KR20160009572A - Enriched silicon precursor compositions and apparatus and processes for utilizing same - Google Patents

Enriched silicon precursor compositions and apparatus and processes for utilizing same Download PDF

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KR20160009572A
KR20160009572A KR1020157033138A KR20157033138A KR20160009572A KR 20160009572 A KR20160009572 A KR 20160009572A KR 1020157033138 A KR1020157033138 A KR 1020157033138A KR 20157033138 A KR20157033138 A KR 20157033138A KR 20160009572 A KR20160009572 A KR 20160009572A
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제임스 제이 마이어
리차드 에스 레이
로버트 카임
조셉 디 스위니
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인티그리스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은, 동위원소 풍부한 규소 전구체 조성물이 결여된 상응하는 이온 주입에 비해 이온 주입에서 이온 주입 시스템의 성능을 향상시키는데 유용한 동위원소-풍부한 규소 전구체 조성물에 관한 것이다. 규소 도판트 조성물은 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 존재비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 규소 화합물을 포함하고, 보조-종 가스 및 희석 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 포함할 수 있다. 또한, 이런 규소 도판트 조성물을 이온 주입기에 제공하기 위한 도판트 가스 공급 장치뿐만 아니라 이런 도판트 가스 공급 장치를 포함하는 이온 주입 시스템이 기재된다.The present invention relates to isotope-rich silicon precursor compositions useful for enhancing the performance of ion implantation systems in ion implantation as compared to corresponding ion implantation lacking an isotope-rich silicon precursor composition. The silicon dopant composition is characterized in that at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si comprises an isotope-rich one or more silicon compounds in excess of the natural abundance ratio and the supplemental gas comprising at least one of a subsidiary- . ≪ / RTI > Also disclosed is an ion implantation system comprising such a dopant gas supply as well as a dopant gas supply for providing such a silicon dopant composition to an ion implanter.

Description

규소 풍부 전구체 조성물 및 이를 이용하기 위한 장치 및 방법{ENRICHED SILICON PRECURSOR COMPOSITIONS AND APPARATUS AND PROCESSES FOR UTILIZING SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a silicon-rich precursor composition and an apparatus and a method for using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 이온 주입용 규소 도판트 조성물, 및 이온 주입 시스템의 향상된 성능, 예컨대 이온 주입 시스템에서의 이온 공급원의 증가된 수명, 보다 높은 빔 전류의 달성 등을 성취하기 위한 이런 도판트 조성물의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the use of such dopant compositions for achieving improved performance of the silicon dopant composition for ion implantation and improved performance of the ion implantation system, such as increased life of the ion source in an ion implantation system, higher beam current, .

관련 출원과의 상호 참조Cross reference to related application

본 국제 특허 출원은 "규소 풍부 전구체 조성물 및 이를 이용하기 위한 장치 및 방법"에 대해 제임스(James J. Mayer) 등의 명의로 2013년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/898,809 호를 우선권으로 주장한다. 미국 특허 출원 제 13/898,809 호는, 35 USC 119 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임(Robert Kaim) 등의 명의로 2010년 2월 26일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제 61/308,428 호 및 35 USC 119 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2010년 10월 7일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제 61/390,715 호를 우선권으로 주장하는, 35 USC 120 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2011년 2월 26일자로 국제 출원된 국제 출원 PCT/US2011/026388 호의 계속 출원인, 35 USC 120 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2012년 2월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/401,527 호(2012년 8월 7일자로 발행된 미국 특허 제 8,237,134 호)의 계속 출원인, 35 USC 120 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2012년 8월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/567,571 호(2013년 3월 19일자로 발행된 미국 특허 제 8,399,865 호)의 계속 출원인, 35 USC 120 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/840,961 호의 계속 출원이다. 전술된 출원들의 개시내용을 각각 그 전체로 모든 목적을 위해 본원에 참고로 인용한다.This international patent application is directed to United States Patent Application No. 13 / 898,809, filed May 21, 2013, entitled " Silicon-rich Precursor Composition and Apparatus and Method for Utilizing It, " by James J. Mayer et al. Claim as priority. U.S. Patent Application No. 13 / 898,809 discloses a method and apparatus for improving the lifetime and performance of an ion source in an ion implantation system under 35 USC 119, in the name of Robert Kaim et al., February 26, 2010 U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 308,428, filed on even date herewith and 35 USC 119, entitled " Method and Apparatus for Improving the Life and Performance of the Ion Source of the Ion Implantation System ", by Robert Kaim et al. &Quot; Methods and Apparatus for Improving the Life and Performance of an Ion Source of Ion Implantation System "under 35 USC 120, which claims priority to U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 390,715, A method and apparatus for improving the lifetime and performance of an ion source in an ion implantation system are disclosed in U.S. Patent Application No. PCT / US2011 / 026388, filed on Feb. 26, 2011, (U.S. Patent No. 8,237,134 issued August 7, 2012), U.S. Patent Application No. 13 / 401,527, filed February 21, 2012 under the name of Robert Kaim, U.S. Patent Application No. 13 / 567,571, filed on August 6, 2012, entitled " Method and Apparatus for Improving the Life and Performance of an Ion Source of an Ion Implantation System "under the name of Robert Kaim et al. Quot; Method and Apparatus for Improving the Life and Performance of an Ion Source of an Ion Implantation System "under 35 USC 120, the continuation of U.S. Patent No. 8,399,865, issued March 19, 2013 No. 13 / 840,961, filed May 15, 2005, which is incorporated herein by reference. The disclosures of the foregoing applications are each incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.

적용례, 예컨대 반도체 제조 및 광전자 제품 제조에서 실시되는 이온 주입은, 기판 상에 주입 종의 활동적인(energetic) 이온을 충돌시켜 기판, 예컨대 웨이퍼에 주입 종을 혼입시키는 것을 포함한다. 이온성 주입 종을 생성시키기 위해, 도판트 종을 포함하는 도판트 조성물을 이온화시킨다. 이러한 이온화는 이온 공급원을 사용하여 이온 빔을 발생시킴으로써 수행된다.Ion implantation, which is practiced in applications such as semiconductor manufacturing and optoelectronic product manufacturing, involves impinging energetic ions of an implant species onto a substrate to incorporate implanted species into a substrate, e.g., a wafer. To produce an ionic implant species, the dopant composition comprising the dopant species is ionized. This ionization is performed by generating an ion beam using an ion source.

이온 공급원에서 생성된 이온 빔은 추출, 자성 여과, 가속/감속, 분석기 자석 가공, 시준, 주사 및 자성 교정에 의해 가공되어 기판 상에 충돌되는 최종 이온 빔을 생성한다.The ion beam generated from the ion source is processed by extraction, magnetic filtration, acceleration / deceleration, analyzer magnet machining, collimation, scanning and magnetic calibration to produce a final ion beam impinging on the substrate.

유도 가열된 캐쏘드 이온 공급원, 프리만(Freeman), 버나스(Bernas) 등을 비롯한 다양한 형태의 이온 공급원이 개발되었지만, 사용되는 이온 공급원의 특정 유형에 관계없이, 이온 공급원은 이온 공급원의 중단, 유지 또는 수리를 필요로 하는 "고장(glitching)" 또는 다른 손상 또는 망실을 일으키지 않으면서 연장된 기간 동안 연속 작동이 가능해야 한다. 따라서, 이온 공급원 수명은 이온 주입 시스템의 중요한 특징이다.Various types of ion sources have been developed, including induction heated cathode ion sources, Freeman, Bernas, and the like, but regardless of the particular type of ion source used, Continuous operation for extended periods of time without causing "glitching" or other damage or loss that requires maintenance or repair. Thus, ion source life is an important feature of ion implantation systems.

더욱 일반적으로, 이온 주입 시스템은 바람직하게는 시스템의 낮은 작동 비용에서 높은 웨이퍼 처리량을 달성하도록 구성 및 작동된다. More generally, the ion implantation system is preferably configured and operated to achieve high wafer throughput at low operating costs of the system.

규소는 다양한 반도체 제조 작동에서 통상적으로 사용되는 침착 및/또는 도판트 종이다. 예컨대, 사불화 규소, SiF4는 집적 회로의 표면을 개질하기 위해 사용되는 규소 이온을 생성하기 위한 전구체 물질로서 사용될 수 있다. SiF4는 다양한 적용례, 예컨대 예비-비정질화(pre-amorphization) 주입에서 사용되거나 금속 침착의 선택성에 영향을 주기 위해 사용될 수 있다.Silicon is a deposition and / or dopant species commonly used in various semiconductor manufacturing operations. For example, silicon tetrafluoride, SiF 4 , can be used as a precursor material to produce silicon ions used to modify the surface of an integrated circuit. SiF 4 can be used in a variety of applications, such as pre-amorphization implantation, or can be used to affect the selectivity of metal deposition.

이온 주입 시스템에서 긴 이온 공급원 수명, 높은 웨이퍼 처리량 및 낮은 작동 비용을 성취하는 것에 대한 요구의 결과로서, 업계에서는 이런 고성능 작동을 가능케 하는 효율적 전구체 조성물을 개발하려는 노력을 계속하고 있다.As a result of the demand for long ion source lifetime, high wafer throughput and low operating costs in ion implantation systems, the industry continues to strive to develop efficient precursor compositions that enable such high performance operation.

본 발명은 이온 주입용 규소 도판트 조성물, 및 이온 주입 시스템의 향상된 성능, 예컨대 이온 주입 시스템에서의 이온 공급원의 증가된 수명, 보다 높은 빔 전류의 달성 또는 기타 성능 이점을 성취하기 위한 이런 도판트 조성물의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to silicon dopant compositions for ion implantation and to the use of such dopant compositions to achieve improved performance of the ion implantation system, such as increased lifetime of the ion source in an ion implantation system, higher beam current, .

하나의 양태에서, 본 발명은, 규소 도판트 조성물을 이온화시켜 이온화된 규소를 형성하는 단계, 및 상기 이온화된 규소를 기판과 접촉시켜 기판에 규소를 주입시키는 단계를 포함하는, 규소를 이온 주입하는 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 규소 도판트 조성물이, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비(natural abundance) 초과량으로 동위원소-풍부한(isotopically enriched) 하나 이상의 규소 화합물을 포함하고, 상기 규소 도판트 조성물이 29Si가 풍부한 사불화 규소로 이루어진 경우, 풍부 수준은 50 원자% 초과 100 원자% 이하이다.In one aspect, the present invention provides a method of ion implanting silicon, comprising ionizing a silicon dopant composition to form ionized silicon, and implanting silicon into the substrate by contacting the ionized silicon with the substrate Wherein the silicon dopant composition comprises one or more silicon compounds that are isotopically enriched with at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si in excess of a natural abundance And the silicon dopant composition is composed of silicon tetrafluoride rich in 29 Si, the abundance level is more than 50 atom% and not more than 100 atom%.

또 다른 양태에서, 본 발명은, (A) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스와의 혼합물 형태로 규소 도판트 가스를 포함하는 규소 도판트 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분사 용기로서, 이때 상기 규소 도판트 조성물은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 기상 규소 화합물을 포함하는, 가스 저장 및 분사 용기; 및 (B) (i) 규소 도판트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분사 용기, 및 (ii) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 보유하는 제 2 가스 저장 및 분사 용기를 포함하는 가스 공급 키트로서, 이때 규소 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것인, 가스 공급 키트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 규소의 이온 주입을 위한 도판트 가스 조성물 공급기에 관한 것이다.In another aspect, the present invention is directed to a gas storage and dispensing system including (A) a silicon dopant composition comprising a silicon dopant gas in the form of a mixture with a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary- Wherein the silicon dopant composition comprises: a gas storage and spray vessel, wherein at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si comprises at least one isotope-rich gas phase rich in naturally occurring excess; And (B) a first gas storage and injection vessel containing (i) a silicon dopant gas, and (ii) a second gas storage and injection vessel containing a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary- Wherein the at least one of the silicon dopant gas and the auxiliary-species gas, if present, comprises at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si isotope- Wherein the dopant gas composition feed is selected from the group consisting of gas supply kits.

본 발명의 추가의 양태는, 본 발명의 도판트 가스 조성물 공급기와 가스-수용 유동 연통식으로 구성된 이온 주입기를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.A further aspect of the invention relates to an ion implantation system comprising an ion implanter configured in gas-receiving flow communication with the dopant gas composition feeder of the present invention.

본 발명의 또 다른 양태는, 본 발명의 도판트 가스 조성물 공급기를 이온 주입 시스템에서 사용하기 위해 제공하는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is directed to a method of enhancing the operation of an ion implantation system, including providing the dopant gas composition feeder of the present invention for use in an ion implantation system.

본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시양태는 이후의 발명의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더욱 전체적으로 명확해질 것이다.Other aspects, features and embodiments of the present invention will become more fully apparent from the following detailed description of the invention and the appended claims.

도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of an ion implantation process system in accordance with an aspect of the present invention.
2 is a schematic diagram of an ion implantation process system in accordance with another aspect of the present invention.

본원에 사용된 단수 형태는 문맥상 달리 명백히 나타내지 않는 한 복수의 대상물을 포함한다.The singular forms as used herein encompass a plurality of objects, unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명은, 본 발명의 특징, 양태 및 실시양태와 관련하여 본원에 다양하게 개시된 바와 같이, 구체적인 구현양태에서 상기 특징, 양태 및 실시양태의 일부 또는 전부뿐만 아니라 본 발명의 다양한 추가적인 구현양태를 구성하도록 집합된 이들의 요소 및 구성요소를 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 본질적으로 이루어지는 것으로 구성될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 다양한 특징 및 양태에 관하여 본원에 다양한 실시양태로 개시된다. 본 발명은 이러한 특징, 양태 및 실시양태의 다양한 변형 및 조합이 본 발명의 범주 내에 드는 것으로 고려한다. 따라서, 본 발명은 이들 특정 특징, 양태 및 실시양태, 또는 이들 중 선택된 것(들)의 임의의 조합 및 변형을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 본질적으로 이루어지는 것으로 구체화된다.The present invention, as variously disclosed herein with respect to the features, aspects and embodiments of the present invention, may be embodied in various specific forms, forms, and implementations as well as some or all of the above- Or may consist essentially of, or consist of, elements and components thereof, which are collectively referred to herein. The present invention is disclosed herein in various embodiments with reference to various features and aspects of the invention. The present invention contemplates that various modifications and combinations of these features, aspects and embodiments are within the scope of the present invention. Accordingly, the invention is embodied in, consisting of, consisting essentially of, or consisting of any combination and variation of these particular features, aspects and embodiments, or any of the selected (s) thereof.

