TWI636011B - 基板內矽佈植及其之矽前驅物組合物之供給 - Google Patents

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Abstract

本發明描述用於在基板中佈植矽及/或矽離子的組合物、系統和方法，該等組合物、系統及方法涉及以相應的矽前驅物組合物生成矽及/或矽離子，及將該矽及/或矽離子佈植於該基板中。

Description

基板內矽佈植及其之矽前驅物組合物之供給 【相關申請案之交插引用】
此申請案依據專利法主張享有以唐瀛(Ying Tang)、史維尼約瑟夫D(Joseph D.Sweeney)、陳天牛(Tianniu Chen)、麥爾詹姆士J(James J.Mayer)、瑞理查S(Richard S.Ray)、拜爾歐勒格(Oleg Byl)、葉達夫夏拉德N(Sharad N.Yedave)及肯恩羅伯特(Robert Kaim)名義於2013年8月16號申請且發明名稱為「基板內矽佈植及其之矽前驅物組合物之供給(SILICON IMPLANTATION IN SUBSTRATES AND PROVISION OF SILICON PRECURSOR COMPOSITIONS THEREFOR)」之美國專利臨時申請案第61/866,918號的優先權。美國專利臨時申請案第61/866,918號揭示的內容以引用方式全文併入本案以供各種目的之用。
本發明係關於在例如製造微電子產品、太陽能電池、平面顯示器及諸如此類物品用的基板內佈植矽及/或矽離子的組合物、系統及方法。
在製造電子元件或元件前驅結構的各種製程中常會進行矽及/或矽離子(文中所用的「矽離子」包括矽離子本身及含矽之離子物種)佈植。傳統上是離子源從位於供氣箱(gas box)中或位於離子佈植系統之離子源附近處的供應容器接收用來進行離子化的原料材料，並使用該離子源產生矽離子。
舉例言之，在製造矽元件時，可採用矽佈植以使結晶矽無定形化(amorphize)或改變結晶矽的形態。可在電晶體結構中佈植矽以改變某些區域的蝕刻速率，藉以改變該等區域在後續蝕刻步驟中的反應性。在電晶體結構中亦可佈植矽以降低該電晶體之源極區域與汲極區域的接觸電阻。在製造GaAs元件時，亦可使用矽作為摻雜劑以進行佈植。
常用於進行Si+佈植的原料材料是SiF4。發現使用此材料會縮短離子源的使用壽命。不受任何理論約束下，推測是源電漿中存在氟原子及/或氟原子與矽原子的結合物導致產生非所欲的沈積物，該等沈積物會導致離子源壽命縮短。氟能與存在於佈植器中的金屬(例如鎢及鉬)反應並腐蝕該電弧室的諸多基團，同時亦導致鎢或鉬沈積在電弧室構件上(例如，陰極、面板，等等)及沈積在電極和源外殼表面(包括高壓襯套、壁面，等等)上。過多的沈積作用可能造成各種問題，包括電弧狹縫晶鬚(arc slit whisker)、陰極生長或縮短、發生電弧及會造成相應來源或射束出狀況而縮短來源壽命的其他問題。
其他可用於Si+佈植的原料材料為矽烷，SiH4。此材 料極易燃，並可能基於安全上的理由而不希望在離子佈植中使用矽烷。
若可提供一種矽原料材料，該矽原料材料可免於發生上述SiH4帶來之來源壽命問題且亦不具有如矽烷般的安全性疑慮，在所屬技術領域中將是一項重大的進步。
本發明係關於用於在基板中佈植矽及/或矽離子的組合物、系統和方法。
在一態樣中，本發明關於一種在基板內佈植矽及/或矽離子的方法，該方法包括：由一組合物生成矽或含矽離子，該組合物包含選自以下群組中的矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基，其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基(alkylene)，該伸烷基含有化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代 基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基且其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；(b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；及(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的 經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述；(g)團簇狀矽化合物；(h)含有上述前驅物之其中一者或更多者的預混合物或共流(co-flow)混合物；及(i)以上所述前驅物之其中一者或更多者，其中該組合物包括氣體，且該氣體經同位素富集而使該氣體中的至少一同位素含量高於天然含量；其中該組合物並不僅由以下成分所組成：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫；及將矽或矽離子佈植於該基板內。
在另一態樣中，本發明關於一種在基板內佈植矽離子的方法，該方法包括：(a)使包含四氟化矽SiF4的矽前驅物離子化，其中該四氟化矽與氟反應抑制劑共流或預先混合；及(b)將來自該離子化步驟的矽離子佈植於該基板內。
在又一態樣中，本發明關於一種用於在基板內佈植矽及/或矽離子的矽前驅物組合物，該組合物包括選自以下群組中的至少一矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基， 其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基，該伸烷基包含化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；(b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、 GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述；(g)團簇狀矽化合物；(h)以預混合物或共流形式呈現的上述前驅物之其中一者或更多者；及(i)上述前驅物之其中一個前驅物或更多個前驅物，且該一個或更多個前驅物包括經同位素富集而使其中至少一同位素含量高於天然含量的前驅物，其中該組合物並不僅由以下成分所組成：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫。
本發明的另一態樣是關於一種矽前驅物組合物，該組合物包括選自群組A中的至少一矽前驅物氣體，視需要可包含選自群組B、群組C及群組D中的一附加氣體或複數種附加氣體，其中當僅有選自群組A中的一矽前驅物氣體存在時，選自群組B、群組C及群組D中的至少一附加氣體是以共流氣體的形式存在或是與該矽前驅物氣體混合成為前驅物氣體混合物，且其中： 群組A包括選自以下群組中的矽前驅物氣體：SiF4 SiH4 SiHxFy，其中x及y各自為0至4 SiHxCly，其中x及y各自為0至4 SiFxCly，其中x及y各自為0至4 SiHxFyClz，其中x、y及z各自為0至4；群組B包括選自以下群組中的氫或氫化物氣體：H2 PH3 AsH3 NH3 H2Se H2S CH4 GeH4 B2H6 SiH4群組C包括選自以下群組中的惰性氣體：Ne Ar Kr He Xe；及 群組D包括選自以下群組中的其他氣體：N2
O2。
本發明的進一步態樣是關於一種矽前驅物組合物，該組合物包括以預混合物或共流形式呈現的四氟化矽及氟反應抑制劑。
在另一態樣中，本發明關於一種用於離子佈植系統的氣體供應套組，該套組包括：第一氣體供應容器，用於容納本發明之矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，藉以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
在又進一步態樣中，本發明關於一種增進離子佈植系統之操作的方法，包括提供用於該離子佈植系統中的以下構件：第一氣體供應容器，以容納本發明的矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
在又另一態樣中，本發明關於一種矽前驅物組合物供應包，該供應包包括氣體儲存與分配容器，該氣體儲存與分配容器含有本發明之矽前驅物組合物。
藉由閱讀以下說明及後附請求項，將可更完整地了解本發明之附加態樣、特徵及實施例。
