TWI635532B - 用於濃集的硒離子植入之供應源和方法 - Google Patents

Abstract

提供一種用以使含同位素濃集的硒之來源材料進行離子植入的方法。該來源材料係經選擇且濃集硒的特定質量同位素，使得該濃集量高於天然豐度水準。本發明方法容許較少的氣體消耗及較少的廢棄物。該來源材料較佳係儲存於負壓儲存及輸送裝置且自該裝置輸送，以增加硒離子植入過程中的安全性及可信度。

Description

用於濃集的硒離子植入之供應源和方法

本發明係有關一種在硒離子植入期間改善離子源性能的方法及系統。

離子植入是半導體/微電子製造中的一個重要製程。離子植入法係使用於積體電路製造，將摻雜物雜質導入半導體晶圓內。大體言之，就半導體應用而言，離子植入包括將來自摻雜物物質(一般亦稱為摻雜物雜質)的離子導入半導體基材材料內，以改變基材材料的物理、化學及/或電特徵。將所需之摻雜物雜質導入半導體晶圓，以於所需深度形成經摻雜之區域。選擇摻雜物雜質以與半導體晶圓材料結合，產生電載體，藉以改變半導體晶圓材料之電導係數。導入之摻雜物雜質的濃度決定經摻雜區域的電導係數。必需產生許多雜質區域以形成電晶體結構、單離結構及其他電結構，總稱為半導體裝置。

使用離子源以自該摻雜物物質生成明確定界之離子物質的離子束。該離子源為離子植入系統的關鍵組 份，將在植入過程間植入的摻雜物物質離子化。摻雜物離子通常係由來源摻雜物物質所衍生。離子源針對來自來源摻雜物氣體衍生的各種離子物質生成經界定之離子束。離子源可為鎢(W)或鎢合金製得之纖絲或陰極。在對纖絲施加電流，以將位在離子植入器內的來源摻雜物物質游離化。來源摻雜物物質解離成對應之離子物質，之後此離子物質被植入指定的基材內。

當前半導體裝置技術採用各種摻雜物物質。在特定應用中，將硒(Se)離子植入進入半導體晶圓之特定部分或區域內已脫穎而出的成為廣泛使用之摻雜物導入方法，以增進裝置功能。例如，據載將Se植入至矽化物接點上以降低nMOS裝置的接觸電阻且改善其性能。

現在，工業界採用Se金屬形式或SeO₂形式的含Se之固體來源來進行離子植入。然而，使用含Se之固體來源的有效植入Se離子目前存有許多製程上的挑戰。尤其，固體來源需要蒸發器組，及將固體充分加熱以生成具有充分蒸氣壓之含Se蒸氣，以將蒸氣輸送至離子源組。然而，固體來源呈現較差之流動控制性，妨礙穩定操作。此外，在使用者啟動Se植入製程之前，蒸發器組需要適當之啟動時間以加熱至所需溫度。相同地，必需容許且考慮停機時間以在完成Se植入製程時可充分冷卻。採用固體來源時對延長時間的需求會造成明顯的產能損失。

有鑑於與固體前驅物相關之問題，已採用含 Se之氣體來源。H₂Se是一般已知用於Se植入的氣體來源。然而，申請人發現採用H₂Se在離子植入設備內部產生含Se之沉積物，會造成離子源使用壽命變短。結果，需要在極頻繁的時間間隔下進行離子源維護，造成離子植入器停機時間及較短的生產時間。

已有人採用SeO₂作為備擇物。然而，氧的存在會造成氧中毒，會在硒離子植入期間導致來源的使用壽命受限或縮短。

此外，Se前驅物摻雜物材料對人類有毒，因此Se前驅物材料之操作必需謹慎地執行，以防止經由接觸或吸入而暴露於毒物下。許多用以提供在離子源中被游離化的Se物質之前驅物Se摻雜物材料皆有毒性。該等材料之操作必需謹慎地完成，以防止暴露，且將該待處理之物質的用量減至最少。