본 발명의 화합물, 조성물, 특징, 단계 및 방법은 본원에 개시된 이들의 다양한 사양 및 예시와 관련하여, 적용가능하다면, 특정 치환기, 동위원소, 잔기, 구조, 성분, 특징, 단계 또는 조건을 배제하는 단서 또는 한정에 의해 특정 실시양태로 더 구체화된다.It should be understood that the compounds, compositions, features, steps and methods of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention to any specific substituents, isotopes, moieties, structures, components, Or < / RTI > limitations.

본 발명은 이온 주입용 규소 도판트 조성물, 및 이온 주입 시스템의 향상된 성능을 성취하기 위한 이런 도판트 조성물의 용도뿐만 아니라 이런 규소 도판트 조성물의 사용을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이런 향상된 성능은, 본 발명의 동위원소-풍부한 도판트 가스 조성물이 결여된 상응하는 이온 주입 시스템에 비해 예컨대 이온 주입 시스템에서의 이온 공급원의 증가된 수명, 보다 높은 빔 전류의 달성 또는 기타 성능 이점을 포함할 수 있다.The present invention relates to silicon dopant compositions for ion implantation and to the use of such dopant compositions to achieve improved performance of ion implantation systems as well as to apparatus and methods for use of such silicon dopant compositions. This improved performance results in increased lifetime of the ion source in the ion implantation system, higher beam current attainment or other performance advantages over the corresponding ion implantation system lacking the isotope-rich dopant gas composition of the present invention .

더욱 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 규소-함유 화합물을 포함하는 규소 도판트 조성물에 관한 것이다. 규소는 하기의 자연 발생적 동위원소를 하기 열거된 원자%로 포함하며, 이때 모든 이런 동위원소 퍼센트는 합계 100 원자%이다.More specifically, the present invention relates to a silicon dopant composition wherein at least one silicon isotope comprises at least one isotopically-enriched silicon-containing compound with a naturally occurring ratio excess. Silicon contains the following naturally occurring isotopes in atomic percent listed below, where all such isotope percentages are 100 atomic percent total.

Figure pct00001
Figure pct00001

규소 도판트 가스 및/또는 보조-종 가스와 관련하여 본원에서 사용되는 용어 "동위원소-풍부한" 또는 "풍부한"은, 이런 가스(들) 중의 도판트 종이, 도판트 종의 자연 발생적 동위원소 분포로부터 변하여, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비적 양보다 높게 존재하는 것을 의미한다. 그러므로, 용어 "동위원소-풍부한"은, 고려되는 특정 동위원소 종의 (자연 발생비 수준 대비) 증가된 농도를 지시하는 것으로서 이해된다. 특정 규소 동위원소 종과 관련하여 용어 "단독동위원소성(homoisotopic)"은, 가스 또는 조성물이 100 원자%의 이런 특정 규소 동위원소를 함유하는 것을 의미한다.The term "isotopically-enriched" or "rich ", as used herein with respect to silicon dopant gas and / or auxiliary gas, is intended to encompass dopant species in such gas (s), naturally occurring isotopic distribution Means that at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si is present higher than the naturally occurring non-formation amount. Therefore, the term "isotopically-enriched" is understood to refer to an increased concentration (relative to the naturally occurring non-level) of the particular isotope species being considered. The term "homoisotopic " in the context of a particular silicon isotope species means that the gas or composition contains 100 atomic% of such a particular silicon isotope.

본 발명의 규소 도판트 조성물에서, 하나 이상의 자연 발생적 규소 동위원소는 이의 자연 발생비를 초과하는 수준으로 조성물에 존재한다. 많은 변형이 가능하다. 예컨대, 도판트 조성물은 모든 3종의 자연 발생적 동위원소를 함유할 수 있고, 이때 이런 동위원소 중 하나 또는 둘은 자연 발생비를 초과하는 수준으로 존재한다. 다르게는, 도판트 조성물은 이런 동위원소 중 단지 단일의 하나만을 100% 존재비로 함유할 수 있다. 다르게는, 도판트 조성물은 이런 동위원소 중 2개를 함유할 수 있고, 이때 하나 이상이 자연 발생비를 초과한다.In the silicon dopant compositions of the present invention, the at least one naturally occurring silicon isotope is present in the composition at a level that exceeds its natural rate. Many variations are possible. For example, the dopant composition may contain all three naturally occurring isotopes, wherein one or both of these isotopes are present at levels that exceed the spontaneous rate. Alternatively, the dopant composition may contain only one of these isotopes in a 100% ratio. Alternatively, the dopant composition may contain two of these isotopes, at least one of which exceeds the naturally occurring ratio.

본 발명의 규소 도판트 조성물은, 규소 도판트 조성물을 함유하는 가스 공급 용기(들)를 포함하는 가스 공급 패키지에 제공될 수 있다. 이를 위해, 규소 도판트 조성물은, 임의적으로 보충 가스와의 혼합물 형태로, 규소 도판트 가스를 함유하는 단일 용기에 공급될 수 있거나, 또는 규소 도판트 조성물은, 규소 도판트 가스를 함유하는 하나의 용기, 및 보충 가스(예컨대, 이런 다른 용기 중 하나는 보조-종 및/또는 희석 가스를 함유하고, 이런 용기 중 또 다른 하나는 동일하거나 상이한 가스를 함유함)를 함유하는 또 다른 용기를 포함하는 다중 용기에 제공되어 이온 주입 시스템 및 공정용 가스 공급기를 집단적으로 구성할 수 있다. 규소 도판트 조성물 공급 패키지는 다양한 유형의 용기를 포함할 수 있고, 예컨대 이후에서 추가로 기재되는, 흡착제계 유체 저장 및 분사 용기(들) 및/또는 압력-조절식 유체 저장 및 분사 용기(들)을 포함할 수 있다. 다양한 보충 가스 종이 본 발명의 규소 도판트 조성물에서 사용될 수 있다.The silicon dopant composition of the present invention may be provided in a gas supply package comprising a gas supply container (s) containing a silicon dopant composition. To this end, the silicon dopant composition can be supplied in a single vessel containing a silicon dopant gas, optionally in the form of a mixture with a supplemental gas, or the silicon dopant composition can be supplied in a single vessel containing a silicon dopant gas Container, and a supplemental gas (e.g., one such other container contains a subsidiary-species and / or a diluent gas, and another of such containers contains the same or a different gas) Can be provided in multiple vessels to collectively constitute an ion implantation system and a process gas supply. The silicon dopant composition delivery package may include various types of vessels and may include, for example, adsorbent based fluid storage and dispensing vessel (s) and / or pressure-controlled fluid storage and dispensing vessel (s) . ≪ / RTI > A variety of supplemental gas species can be used in the silicon dopant compositions of the present invention.

이온 주입 시스템 및 공정에서 사용되는 본 발명의 동위원소-풍부한 규소 도판트 조성물은, 이런 동위원소-풍부한 규소 도판트 조성물을 사용하지 않는 상응하는 이온 주입 시스템 및 공정에 비해 향상된 성능, 예컨대 향상된 수명, 보다 높은 빔 전류, 보다 낮은 가스 유속 등을 성취한다.The isotopically-enriched silicon dopant compositions of the present invention used in ion implantation systems and processes can provide improved performance, such as improved lifetime, improved performance, and the like, as compared to corresponding ion implantation systems and processes that do not use such isotope-rich silicon dopant compositions. A higher beam current, a lower gas flow rate, and the like.

본원에 사용된 "도판트 가스"라는 용어는 비-도판트 성분, 예를 들어 수소화물, 할로겐화물, 유기 또는 다른 잔기에 배위되거나 회합되는 도판트 종, 즉 이온 주입 기판에 주입되는 종을 비롯한 기상 물질을 나타낸다. 규소 도판트 가스의 예는, 비제한적으로, 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란(예컨대, SiH3CH3 , SiH2(CH3)2, SiH(CH3)3, Si(CH3)4, SiH3(C2H5), SiH2(C2H5)2, SiH(C2H5)3, Si(C2H5)4, 등), 플루오로실란(예컨대, SiHF3, SiH2F2, SiH3F), 및 클로로실란(예컨대, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl)을 포함한다.The term " dopant gas "as used herein refers to a dopant species that is coordinated or associated with a non-dopant component such as a hydride, halide, organic or other moiety, Indicates a vapor phase material. Examples of silicon dopant gases include but are not limited to silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilanes (eg, SiH 3 CH 3 , SiH 2 (CH 3 ) 2 , SiH (CH 3 ) 3 , Si (CH 3 ) 4 , SiH 3 (C 2 H 5 ) SiH 2 (C 2 H 5) 2, SiH (C 2 H 5) 3, Si (C 2 H 5) 4, etc.), silane fluoro (e. G., SiHF 3, SiH 2 F 2, SiH 3 F), and a chlorosilane (e.g., SiCl 4, SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl).

본원에 사용된 "보충 가스"라는 용어는 희석 가스 또는 보조-종 가스를 나타낸다.As used herein, the term "supplementary gas" refers to a diluent gas or auxiliary gas.

희석 가스는, 도판트 종을 함유하지 않으며 도판트 가스를 갖는 혼합물에서 효과적이어서 희석 가스의 부재 하에 도판트 가스를 처리하는 상응하는 이온 공급원의 수명 및 성능에 비해 상기 도판트 가스를 갖는 희석 가스-함유 혼합물을 처리하는 이온 공급원의 수명 및 성능을 향상하는 가스이다. 예시적인 희석 가스의 예는 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논을 포함한다.The diluent gas is effective in a mixture that does not contain a dopant species and is effective in a mixture having a dopant gas so that the diluent gas having the dopant gas with the dopant gas in comparison with the lifetime and performance of the corresponding ion source treating the dopant gas in the absence of the diluent gas, Is a gas that improves the lifetime and performance of an ion source treating the mixture. Exemplary diluent gases include but are not limited to argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germene, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, Rye, diborane, methane, and xenon.

보조-종(co-species) 가스는, 도판트 가스와 동일한 도판트 종을 함유하는 가스로서, 상기 동일한 도판트 종은 상기 도판트 가스의 비-도판트 성분과 상이한 비-도판트 성분에 배위되거나 회합된다.A co-species gas is a gas containing the same dopant species as the dopant gas, wherein the same dopant species is coordinated to a non-dopant component that is different from the non-dopant component of the dopant gas Or association.

예를 들면, 상기 도판트 가스는 사불화 규소, (SiF4)일 수 있고, 상기 보조-종 가스는 실란, SiH4일 수 있다. 이런 보조-종 조성물의 다양한 실시양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부할 수 있다. 다른 실시양태에서, 보조-종 가스는 규소를 이의 자연 발생적 동위원소의 자연 발생비 및 분포로 함유할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 보조-종 가스는 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비를 초과하여 풍부할 수 있는 반면, 도판트 가스는 이의 규소 함량의 동위원소 분포가 자연 발생비인 것이다.For example, the dopant gas may be silicon tetrafluoride (SiF 4 ), and the auxiliary gas may be silane, SiH 4 . In various embodiments of such auxiliary-species compositions, the dopant gas and the auxiliary-species gas may be isotopically enriched with one or more silicon isotopes in their naturally occurring ratio excess. In another embodiment, the auxiliary-species gas may contain silicon as the spontaneous generation ratio and distribution of its naturally occurring isotopes. In another embodiment, the auxiliary-species gas may be rich in more than one silicon isotope in excess of the naturally occurring ratio, while the dopant gas is the isotope distribution of its silicon content is the naturally occurring ratio.

다양한 실시양태에서 본 발명은, 규소 도판트 조성물을 이온화시켜 이온화된 규소를 형성하는 단계, 및 상기 이온화된 규소를 기판과 접촉시켜 기판에 규소를 주입시키는 단계를 포함하는, 규소를 이온 주입하는 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 규소 도판트 조성물이, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 규소 화합물을 포함하고, 상기 규소 도판트 조성물이 29Si가 풍부한 사불화 규소로 이루어진 경우, 풍부 수준은 50 원자% 초과 100 원자% 이하이다.In various embodiments, the present invention provides a method of ion implanting silicon, comprising ionizing a silicon dopant composition to form ionized silicon, and contacting the ionized silicon with the substrate to implant silicon into the substrate Wherein the silicon dopant composition comprises one or more isotopically enriched silicon compounds of at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si in a naturally occurring ratio excess and wherein the silicon dopant composition comprises 29 When it is made of Si-rich silicon tetrafluoride, the abundance level is more than 50 atomic% and not more than 100 atomic%.

이런 방법에서, 상기 규소 도판트 조성물은 (i) 규소 도판트 가스로서의 기상 형태의 전술된 규소 화합물, 및 (ii) 보조-종 가스 및 희석 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 포함한다.In this way, the silicon dopant composition comprises a supplemental gas comprising at least one of (i) the silicon compound described above in gaseous form as a silicon dopant gas, and (ii) a subsidiary-species gas and a diluent gas.