A‧‧‧箭頭
B‧‧‧箭頭
TC1‧‧‧監視熱耦計
TC2‧‧‧監視熱耦計
10‧‧‧離子佈植系統
12‧‧‧電弧腔室
14‧‧‧前驅物氣體餽送管線
16‧‧‧電漿
20‧‧‧冷卻劑通道
112‧‧‧離子源
122‧‧‧電漿腔室
124‧‧‧離子提取器組件
142‧‧‧電極
146‧‧‧提取孔板
166‧‧‧來源
168‧‧‧質量流量控制器
170‧‧‧導管
300‧‧‧離子佈植製程系統
301‧‧‧離子佈植腔室
302‧‧‧儲存與分配容器
305‧‧‧離子束
306‧‧‧容器壁
308‧‧‧閥頭
310‧‧‧壓力感測器
312‧‧‧排出管線
314‧‧‧質量流量控制器
316‧‧‧離子束產生器/離子化器
318‧‧‧管線
320‧‧‧幫浦
322‧‧‧質量分析單元
324‧‧‧加速電極陣列
326‧‧‧偏向電極
328‧‧‧基板元件
330‧‧‧旋轉式固定器
332‧‧‧心軸
340‧‧‧管線
342‧‧‧幫浦
344‧‧‧管線
346‧‧‧幫浦
412‧‧‧導電腔室壁
414‧‧‧導電腔室壁
415‧‧‧中心軸
416‧‧‧導電腔室壁
420‧‧‧離子化區
422‧‧‧電漿腔室支座
430‧‧‧金屬天線
431‧‧‧電源
432‧‧‧金屬表面/U形金屬基團
440‧‧‧磁性過濾器組件
450‧‧‧可拆式支撐板
452‧‧‧圓形切口
456‧‧‧真空壓力接頭
457‧‧‧長腳段
458‧‧‧端蓋
460‧‧‧表面
462‧‧‧外表面
464‧‧‧凸緣部位
470‧‧‧環狀磁鐵
472‧‧‧連接件
474‧‧‧鐵磁插入件
476‧‧‧接頭
480‧‧‧遮擋件
482‧‧‧共流氣體源
484‧‧‧質量流量控制器
第1圖是離子佈植製程系統的概要圖，該系統包括內含氣體的儲存與分配容器，並供應該氣體以用於在圖中所 示的離子佈植腔室中進行基板的離子佈植摻雜製程。
第2圖為離子佈植系統的剖面圖，該剖面圖概要示出此系統之電弧腔室中的電漿生成，且此系統配置有氣體饋送管線而可利用此管線提供主動冷卻作用以用於冷卻本發明之前驅物，若未能冷卻本發明前驅物，則本發明前驅物可能容易分解。
第3圖為根據本發明一實施例所做之離子佈植系統的離子源剖面圖，該離子源配置成可以共流方式供應氣體至該離子佈植系統。
本發明關於用於進行矽及矽離子佈植的組合物、系統及方法。
當用於本文及後附請求項時，除非另有明確指示，否則單數用語「一」及「該」包含複數之意。
當用於本文中時，諸如C1~C12烷基中的碳數範圍標示欲包含落入此範圍內的每一種碳數組成基團，因此涵蓋居於所述範圍內的每一個碳數及任何其他所述或居間的碳數值，並進一步了解到，在本發明範圍內，落在指定碳數範圍內的碳數子範圍可單獨包含在較小的碳數範圍內，且本發明包括特別排除某一個碳數或某幾個碳數的碳數範圍，及本發明還包括將指定範圍之任一個或兩個碳數限值排除後的子範圍。因此，C1~C12烷基欲包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基及十二基，且包括這類型烷基的直鏈及支鏈基團。故可明白，碳數範圍標 示(例如，C1~C12)可廣泛用於取代基，而能夠在本發明的具體實施例中進一步限定碳數範圍，使子基團具有的碳數範圍落在該取代基團較廣的規定範圍內。舉例言之，在本發明的具體實施例中可更限制性地描述該碳數範圍(例如，C1~C12)，藉以包括子範圍，例如C1~C4烷基、C2~C8烷基、C2~C4烷基、C3~C5烷基或落在廣碳數範圍內的任何其他子範圍。換言之，碳數範圍可視為肯定地列出該範圍內的每個碳數物種，同理可套用於此範圍適用的取代基、基團或化合物，可套用於選擇群組(可從該群組成員中選出特定幾個成員)，後繼的碳數子範圍或此選擇群組中之特定的碳數物種。
在本發明廣大範圍內，相同的結構及選擇彈性可應用在用於指定原子數的化學計量係數和數值、官能基、離子或基團上，應用在所指定範圍、數值限制(例如，不等式、大於或小於限值)，以及可應用於氧化態及決定特定形式的其他變量、電荷態及用於摻雜劑來源、佈植物種及化學物質(chemical entity)的組成。
對於文中舉出實施例的各種說明及範例，可藉由排除特定取代基、基團、基團或結構的前提條件或限制而在具體實施例中進一步描述本發明的該等前驅物。因此，本發明思及經限制性界定的組合物，例如一種組合物，其中Ri為C1~C12烷基，且條件是當Rj是矽烷基時，Ri≠C4烷基。
本文中已多方面地舉出本發明的特徵、態樣及實施例，因此本發明可具體實施成包含部分或全部的此等特徵、態樣及實施例，或由部分或全部的此等特徵、態樣及實施例 所組成，或實質上由部分或全部的此等特徵、態樣及實施例所組成，且該實施例的要素及元件可累加(aggregated)而組成本發明的各種進一步實施方案。本發明對應地預期到，此等特徵、態樣及實施例或從中選出的其中一者或多者可在本發明範圍內做出各種排列與組合。
在一態樣中，本發明思及一種在基板內佈植矽及/或矽離子的方法，該方法包括：由一組合物生成矽或含矽離子，該組合物包含選自以下群組中的矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基，其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基，該伸烷基含有化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基且其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或 烷基的胺基衍生物；(b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；及(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述；(g)團簇狀矽化合物；(h)含有上述前驅物之其中一者或更多者的預混合物或共流 混合物；及(i)以上所述前驅物之其中一者或更多者，其中該組合物包括氣體，且該氣體經同位素富集而使該氣體中的至少一同位素含量高於天然含量；其中該組合物並不僅由以下成分所組成：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫；及將矽或矽離子佈植於該基板內。
在此方法中，可使該矽前驅物離子化以生成矽及/或含矽離子。可採任何適當方式進行離子化。例如，可進行離子化以生成由矽摻雜劑物種所形成的離子束，及利用電場加速由矽摻雜劑物種所形成的該離子束以將矽離子佈植於基板內。在製造包括摻雜矽之材料的產品、組件或子組件的方法中可進行該方法。該產品、組件或子組件可為任意適當類型，並可例如選自於：半導體之產品、組件及子組件；太陽能之產品、組件及子組件；及平面顯示器之產品、組件及子組件。
可使該矽前驅物與第二氣體共流至佈植製程工具以進行上述方法，該矽前驅物與第二氣體可作為分離氣流的方式同時流向該工具，或該矽前驅物與第二氣體可流向混合岐管或其他構件或導管而在該等管中使該等共流氣流彼此混合且隨後流向該製程工具。或者，該矽前驅物與第二氣體可針對其目的預先混合此等成分而以混合物的形式存在於矽前驅物組合物中。
佈植本身可為任何適當種類的佈植，且可例如包括 束線離子佈植、電漿浸沒離子佈植或電漿摻雜。
在本發明的某些實施例中，該離子化步驟是在離子化腔室中進行，並於輸送導管中輸送該矽前驅物組合物至該離子化腔室，且例如當該矽前驅物組合物容易因熱而導致降解(degradation)或分解(decomposition)時，可主動冷卻該離子化腔室及該輸送導管其中至少一者。因此該主動冷卻作用可能包括使進入該離子化腔室中之矽前驅物組成物的溫度降低。
在本發明的各種實施例中，該矽前驅物經同位素富集而使至少一種矽同位素的含量高於天然含量。例如，該矽前驅物可經同位素富集而使選自以下群組中的一個或更多個矽同位素的含量高於天然含量：28Si、29Si及30Si，例如該矽前驅物經同位素富集而使29Si的含量高於天然含量。在各種不同應用中，該矽前驅物可經同位素富集而使依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達到至少10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%或更高至高達100%。
在某些具體實施例中，該矽前驅物經同位素富集而使得依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達30%至70%。
