KR20150030777A

KR20150030777A - 규소 이온 주입 동안에 이온 빔 전류 및 성능을 개선하기 위한 규소-함유 도펀트 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법

Info

Publication number: KR20150030777A
Application number: KR1020157004759A
Authority: KR
Inventors: 애쉬위니 케이 신하; 로이드 앤쏘니 브라운; 서지 마리우스 캄퓨
Original assignee: 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-20
Also published as: KR101603482B1; MY176371A; CN104584183A; JP6250677B2; JP2015526876A; KR20160018874A; CN104584183B; US8803112B2; WO2014036064A1; SG11201500684RA; US20140061501A1

Abstract

규소 이온 주입 동안에 빔 전류를 개선하기 위한 도펀트 기체 조성물, 시스템 및 방법이 제공된다. 규소 이온 주입 공정은 제1 규소-기재 보조-종 및 제2 종을 사용하는 것을 포함한다. 제2 종은 활성 규소 이온 종의 발생 및 주입 동안에 사용되는 이온 공급원의 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된다. 활성 규소 이온은 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하였을 때, 이온 공급원의 열화 발생 없이 빔 전류 준위를 유지하거나 증가시키는 것을 특징으로 하는 개선된 빔 전류를 발생시킨다.

Description

규소 이온 주입 동안에 이온 빔 전류 및 성능을 개선하기 위한 규소-함유 도펀트 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법 {SILICON-CONTAINING DOPANT COMPOSITIONS, SYSTEMS AND METHODS OF USE THEREOF FOR IMPROVING ION BEAM CURRENT AND PERFORMANCE DURING SILICON ION IMPLANTATION}

본 발명은 개선된 규소 이온 주입 공정, 및 특히 개선된 빔 전류를 위한 규소-함유 도펀트 조성물의 특별한 조합, 시스템 및 그의 사용 방법에 관한 것이다.

이온 주입은 반도체/마이크로전자소자의 제조에서 중요한 공정이다. 이온 주입 공정은 집적 회로의 제조에서 도펀트 불순물을 반도체 웨이퍼에 도입하기 위해 사용된다. 목적하는 깊이로 도핑 영역을 형성하는, 바람직한 도펀트 불순물이 반도체 웨이퍼에 도입된다. 도펀트 불순물은 반도체 웨이퍼 물질과 결합하여, 전기적 캐리어를 형성함으로써 반도체 웨이퍼 물질의 전기 전도성을 변경시키는 것으로 선택된다. 도입되는 도펀트 불순물의 농도가 도핑 영역의 전기 전도성을 결정한다. 집합적으로 반도체 소자로서 기능하는 트랜지스터 구조, 분리 구조 및 다른 전자 구조를 형성하도록, 다수의 불순물 영역이 만들어질 필요가 있다.

도펀트 불순물은 일반적으로 도펀트 기체 공급원으로부터 유도된 이온이다. 이온 공급원 필라멘트가 도펀트 기체 공급원을 다양한 도펀트 이온 종으로 이온화하는 데에 사용된다. 이온은 이온 챔버 내에서 플라즈마 환경을 발생시킨다. 그 후에, 이온은 한정된 이온 빔의 형태로 이온 챔버로부터 추출된다. 그에 따른 이온 빔은 전형적으로 빔 전류에 의해 특징화된다. 일반적으로 말해서, 빔 전류가 증가할수록, 보다 많은 도펀트 이온 종이 주어진 가공물, 예컨대 웨이퍼에 주입하는 데에 이용가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 도펀트 기체 공급원의 주어진 유량에 대하여 보다 많은 주입 용량의 도펀트 이온 종이 달성될 수 있다. 발생된 이온 빔은 질량 분석기/필터를 통해 수송된 다음, 가공물, 예컨대 반도체 웨이퍼의 표면으로 수송된다. 빔의 바람직한 도펀트 이온 종은 반도체 웨이퍼의 표면을 침투하여, 바람직한 전기적 및/또는 물리적 성질을 갖는 특정한 깊이의 도핑 영역을 형성한다.

규소 주입은 반도체 산업에서 비정질화 또는 포토레지스트 개질과 같은 다양한 물질 개질 적용을 위해 널리 사용되어 왔다. 소자를 제조하는 동안에 Si 주입 단계의 사용이 증가함에 따라, 이온 공급원의 수명을 단축시키지 않으면서 증가된 빔 전류를 특징으로 하는 다양한 Si 이온 도펀트 종의 개선된 주입 공정이 필요해 지고 있다. 빔 전류가 증가할수록 보다 높은 설비 처리량 및 상당한 생산성의 개선을 허용할 수 있다. 용어 "Si 이온", "Si 이온 종", "Si 이온 도펀트 종" 및 "Si+ 이온"은 본 명세서에서 서로 혼용되어 사용될 것임을 알아야 한다.

사플루오린화규소 (SiF4)가 규소 이온 주입에서 도펀트 기체 공급원으로서 사용된다. 그러나, SiF4는 다양한 단점을 갖는다. 특히 중요한 점은, SiF4가 오늘날의 적용 분야에 의해 요구되는 보다 증가된 빔 전류를 확립하기 위해 필요한 양의 Si+ 이온을 이온화하고 발생시키는 그의 능력에 있어서 제한될 수 있다는 것이다. SiF4로부터 발생되는 Si+ 이온의 양을 증가시키기 위해서는 전형적으로 업계에서 이온 공급원의 작동 아크 전압이라고도 하는, 이온 공급원에 투입되는 에너지를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 증가된 에너지 준위에서의 작동은 이온 공급원 요소를 손상시킬 수 있고, 이는 궁극적으로 작동 중에 Si+ 이온을 발생시키는 이온 공급원의 능력을 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 아크 챔버 벽의 온도가 전형적인 이온 주입 공정 동안에 상승함에 따라, SiF4로부터 방출되는 활성 플루오린은 텅스텐 챔버 벽을 보다 급속히 에칭 및 부식시킬 수 있고, 그에 따라 캐소드는 W-함유 침착물의 증가된 침착에 보다 더 민감해질 수 있다. W-함유 침착물은 플라즈마를 지속시키고 Si+ 이온을 발생시키기 위해 필요한 역치 값의 전자를 발생시키는 이온 공급원의 능력을 억제한다. 추가로, 보다 많은 활성 플루오린 이온이 소위 장해 "할로겐 사이클"을 전파시키는 데에 이용가능하며, 그에 의해 이온 공급원 챔버 벽 및 다른 챔버 요소의 증가된 화학적 부식이 발생할 수 있다. 따라서, SiF4의 이온화를 증가시키기 위한 시도로 보다 높은 에너지 준위에서 이온 공급원 챔버를 작동시키는 것은 이온 공급원 수명의 단축 가능성을 가지므로, 이러한 방식의 작동이 바람직하지 않게 된다.

현재로서는, 이온 공급원 챔버 요소를 손상시키지 않으면서 Si+ 이온의 빔 전류를 유지하거나 증가시키기 위해 실행가능한 기술이 존재하지 않는다. 이온 공급원의 수명을 단축시키지 않으면서 바람직한 규소 이온 종의 빔 전류를 개선하기 위한 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법에 대한 필요성이 충족되지 않고 있다.

본 발명은, 부분적으로, 빔 전류를 개선하여 규소 이온 공급원의 성능을 개선하기 위한 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 사용되는 도펀트 기체의 조성이 빔 전류를 개선하는 능력에 상당한 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

제1 측면에서, 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 포함하는 도펀트 기체 조성물이 제공된다. 조성물은 제1 규소-기재 종 및 제2 종을 포함한다. 제2 종은 활성 규소 이온의 발생 및 주입 동안에 사용되는 이온 공급원의 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 사플루오린화규소 (SiF4)로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여, 상기 이온 공급원의 열화 없이 빔 전류를 유지하거나 증가시키도록 이온 빔 전류를 개선한다.

제2 측면에서, 규소 이온 주입 동안에 개선된 빔 전류를 제공하는 시스템이 제공된다. 시스템은 아크 챔버 벽에 의해 부분적으로 한정된 이온 공급원 장치를 포함하고, 여기서 챔버는 적어도 부분적으로 챔버 벽 내부에 배치된 규소 이온 공급원을 포함한다. 상기 이온 공급원 장치와 유체 연통되는, 하나 이상의 공급 용기가 제공된다. 하나 이상의 공급 용기는 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 보관한다. 조성물은 제1 규소-기재 종 및 제2 종을 포함하고, 여기서 상기 제2 종은 활성 규소 이온의 주입 동안에 이온 공급원의 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된다. 하나 이상의 공급 라인이 하나 이상의 공급 용기에 상응한다. 하나 이상의 공급 라인이 하나 이상의 공급 용기로부터 벽을 통해 챔버로 연장된다. 하나 이상의 공급 용기는 하나 이상의 공급 라인을 통해 상기 이온 공급원 장치로 규소-기재 도펀트 조성물을 분배하도록 구성됨으로써, 규소 이온 공급원이 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 이온화시켜 적어도 상기 제1 규소-기재 종으로부터 활성 규소 이온의 적어도 일부를 발생시키도록 한다. 활성 규소 이온은 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여, 증가된 빔 전류를 발생시킨다.