상기 방법은, 상기 규소 도판트 조성물이, 이온화 장치를 사용하여 이온화되어 규소 이온의 이온 빔을 생성하고, 상기 이온 빔이 전계에 의해 가속되어 접촉 작동으로 기판에 규소를 주입하는 것에 의해 수행될 수 있다. 다르게는, 상기 이온화된 규소는 플라즈마 함침 공정으로 기판과 접촉하여 기판에 규소를 주입시킬 수 있다. 상기의 논의에서 기재된 바와 같이, 상기 규소 도판트 조성물은 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함할 수 있다.The method can be performed by the ion implantation of the silicon dopant composition to produce an ion beam of silicon ions and the ion beam is accelerated by an electric field to inject silicon into the substrate by contact operation have. Alternatively, the ionized silicon may be implanted with silicon into the substrate by contacting the substrate with a plasma impregnation process. As described in the above discussion, the silicon dopant composition can include silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, Chlorosilanes, and the like.

특정 실시양태에서 상기 방법은, 28Si가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 규소 화합물, 예컨대 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 동위원소-풍부한 사불화 규소를 사용하여 수행될 수 있다. 특정 실시양태에서 상기 사불화 규소는, 28Si가 단독동위원소성인 것일 수 있다.In certain embodiments, the method is characterized in that 28 Si is isotopically-enriched in excess of naturally occurring silicon compounds, such as 28 Si using isotopically-enriched silicon tetrafluoride in a concentration range from greater than 92.3 atomic percent to less than 100 atomic percent . In certain embodiments, the silicon tetrafluoride may be a single isotope of 28 Si.

본 발명의 규소 도판트 조성물에서 사용되는 보충 가스는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있고, 예컨대 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함할 수 있다.The supplemental gas used in the silicon dopant compositions of the present invention can be of any suitable type and can be any suitable type of gas such as, for example, argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, A diluent gas selected from the group consisting of selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, xenon difluoride, diborane, methane, and xenon.

매우 다양한 도판트 가스 조성물이 본 발명의 폭 넓은 실시에서 사용될 수 있으며, 이는 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함한다:A wide variety of dopant gas compositions can be used in a wide variety of embodiments of the present invention, including gas compositions selected from the group consisting of:

(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;

(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;

(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;

(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;

(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란; (v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;

(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;

(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;

(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;

(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;

(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;

(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;

(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;

(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;

(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And

(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.

본 발명은, (A) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스와의 혼합물 형태로 규소 도판트 가스를 포함하는 규소 도판트 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분사 용기로서, 이때 상기 규소 도판트 조성물은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 기상 규소 화합물을 포함하는, 가스 저장 및 분사 용기; 및 (B) (i) 규소 도판트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분사 용기, 및 (ii) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 보유하는 제 2 가스 저장 및 분사 용기를 포함하는 가스 공급 키트로서, 이때 규소 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것인, 가스 공급 키트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 규소의 이온 주입을 위한 도판트 가스 조성물 공급기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas storage and dispensing vessel containing (A) a silicon dopant composition comprising a silicon dopant gas in the form of a mixture with a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary-species gas, The silicon dopant composition comprises a gas storage and spray vessel, wherein at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si comprises isotope-rich one or more gaseous silicon compounds in a naturally occurring ratio excess; And (B) a first gas storage and injection vessel containing (i) a silicon dopant gas, and (ii) a second gas storage and injection vessel containing a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary- Wherein the at least one of the silicon dopant gas and the auxiliary-species gas, if present, comprises at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si isotope- Wherein the dopant gas composition feed is selected from the group consisting of gas supply kits.

상기 도판트 가스 조성물 공급기는 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 규소 화합물은, 28Si가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 규소 화합물, 예컨대 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 동위원소-풍부한 사불화 규소이다. 상기 사불화 규소는, 상기 도판트 가스 조성물 공급기의 특정 주입에서 28Si가 단독동위원소성인 것일 수 있다.Wherein the dopant gas composition feeder is selected from the group consisting of silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, and chlorosilane Based on the total weight of the composition. In certain embodiments, the silicon compounds, 28 Si isotope with naturally occurring non-excess-rich silicon compound, such as 28 Si is 92.3 at% is more than 100 atom% concentration range isotopically the following - a rich tetrafluoride silicon . The silicon tetrafluoride may be a single isotope of 28 Si in a particular injection of the dopant gas composition feeder.

다양한 실시양태에서 도판트 가스 조성물 공급기는 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함하는 보충 가스를 포함한다. 특정 적용례에서 도판트 가스 조성물 공급기는, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함하는 도판트 가스 조성물을 제공하도록 구성될 수 있다:In various embodiments, the dopant gas composition feeder may be an argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, And a supplemental gas comprising a diluent gas selected from the group consisting of xenon difluoride, diborane, methane, and xenon. In certain applications, the dopant gas composition feeder may be configured to provide a dopant gas composition comprising a gas composition selected from the group consisting of:

(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;

(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;

(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;

(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;

(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란; (v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;

(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;

(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;

(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;

(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;

(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;

(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;

(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;

(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;

(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And

(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.

추가 양태에서 본 발명은, 상기에서 다양하게 기재된 도판트 가스 조성물 공급기와 가스-수용 유동 연통식으로 구성된 이온 주입기를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 상기 이온 주입 시스템에서, 상기 이온 주입기는, (A) 상기 도판트 가스 조성물 공급기로부터의 규소 도판트 조성물을 이온화시켜 이온화된 규소를 형성하고, 상기 이온화된 규소와 기판을 접촉시켜 기판에 규소를 주입하고; In a further aspect, the invention relates to an ion implantation system comprising an ion implanter configured in a gas-receiving flow communication with a dopant gas composition feeder variant described above. In the ion implantation system, the ion implanter may include: (A) ionizing the silicon dopant composition from the dopant gas composition feeder to form ionized silicon, contacting the substrate with the ionized silicon, and;

(B) (i) 상기 이온화된 규소의 이온 빔을 생성시키고, 기판에 규소를 주입시키기 위해 상기 이온 빔을 전계에 의해 기판에 대해 가속시키거나, 또는 (ii) 기판에 규소를 주입시키기 위해 플라즈마 함침 공정을 수행하도록 개조될 수 있다.(B) applying an ion beam to the substrate by (i) generating an ion beam of the ionized silicon and accelerating the ion beam with respect to the substrate by an electric field to inject silicon into the substrate, or (ii) Impregnation < / RTI > process.

본 발명은 또한, 상기에서 다양하게 기재된 도판트 가스 조성물 공급기를 이온 주입 시스템에서 사용하기 위해 제공하는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법을 고려한다. 이런 방법은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 도판트 가스 조성물 공급기는 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서의 규소 화합물은, 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 사불화 규소(SiF4), 예컨대 28Si가 단독동위원소성인 사불화 규소를 포함할 수 있다. 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함하는 보충 가스가 사용될 수 있다.The present invention also contemplates a method of enhancing the operation of an ion implantation system, including providing for a dopant gas composition feeder as described above for use in an ion implantation system. This method can be performed in various ways. For example, the dopant gas composition feeder can be a gas comprising a group consisting of silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, ≪ / RTI > Silicon compounds in certain embodiments are, 28 Si is 92.3 at% is more than 100 atom% isotope to the amount of naturally occurring non exceeds a concentration range of below-rich four silicon fluoride (SiF 4), for example, 28 Si the unique isotope adult And may include silicon tetrafluoride. Wherein the catalyst is selected from the group consisting of argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germene, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, xenon difluoride, ≪ / RTI > and xenon may be used.

특정 실시양태에서, 상기 방법은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함하는 도판트 가스 조성물을 사용하여 수행될 수 있다:In certain embodiments, the process can be carried out using a dopant gas composition comprising a gas composition selected from the group consisting of:

(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;

(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;

(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;

(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;

(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란; (v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;

(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;

(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;

(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;

(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;

(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;

(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;

(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;

(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;

(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And

(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.

다른 양태에서, 본 발명은, 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위해 이온 공급원에 도판트 조성물을 흘려보내는 것을 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 도판트 조성물은In another aspect, the present invention is directed to an ion implantation process comprising flowing a dopant composition through an ion source for generation of an ionic dopant species for implantation, wherein the dopant composition comprises

(i) 질량 28, 29 또는 30 중 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 규소 화합물(이때, 상기 하나 이상의 규소 동위원소의 동위원소-풍부 수준은 질량 28 규소 동위원소가 92.2%를 초과하고, 질량 29 규소 동위원소가 4.7%를 초과하고, 질량 30 규소 동위원소가 3.1%를 초과하며, 단 상기 규소 화합물이 단지 질량 29 규소 동위원소만 풍부한 사불화 규소인 경우, 상기 풍부 수준은 50% 초과 100% 이하임); 및(i) isotopically-enriched silicon compounds wherein at least one of the silicon isotopes of mass 28, 29 or 30 is an isotopically-enriched silicon compound in excess of the naturally occurring non-level, wherein the isotope-rich level of the at least one silicon isotope is a mass 28 silicon isotope Is greater than 92.2%, the mass 29 silicon isotope exceeds 4.7%, the mass 30 silicon isotope is greater than 3.1%, provided that the silicon compound is silicon tetrafluoride rich only in the mass 29 silicon isotope, The abundance level is greater than 50% but less than 100%); And

(ii) 규소 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 제형(이때, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우, 보조-종 가스 중 하나 이상은 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부함)(ii) a dopant gas formulation comprising a silicon dopant gas and a supplemental gas, wherein said supplemental gas comprises at least one of a diluent gas and an auxiliary-species gas, said dopant gas and, if present, One or more of the gases is isotopically enriched with a naturally occurring excess of one or more silicon isotopes)

으로 이루어진 군으로부터 선택된다.≪ / RTI >

다양한 실시양태에서, 도판트 조성물은 질량 28, 29 또는 30 중 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 규소 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 이때 상기 규소 화합물이 단지 질량 29 규소 동위원소만 풍부한 사불화 규소인 경우, 상기 풍부 수준은 50% 초과 100% 이하이다. In various embodiments, the dopant composition can be selected from the group consisting of isotopically-enriched silicon compounds with at least one naturally occurring non-level excess of silicon isotopes of mass 28, 29 or 30, In the case of silicon tetrafluoride rich in only the mass 29 silicon isotope, the abundance level is more than 50% and not more than 100%.

다른 실시양태에서의 이온 주입 방법은 사불화 규소 및 실란 중 하나 이상을 포함하는 규소 화합물을 사용하여 실시될 수 있다. 예를 들면, 상기 규소 화합물은 사불화 규소를 포함할 수 있고, 여기서 상기 사불화 규소 중의 규소는, 92.2% 초과 100% 이하의 동위원소-풍부한 수준의 질량 28 규소 동위원소; 50% 초과 100% 이하의 동위원소-풍부한 수준의 질량 29 규소 동위원소; 또는 3.1% 초과 100% 이하의 동위원소-풍부한 수준의 질량 30 규소 동위원소를 가질 수 있다.In another embodiment, the ion implantation process can be carried out using a silicon compound comprising at least one of silicon tetrafluoride and silane. For example, the silicon compound may comprise silicon tetrafluoride, wherein the silicon in the silicon tetrafluoride has an isotope-rich level of greater than 92.2% and not more than 100% of a mass of 28 silicon isotopes; Not less than 50% but not more than 100% isotope-rich levels of mass 29 silicon isotopes; Or greater than 3.1% and not more than 100% isotope-rich levels of mass 30 silicon isotopes.

다른 실시양태에서, 상기 규소 화합물은, 질량 29 규소 동위원소가 동위원소-풍부할 뿐만 아니라, 질량 28 규소 동위원소 및 질량 30 규소 동위원소 중 하나 이상이 동위원소-풍부한 사불화 규소를 포함한다. 이런 조성물에서, 질량 29 규소 동위원소가 동위원소-풍부하다는 것은 4.7% 초과이고, 이때 조성물 중의 모든 규소 동위원소의 모든 원자%는 합계 100 원자%이다.In another embodiment, the silicon compound comprises isotope-enriched silicon tetrafluoride, wherein not only the mass 29 silicon isotope is enriched, but also at least one of a mass 28 silicon isotope and a mass 30 silicon isotope. In such a composition, it is more than 4.7% that the mass 29 silicon isotope is isotopically abundant, wherein the total atomic percent of all silicon isotopes in the composition is 100 atomic% in total.

모든 3종의 자연 발생적 규소 동위원소(28Si, 29Si, 및 30Si)가 존재하는 다양한 실시양태에서, 이들 동위원소 중 2종이 과량의 자연 발생비적 양으로 존재하고, 다른 하나는 이런 동위원소의 자연 발생비적 양 미만의 양으로 존재하는데, 이는 모든 이들 동위원소의 모든 원자% 양의 합계가 총 100 원자%이어야 하기 때문이다. 다른 실시양태에서, 모든 3종의 자연 발생적 규소 동위원소가 존재할 수 있으며, 이때 이들 동위원소 중 단지 하나가 자연 발생비 수준 초과량으로 존재하고, 다른 2개의 동위원소는 자연 발생비적 양 미만으로 존재하거나, 이런 다른 동위원소 중 하나가 자연 발생비적 양으로 존재하고, 이런 다른 동위원소 중 나머지가 자연 발생비적 양 미만으로 존재한다. 이러한 변형 모두가 가능함이 인정될 것이다.In various embodiments where all three naturally occurring silicon isotopes ( 28 Si, 29 Si, and 30 Si) are present, two of these isotopes are present in an excess of naturally occurring excess, and the other is the isotope Of the total number of atoms of all isotopes, because the sum of all the atomic% amounts of all these isotopes must be 100 atomic% in total. In another embodiment, all three naturally occurring silicon isotopes can be present, where only one of these isotopes is present in excess of the naturally occurring non-level, and the other two isotopes are present in less than naturally occurring non- Or one of these other isotopes is naturally occurring, and the remainder of these other isotopes are less than naturally occurring. It will be appreciated that all of these variations are possible.