如上述，可使該矽前驅物與共流氣體以共流方式進行離子化來進行本發明的佈植方法。該共流氣體可為任意適當種類的氣體，且該共流氣體可例如選自以下群組中：氫化 物、鹵素(氟、溴、氯、碘)、鹵化物及鹵化物錯合物、一氧化碳、二氧化碳、羰基氟化物、氙、二氟化氙、氧、氮、氬、氖、氪、氦、SiF4、SiH4、Si2H6、甲基矽烷、氟矽烷、氯矽烷、硒化氫、硫化氫、二硼烷、甲烷、氨、磷化氫(phosphine)及砷化氫(arsine)。
在某些實施例中，該矽前驅物組合物可包括該矽前驅物以外的氣體，且此等其他氣體可經同位素富集而使該氣體中之至少一同位素的含量高於天然含量。
在具體實施例中，該矽前驅物組合物可包括選自以下群組中的矽前驅物：烷基矽烷；橋接矽氧烷；化學式為RnSiH(4-n)的化合物，其中0n4，及Rn為烷基、烷氧基、胺基、伸烷基、矽烷基、亞胺基、氫或乙酸根(acetate)；烷基二矽烷；三矽烷基胺；甲基矽烷；(MeHSi)4O4；Me2SiH2；EtSiH3；Me3SiH；(MeO)3SiH；Me3SiSiMe3； n-BuSiH3；(SiH3)3N；(MeHSi)4O4(簡稱TMCTS)；Me2SiH2；Si2H6；Si3H8；Me2SiF2；HSiF3；SiCl4；SiHCl3；SiH2Cl2；SiH3Cl；(NMe)2Si2H4；Me3Si(CH2CH2)；(Me3Si)3SiH；(Me2Si)3(NHMe)3；(Me3Si)3GeH；[(tBu)NCH=CHN(tBu)]Si；(Me3Si)3N；[(MeO)3Si]3N；(C2H4O2)2Si；Si(OOCCH3)4；Me3Si(NMe2)；SiH(NMe2)3； Me3SiEt；Me2SiCH2NH2；Me3SiNHSiMe3；Si(OC2H5)4；經部分氟化或氯化的材料；原位生成的材料；兼具鹵素及氫的分子；及上述前驅物的衍生物及混合物。
在其他實施例中，該矽前驅物組合物包括選自以下群組中的矽前驅物：(a)選自以下群組中的含矽前驅物：(i)化學式為Si(R1R2R3R4)或(R1R2)Si：(矽烯)的單體；(ii)化學式為[Si(R1R2R3)]2的二聚體；(iii)化學式為[Si(R1R2)]3的三聚體；及(iv)化學式為[Si(R1)]4的四聚體；其中R1、R2、R3及R4各自獨立選自於：C1~C8烷基；矽烷基；胺基；醯胺基；亞胺基；C1~C8烷氧基；矽氧基；鹵素；單烷基矽烷基、二烷基矽烷基及三烷基矽烷基，其中烷基為C1~C8烷基；單烷基胺基及二烷基胺基，其中烷基為C1~C8烷基；(b)聯吡啶及炔基矽烷加成物；(c)含有與硒直接鍵結之矽(Si-Se鍵)的硒化矽；及(d)經同位素富集而有至少一矽同位素含量高於天然含 量的前驅物(a)~前驅物(c)。
在某些具體實施例中，可使用包含選自上述群組(d)中之前驅物的矽前驅物組合物來進行本發明方法。
進行本發明之佈植方法時，可在電弧腔室中進行該離子化步驟，且在該電弧腔室內配置有電弧腔室內襯，該電弧腔室內襯可選自以下群組中：(1)鑭鎢內襯；(2)WSi內襯；(3)矽內襯；及(4)石墨內襯。
在本發明各種特定實施例中，可使用該矽前驅物組合物進行本發明之佈植方法，該矽前驅物組合物包括選自群組A中的至少一矽前驅物氣體，且視需要可包含選自於群組B、群組C及群組D中的一附加氣體或複數種附加氣體，其中當僅有選自群組A中的一矽前驅物氣體存在時，選自群組B、群組C及群組D中的至少一附加氣體是以共流氣體的形式存在或是與該矽前驅物氣體混合成一前驅物氣體混合物，且其中：群組A包括選自以下群組中的矽前驅物氣體：SiF4 SiH4 SiHxFy，其中x及y各自為0至4 SiHxCly，其中x及y各自為0至4 SiFxCly，其中x及y各自為0至4 SiHxFyClz，其中x、y及z各自為0至4；群組B包括選自以下群組中的氫或氫化物氣體：H2 PH3 AsH3 NH3 H2Se H2S CH4 GeH4 B2H6 SiH4群組C包括選自以下群組中的惰性氣體：Ne Ar Kr He Xe；及群組D包括選自以下群組中的其他氣體：N2 O2。
在另一態樣中，本發明關於一種在基板內佈植矽離子的方法，包括：(a)使包含四氟化矽SiF4的矽前驅物離子化，其中該四氟化矽與氟反應抑制劑共流或預先混合；及(b)將來自該離子化步驟的矽離子佈植於該基板內。
該氟反應抑制劑可為任何適當種類的抑制劑，且在 具體實施例中，該氟反應抑制劑可例如包括以下至少一者：(i)氫；(ii)氫化物氣體；及(iii)氮。在其他實施例中，該氟反應抑制劑可包括矽烷。在又一些其他實施例中，該氟反應抑制劑可包括氨。在又進一步實施例中，該氟反應抑制劑可包括氮。
在另一態樣中，本發明關於一種用於在基板內佈植矽及/或矽離子的矽前驅物組合物，該組合物包括選自以下群組中的至少一矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基，其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基，該伸烷基包含化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物； (b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述；(g)團簇狀矽化合物；(h)以預混合物或共流形式呈現的上述前驅物之其中一者或更多者；及 (i)上述前驅物之其中一個前驅物或更多個前驅物，且該一個或更多個前驅物包括經同位素富集而使其中至少一同位素含量高於天然含量的前驅物，其中該組合物並不僅由以下成分所組成：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫。
在某些應用中，上述組合物可包括經同位素富集而有至少一種矽同位素(例如選自於由28Si、29Si及30Si所構成之群組中的一個或更多個矽同位素)含量高於天然含量的矽前驅物。該矽前驅物可例如經同位素富集而使29Si的含量高於天然含量，或經同位素富集而使除29Si以外同位素的含量高於天然含量。在不同實施例中，該組合物所包括的矽前驅物可經同位素富集而使得依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達到至少10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%或更高至高達100%。在其他實施例中，該矽前驅物可經同位素富集而使得依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達30%至70%。
如文中所述，本發明組合物可包括該矽前驅物及共流氣體，例如選自以下群組中的共流氣體：氫化物、鹵素(氟、溴、氯、碘)、鹵化物及鹵化物錯合物、一氧化碳、二氧化碳、羰基氟化物、氙、二氟化氙、氧、氮、氬、氖、氪、氦、SiF4、SiH4、Si2H6、甲基矽烷、氟矽烷、氯矽烷、硒化氫、硫化氫、 二硼烷、甲烷、氨、磷化氫及砷化氫。
在其他變化態樣中，該矽前驅物組合物可包括除了該矽前驅物以外的其他氣體，其中該其他氣體經同位素富集而使該氣體中之至少一同位素的含量高於天然含量。
本發明的矽前驅物組合物可包括選自以下群組中的矽前驅物：烷基矽烷；橋接矽氧烷；化學式為RnSiH(4-n)的化合物，其中0n4，及Rn為烷基、烷氧基、醯胺基、伸烷基、矽烷基、亞胺基、氫或乙酸根(acetate)；烷基二矽烷；三矽烷基胺；甲基矽烷；(MeHSi)4O4；Me2SiH2；EtSiH3；Me3SiH；(MeO)3SiH；Me3SiSiMe3；n-BuSiH3；(SiH3)3N；(MeHSi)4O4(簡稱TMCTS)；Me2SiH2； Si2H6；Si3H8；Me2SiF2；HSiF3；SiCl4；SiHCl3；SiH2Cl2；SiH3Cl；(NMe)2Si2H4；Me3Si(CH2CH2)；(Me3Si)3SiH；(Me2Si)3(NHMe)3；(Me3Si)3GeH；[(tBu)NCH=CHN(tBu)]Si；(Me3Si)3N；[(MeO)3Si]3N；(C2H4O2)2Si；Si(OOCCH3)4；Me3Si(NMe2)；SiH(NMe2)3；Me3SiEt；Me2SiCH2NH2；Me3SiNHSiMe3；Si(OC2H5)4； 經部分氟化或氯化的材料；原位生成的材料；兼具鹵素及氫的分子；及上述前驅物的衍生物及混合物。