因其缺點之故，目前並無可行之摻雜物來源以執行Se離子植入。是故，延長離子源維護週期之間的時間以及限制所需的Se摻雜物材料之量以使在Se離子植入期間以安全且可信之方式進行離子植入的需求仍未獲滿足。

本發明可包括任何各種組合的以下態樣，亦可包括下文中以文字或圖式描述的任何其他態樣。

在第一態樣中，提供一種植入硒的方法，其 包含：選擇經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料，該材料具有複數種硒質量同位素，自該複數種質量同位素選擇特定種硒質量同位素，該前驅物材料中所含的該特定種硒質量同位素之濃集水準高於天然豐度水準；於儲存及輸送容器中提供經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料，該容器與所選擇經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物相容；自該儲存及輸送容器取出氣相之經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料；使該材料於預定流動下流至離子源；使經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料游離化，產生該特定種硒質量同位素之離子；自該離子源抽提經游離化的特定種硒質量同位素，且將該經游離化之特定種硒質量同位素植入基材內，其中該特定種硒質量同位素經濃集至濃度高於該特定種硒質量同位素在對應天然豐度硒摻雜物前驅物材料中的濃度，因而容許該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物材料之預定流率低於天然豐度之以硒為主的摻雜物前驅物材料之對應流率。

第二態樣中，提供一種以硒為主之摻雜物氣體組成物的供應源，其包括氣態含硒摻雜物之氣體來源材料，且該材料中之一種天然存在的質量同位素被濃集；及一種負壓輸送及儲存裝置，用以使該裝置內部空間內的經濃集之含硒摻雜物氣體來源材料保持於加壓狀態，該輸送裝置與排放流通道流體連通，其中啟動該輸送裝置使得來自裝置內部空間之含經濃集的硒摻雜物之氣體來源材料的流動因應沿著排放流通道所達成之負壓條件而受到控制。

第三態樣中，提供一種使用於離子植入方法中的含硒之摻雜物組成物，其包含有含硒之摻雜物氣體來源材料，該材料中之一種其天然存在之質量同位素經濃集至濃度高於該特定種硒質量同位素在對應天然豐度硒摻雜物前驅物材料中的濃度，其中該含硒材料是在氣相下儲存及輸送，因此特徵為不存在來自蒸發器之儲存及輸送。

佔優勢的是本發明系統可採用市售系統組件構成，因此可得到且簡化該系統的整體組合體及其使用方法。離子植入製程之態樣可使用標準技術或設備進行。

201‧‧‧負壓儲存及輸送裝置

102‧‧‧物流

100‧‧‧來源

114‧‧‧來源纖絲

118‧‧‧絕緣體

115‧‧‧陰極

111‧‧‧電弧室壁

116‧‧‧排斥電極

117‧‧‧抽提口

219‧‧‧控流裝置

200‧‧‧束線離子植入系統

201‧‧‧氣體箱

221‧‧‧所抽提之離子束

205‧‧‧質量分析器/濾器

207‧‧‧經過濾之離子束

209‧‧‧目標工件

由以下與圖式相關之較佳具體實施例的詳細描述會更明確的瞭解本發明標的及優點，其中相同編號表示通篇相同特徵且其中：圖1顯示納入本發明原理之離子植入器；圖2顯示位在植入系統內之圖1離子植入器；圖3a及3b顯示在採用天然存在的H₂Se作為Se離子植入使用之摻雜物氣體來源時，離子源室之各個組件上累積之沉積物的性質；圖4為採用天然存在的H₂Se及濃集的SeF₆預先植入Se時，Si離子植入的效果之圖式對照；且圖5a及5b顯示在採用經濃集SeF₆作為Se離子植入使用之摻雜物氣體來源時，離子源室之各個組件上 累積之沉積物的性質。

經由以下詳述可更完全瞭解本發明各種要素之關係及功能。此詳述係著眼於在揭示範圍內之各種排列及組合的特色、態樣及具體實施例。該揭示內容因此明確的界定於包含此等明確特色、態樣及具體實施例或其中選出之一者或多者的任何組合及排列，或由其組成或基本上由其組成。