제3 측면에서, 규소 이온 주입 동안에 빔 전류를 증가시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 규소-기재 종을 선택하고, 활성 규소 이온의 발생 및 주입 동안에 사용되는 이온 공급원의 미리 결정된 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖는 제2 종을 선택하는 것을 포함한다. 제1 규소-기재 종 및 제2 종은 하나 이상의 공급 용기에 제공된다. 제1 규소-기재 종 및 제2 종은 공급 용기 중 하나 이상으로부터 이온 공급원 장치로 유동한다. 제1 규소-기재 종이 이온화된다. 활성 규소 이온이 발생한다. 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 증가된 빔 전류가 발생하고, 여기서 상기의 증가된 빔 전류는 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 공급원 수명을 연장시킨다.

본 발명의 목적 및 장점은 첨부 도면과 함께, 그의 바람직한 실시양태에 관한 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이고, 도면 전체에서 유사 부호는 동일한 특징을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 원리를 포함하는 이온 주입기를 도시하고;
도 2는 규소 주입 시스템 내의 도 1의 이온 주입기를 도시하고;
도 3은 본 발명의 규소-기재 도펀트 기체 조성물과 다른 유형의 규소-기재 도펀트 기체 물질의 빔 전류 수준을 비교한 것이고;
도 4는 상이한 에너지 준위에서의 상이한 Si 함유 기체의 이온화 단면적의 플롯이고;
도 5는 상이한 규소-함유 도펀트 조성물을 이용한 작동 후의 아크 챔버 침착물을 도시한다.

본 발명의 다양한 요소 사이의 관계 및 기능은 하기의 상세한 설명에 의해 더욱 잘 이해된다. 하기의 상세한 설명은 본 개시내용의 범주 내에 포함되는, 특징, 측면 및 실시양태를 다양하게 순열 및 조합시켜 고려한다. 따라서, 본 개시내용은 특정한 특징, 측면 및 실시양태의 그러한 조합 및 순열, 및 이들 중 선택된 하나 이상을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 본질적으로 이들로 이루어지는 것으로 서술될 수 있다.

본원에서 본 명세서의 전체에서 사용된 "Si 이온"은 기판에 주입하기에 적합한 규소 또는 규소 함유 양이온을 포함하는, 다양한 규소 이온 도펀트 종을 의미한다.

본원에서 사용된 모든 농도는, 달리 지시하지 않는 한, 부피 백분율 ("부피%")로 표시된다.

한 측면에서, 본 개시내용은 통상의 규소 도펀트 공급원과 비교하여 Si 빔 전류를 증가시키기 위한 신규한 규소-함유 도펀트 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 본원에서 본 명세서의 전체에서 사용된, 본 발명의 용어 "규소-기재 도펀트 기체 조성물"은 본원에서 설명되는 바와 같이, 제2 종이 선택된 이온 주입 작동 조건 (예를 들어, 아크 전압 또는 이온 공급원에 투입되는 에너지)에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된 제1 규소-기재 종 및 제2 종을 나타내기 위한 것이다. "이온화 단면적"은 원자 또는 분자가 이온 공급원으로부터 방출된 전자와 충돌할 때 이온화가 발생할 가능성 (면적 단위로 측정됨)으로서 정의된다. 제2 종은 규소 주입을 위한 이온 주입 공정에서 SiF4를 단독으로 사용하는 것과 비교하여 보다 장시간 동안 그의 효율을 유지하는 조건에서 이온 공급원의 작동을 허용하는 보조 기체이다. 본 발명의 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 본원에서 설명되는 바와 같이, 이온 공급원의 수명을 단축시키지 않으면서 기존의 규소 도펀트 공급원 물질과 비교하여 이온 공급원의 성능을 개선한다. "이온 공급원 성능"은 빔 전류의 안정성, 공급원 수명 및 빔 글리칭 정도를 포함하는 핵심 성능 지표를 고려한다. 본원에서 사용된 "빔 글리칭"은 빔 전류의 순간 저하를 초래할 수 있는 전압 방전을 나타낸다. 본 개시내용은 본 발명의 다양한 측면 및 특징을 참조하여 다양한 실시양태로 본원에서 상술된다.

특별한 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 이온 공급원의 수명을 단축시키지 않으면서, 규소 이온 주입에서 전형적으로 사용되는 다른 통상의 도펀트 기체 공급원과 비교하여 증가된 빔 전류를 허용한다. 제1 규소-기재 종과 제2 종의 다양한 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 규소-기재 종은 Si2H6를 포함할 수 있고, 제2 종은 Xe 또는 다른 비활성 기체를 포함할 수 있다. 다른 대표적인 예로, SiH4가 Xe 또는 다른 비활성 물질을 포함하는 제2 종과 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, SiH2Cl2 또는 SiF2H2가 다양한 희석제, 예컨대 Xe 및/또는 Kr을 포함하는 제2 종과 함께 사용될 수 있다. 이러한 각각의 예에서, 제2 종은 이온 공급원의 작동 동안에 이온 공급원을 열화시키지 않으면서 빔 전류를 유지하거나 증가시키기 위해, 이온 공급원이 작동되는 바람직한 범위의 아크 전압 (즉, 이온 공급원에 투입되는 에너지)을 따라서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택되어야 한다.

바람직한 실시양태에서, 제1 규소-기재 종은 주입구에 또한/또는 이온 공급원 장치 (100) 내에 미리 결정된 농도로 함유된 SiF4를 포함한다. 본 발명의 원리에 따라서, SiF4는 임의의 적합한 비활성 기체 또는 희석제 기체, 제2 규소-기재 보조-종 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 기체 종과 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 희석제 기체는 크세논 또는 크립톤을 포함할 수 있고, 이들 중 어느 하나가 이온 주입 공정에서 이온 공급원에 투입되는 선택된 작동 에너지 준위에서 SiF4보다 큰 이온화 단면적으로 사용된다. Ne, He, Ar 또는 N2, 수소 함유 기체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 다른 적합한 희석제 또는 비활성 기체도 사용될 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 제1 기체 종은 SiF4이고, 제2 기체 종은 미리 결정된 양으로 SiF4에 첨가되는 제2 규소-기재 보조-종을 포함한다. 제2 Si-기재 보조-종이 SiF4의 이온화 단면적보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 하는 이온 공급원 공정의 작동 조건에서 미리 결정된 농도로 제2 규소-기재 보조-종을 첨가하는 것은, 작동 파라미터에 있어서의 임의의 부가적인 변화를 초래할 필요 없이, Si+ 빔 전류를 증가시키는 경향이 있는 것으로 확인되었다. 추가로, 규소-함유 기체 혼합물의 특정한 바람직한 조성으로, 보다 낮은 아크 전압에서 이온 공급원을 작동시킬 수 있고, 또한 그의 작동 동안에 이온 공급원 요소의 열화를 추가로 감소시킬 수 있는 것으로 확인되었다.

바람직하게는, 제2 규소-기재 보조-종은 디실란 (Si2H6)을 포함한다. 보조-종 Si2H6와 SiF4의 특정한 비율로의 조합은 주어진 기판으로의 주입에 이용가능한 규소 이온의 공급원을 제공할 수 있다. 한 실시양태에서, Si2H6 보조-종은 전체 규소-기재 도펀트 기체 조성물의 부피를 기준으로 약 1 내지 10 부피%로 함유된다. 또 다른 실시양태에서, Si2H6 보조-종은 약 2 내지 7 부피%로 함유된다. 논의되는 바와 같이, 도펀트 기체 혼합물의 선택된 이온화 조건 및 이온 챔버의 작동 조건하에서 SiF4에 대한 Si2H6의 특정한 조성 범위가 빔 전류의 개선을 가능하게 함으로써, 빔 전류가 이온 공급원의 열화 없이 증가할 수 있음이 본 발명에 의해 발견되었다. 이러한 방식으로, 규소 이온 빔 전류의 증가가 공급원 수명의 단축을 초래하는 허용되지 않는 수준으로의 침착물의 축적 없이 가능해진다. 하기의 실시예에서 입증되는 바와 같이, Si2H6는 바람직한 농도일 때, 단독으로 SiF4를 사용하는 이온 주입 공정과 비교하여 보다 장기간 동안 그의 효율을 유지하는 조건에서 이온 공급원의 작동을 허용할 수 있는 보조 기체로서 작용한다.