在具體應用中，該組合物可包括選自以下群組中的矽前驅物：(a)選自以下群組中的含矽前驅物：(i)化學式為Si(R1R2R3R4)或(R1R2)Si：(矽烯)的單體；(ii)化學式為[Si(R1R2R3)]2的二聚體；(iii)化學式為[Si(R1R2)]3的三聚體；及(iv)化學式為[Si(R1)]4的四聚體；其中R1、R2、R3及R4各自獨立選自於：C1~C8烷基；矽烷基；胺基；醯胺基；亞胺基；C1~C8烷氧基；矽氧基；鹵素；單烷基矽烷基、二烷基矽烷基及三烷基矽烷基，其中烷基為C1~C8烷基；單烷基胺基及二烷基胺基，其中烷基為C1~C8烷基；(b)聯吡啶及炔基矽烷加成物(alkyne silane adduct)；(c)含有與硒直接鍵結之矽(Si-Se鍵)的硒化矽；及(d)經同位素富集而有至少一矽同位素含量高於天然含量的前驅物(a)~前驅物(c)。
該組合物可例如由選自於群組(d)中的矽前驅物所組成。
在另一實施例中，本發明思及一種矽前驅物組合 物，該組合物包括選自群組A中的至少一矽前驅物氣體，視需要可包含選自於群組B、群組C及群組D中的一附加氣體或複數種附加氣體，其中當僅有選自群組A中的一矽前驅物氣體存在時，選自群組B、群組C及群組D中的至少一附加氣體是以共流氣體的形式存在或是與該矽前驅物氣體混合成前驅物氣體混合物，且其中：群組A包括選自以下群組中的矽前驅物氣體：SiF4 SiH4 SiHxFy，其中x及y各自為0至4 SiHxCly，其中x及y各自為0至4 SiFxCly，其中x及y各自為0至4 SiHxFyClz，其中x、y及z各自為0至4；群組B包括選自以下群組中的氫或氫化物氣體：H2 PH3 AsH3 NH3 H2Se H2S CH4 GeH4 B2H6 SiH4 群組C包括選自以下群組中的惰性氣體：Ne Ar Kr He Xe；及群組D包括選自以下群組中的其他氣體：N2 O2。
在進一步態樣中，本發明關於一種矽前驅物組合物，該組合物包括以預混合物或共流形式呈現的四氟化矽及氟反應抑制劑。在此組合物中，該氟反應抑制劑可為任何適當種類的抑制劑，且可例如包括以下其中一者或更多者：氫、氫化物氣體、氮、矽烷及氨。在一具體實施例中，該氟反應抑制劑可包括氮。在另一具體實施例中，該氟反應抑制劑可包括氨。
本發明進一步思及一種用於離子佈植系統的氣體供應套組，該套組包括：第一氣體供應容器，以容納本發明的矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
在此種氣體供應套組的具體實施例中，該矽前驅物組合物可包括四氟化矽，及該共流氣體可包括氟反應抑制劑氣體。此種氣體供應套組可由四氟化矽所組成，且該四氟化 矽中的至少一矽同位素經同位素富集。該氟反應抑制劑氣體可包括以下之一者或更多者：氫、氫化物氣體、氮、矽烷及氨。該氣體供應套組包括位於在一氣體供應容器中的該矽前驅物組合物及位於另一氣體供應容器中的氮或氨，氮或氨是作為氟反應抑制劑氣體之用。
本發明的進一步態樣是關於一種增進離子佈植系統之操作的方法，包括提供以下用於該離子佈植系統中：第一氣體供應容器，以容納根據本發明的矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
如上述，該第一氣體供應容器可含有四氟化矽，及第二氣體供應容器可含有作為共流氣體的氟反應抑制劑氣體。
在上述方法中，其中該矽前驅物組合物包括四氟化矽，該四氟化矽中的至少一種矽同位素可經同位素富集。
在該操作增進方法中，氟反應抑制劑氣體可包括任何適當的氣體，例如以下氣體之其中一者或更多者：氫、氫化物氣體、氮、矽烷及氨。
在進一步態樣中，本發明有關一種矽前驅物組合物供應包，該供應包包括氣體儲存與分配容器，該氣體儲存與分配容器包含本發明的矽前驅物組合物。該氣體儲存與分配容器可包含用於儲存該矽前驅物組合物的儲存介質，例如物理性吸附劑介質或離子性液體儲存介質。在其他實施例中， 該氣體儲存與分配容器包括壓力調節容器，且在該壓力調節容器的內部體積中包含壓力調節組件。
本發明從而提供一種將矽離子或含矽離子佈植於靶基板(例如半導體晶圓)或可用於製造微電子產品、太陽能電池、平面顯示器及諸如此類者的其他基板中。可使用含矽摻雜劑材料進行此方法以製造含有離子的電漿，並將該等離子佈植於靶基板中。
可用於實施本發明的示例性含矽摻雜劑化合物實例包括烷基矽烷；橋接矽氧烷；化學式為RnSiH(4-n)的化合物，其中1n4，及Rn為烷基、烷氧基、醯胺基、伸烷基、矽烷基、亞胺基、氫或乙酸根；烷基二矽烷；及上述化合物的衍生物及混合物。適用之含矽摻雜劑化合物或材料的具體實例包括：三矽烷基胺或(SiH3)3N；甲基矽烷或MeSiH3；TMCTS或(MeHSi)4O4；二甲基矽烷或Me2SiH2；乙基矽烷或EtSiH3；三甲基矽烷或Me3SiH；三甲氧基矽烷或(MeO)3SiH；六甲基二矽烷或Me3SiSiMe3；TEOS或Si(OC2H5)4；及正丁基矽烷或n-BuSiH3。附加的摻雜劑材料包括經部分氟化或氯化的材料、原位生成的材料以及兼具鹵素及氫的分子。
適當材料的附加實例及該等材料的相關特性出示於以下表1及表2中。
較佳地，用於實施本發明的含矽摻雜劑化合物或材料在相關的最終使用條件下呈氣態。合適的摻雜劑源材料亦包括具有適當蒸汽壓的液態或固態含矽摻雜劑化合物或材料以提供充足的蒸汽流給離子佈植系統的離子源腔室。
在不同實施例中，可由原料來源材料生成矽離子或含矽離子，並藉由離子佈植製程將矽離子或含矽離子佈植於基板的標的材料中。
在一示例性實施例中，藉著將電子引入充滿含矽摻雜劑氣體(作為原料材料)的真空電弧腔室中以使離子源生成矽離子。電子與含矽摻雜劑中的分子碰撞生成含有矽正離子的離子化電漿。隨後使該等離子准直而成為離子束，並使該離子束加速射向該標的材料。該離子束可通過內含複數個開孔的遮罩以期望的佈局來佈植矽離子。
本發明不僅限於以上所述方式，其他佈植矽離子的方式亦屬本發明範圍內。
本發明經同位素富集或未經富集的矽前驅物可用於饋入氣體混合物、共流配置的方式與例如聯用物種(可經富集或未經富集的適合其他含矽流體)及/或稀釋氣體併用，且在後續流動系統中，該矽前驅物間歇性且重複地流入製程工具中。
本發明的矽前驅物可經同位素富集以使任何同位素物種中的矽同位素含量高於天然含量，致使單一種同位素物種中的同位素豐富量可高達100%。
本發明思及矽二聚體、矽三聚體及矽四聚體及其他團簇狀矽佈植組合物的佈植。可組成該矽前驅物組合物，藉 以提供含有超過一個矽原子及/或其他原子的離子物種以進行離子佈植。含有超過一個矽原子的前驅物包括二矽烷、三矽烷及含有Si-Si鍵的其他化合物。亦可使用含有碳、鍺、硼、磷或其他成分的經取代之矽烷，藉以增進由此等矽前驅物衍生而來之矽佈植物種的非晶化功效(amorphization efficacy)。例如，本發明預期到由相應矽前驅物衍生而來的含Si與C之物種或含Si與Ge之物種可在對應的佈植基板中的賦予拉身應力或壓縮應力。
在另一態樣中，藉著使四氟化矽SiF4與(i)氫或氫化物氣體(例如，SiH4、NH3及諸如此類者)，及/或(ii)氮(N2)共流或混合，可明顯減少SiH4中之氟的有害作用。此方法是基於氫及/或氮會截斷與電弧腔室材料(例如鎢或鉬)的氟反應，從而降低氟反應並相應地減少蝕刻作用、沈積作用及鹵素循環。吾人依據經驗證實當SiF4與氫、氮或與氫及氮兩者混合時，SiF4束中的F+、W+及WFx峰值將顯著減少。實現此種混合物的方法可以是使SiF4與氟反應抑制成分共流或預先混合。以四氟化矽及氟反應抑制劑成分的總體積計，氟反應抑制劑(例如，H2或H2/N2)的濃度可從0.001體積%至99.999體積%，更佳為0.01體積%至30體積%，且最佳為2體積%至20體積%。
在任何適當類型的佈植機中可有利地使用氟反應抑制劑成分作為共流成分或混合物成分。大體可使用適合用於製造半導體、太陽能及平面產品的佈植設備來施行本發明的組合物及製程，例如可使用束線佈植機、電漿浸沒工具(例如， PLAD工具)、離子淋浴佈植機，等等。
使用反應抑制劑的方法亦可使用其他氟化物氣體來應用，該等氟化物氣體例如GeF4、AsF3及PF3/PF5可與諸如氫、氨、其他氫化物氣體及/或氮等氣體共流或混合。
在一具體態樣中，本發明關於使氣體共流或預先混合以改善束線的效能及/或來源的壽命。
可採用包括共流、預混合或共流與預混合組合的配置方式來使用該等氣體。要實現這些目的，該氣體組合物可包含總數為2種至50種氣體，並且在共流或預混合物中的個別氣體物種的濃度範圍可為0.0001莫耳%至99.9999莫耳%，且所有共流或預混合的成分總和為100莫耳%。
