KR20220129108A - 이온 주입을 위한 도펀트 조성물 - Google Patents

이온 주입을 위한 도펀트 조성물 Download PDF

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아론 레이니커
애쉬위니 케이. 신하
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 이온 주입을 위한 개선된 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 도펀트 공급원 및 보조종을 포함하며, 도펀트 가스와 조합된 보조종은 원하는 도펀트 이온의 빔 전류를 생성한다. 보조종을 선택하는 기준은 하기 특성들의 조합에 기초한다: 이온화 에너지, 총 이온화 단면적, 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비, 및 소정의 조성.

Description

이온 주입을 위한 도펀트 조성물 {DOPANT COMPOSITIONS FOR ION IMPLANTATION}
본 발명은 도펀트 공급원과 조합된, 타깃 이온종의 빔 전류를 생성하기에 적합한 보조종(assistant species)을 포함하는 조성물에 관한 것이다.
이온 주입은 발광 다이오드 (LED), 태양 전지, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET)와 같은 반도체 기반 디바이스의 제조에 이용된다. 이온 주입은 반도체의 전자적 또는 물리적 특성을 변경하기 위해 도펀트를 도입하는 데 사용된다.
전통적인 이온 주입 시스템에서는, 종종 도펀트 공급원으로 지칭되는 가스상 화학종이 이온 공급원의 아크 챔버 내로 도입된다. 이온 공급원 챔버는 전자를 발생시키기 위해 열이온 발생 온도로 가열되는 캐소드를 포함한다. 전자는 아크 챔버 벽을 향해 가속되고 아크 챔버에 존재하는 도펀트 공급원 가스 분자와 충돌하여 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 해리된 이온, 라디칼, 및 중성 원자 그리고 도펀트 가스 화학종의 분자를 포함한다. 이온은 아크 챔버로부터 추출된 다음 타깃 이온종을 선택하기 위해 분리되고, 이어서 이는 타깃 기판으로 향하게 된다. 생성되는 이온의 양은 아크 챔버의 다양한 파라미터에 좌우되는데, 이에는 단위 시간당 아크 챔버에 공급되는 에너지의 양 (즉, 전력 수준) 및 이온 공급원 내로의 도펀트 공급원 및/또는 보조종의 유량이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
몇몇 도펀트 공급원이 오늘날 현재 사용 중이며, 예컨대 도펀트 원자 또는 분자를 함유하는 불소화물, 수소화물, 및 산화물이다. 이들 도펀트 공급원은 타깃 이온종의 빔 전류를 생성하는 그들의 능력에 있어서 제한될 수 있으며, 특히 고선량 이온 주입 응용, 예컨대 소스 드레인/소스 드레인 확장 주입물, 폴리실리콘 도핑 및 역치 전압 튜닝을 위한 빔 전류의 개선에 대하여 계속된 요구가 있다.
오늘날, 증가된 빔 전류는 플라즈마 내로 타깃 도펀트종을 함유하는 이온을 생성하는 가스를 도입함으로써 달성된다. 도펀트 가스 공급원의 이온화로부터 생성된 빔 전류를 증가시키는 데 이용되는 한 가지 알려진 방법은 도펀트 공급원에 동반종(co-species)을 첨가하여 더 많은 도펀트 이온을 생성하는 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제7,655,931호는 도펀트 가스와 동일한 도펀트 이온을 갖는 희석 가스를 첨가하는 것을 개시한다. 그러나, 빔 전류 증가는 특정 이온 주입 레시피의 경우 충분히 높지 않을 수 있다. 실제로, 동반종의 첨가는 실제로 빔 전류를 낮추는 경우가 있어 왔다. 이에 관하여, 미국 특허 제8803112호는 도 3 및 비교예 3 및 비교예 4에서, SiF4의 도펀트 공급원에 대한, 각각 SiH4 또는 Si2H6의 희석물의 첨가가, SiF4 단독으로 생성되는 빔 전류와 대비하여, 실제로 빔 전류를 낮추었음을 보여준다.
다른 방법은 동위원소 농축된(isotopically enriched) 도펀트 공급원을 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제8,883,620호는 단위 부피당 도펀트 이온의 더 많은 몰수를 도입하려는 시도에서, 천연 발생 도펀스 가스의 동위원소 농축된 버전(version)을 첨가하는 것을 개시한다. 그러나, 동위원소 농축된 가스의 이용은, 이온 주입 공정에 대해, 재인정(re-qualification)을 요구할 수 있는 실질적인 변화를 필요로 할 수 있는데, 이는 시간 소모적인 과정이다. 추가적으로, 동위원소 농축된 버전이 동위원소 농축 수준에 비례하는 양으로 증가되는 빔 전류를 반드시 생성하는 것은 아니다. 또한, 동위원소 농축된 도펀트 공급원은 용이하게 구매가능하지 않다. 설령 구매가능하다 하더라도, 그러한 공급원은 상기 도펀트 공급원의 원하는 동위원소를 그의 자연 존재비 수준(natural abundance level)을 초과하여 단리하는 데 필요한 공정의 결과로서 그들의 천연 발생 버전보다 상당히 더 고가일 수 있다. 동위원소 농축된 도펀트 공급원의 비용에 있어서의 이러한 증가는, 빔 전류의 관찰된 증가를 고려해 볼 때, 때때로 합리적이지 않을 수 있는데, 이는 소정의 도펀트 공급원의 경우 빔 전류에 있어서, 그의 천연 발생 버전과 대비하여 단지 최소한의 개선만을 생성하는 것으로 관찰되어 왔다.
이들 결점을 고려해 볼 때, 이온 주입 빔 전류의 개선에 대한 만족되지 않은 필요성이 남아 있다.
이들 단점으로 인해, 본 발명은 이온 빔 전류를 생성하기 위하여 타깃 이온종을 생성하기 위한 이온 주입기에서 사용하기에 적합한 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 보조종과 조합하여 도펀트 공급원을 포함하며, 도펀트 공급원 및 보조종은 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 타깃 이온종을 생성한다. 보조종을 선택하는 기준은 하기 특성들의 조합에 기초한다: 이온화 에너지, 총 이온화 단면적, 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비, 및 소정의 조성. 본 발명의 다른 용도 및 이익이 응용가능할 것임이 이해되어야 한다.
일 태양에서, 비-탄소 타깃 이온종의 이온 주입을 위한 조성물로서, 상기 조성물은 비-탄소 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원; 보조종을 포함하며, 상기 보조종은 (i) 상기 도펀트 공급원의 이온화 에너지와 대비하여 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적 (TICS); (iii) 0.2 이상의, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 (BDE) 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 비-탄소 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성을 포함하고; 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기를 점유하고, 선택적인 희석제와 함께 또는 그것 없이, 그 안에서 상호작용하여 상기 비-탄소 타깃 이온종을 생성한다.
제2 태양에서, Ge-함유 이온 빔 전류를 생성하기 위하여 Ge-함유 타깃 이온종을 생성하기 위한 이온 주입기에서 사용하기에 적합한 조성물로서, 상기 조성물은 상기 Ge-함유 타깃 이온종의 유래가 되는 GeF4를 포함하는 도펀트 공급원; 및 CH3F를 포함하는 보조종을 포함하며; 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 상기 Ge-함유 타깃 이온종을 생성한다.
제3 태양에서, B-함유 이온 빔 전류를 생성하기 위하여 B-함유 타깃 이온종을 생성하기 위한 이온 주입기에서 사용하기에 적합한 조성물로서, 상기 조성물은 상기 B-함유 타깃 이온종의 유래가 되는 BF3를 포함하는 도펀트 공급원; 및 Si2H6를 포함하는 보조종을 포함하며; 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 상기 B-함유 타깃 이온종을 생성한다.
도 1은 72GeF4 가스 혼합물에 대한 상대 72Ge 이온 빔 전류 데이터의 막대 그래프이다.
도 2는 천연 발생 GeF4 및 동위원소 농축된 72GeF4 가스 혼합물로부터 생성된 상대 Ge 이온 빔 전류를 비교하는 막대 그래프이다.
도 3은 동위원소 농축된 11BF3의 가스 혼합물로부터 생성된 11B 이온의 상대 빔 전류의 막대 그래프이다.
표 1은 특성값과 함께 보조종의 예시적인 목록이다.
표 2는 보조종 및 도펀트종의 예시적인 목록이다.
본 발명의 다양한 요소들의 관계 및 기능은 하기 상세한 설명에 의해 더 잘 이해된다. 상세한 설명은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로서 다양한 순열 및 조합의 특징, 태양 및 실시 형태를 고려한다. 따라서, 본 발명은 이들 특정 특징부, 태양 및 실시 형태, 또는 이들 중 선택된 하나 또는 그 이상의 것의 그러한 조합들 및 순열들 중 임의의 것을 포함하거나, 이로 이루어지거나 또는 이로 본질적으로 이루어진 것으로서 명시될 수 있다.