또한, 본 발명의 조성물이 단독동위원소성 규소-함유 가스를 사용할 수 있으며, 여기서 모든 규소 원자 또는 실질적으로 모든 규소 원자는 단일의 동위원소 종(28Si, 29Si, 또는 30Si)의 것임이 인정될 것이다. 이런 단독동위원소성 도판트 가스는 빔 전류를 증가시킬 수 있고, 이온 주입기 장비의 성능 및 작동 수명에서 현저한 개선을 성취할 수 있다. 예를 들면, 28Si가 단독동위원소성인 사불화 규소의 사용은, 규소의 구성 동위원소 종에 대해 자연 발생비의 것인 사불화 규소의 상응하는 이온 주입 시스템에서의 사용에 비해 약 10%의 빔 전류 증가를 성취할 수 있다. In addition, the composition of the present invention may employ a single isotopically fired silicon-containing gas, wherein all silicon atoms or substantially all silicon atoms are of a single isotope species ( 28 Si, 29 Si, or 30 Si) It will be recognized. These solely isobaric plastic dopant gases can increase the beam current and achieve significant improvements in performance and operating life of the ion implanter equipment. For example, the use of silicon tetrafluoride, which is a 28 isotopic Si isotope, is about 10% higher than that used in the corresponding ion implantation system of silicon tetrafluoride, which is of a spontaneous generation ratio for constituent isotopes of silicon Beam current increase can be achieved.

빔 전류에서의 개선을 성취하는 대안으로서, 본 발명에 따른 동위원소-풍부한 도판트 가스 조성물의 사용은 동위원소-풍부한 규소 물질의 유속이 감소되게 할 수 있어서, 주입 시스템에서의 공급원 수명이 개선된다. (이온 주입기에서 자연 발생비 물질의 사용과 관련된 동일한 빔 전 전류에서) 최대 빔 전류 개선이 성취되는 환경과 최대 유속 감소가 성취되는 환경 사이에서 가변성인, 유속의 실제 감소는 주입 설비의 특정 요구사항(need)에 대해 결정될 수 있다. 유속 감소 대 개선된 수명에서의 구체적인 거래(trade-off)는 특정 이온 주입 설비에서의 목적하는 성능 개선 및 경제적 이점을 제공하기 위해 당업계의 기술 내에서 본원의 개시내용에 기초하여 용이하게 결정될 수 있다.As an alternative to achieving improvements in beam current, the use of isotopically-enriched dopant gas compositions in accordance with the present invention can result in reduced isotope-rich silicon material flow rates, thereby improving the source life in the injection system . The actual reduction in flow rate, which is variable between the environment in which the maximum beam current improvement is achieved and the environment in which the maximum flow rate reduction is achieved (at the same beam current current associated with the use of naturally occurring materials in the ion implanter) can be determined for need. The flow-rate reduction versus the specific trade-off in improved lifetime can be easily determined based on the teachings of the present disclosure within the skill of the art to provide the desired performance improvement and economic benefits in a particular ion implantation facility have.

상기에서 폭넓게 기재된 이온 주입 방법은, 상기 규소 도판트 조성물이 규소 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 규소 도판트 가스 조성물로 이루어진 군으로부터 선택되는 다른 실시양태에서 수행될 수 있으며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 질량 28, 질량 29, 및 질량 30 규소 동위원소 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것이다. 다양한 실시양태에서, 규소 도판트 가스 및, 존재하는 경우, 규소 보조-종 가스 중 하나 이상은, 질량 28, 29, 또는 30의 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 것이다. 이런 동위원소-풍부한 규소 화합물의 예시적 예는 질량 28 규소 동위원소가 92.2% 초과로 동위원소-풍부한 규소 화합물; 질량 29 규소 동위원소가 4.7% 초과로 동위원소-풍부한 규소 화합물; 및 질량 30 규소 동위원소가 3.1% 초과로 동위원소-풍부한 규소 화합물을 포함한다.The ion implantation process broadly described above can be performed in another embodiment wherein the silicon dopant composition is selected from the group consisting of a silicon dopant gas and a silicon dopant gas composition comprising a supplemental gas, Wherein at least one of the dopant gas and the auxiliary-species gas, if present, comprises at least one of a mass of 28, a mass of 29, and a mass of 30 silicon isotopes, It is isotopically enriched in excess. In various embodiments, at least one of the silicon dopant gas and, if present, the silicon auxiliary-species gas is an isotopically-enriched gas having at least one silicon isotope of mass 28, 29, will be. Illustrative examples of such isotopically-enriched silicon compounds are isotopically-enriched silicon compounds having a mass 28 silicon isotope greater than 92.2%; An isotope-rich silicon compound with a mass 29 silicon isotope greater than 4.7%; And isotopically-enriched silicon compounds with greater than 3.1% by mass silicon isotope.

규소 도판트 가스 및 규소 보조-종 가스는, 이온 주입 적용례에서 유용한 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 규소 도판트 가스 및 규소 보조-종 가스는 SiF4; SiH4; 및 Si2H6; 메틸 실란, 예컨대, SiH3CH3, SiH2(CH3)2, SiH(CH3)3, 및 Si(CH3)4; 플루오로실란, 예컨대, SiHF3, SiH2F2, 및 SiH3F; 및 클로로실란, 예컨대, SiHCl3, SiH2Cl2, 및 SiH3Cl로부터 선택될 수 있다.The silicon dopant gas and silicon assist gas may be of any suitable type useful in ion implantation applications. For example, the silicon dopant gas and the silicon assist gas may include SiF 4 ; SiH 4 ; And Si 2 H 6 ; Methylsilane, for example, SiH 3 CH 3, SiH 2 (CH 3) 2, SiH (CH 3) 3, and Si (CH 3) 4; Fluorosilanes such as SiHF 3 , SiH 2 F 2 , and SiH 3 F; And chlorosilanes such as SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , and SiH 3 Cl.

다른 실시양태에서, 상기 보충 가스는 희석 가스, 예컨대, 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 메탄, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스 종을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태는 보조-종 가스 및 희석 가스를 포함하는 보충 가스를 포함할 수 있다.In another embodiment, the supplemental gas may be a diluent gas such as argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germane, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, , Oxygen, carbon monoxide, xenon difluoride, diborane, and xenon. Another embodiment may include a supplemental gas comprising an auxiliary-species gas and a diluent gas.

특정 실시양태에서 도판트 조성물은, 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 메탄, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 희석 가스 종을 포함하는 희석 가스와 함께 질량 28, 질량 29, 또는 질량 30 중 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비를 초과하여 풍부한 사불화 규소, 실란, 및 다이실란 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In certain embodiments, the dopant composition is selected from the group consisting of argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, Mass 29, or mass 30, together with a diluent gas comprising at least one diluent gas species selected from the group consisting of zirconium, zirconium, zirconium, zirconium, zirconium, zirconium, zirconium, zirconium, And may include one or more of silicon tetrafluoride, silane, and disilane which are abundant.

상기 방법의 임의의 실시양태에서의 규소 도판트 조성물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함할 수 있다:The silicon dopant composition in any embodiment of the method may comprise a gas composition selected from the group consisting of:

(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;

(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;

(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;

(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;

(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란; (v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;

(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란; (vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes ;

(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;

(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;

(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;

(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;

(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;

(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;

(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;

(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And

(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.

다양한 이온 주입 실시양태에서, 상기 도판트 가스 및 보조-종 가스는 서로 혼합된 상태로 이온 공급원으로 흘러가서 주입용 이온성 도판트 종을 생성시킨다. 상기 방법의 다른 실시양태는 상기 도판트 가스 및 보조-종 가스가 순차적으로 이온 공급원으로 흘러가서 주입용 이온성 도판트 종을 생성시키도록 수행된다.In various ion implantation embodiments, the dopant gas and the auxiliary-species gas flow to the ion source in a mixed state with each other to produce an ionic dopant species for implantation. Another embodiment of the method is performed so that the dopant gas and the auxiliary-species gas sequentially flow into the ion source to produce an ionic dopant species for implantation.

또한, 본 발명은, 동위원소-풍부한 규소 도판트 가스가, 혼합물 형태로 또는 주입기의 진공 챔버로 별도로 공급되는 별개의 스트림으로서 또 다른 도판트 가스와 동시에 이온 주입기로 흐르는 실시양태를 고려한다. The present invention also contemplates embodiments in which the isotope-rich silicon dopant gas flows into the ion implanter at the same time as another dopant gas, either as a mixture or as a separate stream supplied separately to the vacuum chamber of the implanter.

상기 이온 주입 방법에서, 이온 공급원은, 하나의 실시양태에서, 상기 도판트 조성물에 포함된 상이한 도판트 물질들을 상기 이온 공급원으로 순차적으로 흘려보내는 단계; 상기 상이한 도판트 물질들의 상기 이온 공급원으로의 순차적 흐름 동안 상기 이온 공급원의 작동 중에 캐쏘드 바이어스 전력을 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물 중 하나 이상의 유속을 조절하여 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시키는 단계를 포함하는 방법에 따라 작동될 수 있다. In the ion implantation process, the ion source may include, in one embodiment, sequentially flowing different dopant materials contained in the dopant composition to the ion source; Monitoring cathode bias power during operation of the ion source during sequential flow of the different dopant materials to the ion source; And adjusting the flow rate of one or more of the sequentially supplied dopant compositions in response to the monitored cathode bias power to extend the operating life of the ion source, the cathode, and / or one or more other components of the ion source Step < / RTI >

또 다른 양태에서, 본 발명은 도판트 공급원료로부터 이온 주입을 위한 이온성 도핑 종을 생성시키도록 구성된 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선하는 방법에 관한 것으로서, 이는 본원에 다양하게 기재된 바와 같은 본 발명의 임의의 도판트 조성물로부터 상기 이온성 도핑 종을 생성시키는 것을 포함한다. 이러한 방법의 하나의 실시양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는 서로 혼합된 형태로 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위해 이온 공급원으로 흘러간다. 이러한 방법의 또 다른 실시양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는 순차적으로 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위해 이온 공급원으로 흘러간다.In another aspect, the present invention is directed to a method of improving the performance and lifetime of an ion source configured to produce an ionic dopant for ion implantation from a dopant feedstock, Lt; RTI ID = 0.0 > of the < / RTI > ion doping species. In one embodiment of this method, the dopant gas and the auxiliary-species gas flow into the ion source for generation of the ionic dopant species for implantation in a mixture with each other. In another embodiment of this method, the dopant gas and the auxiliary-species gas sequentially flow into the ion source for generation of the ionic dopant species for implantation.

이온 공급원 및 상기 이온 공급원에 도판트 조성물을 공급하도록 구성된 도판트 조성물 공급원을 포함하되, 상기 도판트 조성물 공급원은 본원에 다양하게 기재된 임의의 도판트 조성물을 포함하는, 가변형의 이온 주입 시스템이 고려된다. 이러한 이온 주입 시스템에서, 상기 도판트 조성물은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 포함할 수 있고, 상기 도판트 조성물 공급원은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 서로 혼합된 형태로 상기 이온 공급원으로 흘려보내 이곳에 도판트 조성물을 공급하도록 구성될 수 있다. 다르게는, 상기 도판트 조성물 공급원은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 이온 공급원에 순차적으로 흘려보내 이곳에 도판트 조성물을 공급하도록 구성될 수 있다.A variable ion implantation system is contemplated, comprising a source of ions and a source composition source configured to supply a dopant composition to the source of ions, wherein the source of the dopant composition comprises any of the various dopant compositions described herein . In such an ion implantation system, the dopant composition may comprise dopant gas and auxiliary-species gas, wherein the dopant composition source flows the dopant gas and the auxiliary-species gas into the ion source in a mixed state with each other To provide a dopant composition. Alternatively, the dopant composition source may be configured to sequentially flow the dopant gas and the auxiliary-species gas to the ion source to supply the dopant composition thereto.

본 발명의 추가적 양태는 도판트 공급원료 장치에 관한 것으로서, 이는 내부 부피를 갖는 용기 및 상기 내부 부피 안의 도판트 공급원료를 포함하되, 상기 도판트 공급원료는 본원에 다양하게 기재된 임의의 도판트 조성물을 포함한다.A further aspect of the present invention relates to a dopant feedstock apparatus comprising a vessel having an internal volume and a dopant feedstock in the internal volume, wherein the dopant feedstock comprises any of the dopant compositions .

또 다른 양태에서 본 발명은 규소 이온을 기판에 주입시키는 이온 주입 시스템에서 공급원 수명 및 터보 펌프 수명 중 하나 이상을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 이온 주입 시스템의 이온화 챔버에서 규소-함유 도판트 가스를 이온화하는 것을 포함하되, 이때 상기 규소-함유 도판트 가스는 사불화 규소와 수소, 아르곤, 질소 및 헬륨 중 하나 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 도판트 가스는 하나 이상의 Si 동위원소 종들이 동위원소-풍부하다.In another aspect, the invention is directed to a method of increasing at least one of a source lifetime and a turbo pump lifetime in an ion implantation system for implanting silicon ions into a substrate. The method includes ionizing a silicon-containing dopant gas in an ionization chamber of the ion implantation system, wherein the silicon-containing dopant gas comprises a mixture of silicon tetrafluoride and at least one of hydrogen, argon, nitrogen, and helium And wherein the dopant gas is isotopically abundant in one or more of the Si isotope species.

예컨대, 사불화 규소는 혼합물의 총 부피를 기준으로 5 내지 98 부피% 범위의 농도로 이런 혼합물 중에 존재할 수 있다. 특히 높은 빔 전류가 성취되어야 하는 적용례에서, 사불화 규소는 혼합물의 총 부피를 기준으로 80 내지 98 부피% 범위의 농도로 혼합물 중에 존재할 수 있다.For example, silicon tetrafluoride can be present in such a mixture at a concentration ranging from 5 to 98% by volume based on the total volume of the mixture. In applications where particularly high beam currents are to be achieved, silicon tetrafluoride may be present in the mixture at a concentration ranging from 80 to 98% by volume based on the total volume of the mixture.