除非另有說明，否則本發明所使用之所有濃度皆表示成體積百分比(“vol%”)。

本發明確認藉由使必須導至離子源之Se前驅物材料的量減至最少，可增加離子源工具產能。本發明包括將Se的六種質量水準中任一者經同位素濃集使高於其天然豐度水準(列於下表1)至使特定質量同位素達到(及包括)99.99%豐度。

使用於本發明及通篇說明書中時，語辭“同位 素濃集”及“濃集”之摻雜物物質可交換使用，意指摻雜物物質含有異於天然存在的同位素分布之質量同位素分布，其中一種質量同位素因而具有高於天然存在的水準之濃集水準。舉例來說，60% ⁸⁰Se意指含有60%濃集度之質量同位素⁸⁰Se的經同位素濃集的或濃集的摻雜物物質，而天然存在的⁸⁰Se含有49.82%天然豐度水準的質量同位素⁸⁰Se。

濃集的硒離子可衍生自各種摻雜物物質前驅物材料，包括但不限於硒金屬、二氧化硒、三氧化硒、六氟化硒及硒化氫。同位素濃集的硒材料之較佳輸送方法是氣相，採用諸如濃集的硒化氫或更佳的濃集之六氟化硒的前驅物材料。然而，應瞭解該濃集不限於氣態材料。亦可提供各種不同同位素濃集水準的諸如硒金屬、二氧化硒及三氧化硒的固體來源。

本發明思慮的是將Se的任一種質量同位素濃集至最高達100%且包括100%的任一濃集值。在一具體實施例中，49.92%豐度之天然存在的⁸⁰Se可濃集至50-60%。另一具體實施例中，濃集水準可為60-70%、70-80%、80-90%或90-100%。

參照圖1及2，出示依循本發明原理之離子植入法儀器100的實例。詳言之，於一實施例中，圖1之離子源儀器100可用以產生用來植入Se離子的電子束，該Se離子的穩定質量同位素74、76、77、78、80或82中之一者經同位素濃集至高於天然豐度水準。選擇經濃集的 以硒為主的摻雜物前驅物材料。該以Se為主的摻雜物材料可選自任何數量之適當前驅物，諸如例如硒金屬、二氧化硒、三氧化硒、六氟化硒或硒化氫。接著，選擇特定種硒質量同位素74、76、77、78、80或82，使得該前驅物材料中之該特定種硒質量同位素因而具有高於天然豐度水準(如表1所示)的預定濃集水準。

選擇含前驅物的來源材料、特定的Se質量同位素及特定的濃集水準之後，較佳係自負壓儲存及輸送裝置201(圖2)導入氣態形式之濃集的以Se為主的前驅物摻雜物材料。該負壓輸送裝置201係設計以使裝置201內部摻雜物材料保持在加壓狀態，同時將一般高壓圓筒所併發之發展洩漏或災難性破裂的風險降至最低或完全消除。真空啟動該裝置以使得僅有當裝置201的排放流通道沿線達到負壓條件時，濃集的以Se為主的前驅物摻雜物材料經控制流動到下游離子源室100製程。經濃集的以Se為主之前驅物摻雜物材料的排放僅發生在裝置外存有適當之排放條件的時候，藉以避免毒性材料自該儲存及輸送裝置非刻意的釋出。依此方式，本發明提供安全且可信的操作毒性之以Se為主的前驅物摻雜物材料。

材料的濃集使得物流102可在較其非濃集的同系物低之流率下導入，藉此將特定種硒質量同位素濃集至高於該特定種硒質量同位素在對應之未濃集的硒摻雜物前驅物材料中的濃度之濃度。應理解本發明及通篇說明書中所使用之語辭“非經濃集”可與“天然豐度水準”交換使 用，用以意指安定之Se同位素中沒有任一者經濃集至高於表1所列之天然豐度水準。例如，若選擇用於植入物的質量同位素為⁸⁰Se，則該天然豐度水準的材料含有49.82% ⁸⁰Se。此點意指需要(舉例來說)流率4sccm之指定天然豐度水準的來源材料(例如H₂Se)之植入製程僅包含49.82% ⁸⁰Se，然而含濃集至100%之⁸⁰Se的來源材料只需具有1.99sccm之等效流率即可生成等量之⁸⁰Se離子。此範例中，可藉由採用在與天然豐度水準的材料比較下100%濃集的⁸⁰Se材料而降低有效流率約50%。展望其他範例，其中各同位素之各種濃集水準會衝擊到來源材料要達到特定種硒同位素指定需求之流動。依此方式，本發明提供在採用與其非濃集類似物比較下氣體消耗量減低之方式達到等效Se離子植入劑量的能力。

