TWI674614B - 離子佈植方法及設備 - Google Patents
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Abstract
本揭示案介紹用於離子佈植之離子源設備，該設備包括離子源腔室及位於離子源腔室中或與離子源腔室關連之可消耗結構，其中可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料可易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。在另一態樣中，本揭示案係關於原位生成銻、銦或鎵前驅物之方法。本案揭示改良離子佈植系統中之離子源壽命的方法，該離子佈植系統接收銻、銦及鎵前驅物氣體中之至少一者以用於生成對應離子化摻雜劑物種，其中可有效改良離子佈植系統之離子源壽命之共流氣體共流至離子佈植系統之離子源腔室。本案描述鎵前驅物，該等前驅物包括(i)鹵化鎵；(ii)氫化鎵；(iii)鎵加合物；(iv)烷基鎵化合物；(v)氯烷基鎵烷；及(vi)(i)至(v)之同位素富集類似物，該等類似物包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。本案描述銻離子佈植製程，該製程包括向離子佈植系統之離子源供應銻前驅物，以用於生成銻離子以用於佈植，其中銻前驅物包括以下兩者中之至少一者：(i)SbH3及(ii)SbH3之一或更多個氘化類似物。
Description
本案根據專利法主張申請於2014年10月27日之美國臨時專利申請案第62/069,272號、第62/069,259號，及第62/069,233號之優先權權益。美國臨時專利申請案第62/069,272號、第62/069,259號、第62/069,233號之揭示內容在此以引用之方式分別全部併入本案中以用於各種目的。
本揭示案在一個態樣中係關於離子佈植系統及方法，其中向離子佈植設備的離子源腔室中提供或原位生成摻雜劑物種。在另一態樣中，本揭示案係關於銻、銦及鎵前驅組成物，且係關於利用該等組成物之離子佈植設備及方法。在又一態樣中，本揭示案係關於用於銻之離子佈植的離子佈植系統及製程。
在使用摻雜劑源材料以用於進行離子化以形成用於離子佈植之摻雜劑物種中，已開發多種用於生成摻雜劑物種之摻雜劑源材料。
在眾多情況下，摻雜劑源材料不具有足夠高之蒸氣壓以便向離子佈植系統之離子源腔室進行有效輸送。因此，使用具有低蒸氣壓之該等摻雜劑源材料可能
需要對離子佈植設備進行大量工具修正，以在充分地揮發摻雜劑源材料並防止摻雜劑源材料凝結及沉積在離子佈植系統之流動管線中所需的高溫下賦能輸送。因此，必須使用適應該種高溫操作之汽化器及流動管路系統(flow circuitry)。
然而，使用高溫卻是有問題的，因為摻雜劑源材料可能易於發生分解及副反應，從而使得難以控制離子佈植製程在離子佈植結構及裝置生產的容許公差內。此外，使用高溫限制對控制閥之使用，以使得蒸氣流控制受到不利影響。該等因素又導致從一個摻雜劑源材料到另一摻雜劑源材料之較長轉換時間，且在汽化器之安裝或更換/再充填期間，當汽化器未與周圍環境隔離時，亦可能存在安全危害。
前述問題已在諸如銻、銦及鎵之摻雜劑物種之離子佈植中遇到，因此對可接受的摻雜劑源材料之選擇受限，因為在利用用於向離子佈植系統之離子源腔室進行有效輸送的足夠高的蒸氣壓情況下，饋入材料之數量相對較少。
因此，該項技術在持續尋找新的銻、銦及鎵前驅組成物。
因此，提供賦能在離子佈植應用中有效利用低蒸氣壓摻雜劑源材料以便佈植對應摻雜劑物種的新方法是該項技術的實質性進展，存在相對極少高蒸氣壓摻雜劑前驅物之前述銻、銦或鎵摻雜劑物種即為這種情況。
本揭示案係關於離子佈植設備及製程，其中摻雜劑物種以使低蒸氣壓摻雜劑源材料得以使用之方式生成。
在一個態樣中，本揭示案係關於用於離子佈植之離子源設備，該設備包括：離子源腔室；及位於離子源腔室中或與離子源腔室關連之可消耗結構，該可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。
在另一態樣中，本揭示案係關於執行離子佈植之方法，該方法包括：在離子源腔室中生成離子化摻雜劑物種以用於進行該離子佈植，其中離子源腔室具有與其關連之可消耗結構，且其中可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑以便在該腔室中進行離子化以形成該等離子化摻雜劑物種，該方法包括使可消耗結構與反應物氣體接觸以達成離子化摻雜劑物種之該生成。
在又一態樣中，本揭示案係關於針對離子佈植系統之射束電流、離子源壽命及短時脈衝波形干擾(glitch)速率特性中之至少一者而改良離子佈植系統效能之方法，該方法包括：在該離子佈植系統之離子源腔室中生成離子化摻雜劑物種，其中離子源腔室具有與
