包括以各种设置方式设置的调压器、止回阀、流量限制阀和限流孔。例如，可在所述气瓶内连续设置两个调压器，以将含富集硒掺杂剂的气体源材料的所述气瓶压力调节至沿着所述流体排放管道所包含的下游质量流量控制器可接受的预定压力。

本领域技术人员将会认识到通过使用富集的硒可获得其它的益处，以及所述富集不限于⁸⁰Se，而是可包括富集任意其它的天然存在的同位素。此外，所述富集水平的范围可以从高于所述天然存在的丰度水平的值直至并包括100%。

比较实施例1（SiF4，不具有先前的Se离子注入）

作为基线测试，在离子源室中运行SiF4，且在该离子源室中不具有先前注入的Se。监测作为时间的函数的灯丝电流，并在图4中显示结果。指定为“仅SiF4”的虚线显示在不具有任何先前Se注入的Si离子注入期间的所述灯丝电流趋势。观察到灯丝电流在约10小时内稳定增加至20 A。在使用SiF4的所述Si离子注入期间，来自所述电弧室壁的W通过F离子和自由基被蚀刻，并再沉积在所述热灯丝上。这逐渐地降低了所述灯丝的电子发射效率，因此需要更高的电流来保持产生充足的电子，以在所述测试进行期间维持所述等离子体。

比较实施例2（天然存在的H₂Se）

进行实验以评估在使用H₂Se作为所述掺杂剂气体源的Se离子注入期间的离子源性能。选择80Se作为用于离子注入的期望的质量同位素，原因在于80Se表现为天然存在Se中最丰富的质量同位素，如表1中所示。观察到基于H2Se的工艺产生高剂量Se注入应用所期望的充足的80Se+离子。然而，还观察到在操作期间，在包括所述电弧室（图3b）和抽取板（图3a）的所述离子源区域中形成含Se沉积物，所述抽取板位于所述电弧室前面。大量的含Se的沉积物导致显著的重量增加。

在完成使用H₂Se的80Se离子注入之后，在所述相同的离子源室中运行使用SiF4的Si离子注入。相比于比较实施例1，观察到所述灯丝以更快的速率减少其电子发射效率，从而导致要以更快速率增加灯丝电流来维持所述等离子体。所述灯丝电流在约1.5小时内达到更高的值，20 A。由于所述灯丝不能保持产生足够量的电子来维持在所述室中的等离子体，因此需要中止所述注入工艺。观察到，在所述Si注入期间，从所述电弧室和离子源区域附近快速蚀刻沉积的Se，以及随后再沉积在所述灯丝上。在图4中通过标记为“在H2Se 之后的SiF4”的曲线图解说明Si离子源作用的过早衰竭。该结果表明使用天然存在的H2Se的所述先前80Se离子注入工艺严重影响了所述Si离子注入。

实施例1（富集的SeF6）

进行实验以评估在使用作为所述掺杂剂气体源的富集的SeF6 与共同流动的氙和氢的混合物的组合的Se离子注入期间的离子源性能。富集的SeF6富含水平>90%的80 AMU Se。选择80Se作为用于离子注入的期望的质量同位素。富集的80SeF6产生80Se+离子，其允许在充足的束流水平注入高剂量的80Se离子，这与H2Se（比较实施例1）相当。与H2Se（比较实施例1）不同，SeF6的离子化在抽取板（图5a）和所述电弧室（图5b）的离子源区域中不产生显著的含Se的沉积物。图5a和5b显示了最小化的沉积物，其不影响所述实验的运行。在SeF6离子化之后产生的氟离子蚀刻来自所述电弧室壁的所述W组分。然而，通过使氙和氢气与SeF6同时流动，有效地减轻并控制所述蚀刻。最小化的沉积物导致所述灯丝的边缘增重。

接着，在所述相同的离子室中使用SiF4运行Si离子注入。与H2Se之后的情况（比较实施例2）不同，未观察到离子源寿命减少。观察到所述灯丝电流趋势与从不具有任何先前Se注入的所述基线SiF4工艺（比较实施例1）观察到的所述趋势相似。在图4中通过标记为“富集的SeF6之后的SiF4”的曲线图解说明所述结果。所述结果表明使用富集的SeF6的所述先前80Se离子注入工艺不影响所述Si离子注入。

尽管已展示和描述了被认为是本发明的一些实施方式的内容，然而毫无疑问应理解的是，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可容易作出在形式或细节方面的修饰和变化。因此，希望本发明不受限于本文中所展示和描述的所述精确形式和细节，也不受限于比在本文中公开的以及在随后要求保护的发明整体要少的任意内容。

Claims (10)

1.基于硒的掺杂剂气体组合物的供应源，包括：

包含气态硒掺杂剂的气体源材料，其富集其天然存在质量同位素之一；以及

递送和储存设备，其用于在加压状态将包含富集硒掺杂剂的气体源材料保持在所述设备的内部容积内，所述递送设备与排放流通路流体连通，其中响应于沿着所述排放流通路获得的低于大气压条件，所述递送设备被开动以允许所述包含富集硒掺杂剂的气体源材料从所述设备的内部容积的受控流出。

2.如权利要求1所述的供应源，其中硒掺杂剂气体源是富集的六氟化硒。

3.如权利要求1所述的供应源，进一步包括在所述低于大气压的递送和储存设备中与含硒掺杂剂气体预先混合的稀释剂或示踪气体。

4.如权利要求3所述的供应源，进一步包括稀释剂，其中所述稀释剂气体选自：H₂、Xe、Ar、Kr、Ne、N₂、PH3及其混合物。

5.如权利要求3所述的供应源，进一步包括选自磷化氢、氢气、胂、锗烷和硅烷的示踪气体。

6.如权利要求1所述的供应源，进一步包括在所述递送和储存设备中的稀释剂或示踪气体。

7.在离子注入工艺中使用的含硒掺杂剂组合物，其包括：

含硒掺杂剂气体源材料，其富集其天然存在质量同位素之一至一定浓度，该浓度大于在相应天然丰度硒掺杂剂前体材料中的特定硒质量同位素的浓度，其中含硒材料以气相储存和递送，从而特征在于无需来自汽化器的储存和递送。

8.如权利要求7所述的含硒掺杂剂组合物，选自：金属硒、氧化硒、六氟化硒、硒化氢及其组合。

9.如权利要求7所述的含硒掺杂剂组合物，包括六氟化硒。

10.如权利要求9所述的含硒掺杂剂组合物，进一步包括示踪剂或稀释剂材料。