可用任何適當方式及使用任何適當的離子化設備或系統使本發明的矽前驅物離子化以用於佈植應用。例如，進行離子化可能涉及電子撞擊、射頻曝射、微波衝擊、脈衝電漿技術、PHC電漿製程，等等。可採用諸如如把該前驅物供應容器設置在製程工具上，或將該前驅物供應容器設置在遠端進行輸送，或依照需求在遠端處或使用處生成該矽前驅物等任何適當方式將該等矽前驅物輸送至使用地點。
佈植由該矽前驅物所得到的矽佈植物種可應用於任何適當的應用中，包括用於製造半導體產品、積體電路、太陽能電池、平面顯示器、LED及其他離子佈植產品。
本發明的矽前驅物能增進矽佈植的製程，包括改進離子束製程中的射束電流(例如，提高射束電流的絕對值、離子束的時間與空間穩定性)，且加上可顯著增進離子源效能， 例如延長離子源壽命。
將本發明之矽前驅物輸送至離子佈植系統的離子源時，矽前驅物具有熱不安定性，故可冷卻電弧腔室及/或冷卻通往該電弧腔室的輸送管線，且若無此冷卻時，該矽前驅物可能在到達電弧腔室之前便會分解。在其他實施例中，可加熱通往該電弧腔室的輸送管線以用於輸送該矽前驅物的蒸氣，以避免在輸送管線中發生凝結情形。
在其他實施例中，使用適當的電弧腔室內襯材料亦可改進離子源壽命及/或射束電流。示例性的內襯包括，但不限於，鑭鎢內襯(可能明顯有助於增進離子源壽命)、WSi內襯(100%的鎢內襯會發生翹曲，WSi內襯可抑制翹曲情形)、矽內襯(鹵素循環可能造成離子源故障，矽內襯可用於減少鹵素循環且可提高機組電流(team current))及石墨內襯。
現參閱圖式，第1圖是離子佈植製程系統的概要圖，該系統包括儲存與分配容器，該儲存與分配容器含有含矽摻雜劑氣體或其他矽前驅物材料，並供應該等氣體或材料以用於在所示的離子佈植腔室中進行基板的離子佈植摻雜。
該離子佈植製程系統300包含儲存與分配容器302，該儲存與分配容器302容納矽來源材料，並供應該矽來源材料以用於在所示的離子佈植腔室301中進行基板328的離子佈植摻雜。
該儲存與分配容器302包括容器壁306，容器壁306圈圍出內部體積以用於容納該矽來源材料。
該容器可為傳統類型的氣瓶，該氣瓶內配置有內部 體積並僅可容納氣體，或者，該容器可含有吸附材料，該吸附材料對於含矽摻雜劑來源氣體具有吸附親和力，並且在分配條件下該摻雜劑來源氣體可從該吸附材料上脫附而從該容器中釋出。
該儲存與分配容器302包含閥頭308，該閥頭308以氣體可流通的方式與排出管線312耦接。壓力感測器310及質量流量控制器314一起設置在管線312中。其他監視與感測元件可與該管線耦接並與控制裝置(例如，致動器、反饋及電腦控制系統、週期定時器，等等)互動。
離子佈植腔室301包含離子束產生器或離子化器316，該離子束產生器或離子化器316接收從管線312分配出的含矽來源材料並生成離子束305。離子束305通過質量分析單元322以選出所需的離子並拒絕未選中的離子。
所選出的離子通過加速電極陣列324且隨後通過偏向電極326。所產生的聚焦離子束撞擊在放置於旋轉式固定器330上的基板元件328上，該旋轉式固定器330又安裝在心軸332上。使用由Si+離子或其他含矽離子所形成的離子束依需求來摻雜基板以形成摻雜矽的結構。
分別利用幫浦320、幫浦342及幫浦346經由管線318、管線340及管線344排空該離子佈植腔室301的各個區段。
任何合適的離子源皆可適用於第1圖所示類型的離子佈植系統中，例如，在2000年10月24日授與M.A.Graf等人的美國專利第6,135,128號中更完整描述的離子源類型。
該離子源可例如包括外殼(用於界定電漿腔室)及離子提取器組件。傳遞能量給該可離子化的矽來源材料以在該電漿腔室中生成離子。離子提取器組件包括複數個電極，利用離子提取器組件經由該電漿腔室中的狹縫提取出該等離子。因此，該離子提取器組件運作而經由提取孔板從該電漿腔室中提取出離子束並使所提取的離子加速朝向質量分析磁鐵前進。
在此種配置中，可離子化的矽來源材料可流出合適的供應設備並經由內部含有質量流量控制器的導管注入該電漿腔室。該供應設備可包含以吸附劑為基礎的氣體儲存與供應容器(例如，位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為SDS的容器類型)、包含內部氣體壓力調節器的壓力調節容器(例如位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為VAC的容器類型)、包含內部氣體壓力調節器的壓力調節容器(例如位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為VACSorb的容器類型)，或當使用固態摻雜劑來源材料時，該來源可包含固態來源容器(例如位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為ProEvap的容器類型)。
根據本案揭示內容，本發明的離子佈植製程採用含矽來源材料，並可用所屬技術領域中各式各樣的離子佈植系統實施該製程，而能商業化地生產各種微電子產品，例如半導體產品，包括摻雜矽的零件部位或元件結構。
第2圖為離子佈植系統的剖面圖，該剖面圖概要示 出此系統之電弧腔室中的電漿生成作用，且此系統配置有氣體饋送管線而可利用此管線提供主動冷卻作用以用於冷卻本發明之前驅物，若未能如此冷卻本發明前驅物，則本發明前驅物可能容易分解。
離子佈植系統10包含電弧腔室12且具有氣體餽送管線14以用於餽送本發明前驅物至該電弧腔室以在該腔室內使該前驅物離子化。在此系統的電弧腔室12中生成電漿16。該前驅物氣體沿箭頭A的方向流入該前驅物氣體餽送管線14中，並有監視熱耦計TC1及監視熱耦計TC2以可監視的方式固定於該前驅物氣體餽送管線14以測量該餽送管線及進入電弧腔室中之氣體的熱狀態品質。
在此離子佈植系統10中，該前驅物氣體餽送管線經調適以進行此管線的主動冷卻作用。特別是，該前驅物氣體餽送管線14附有冷卻劑通道20，冷卻介質沿箭頭B的方向流經該冷卻劑通道20。監視熱耦計TC1及監視熱耦計TC2以可監視的方式固定於該前驅物氣體管線以測量該餽送管線及進入電弧腔室中之氣體的熱狀態品質。
該冷卻劑通道可配置成套在該前驅物氣體餽送管線上的冷卻套，或可包括圍繞該前驅物氣體餽送管線或與該前驅物氣體餽送管線交互穿插的通道，或包含其他熱交換器或冷卻劑的元件、陣列或組件，藉以為該前驅物氣體提供冷卻作用，從而防止該氣體餽送管線及該電弧腔室內會堵塞的固態副產物發生分解及沈積情形。
將明白到，可採用任何適當方式來實施及操作該前 驅物氣體餽送流動的冷卻配置，藉以對前驅物氣體施以必要的冷卻，且該冷卻配置可進一步與該離子源的熱管理控制系統整合，而得以適當設定該冷卻劑的流動速率及其他操作參數以使用前驅物氣體進行有效的離子佈植，否則該等前驅物氣體可能不適合用於離子佈植。此種冷卻配置可與各種類型(並使用相應的各種本發明前驅物氣體)的離子佈植系統併用。
第3圖為根據本發明一實施例所做之離子佈植系統的離子源剖面圖，該離子源配置成可以共流方式供應氣體至該離子佈植系統。離子源112包括用於界定電漿腔室122的外殼及離子提取器組件。傳遞能量給該可離子化的前驅物氣體以在該電漿腔室122中生成離子。通常會生成正離子，但本發明可用於利用前驅物氣體生成負離子的系統。利用該離子提取器組件124經由該電漿腔室中的狹縫提取出正離子，該離子提取器組件包含複數個電極142。因此，該離子提取器組件運作以經由提取孔板146從該電漿腔室中提取出正離子束並使所提取的離子加速朝向質量分析磁鐵(第3圖中未示出)前進。
可離子化的前驅物氣體從可離子化前驅物氣體的來源166流出並經由內部含有質量流量控制器168的導管170注入該電漿腔室122。該來源166可包括以吸附劑為基礎的氣體儲存與供應容器(例如，位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為SDS的容器類型)、包含內部氣體壓力調節器的壓力調節容器(例如位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為VAC的容器類型)，或當 使用固態摻雜劑來源材料時，該來源166可包含固態來源容器(例如位在美國麻州比勒利卡市之Entegris公司商業販售商標名為ProE-vap的容器類型)。電漿腔室122具有導電腔室壁412、414、416，該等腔室壁412、414、416在腔室內部圈圍出離子化區420。側壁414以該電漿腔室122的中心軸415為準呈圓形對稱。面向解析磁鐵的導電壁416連接電漿腔室支座422。壁416支撐該孔板146，該孔板146具有多個孔以允許離子離開電漿腔室122，且隨後離子在多個隔開且電性絕緣的提取電極124下游的位置處合併成離子束。該孔板146包含許多開孔，該等開孔配置成指定圖案並對齊該等間隔之提取電極142中呈類似配置的多個孔。在第3圖中僅示出一個此孔。