달리 나타내지 않는 한, 모든 조성물은 조성물의 총 부피를 기준으로 부피 백분율 (부피%)로서 표현되어야 함이 이해되어야 한다.
본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "동위원소 농축된" 및 "농축된" 도펀트 가스는 상기 도펀트 가스가 천연 발생 동위원소 분포와 상이한 질량 동위원소(mass isotope)들의 분포를 함유하며, 그럼으로써 질량 동위원소들 중 하나가 천연 발생 수준으로 존재하는 것보다 더 높은 농축 수준을 가짐을 의미하는 데 상호교환 가능하게 사용된다. 예로서, 58% 72GeF4는 질량 동위원소 72Ge를 58% 농축으로 함유하는 동위원소 농축된 또는 농축된 도펀트 가스를 지칭하며, 한편 천연 발생 GeF4는 질량 동위원소 72Ge를 27% 자연 존재비 수준으로 함유한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 동위원소 농축된 11BF3는 질량 동위원소 11B를 바람직하게는 99.8% 농축으로 함유하는 동위원소 농축된 도펀트 가스를 지칭하며, 한편 천연 발생 BF3는 질량 동위원소 11B를 80.1% 자연 존재비 수준으로 함유한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 농축 수준은 재료 내에 함유된 질량 동위원소들의 분포의 총 부피를 기준으로 부피 백분율로 표현된다.
본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 기재된 바와 같이, 도펀트 공급원 및 보조종은 다른 성분 (예를 들어, 피할 수 없는 미량 오염물)을 포함할 수 있으며, 그럼으로써 그러한 성분이 보조종과 도펀트 공급원의 상호작용에 악영향을 주지 않는 양으로 함유됨이 이해되어야 한다.
본 발명은 도펀트 공급원 및 보조종을 포함하는 이온 주입을 위한 조성물에 관한 것으로, 도펀트 가스와 조합된 보조종은 선택적인 희석종과 함께 또는 그것 없이 원하는 도펀트 이온의 이온 빔 전류를 생성한다. "타깃 이온종"은, 웨이퍼를 포함하지만 이로 한정되지 않는 타깃 기판의 표면 내로 주입되는, 도펀트 공급원으로부터 기원되는 임의의 양으로 또는 음으로 하전된 원자 또는 분자 단편(들)으로 정의된다. 설명되는 바와 같이, 본 발명은, 특히 이온 주입의 고선량 응용 (즉, 1013개 원자/㎠ 초과)에 있어서, 현재의 도펀트 공급원의 개선에 대한 필요성이 있음을 인식하고, 이를 달성하기 위한 새로운 해결책을 제공한다.
도펀트 공급원 및 보조종에 대한 언급은 또한 도펀트 공급원 또는 보조종의 임의의 동위원소 농축된 버전을 포함할 수 있으며, 그럼으로써 도펀트 공급원 또는 보조종의 임의의 원자가 자연 존재비 수준보다 더 크게 동위원소 농축됨이 이해되어야 한다.
일 태양에서, 본 발명은 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원 및 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 어떠한 특정 이론에 의해서도 구애되지 않고서, 본 출원인들은 보조종이 상기 기준으로 선택되고, 도펀트 공급원과 동시-유동되거나, 순차적으로 유동 되거나 또는 혼합될 때, 생성되는 조성물이, 선택적인 희석종과 함께 또는 그것 없이, 서로 상호작용하여 타깃 이온종을 생성할 수 있음을 알아내었다.
다른 태양에서, 본 발명은 타깃 이온종을 포함하는 비-탄소 도펀트 공급원 및 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 비-탄소 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 비-탄소 도펀트 공급원 및 보조종은 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 타깃 이온종을 생성한다.
어떠한 특정 이론에 의해서도 구애되지 않고서, 본 출원인들은 보조종이 상기 기준으로 선택되고, 도펀트 공급원과 동시-유동되거나, 순차적으로 유동 되거나 또는 혼합될 때, 생성되는 조성물이, 선택적인 희석종과 함께 또는 그것 없이, 서로 상호작용하여 타깃 이온종을 생성할 수 있음을 알아내었다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 비-탄소 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원 및 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 비-탄소 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 비-탄소 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 도펀트 공급원 및 보조종은 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 비-탄소 타깃 이온종을 생성한다.
다른 태양에서, 도펀트 공급원과 (본 명세서에 기재된 기준을 갖는) 보조종은 서로 상호작용하여, 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 것보다 비-탄소 타깃 이온종의 더 높은 이온 빔 전류를 생성할 수 있다. 보조종이 타깃 이온종을 함유하지 않고, 결과적으로, 도펀트 공급원을 희석시키고 플라즈마 내로 도입되는 도펀트 공급원 분자의 수를 감소시킨다는 것을 고려하면, 비-탄소 타깃 이온종의 더 높은 빔 전류를 생성하는 능력은 의외이다. 보조종은 도펀트 공급원의 이온화를 향상시켜 원하는 타깃 이온종 또는 비-탄소 타깃 이온종을 형성하여, 설령 보조종이 비-탄소 타깃 이온종을 포함하지 않을지라도, 도펀트 공급원으로부터의 비-탄소 타깃 이온종의 빔 전류의 증가를 가능하게 한다.
다른 태양에서, 도펀트 공급원은 비-탄소 도펀트 공급원이고, 이것과 (본 명세서에 기재된 기준을 갖는) 보조종은 서로 상호작용하여, 비-탄소 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 것보다 타깃 이온종의 더 높은 이온 빔 전류를 생성할 수 있다. 보조종이 타깃 이온종을 함유하지 않고, 결과적으로, 비-탄소 도펀트 공급원을 희석시키고 플라즈마 내로 도입되는 비-탄소 도펀트 공급원 분자의 수를 감소시킨다는 것을 고려하면, 타깃 이온종의 더 높은 빔 전류를 생성하는 능력은 의외이다. 보조종은 비-탄소 도펀트 공급원의 이온화를 향상시켜 원하는 또는 타깃 이온종을 형성하여, 설령 보조종이 타깃 이온종을 포함하지 않을지라도, 비-탄소 도펀트 공급원으로부터의 타깃 이온종의 빔 전류의 증가를 가능하게 한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원 및 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 어떠한 특정 이론에 의해서도 구애되지 않고서, 본 출원인들은 보조종이 상기 기준으로 선택되고, 도펀트 공급원과 동시-유동되거나, 순차적으로 유동 되거나 또는 혼합될 때, 생성되는 조성물이, 선택적인 희석종과 함께 또는 그것 없이, 서로 상호작용하여, 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 것보다 더 높은 수준을 갖는 이온 빔 전류를 생성하는 타깃 이온종을 생성할 수 있음을 알아내었다.
보조종은 단일 저장 용기 내에서 도펀트 공급원과 혼합될 수 있다. 대안적으로, 보조종 및 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 동시 유동될 수 있다. 추가로 또한, 보조종 및 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 순차적으로 유동될 수 있다. 동시-유동되거나 순차적으로 유동될 때, 생성되는 조성 혼합물은 이온 챔버의 상류에서 또는 이온 공급원 챔버 내에서 생성될 수 있다. 다른 예에서, 조성 혼합물은 증기상 또는 가스상으로 취출되고, 이어서 이온 공급원 챔버 내로 유입되고, 여기서 가스 혼합물이 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 이어서, 타깃 이온종이 플라즈마로부터 추출되고, 기판의 표면 내로 주입될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이온화 에너지는 단리된 가스종으로부터 전자를 제거하고 양이온을 형성하는 데 필요한 에너지를 지칭한다. 이온화 에너지에 대한 값은 문헌으로부터 획득될 수 있다. 더 구체적으로는, 문헌 소스는 NIST (National Institute of Standards and Technology) 화학 웹북에서 찾을 수 있다 (문헌[P.J. Linstrom and W.G. Mallard, Eds., NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899], http://webbook.nist.gov/chemistry/]). 이온화 에너지에 대한 값은 전자 충격 이온화, 광전자 분광법, 또는 광이온화 질량 분석을 사용하여 실험적으로 결정될 수 있다. 이온화 에너지에 대한 이론값은 밀도 함수 이론 (DFT) 및 모델링 소프트웨어, 예컨대 구매가능한 Dacapo, VASP, 및 Gaussian을 사용하여 획득될 수 있다. 플라즈마에 공급되는 에너지는 이산치이지만, 플라즈마 내의 화학종은 상이한 에너지들의 넓은 분포에 걸쳐 존재한다. 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지를 갖는 보조종이 도펀트 공급원과 함께 첨가 또는 도입될 때, 보조종은 플라즈마 내에서 더 큰 에너지 분포에 걸쳐 이온화될 수 있다. 결과적으로, 플라즈마 내의 전체 이온 집단이 증가할 수 있다. 그러한 증가된 이온 집단은, 보조종의 이온이 전기장의 존재 하에서 가속되고 도펀트 공급원과 충돌하여 그것을 더 많은 단편들로 추가로 분해한 결과로서 도펀트종의 "보조종 이온-보조 이온화"로 이어진다. 최종 결과는 타깃 이온종에 대한 빔 전류의 증가이다. 대조적으로, 도펀트 공급원보다 더 높은 이온화 에너지를 갖는 화학종이 도펀트 공급원 내로 도입되는 경우, 첨가된 화학종은 도펀트 공급원으로부터 생성되는 이온과 대비하여 더 낮은 백분율의 이온을 형성할 수 있으며, 이는 플라즈마 내의 이온의 전체 백분율을 감소시킬 수 있고 타깃 이온종의 빔 전류를 감소시킬 수 있다. 일 실시 형태에서, 보조종의 이온화 에너지는 도펀트 공급원의 이온화 에너지보다 적어도 5% 더 낮다.