추가로, 이온화 단면적이 SiF4에 대하여 바람직한 또는 최적인 작동 조건에서 SiF4의 이온화 단면적보다 큰 제2 Si-기재 종을 미리 결정된 양으로 첨가하는 것은, 단독으로 SiF4를 사용할 경우의 이온 주입의 작동 파라미터에 대한 부가적인 변화를 초래할 필요 없이, 발생되는 Si+ 빔 전류를 증가시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 예를 들어, 본 발명은 바람직한 농도 범위의 SiF4와 Si2H6의 혼합물을 사용할 경우에 이온 공급원에 투입되는 부가적인 에너지를 필요로 하지 않으면서, 개선된 빔 전류 (즉, 이온 공급원 수명의 단축 없이 발생되는, 지속적이거나 증가된 빔 전류)를 발생시킬 수 있다. 달리 말하면, Si2H6는 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 빔 전류 및 처리량을 증가시키기 위해 상한을 초과하지 않는 양으로 SiF4에 첨가된다.

추가로, 본 발명에 의해 고려되는 Si 기체 혼합물의 특정한 조성으로, 이온 공급원이 빔 전류의 상당한 감소 없이 보다 낮은 아크 전압에서 작동될 수 있고, 이는 유리하게 이온 주입 작업 동안에 이온 공급원 요소의 열화를 추가로 감소시킬 수 있는 것으로 확인되었다.

바람직한 실시양태에서, 하기의 실시예에서 설명되는 바와 같이, Si 이온은 미리 결정된 농도 범위로 Si2H6 및 SiF4를 포함하는 Si-함유 혼합물로부터 주입된다. 임의의 적합한 이온 주입 장치가 Si2H6와 SiF4의 혼합물과 함께 사용될 수 있다. 도 1을 참조하면, Si2H6 및 SiF4로부터 유도된 Si 이온을 주입하기 위한 대표적인 이온 주입 장치 (100)가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 이온 공급원 장치 (100)는 본 발명의 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 그의 상응하는 규소 활성 이온으로 이온화하기 위한 이온 공급원으로서 작용할 수 있는 간접 가열형 캐소드 (IHC) (115)를 포함하는 다양한 요소를 갖는다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물이, 예를 들어 프리만(Freeman) 공급원, 베르나스(Bernas) 공급원 및 RF 플라즈마 공급원을 포함하는, 관련 기술분야에서 공지된 다른 유형의 이온 공급원에도 적합함이 이해되어야 한다.

도 1의 이온 공급원 장치 (100)는 규소 활성 이온을 반도체 기판에 주입하기 위한 전자 빔을 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 규소 활성 이온은 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 증가된 Si+ 빔 전류를 발생시키는 방식으로 SiF4 및 Si2H6의 이온화로부터 발생된다. 임의의 특정한 이론에 구애됨이 없이, SiF4와 Si2H6의 특정한 조성 범위 및 이온 공급원 장치 (100)의 주의깊게 선택된 작동 조건하에서, SiF4와 Si2H6는 증가된 양의 Si+ 활성 이온을 발생시켜 증가된 개선된 빔 전류를 발생시키는 이온화 메카니즘을 초래하는 상승작용 방식으로 서로 상호작용하는 것으로 생각된다.

도 4는 에너지의 함수로서 상이한 규소 화합물의 이온화 단면적을 플롯팅한다. Si2H6는 SiF4의 이온화가 발생할 수 있는 이온 공급원의 바람직한 작동 에너지 준위 또는 아크 전압에서 SiF4보다 큰 이온화 단면적을 나타낸다. 달리 말하면, 도 4는 Si2H6가 이온 공급원의 그러한 아크 전압 작동 조건하에서 이온을 발생시킬 가능성이 보다 높음을 보여준다. Si2H6로부터 발생된 이온의 존재는 SiF4의 이온화 공정을 증강시켜, Si+ 빔 전류의 증가를 초래한다. 이와 반대로, 도 4는 SiH4가 SiF4보다 작은 이온화 단면적을 가지므로, SiF4가 SiH4의 이온화된 종과 상호작용하고 충돌하여 이온화된 SiF4 종으로 이온화될 순 가능성이 감소함으로써, Si+ 빔 전류의 저하를 초래함을 보여준다.

도 4를 참조하면, Si2H6는 SiF4의 이온화가 발생하는 약 80 V 내지 120 V의 선택된 작동 아크 전압에서 SiF4보다 큰 이온화 단면적을 나타낸다. 이러한 선택된 작동법에 의해, Si2H6는 다양한 규소-함유 이온을 발생시킬 가능성이 증가한다. Si2H6로부터 유도된 규소-함유 이온의 존재는 SiF4의 이온화 공정을 증강시켜, 이온 공급원의 공급원 필라멘트의 열화 없이 Si+ 빔 전류의 증가를 초래한다. 그러나, 빔 전류의 개선은 약 50% 미만, 바람직하게는 약 40% 미만, 보다 바람직하게는 20% 미만, 가장 바람직하게는 10% 미만인 Si2H6의 특정한 농도 범위 내에서만 나타남이 발견되었다.

도 3과 관련하여 하기의 실시예에서 확인되는 바와 같이, 전체 기체 혼합물의 약 50% 이상의 상승된 Si2H6 농도는 희석되지 않은 (즉, 순수한) SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 빔 전류의 감소를 초래하였다. 또한, 빔 전류는 80%의 Si2H6 및 20%의 SiF4에서 상당히 저하되었다. 약 50% 이상의 상승된 Si2H6 농도의 그러한 조건하에서, 플라즈마는 아크 챔버로부터 규소 이온의 불량한 추출을 나타내어, 빔 전류의 감소를 초래하는 것으로 관찰되었다. 도 3은 상이한 Si-함유 기체 혼합물을 이온화하면서 수득되는 Si+ 빔 전류를 보여준다. Si2H6 함유 기체 혼합물 (5%의 Si2H6와 그 나머지는 SiF4임)은 희석되지 않은 SiF4와 비교하여 Si+ 빔 전류의 약 20% 증가를 나타냈다. 추가로, 도 3은 다른 Si-함유 보조 종의 SiF4에의 첨가가 빔 전류의 저하를 초래함을 보여준다. 예를 들어, 하기의 실시예에서 논의되는 바와 같이, 50%의 SiF4 및 50%의 SiH4의 기체 혼합물은 희석되지 않은 SiF4로부터 발생되는 빔 전류의 경우와 비교하여 빔 전류의 약 5% 저하를 나타냈다.

추가로, Si 함유 침착물이 50% 이상의 이러한 상승된 디실란 농도에서 관찰되고, 그에 의해 작동 동안에 빔 전류의 감소 및 이온 공급원의 조기 장애가 초래된다.

Si2H6를 미리 결정된 상한 미만으로 유지한 결과, 이온화 단면적이 SiF4에 대하여 바람직한 또는 최적인 작동 조건에서 SiF4의 이온화 단면적보다 큰 제2 Si-기재 보조-종을 SiF4보다 적은 양으로 첨가함으로써, 작동 파라미터에 있어서의 임의의 부가적인 변화, 예컨대 아크 전압의 상승 없이, 수득되는 Si+ 빔 전류를 증가시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 반면에, Si2H6 및 SiF4의 특정한 조성으로, 이온 공급원이 공급원 수명의 연장 (즉, 캐소드 박화 및/또는 플루오린 공격으로 인한 이온 공급원 요소의 열화가 방지됨)과 함께, 실질적으로 동일한 빔 전류를 유지할 수 있는 보다 낮은 아크 전압에서 실제로 작동될 수 있음이 본 발명에 의해 놀랍게도 발견되었다. 감소한 아크 전압에서 작동되고 실질적으로 동일한 빔 전류를 유지하는 능력은 도 4에 도시된 Si2H6 및 SiF4의 상응하는 이온화 단면적의 곡선의 결과로서 가능해진다. 예를 들어, 약 110 V에서 약 80 V로의 아크 전압의 감소는 도 4에 도시된 바와 같이, 보다 낮은 아크 전압에서 Si2H6와 SiF4의 이온화 단면적 곡선의 차이가 증가하기 때문에 발생할 수 있다. 상대적으로 낮은 아크 전압에서 Si2H6와 SiF4 사이에 이온화 단면적의 보다 큰 차이가 발생하는 것으로 확인되는데, 그에 의해 보다 낮은 아크 전압으로 인해 전체 빔 전류가 감소하는 경향을 상쇄시키는 충분한 개수의 Si 활성 이온이 발생할 가능성이 높아질 수 있다. 달리 말하면, 보다 낮은 아크 전압이 잠재적으로 감소한 총량의 Si 이온의 발생을 초래할 수 있지만, 이온화 단면적 차이의 증가가 플루오린 공격 및 캐소드 박화를 상당히 감소시키면서 빔 전류를 유지하는 충분한 이온화를 가능하게 함으로써, 이온 공급원 수명을 연장시키고 궁극적으로 처리량을 개선한다. 최적의 작동 전압 (즉, 이온 공급원에 투입되는 에너지)의 선택은 기체 종 및 그의 상응하는 이온화 단면적 곡선의 함수이다. 최적의 아크 전압은 이온 공급원의 열화 없이 빔 전류의 유지 또는 증가를 허용할 것이다. 한 실시양태에서, 최적의 전압은 85 내지 95 V의 범위에서 발생한다.