圖1所說明的離子源100具有各種組件，包括來源纖絲114及間接加熱陰極(IHC)115，其作為用以將濃集的Se前驅物材料游離化成其對應之Se離子的離子源。應瞭解除可採用先前技術已知的其他適當之類型的離子源，包括例如Freeman來源、Bernas來源及RF電漿來源。

電源(未示)電阻性的加熱緊鄰於陰極115的以鎢為主之纖絲114。纖絲114可相對於陰極115為負偏壓。經由電源將電流施加於纖絲114，以將纖絲114電阻性的加熱。提供絕緣體118以將陰極115與電弧室壁111電隔離。陰極115維持濃集的Se前驅物材料之適當 游離化，以達到所需之Se植入劑量。

因需導入室103之濃集的Se前驅物材料之總量較少，故陰極115游離化之Se離子總量較少。較少之Se離子總量可用於物理性濺鍍離子源組件，包括陰極115。是故，可改善離子源壽命及性能。

再次參照圖1，自陰極115發射之電子加速且將濃集的Se前驅物材料游離化，於室112內產生電漿環境。排斥電極116建立負電荷，將電子排斥回向該濃集Se前驅物材料以與其碰撞，使該濃集的Se前驅物材料維持游離化。依此方式，在足以維持離子源100之安定性的壓力下於電弧室112中維持電漿環境。

排斥電極116較佳係配置成實質上與陰極115正面對立，以保持室112內濃集的Se前驅物材料之游離化。電弧室壁111包括抽提口117，明確定界的離子束121係經由抽提口117自電弧室112抽提出來。抽提系統包括位於抽提口117前方之抽提電極120及抑制電極119。抽提及抑制電極120及119均具有個別的隙縫，且此隙縫與用於抽提明確界定之離子束121的抽提口117對齊。

圖2顯示圖1之離子源儀器100納入電子束線離子植入系統200。自氣體箱201導入55%或更高之濃集的Se前驅物材料。將濃集的Se前驅物材料導入離子源室100，在此處將能量導入該室內，如前已述，以將濃集的Se前驅物材料游離化。使用流控裝置219以控制濃集 的摻雜物氣體之流動於較其非濃集的類似物低的流率，該流控裝置219包括質流控制器及閥。

在生成其中一種安定質量同位素經濃集的所需Se離子束時，使用離子束抽提系統201自離子源室113抽提具有所需能量及束電流的離子束121形式的Se離子。抽提可藉由在抽提電極兩端施加高電壓而進行。所抽提之離子束221經輸送通過質量分析器/濾器205，以選擇待植入之Se物質。經過濾之離子束207隨後可被加速/減速206，輸送至位在終站210的目標工件209之表面用以將Se摻雜物原子物質植入目標工件209內。該離子束之Se離子與工件209表面碰撞並穿透工件209表面至特定深度，形成具有所需電性質及物理性質的區域。

藉由降低流率之濃集的Se摻雜物物質，可達到廢棄物的減少。尤其，如前述範例所註記，在天然豐度水準之硒材料的流率為4sccm時，選擇⁸⁰Se用於植入，其他同位素(⁷⁴Se、⁷⁶Se、⁷⁷Se、⁷⁸Se及⁸²Se)佔整體物流的50.18%。此範例中，有超過50%之硒流廢棄，必需收集且減量，因為該材料有高度毒性。減量及後續之廢棄物處置兩者皆相當耗費成本且耗時。因此，減少此類廢棄流對環境有益，降低人類暴露於毒性物質的潛在可能，且增進永續性。