其關連之可消耗結構，且其中可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料對易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑以便在該腔室中進行離子化以形成該等離子化摻雜劑物種，該方法包括使可消耗結構與反應物氣體接觸以達成離子化摻雜劑物種之該生成。
本揭示案之又一態樣係關於在使用前驅物之處理系統中原位生成銻、銦或鎵前驅物的方法，該方法包括在處理系統中提供該前驅物之銻、銦或鎵反應物，及使該前驅物之氣態共反應物流動以與銻、銦或鎵反應物接觸，以在處理系統中原位形成前驅物。
本揭示案亦係關於銻、銦及鎵前驅組成物，該等前驅組成物可用於離子佈植及其他半導體製造及工業應用。
在一個態樣中，本揭示案係關於在離子佈植系統中改良離子源壽命之方法，該離子佈植系統收納銻、銦及鎵前驅物氣體中之至少一者以用於生成對應離子化摻雜劑物種，該方法包括使共流氣體共流至離子佈植系統離子佈植系統之離子源腔室，該共流氣體可有效改良離子佈植系統之離子源壽命，其中當前驅物氣體為非鹵化時，共流氣體包括含鹵素之共流氣體，且其中當前驅物氣體包括含鹵素之前驅物時，共流氣體為非鹵化，在可選情況下，其中前驅物氣體與包括共物種氣體
之共流氣體中至少一者同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
在又一態樣中，本揭示案係關於用於進行離子佈植之供氣套件，該套件包括：第一供氣包裝，該包裝包含銻、銦及鎵前驅物中之至少一者，其中第一供氣包裝經配置以分配氣態形式的前驅物；第二供氣包裝，該包裝包含共流氣體，該共流氣體在與氣態前驅物共流至離子佈植器之離子源時可有效改良離子源壽命，其中當前驅物為非鹵化時，共流氣體包括含鹵素之共流氣體，且其中當前驅物氣體包括含鹵素之前驅物時，共流氣體為非鹵化，在可選情況下，其中前驅物氣體與包括共物種氣體之共流氣體中至少一者同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
在又一態樣中，本揭示案係關於在離子佈植設備中增強離子源壽命之方法，該方法包括供應如上所述之供氣套件以用於離子佈植設備中。
本揭示案之又一態樣係關於鎵離子佈植製程，該製程包括離子化鎵前驅物以形成鎵佈植物種，及在基板中佈植鎵佈植物種，其中鎵前驅物包括選自由以下各者組成的群組中之一或更多種前驅物材料：(i)鹵化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3；(ii)氫化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-之重複單元的聚合氫化鎵；(iii)式L：GaR3之鎵加合物，其中
L是加合基團，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3之烷基鎵化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y之氯烷基鎵烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)至(v)的同位素富集類似物，包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。
本揭示案之又一態樣係關於用於鎵離子佈植之離子源設備，該設備包括：離子源腔室；及鎵前驅物源，該源經配置以用於向離子源腔室輸送鎵前驅物，其中鎵前驅物源包括選自由以下各者組成的群組中之一或更多種前驅物材料：(i)鹵化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3；(ii)氫化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-之重複單元的聚合氫化鎵；(iii)式L：GaR3之鎵加合物，其中L是加合基團，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3之烷基鎵化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y之氯烷基鎵烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)至(v)的同位素富集類似物，包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。
本揭示案之另一態樣係關於離子佈植製程，該製程包括離子化前驅物以形成佈植物種，及在基板中佈植該佈植物種，其中該前驅物包括選自由以下各者組成之群組中之一或更多個前驅物材料：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富