추가로, 본 발명에서 기재된 도펀트 기체 조성물은 바람직하게는, 적어도 부분적으로, 이온 공급원 장치 (100)의 작동 동안에 공급원 캐소드 (115)의 최소한의 중량 변화율에 근거하여, 통상의 규소 도펀트 이온 주입 시스템과 비교하여 이온 공급원 캐소드 (115)의 수명 연장을 허용한다. 최종 결과는 조기 장애가 발생하지 않음으로써, 공급원 캐소드 (115)가 연장된 시간 동안 작동을 유지하여 처리량이 증가된 이온 공급원 캐소드 (115)이다. 이러한 방식으로, 본 발명은 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 규소 이온 빔 전류를 유지하거나 증가시킴과 동시에, 통상의 규소 전구체 물질, 예컨대 SiF4를 사용하여 기존에 가능했던 것보다 장기간 동안 공급원 필라멘트 (115)의 온전성을 유지할 수 있는 특별한 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 갖는다.

도 1의 이온 공급원 장치 (100)를 참조하면, SiF4 및 Si2H6를 미리 결정된 비율로 포함하는 규소 도펀트 기체 조성물 스트림 (102)은 아크 챔버 벽 (111)을 통해 연장되는 기체 공급 라인을 통해 이온 공급원 챔버 (112)에 도입된다. 한 실시양태에서, Si2H6는 전체 조성물 스트림 (102)을 기준으로 50% 미만으로 유지된다. 또 다른 실시양태에서, Si2H6는 1 내지 20%의 농도로 유지된다. 또 다른 실시양태에서, Si2H6는 약 10% 이하이다. 공급원 챔버 (112) 내부의 규소 도펀트 기체 조성물 (103)은 IHC (115)에 초근접 위치하는 텅스텐-기재 필라멘트 (114)를 저항 가열하는 전력 공급원 (도시되지 않음)으로부터의 미리 결정된 전압을 인가함으로써 이온화에 적용된다. 필라멘트 (114)는 IHC (115)에 대하여 네거티브 바이어스될 수 있다. 전류가 전력 공급원을 통해 필라멘트 (114)에 인가되어 필라멘트 (114)를 저항 가열한다. 절연체 (118)가 제공되어 캐소드 (115)를 아크 챔버 벽 (111)으로부터 전기적으로 분리시킨다.

전자가 캐소드 (115)에 의해 방출된다. 방출된 전자는 가속되어 규소 도펀트 조성물 (103) 분자의 SiF4 및 Si2H6를 이온화하여, 챔버 (112) 내에서 플라즈마 환경을 발생시킨다. 반발 전극 (116)은 규소 도펀트 조성물 (103) 분자의 이온화를 지속시키기 위해 전자를 다시 밀어내는 음 전하를 구비함으로써, 아크 챔버 (112)에서 플라즈마 환경을 유지한다. 반발 전극 (116)은 바람직하게는 챔버 (112) 내에서 도펀트 기체 조성물 (103)의 이온화를 유지하기 위해 IHC (115)의 실질적으로 정반대에 위치하도록 구성된다. 아크 챔버 벽 (111)은 추출 개구부 (117)를 포함하며, 그를 통해 잘 한정된 규소 이온 빔 (121)이 아크 챔버 (112)로부터 추출된다. 추출 시스템은 추출 개구부 (117)의 전방에 위치하는 추출 전극 (120) 및 억제 전극 (119)을 포함한다. 추출 및 억제 전극 (120 및 119)은 규소 이온 주입을 위해 사용될 수 있는 잘 한정된 이온 빔 (121)의 추출을 위해 추출 개구부 (117)를 따라 정렬된 각각의 개구부를 갖는다.

규소-기재 도펀트 기체 조성물 (103)의 이온화는 보조-종 SiF4로부터 방출되는 F 이온, 플루오린화-규소 이온 및 다양한 규소-함유 이온, 및 보조-종 Si2H6로부터 방출되는 수소, 수소화-규소 및 부가적인 규소-함유 이온을 포함하는, SiF4와 Si2H6의 상승적 상호작용으로부터 이온화된 종을 다양하게 발생시킬 수 있다. 다량의 방출된 F 이온은 수소에 의한 스캐빈징을 위해 이용가능하다. 추가로, 방출된 F 이온은 도펀트 기체 혼합물의 이온화로부터 형성된 기체상 규소 이온 중 일부와 재조합될 수 있다. 그러나, 선택된 작동 아크 전압에서의 상응하는 이온화 단면적 (도 4)에 의해 이온 공급원 장치 (100) 내에서의 Si2H6와 SiF4의 상승적 상호작용을 바람직하게 허용하는 아크 전압의 선택을 포함하는 충분한 작동 조건하에서, 본 발명의 원리에 따라 이온 챔버에 도입되는 SiF4 및 Si2H6의 상대량을 조절함으로써, F 이온과 재조합되는 규소 이온의 양은 실질적으로 최소화되어, 이온 주입을 위해 이용가능한 활성 규소 이온의 최고 농도 수준을 발생시키고, 이는 빔 전류를 증가시킨다. 그 결과, F 이온이 스캐빈징되는 방식은 이온 공급원 장치 (100)로부터 W-기재 챔버 요소를 에칭하고 W-함유 침착물을 형성하는 데에 F 이온이 덜 이용가능하도록 함과 동시에, 활성 규소 이온을 주입에 충분한 양으로 유지한다. W-함유 침착물 형성의 감소는 W-함유 침착물의 IHC (115) 고온 표면으로의 확산 및 분해 감소로 해석된다. 따라서, 이온 공급원 장치 (100)의 작동 동안에 IHC (115)의 중량 증가율은 실질적으로 감소한다. 최종 결과는 빔 글리칭의 낮은 빈도 또는 제거에 의해, 빔 안정성이 증가하고 이온 공급원 장치 (100)의 작동 수명이 연장되는 것이다.

SiF4와 Si2H6 보조-종의 상호작용에 의한 F 이온의 스캐빈징은, 적어도 부분적으로, SiF4 및 Si2H6를 개별적으로 이온화함으로써 이용가능하게 될 전체 Si 이온의 단순한 상가 효과보다 큰, 증가된 양의 활성 규소 이온을 발생시키는 향상된 이온화 메카니즘의 초래를 용이하게 할 수 있다. 추가로, SiF4 및 Si2H6 보조-종은 조합되어, 이온화 단면적과 관련하여 설명된 바와 같이 그의 각각의 이온화 특징을 개선하는 바람직한 방식으로 상호작용할 수 있다. 구체적인 이온화 메카니즘이 완전히 이해되지는 않았지만, 규소 이온 방출의 궁극적인 효과는 희석제 기체와 함께 또는 희석제 기체 없이 사용되는 규소 도펀트 기체에 의해 전형적으로 관찰되는 전류의 순간 저하를 초래하지 않는, 개선된 지속적인 빔 전류를 발생시키는 상승작용이다. 이온 주입을 위해 이용가능한 규소 이온의 활성 농도는 충분한 수준으로 유지되는데, 그 이유는 적어도 부분적으로 본 발명이 규소 이온이 유도되는 2종의 규소 보조-종을 특정한 비율로 사용하기 때문이다. 추가로, 침착물의 축적이 방지되거나 실질적으로 최소화됨으로써, 희석제 또는 비활성 기체를 혼입할 필요가 없어진다. 본 발명의 개선된 지속적인 빔 전류는 보다 높은 처리량 및 생산성으로 해석되고, 여기서 기판에 주입되는 규소 이온의 필요 용량은 보다 단시간내에 달성될 수 있다.