此外，採用濃集的硒材料包括減少工具的停機時間及消耗品成本。與以固體為主之Se源不同，以氣體為主之摻雜物Se源不需要啟動及停機時間序列，產能 因而明顯增加。離子植入器中的離子源需要定期維修，維修週期是與待游離化之物質及導至離子源的物質的量有關。前述範例中，選擇⁸⁰Se作為用於植入的所需質量同位素，含100% ⁸⁰Se之濃集材料需要天然豐度水準的硒材料所需流率的~50%。進入離子源的來源材料流率較低使得在離子室100、陰極115、陽極116及抽提口117之壁上的離子沉積及/或濺鍍變成較少。此外，當選擇具有含氟物質的Se源材料時，會發生由鎢形成之離子源室組件的蝕刻，且一般是問題嚴重。然而，根據本發明原理，與Se濃集的前驅物材料之較低流率可減少該等問題嚴重的蝕刻反應。

是故，於較低流率下操作該製程的淨效應包括介於維修週期之間的時間較長、較不需要置換消耗品離子室組件且降低與個人暴露有關的安全性風險。

本發明涵蓋任一類型的濃集的含Se化合物。特定的濃集含Se材料的選擇將取決於數項因素，其中有些包括所需的離子束電流水準及其他離子源操作參數；Se離子劑量需求；一或多種稀釋劑氣體的存在；流率操作限制；及離子源運作的模式(即專用模式相對於非專用模式)。於一範例中，可採用濃集的H₂Se且任意存有稀釋劑氣體，諸如氟化物氣體或其混合物。濃集的H₂Se使含Se之沉積物的量較來自天然存在的H₂Se的Se離子植入之沉積物的量為少。

在較佳具體實施例中，濃集的含硒材料為 SeF₆。濃集的SeF₆可任意與任何類型適當之含氫氣體組合使用。以下實施例顯示SeF₆的能力，意料外的將含Se沉積物降低至低水準，使得可實現最小之纖絲或陰極重量增加，而不會大幅降低離子束電流水準。濃集的SeF₆降低含Se沉積物之量及性質的程度明顯大於濃集的H₂Se之一些水準。

雖然濃集的SeF₆在本發明中較佳係含有Se，但其偵測會極具挑戰性。大體言之，當提供至諸如離子室之製程中時，一般已使用以熱解器為主的偵測設備來偵測天然SeF₆的洩漏。然而，將該偵測設備納入目前所使用之離子植入系統可能需要硬體的修飾。是故，不進行複雜設計修飾以置換現有的離子植入系統，本發明思慮採用含氫氣體或其與濃集的SeF₆於單一來源或容器中預混的混合物，諸如負壓來源，如此可使用含氫氣體作為示踨劑材料，以偵測SeF₆之洩漏。例如，PH₃可與濃集的SeF₆預混，可使用離子植入系統的PH₃偵測器來偵測濃集的SeF₆之洩漏。其他適當之示蹤劑氣體舉例來說係包括氫、胂、鍺烷或矽烷。視含氫氣體之濃度及類型而定，該含氫之示蹤劑氣體亦可雙重地作為離子植入法中的稀釋劑。

當採用濃集的SeF₆時，沉積物之消除或實質減少使得隨後可以採用含鹵化物之摻雜物氣體，而不會過早縮短該來源的使用壽命。實施例(圖4)出乎意料的揭露天然存在的H₂Se。在不受縛於任何理論下，於採用濃集的SeF₆時產生非實質量之含Se沉積物，使得可以隨後 轉換成使用含鹵化物之摻雜物氣體來源(例如BF₃、SiF₄及其類似物)而不會發生來源的使用壽命短的情況。實施例採用SiF₄作為代表性含鹵化物氣體，其於完成⁸⁰Se離子植入後在離子源室中操作，其中一試驗採用濃集的SeF₆且於另一試驗中採用天然存在的H₂Se。在Se離子植入期間含Se之沉積的嚴重性不僅是縮短其來源的使用壽命，亦在後續離子植入中於離子源室中自SiF₄之游離化來植入Si離子的能力造成負面影響。