金屬天線430具有金屬表面432，金屬表面432暴露於該腔室內部空間中以發射能量至該電漿腔室122內。位於電漿腔室122外部的電源434用適當特性之射頻(RF)訊號(例如約13.56MHz的RF訊號)供給能量給金屬天線430，以設定該金屬天線中的交流電流，藉以在該電漿腔室122中誘發離子化電場。該天線的功率可能為適合進行特定離子化操作的任意適當大小，例如功率可為約500~3000瓦(W)。該來源腔室中的壓力可例如約1毫托耳至10毫托耳(millitorr)，使得該來源112充當低壓、高密度感應源。電漿腔室122亦可包含磁性過濾器組件440，該磁性過濾器組件440伸展穿過介於該天線430與該孔板146之間的腔室內部區域。
利用可拆式支撐板450可將天線430配置在該電漿 腔室122內。側壁414在具有圓形切口452的位置處支撐著該支撐板450，且該天線延伸穿過該圓形切口452。供天線430使用之支撐板450的尺寸可裝配在該腔室壁414中的切口452內，同時定位該天線430露出的U形金屬部位432在該離子化區420中。
支撐板450界定兩個貫穿通道，該兩個貫穿通道容納兩個真空壓力接頭456。將天線430的長腳段457推入該等接頭之後，將端蓋458旋在該等接頭上以密封該等接頭456與腳段457之間的接觸區域。天線430在其輻射發射區域較佳呈U形，且該天線430可例如由鋁構築而成。該管的外直徑尺寸可通過該壓力接頭456。當使用時，該天線吸收來自天線周遭的熱。冷卻劑行經該管的中心，藉以散熱。
板450具有大致平坦的表面460，該表面460暴露於該電漿腔室的內部體積中，且該板450包含平行外表面462，該外表面462遠離該腔室內部體積。該板450的凸緣部位464置於環狀磁鐵470上，該環狀磁鐵470圍繞著該壁414中的切口且藉由連接件472使該環狀磁鐵470附接於該壁414。附接於該支撐板450上的鐵磁插入件474裝配在該磁鐵470上，使得該板450配置在該切口452中，鐵磁插入件474及磁鐵470彼此附接以將該板450及延伸進入該腔室內部空間內的天線430固定於適當位置。
在離子源的操作期間會產生熱，且壁412、壁414、壁416、壁418會吸收這些熱。接頭476可引水進入通過該等壁面的通道內並從第二出口接頭(圖中未示出)離開該腔室，藉 著引導冷卻劑通過接頭476可從該腔室122帶走所吸收的熱。藉由此種配置，可使該等壁的溫度維持在低於100℃的溫度，使得該離子源112充當冷壁離子源。
在操作離子佈植器期間，天線430在靠近支撐板450附近的區域特別容易塗佈濺射材料。為了使此濺射作用降至最小，在將該天線插入該支撐板450之前，可滑動兩個遮擋件480使該等遮擋件480披蓋在該鋁天線上。此等遮擋件較佳由鋁構築而成，且利用位於該等遮擋件與該天線430暴露出之鋁的外表面之間的摩擦配合(friction fit)使該等遮擋件維持就位。
在該離子源112的操作期間，摻雜劑元素的沈積物可能形成在圈圍出離子化區420的內壁412、內壁414及內壁416上。本發明思及當該離子源112在正常操作條件下運作時，使共流氣體與該來源氣體同時流動。可提供共流氣體源482及對應的質量流量控制器484，在輸送到該電漿腔室122之前，該質量流量控制器484輸出的共流氣體與該質量流量控制器168輸出的前驅物氣體可在導管170中合併。或者，該前驅物氣體及該共流氣體可分別輸送至該電漿腔室。
將明白，該前驅物氣體源166可包含該前驅物氣體，且該前驅物氣體可與其他材料(例如，清潔材料、稀釋劑、反應抑制劑、平衡引導材料、反應物、冷卻劑，等等)形成預混合物或組合。或者，該共流氣體源482可包含該共流氣體或多種共流氣體，且該共流氣體或該等共流氣體可與清潔材料、稀釋劑、反應抑制劑、平衡引導材料、反應物、冷卻劑 等材料形成混合物或組合。可藉由任何適當配置的源容器及/或其他供應設備構件將任何此種供給材料供應至離子源及/或相關的流動線路。
因此，可從與供應前驅物氣體之來源容器相關的相同或不同來源容器供應共流氣體(多種共流氣體)，以使該前驅物氣體與該共流氣體共流至該離子源腔室。
該共流氣體可藉著抑制會造成非所欲之沈積作用的反應而調節該離子源腔室中這類的沈積作用，或該共流氣體可包括清潔氣體以在該離子源腔室的原位處進行清潔。有各種清潔氣體可用於達成此目的，該清潔氣體包括，但不限於，反應性氟化物，例如XeF2及NF3。
在所屬技術領域中，依據本案揭示內容可憑藉經驗或其他技術而有利於決定該共流氣體與前驅物氣體蒸汽的相對流動速率，藉以建立適用於個別共流氣體氣流的共流條件。
儘管本文中已參照具體態樣、特徵及示例性實施例來陳述本發明，但將明白，本發明的功用並不因而受限，反之，依據文中說明內容可為本發明所屬技術領域中具有通常技術者帶來啟發，而了解本發明可擴及並涵蓋各種其他變化、修飾及替代實施例。因此，如以下所請求的本發明應做廣泛的理解及解釋，並涵蓋落入本發明精神與範圍內的所有這類變化、修飾及替代實施例。

Claims (54)

  1. 一種在基板內佈植矽及/或矽離子的方法，包括以下步驟：由組合物生成矽或含矽離子，該組合物包含選自以下群組中的矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基，其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，且該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基(alkylene)，該伸烷基含有化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基且其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物； (b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；及(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述； (g)團簇狀矽化合物；(h)含有上述前驅物之其中一者或更多者的預混合物或共流混合物；及(i)以上所述前驅物之其中一者或更多者，其中該組合物包括氣體，且該氣體經同位素富集而使該氣體中的至少一同位素含量高於天然含量；其中該組合物不包含SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、三甲基矽烷或三乙基矽烷，且條件係排除僅由以下成分所組成之組合物：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫；及將矽或矽離子佈植於該基板內。
  2. 如請求項1所述之方法，包括：使該矽前驅物離子化以生成該等矽及/或離子。
  3. 如請求項2所述之方法，其中進行該離子化步驟以生成由矽摻雜劑物種形成的離子束，及利用電場加速該等矽摻雜劑物種的該離子束以將矽離子佈植於基板內。
  4. 如請求項1所述之方法，其在製造產品、組件或子組件的方法中進行時，請求項1所述之方法包括摻雜矽的材料。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該產品、組件或子組件選自於以下群組中：半導體之產品、組件及子組件；太陽能之產品、組件及子組件；及平面顯示器之產品、組件及子組件。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物及第二氣體共 流至佈植製程工具。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物及第二氣體以混合物的形式存在於該組合物中。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該佈植步驟包括束線離子佈植、電漿浸沒離子佈植或電漿摻雜。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該離子化步驟是在離子化腔室中實現，並於輸送導管中輸送該矽前驅物組合物至該離子化腔室，該方法進一步包括主動冷卻該離子化腔室及該輸送導管其中至少一者的步驟。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該主動冷卻步驟包括使進入該離子化腔室中之該矽前驅物組合物的溫度降低。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物經同位素富集而使至少一種矽同位素的含量高於天然含量。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該矽前驅物經同位素富集而使選自以下群組中的一個或更多個同位素的含量高於天然含量：28Si、29Si及30Si。