이러한 방식으로, 선행기술과 달리, 본 발명은 이온 공급원의 수명을 단축시키지 않으면서 규소 빔 전류를 증가시킬 수 있는 이중 목적으로 규소 도펀트 기체 조성물, 예컨대 SiF4 및 Si2H6를 바람직한 농도로, 주의깊게 선택된 이온화 조건 및 텅스텐-기재 필라멘트 (114)에 투입되는 에너지하에서 사용한다. 적어도 부분적으로 보조 기체 종 Si2H6가 80 V 내지 120 V의 선택된 작동 범위 내에서 SiF4보다 큰 이온화 단면적을 나타내고, 또한 Si2H6의 농도가 50% 이하의 미리 결정된 상한 미만으로 유지되기 때문에, SiF4 및 Si2H6는 증가된 양의 Si+ 이온을 발생시키는 이온화 메카니즘을 초래하는 상승작용 방식으로 서로 상호작용한다.

도 2는 규소 이온 주입 시스템 (200)에 포함된 도 1의 이온 공급원 장치 (100)를 도시한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 도 1의 이온 공급원 장치 (100)의 모든 요소가 도 2에 포함됨을 알아야 한다. 그 결과, 도 2에 도시된 이온 공급원 장치 (100)의 요소 및 특징은 도 1에 도시된 요소 및 특징과 관련하여 이해되어야 한다.

도 2는 규소-기재 도펀트 기체 조성물이 도펀트 기체 박스 (201)로부터 공급될 수 있음을 보여준다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 기체 박스 (201) 내의 단일 공급 용기에서 바람직한 제형으로 예비혼합 조성물로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 기체 박스 (201)는 각각의 규소 보조-종, SiF4 및 Si2H6가 기체 키트의 일부로서 별도의 분배 용기에 공급되고, 이어서 기체 키트의 일부로 간주될 수 있는 상응하는 유량 조절기를 이용하여 조절된 유량으로 연속적으로 또는 반연속적으로 동시-유동 또는 순차적 유동할 수 있는 구조 및 배열을 가질 수 있다. Si2H6 및 SiF4의 유량은 바람직한 농도 범위의 바람직한 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 형성하도록 조절되고 이온 공급원 장치 (100)를 향하여 인도된다. 이러한 도펀트 기체 조성물은 공급원 챔버 (100)로의 주입구 및/또는 공급원 챔버의 내부에서 생성될 수 있다. 개별 보조-종의 수렴 지점은 이온 공급원 장치 (100)의 상류에서 또는 장치 (100)의 챔버 (112) 내부에서 발생할 수 있다.

도 2를 참조하면, 관련 기술분야에서 공지된 시판되는 적합한 분석기가 이온 공급원 챔버 (100)에 들어가는 규소-기재 도펀트 기체 조성물의 농도를 측정하는 데에 사용될 수 있다. 한 실시양태에서, 규소 도펀트 기체 조성물은 약 1 내지 20 부피% 범위의 Si2H6 농도를 가지며, 그 나머지는 SiF4이다. 바람직한 실시양태에서, 규소 도펀트 기체 조성물은 약 2 내지 10 부피% 범위의 Si2H6 농도를 가지며, 그 나머지는 SiF4이다. 보다 바람직한 실시양태에서, 규소 도펀트 기체 조성물은 약 2 내지 5 부피% 범위의 Si2H6 농도를 가지며, 그 나머지는 SiF4이다.

도 2를 참조하면, 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 장치 (100)로 동시-유동 또는 순차적 유동하는 방식으로, 직전에 기재된 방식으로 예비혼합된 단일 공급원으로서 또는 SiF4 및 Si2H6의 개별 종으로서 박스 (201)로부터 이온 공급원 장치 (100)로 도입된다. 에너지를 챔버 (112) (도 1)에 도입하기 위한 수단으로서 전압이 이온 공급원 필라멘트 (114)에 인가되어, 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 이온화하여 주입을 위해 이용가능한 충분한 농도의 활성 규소 이온을 발생시키기 위해 선택된 장치 (100)의 아크 전압을 발생시킨다. 바람직하게는, 이온 공급원 (114)에 투입되는 에너지 (즉, 아크 전압)는 증가된 양의 활성 Si+ 이온을 발생시키는 이온화 메카니즘을 초래하는 상승작용 방식으로 SiF4와 Si2H6의 상호작용을 가능하게 하기 위해 약 80 V 내지 120 V의 범위에서 유지된다. 그에 따라 챔버 (112) 내에서 플라즈마 환경이 발생한다. 이온 빔 추출 시스템 (201)은 도 2에 도시된 규소-함유 도펀트 공급 시스템의 일부를 형성하고, 규소 이온 주입을 위해 사용되는 잘 한정된 규소 빔 (121)의 추출을 위한 구성을 갖는 추출 전극 (120) 및 억제 전극 (119)을 포함한다. 빔 (121)은 임의적인 질량 분석기/필터 (205)를 통해 수송되어, 주입되는 다른 종으로부터 규소 이온 종이 선별되고 자기적으로 수집될 수 있다. 구체적으로, 질량 분석기/필터 (205)는 표적 활성 규소 이온만이 공정 챔버 또는 종료 스테이션 (210)으로 계속 이동하도록 허용하는 배열을 갖는다. 그 후에, 규소-풍부 이온 빔 (207)은, 필요에 따라, 가속/감속 유닛 (206)에 의해 가속/감속된 다음, 활성 규소 이온의 가공물 (209)으로의 주입을 위해 종료 스테이션 (210)에 위치하는 웨이퍼 또는 표적 가공물 (209)의 표면으로 수송될 수 있다. 빔의 활성 규소 이온은 가공물 (209) 표면과 충돌하여 바람직한 깊이로 침투하여, 바람직한 전기적 및 물리적 성질을 갖는 영역을 형성한다. 본 발명의 공정 및 기술을 이용함으로써, 시스템 (200) 내에 포함된 이온 공급원 장치 (100)의 빔 전류는 이온 공급원 수명의 저하 없이 통상의 규소 도펀트 시스템보다 상당히 증가할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 규소 이온 주입 산업에서 진보를 나타내고, 공정의 다른 이점 중에서도, 이온 공급원 장치 (100)의 처리량을 증가시킨다.

규소 주입 공정 (200)의 구조 및 설계에 있어서 다수의 변화가 본 발명의 상이한 실시양태에서 이용될 수 있음을 주목해야 한다. 추가로, 구조 및 설계의 세부사항은 이들이 이온 공급원 장치 (100) 및 상응하는 주입 공정 (200)에서 사용되는 규소-기재 도펀트 조성물과 관련있지 않는 한은, 본 발명의 실시에 있어서 중요하지 않다.

도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 측면에서, Si2H6 및 SiF4를 포함하는 규소-기재 도펀트 기체 조성물의 조절된 유동이 이온 공급원 장치 (100)의 이온 공급원 챔버 (112)에 예비혼합되어 공급되고, 여기서 Si2H6의 농도는 전체 혼합물을 기준으로 약 1 내지 10 부피%의 범위이다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 고압 실린더에서 예비혼합되어 패키징될 수 있다. 대안적으로, 도펀트 기체 조성물은 대기압-이하 전달 패키지, 예컨대 미국 특허 5,937,895; 6,045,115; 6,007,609; 7,708,028; 및 7,905,247에서 개시된 업타임(UpTime)® 대기압-이하 전달 시스템으로부터 전달될 수 있고, 이들 특허는 모두 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 다른 적합한 대기압-이하 전달 장치는 다양하게 배열된 압력 조절기, 체크 밸브, 과류 방지 밸브 및 제한적인 유동 오리피스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 압력 조절기가 실린더 내에 직렬로 배치되어, 도펀트 기체의 실린더 압력이 유체 방출 라인을 따라 함유된 하류 질량 유량 조절기에 대하여 허용되는 미리 결정된 압력으로 하향 조절될 수 있다. 대기압-이하 패키지는 그의 향상된 안전성으로 인해 기체의 전달에 있어서 바람직한 방식이다. 한 실시양태에서, 유량은 약 0.1 내지 100 sccm, 바람직하게는 0.5 내지 50 sccm, 보다 바람직하게는 약 1 내지 10 sccm의 범위일 수 있다. 이온 공급원 장치 (100)는 시판 이온 주입기에서 통상 사용되는 이온 공급원, 예컨대 프리만 및 베르나스 유형의 공급원, 간접 가열형 캐소드 공급원 및 RF 플라즈마 공급원을 포함할 수 있다. 압력, 필라멘트 전류 및 아크 전압을 포함하는 이온 공급원 작동 파라미터는 Si2H6 및 SiF4를 포함하는 규소-기재 도펀트 기체 조성물의 바람직한 이온화를 달성하도록 조정되어, 본 발명의 원리에 따라, 선택된 파라미터하에서, Si2H6는 SiF4보다 큰 이온화 단면적을 가짐으로써 이온화 및 활성 Si 이온의 발생을 개선한다.