本發明另一具體實施例中，濃集的含硒之來源材料可依序流動或與一或多種材料一起流動，以幫助離子源在操作期間的當場清潔。當場清潔材料可包括但不限於H₂、Xe、Ar、Kr、Ne、N₂及其混合物，連同氟化基材諸如CF₄、C₂F₆及其類似物。該清潔性來源材料可以獨立的來源之形式導入離子室103內，可在導入離子室103內之前與硒來源材料混合，或可以在圖2之負壓儲存及輸送裝置201內與硒來源材料成為預混狀態的形式提供。預混材料之實例為含有氫與硒化氫(H₂Se)之混合物的圓筒填充物，其中一種安定的質量同位素經同位素濃集至高於天然豐度水準。其他與濃集的硒共同流動的材料混合物亦為本發明所涵蓋。濃集的含硒來源材料與共流材料之任一混合比皆可使用，(至少一部分)視該特定種硒植入製程的條件而定。

該濃集的含硒摻雜物組成物係以氣相形式提供，藉以消除在蒸發器中儲存及自該處輸送的需求。在較 佳具體實施例中，濃集的含硒來源材料係以負壓輸送及儲存裝置提供，該裝置使位在裝置內部空間內的濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料維持於加壓狀態。含硒摻雜物之來源材料較佳係氣相且使其中一種天然存在的質量同位素被濃集。輸送裝置與排放流通道係流體連通，其中該輸送裝置係經啟動，以使得來自該裝置內部空間之該濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料的流動因應沿著排放流通道所達之負壓條件而受到控制。

較佳係於真空條件下啟動輸送裝置。該種真空啟動的輸送裝置較佳係完全配置在儲存容器內或圓筒內。可採用各種機械設計來達到濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料的負壓輸送。在較佳具體實施例中，本發明可採用Praxair®所販售，且如美國專利編號5,937,895；6,045,115；6,007,609；7,708,028及7,905,247(所有文件皆以提及之方式完全納入本發明)所揭示之Uptime®輸送裝置，以將受控流率之濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料安全的輸送至用於硒植入的離子儀器。該裝置包含用以與加壓圓筒之出口連通的端口部。可移動閥元件係設置成在密封位置與開啟位置之間移動。在密封位置時，該閥元件封阻來自圓筒內部之加壓濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料。位於閥元件下游之可膨脹之隔膜與閥元件操作性的連接以控制閥元件之移動，使得閥元件保持於密封位置，直至隔膜內外產生壓力差。隔膜在大氣壓或更大壓力下密封，與流體排放通道連通。是故，當隔膜外之壓力條件達 到負壓條件時，隔膜之內部與外部之間達到一個壓力差，造成隔膜膨脹且使該閥元件移動至開啟組態，產生濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料的流動通道，而自圓筒開始流動，通過流體排放管線，進入發生硒植入的離子儀器。限流器可附接於閥元件，以進一步控制且限制來自該圓筒之濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料的流動。較有利的是不需要外部壓力調節器來將圓筒壓力降低至沿著流體排放管線所使用的質流控制器可接受之壓力。

前述止回閥配置可設定成可信賴地防止閥元件的打開，直至沿著流體排放通道之壓力降至真空條件。因為一般終端使用者之離子儀器是在100托耳或更低之負壓下操作，故在例如500托耳或更低壓力下之真空下分配含濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料，以確保任何洩漏皆僅漏入至可被迅速偵測出來之離子儀器內。結果，採用負壓輸送裝置輸送濃集的含硒摻雜物之氣體來源材料的離子植入法不需要確認沒有洩漏。

其他適當之負壓輸送裝置可包括各種配置的壓力調節器、止回閥、過量流動閥及限制流動孔。例如，可將兩個壓力調節器串聯配置於圓筒內，以將濃集的含硒摻雜物氣體來源材料之圓筒壓力調整至容裝於流體排放管線沿線之下游質流控制器可接受的預定壓力。

一般技術者將認知經由使用濃集的硒可得到附加之優點，且該濃集不限於⁸⁰Se，而可包括任何一種其他天然存在的同位素之濃集。此外，濃集水準可由任何高 於天然豐度水準之值至且包括100%。