도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지를 갖는 보조종을 갖는 것이 바람직하기는 하지만, 더 낮은 이온화 에너지 자체만으로 빔 전류를 증가시키지는 않을 수 있다. 다른 적용가능한 기준이 본 발명의 원리에 따라 만족되어야 한다. 구체적으로는, 보조종은 최소한의 총 이온화 단면적을 가져야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 분자 또는 원자의 총 이온화 단면적 (TICS)은 전자 에너지 (단위: eV)의 함수로서, 면적 단위 (예를 들어, ㎠, A2, m2)로 표현되는, 전자 및/또는 이온 충격 이온화 하에서 이온을 형성하는 분자 또는 원자의 확률로서 정의된다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, TICS는 특정 전자 에너지에서의 최대값을 지칭함이 이해되어야 한다. 실험 데이터 및 BEB 추정치는 문헌에서 그리고 NIST 데이터베이스를 통해 입수가능하다 (문헌[Kim, Y., K. et al., Electron-Impact Cross Sections for Ionization and Excitation Database 107, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899], http://physics.nist.gov/PhysRefData/Ionization/molTable.html). TICS 값은 전자 충격 이온화 또는 전자 이온화 해리를 사용하여 실험적으로 결정될 수 있다. TICS는 BEB (binary encounter Bethe) 모델을 사용하여 이론적으로 추정될 수 있다. 플라즈마 내에서의 충돌 사건의 수가 증가함에 따라, 파괴되는 결합의 수가 증가하고 이온 단편의 수가 증가한다. 따라서, 더 낮은 이온화 에너지 외에도, 본 발명은 보조종에 대한 충분한 총 이온화 단면적이 또한 도펀트종의 이온화를 보조하는 데 요구되는 특성이라는 것을 알아내었다. 바람직한 실시 형태에서, 보조종은 TICS가 2 Å2을 초과한다. 출원인들은 2 Å2을 초과하는 이온화 단면적이 필요한 충돌이 일어날 수 있는 충분한 가능성을 제공한다는 것을 알아내었다. 대조적으로, 이온화 단면적이 2 Å2 미만인 경우, 출원인들은 플라즈마 내에서의 충돌 사건의 수가 감소될 것으로 예상되고, 결과적으로, 빔 전류가 또한 감소될 수 있다는 것을 알아내었다. 예로서, H2는 총 이온화 단면적이 2 Å2 미만이고, 도펀트 공급원, 예컨대 GeF4에 첨가될 때, Ge+의 빔 전류는 GeF4 단독으로 생성되는 것과 대비하여 감소되는 것으로 관찰된다. 다른 실시 형태에서, 원하는 보조종의 총 이온화 단면적은 3 Å2 초과; 4 Å2 초과; 또는 5 Å2 초과이다. 필요 이온화 에너지 및 TICS에 더하여, 선택되는 보조종은 또한 소정의 결합 해리 에너지 (BDE)를 가져야 하는데, 이는, 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 보조종의 이온화 에너지의 비가 0.2 이상이 되도록 하는 것이다. BDE에 대한 값은 문헌에서 그리고 더 구체적으로는 NBS (National Bureau of Standards) (문헌[Darwent, B. deB., "Bond Dissociation Energies in Simple Molecules", National Bureau of Standards, (1970)])로부터 또는 교재 (문헌[Speight, J. G., Lange, N. A., Lange's Handbook of Chemistry, 16th ed., McGraw-Hill, 2005])로부터 용이하게 입수가능하다. BDE 값은 또한 열분해, 열량측정법, 또는 질량 분석과 같은 기법을 통해 실험적으로 결정될 수 있으며, 또한 밀도 함수 이론 및 모델링 소프트웨어, 예컨대 구매가능한 Dacapo, VASP, 및 Gaussian을 통해 이론적으로 결정될 수 있다. 이 비는 비하전된 화학종에 대한 플라즈마 내에서 생성된 이온의 비율의 지표이다. BDE는 화학 결합을 파괴하는 데 필요한 에너지로서 정의될 수 있다. 가장 약한 BDE를 갖는 결합은 플라즈마 내에서 초기에 파괴될 가능성이 가장 높을 것이다. 따라서, 이 측정기준은 분자 내의 가장 약한 결합 해리 에너지를 사용하여 계산되는데, 이는, 각각의 분자는 상이한 에너지를 갖는 다수의 결합을 가질 수 있기 때문이다.
일반적으로 말하면, 플라즈마 내에서, 화학 결합이 충돌에 의해 파괴되어 분자 단편을 생성한다. 예를 들어, GeF4는 Ge, GeF, GeF2, 및 GeF3 및 F 단편으로 분해될 수 있다. Ge가 타깃 이온종인 경우, Ge 타깃 이온종을 생성하기 위해 4개의 Ge-F 결합이 파괴되어야 한다. 통상적인 지식에 따르면 더 낮은 결합 해리 에너지를 갖는 분자가 바람직한데, 이는, 화학 결합이 더 용이하게 파괴될 것이므로, 그것이 타깃 이온종을 더 용이하게 형성할 것이기 때문이다. 그러나, 출원인들은 그렇지 않다는 것을 알아내었다. 더 높은 BDE를 갖는 분자가 자유 라디칼 및/또는 중성 물질과 대비하여 이온의 더 높은 비율을 생성하는 경향이 있다는 것을 알아내었다. 화학 결합이 플라즈마 내에서 특정적으로 파괴되는 경우, 생성되는 화학종은 이온, 자유 라디칼, 또는 중성 화학종일 것이다. 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지의 비는 자유 라디칼 및 중성 화학종의 비율을 감소시키면서 플라즈마 내의 이온의 비율을 증가시키도록 본 발명의 원리에 따라 선택되는데, 이는, 자유 라디칼 및 중성 화학종 둘 모두는 전하를 갖지 않고, 이에 따라 전기장 또는 자기장에 의해 영향받지 않기 때문이다. 또한, 이들 화학종은 플라즈마 내에서 불활성이고, 이온 빔을 형성하도록 추출될 수 없다. 따라서, 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지의 비는 자유 라디칼 및 중성 화학종에 대한 플라즈마 내에서 형성된 이온의 분율의 지표이다. 구체적으로는, 가장 약한 결합의 결합 해리 대 이온화 에너지 비가 0.2 이상인 가스 분자가 도펀트 공급원에 첨가되는 경우, 플라즈마는, 플라즈마 내에서 자유 라디칼 및 중성 화학종과 대비하여 더 큰 비율의 이온을 생성할 가능성이 더 높다. 더 큰 비율의 이온은 타깃 이온종의 빔 전류를 증가시킬 수 있다. 다른 실시 형태에서, 보조종은 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비가 적어도 0.25 또는 그 이상; 그리고 바람직하게는 0.3 이상이 되도록 선택된다. 대조적으로, 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비가 0.2 미만인 경우, 플라즈마에 공급되는 에너지가 결합되어 더 높은 비율의 중성 화학종 및/또는 자유 라디칼을 형성하며, 이는 플라즈마에 범람(flood)하고 생성되는 타깃 이온종의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 무차원 측정기준은 플라즈마 내에서 자유 라디칼 및/또는 중성 물질에 대한 이온의 더 높은 비율을 생성하는 화학종들의 능력 사이의 더 우수한 비교를 가능하게 한다.