集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
本揭示案在另一態樣中係關於增強離子佈植系統之操作以用於佈植銻、銦或鎵中至少一者的方法，該種方法包括供應選自由以下各者組成之群組中之對應前驅物材料以用於系統：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
在又一態樣中，本揭示案係關於用於佈植銻、銦或鎵中至少一者之離子佈植系統，該種系統包括離子源腔室，及對應前驅物材料源，該源經配置以提供對應前驅物材料以用於在離子源腔室中進行離子化以生成對應佈植物種，其中該對應前驅物材料源包括選自由以下各者組成之群組中之對應前驅物材料：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
本揭示案額外係關於銻之離子佈植，及對應系統及製程。
在一個態樣中，本揭示案係關於銻離子佈植製程，該製程包括向離子佈植系統之離子源供應銻前驅
物，以用於生成用於佈植之銻離子，其中銻前驅物包括以下各者中之至少一者：(i)SbH3及(ii)SbH3之一或更多個氘化類似物，且其中：當銻前驅物包括SbH3時，自一源供應銻前驅物，在該源中，銻前驅物在最小化或消除分解之溫度下維持被吸附狀態，且脫附及流向離子源以用於該供應；及當銻前驅物包括SbH3之一或更多個氘化類似物時，離子佈植系統經配置以在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作，在可選情況下，其中自一源供應銻前驅物，在該源中，銻前驅物維持被吸附狀態，且脫附及流向離子源以用於該供應。
在另一態樣中，本揭示案係關於銻離子佈植系統，該系統包括離子源及銻前驅物包裝，該包裝經排列以向離子源供應銻前驅物，其中該包裝中之銻前驅物包括以下各者中之至少一者：(i)SbH3及(ii)SbH3之一或更多個氘化類似物，且其中：當銻前驅物包括SbH3時，包裝包含被吸附狀態之銻前驅物，且系統包括冷凍源，該冷凍源經配置以將包裝中之銻前驅物維持在最小化或消除分解之溫度下，該包裝經配置以用於使銻前驅物脫附及自包裝中釋放銻前驅物以供應至離子源；且當銻前驅物包括SbH3之一或更多個氘化類似物時，離子佈植系統經配置以在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。
本揭示案之其他態樣、特徵及實施例將根據下文之描述及所附之申請專利範圍而更全面地顯而易見。
10‧‧‧離子佈植系統
12‧‧‧電弧腔室
14‧‧‧饋氣管線
16‧‧‧電漿
50‧‧‧散熱設備
70‧‧‧離子源設備
72‧‧‧摻雜劑源饋氣管線
80‧‧‧基底襯層
82‧‧‧開口
84‧‧‧氣流通路
86‧‧‧氣流通路
112‧‧‧離子源
122‧‧‧電漿腔室
124‧‧‧離子提取器總成
142‧‧‧電極
146‧‧‧提取孔板
166‧‧‧源
168‧‧‧質量流量控制器
170‧‧‧導管
300‧‧‧離子佈植處理系統
301‧‧‧離子佈植腔室
302‧‧‧儲存及分配容器
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‧‧‧離化器/離子源腔室
318‧‧‧管線
320‧‧‧泵
322‧‧‧質量分析器單元
324‧‧‧加速電機陣列
326‧‧‧偏轉電極
328‧‧‧基板元件
330‧‧‧可旋轉固持器
332‧‧‧軸
340‧‧‧管線
342‧‧‧泵
344‧‧‧管線
346‧‧‧泵
412‧‧‧導電腔室壁
414‧‧‧導電腔室壁
415‧‧‧中心軸
416‧‧‧導電腔室壁
420‧‧‧離子化區域
422‧‧‧電漿腔室支撐件
430‧‧‧金屬天線
432‧‧‧曝露U型金屬部分/金屬表面
434‧‧‧電源
440‧‧‧磁濾器總成
450‧‧‧支撐板
452‧‧‧斷流器
456‧‧‧真空壓力配件
457‧‧‧支腳區段
458‧‧‧端蓋
460‧‧‧平面之表面
462‧‧‧平行外表面
464‧‧‧凸緣部分
470‧‧‧環形磁鐵
472‧‧‧連接器
474‧‧‧強磁性插入物
476‧‧‧配件
480‧‧‧護罩
482‧‧‧清洗氣源
484‧‧‧質量流量控制器
500‧‧‧離子佈植系統
510‧‧‧氣箱
512‧‧‧共反應氣體氣筒
514‧‧‧清洗流體氣筒
516‧‧‧稀釋劑流體氣筒
518‧‧‧分配管線
520‧‧‧分配管線
522‧‧‧分配管線
524‧‧‧流量控制閥
526‧‧‧流量控制閥
528‧‧‧流量控制閥
530‧‧‧信號傳輸線
532‧‧‧混合腔室
534‧‧‧信號傳輸線
536‧‧‧信號傳輸線
538‧‧‧信號傳輸線