對照例1(未先植入Se離子的SiF₄)

作為基線試驗時，SiF₄在離子源室未預先植入Se的情況下於離子源室中進行操作。偵測以時間函數表示的纖絲電流，結果展示於圖4。標示為“僅有SiF₄”的虛線顯示在無任何預先Se植入下於Si離子植入期間的纖絲電流趨勢。發現纖絲電流在約10小時中穩定的增加至20A。在使用SiF₄植入Si離子期間，來自電弧室壁之W經F離子及自由基蝕刻，再沉積於熱纖絲上。此種情況逐漸降低纖絲之電子發射效率，結果，需要較高電流來維持生成足量的電子，以在整個試驗進行期間保持電漿存在。

對照例2(天然存在的H₂Se)

進行實驗以評估在Se離子植入期間採用H₂Se作為摻雜物氣體來源的離子源性能。選擇⁸⁰Se作為離子植入所欲之質量同位素，因為其為天然存在的Se中存量最豐富的質量同位素，如表1所示。發現以H₂Se為主之製程生成高劑量Se植入應用中所需之足量⁸⁰Se⁺離子。然而，亦發現在操作過程中，於包括電弧室(圖3b)及位在電弧室前方之抽提板(圖3a)的離子源區中形成含Se的沉積物。實質量之含Se沉積物造成明顯的重量增加。

完成採用H₂Se之⁸⁰Se離子植入後，於相同離 子源室中進行採用SiF₄之Si離子植入。在與對照例1比較下，發現纖絲較快的降低其電子發射效率，因而造成纖絲電流較快的增加以維持電漿。該纖絲電流在約1.5小時後觸及20A之高值。必需中斷植入製程，因為纖絲無法生成足以維持室中電漿的量之電子。發現在Si植入期間，沉積之Se較快的自電弧室及附近之離子源區被蝕刻出來，隨之再沉積於纖絲上。Si離子源效應的過早失效以圖4中標註“H₂Se後的SiF₄”的曲線說明。結果顯示Si離子植入受到先前之採用天然存在的H₂Se的⁸⁰Se離子植入製程的影響極大。

實施例1(濃集的SeF₆)

進行實驗以評估在結合有氙與氫之混合物共同流動下，離子源於採用濃集的SeF₆作為摻雜物氣體來源的Se離子植入期間的性能。濃集的SeF₆中之80 AMU Se經濃集至>90%之水準。選擇⁸⁰Se作為離子植入所需之質量同位素。濃集的⁸⁰SeF₆生成⁸⁰Se⁺離子，使得可在與H₂Se(對照例1)相當的充分離子束電流水準下植入高劑量之⁸⁰Se離子。與H₂Se(對照例1)不同的，SeF₆之游離化不會在抽提板(圖5a)及電弧室(圖5b)之離子源區中生成明顯的含Se沉積物。圖5a及5b顯示最少量之沉積物，不影響試驗進行。在SeF₆游離化時生成之氟離子蝕刻電弧室壁中的W組份。然而，該蝕刻受到與SeF₆同時流動之氙與氫氣的有效緩和及控制。最少量之沉 積物使得纖絲的重量增加極微小。

接著，在相同離子室中進行採用SiF₄的Si離子植入。與H₂Se後之情況(對照例2)不同，未觀察到離子源壽命縮短。發現纖絲電流傾向類似無任何預先Se植入的基線SiF₄製程(對照例1)所發現的傾向。結果說明於圖4中，曲線標為“濃集的SeF₆後的SiF₄”。結果顯示Si離子植入未受到先前之採用濃集的SeF₆之⁸⁰Se離子植入製程的影響。

雖然已顯示並描述視為本發明特定具體實施例者，但當然應瞭解可在不偏離本發明精神及範圍下對形式或細節作出各種修飾及改變。因此，本發明不要受限於抽提形式及其中所示之細節，亦不受限於任何小於本發明及以下申請專利範圍整體者。

Claims (22)