보조종은 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성을 갖는다. 이에 관하여, 표 2는 타깃 이온종을 갖는 도펀트 공급원의 몇몇 예와 함께, 이온화 에너지, TICS 및 가장 약한 BDE 대 이온화 에너지 비, 그리고 보조종이 타깃 이온종을 함유하지 않는다는 것의 4가지 기준에 기초하여 각각의 도펀트 공급원에 적합한 보조종의 예를 제시한다. 표 2는 각각의 도펀트 공급원에 적합한 보조종 ("X"로 표시됨)의 예를 포함하지만, 본 발명은 앞서 기재된 기준을 만족시키는 임의의 화학종을 고려함이 이해되어야 한다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 보조종은 타깃 이온종을 함유하지 않는다. 그러한 보조종을 이용하는 능력은 예기치 않은 것인데, 이는, 단위 부피당 더 적은 몰수의 도펀트 공급원이 플라즈마 내로 도입되며, 이에 따라 플라즈마 내에서 도펀트 공급원을 희석시키는 효과를 갖기 때문이다. 그러나, 보조종이 앞서 기재된 기준을 만족시키는 경우, 보조종이 도펀트 공급원에 첨가될 때 또는 그 반대인 경우, 보조종은, 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 빔 전류와 대비하여 타깃 이온종의 빔 전류를 증가시킬 수 있다. 보조종은 도펀트 공급원으로부터의 타깃 이온종의 형성을 향상시켜 타깃 이온종의 이온 빔 전류를 증가시킨다. 빔 전류의 증가는 5% 이상; 10% 이상; 20% 이상; 25% 이상; 또는 30% 이상일 수 있다. 증가되는 이온 빔 전류의 정확한 분율은, 예로서 이온 주입기의 전력 수준 및/또는 이온 주입기 내로 도입되는 도펀트 공급원 및/또는 보조종 가스의 유량과 같은 선택된 작동 조건의 결과일 수 있다.
도펀트 공급원으로부터의 타깃 이온종의 빔 전류를 향상시키기에 바람직한 보조종은 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; 도펀트 공급원과 동일한 작동 조건에서 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; 그리고 0.2 이상의 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. 표 1은 선택된 보조종 및 TICS, 이온화 에너지 및 BDE/IE 비에 대한 그들 각각의 수치값의 표 목록을 제시한다. 표 1에 제시된 TICS 값은 NIST로부터의 문헌[Electron-Impact Cross Sections for Ionization and Excitation Database 107]으로부터; 또는 문헌[Bull, S. et al., J. Phys. Chem. A (2012) 116, pp. 767-777]으로부터 획득된 공개된 값이다. 표 1에서의 각각의 분자에 대한 이온화 에너지 값은 문헌[NIST Chemistry WebBook] 또는 문헌[NIST Standard Reference Database Number 69] (즉, 구체적으로는, 본 발명의 출원일 시점에서 가장 최근에 공개된 버전)으로부터 획득된다. 이들 이온화 값은 전자 충격 이온화에 기초하였는데, 이는 그러한 값을 획득하기 위해 사용되는 실험 기법이었다. BDE/IE 비의 계산에 사용되는 BDE 값은 앞서 인용된 NBS 또는 문헌["Lange's Handbook of Chemistry"]으로부터 획득되었다. 표 1은 적합한 보조종의 예를 포함하지만, 본 발명의 원리에 따라 본 명세서에 기재된 기준을 따르는 임의의 화학종이 이용될 수 있다. 보조종은 타깃 이온종을 함유하지 않는데, 이는, 보조종의 목적은 도펀트 공급원으로부터의 타깃 이온종의 형성을 향상시키는 것이기 때문이다. 적합한 보조종 및 도펀트 공급원의 조합은 바람직하게는 도펀트 공급원으로부터의 타깃 이온종을 적어도 1011개 원자/㎠로 도핑할 수 있는 이온 빔을 생성할 수 있다.
이제, 적합한 도펀트 공급원 및 보조종이 표 2를 참조하여 설명된다. 도펀트 공급원 화합물의 한 예는 Ge 이온 주입을 위한 GeF4이다. GeF4는 15.7 eV의 이온화 에너지 및 0.32의 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. 본 발명의 원리에 따르면, 보조종의 한 예는 CH3F이다. CH3F는, GeF4보다 더 낮은 13.1 eV의 이온화 에너지, 4.4 Å2의 TICS, 및 0.35의 C-H 결합에 대한 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. GeF4의 경우, 보조종은 바람직하게는 적어도 3 Å2의 TICS, 및 0.22 이상의 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지를 가질 것이다.
도펀트 공급원 화합물의 다른 예는 Si 이온 주입을 위한 SiF4이다. 이 분자는 16.2 eV의 이온화 에너지 및 0.35의 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. 보조종의 한 예는 CH3Cl이다. 이 분자는, SiF4보다 더 낮은 11.3 eV의 이온화 에너지, 7.5 Å2의 TICS, 및 0.31의 C-Cl 결합에 대한 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. SiF4의 경우, 보조종은 바람직하게는 적어도 4 Å2의 TICS, 및 0.25 이상의 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지를 가질 것이다.
도펀트 공급원 화합물의 다른 예는 BF2 및 B 이온 주입을 위한 BF3이다. 이 분자는 15.8 eV의 이온화 에너지 및 0.37의 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. 보조종의 한 예는 Si2H6이다. 이 분자는 BF3보다 더 낮은 9.9 eV의 이온화 에너지, 8.1 Å2의 TICS, 및 0.31의 Si-H 결합에 대한 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. BF3의 경우, 보조종은 바람직하게는 적어도 3 Å2의 TICS, 및 0.23 이상의 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지의 비를 가질 것이다.
도펀트 공급원 화합물의 다른 예는 C+ 이온 주입을 위한 CO이다. 이 분자는 14.02 eV의 이온화 에너지 및 0.8의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. 보조종의 한 예는 GeH4이며, 이는 10.5 eV의 이온화 에너지, 5.3 Å2의 TICS, 및 0.32의 가장 약한 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지 비를 갖는다. CO의 경우, 보조종은 바람직하게는 적어도 2.7 Å2의 최대 TICS, 및 0.25 이상의 가장 약한 결합의 BDE 대 이온화 에너지의 비를 가질 것이다.
본 발명의 다른 태양은, 예를 들어, 그러나 제한 없이, 타깃 이온종 내에 함유된 게르마늄, 붕소, 규소, 질소, 비소, 셀레늄, 안티몬, 인듐, 황, 주석, 갈륨, 알루미늄, 또는 인 원자를 함유하는 도펀트 공급원을 선택하고, 이어서 앞서 언급된 속성 (i) 내지 (iv)를 갖는 보조종을 선택하는 것에 관한 것이며, 그럼으로써 추가로 보조종은 하기로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 함유한다: 알칸, 알켄, 알킨, 할로알칸, 할로알켄, 할로알킨, 티올, 니트릴, 아민, 또는 아미드.
본 발명의 다른 태양에서, 이온 공급원의 작동 조건은 도펀트 공급원 및 보조종의 조성물이, 선택적인 희석제와 함께 또는 그것 없이, 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 이온 빔 전류와 동일하거나 그보다 더 적은 이온 빔 전류를 생성하도록 구성되도록 조정될 수 있다. 그러한 빔 전류 수준에서의 작동은 다른 작동상의 이익을 생성할 수 있다. 예로서, 작동상의 이익들 중 일부는 빔 글리칭(glitching)의 감소, 증가된 빔 균일성, 제한된 공간 전하 효과 및 빔 확대, 제한된 입자 형성, 및 이온 공급원의 증가된 공급원 수명을 포함하지만 이로 한정되지 않으며, 그럼으로써 모든 그러한 작동상의 이익들은 도펀트 공급원의 단독으로의 사용과 대비된다. 조작될 수 있는 작동상의 조건은 아크 전압, 아크 전류, 유량, 추출 전압 및 추출 전류 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 추가적으로, 이온 공급원은 하나 이상의 선택적인 희석제의 사용을 포함할 수 있으며, 이에는 H2, N2, He, Ne, Ar, Kr, 및/또는 Xe가 포함될 수 있다.
보조종의 이온화로부터 생성되는 이온은 타깃 기판 내로 주입되도록 선택될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명을 수행하기 위해 다양한 작동 조건이 사용될 수 있다. 예를 들어, 아크 전압은 50 내지 150 V의 범위일 수 있고; 이온 주입기 내로의 도펀트 가스 및 보조종 각각의 유량은 0.1 내지 100 sccm의 범위일 수 있고; 추출 전압은 500 V 내지 50 ㎸의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 이들 작동 조건 각각은 적어도 50시간의 공급원 수명을 달성하도록 선택되며; 이때 이온 빔 전류는 10 마이크로암페어 내지 100 mA이다.