  13. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物經同位素富集而使29Si的含量高於天然含量。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物經同位素富集而使依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達到至少10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%或更高至高達100%。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物經同位素富集而使依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達30%至70%。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物與共流氣體共流以進行離子化。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該共流氣體選自於以下群組中：氫化物、鹵素(氟、溴、氯、碘)、鹵化物及鹵化物錯合物、一氧化碳、二氧化碳、羰基氟化物、氙、二氟化氙、氧、氮、氬、氖、氪、氦、SiF4、SiH4、Si2H6、甲基矽烷、氟矽烷、氯矽烷、硒化氫、硫化氫、二硼烷、甲烷、氨、磷化氫及砷化氫。
  18. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物組合物包括該矽前驅物以外的氣體，且其中該其他氣體經同位素富集而使該氣體中之至少一同位素的含量高於天然含量。
  19. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物組合物包括選自以下群組中的矽前驅物：烷基矽烷；橋接矽氧烷；化學式為RnSiH(4-n)的化合物，其中0n4，及Rn為烷基、烷氧基、醯胺基、伸烷基、矽烷基、亞胺基、氫或乙酸根；烷基二矽烷；三矽烷基胺；甲基矽烷； (MeHSi)4O4；Me2SiH2；EtSiH3；(MeO)3SiH；Me3SiSiMe3；n-BuSiH3；(SiH3)3N；(MeHSi)4O4(簡稱TMCTS)；Me2SiH2；Si3H8；Me2SiF2；HSiF3；SiHCl3；SiH2Cl2；SiH3Cl；(NMe)2Si2H4；Me3Si(CH2CH2)；(Me3Si)3SiH；(Me2Si)3(NHMe)3；(Me3Si)3GeH；[(tBu)NCH=CHN(tBu)]Si；(Me3Si)3N；[(MeO)3Si]3N；(C2H4O2)2Si； Si(OOCCH3)4；Me3Si(NMe2)；SiH(NMe2)3；Me3SiEt；Me2SiCH2NH2；Me3SiNHSiMe3；Si(OC2H5)4；經部分氟化或氯化的材料；原位生成的材料；兼具鹵素及氫的分子；及上述前驅物的衍生物及混合物。
  20. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物組合物包括選自以下群組中的矽前驅物：(e)選自以下群組中的含矽前驅物：(v)化學式為Si(R1R2R3R4)或(R1R2)Si：(矽烯)的單體；(vi)化學式為[Si(R1R2R3)]2的二聚體；(vii)化學式為[Si(R1R2)]3的三聚體；及(viii)化學式為[Si(R1)]4的四聚體；其中R1、R2、R3及R4各自獨立選自於：C1~C8烷基；矽烷基；胺基；醯胺基；亞胺基；C1~C8烷氧基；矽氧基；鹵素；單烷基矽烷基、二烷基矽烷基及三烷基矽烷基，其中烷基為C1~C8烷基；單烷基胺基及二烷基胺基，其中烷基為C1~C8烷基； (f)聯吡啶及炔基矽烷加成物(alkyne silane adduct)；及(g)含有與硒直接鍵結之矽(Si-Se鍵)的硒化矽；及(h)經同位素富集而有至少一矽同位素含量高於天然含量的前驅物(a)~前驅物(c)。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該矽前驅物是選自於群組(d)中。
  22. 如請求項1所述之方法，其中該離子化步驟在電弧腔室中進行，且在該電弧腔室內配置電弧腔室內襯，該電弧腔室內襯選自於以下群組中：(1)鑭鎢內襯；(2)WSi內襯；(3)矽內襯；及(4)石墨內襯。
  23. 如請求項1所述之方法，其中該矽前驅物組合物包括選自群組A中的至少一矽前驅物氣體，且視需要可包含選自於群組B、群組C及群組D中的附加氣體或複數種附加氣體，其中當僅有選自群組A中的矽前驅物氣體存在時，選自群組B、群組C及群組D中的至少一附加氣體是以共流氣體的形式存在或是與該矽前驅物氣體混合成前驅物氣體混合物，且其中：群組A包括選自以下群組中的矽前驅物氣體：SiHxFy，其中x及y各自為1至3 SiHxCly，其中x及y各自為1至3 SiFxCly，其中x及y各自為1至3 SiHxFyClz，其中x為0至2，y為1或2，z為1或2；群組B包括選自以下群組中的氫或氫化物氣體：H2 PH3 AsH3 NH3 H2Se H2S CH4 GeH4 B2H6 SiH4群組C包括選自以下群組中的惰性氣體：Ne Ar Kr He Xe；及群組D包括選自以下群組中的其他氣體：N2 O2。
  24. 一種用於在基板內佈植矽及/或矽離子的矽前驅物組合物，該組合物包括選自以下群組中的至少一矽前驅物：(a)化學式為SiR1R2R3R4的甲矽烷，其中R1、R2、R3及R4各自可獨立為：H；鹵素(F、Cl、Br、I)；羥基；烷氧基；乙醯氧基；胺基；化學式為CnH2n+1的烷基，其中n=1~10，且該烷基可視需要而具有羥 基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n-1的環烷基、二環烷基及多環烷基，其中n=1~10，且該等環烷基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；化學式為CnH2n的烯基，該烯基包含C=C鍵，其中n=1~10，且該烯基可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；芳基，該芳基包括苯基及芳香性基團；伸烷基，該伸烷基包含化學式為=CH2及CR1R2之官能性，其中R1及R2各自如以上所述，且可視需要而具有羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或胺基之取代基；炔基，該炔基包含化學式為≡CH及≡CR之官能性，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；或化學式為-OOCR的醯氧基，其中R為C1~C10烷基、羥基、鹵素或烷基的胺基衍生物；(b)化學式為SinHy且包含至少一個Si-Si鍵的二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，且對於非支鏈或支鏈而言y=2n+2，對環狀化合物而言y=2n；及對應化學式為SinR1R2...Ry的經取代之二矽烷及聚矽烷，其中n=1~8，及R1、R2...Ry各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(c)化學式為H3Si-X-SiH3的橋接矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述； 