또 하나의 양태에서 본 발명은 사불화 규소를 도입하고 이온 공급원에서 이온화시키는 이온 주입 시스템에서 이온 공급원 수명을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 사불화 규소와 함께 암모니아를 상기 이온 공급원에 주입하는 것을 포함하되, 이때 상기 사불화 규소는 하나 이상의 Si 동위원소 종들이 풍부하다. 이러한 방법에서, 상기 암모니아 및 사불화 규소는, 혼합물을 이온 공급원에 도입하기 위해 분사되는 공급 용기에 혼합물 형태로 제공될 수 있다. 다르게는, 이러한 방법에서, 상기 암모니아 및 사불화 규소는 이들을 이온 공급원에 도입하기 위해 분사되는 별개의 공급 용기에 제공될 수 있다. 또 하나의 실시양태로서, 상기 암모니아 및 사불화 규소는 이온 공급원에 이들을 도입한 후 이온 공급원에서 서로 혼합될 수 있다. 아민은 이런 방법에서 암모니아 대신에 또는 이것에 부가하여 사용될 수 있다.In another aspect, the present invention is directed to a method of increasing ion source life in an ion implantation system that introduces silicon tetrafluoride and ionizes it at an ion source. The method includes injecting ammonia with the silicon tetrafluoride into the ion source, wherein the silicon tetrafluoride is rich in one or more Si isotope species. In this way, the ammonia and silicon tetrafluoride may be provided in the form of a mixture in a supply vessel which is injected for introducing the mixture into the ion source. Alternatively, in this method, the ammonia and silicon tetrafluoride may be provided in separate supply vessels that are injected to introduce them into the ion source. In another embodiment, the ammonia and silicon tetrafluoride may be mixed with one another in an ion source after introducing them into the ion source. Amines can be used in this way instead of or in addition to ammonia.

이러한 방법의 또 다른 변형양태는, 상기 이온 공급원에 제논을 도입시키는 것을 포함한다. 제논은 암모니아 및/또는 사불화 규소와의 혼합물로 도입될 수 있다.Another variation of this method involves introducing xenon into the ion source. The xenon may be introduced in a mixture with ammonia and / or silicon tetrafluoride.

이런 방법의 또 다른 변형법은 제논을 이온 공급원에 도입하는 것을 포함한다. 제논은 암모니아 및/또는 사불화 규소와의 혼합물로서 도입될 수 있다.Another variation of this method involves introducing the xenon into an ion source. The xenon may be introduced as a mixture with ammonia and / or silicon tetrafluoride.

본 발명은 규소 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 다양한 규소 도판트 가스 조성물을 고려하며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하며, 규소 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 질량 28, 29, 또는 30의 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 것이다.The present invention contemplates a variety of silicon dopant gas compositions comprising a silicon dopant gas and a supplemental gas, wherein the supplemental gas comprises at least one of a diluent gas and an auxiliary-species gas, wherein the silicon dopant gas and, if present, At least one of the at least one silicon isotope of mass 28, 29, or 30 is isotopically enriched with a naturally occurring non-level excess.

본 발명의 도판트 조성물은, 동위원소-풍부한 도판트 가스 및/또는 동위원소-풍부한 보충 가스를 사용하지 않는 상응하는 공정의 성능에 비해 주입 공정의 성능을 개선하는데 효과적이다. 성능 개선은, 도판트 가스 조성물 중에 동위원소-풍부한 종이 결여된 도판트 가스 조성물, 즉 자연 발생비의 동위원소 종을 함유하는 도판트 가스 조성물을 사용한 상응하는 주입 공정에 비해 보다 높은 빔 전류, 보다 긴 이온 공급원 수명, 연속적 점검(maintenance) 일과들 사이의 보다 긴 평균 시간, 이온 주입기 내의 표면 상의 물질 침착 감소, 또는 기타 성능 개선에 관한 것일 수 있다.The dopant compositions of the present invention are effective in improving the performance of the implantation process relative to the performance of the corresponding process without the use of isotope-rich dopant gas and / or isotopically-enriched supplemental gas. The performance improvement is due to the higher beam currents, relative to the corresponding implantation processes using dopant gas compositions lacking isotope-rich papers in the dopant gas composition, i.e. dopant gas compositions containing naturally occurring isotope species Longer ion source life, longer average time between consecutive maintenance days, reduced deposition of material on the surface in the implanter, or other performance improvement.

다양한 특정 실시양태에서, 도판트 조성물은, 28Si가 자연 발생비 수준 초과량으로 풍부한, 예컨대 28Si의 농도가 92.2% 초과, 예를 들면 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 99.9% 초과 100% 이하인 하나 이상의 규소 화합물을 함유할 수 있다. 다른 특정 실시양태에서, 도판트 조성물은, 29Si가 자연 발생비 수준 초과량으로 풍부한, 예컨대 29Si의 농도가 4.7% 초과, 예를 들면 5%, 7%, 10%, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 99.9% 초과 100% 이하인 하나 이상의 규소 화합물을 함유할 수 있다. 또 다른 구체적 실시양태에서, 도판트 조성물은, 30Si가 자연 발생비 수준 초과량으로 풍부한, 예컨대 30Si의 농도가 3.1% 초과, 예를 들면 3.5%, 4%, 5%, 7%, 10%, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 99.9% 초과 100% 이하인 하나 이상의 규소 화합물을 함유할 수 있다.In various specific embodiments, the dopant composition, 28 Si-rich in the amount of naturally occurring non-levels than, for example, the concentration of the 28 Si exceeds 92.2%, for example 93%, 94%, 95%, 96%, 97% , 98%, 99%, or 99.9% to 100% of the silicon compound. In certain other embodiments, the dopant composition, 29 Si-rich, for example, greater than the concentration of the 29 Si 4.7% to the amount of naturally occurring non-levels than, for example, 5%, 7%, 10%, 12%, 15% , 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59% At least one silicon compound that is at least 80%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or more than 99.9% and no more than 100%. In another specific embodiment, the dopant composition, 30 Si-rich in the amount of naturally occurring non-levels than, for example, the concentration of the 30 Si exceeds 3.1%, e.g., 3.5%, 4%, 5%, 7%, 10 %, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96% 99%, or more than 99.9% and not more than 100% of the silicon compound.

따라서, 본 발명은 동위원소-풍부한 규소 도판트 가스 및/또는 동위원소-풍부한 보조-종 가스를 광범위하게 고려하며, 이때 유리한 동위원소의 농도는, 도판트 및/또는 보조-종 가스가 자연 발생비 농도 수준으로부터 동위원소 조절되지 않은 상응하는 시스템에 비해 이온 주입 시스템의 성능을 개선시키는 정도로 상기 도판트 및/또는 보조-종 가스가 자연 발생하는 것에 비해 증가한다.Accordingly, the present invention broadly contemplates isotopically-enriched silicon dopant gas and / or isotopically-enriched auxiliary-species gases, wherein the advantageous isotope concentration is such that the dopant and / The dopant and / or auxiliary-species gas is increased to such an extent as to improve the performance of the ion implantation system compared to the corresponding system which is not isotope-regulated from the non-concentration level.

규소 도판트 가스 조성물이 도판트 가스 및 보조-종 가스를 포함하는 실시양태에서, 이러한 개별 가스들은, 서로의 혼합물 형태로 또는 흐름 라인이 분리된 순방향 흐름 관계로 이들을 공급하기 위해 이온 공급원으로 흘러가도록 이온 주입 시스템 내에 제공되거나, 또는 이들의 개별 공급원으로부터의 가스들이 이온 주입 시스템으로 흘러가도록 제공될 수 있다. 다르게는, 이런 개별 가스들은 순차적으로 이들의 이온 주입 시스템으로 흘러갈 수 있다. 이러한 순차적인 작동은 각각의 도판트 가스 및 보조-종 가스의 동일 시간-기반 흐름을 사용하여 임의의 적합한 방식으로 수행되거나, 또는 다르게는 상기 개별적인 시간-기반 흐름은 서로에 대해 상이하거나, 또는 다르게는 원하는 특징의 도핑된 기판을 제공하도록 조절될 수 있다.In embodiments where the silicon dopant gas composition comprises dopant gas and auxiliary-species gas, such individual gases may be introduced into the ion source in the form of a mixture of each other, or in a forward flow relationship in which the flow lines are separated, May be provided in the ion implantation system, or gases from their respective sources may be provided to flow to the ion implantation system. Alternatively, these individual gases can flow sequentially into their ion implantation system. This sequential operation may be performed in any suitable manner using the same time-based flow of each dopant gas and auxiliary-species gas, or alternatively the individual time-based flows may be different May be adjusted to provide a doped substrate of the desired characteristics.

본 발명에 따라 이온성 종에 의해 이온 주입되는 기판은 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다.The substrate to be ion-implanted by ionic species according to the present invention may be of any suitable type.

기판은 규소, 탄화 규소, 질화 갈륨, 또는 임의의 다른 적합한 기판 조성물을 포함할 수 있다. 기판은 마이크로전자 장치 기판, 즉 마이크로전자 장치 또는 장치 전구체 요소를 제조하기 위해 마이크로전자 구조를 제조하는 데 사용되는 기판을 포함할 수 있다.The substrate may comprise silicon, silicon carbide, gallium nitride, or any other suitable substrate composition. The substrate may comprise a substrate used to fabricate a microelectronic structure, for example, a microelectronic device or a device precursor element.

다른 실시양태에서, 기판은 평면-패널 디스플레이 및 태양열 패널과 같은 제품의 제조용으로 주입될 수 있다. 본 발명은 임의의 적합한 특징을 갖는 이온 주입 적용례에 적용할 수 있다.In another embodiment, the substrate may be injected for the manufacture of a product such as a flat-panel display and a solar panel. The present invention is applicable to ion implantation applications having any suitable feature.

도판트 조성물은, 내부에 도판트 조성물을 보유하기 위한 내부 부피를 갖는 저장 및 분사 용기에서의 사용을 위해 공급될 수 있으며, 이때 상기 도판트 조성물은 본원에 기재된 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다. 이러한 도판트 조성물 저장 및 분사 용기는 예컨대 도판트 조성물을 이온 공급원에 적절하게 흘려보내기 위한 적절한 수단 및 제어 요소를 함유하는 적합한 유동 회로에 의해 이온 공급원과 커플링되도록 구성될 수 있다. 상기 저장 및 분사 용기는 내부 부피에 고체 물리적 흡착제를 함유하는 흡착제계 함유 용기를 포함할 수 있으며, 여기서 흡착제는 도판트 조성물에 대한 수착성 친화도(sorptive affinity)를 갖는다. 이로 인해 도판트 조성물은 저장 동안 흡착제 상에 수착식으로 보유되고, 분사 조건 하에 흡착제로부터 탈착되어, 탈착된 도판트 조성물이 이온 주입 시스템으로 흘러가도록 용기로부터 배출될 수 있다. 이런 용기 내의 물리적 흡착제는 탄소 흡착제, 예컨대 상표명 브라이트블랙(BRIGHTBLACK)으로 에이티엠아이 인코포레이티드(ATMI, Inc.)(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상업적으로 입수가능한 유형의 것을 포함할 수 있다. 다르게는, 도판트 가스에 대해 적합한 수착성 친화도를 갖는 임의의 다른 고체 물리적 흡착제뿐만 아니라 임의의 다른 저장 매질, 예컨대 도판트 가스가 내부에 저장되고 도판트 가스가 분사 조건 하에 분사될 수 있는 이온성 액체가 사용될 수 있다. 이러한 유형의 흡착제계 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 SDS 및 SAGE로서 상업적으로 입수가능하다. The dopant composition may be provided for use in a storage and dispensing vessel having an internal volume for retaining the dopant composition therein, wherein the dopant composition may be of any suitable type described herein. Such a dopant composition storage and dispensing vessel may be configured to couple with an ion source, for example, by a suitable flow circuit containing appropriate means and control elements for appropriately flowing the dopant composition into the ion source. The storage and dispensing vessel may comprise a vessel containing an adsorbent system containing a solid physical adsorbent in its internal volume, wherein the adsorbent has a sorptive affinity for the dopant composition. This allows the dopant composition to be sorbed on the adsorbent during storage and desorbed from the adsorbent under the spray conditions, allowing the desorbed dopant composition to exit the vessel to flow to the ion implantation system. The physical adsorbents in such vessels may include carbon adsorbents such as those commercially available from ATMI, Inc. (Danbury, Conn., USA) under the trade designation BRIGHTBLACK have. Alternatively, any other solid-state physical adsorbent with an appropriate sorption affinity for the dopant gas, as well as any other storage medium, such as a dopant gas, may be stored internally and dopant gas may be injected under spray conditions Sex liquid can be used. This type of adsorbent-based vessel is commercially available from ATMI Inc. (Danbury, Conn.) Under the trade names SDS and SAGE.

다르게는, 도판트 조성물은, 용기의 내부 부피에 하나 이상의 압력 조절기를 함유하는 내부 압력-조절식 유형의 용기에 제공될 수 있다. 이러한 압력-조절식 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 VAC로 입수가능하다. 내부 부피에 흡착제를 추가로 함유하는 이런 압력-조절식 유형의 용기는 또한 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 VACSorb로서 상업적으로 입수가능하다.Alternatively, the dopant composition may be provided in an internal pressure-controlled type container containing one or more pressure regulators in the internal volume of the container. Such pressure-regulated vessels are available from ATMI Inc. (Danbury, Conn.) Under the trade designation VAC. Such a pressure-regulated type container further containing an adsorbent in its internal volume is also commercially available under the trade designation VACSorb from ATMI Inc. (Danbury, Connecticut, USA).

또 하나의 대안으로서, 가스 공급 용기는 예를 들어 용기 및/또는 그 내용물을 가열함으로써 휘발되어 증발 또는 승화 생성물로서 도판트 가스를 발생시키는 고체상 도판트 공급원 물질 형태의 도판트 조성물을 함유할 수 있다. 이러한 유형의 고체 전달 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 ProE-vap로 상업적으로 입수가능하다.As a further alternative, the gas supply vessel may contain a dopant composition in the form of a solid phase dopant source material, for example, which is volatilized by heating the vessel and / or its contents to generate a dopant gas as a vapor or sublimation product . A solid delivery vessel of this type is commercially available from AMI Inc. (Danbury, Conn.) Under the trade designation ProE-vap.