보조종에 대한 다양한 조성이 고려된다. 예를 들어, 본 발명의 다른 태양에서는, 앞서 언급된 속성 (i) 내지 (iv)를 가지며 대표 화학식 CHyX4-y (여기서, X는 임의의 할로겐이고, y는 0 내지 4임)를 갖는 보조종에 관한 것이다. 이들 화학종의 예에는 CH4, CF4, CCl4, CH3Cl, CH3F, CH2Cl2, CHCl3, CH2F2, CHF3, CH3Br, CH2Br2, 또는 CHBr3이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 태양은, 앞서 언급된 속성 (i) 내지 (iv)를 가지며 화학식 CHiFjClyBrzIq (여기서, i, j, y, z, 및 q는 0 내지 4의 범위이고, i+j+y+z+q = 4임)를 갖는 보조종에 관한 것이다. 이들 화학종의 예에는 CClF3, CH2ClF, CHF2Cl, CHCl2F, CCl2F2, 및 CCl3F가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 태양은, 앞서 언급된 속성 (i) 내지 (iv)를 가지며 화학식 CiHjNyXz (여기서, X는 임의의 할로겐종이고, i는 1 내지 4의 범위이고, y 및 z는 0 내지 4의 범위이고, j의 값은 각각의 원자가 원자가전자(valence electron)의 닫힌 껍질을 갖도록 변동됨)를 갖는 보조종에 관한 것이다. 이들 종의 예에는 CH3CN, CF3CN, HCN, CH2CF4, CH3CF3, C2H6, 및 CH3NH2가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 태양은, 앞서 언급된 속성 (i) 내지 (iv)를 가지며 화학식 SiqHyXz (여기서, X는 임의의 할로겐종이고, q는 1 내지 4의 범위이고, y 및 z는 0 내지 4의 범위이고, y 및 z의 값은 각각의 원자가 원자가전자의 닫힌 껍질을 갖도록 변동됨)를 갖는 보조종에 관한 것이다. 이들 화학종의 예에는 SiH4, Si2H6, SiH3Cl, 및 SiH2Cl2가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
추가로 또한, 다른 보조종은 CS2, GeH4, Ge2H6, 또는 B2H6를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 본 발명의 원리에 따라 그리고 표 2에 제시된 바와 같이 특정 도펀트 공급원과 쌍을 형성한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 본 발명은 도펀트 공급원, GeF4, 및 보조종, CH3F를 포함하는 이온 주입을 위한 조성물에 관한 것으로, 도펀트 가스와 조합된 보조종은 선택적인 희석종과 함께 또는 그것 없이 Ge-함유 이온 빔 전류를 생성한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "Ge-함유 타깃 이온종" 또는 "원하는 도펀트 이온"은, 웨이퍼를 포함하지만 이로 한정되지 않는 타깃 기판의 표면 내로 주입되는, GeF4 도펀트 공급원으로부터 기원되는 임의의 Ge-함유하는 양으로 또는 음으로 하전된 원자 또는 분자 단편(들)으로 정의된다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "GeF4"는 천연 발생 형태의 도펀트 공급원을 지칭한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "Ge-함유"는 Ge의 임의의 질량 동위원소를 포함한다. 설명되는 바와 같이, 본 발명은, 특히 이온 주입의 고선량 응용 (즉, 1013개 원자/㎠ 초과)에 있어서, 현재의 도펀트 공급원의 개선에 대한 필요성이 있음을 인식하고, 이를 달성하기 위한 새로운 해결책을 제공한다.
일 태양에서, 본 발명은 Ge-함유 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원 GeF4, 및 CH3F를 포함하고 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 어떠한 특정 이론에 의해서도 구애되지 않고서, 출원인들은 그러한 속성을 갖는 보조종 CH3F가 도펀트 공급원 GeF4와 동시-유동되거나, 순차적으로 유동되거나, 혼합될 때, GeF4 도펀트 공급원과 CH3F 보조종은 서로 상호작용하여 Ge-함유 타깃 이온종을 생성할 수 있다는 것을 알아내었다.
다른 태양에서, GeF4 도펀트 공급원과 CH3F 보조종은 서로 상호작용하여, GeF4 도펀트 공급원 단독으로 생성되는 것보다 Ge-함유 이온의 더 높은 Ge-함유 이온 빔 전류를 생성할 수 있다. 보조종 CH3F가 Ge-함유 타깃 이온종을 함유하지 않고, 결과적으로, GeF4 도펀트 공급원을 희석시키고 플라즈마 내로 도입되는 GeF4 도펀트 공급원 분자의 수를 감소시킨다는 것을 고려하면, Ge-함유 타깃 이온종의 더 높은 Ge-함유 이온 빔 전류를 생성하는 능력은 의외이다. 보조종 CH3F는 도펀트 공급원 GeF4의 이온화를, 그와 상승적으로 상호작용함으로써 향상시켜, Ge-함유 타깃 이온종을 형성하여, 설령 CH3F 보조종이 Ge-함유 타깃 이온종을 포함하지 않을지라도, GeF4 도펀트 공급원으로부터의 Ge-함유 타깃 이온종의 Ge-함유 이온 빔 전류의 증가를 가능하게 할 수 있다.
CH3F 보조종은 단일 저장 용기 내에서 GeF4 도펀트 공급원과 혼합될 수 있다. 대안적으로, CH3F 보조종 및 GeF4 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 동시 유동될 수 있다. 추가로 또한, CH3F 보조종 및 GeF4 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 이온 주입기 내로 순차적으로 유동되어, 결과적인 혼합물을 생성할 수 있다. 동시-유동되거나 순차적으로 유동될 때, 생성되는 조성 혼합물은 이온 챔버의 상류에서 또는 이온 공급원 챔버 내에서 생성될 수 있다. 한 예에서, 조성 혼합물은 증기상 또는 가스상으로 취출되고, 이어서 이온 공급원 챔버 내로 유입되고, 여기서 가스 혼합물이 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 이어서, Ge-함유 타깃 이온종이 플라즈마로부터 추출되고, 기판의 표면 내로 주입될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 본 발명은 도펀트 공급원, BF3, 및 보조종, Si2H6를 포함하는 이온 주입을 위한 조성물에 관한 것으로, 도펀트 가스와 조합된 보조종은 B-함유 이온 빔 전류를 생성한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "B-함유 타깃 이온종" 또는 "원하는 도펀트 이온"은, 웨이퍼를 포함하지만 이로 한정되지 않는 타깃 기판의 표면 내로 주입되는, BF3 도펀트 공급원으로부터 기원되는 임의의 B-함유하는 양으로 또는 음으로 하전된 원자 또는 분자 단편(들)으로 정의된다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "BF3"는 천연 발생 형태의 도펀트 공급원을 지칭한다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "B-함유"는 B의 임의의 질량 동위원소를 포함한다. 설명되는 바와 같이, 본 발명은, 특히 이온 주입의 고선량 응용 (즉, 1013개 원자/㎠ 초과)에 있어서, 현재의 도펀트 공급원의 개선에 대한 필요성이 있음을 인식하고, 이를 달성하기 위한 새로운 해결책을 제공한다.
일 태양에서, 본 발명은 B-함유 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원 BF3, 및 Si2H6를 포함하고 하기 속성을 포함하는 보조종을 수반한다: (i) 도펀트 공급원보다 더 낮은 이온화 에너지; (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적; (iii) 0.2 이상의 결합 해리 에너지 대 이온화 에너지의 비; 및 (iv) 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성. 어떠한 특정 이론에 의해서도 구애되지 않고서, 출원인들은 상기 기준을 갖는 보조종 Si2H6가 도펀트 공급원 BF3와 동시-유동되거나, 순차적으로 유동되거나, 혼합될 때, BF3 도펀트 공급원과 Si2H6 보조종은 서로 상호작용하여 B-함유 타깃 이온종을 생성할 수 있다는 것을 알아내었다. 본 명세서에 그리고 전체에 걸쳐 기재된 바와 같이, BF3 도펀트 공급원 및 Si2H6 보조종은 다른 성분 (예를 들어, 피할 수 없는 미량 오염물)을 포함할 수 있으며, 그럼으로써 그러한 성분이 Si2H6와 BF3의 상호작용에 악영향을 주지 않는 양으로 함유됨이 이해되어야 한다.