及對應化學式為R1R2R3Si-X-SiR4R5R6的經取代之矽前驅物，其中X如以上所述，且R1、R2...R6各自如以上針對R1、R2、R3及R4各者所述；(d)化學式為H3Si-X-SiH2-Y-SiH2-...Z-SiH3或含有多個Si-Si鍵的多橋式支鏈狀及環狀矽前驅物，其中X為-CR1R2-、GeR1R2-、-NR-、-PR-、-O-、-S-、-SR1R2-及-Se-，其中R、R1及R2各自如以上所述；及對應的經取代之支鏈狀矽前驅物，其中X、Y及Z=C或N；及對應的環狀矽前驅物；(e)化學式為H2Si=SiH2的矽烯，及對應化學式為R1R2Si=SiR3R4的經取代之矽烯，其中R1、R2、R3及R4如以上所述；(f)化學式為HSi≡SiH的矽炔，及對應化學式為R1Si≡SiR2的經取代之矽炔，其中R1及R2如以上所述；(g)團簇狀矽化合物；(h)以預混合物或共流形式呈現的上述前驅物之其中一者或更多者；及(i)上述前驅物之其中一個前驅物或更多個前驅物，且該一個或更多個前驅物包括經同位素富集而使其中至少一同位素含量高於天然含量的前驅物；其中該組合物不包含SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、三甲基矽烷或三乙基矽烷，且條件係排除僅由以下 成分所組成之組合物：(1)四氟化矽、(2)矽烷、(3)四氟化矽及矽烷之混合物，或(4)四氟化矽、氙及氫。
  25. 如請求項24所述之組合物，包括經同位素富集而使至少一矽同位素含量高於天然含量的矽前驅物。
  26. 如請求項24所述之組合物，包括經同位素富集而使選自以下群組中之一個或更多個矽同位素含量高於天然含量的矽前驅物，該群組為：28Si、29Si及30Si。
  27. 如請求項24所述之組合物，包括經同位素富集而使29Si含量高於天然含量的矽前驅物。
  28. 如請求項24所述之組合物，包括經同位素富集而使除29Si以外之同位素含量高於天然含量的矽前驅物。
  29. 如請求項24所述之組合物，其包含的矽前驅物經同位素富集而使得依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達到至少10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%或更高至高達100%。
  30. 如請求項24所述之組合物，其包含的矽前驅物經同位素富集而使得依據該矽前驅物材料中所存在的總同位素物種計，29Si的含量達30%至70%。
  31. 如請求項24所述之組合物，包含矽前驅物及共流氣體。
  32. 如請求項31所述之組合物，其中該共流氣體選自於以下群組中：氫化物、鹵素(氟、溴、氯、碘)、鹵化物及鹵 化物錯合物、一氧化碳、二氧化碳、羰基氟化物、氙、二氟化氙、氧、氮、氬、氖、氪、氦、SiF4、SiH4、Si2H6、甲基矽烷、氟矽烷、氯矽烷、硒化氫、硫化氫、二硼烷、甲烷、氨、磷化氫及砷化氫。
  33. 如請求項24所述之組合物，其中該矽前驅物組合物包括該矽前驅物以外的氣體，且其中該其他氣體經同位素富集而使該氣體中之至少一同位素的含量高於天然含量。
  34. 如請求項24所述之組合物，其中該至少一矽前驅物包括選自以下群組中的矽前驅物：烷基矽烷；橋接矽氧烷；化學式為RnSiH(4-n)的化合物，其中0n4，及Rn為烷基、烷氧基、醯胺基、伸烷基、矽烷基、亞胺基、氫或乙酸根(acetate)；烷基二矽烷；三矽烷基胺；甲基矽烷；(MeHSi)4O4；Me2SiH2；EtSiH3；(MeO)3SiH；Me3SiSiMe3；n-BuSiH3；(SiH3)3N； (MeHSi)4O4(簡稱TMCTS)；Me2SiH2；Si3H8；Me2SiF2；HSiF3；SiHCl3；SiH2Cl2；SiH3Cl；(NMe)2Si2H4；Me3Si(CH2CH2)；(Me3Si)3SiH；(Me2Si)3(NHMe)3；(Me3Si)3GeH；[(tBu)NCH=CHN(tBu)]Si；(Me3Si)3N；[(MeO)3Si]3N；(C2H4O2)2Si；Si(OOCCH3)4；Me3Si(NMe2)；SiH(NMe2)3；Me3SiEt；Me2SiCH2NH2；Me3SiNHSiMe3；Si(OC2H5)4； 經部分氟化或氯化的材料；原位生成的材料；兼具鹵素及氫的分子；及上述前驅物的衍生物及混合物。
  35. 如請求項24所述之組合物，包括選自以下群組中的矽前驅物：(e)選自以下群組中的含矽前驅物：(i)化學式為Si(R1R2R3R4)或(R1R2)Si：(矽烯)的單體；(ii)化學式為[Si(R1R2R3)]2的二聚體；(iii)化學式為[Si(R1R2)]3的三聚體；及(iv)化學式為[Si(R1)]4的四聚體；其中R1、R2、R3及R4各自獨立選自於：C1~C8烷基；矽烷基；胺基；醯胺基；亞胺基；C1~C8烷氧基；矽氧基；鹵素；單烷基矽烷基、二烷基矽烷基及三烷基矽烷基，其中烷基為C1~C8烷基；單烷基胺基及二烷基胺基，其中烷基為C1~C8烷基；(f)聯吡啶及炔基矽烷加成物(alkyne silane adduct)；及(g)含有與硒直接鍵結之矽(Si-Se鍵)的硒化矽；及(h)經同位素富集而有至少一矽同位素含量高於天然含量的前驅物(a)~前驅物(c)。
  36. 如請求項35所述之組合物，其中該矽前驅物選自於群組(d)中。
  37. 一種矽前驅物組合物，包括選自群組A中的至少一矽前 驅物氣體，視需要可包含選自於群組B、群組C及群組D中的附加氣體或複數種附加氣體，其中當僅有選自群組A中的矽前驅物氣體存在時，選自群組B、群組C及群組D中的至少一附加氣體是以共流氣體的形式存在或是與該矽前驅物氣體混合成前驅物氣體混合物，且其中：群組A包括選自以下群組中的矽前驅物氣體：SiHxFy，其中x及y各自為1至3 SiHxCly，其中x及y各自為1至3 SiFxCly，其中x及y各自為1至3 SiHxFyClz，其中x為0至2，y為1或2，z為1或2；群組B包括選自以下群組中的氫或氫化物氣體：H2 PH3 AsH3 NH3 H2Se H2S CH4 GeH4 B2H6 SiH4群組C包括選自以下群組中的惰性氣體：Ne Ar Kr He Xe；及群組D包括選自以下群組中的其他氣體：N2 O2。
  38. 一種用於離子佈植系統的氣體供應套組，包括：第一氣體供應容器，以容納如請求項24所述的矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
  39. 如請求項38所述之氣體供應套組，其中該共流氣體包括氟反應抑制劑氣體。
  40. 如請求項39所述之氣體供應套組，其中該矽前驅物中的至少一矽同位素經同位素富集。
  41. 如請求項39所述之氣體供應套組，其中該氟反應抑制劑氣體包括以下之一者或更多者：氫、氫化物氣體、氮、矽烷及氨。
  42. 如請求項39所述之氣體供應套組，其中該氟反應抑制劑氣體包括氮。
  43. 如請求項39所述之氣體供應套組，其中該氟反應抑制劑氣體包括氨。
  44. 一種增進離子佈植系統之操作的方法，包括提供下列用 於該離子佈植系統中：第一氣體供應容器，以容納如請求項24所述的矽前驅物組合物；及第二氣體供應容器，以容納用於與該矽前驅物組合物併用的共流氣體。
  45. 如請求項44所述之方法，其中該共流氣體包括氟反應抑制劑氣體。
  46. 如請求項45所述之方法，其中該矽前驅物中的至少一矽同位素經同位素富集。
  47. 如請求項45所述之方法，其中該氟反應抑制劑氣體包括以下之一者或更多者：氫、氫化物氣體、氮、矽烷及氨。
  48. 如請求項45所述之方法，其中該氟反應抑制劑氣體包括氮。
  49. 如請求項45所述之方法，其中該氟反應抑制劑氣體包括氨。
  50. 一種矽前驅物組合物供應包，包括氣體儲存與分配容器，該氣體儲存與分配容器含有如請求項24所述的矽前驅物組合物。
  51. 如請求項50所述之矽前驅物組合物供應包，其中該氣體儲存與分配容器包含用於儲存該矽前驅物組合物的儲存介質。
  52. 如請求項51所述之矽前驅物組合物供應包，其中該儲存介質包括物理性吸附劑介質。
  53. 如請求項51所述之矽前驅物組合物供應包，其中該儲存 介質包括離子性液體儲存介質。
  54. 如請求項50所述之矽前驅物組合物供應包，其中該氣體儲存與分配容器包括壓力調節容器，且在該壓力調節容器的內部體積中包含壓力調節組件。
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