추가 실시양태에서의 본 발명은, (i) 규소 도판트 공급원 가스를 보유하는 제 1 가스 저장 및 분사 용기, 및 (ii) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 보유하는 제 2 가스 저장 및 분사 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템용 가스 공급 키트를 고려하며, 이때 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부하다.The invention in a further embodiment provides a process for the production of a gas comprising the steps of (i) a first gas storage and dispensing vessel holding a silicon dopant source gas, and (ii) a reservoir gas containing at least one of a diluent gas and a sub- A second gas storage and dispensing vessel, wherein at least one of the dopant gas and the subsidiary-species gas, if present, is selected such that one or more of the silicon isotopes has a naturally occurring non- It is isotopically abundant in excess.

다른 양태에서 본 발명은, 이온 주입 시스템에서의 사용을 위해 (i) 규소 도판트 공급원 가스를 보유하는 제 1 가스 저장 및 분사 용기, 및 (ii) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 보유하는 제 2 가스 저장 및 분사 용기를 제공하는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 이때 규소 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 하나 이상의 규소 동위원소가 자연 발생비 수준 초과량으로 동위원소-풍부하다.In another aspect, the invention is directed to a method of ion implantation comprising (i) a first gas storage and dispensing vessel containing a silicon dopant source gas, and (ii) at least one of a diluent gas and a secondary gas Wherein the at least one of the silicon dopant gas and the subsidiary-species gas, if present, comprises at least one of a silicon- Isotopic with one or more silicon isotopes in excess of the naturally occurring non-level.

이런 가스 공급 키트 및 향상 방법 양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는, 공급된 도판트 가스 및 보조-종 가스 화합물에서 둘다 동일한 단일의 규소 동위원소, 예컨대 28Si가 단독동위원소인 것일 수 있다.In such gas supply kits and enhancement mode embodiments, the dopant gas and the auxiliary-species gas may be both the same single silicon isotope, such as 28 Si, in the supplied dopant gas and the auxiliary-species gas compound being the sole isotopes have.

상기 가스 공급 키트 및 향상 방법은 개별 용기에서 도판트 가스 및 희석 가스를 사용할 수 있으며, 이때 상기 도판트 가스는, 자연 발생적 규소 동위원소 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부하다. 예컨대, 상기 도판트 가스는, 예컨대 28Si가 단독동위원소인 기상 규소 화합물을 포함할 수 있다. 상기 희석 가스는 임의의 적합한 가스 종 또는 혼합물을 포함할 수 있고, 예컨대 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논, 또는 다른 적합한 가스 또는 가스들을 포함할 수 있다.The gas supply kit and the improvement method may use dopant gas and diluent gas in individual vessels, wherein the dopant gas is isotopically rich with at least one naturally occurring silicon isotope. For example, the dopant gas may include a gas phase silicon compound, for example, where 28 Si is a sole isotope. The diluent gas may comprise any suitable gas species or mixture and may be any suitable gas species or mixture including but not limited to argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, , Nitrogen, oxygen, carbon monoxide, xenon difluoride, diborane, methane, and xenon, or other suitable gases or gases.

이제 도면을 참고하면, 도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.Referring now to the drawings, Figure 1 is a schematic diagram of an ion implantation process system in accordance with an aspect of the present invention.

이온 주입 공정 시스템(300)은, 예시된 이온 주입 챔버(301)에서 기판(328)의 규소 이온 주입 도핑에 공급되는 규소 도판트 가스를 보유하는 내부 부피를 갖는 저장 및 분사 용기(302)를 포함한다. 상기 저장 및 분사 용기는, 규소 도판트 가스가 가스 저장을 위해 물리적으로 흡착되는 흡수성 매질을 함유하는 유형의 것일 수 있으며, 이때 가스는 분사 조건 하에 상기 용기로부터의 배출을 위해 상기 흡수성 매질로부터 탈착된다. 흡수성 매질은 고체상 탄소 흡착제 물질을 포함할 수 있다. The ion implantation process system 300 includes a storage and injection vessel 302 having an internal volume that holds the silicon dopant gas supplied to the silicon ion implant doping of the substrate 328 in the illustrated ion implantation chamber 301 do. The storage and dispensing vessel may be of the type containing an absorbent medium in which the silicon dopant gas is physically adsorbed for storage of the gas, wherein the gas is desorbed from the absorbent medium for discharge from the vessel under spray conditions . The absorbent medium may comprise a solid carbon adsorbent material.

도 1에서, 저장 및 분사 용기(302)는 도판트 가스를 흡착된 상태, 유리 가스 또는 액화 가스 상태로 보유하는 내부 부피를 감싸는 관형 용기 벽(304)을 포함한다.In FIG. 1, the storage and dispensing vessel 302 includes a tubular vessel wall 304 that encloses an internal volume that holds the dopant gas in an adsorbed, glassy, or liquefied gas state.

저장 및 분사 용기(302)는 혼합 챔버(360)(임의적 요소)와 분사 라인(372)을 통해 가스 유동 연통식으로 커플링되고 이후 배출 라인(312)에 연결되는 밸브 헤드(308)를 포함한다. 압력 센서(310)는 질량 유량 조절기(314)와 함께 라인(312)에 배치될 수 있고, 다른 임의적인 모니터링 및 센서 요소들이 상기 라인과 커플링되고 액추에이터, 피드백 및 컴퓨터 제어 시스템, 사이클 타이머 등과 같은 제어 수단과 인터페이스될 수 있다.The storage and dispensing vessel 302 includes a valve head 308 that is coupled in gas flow communication with a mixing chamber 360 (optional element) through a spray line 372 and then connected to a discharge line 312 . The pressure sensor 310 may be disposed in line 312 with a mass flow controller 314 and other optional monitoring and sensor elements may be coupled to the line and coupled to the line such as an actuator, And can be interfaced with the control means.

혼합 챔버(360)는 또한 사용되는 경우 가스 공급 라인(370)과 유동 연통식으로 결합될 수 있고, 여기에 보충 가스 공급 용기(362 및 364)와 커플링되고, 이들 각각은 서로 동일하거나 상이한 유형의 것일 수 있고, 상기 기재된 용기(302)와 동일하거나 상이한 유형의 것일 수 있다. 용기(362)는 예를 들어 희석 가스를 함유할 수 있고, 용기(364)는 예를 들어 보조-종 가스를 함유하도록 구성되어, 희석 가스 및/또는 보조-종 가스와 함께 도판트 가스를 함유하는 도판트 가스 혼합물을 제조할 수 있다.The mixing chamber 360 may also be in flow communication with the gas supply line 370 when used and coupled thereto with supplemental gas supply vessels 362 and 364 each of which may be of the same or different type And may be of the same or different type as the container 302 described above. The vessel 362 may contain, for example, a diluent gas, and the vessel 364 may be configured to contain, for example, a subsidiary-species gas, to contain a dopant gas with the diluent gas and / Lt; RTI ID = 0.0 > gaseous < / RTI >

보충 용기(362)는 이후 보충 용기 공급 라인(366)과 커플링되는 밸브 헤드(380)가 고정되는 주요 용기 부분을 갖도록 형성된다. 유사한 방식으로, 보충 용기(364)는 밸브 헤드(382)가 고정되는 주 용기 부분을 갖도록 형성된다. 밸브 헤드(382)는 보충 용기 공급 라인(368)에 커플링된다. 이러한 구성에 의한 공급 라인(366 및 368)은 희석 및/또는 보조-종 가스(들)를 혼합 챔버(360)에 전달하여 희석 및/또는 보조-종 가스(들)를 함유하는 도판트 가스 혼합물을 제공하여 주입기의 이온 공급원으로 보낸다. 이러한 목적을 위해, 보충 용기 공급 라인(366 및 368) 및 분사 라인(372)은 용기로부터 분사된 물질의 흐름 또는 다른 특성들을 수동 또는 자동으로 조절하기에 적합한 밸브, 제어기 및/또는 센서를 구비할 수 있고, 이러한 밸브, 제어기 및/또는 센서는 임의의 적합한 방식으로 상응하는 공급/분사 라인과 커플링되거나 그와 연결될 수 있다.The supplemental container 362 is then formed with the main container portion to which the valve head 380, which is coupled with the supplemental container supply line 366, is fixed. In a similar manner, the replenishing vessel 364 is formed with the main vessel portion to which the valve head 382 is fixed. Valve head 382 is coupled to supplemental vessel supply line 368. Feed lines 366 and 368 in this configuration may deliver dilute and / or auxiliary-species gas (s) to mixing chamber 360 to form a dopant gas mixture (s) containing dilute and / or auxiliary- To the ion source of the injector. To this end, the supplemental container supply lines 366 and 368 and the spray line 372 may comprise valves, controllers and / or sensors adapted to manually or automatically regulate the flow or other characteristics of the substance ejected from the container And such valves, controllers, and / or sensors may be coupled to or coupled to the corresponding supply / dispense line in any suitable manner.

이러한 밸브는 이후 중앙 처리 유닛(CPU)과 연결되어 작동되는 밸브 액추에이터와 커플링될 수 있다. CPU는 상기 언급된 제어기 및/또는 센서와 신호 연통 관계로 커플링되고, 서로 용기 각각으로부터 분사되는 유체의 속도, 조건 및 양을 제어하도록 프로그래밍되어, 라인(312)에서 혼합 챔버(360)로부터 흐르는 도판트 가스 혼합물이 이온 주입 작업을 수행하기에 바람직한 조성물, 온도, 압력 및 유속을 갖는다.Such a valve may then be coupled to a valve actuator that is operatively connected to a central processing unit (CPU). The CPU is coupled in signal communication with the above-mentioned controller and / or sensor and is programmed to control the velocity, condition and amount of fluid ejected from each of the vessels with each other, and the flow from the mixing chamber 360 in line 312 The dopant gas mixture has compositions, temperatures, pressures, and flow rates that are desirable for performing ion implantation operations.

예시된 시스템(300)에서, 이온 주입 챔버(301)는 라인(312)으로부터 분사된 규소 도판트 가스 혼합물을 수용하는 이온 공급원(316)을 함유하고 이온 빔(305)을 발생시킨다. 이온 빔(305)은, 필요한 이온들을 선택하고 비-선택된 이온들을 거부하는 질량 분석기 유닛(322)을 통과한다.In the illustrated system 300, the ion implantation chamber 301 contains an ion source 316 that receives a silicon dopant gas mixture injected from line 312 and generates an ion beam 305. The ion beam 305 passes through a mass analyzer unit 322 which selects the required ions and rejects the non-selected ions.

선택된 이온은 가속 전극 어레이(324)를 통과한 후에 편향 전극(326)을 통과한다. 생성 집속 이온 빔은 스핀들(332) 위에 장착된 회전가능한 홀더(330) 위에 배치된 기판 요소(328)에 충돌한다. 도판트 이온의 이온 빔을 사용하여 원하는 기판을 도핑하여 도핑된 구조를 형성한다.The selected ions pass through the deflection electrode 326 after passing through the accelerating electrode array 324. The resulting focused ion beam impinges on the substrate element 328 disposed on the rotatable holder 330 mounted on the spindle 332. A desired substrate is doped using an ion beam of a dopant ion to form a doped structure.

이온 주입 챔버(301)의 개개의 구역은 각각 펌프(320, 342 및 346)에 의해 라인(318, 340 및 344)을 통해 배출된다.The individual areas of the ion implantation chamber 301 are exhausted via lines 318, 340 and 344 by pumps 320, 342 and 346, respectively.

다르게는, 이온 주입 챔버(301)는 적합한 함침 공정에 의해 기판에서 규소 주입을 수행하도록 개조된 플라즈마 함침 챔버일 수 있다.Alternatively, the ion implantation chamber 301 may be a plasma impregnated chamber adapted to perform silicon implantation at the substrate by a suitable impregnation process.

도 2는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다. 도 2 시스템은 도 1과 동일한 구성요소 및 특징에 따라 상응하게 번호를 붙였지만 도 2 시스템은 유동 회로 구성의 개별적인 도판트 가스 및 보충 가스 용기를 사용하며, 이때 용기(304, 362 및 364) 각각은 그의 분사 라인에 독립적인 질량 흐름 제어기(314, 400 및 402)를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 각각의 용기로부터의 가스 흐름은 관련 분사 라인에서 전용 질량 흐름 제어기에 의해 조절되어, 작동 중인 각각의 가스들의 선택된 유속 또는 유속 비를 달성한다. 각각의 질량 흐름 제어기는, 각각의 질량 흐름 제어기를 시스템의 최적화를 위해 작동시키는 데 필요한 만큼 또는 원하는 만큼 작동 중에 조절할 수 있는 중앙 처리 유닛(CPU)과 연결되어 작동될 수 있다.2 is a schematic diagram of an ion implantation process system in accordance with another aspect of the present invention. Although the system of FIG. 2 is numbered according to the same components and features as FIG. 1, the system of FIG. 2 uses a separate dopant gas and supplemental gas vessel in a flow circuit configuration, wherein the vessels 304, 362, and 364 Has mass flow controllers (314, 400 and 402) independent of its injection line. With this arrangement, the gas flow from each vessel is regulated by a dedicated mass flow controller at the associated injection line to achieve a selected flow rate or flow rate ratio of each gas in operation. Each mass flow controller can be operated in conjunction with a central processing unit (CPU), which can adjust each mass flow controller as necessary or as desired during operation to optimize the system.