본 발명의 다른 태양에서, BF3 도펀트 공급원과 Si2H6 보조종은 서로 상호작용하여, 도펀트 공급원, BF3 단독으로 생성되는 것보다 B-함유 이온의 더 높은 B-함유 이온 빔 전류를 생성할 수 있다. 보조종 Si2H6가 B-함유 타깃 이온종을 함유하지 않고, 결과적으로, BF3 도펀트 공급원을 희석시키고 플라즈마 내로 도입되는 BF3 도펀트 공급원 분자의 수를 감소시킨다는 것을 고려하면, B-함유 타깃 이온종의 더 높은 B-함유 이온 빔 전류를 생성하는 능력은 의외이다. 보조종 Si2H6는 도펀트 공급원 BF3의 이온화를, 그와 상승적으로 상호작용함으로써 향상시켜, B-함유 타깃 이온종을 형성하여, 설령 Si2H6 보조종이 B-함유 타깃 이온종을 포함하지 않을지라도, BF3 도펀트 공급원으로부터의 B-함유 타깃 이온종의 B-함유 이온 빔 전류의 증가를 가능하게 할 수 있다.
Si2H6 보조종은 단일 저장 용기 내에서 BF3 도펀트 공급원과 혼합될 수 있다. 대안적으로, Si2H6 보조종 및 BF3 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 동시 유동될 수 있다. 추가로 또한, Si2H6 보조종 및 BF3 도펀트 공급원은 별개의 저장 용기로부터 이온 주입기 내로 순차적으로 유동되어, 결과적인 혼합물을 생성할 수 있다. 동시-유동되거나 순차적으로 유동될 때, 생성되는 조성 혼합물은 이온 챔버의 상류에서 또는 이온 공급원 챔버 내에서 생성될 수 있다. 한 예에서, 조성 혼합물은 증기상 또는 가스상으로 취출되고, 이어서 이온 공급원 챔버 내로 유입되고, 여기서 가스 혼합물이 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 이어서, B-함유 타깃 이온종이 플라즈마로부터 추출되고, 기판의 표면 내로 주입될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 기재된 조성물에 대한 다양한 사용 분야를 고려한다. 예를 들어, 일부 방법은 미국 특허 제9,165,773호에 언급된 빔 라인 이온 주입 및 플라즈마 이머전(immersion) 이온 주입을 포함하지만 이로 한정되지 않으며, 상기 특허는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 또한, 본 명세서에 개시된 조성물은, 이온 주입 이외에, 1차 공급원은 타깃종을 포함하고, 보조종은 타깃종을 함유하지 않고 앞서 언급된 기준 (i), (ii) 및 (iii)을 만족시키는 것으로 추가로 특징지어지는 다른 응용에 대한 유용성을 가질 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 조성물은, 화학 증착 또는 원자층 침착을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 침착 공정에 대한 응용성을 가질 수 있다.
본 발명의 조성물은 또한, 대기압 미만 전달에 사용될 수 있는 진공 구동 체크 밸브를 구비한 용기에 저장되고 그로부터 전달될 수 있는데, 이는 문서 번호 14057-US-P1을 갖는 미국 특허 출원에 기재된 바와 같으며, 이는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 임의의 적합한 전달 패키지가 사용될 수 있는데, 이에는 미국 특허 제5,937,895호; 제6,045,115호; 제6,007,609호; 제7,708,028호; 제7,905,247호; 및 미국 특허 출원 제14/638,397호 (미국 특허 출원 공개 제2016-0258537호)에 기재된 것들이 포함되며, 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 발명의 조성물이 혼합물로서 저장될 때, 저장 및 전달 용기 내의 혼합물은 또한 가스상, 가스상과 평형 상태의 액체상 - 여기서, 증기압은 배출 포트로부터의 유동을 가능하게 할 만큼 충분히 높음 -; 또는 고체 매체 상에 흡착된 상태로 존재할 수 있으며, 이들 각각은 문서 번호 제14057-US-P1호의 미국 특허 출원에 기재되어 있다. 바람직하게는, 보조종 및 도펀트 공급원의 조성물은 1011개 원자/㎠ 이상을 주입할 타깃 이온종의 빔을 생성할 수 있을 것이다.
출원인들은 도펀트 공급원으로서 GeF4를 그리고 보조종으로서 CH3F를 사용하여 개념의 증거로서 몇몇 실험을 수행하였다. 각각의 실험에서는, 생성된 Ge 이온 빔 전류를 사용하여 이온 빔 성능을 측정하였으며; 성분들의 중량 변화를 이온 공급원 챔버 내에서 측정하여 이온 공급원의 성능을 측정하였다. 원통형 이온 공급원 챔버를 사용하여 플라즈마를 생성하였다. 이온 공급원 챔버는 나선형 텅스텐 필라멘트, 텅스텐 벽, 및 나선형 필라멘트의 축과 직각인 텅스텐 애노드로 구성되었다. 기판 플레이트를 애노드의 정면에 위치시켜, 이온화 공정 동안 애노드가 고정되게 유지하였다. 애노드의 중심에 있는 작은 개구 및 애노드의 정면에 배치된 일련의 렌즈를 사용하여 플라즈마로부터 이온 빔을 생성하고, 속도 필터를 사용하여 이온 빔으로부터 특정 이온종을 단리하였다. 패러데이 컵을 사용하여 이온 빔으로부터의 전류를 측정하였으며, 모든 시험은 100 V의 아크 전압에서 실시하였다. 추출 전압은 각각의 실험에 대해 동일한 값이었다. 전체 시스템은 1e-7 Torr 미만의 압력에 도달할 수 있는 진공 챔버 내에 수용되었다. 도 1은 시험된 각각의 가스 혼합물에 대하여 72GeF4 단독으로 생성된 72Ge 이온 빔 전류 대비 72Ge 이온 빔 전류의 막대 그래프를 나타낸다.
비교예 1 ( 72 GeF 4 )
50.1 부피%로 동위원소 농축된 72GeF4의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위하여 시험을 수행하였다. 72GeF4를 이온 공급원 챔버 내로 도입하였다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 72GeF4를 이온화하고 72Ge 이온을 생성하였다. 72Ge 이온 빔 전류를 정규화하여, 다른 가스 혼합물의 72Ge 이온 빔 전류를 비교하기 위한 기초가 되게 하였다. 결과가 도 1에 나타나 있다. 52분의 작동 후에 160 밀리그램의 상당한 필라멘트 중량 획득이 일어났으며, 이 시점에서 실험을 종료하였는데, 52분 후에는 필라멘트가 플라즈마를 더 이상 지속시킬 수 없었기 때문이다. 이것은 185 mg/hr의 필라멘트 중량 획득 속도와 동등하였다.
비교예 2 (75 부피% 72 GeF 4 + 25 부피% Xe/H 2 )
25 부피% Xe/H2와 혼합된 75 부피% 72GeF4 (질량 동위원소 72Ge가 50.1 부피%로 동위원소 농축됨)의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위하여 다른 시험을 수행하였다. 비교예 1에서의 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 72GeF4 및 Xe/H2를 개별 저장 용기로부터 도입하고 혼합한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 72Ge 이온을 생성하였다. 72Ge 이온 빔 전류를 측정하였으며, 72GeF4를 단독으로 사용하여 생성된 72Ge 이온 빔 전류보다 약 16% 더 적은 것으로 결정되었다. 결과가 도 1에 나타나 있다. 15시간의 작동 과정에 걸쳐 필라멘트에 대해 30 밀리그램의 중량 손실이 관찰되었다. 시간 경과에 따른 필라멘트의 중량 변화는 대략 -2 mg/hr이었는데, 이는 72GeF4에 비하여 상당한 개선을 나타내는 것이었다.
실시예 1 (75 부피% 72 GeF 4 + 25 부피% CH 3 F)
25 부피% CH3F와 혼합된 75 부피% 72GeF4 (질량 동위원소 72Ge가 50.1 부피%로 동위원소 농축됨)의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위하여 다른 시험을 수행하였다. 비교예 1에서의 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 72GeF4 및 CH3F를 개별 저장 용기로부터 도입하고 혼합한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 72Ge 이온을 생성하였다. 72Ge 이온 빔 전류를 측정하였으며, 72GeF4를 단독으로 사용하여 생성된 72Ge 이온 빔 전류보다는 약 14% 더 크고, 25 부피% Xe/H2와 혼합된 75 부피% 72GeF4에 의해 생성된 72Ge 이온 빔 전류보다는 30% 더 큰 것으로 결정되었다. 결과가 도 1에 나타나 있다. 12시간의 작동 과정에 걸쳐 16 밀리그램 또는 -1.33 mg/hr의 중량 손실이 관찰되었는데, 이는 72GeF4에 비해서는 상당한 개선을 나타내는 것이고, 25 부피% Xe/H2와 혼합된 75 부피% 72GeF4와는 유사한 거동을 나타내는 것이다.