본 발명의 또 다른 실시양태에서, Si-함유 도펀트 조성물은 적합한 이온 주입 적용을 위해 보다 낮은 아크 전압에서 작동가능한, 상기에서 논의된 한정된 농도의 SiF4와 Si2H6의 혼합물이다. 전압이 낮을수록 챔버 요소에 대한 공격이 감소할 수 있다. 특히, 보다 낮은 아크 전압에서의 작동은 요소의 화학적 및 물리적 부식의 감소를 초래함으로써, 이온 공급원의 수명을 연장시킨다. 보다 낮은 아크 전압에서의 작동은 바람직하게는 빔 전류를 실질적으로 유지한다. 유리하게도, 필라멘트 상의 W-함유 침착물의 축적이 이온 공급원의 전자 방출 효율을 감소시키고, 그러한 공급원 기체의 불충분한 이온화로 인한 빔 전류의 손실이 잠재적으로 초래될 수 있는 단독의 희석되지 않은 SiF4로부터 발생되는 빔에서는 흔한, 침착물의 축적 및 빔 불안정성이 아크 전압의 저하에 의해 초래되지 않는다.

본 출원인은 본 발명의 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 다른 도펀트 기체 물질과 비교하기 위해 다수의 실험을 수행하였고, 이들 실험은 이제부터 하기의 실시예에서 논의될 것이다. 하기에 기재된 모든 테스트에서, 이온 공급원 필라멘트의 중량 증가 또는 손실이 관련 기술분야에서 공지된 테스트 전후에 이온 공급원 필라멘트의 중량 측정을 실시함으로써 측정됨을 주목해야 한다. 전류는 관련 기술분야에서 널리 공지된 표준 기술에 의해 패러데이 컵을 사용하여 측정된다. 모든 테스트는 100 V에서 실시된다.

비교예 1 (희석되지 않은 SiF4 )

SiF4 만으로 구성된 (즉, 희석되지 않은) 도펀트 기체 조성물로부터 유도된 이온 빔의 이온 빔 성능을 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 챔버의 내부는 나선형 필라멘트 및 나선형 필라멘트의 축에 대하여 수직 방향으로 위치하는 애노드를 포함하는 구조를 갖는 이온 공급원으로 이루어졌다. 이온화 공정 동안에 애노드를 고정 상태로 유지하기 위해 기판 플레이트가 애노드의 전방에 위치하였다. SiF4를 이온 공급원 챔버에 도입하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, SiF4를 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 측정된 빔 전류는 도 3에 도시되어 있다. 빔 전류는 이온 주입을 위해 사용가능한 잘 한정된 규소 이온 빔을 발생시키려는 목적을 위해 허용되는 것으로 간주되었다. 그러나, 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 0.02 gm/hr의 상당한 필라멘트 중량 증가가 관찰되었고 측정되었다. 테스트 동안에 필라멘트 상의 다양한 W-함유 침착물의 축적은 전자 방출 효율을 감소시켜, 결국에는 공급원 기체의 불충분한 이온화로 인한 빔 전류의 손실을 초래하므로, 테스트를 중단할 필요가 있었다. 이러한 결과는 Si+ 도펀트 공급원으로서 SiF4를 단독으로 사용할 경우에 나타나는 전형적인 문제인 것으로 생각되었다.

비교예 2 ( SiF4 + 20%의 Xe /H2)

SiF4와 전체 기체 혼합물의 20 부피%의 크세논/수소 희석제 기체 혼합물의 혼합물로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 비교예 1에서의 기준 SiF4 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. SiF4 및 희석제 크세논/수소를 별도의 공급원으로부터 이온 공급원 챔버에 도입하여, 챔버 내에서 바람직한 도펀트 기체 조성물을 생성하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, SiF4를 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 빔 전류를 측정하였고, 이는 B 사례로서 도 3에서 도시된 바와 같이, SiF4 만을 사용하여 발생된 것보다 약 10% 감소한 것으로 측정되었다. 빔 전류를 비교예 1의 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하고 도 3에 도시하였다. 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 0.0017 gm/hr의 필라멘트 중량 증가가 달성되었다. 침착물로 인한 필라멘트의 중량 증가는 비교예 1의 SiF4의 경우보다 작았고, 이는 할로겐 사이클을 지속시킴으로써 부가적인 텅스텐 챔버 요소를 에칭하는 데에 보다 적은 활성 F 이온이 이용가능하였음을 시사한다. 그 결과, 할로겐 사이클은 비교예 1과 비교하여 감소하였다. 비교예 1과 비교하여 감소한 빔 글리칭이 발생하였다. 그러나, 크세논/수소 희석제는 할로겐 사이클 및 W-함유 침착물을 감소시키는 대신에, SiF4를 단독으로 사용하는 경우보다 감소한 빔 전류를 발생시켰다 (도 3). 이러한 결과는 희석제 기체를 사용하는 통상의 규소 도펀트 기체 전구체의 전형이었다.

비교예 3 (50%의 SiF4 + 50%의 SiH4)

SiF4와 SiH4의 혼합물로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 혼합물의 농도는 50 부피%의 SiF4 및 50 부피%의 SiH4였다. 비교예 1 및 2에서의 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. SiF4와 SiH4의 혼합물을 별도의 공급원으로부터 이온 공급원 챔버에 도입하여, 챔버 내에서 바람직한 도펀트 기체 조성물을 생성하였다. 농도 측정치를 수집하여, 목적하는 농도가 달성되었음을 확인하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, 도펀트 기체 혼합물을 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. C 사례로서 도 3에서 도시된 바와 같이, 빔 전류를 측정하고 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하였다. 빔 전류는 비교예 2의 SiF4 및 희석제 크세논/수소 혼합물을 사용하여 발생된 것보다는 증가하였지만, 비교예 1의 SiF4 만을 사용하여 발생된 것보다는 감소하였다. 이러한 결과는, 적어도 부분적으로, SiH4가 이온 공급원에 투입되는 실질적으로 모든 작동 에너지 준위에서 SiF4보다 낮은 이온화 상수를 가짐을 보여주는 도 4를 참조함으로써 설명될 수 있다. 그러므로, SiH4 및 SiF4의 충돌로부터 유도되는 활성 규소 이온이 보다 적게 발생하였다. SiH4가 SiF4보다 작은 이온화 단면적을 가지므로, SiF4가 충돌하여 이온화될 순 가능성이 감소할 수 있고, 그에 의해 규소 이온 빔 전류의 전반적인 저하가 초래된다. 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 0.0025 gm/hr의 필라멘트 중량 손실이 달성되었다. 이온 챔버 내에서의 SiF4 및 SiH4의 상응하는 양이온 종에 의한 필라멘트의 물리적 스퍼터링(sputtering)이 가능할 수도 있기 때문에 필라멘트의 박화가 관찰되었다. 따라서, 50%의 SiF4 및 50 부피%의 SiH4의 도펀트 기체 혼합물은 과도한 이온 공급원 필라멘트 박화로 인한 조기 장애를 초래할 수도 있는 것으로 결론이 내려졌다.

비교예 4 ( SiF4 + 50%의 Si2H6 )

SiF4 및 50 부피%의 Si2H6로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 비교예 1, 2, 3에서의 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 별도의 SiF4 및 Si2H6 공급원을 통해 챔버에 도입하고 이온 공급원 챔버의 상류 유동 라인에서 혼합하였다. 농도 측정치를 수집하여, 목적하는 농도가 달성되었음을 확인하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, 도펀트 기체 조성물을 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 빔 전류를 측정하고 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하였다. 도 3에서 F 사례는 수득된 빔 전류가 SiF4 (비교예 1)보다 약 10% 감소하였음을 보여준다. 필라멘트는 0.0023 gm/hr의 비율로 중량이 손실되었다. 도 5B에서 도시된 바와 같이, 상당한 Si 함유 침착물이 20시간 동안의 연속 작동 후에 이온 공급원 아크 챔버의 표면을 따라 관찰되었다. 침착물의 이러한 축적은 작동 중에 빔 불안정성을 초래하고 결국에는 이온 공급원의 조기 장애를 초래하였다. 그러므로, 상기 기체 조성물은 Si 주입 작업에 있어서 바람직하지 않은 것으로 결론이 내려졌다.