본 발명의 또 하나의 양태에서, 도판트 가스는 일례로 하나 이상의 보충 가스(들), 즉 희석 및/또는 보조-종 가스를 함유하는 혼합물로 공급될 수 있으며, 여기서 도판트 가스 및 보충 가스의 혼합물은 단일 공급 용기에 함유되며, 이로부터 가스 혼합물은 이온 주입 시스템의 이온 공급원으로 분사 및 흘려보낼 수 있다. 예를 들어, 도 1 시스템에서, 용기(302)는 규소 도판트 가스 및 보충 가스 혼합물을 함유하는 단일 가스 공급 용기(보충 용기(362 및 364)는 없음)를 구성할 수 있다.In another embodiment of the invention, the dopant gas may be supplied, for example, as a mixture containing one or more supplemental gas (s), dilution and / or auxiliary-species gas, wherein the concentration of the dopant gas and the supplemental gas The mixture is contained in a single supply vessel from which the gas mixture can be injected and flowed into the ion source of the ion implantation system. For example, in the system of FIG. 1, the vessel 302 may constitute a single gas supply vessel (no supplemental vessels 362 and 364) containing a silicon dopant gas and a supplemental gas mixture.

이러한 접근법은, 단일 공급 용기로부터 제공될 수 있는 공동 패키징된 혼합물로서 수소, 불활성 가스 또는 기타 희석 가스를 포함하는 혼합물 중의 도판트 가스로서 사불화 규소를 제공하기 위해 이용될 수 있다.This approach can be used to provide silicon tetrafluoride as a dopant gas in a mixture comprising hydrogen, inert gas or other diluent gas as a co-packaged mixture that may be provided from a single supply vessel.

단일 공급 용기에 제공되는 본 발명의 광범위한 실시에 유리하게 사용될 수 있는 동위원소-풍부한 사불화 규소 가스 혼합물의 구체적인 예로서, 상기 사불화 규소-함유 가스 조성물은 조성물의 총 부피를 기준으로 5 내지 35 부피%의 사불화 규소, 및 나머지량으로 수소, 아르곤, 질소 및 헬륨 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이때 상기 사불화 규소는 자연 발생 규소 동위원소들 중 하나 이상, 예컨대 28Si가 동위원소-풍부하다.As a specific example of an isotopically-enriched silicon tetrafluoride gas mixture that can be advantageously used in the broad practice of the present invention provided in a single supply vessel, the silicon tetrafluoride-containing gas composition comprises from 5 to 35 By volume Si of silicon tetrafluoride, and the remainder of at least one of hydrogen, argon, nitrogen, and helium, wherein the silicon tetrafluoride is one or more of the naturally occurring silicon isotopes such as 28 Si isotope- Abundant.

또 다른 양태에서, 본 발명은 사불화 규소와 순방향 흐름(co-flow) 가스로서 암모니아를 사용하여 이온 주입 시스템의 공급원 수명을 증가시키는 것에 관한 것이며, 이때 사불화 규소는 도판트 가스로서 사용되고 사불화 규소는 하나 이상의 Si 동위원소 종, 예컨대 28Si가 동위원소-풍부하다. In another aspect, the present invention relates to increasing the source lifetime of an ion implantation system using ammonia as a silicon tetrafluoride and a co-flow gas, wherein silicon tetrafluoride is used as a dopant gas, Silicon is isotopically enriched with one or more Si isotopes, such as 28 Si.

규소를 주입시키는 경우 사불화 규소와 혼합물 형태로 암모니아를 보충 가스로 사용함으로써, 암모니아(NH3)의 질소 및 수소 성분은 사불화 규소로부터 불소를 효과적으로 제거할 것이다. 이러한 불소 제거의 결과, SiF4/NH3 혼합물은, 아크 슬릿(slit) 상에서 성장하는 텅스텐 휘스커(whisker) 및/또는 캐쏘드 및/또는 애노드 상에 침착되는 텅스텐으로 인해 불량한 공급원 수명을 일으키는 이온 공급원 내의 할로겐 사이클을 적어도 부분적으로 억제할 것이다.By using ammonia as a supplemental gas in the form of a mixture with silicon tetrafluoride when injecting silicon, the nitrogen and hydrogen components of ammonia (NH 3 ) will effectively remove fluorine from silicon tetrafluoride. As a result of this fluorine removal, the SiF 4 / NH 3 mixture can be removed by a source of ions which causes poor source life due to the tungsten whiskers and / or cathodes growing on the arc slits and / Lt; RTI ID = 0.0 > at least < / RTI >

SiF4와 순방향 흐름 가스로서의 암모니아의 사용은 임의의 다양한 구성에서 수행될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 암모니아 및 사불화 규소에 대한 별도의 가스 공급 용기가 사용되고, 각각의 가스 공급 용기로부터의 가스들은 이온 공급원에 순방향으로 흐른다. 순방향으로 흐르는 가스들은 질량 흐름 제어기를 통과하기 전에 혼합되거나, 또는 질량 제어기와 이온 공급원 사이에서 혼합되거나, 또는 이온 공급원 내에서 혼합될 수 있다.The use of SiF 4 and ammonia as a forward flow gas can be performed in any of a variety of configurations. In one embodiment, a separate gas supply vessel for ammonia and silicon tetrafluoride is used, and the gases from each gas supply vessel flow in a forward direction to the ion source. The gases flowing in the forward direction can be mixed before passing through the mass flow controller, mixed between the mass controller and the ion source, or mixed in the ion source.

다르게는, 암모니아 및 사불화 규소의 혼합물을 임의의 적합한 상대 비율로 함유하는 단일 공급 용기가 제공될 수 있다.Alternatively, a single supply vessel may be provided containing a mixture of ammonia and silicon tetrafluoride in any suitable relative proportions.

암모니아 대신에 또는 암모니아 이외에, 임의의 적합한 아민이 유사하게 이점을 위해 사용될 수 있다.Instead of ammonia or in addition to ammonia, any suitable amine can likewise be used for this advantage.

또 하나의 대안으로서, 제논은 별도의 공급 용기에서 보충 가스로서 제공될 수 있다. 공급 용기로부터 분사된 후, 제논은 암모니아 및/또는 사불화 규소와 혼합될 수 있다. 제논은 또한 암모니아 및/또는 사불화 규소와 혼합된 제논을 함유하는 가스 용기에서 보충 가스로서 제공될 수 있다. 이온 공급원에 도입되는 가스 중의 제논의 존재는 제논의 캐쏘드 상에의 스퍼터링 효과에 의해 공급원 수명을 개선하여 상기 캐쏘드 상에 침착되는 임의의 과잉의 텅스텐을 제거한다.As another alternative, the xenon may be provided as a supplemental gas in a separate supply vessel. After being jetted from the supply vessel, the xenon may be mixed with ammonia and / or silicon tetrafluoride. The xenon may also be provided as a supplemental gas in a gas vessel containing xenon mixed with ammonia and / or silicon tetrafluoride. The presence of xenon in the gas introduced into the ion source improves the life of the source by the sputtering effect on the cathode of the xenon to remove any excess tungsten deposited on the cathode.

본 발명은 또 다른 양태에서 하나 이상의 동위원소-풍부한 규소 도판트 물질, 예컨대 실란 또는 사불화 규소를 이온화 챔버 내로 흘려보내 이온성 도판트 종을 생성시키고, 상기 이온화 챔버로부터 상기 이온성 도판트 종을 추출하고, 사전 결정된 이온성 도판트 종을 선택하고, 상기 선택된/원하는 규소 이온성 도판트 종을 광전, 평면-패널, 마이크로전자 또는 반도체 기판 내로 주입하는 것을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지는 개선된 이온 주입 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method of forming an ionic dopant species by flowing one or more isotopically-enriched silicon dopant materials, such as silane or silicon tetrafluoride, into an ionization chamber to produce an ionic dopant species, Extracting the selected ionic dopant species, selecting a predetermined ionic dopant species, and injecting the selected / desired silicon ionic dopant species into a photoelectric, planar-panel, microelectronic or semiconductor substrate, Or an improved ion implantation method comprising the same.

본 발명에 따른 원하는 규소 동위원소의 풍부도는 상기 동위원소의 풍부도 또는 농도를 증가시키고, 그에 따라 이온 빔 내 동위원소의 양을 증가시키도록 제공된다. 이는 이후 더 낮은 농도/양의 동일/원하는 규소 동위원소를 함유하는 규소 공급원을 사용하는 시스템 및/또는 공정에 비해 처리량에서 상응하는 이점을 제공한다.The abundance of the desired silicon isotope in accordance with the present invention is provided to increase the abundance or concentration of the isotope and thereby increase the amount of isotope in the ion beam. This in turn provides a corresponding advantage in throughput over systems and / or processes that use a silicon source containing a lower concentration / amount of the same / desired silicon isotope.

본 발명은 도판트 물질들의 순차적인 흐름을 고려하며, 이때 캐쏘드 바이어스 전력은 이온 공급원의 작동 중에 모니터링되고, 상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 공급원 전력은 예를 들어 이온 공급원의 작동 중에 사전 결정된 캐쏘드 바이어스 전력을 유지함으로써 이온 공급원에 전달되는 각각의 도판트 화합물들 사이를 제어/선택/교류하는 피드백 제어 공정에 사용되어 이온 공급원 또는 이의 성분들의 작동 수명을 연장한다. 이러한 방법은 이온 공급원의 작동 중에 사전 결정된 캐쏘드 바이어스 전력을 유지하거나 또는 달리 달성하는 데 필요한 정도로 이온 공급원의 캐쏘드를 수리 또는 교정, 즉 캐쏘드의 재성장 또는 에칭을 수행하는 데 사용될 수 있다.The present invention contemplates a sequential flow of dopant materials, wherein the cathode bias power is monitored during operation of the ion source, and the monitored cathode bias source power is determined, for example, during operation of the ion source by a predetermined cathode bias Control / select / alternate between each dopant compound delivered to the ion source by maintaining power to extend the operating life of the ion source or components thereof. This method can be used to repair or calibrate the cathode of the ion source to the extent necessary to maintain or otherwise achieve a predetermined cathode bias power during operation of the ion source, i. E., Regrowth or etch the cathode.

이온 공급원은 상기 모니터링되고 제어된 공정에서 임의의 적합한 유형의 것, 예컨대 간접 고온 캐쏘드(IHC) 이온 공급원일 수 있다. 이러한 방법에서 캐쏘드 바이어스 전력은 유리하게는 피드백 메커니즘으로 사용되어 상이한 도판트 화합물의 순차적 흐름을 제어함으로써 이온 공급원/캐쏘드의 작동 수명을 연장시킨다.The ion source may be of any suitable type in the monitored and controlled process, such as an indirect high temperature cathode (IHC) ion source. In this way, the cathode bias power is advantageously used as a feedback mechanism to control the sequential flow of the different dopant compounds, thereby extending the operating life of the ion source / cathode.

이온 공급원의 작동 효율을 유지하기 위해 이온 공급원의 아크 챔버에 캐쏘드를 포함하는 이러한 이온 주입 시스템을 작동시키는 방법은, 하나의 실시양태에서, 순차적으로 공급되는 도판트 조성물과 캐쏘드를 접촉시키면서 캐쏘드 바이어스 전력을 측정하고, 상기 측정된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물의 하나 이상을 조절함으로써, 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시킨다.A method of operating such an ion implantation system comprising a cathode in an arc chamber of an ion source to maintain an operating efficiency of the ion source comprises, in one embodiment, contacting the sequentially supplied dopant composition with the cathode, Determining one or more of the ion source, cathode and / or one or more other components of the ion source by measuring one or more of the sequentially supplied dopant compositions in response to the measured cathode bias power, Lt; / RTI >

상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물과 관련하여 "조절하는"이라는 용어는 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물의 하나 이상에 대한 순서, 기간, 공정 조건 또는 도판트 조성물 선택을 상기 측정된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여 제어하는, 즉 선택적으로 변하는 것을 의미한다. 따라서, 각각의 도판트 조성물에 대한 공급 기간은 설정 캐쏘드 바이어스 전력을 유지하도록 서로 변하거나, 또는 하나의 도판트 조성물이 다른 것보다 더 높은 전압 조건에서 공급될 수 있거나, 또는 피드백 모니터링 및 제어 시스템이 각각의 도판트 조성물 사이에서 달리 제어/선택/교류하도록 구성될 수 있다.The term "modulating " with respect to the sequentially supplied dopant composition means that the order, duration, process conditions, or dopant composition selection for one or more of the sequentially supplied dopant compositions is determined by the measured cathode bias power In other words, selectively changes. Thus, the supply period for each dopant composition may be varied to maintain the set cathode bias power, or one dopant composition may be supplied at a higher voltage condition than the other, or the feedback monitoring and control system May be configured to control / select / alternate between each dopant composition.

또 다른 실시양태에서, 상기 방법은 하나 이상의 도판트 조성물과 관련하여 이온 공급원을 통해 세정제 또는 침착제를 동시에 또는 순차적으로 흘려보내는 데 사용될 수 있으며, 이때 예를 들어 상기 모니터링된 전력 사용이 초기 또는 다른 사전 결정된 또는 설정 값 또는 수준보다 증가하는 경우, 상기 캐쏘드 바이어스 전력 또는 이온 공급원의 다른 전력 이용 변수는, 이온 공급원을 통해 에칭제를 흘려보냄으로써 캐소드의 에칭을 수행하여 이로부터의 침착물을 제거하는 데 이용되고/되거나 상기 모니터링된 전력 사용이 초기 또는 다른 사전 결정된 또는 설정 값보다 감소하는 경우, 상기 캐쏘드 바이어스 전력 또는 이온 공급원의 다른 전력 이용 변수는, 이온 공급원을 통해 침착제를 흘려보냄으로써 캐쏘드 물질의 재성장을 수행하는 데 이용된다.In another embodiment, the method can be used to simultaneously or sequentially flow cleaner or deposition agent through an ion source in conjunction with one or more dopant compositions, wherein the monitored power usage is at an initial or different The cathode bias power or other power utilization variable of the ion source, when increased to a predetermined or set value or level, causes etching of the cathode by flowing an etchant through an ion source to remove deposits therefrom The cathode bias power or other power utilization variable of the ion source may be adjusted by flowing a deposition agent through the ion source and / And is used to perform regrowth of cathode materials .

그러므로, 본 발명은 동위원소-풍부한 규소 도판트 조성물의 사용과 관련된 다양한 양태, 특징 및 이점을 고려한다.Therefore, the present invention contemplates various aspects, features and advantages associated with the use of isotope-rich silicon dopant compositions.