도 1에서의 실험 결과는, CH3F가 GeF4의 부피를 희석시켰을지라도, 그것은, GeF4를 단독으로 사용한 것과 대비하여, Ge 이온 빔 전류를 상당히 개선하면서, 또한 이온 공급원의 성능을 개선하였음을 나타낸다. 비교예 1에서의 혼합물에 대하여, Xe/H2의 첨가는, GeF4 단독으로부터 생성된 Ge 이온 빔 전류와 대비하여 이온 공급원의 성능은 개선하였지만 Ge 이온 빔 전류는 감소시켰다.
비교예 3 (50 부피% 72 GeF 4 + 50 부피% Xe/H 2 )
50 부피% Xe/H2와 혼합된 50 부피% 72GeF4 (질량 동위원소 72Ge가 50.1 부피%로 동위원소 농축됨)의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위하여 다른 시험을 수행하였다. 앞서의 모든 실시예에 대한 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 72GeF4 및 Xe/H2를 개별 저장 용기로부터 도입하고 혼합한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 72Ge 이온을 생성하였다. 이 실험에서의 72GeF4의 유량은 앞서의 실시예보다 상당히 더 높았으며, 그럼으로써 관련 Ge-함유 이온 빔 전류 비교가 불가능하였다. 이 혼합물로부터의 72Ge 이온 빔 전류를 정규화하여, 천연 발생 GeF4 혼합물로부터의 72Ge 및 74Ge 이온 빔 전류를 비교하였으며, 이는 도 2에 나타나 있다. 이들 실험에서의 작동 조건 하에서, 50 부피% 72GeF4 + 50 부피% Xe/H2와 75 부피% 72GeF4 + 25 부피% Xe/H2의 72Ge 이온 빔 전류는 동등하였다. 결과가 도 2에 나타나 있다. 0.78 mg/hr의 중량 획득 속도가 관찰되었는데, 이는 72GeF4에 대한 185 mg/hr의 중량 획득보다는 상당히 더 낮았으며, 25 부피% Xe/H2와 혼합된 75 부피% 72GeF4 (동위원소 농축)의 2 mg/hr의 중량 손실과는 비견되었다.
실시예 2 및 실시예 3 (70 부피% GeF 4 + 30 부피% CH 3 F)
30 부피% CH3F와 혼합된 70 부피% 천연 GeF4의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위해 다른 시험을 실시하였다. 앞서의 실시예에 대한 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 천연 GeF4 및 CH3F를 개별 저장 용기로부터 도입하고 혼합한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 72Ge 및 74Ge 이온 둘 모두를 생성하였다. 천연 GeF4는 72Ge에 대해서는 27.7%의 수준 그리고 74Ge에 대해서는 35.9%의 수준을 가진 반면, 동위원소 농축된 72GeF4는 72Ge가 50.1%로 농축되었으며, 한편 74Ge는 23.9%의 수준을 가졌다. 72Ge 및 74Ge 둘 모두의 Ge 이온 빔 전류를 측정하였다. 두 결과 모두 비교예 3의 50 부피% Xe/H2와 혼합된 50 부피% 72GeF4로부터의 72Ge 이온 빔 전류와 대비하여 도 2에 나타나 있다. 70 부피% 천연 GeF4 + 30 부피% CH3F로부터의 74Ge의 이온 빔 전류는 50 부피% 동위원소 농축된 72GeF4 + 50 부피% Xe/H2로부터 생성된 72Ge 이온 빔 전류보다 10% 더 높았다.
작동 과정에 걸쳐 2 mg/hr의 중량 획득 속도가 관찰되었는데, 이는 50 부피% 동위원소 농축된 72GeF4 + 50 부피% Xe/H2에 대한 0.78 mg/hr의 중량 획득과 거동이 유사하였다.
동위원소 농축된 72GeF4에서의 72Ge 농축의 수준이 천연 발생 GeF4에서의 74Ge보다 14.2 부피% 더 높은 것을 고려하면, 도 2의 결과는 의외였다. 72GeF4에서의 농축 수준이 천연 GeF4에서보다 22.4 부피% 더 높았다는 것과 통상적인 지식에 따르면, 50 부피% Xe/H2 + 50 부피% 농축된 72GeF4의 혼합물이 더 높은 빔 전류를 생성할 것으로 예상되었을 것임을 고려하면, 두 혼합물 모두 (비교예 3과 실시예 2 및 실시예 3)로부터의 72Ge 이온 빔 전류가 서로 1% 이내인 것으로 관찰된 것 또한 의외였다.
출원인들은 도펀트 공급원으로서 11BF3를 그리고 보조종으로서 Si2H6를 사용하여 개념의 증거로서 몇몇 추가의 실험을 수행하였다. 각각의 실험에서는, 생성된 11B 이온 빔 전류를 사용하여 이온 빔 성능을 측정하였다. 원통형 이온 공급원 챔버를 사용하여 플라즈마를 생성하였다. 이온 공급원 챔버는 나선형 텅스텐 필라멘트, 텅스텐 벽, 및 나선형 필라멘트의 축과 직각인 텅스텐 애노드로 구성되었다. 기판 플레이트를 애노드의 정면에 위치시켜, 이온화 공정 동안 애노드가 고정되게 유지하였다. 애노드의 중심에 있는 작은 개구 및 애노드의 정면에 배치된 일련의 렌즈를 사용하여 플라즈마로부터 이온 빔을 생성하고, 속도 필터를 사용하여 이온 빔으로부터 특정 이온종을 단리하였다. 패러데이 컵을 사용하여 이온 빔으로부터의 전류를 측정하였으며, 모든 시험은 120 V의 아크 전압에서 실시하였다. 추출 전압은 각각의 실험에 대해 동일한 값이었다. 전체 시스템은 1e-7 Torr 미만의 압력에 도달할 수 있는 진공 챔버 내에 수용되었다. 도 3은 시험된 각각의 가스 혼합물에 대하여 11BF3 단독으로 생성된 11B 이온의 빔 전류 대비 11B-이온의 빔 전류의 막대 그래프를 나타낸다.
비교예 4 ― 11 BF 3
도펀트 가스로서 동위원소 농축된 11BF3의 이온 빔 성능을 결정하기 위하여 시험을 수행하였다. 11BF3를 하나의 병으로부터 이온 공급원 챔버 내로 도입하였다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 혼합물을 이온화하고 이온을 생성하였다. 11B 이온의 빔 전류를 최대화하도록 이온 공급원의 설정을 조정하였다. 11B 이온의 빔 전류를 정규화하여 (도 3에 나타낸 바와 같음), 다른 가스 혼합물로부터의 11B 이온의 빔 전류에 대해 비교하기 위한 기초가 되게 하였다.
비교예 5 ― 11 BF 3 + Xe/H 2
동위원소 농축된 11BF3와 혼합된 Xe/H2의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위해 다른 시험을 실시하였다. 비교예 4에서의 11BF3에 대한 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 한 병의 순수한 11BF3 및 한 병의 Xe/H2를 별개의 저장 용기로부터 도입하고 혼합하여 Xe/H2와 11BF3의 혼합물을 생성한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 11B 이온을 생성하였다. 11B 이온의 빔 전류를 최대화하도록 이온 공급원의 설정을 조정하였다. 11BF3와 Xe/H2의 혼합물은 비교예 4에서의 11BF3 단독으로 생성된 11B 이온의 빔 전류보다 20% 더 낮은 11B 이온의 최대 빔 전류의 생성하였다.
실시예 4 - 11 BF 3 + Si 2 H 6
동위원소 농축된 11BF3와 혼합된 Si2H6의 도펀트 가스 조성물의 이온 빔 성능을 결정하기 위해 다른 시험을 실시하였다. 비교예 4에서의 11BF3에 대한 것과 동일한 이온 공급원 챔버를 사용하였다. 한 병의 11BF3, 및 11BF3 중 Si2H6의 혼합물을 별개의 저장 용기로부터 도입하고 혼합하여 Si2H6와 11BF3의 혼합물을 생성한 후, 이온 공급원 챔버에 넣었다. 전류를 필라멘트에 인가하여 전자를 생성하였으며, 전압을 애노드에 인가하여 가스 혼합물을 이온화하고 11B 이온을 생성하였다. 11B 이온의 빔 전류를 최대화하도록 이온 공급원의 설정을 조정하고, 11B 이온의 빔 전류를 두 혼합물 모두에 대해 측정하였다. 11BF3와 균형을 이룬 Si2H6의 혼합물은 비교예 4에서의 11BF3 단독으로부터 생성된 11B 이온 빔 전류보다 4% 더 큰 11B 이온 빔 전류를 생성하였다. 11BF3에 첨가된 Si2H6가 가스 혼합물 중의 붕소의 농도를 희석시키고, 혼합물에 의해 나타나는 빔 전류의 증가에 기여할 붕소 원자를 Si2H6가 함유하지 않는다는 것을 고려하면, 11BF3 중 Si2H6로부터의 결과는 예기치 않은 것이다.