비교예 5 ( SiF4 + 80%의 Si2H6 )

SiF4 및 80 부피%의 Si2H6로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 별도의 SiF4 및 Si2H6 공급원을 통해 챔버에 도입하고, 이온 공급원 챔버의 상류 유동 라인에서 혼합하였다. 비교예 1, 2, 3 및 4에서의 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 예비혼합된 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 챔버에 도입하였다. 농도 측정치를 수집하여, 목적하는 농도가 달성되었음을 확인하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, 도펀트 기체 조성물을 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 빔 전류를 측정하고 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하였다. 80%의 Si2H6와 그 나머지가 SiF4인 혼합물은 비교예 1의 희석되지 않은 SiF4 기준 사례와 비교하여 상당히 감소한 Si+ 빔 전류 측정치를 나타냈다. 도 3에서 G 사례는 빔 전류가 SiF4 (비교예 1)보다 60%가 넘게 감소하였음을 보여준다. 추가로, 이온 빔은 작동 중에 불안정성을 나타냈고 결국에는 이온 공급원의 조기 장애를 초래하였다. 하기의 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 필라멘트는 -0.0025 gm/hr의 비율로 중량이 손실되었다. 도 5A는 아크 챔버의 표면을 따라 바람직하지 않은 양의 Si-함유 침착물이 20시간 동안의 연속 작동 후에 관찰되었음을 보여준다. 그러므로, 상기 Si-함유 도펀트 기체 조성물은 Si 이온 주입 작업에 있어서 바람직하지 않은 것으로 결론이 내려졌다.

실시예 1 ( SiF4 + 2.5 부피%의 Si2H6 )

SiF4 및 2.5 부피%의 Si2H6로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 비교예 1, 2, 3, 4 및 5에서의 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 5%의 Si2H6/SiF4 혼합물 및 순수한 SiF4 스트림을, 순수한 SiF4 스트림이 5%의 Si2H6/SiF4 혼합물을 희석시켜 2.5 부피%의 Si2H6를 생성하도록 선택된 유량으로 챔버로 동시-유동시킴으로써 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 생성하였다. 농도 측정치를 수집하여 목적하는 2.5 부피%의 Si2H6가 달성되었음을 확인하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 빔 전류를 측정하고 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하였다. 도 3에서 E 사례로서 도시된 바와 같이, 빔 전류는 SiF4를 사용하여 발생된 것보다 증가된 것으로 측정되었다. 표 1에 나타나 있는 바와 같이, -0.0009 gm/hr의 필라멘트 중량 손실이 달성되었다. 규소-기재 도펀트 조성물은 모든 테스트 중에서 최소한의 중량 변화를 초래하였다. 추가로, 도 5C는 아크 챔버의 표면을 따라 실질적으로 침착물이 관찰되지 않음을 보여준다. 따라서, SiF4 및 2.5 부피%의 Si2H6의 도펀트 기체 조성물은 SiF4보다 증가된 빔 전류를 발생시킴과 동시에, 공급원 필라멘트 상의 W-기재 침착물을 상당히 감소시키고 필라멘트의 물리적 스퍼터링을 방지할 수 있는 것으로 결론이 내려졌다.

실시예 2 ( SiF4 + 5 부피%의 Si2H6 )

SiF4 및 5 부피%의 Si2H6로 구성된 규소-기재 도펀트 기체 조성물로부터 수득된 이온 빔 전류를, 특정한 기간 동안의 이온화 중의 이온 공급원의 성능과 함께 평가하는 이온화 테스트를 수행하였다. 비교예 1, 2, 3 및 실시예 1에서의 테스트를 수행할 때와 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 별도의 공급원으로부터 도입하고 챔버의 상류에서 예비혼합하였다. 농도 측정치를 수집하여, 목적하는 5 부피%의 Si2H6가 달성되었음을 확인하였다. 전압을 이온 공급원에 인가하여, 도펀트 기체 조성물을 이온화하고 규소 이온을 발생시켰다. 빔 전류를 측정하고 SiF4로부터의 빔 전류에 대하여 표준화하였다. 도 3에서 D 사례로서 도시된 바와 같이, 빔 전류는 테스트한 모든 도펀트 기체 조성물 중에서 최고치인 것으로 측정되었다. 필라멘트의 중량 증가 또는 부식으로 인한 조기 빔 글리칭은 발생하지 않았다. 표 1에 나타나 있는 바와 같이, -0.0012 gm/hr의 필라멘트 중량 손실이 달성되었다. 필라멘트의 중량 변화는 비교예 1-3 모두보다 적었고 실시예 1과 유사하였다. 테스트 동안에 침착물은 관찰되지 않았다. 중량 감소가 실시예 1에서의 SiF4 + 2.5 부피%의 Si2H6의 경우보다 약간 더 많았지만, 중량 감소가 빔 불안정성을 초래하지는 않았다. 따라서, SiF4 및 5 부피%의 Si2H6 도펀트 기체 조성물은 SiF4를 단독으로 사용하는 것보다 증가된 빔 전류를 발생시킴과 동시에, 공급원 필라멘트 상의 W-기재 침착물 및 물리적 스퍼터링을 상당히 감소시킬 수 있는 것으로 결론이 내려졌다.

<표 1>

공급원 수명 평가

실시예를 통해, 본 발명에서 기재된 도펀트 기체 조성물의 이점을 실현시키기 위해 Si2H6-SiF4 혼합물 중의 Si2H6 농도에 있어서 상한이 존재함이 입증된다. 도 5A 내지 5C는 SiF4와 Si2H6의 혼합물 중의 Si2H6의 상이한 농도에 따라서 연속 작동 후의 아크 챔버의 내부를 보여준다. 각각 80% 및 50%의 Si2H6를 갖는 조성물은 각각 20시간 동안의 연속 작동 후에 아크 챔버에서 바람직하지 않은 양의 침착물을 나타냈고, 반면에 2.5%의 Si2H6-SiF4 혼합물은 60시간의 연속 작동 후에도 침착물이 관찰되지 않았다. 추가로, 50% 및 80%의 보다 높은 Si2H6 조성에서, 이온화 공정은 아크 챔버 내부에서 Si 및/또는 W 함유 침착물을 초래함이 발견되었다. 이러한 침착물은 바람직하지 않으며 활성 Si 이온을 감소시켜, 작동 동안에 Si+ 빔 전류의 감소를 유도한다. 그 결과, 후속적으로 이온 공급원의 조기 장애가 발생할 수 있다. 이러한 관찰은 작동 동안에 이온 공급원의 열화 없이, 빔 전류의 증가를 특징으로 하는 개선된 빔 전류의 이점을 실현시키기 위해 Si2H6-SiF4 혼합물의 바람직한 조성에 있어서 상한을 둔다.

본 발명은 추가로 챔버 벽 요소로부터의 W-함유 및 다른 다양한 유형의 침착물의 에칭이 본 발명의 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 사용할 때 상당히 감소함을 입증한다. 침착물의 감소는 빔 불안정성 및 궁극적으로 빔 글리칭을 감소시키거나 제거함으로써, 이온 챔버의 공급원 수명 동안에 빔 전류를 개선한다. 추가로, 선행기술의 방법과 달리, 본 발명의 조성물, 시스템 및 사용 방법은 이온 공급원 수명의 손상 및 단축 없이 빔 전류를 증가시킬 수 있다. 놀랍게도, 도 3에서 도시된 바와 같이, 희석되지 않은 SiF₄와 비교하여 증가된 빔 전류가 달성될 수 있다. 희석되지 않은 또는 순수한 SiF4와 비교하여 기체 유량의 단위 부피 당 Si 도펀트 활성 이온의 개수를 증가시키는 능력은 이온 공급원의 열화 없이, 동일한 기체 유량에 대하여 Si 빔 전류를 증가시킨다. 연장된 이온 공급원와 함께, 증가된 빔 전류는 처리량을 증가시킬 수 있고 공정 가공물이 필요로 하는 도펀트 용량을 달성하기 위한 사이클 시간을 단축시키는 가능성을 제공한다.

이온화의 관점에서 보면, 본 발명의 특정한 규소-함유 조성물은 이온 공급원의 열화 없이, 활성 이온 및 증가된 빔 전류를 발생시킬 수 있음이 실시예 1 및 2를 통해 추가로 입증된다. 특히, 바람직한 농도 범위 내의 Si2H6와 SiF4의 혼합물은 선택된 아크 전압 작동 조건에서, SiF4 및 Si2H6를 개별적으로 이온화하는 것으로부터 이용가능하게 될 전체 규소 이온의 단순한 상가 효과보다 큰, 증가된 양으로 활성 규소 이온을 발생시킬 수 있는 이온화 메카니즘을 초래하는 상승작용 방식으로 서로와의 상호작용을 촉진한다. 순 효과는 통상의 규소 전구체 물질을 이용하는 통상의 시스템 및 공정과 비교하여 빔 전류의 개선이다.