1. 一種植入硒的方法，其包含：選擇經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料，該材料具有複數種硒質量同位素；自該複數種硒質量同位素選擇出特定種硒質量同位素，該特定種硒質量同位素在該前驅物材料中之濃集水準係高於天然豐度水準；在儲存及輸送容器中提供該經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料，該容器與所選擇的經濃集以硒為主的摻雜物前驅物相容；自該儲存及輸送容器取出於氣相中之該經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料；使該材料於預定流動下流至離子源；將該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物材料游離化，以製造該特定種硒質量同位素的離子；自該離子源提取該經游離化的特定種硒質量同位素；將該經游離化的特定種硒質量同位素植入基材；其中該特定種硒質量同位素經濃集至濃度高於該特定種硒質量同位素在對應天然豐度硒摻雜物前驅物材料中的濃度，因而容許該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物材料之預定流率低於天然豐度之以硒為主的摻雜物前驅物材料之對應流率。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物係選自由金屬硒、氧化硒、六氟 化硒、硒化氫及其組合物所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物為硒化氫。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物的預定流率低於非經濃集的硒化合物之流率。
5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該經濃集的硒化氫包含濃集濃度大於天然存在水準的質量80硒同位素。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物材料係經濃集至特定種硒質量同位素較天然豐度水準高出至少10%。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該濃集水準是較天然豐度水準高出50%。
8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該經濃集之以硒為主的摻雜物前驅物材料係其中一種硒同位素經濃集至約10%或更高之六氟化硒。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該經濃集的六氟化硒與稀釋劑一起流至離子源處，該稀釋劑係與該經濃集的以硒為主的摻雜物前驅物材料同時流動或依序流動。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，其進一步包含自該儲存及輸送容器取出經濃集的六氟化硒，其中該容器為負壓輸送分配系統。
11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中在自該經濃集的六氟化硒植入該經游離化的特定種硒質量同位素之後，將含鹵化物之摻雜物氣體導入該離子源室。
12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該稀釋劑係包含氫化物。
13. 一種以硒為主之摻雜物氣體組成物的供應源，其包含：氣態含硒摻雜物之氣體來源材料，且該材料中之一種天然存在之質量同位素被濃集；且負壓輸送及儲存裝置，用以使位在該裝置內部空間的含經濃集的硒摻雜物之氣體來源材料保持於加壓狀態，該輸送裝置與排放流通道流體連通，其中啟動該輸送裝置使得來自裝置內部空間之含經濃集的硒摻雜物之氣體來源材料的流動因應沿著排放流通道所達成之負壓條件而受到控制。
14. 申請專利範圍第13項之供應源，其中該硒摻雜物氣體來源為經濃集的六氟化硒。
15. 如申請專利範圍第13項之供應源，其進一步包含在負壓輸送及儲存裝置中與該含硒摻雜物之氣體預先混合的稀釋劑或示蹤劑氣體。
16. 如申請專利範圍第15項之供應源，其進一步包含稀釋劑，其中該稀釋劑氣體係選自由H₂、Xe、Ar、Kr、Ne、N₂、PH₃及其混合物所組成之群組。
17. 如申請專利範圍第15項之供應源，其進一步包 含示蹤劑氣體，而其係選自由膦、氫、胂、鍺烷及矽烷所組成之群組。
18. 如申請專利範圍第13項之供應源，其進一步包含次級負壓儲存及輸送裝置，該次級負壓儲存及輸送裝置包含稀釋劑或示蹤劑氣體。
19. 一種使用於離子植入方法中之含硒的摻雜物組成物，其包含：含硒之摻雜物氣體來源材料，該材料中之一種天然存在之質量同位素被濃集至濃度高於該特定種硒質量同位素在對應天然豐度硒摻雜物前驅物材料中的濃度，其中該含硒材料是在氣相下儲存及輸送，從而特徵為不存在來自蒸發器之儲存及輸送。
20. 如申請專利範圍第19項之含硒摻雜物組成物，其係選自由金屬硒、氧化硒、六氟化硒、硒化氫及其組合物所組成之群組。
21. 如申請專利範圍第19項之含硒摻雜物組成物，其包含六氟化硒。
22. 如申請專利範圍第21項之含硒摻雜物組成物，其進一步包含示蹤劑或稀釋劑材料。