이들 시험의 결과는 Si2H6의 첨가가 11BF3의 부피를 희석시키기는 하지만, 그것은 순수한 11BF3를 사용하는 것과 대비하여 11B 이온의 빔 전류를 개선함을 보여준다. Xe/H2의 첨가는 Si2H6와 동일한 효과를 갖지 않으며, 대신에 11B 이온의 빔 전류가 11BF3 단독으로부터 생성된 11B 이온 빔 전류와 대비하여 감소될 정도로 11BF3를 희석시킨다.
(표 1)
Figure pat00001
(표 2)
Figure pat00002
본 발명의 특정 실시 형태인 것으로 간주되는 것이 도시하고 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 형태 또는 상세 사항에서의 다양한 수정 및 변경이 용이하게 이루어질 수 있음이 물론 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 나타내고 기술된 정확한 형태 및 상세 사항으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시되고 이하에서 청구된 본 발명의 전체보다 더 적은 어떤 것으로 한정되지도 않는다.

Claims (47)

  1. 이온 빔 전류를 생성하기 위하여 비-탄소 타깃 이온종을 생성하기 위한 이온 주입기에서 사용하기에 적합한 조성물로서,
    a. 상기 비-탄소 타깃 이온종을 포함하는 도펀트 공급원;
    b. 보조종(assistant species)을 포함하며, 상기 보조종은
    (i) 상기 도펀트 공급원의 이온화 에너지와 대비하여 더 낮은 이온화 에너지;
    (ii) 2 Å2을 초과하는 총 이온화 단면적 (TICS);
    (iii) 0.2 이상의, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 (BDE) 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비; 및
    (iv) 상기 비-탄소 타깃 이온종의 부재를 특징으로 하는 조성을 포함하고;
    상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 상기 비-탄소 타깃 이온종을 생성하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비-탄소 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것보다 더 높은 수준으로 상기 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비-탄소 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것과 동일한 수준으로 상기 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원 또는 상기 보조종의 임의의 원자가 자연 존재비 수준(natural abundance level)보다 더 크게 동위원소 농축된, 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 추가로, 상기 더 낮은 이온화 에너지가 상기 도펀트 공급원의 이온화 에너지보다 적어도 5% 더 낮은, 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 추가로, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비가 0.25 이상인, 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 추가로, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비가 0.3 이상인, 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 추가로, 상기 TICS가 3Å2을 초과하는, 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 추가로, 상기 TICS가 4Å2을 초과하는, 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 추가로, 상기 TICS가 5Å2을 초과하는, 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 추가로, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비가 0.25 이상이고, 상기 TICS가 3Å2을 초과하는, 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 추가로, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 BDE 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비가 0.3 이상이고, 상기 TICS가 4Å2을 초과하는, 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 삼불화붕소 (BF3)인, 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 사불화게르마늄 (GeF4)인, 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 사불화규소 (SiF4)인, 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 BF3를 포함하고, 추가로, 상기 보조종의 TICS는 3 Å2을 초과하고, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 (BDE) 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비는 0.23 이상인, 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 GeF4를 포함하고, 추가로, 상기 보조종의 TICS는 3 Å2을 초과하고, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 (BDE) 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비는 0.22 이상인, 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원은 SiF4를 포함하고, 추가로, 상기 보조종의 TICS는 4 Å2을 초과하고, 상기 보조종의 가장 약한 결합의 결합 해리 에너지 (BDE) 대 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지의 비는 0.25 이상인, 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 공급원의 비-탄소 타깃 이온종은 게르마늄, 붕소, 규소, 질소, 비소, 인, 셀레늄, 안티몬, 인듐, 황, 주석, 갈륨, 또는 알루미늄을 포함하는, 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 화학식 CHiFjClyBrzIq를 가지며, 여기서 i, j, y, z, 및 q는 0 내지 4의 범위이고, i+j+y+z+q = 4인, 조성물.
  21. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 화학식 CiHjNyXz를 가지며, 여기서 X는 임의의 할로겐종이고, i는 1 내지 4의 범위이고, y 및 z는 0 내지 4의 범위이고, j의 값은 각각의 원자가 원자가전자(valence electron)의 닫힌 껍질을 갖도록 변동되는, 조성물.
  22. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 화학식 SiqHyXz를 가지며, 여기서 X는 임의의 할로겐종이고, q는 1 내지 4의 범위이고, y 및 z는 0 내지 4의 범위이고, y 및 z의 값은 각각의 원자가 원자가전자의 닫힌 껍질을 갖도록 변동되는, 조성물.
  23. 제1항에 있어서, 상기 보조종은 CS2, GeH4, Ge2H6, 또는 B2H6를 포함하는, 조성물.
  24. 제2항에 있어서, 일정 전력 수준 및 일정 유량에서의 더 높은 빔 전류의 생성은 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 희석제와 함께 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 빔 전류와 대비하여 5% 이상인, 조성물.
  25. 제2항에 있어서, 일정 전력 수준 및 일정 유량에서의 더 높은 빔 전류의 생성은 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 희석제와 함께 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 빔 전류와 대비하여 10% 이상이고, 추가로, 상기 보조종의 TICS는 3 Å2을 초과하는, 조성물.
  26. 제2항에 있어서, 일정 전력 수준 및 일정 유량에서의 더 높은 빔 전류의 생성은 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 희석제와 함께 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 빔 전류와 대비하여 5% 이상이고, 추가로, 상기 보조종의 TICS는 4 Å2을 초과하고, 추가로, 상기 보조종의 더 낮은 이온화 에너지가 상기 도펀트 공급원의 이온화 에너지보다 적어도 5% 더 낮은, 조성물.
  27. 제1항에 있어서, 상기 비-탄소 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것보다 더 낮은 수준으로 상기 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  28. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 또한 선택적인 희석종을 함유하는, 조성물.
  29. 제28항에 있어서, 상기 선택적인 희석종은 H2, N2, He, Ne, Ar, Kr 및 Xe로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
  30. B-함유 이온 빔 전류를 생성하기 위하여 B-함유 타깃 이온종을 생성하기 위한 이온 주입기에서 사용하기에 적합한 조성물로서,
    상기 B-함유 타깃 이온종의 유래가 되는 BF3를 포함하는 도펀트 공급원; 및
    Si2H6를 포함하는 보조종을 포함하며;
    상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기를 점유하고, 그 안에서 상호작용하여 상기 B-함유 타깃 이온종을 생성하는, 조성물.
  31. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것보다 더 높은 수준으로 상기 B-함유 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  32. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것과 동일한 수준으로 상기 B-함유 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  33. 제30항에 있어서, 상기 BF3 또는 상기 보조종 Si2H6의 임의의 원자가 자연 존재비 수준보다 더 크게 동위원소 농축된, 조성물.
  34. 제30항에 있어서, 상기 도펀트 공급원 및/또는 상기 보조종은 흡착된 상태, 유리 공급원 상태, 또는 액화된 공급원 상태로 저장 및 분배 조립체 내에 유지되는, 조성물.
  35. 제30항에 있어서, 상기 도펀트 공급원의 B-함유 타깃 이온종은 타깃 기판의 표면 내로 주입되는, 상기 BF3 도펀트 공급원으로부터 기원되는 B-함유하는 양으로 또는 음으로 하전된 원자 또는 분자 단편(들)을 포함하는, 조성물.
  36. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 1% 이상인, 조성물.
  37. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 4% 이상인, 조성물.
  38. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 10% 이상인, 조성물.
  39. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 20% 이상인, 조성물.
  40. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 25% 이상인, 조성물.
  41. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 이온 빔 전류는 일정 전력 수준 및 일정 유량에서 생성되며, 이로써 생성된 B-함유 이온 빔 전류는 상기 전력 수준 및 상기 유량에서 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 B-함유 이온 빔 전류와 대비하여 30% 이상인, 조성물.
  42. 제30항에 있어서, 상기 B-함유 타깃 이온종은 상기 도펀트 공급원 단독으로부터 생성되는 것보다 더 낮은 수준으로 상기 B-함유 이온 빔 전류를 생성하는, 조성물.
  43. 제30항에 있어서, 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 전달 공급원 내에서 사전-혼합되는, 조성물.
  44. 제30항에 있어서, 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 상기 이온 주입기 내로 동시-유동되는, 조성물.
  45. 제30항에 있어서, 상기 도펀트 공급원 및 상기 보조종은 이온 챔버로 순차적으로 유동되는, 조성물.
  46. 제30항에 있어서, 상기 조성물은 선택적인 희석종을 추가로 포함하는, 조성물.
  47. 제46항에 있어서, 상기 선택적인 희석종은 H2, N2, He, Ne, Ar, Kr 및 Xe로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
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