추가로, 본 발명은 침착물을 감소시키려는 목적으로 희석제 기체를 필요로 하는 통상의 규소 이온 주입 시스템 및 방법의 단점을 극복할 수 있다. 희석제 기체는 이온 공급원 챔버로의 단위 기체 유량 당 이용가능한 활성 규소 이온의 개수를 감소시킴으로써, 처리량을 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 규소 이온 빔 전류의 감소를 초래하는, 희석제 기체와 함께 도펀트 기체를 이용하는 통상의 규소 도펀트 조성물의 경우에 전형적으로 발생하는 이러한 소위 "희석 효과"는 본 발명에서 제거된다. 본 발명은 공급원 수명을 연장시키려는 목적으로 희석제 기체의 혼입을 필요로 하지 않는다. 그러나, 본 발명은 특정한 경우에, 제2 종으로서 제1 규소-함유 종보다 큰 이온화 단면적을 갖는 특정한 방식으로 희석제 또는 비활성 기체의 혼입을 고려한다. 이러한 방식으로, 본 발명은 규소 이온 빔 전류를 유지하거나 증가시킴과 동시에, 통상의 규소 전구체 물질을 사용하여 기존에 가능했던 것보다 장기간 동안 공급원 필라멘트 (115)의 온전성을 유지할 수 있는, 특별한 규소-기재 도펀트 기체 조성물, 시스템 및 그의 사용 방법을 갖는다.

본 발명은 또한 다른 공정 이점을 제공한다. 예를 들어, 본 발명에서 달성가능한 증가된 빔 전류는 임의의 부가적인 기체용 스틱 (예를 들어, 유량 조절 장치, 압력 모니터링 장치, 밸브 및 전자 인터페이스)에 대한 필요성을 제거할 수 있으므로, 부가적인 기체용 스틱의 이용과 관련된 자본 비용의 상당한 감소를 제공한다.

본 발명의 특정 실시양태인 것으로 간주되는 것이 도시되었고 기재되었지만, 당연히, 형태 또는 세부사항에 있어서 다양한 수정 및 변화가 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어남이 없이 용이하게 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에서 도시되었고 기재된 형태 및 세부사항 그대로, 또는 본원에서 기재되었고 하기 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 전체 범위 이하의 것으로 제한하려는 것이 아니다.

Claims

제1 규소-기재 종, 및 활성 규소 이온의 발생 및 주입 동안에 사용되는 이온 공급원의 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된 제2 종을 포함하는 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 포함하며,
여기서 상기 규소-기재 도펀트 기체 조성물은 사플루오린화규소 (SiF4)로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 상기 이온 공급원의 열화 없이 빔 전류를 유지하거나 증가시키도록 이온 빔 전류를 개선하는 것인,
도펀트 기체 조성물.
제1항에 있어서, 상기 제1 규소-기재 종이 SiH2Cl2, Si2H6, SiH4, SiF2H2, SiF4 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 도펀트 기체 조성물.
제1항에 있어서, 상기 1 규소-기재 종이 SiF4인 도펀트 기체 조성물.
제1항에 있어서, 상기 제1 규소-기재 종이 SiF4이고, 제2 종이 디실란 (Si2H6)인 도펀트 기체 조성물.
제4항에 있어서, 상기 Si2H6가 상기 조성물의 전체 부피를 기준으로 50% 미만의 농도를 갖는 것인 도펀트 기체 조성물.
제5항에 있어서, 상기 Si2H6가 약 10% 이하의 농도를 갖는 것인 도펀트 기체 조성물.
챔버가 챔버 벽 내에 적어도 부분적으로 배치된 규소 이온 공급원을 포함하는, 아크 챔버 벽에 의해 부분적으로 한정된 이온 공급원 장치;
제1 규소-기재 종, 및 활성 규소 이온의 주입 동안에 이온 공급원의 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖도록 선택된 제2 종을 포함하는 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 보관하는, 상기 이온 공급원 장치와 유체 연통되는 하나 이상의 공급 용기;
하나 이상의 공급 용기로부터 벽을 통해 챔버로 연장되는, 하나 이상의 공급 용기에 상응하는 하나 이상의 공급 라인
을 포함하며, 여기서 상기 하나 이상의 용기는 상기 규소-기재 도펀트 조성물을 상기 공급 라인을 통해 상기 이온 공급원 장치로 분배함으로써, 규소 이온 공급원이 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 이온화시켜 적어도 상기 제1 규소-기재 종으로부터 활성 규소 이온의 적어도 일부를 발생시키도록 구성되고, 활성 규소 이온은 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 증가된 빔 전류를 발생시키는 것인,
규소 이온 주입 동안에 개선된 빔 전류를 제공하기 위한 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제1 규소-기재 종이 SiH2Cl2, Si2H6, SiH4, SiF2H2, SiF4 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제1 규소-기재 종이 SiF4이고, 상기 제2 종이 규소-기재 종이고, 상기 규소-기재 종이 Si2H6를 포함하는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 Si2H6가 전체 규소-기재 도펀트 조성물을 기준으로 1 내지 10 부피%의 농도를 갖는 것인 시스템.
제7항에 있어서, 기체 키트의 일부로서 제1 공급 용기 및 제2 공급 용기가 제공되고, 상기 제1 공급 용기가 SiF4를 포함하고, 상기 제2 공급 용기가 Si2H6를 포함하며, 상기 제1 및 제2 공급 용기의 각각이 미리 결정된 농도로 SiF4 및 Si2H6를 포함하는 챔버 내의 규소-함유 도펀트 조성물을 생성하도록 SiF4 및 Si2H6를 각각 조절된 유량으로 이온 공급원 챔버에 분배함으로써, Si2H6의 농도가 약 20 부피% 미만인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 키트가 제1 공급 용기로부터 SiF4의 유량을 제1 유량으로 조절하기 위한 제1 유량 조절기를 포함하고, 상기 키트가 제2 공급 용기로부터 Si2H6의 유량을 제2 유량으로 조절하기 위한 제2 유량 조절기를 추가로 포함하는 것인 시스템.
제7항에 있어서, 단일 공급 용기가 규소-기재 도펀트 기체 조성물을 예비혼합하고, 추가로 상기 공급 용기가 대기압-이하 보관 및 전달 용기인 시스템.
제9항에 있어서, Si2H6가 상기 조성물의 전체 부피를 기준으로 2.5 부피% 내지 5 부피%의 양으로 존재하는 것인 시스템.
제1 규소-기재 종을 선택하고;
활성 규소 이온의 발생 및 주입 동안에 사용되는 이온 공급원의 미리 결정된 작동 아크 전압에서 제1 규소-기재 종보다 큰 이온화 단면적을 갖는 제2 종을 선택하고;
제1 규소-기재 종 및 제2 종을 하나 이상의 공급 용기에 제공하고;
제1 규소-기재 종 및 제2 종을 하나 이상의 공급 용기로부터 이온 공급원 장치로 유동시키고;
제1 규소-기재 종을 이온화하고;
활성 규소 이온을 발생시키고;
단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 증가된 빔 전류를 발생시키는 것
을 포함하며, 여기서 상기 증가된 빔 전류는 단독의 SiF4로부터 발생되는 빔 전류와 비교하여 공급원 수명을 연장시키는 것인,
규소 이온 주입 동안에 빔 전류를 증가시키는 방법.
제15항에 있어서, 상기 제2 종이 규소-함유 종이고, 상기 제1 및 제2 규소-함유 종이 SiH2Cl2, Si2H6, SiH4, SiF2H2, SiF4 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1 규소-기재 종이 SiF4이고, 제2 종이 이온 공급원 장치 내의 전체 조성물을 기준으로 약 2.5 부피% 내지 약 5 부피% 범위의 Si2H6를 포함하는 규소-기재 종인 방법.
제15항에 있어서, 기체 키트의 일부로서 제1 공급 용기 및 제2 공급 용기가 제공되고, 상기 제1 공급 용기가 SiF4를 포함하고, 상기 제2 공급 용기가 Si2H6를 포함하며, 상기 제1 및 제2 공급 용기의 각각이 미리 결정된 농도로 SiF4 및 Si2H6를 포함하는 챔버 내의 규소-함유 도펀트 조성물을 생성하도록 SiF4 및 Si2H6를 각각 조절된 유량으로 동시-유동 또는 순차적 유동시키는 방식으로 이온 공급원 챔버에 분배함으로써, Si2H6의 농도가 전체 조성물의 부피를 기준으로 약 1 부피% 초과 내지 약 10 부피% 미만인 방법.
제15항에 있어서, 상기 미리 결정된 작동 아크 전압이 약 80 V 내지 120 V의 범위인 방법.
제15항에 있어서, 단일 공급 용기가 약 10 부피% 이하의 Si2H6를 포함하고 그 나머지가 SiF4인 농축물을 분배하는 것인 방법.