따라서, 본 발명의 조성물, 공정, 방법, 장치 및 시스템은 폭넓고 다양한 방식으로 구현되고 적용될 수 있어 이온 주입 시스템의 성능을 상응하게 개선할 수 있음을 알 수 있을 것이다.Thus, it will be appreciated that the compositions, processes, methods, apparatus, and systems of the present invention can be implemented and applied in a wide variety of ways to correspondingly improve the performance of the ion implantation system.

본 발명을 특정 양태, 특징 및 예시적 실시양태를 참조하여 본원에 개시하였지만, 본 발명의 사용이 그에 제한되지 않고 본원의 기재내용을 기초로 본 발명 분야의 통상의 숙련자에게 시사되는 한 오히려 다수의 다른 변형, 변경 및 다른 실시양태들로 연장되거나 또는 이들을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이후의 특허청구범위 발명은 본 발명의 진의 및 범주 내에 드는 이러한 모든 변형, 변경 및 다른 실시양태를 포함하는 것으로 폭넓게 해석되는 것으로 의도된다.While the present invention has been disclosed herein with reference to specific aspects, features and illustrative embodiments, it is to be understood that the use of the invention is not limited thereto, but rather that many, if any, It is to be understood that other variations, modifications and other embodiments may be devised which extend or fall within the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims be construed broadly to include all such variations, modifications, and other embodiments that fall within the true spirit and scope of the invention.

Claims (27)

규소 도판트 조성물을 이온화시켜 이온화된 규소를 형성하는 단계, 및
상기 이온화된 규소를 기판과 접촉시켜 기판에 규소를 주입시키는 단계
를 포함하는, 규소를 이온 주입하는 방법으로서, 이때
상기 규소 도판트 조성물이, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비(natural abundance) 초과량으로 동위원소-풍부한(isotopically enriched) 하나 이상의 규소 화합물을 포함하고,
상기 규소 도판트 조성물이 29Si가 풍부한 사불화 규소로 이루어진 경우, 풍부 수준은 50 원자% 초과 100 원자% 이하인, 방법.
Ionizing the silicon dopant composition to form ionized silicon, and
Contacting the ionized silicon with a substrate to implant silicon into the substrate
A method for ion implanting silicon, comprising:
Wherein the silicon dopant composition comprises at least one silicon compound that is isopopically enriched in excess of a natural abundance of at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si,
Wherein when the silicon dopant composition is composed of silicon tetrafluoride rich in 29 Si, the abundance level is greater than 50 atom% and less than 100 atom%.
제 1 항에 있어서,
상기 규소 도판트 조성물이 (i) 규소 도판트 가스로서의 기상 형태의 상기 규소 화합물, 및 (ii) 보조-종(co-species) 가스 및 희석 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 포함하는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon dopant composition comprises a supplemental gas comprising at least one of (i) the silicon compound in gaseous form as a silicon dopant gas, and (ii) a co-species gas and a diluent gas. .
제 1 항에 있어서,
상기 규소 도판트 조성물이, 이온화 장치를 사용하여 이온화되어 규소 이온의 이온 빔을 생성하고,
상기 방법이, 전계에 의해 상기 이온 빔을 가속화시켜 상기 접촉 단계에서 기판에 규소를 주입하는 것을 포함하는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon dopant composition is ionized using an ionization device to produce an ion beam of silicon ions,
Wherein the method comprises accelerating the ion beam by an electric field to implant silicon into the substrate in the contacting step.
제 1 항에 있어서,
상기 이온화된 규소가 플라즈마 함침 공정으로 기판과 접촉하여 기판에 규소를 주입시키는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionized silicon is contacted with a substrate by a plasma impregnation process to implant silicon into the substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 규소 도판트 조성물이, 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함하는, 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon dopant composition is selected from the group consisting of silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, and chlorosilane ≪ / RTI >
제 5 항에 있어서,
상기 규소 화합물이, 28Si가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the silicon compound is isotopically enriched with a spontaneous generation of excess of 28 Si.
제 6 항에 있어서,
상기 규소 화합물이, 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 동위원소-풍부한 사불화 규소를 포함하는 것인, 방법.
The method according to claim 6,
The method comprises a silicon rich tetrafluoride, - is the silicon compound, 28 is 92.3 at% Si exceeds isotopes in a concentration range of less than 100 atomic%.
제 7 항에 있어서,
상기 사불화 규소가, 28Si가 단독동위원소성(homoisotopic)인 것인, 방법.
8. The method of claim 7,
The method of the silicon tetrafluoride is, Si is 28 to the sole isotope firing (homoisotopic).
제 2 항에 있어서,
상기 보충 가스가, 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신(arsine), 저메인(germane), 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함하는, 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the supplemental gas is selected from the group consisting of argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germane, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, , Xenon difluoride, diborane, methane, and xenon.
제 1 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함하는, 방법:
(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;
(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;
(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;
(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;
(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란;
(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;
(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;
(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;
(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;
(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;
(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;
(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;
(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;
(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및
(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.
The method according to claim 1,
Wherein the dopant gas composition comprises a gas composition selected from the group consisting of:
(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;
(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;
(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;
(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;
(v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;
(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;
(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;
(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;
(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;
(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;
(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;
(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;
(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;
(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And
(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.
(A) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스와의 혼합물 형태로 규소 도판트 가스를 포함하는 규소 도판트 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분사 용기로서, 이때 상기 규소 도판트 조성물은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 하나 이상의 기상 규소 화합물을 포함하는, 가스 저장 및 분사 용기; 및
(B) (i) 규소 도판트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분사 용기, 및 (ii) 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하는 보충 가스를 보유하는 제 2 가스 저장 및 분사 용기를 포함하는 가스 공급 키트로서, 이때 규소 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은, 28Si, 29Si, 및 30Si 중 하나 이상이 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것인, 가스 공급 키트
로 이루어진 군으로부터 선택되는, 규소의 이온 주입을 위한 도판트 가스 조성물 공급기.
(A) a gas storage and dispensing vessel containing a silicon dopant composition comprising a silicon dopant gas in the form of a mixture with a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary-seed gas, wherein the silicon dopant composition Wherein at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si comprises isotope-rich one or more gaseous silicon compounds in terms of naturally occurring ratio excess; And
(B) a second gas storage and dispensing vessel having a first gas storage and dispensing vessel containing (i) a silicon dopant gas, and (ii) a supplemental gas comprising at least one of a diluent gas and an auxiliary- Wherein at least one of the silicon dopant gas and the auxiliary-species gas, if present, is an isotopically-enriched gas of at least one of 28 Si, 29 Si, and 30 Si, Gas supply kit
≪ / RTI > wherein the dopant gas composition is selected from the group consisting of: < RTI ID = 0.0 >
제 11 항에 있어서,
사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함하는, 도판트 가스 조성물 공급기.
12. The method of claim 11,
A silicon compound selected from the group consisting of silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, and chlorosilane. Dopant gas composition feeder.
제 12 항에 있어서,
상기 규소 화합물이, 28Si가 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 것인, 도판트 가스 조성물 공급기.
13. The method of claim 12,
Wherein the silicon compound is isotopically enriched with a spontaneously occurring excess of 28 Si.
제 13 항에 있어서,
상기 규소 화합물이, 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 동위원소-풍부한 사불화 규소를 포함하는 것인, 도판트 가스 조성물 공급기.
14. The method of claim 13,
The silicon compound is, Si is 28 atomic% more than 92.3 isotopes in a concentration range of less than 100 atomic% in, the dopant gas supply composition comprises a rich silicon tetrafluoride.
제 14 항에 있어서,
상기 사불화 규소가, 28Si가 단독동위원소성인 것인, 도판트 가스 조성물 공급기.
15. The method of claim 14,
Wherein said silicon tetrafluoride is 28 Si singly isotonic.
제 11 항에 있어서,
상기 보충 가스가, 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함하는, 도판트 가스 조성물 공급기.
12. The method of claim 11,
Wherein said supplemental gas is selected from the group consisting of argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germene, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, Wherein the diluent gas comprises a diluent gas selected from the group consisting of diborane, methane, and xenon.
제 11 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함하는, 도판트 가스 조성물 공급기:
(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;
(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;
(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;
(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;
(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란;
(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;
(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;
(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;
(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;
(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;
(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;
(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;
(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;
(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및
(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.
12. The method of claim 11,
Wherein the dopant gas composition comprises a gas composition selected from the group consisting of:
(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;
(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;
(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;
(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;
(v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;
(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;
(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;
(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;
(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;
(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;
(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;
(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;
(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;
(xiv) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and krypton; And
(xv) At least one of isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen, nitrogen, ammonia, xenon, and argon.
제 11 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물 공급기가 (A)인, 도판트 가스 조성물 공급기.
12. The method of claim 11,
Wherein the dopant gas composition feeder is (A).
제 11 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물 공급기가 (B)인, 도판트 가스 조성물 공급기.
12. The method of claim 11,
Wherein the dopant gas composition feeder is (B).
제 11 항에 따른 도판트 가스 조성물 공급기와 가스-수용 유동 연통(gas-receiving flow communication)식으로 구성된 이온 주입기를 포함하는 이온 주입 시스템.An ion implantation system comprising an ion implanter configured in gas-receiving flow communication with a dopant gas composition feeder according to claim 11. 제 20 항에 있어서,
상기 이온 주입기가
(A) 상기 도판트 가스 조성물 공급기로부터의 규소 도판트 조성물을 이온화시켜 이온화된 규소를 형성하고, 상기 이온화된 규소와 기판을 접촉시켜 기판에 규소를 주입하고;
(B) (i) 상기 이온화된 규소의 이온 빔을 생성시키고, 기판에 규소를 주입시키기 위해 상기 이온 빔을 전계에 의해 기판에 대해 가속시키거나, 또는 (ii) 기판에 규소를 주입시키기 위해 플라즈마 함침 공정을 수행하도록
개조된, 이온 주입 시스템.
21. The method of claim 20,
The ion implanter
(A) ionizing the silicon dopant composition from the dopant gas composition feeder to form ionized silicon; contacting the substrate with the ionized silicon to implant silicon into the substrate;
(B) applying an ion beam to the substrate by (i) generating an ion beam of the ionized silicon and accelerating the ion beam with respect to the substrate by an electric field to inject silicon into the substrate, or (ii) To carry out the impregnation process
Modified ion implantation system.
제 11 항에 따른 도판트 가스 조성물 공급기를 이온 주입 시스템에서 사용하기 위해 제공하는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법.A method for enhancing the operation of an ion implantation system, comprising providing the dopant gas composition feeder according to claim 11 for use in an ion implantation system. 제 22 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물 공급기가 사불화 규소(SiF4), 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), C1-C8 알킬실란, 플루오로실란, 및 클로로실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 규소 화합물을 포함하는, 방법.
23. The method of claim 22,
Wherein the dopant gas composition feeder is selected from the group consisting of silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), C 1 -C 8 alkylsilane, fluorosilane, and chlorosilane ≪ / RTI >
제 23 항에 있어서,
상기 규소 화합물이, 28Si가 92.3 원자% 초과 100 원자% 이하의 농도 범위로 자연 발생비 초과량으로 동위원소-풍부한 사불화 규소를 포함하는 것인, 방법.
24. The method of claim 23,
The method comprises a silicon rich tetrafluoride, - is the silicon compound, 28 is 92.3 at% Si in an amount greater than the naturally occurring isotope ratio exceeds a concentration range of less than 100 atomic%.
제 24 항에 있어서,
상기 사불화 규소가, 28Si가 단독동위원소성인 것인, 방법.
25. The method of claim 24,
Wherein said silicon tetrafluoride is a single isotope of 28 Si.
제 22 항에 있어서,
상기 보충 가스가, 아르곤, 수소, 불소, 크립톤, 네온, 헬륨, 암모니아, 아민, 물, 포스핀, 아르신, 저메인, 수소 셀레나이드, 수소 설파이드, 질소, 산소, 일산화 탄소, 제논 다이플루오라이드, 다이보란, 메탄, 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 희석 가스를 포함하는, 방법.
23. The method of claim 22,
Wherein said supplemental gas is selected from the group consisting of argon, hydrogen, fluorine, krypton, neon, helium, ammonia, amine, water, phosphine, arsine, germene, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, Wherein the diluent gas comprises a diluent gas selected from the group consisting of diborane, methane, and xenon.
제 22 항에 있어서,
상기 도판트 가스 조성물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 가스 조성물을 포함하는, 방법:
(i) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 제논 및 수소;
(ii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 실란;
(iii) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 실란;
(iv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 아르곤;
(v) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 다이실란;
(vi) 동위원소-풍부한 사불화 규소 및 동위원소-풍부한 다이실란;
(vii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소;
(viii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아;
(ix) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 제논;
(x) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 수소 및 크립톤;
(xi) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 암모니아 및 크립톤;
(xii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소;
(xiii) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 제논;
(xiv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와 질소 및 크립톤; 및
(xv) 동위원소-풍부한 사불화 규소와, 수소, 질소, 암모니아, 제논, 및 아르곤 중 하나 이상.
23. The method of claim 22,
Wherein the dopant gas composition comprises a gas composition selected from the group consisting of:
(i) isotope-rich silicon tetrafluoride and xenon and hydrogen;
(ii) isotope-rich silicon tetrafluoride and silane;
(iii) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich silanes;
(iv) isotope-rich silicon tetrafluoride and argon;
(v) isotope-rich silicon tetrafluoride and disilane;
(vi) isotope-rich silicon tetrafluoride and isotope-rich disilanes;
(vii) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen;
(viii) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia;
(ix) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and xenon;
(x) isotope-rich silicon tetrafluoride and hydrogen and krypton;
(xi) isotope-rich silicon tetrafluoride and ammonia and krypton;
(xii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen;
(xiii) isotope-rich silicon tetrafluoride and nitrogen and xenon;
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