540‧‧‧壓力轉換器
542‧‧‧質量流量控制器
544‧‧‧離子源腔室
546‧‧‧離子佈植器腔室
第1圖是離子佈植系統之示意圖，該系統包括電弧腔室，該腔室具有饋氣管線以用於向電弧腔室饋送摻雜劑源氣體，以在腔室中進行該氣體之離子化。
第2圖是第1圖中離子佈植系統之橫剖面，該圖示意地圖示在該種系統之電弧腔室中之電漿生成。
第3圖是離子源總成之橫剖面立體圖，該總成包括離子源設備及散熱設備以用於進行離子源設備之熱管理。
第4圖是離子佈植處理系統之示意圖，該處理系統包括儲存及分配容器，該容器包含經供應以用於對圖示的離子佈植腔室中之基板進行離子佈植摻雜之氣體。
第5圖是離子佈植系統之離子源之橫剖面視圖。
第6圖是離子佈植系統之示意圖示，該系統包括處理監測及控制系統。
本揭示案係關於離子佈植，及更具體而言係關於設備及方法，其中以使低蒸氣壓摻雜劑源材料能夠得以使用之方式生成摻雜劑物種。
在一個態樣中，本揭示案係關於用於離子佈植之離子源設備，該設備包括：離子源腔室；及位於離子源腔室中或與離子源腔室關連之可消耗結構，該可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。
離子源設備中之可消耗結構可包括安置於離子源腔室中之結構構件，如襯層或離子源腔室之其他結構組件，或可消耗結構可為與離子源腔室關連之結構，如耦接至離子源腔室之氣體輸送管或具有關連特徵之其他結構組件，該其他組件經構建及排列以由於反應性氣體與該結構組件接觸而發生反應來提供氣態形式的摻雜劑。該結構可藉由與反應物氣體之反應而消耗以形成前驅物，對離子源設備或輔助設備之實體完整性沒有不利效應，亦即即使完全消耗結構構件，離子源腔室及輔助設備亦可維持其實體完整性。例如，可消耗結構可包括與共反應氣流通路共軸的管形構件，其中可消耗管形構件之消耗不減損可消耗管形構件所安置於其中之共反應氣流通路之實體完整性。因此，可消耗結構包括實體質量，且可具有片狀、桿狀、管狀、環件、碟狀或其他適當的形式，以用作反應物氣體之靶材。
用於離子源設備中之固體摻雜劑源材料可包括選自由銻、銦，及鎵組成之群組中之摻雜劑組分。由
此，固體摻雜劑源材料可包括銻摻雜劑前驅物、銦摻雜劑前驅物，及/或鎵摻雜劑前驅物。
用於該設備操作中之反應性氣體可為任何適合之類型，該反應性氣體可有效與固體摻雜劑源材料反應以向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。適合用於該種目的之說明性氣體包括選自由氟化氫、NF3、氧、氫及前述各者中兩個或兩個以上者之混合物組成之群組的氣體。
因此，離子源設備可經配置為包括反應性氣體源，該源以氣體輸送關係耦接至離子源腔室。
各種實施例中之固體摻雜劑源材料可包括同位素富集摻雜劑源材料，該材料同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
本揭示案之又一態樣係關於執行離子佈植之方法，該方法包括：在離子源腔室中生成離子化摻雜劑物種以用於進行該離子佈植，其中離子源腔室具有與其關連之可消耗結構，且其中可消耗結構包括固體摻雜劑源材料，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑以便在該腔室中進行離子化以形成該等離子化摻雜劑物種，該方法包括使可消耗結構與反應物氣體接觸以達成離子化摻雜劑物種之該生成。
在此方法中，可消耗結構可包括安置於離子源腔室中之結構構件，如襯層或離子源腔室之其他結構
構件。可消耗結構可替代地或額外地包括與離子源腔室關連之結構，例如耦接至離子源腔室之氣體輸送管。
可消耗結構中包括之固體摻雜劑源材料可為任何適合類型，且可例如包括選自由銻、銦，及鎵組成之群組的摻雜劑組分。因此，固體摻雜劑源材料可包括銻摻雜劑前驅物、鎵摻雜劑前驅物，及/或銦摻雜劑前驅物。
包括可消耗結構之固體摻雜劑源材料在各種實施例中可包括固體摻雜劑源材料，該固體摻雜劑源材料同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
用於與可消耗結構之固體摻雜劑源材料反應之反應性氣體可具有任何適合類型，該反應性氣體可與固體摻雜劑源材料反應以產生氣態形式的摻雜劑，以用於離子佈植系統之操作中之離子化及後續佈植。在特定實施例中，反應性氣體可包括選自由氟化氫、NF3、氧、氫及前述各者中兩個或兩個以上者之混合物組成之群組的氣體。
本揭示案之又一態樣係關於相對於離子佈植系統之射束電流、離子源壽命及短時脈衝波形干擾速率特性中至少一者而改良離子佈植系統效能之方法，該方法包括：在該離子佈植系統之離子源腔室中生成離子化摻雜劑物種，其中離子源腔室具有與其關連之可消耗結構，且其中可消耗結構包括一固體摻雜劑源材料，該材料易於與反應性氣體發生某種反應，該反應向離子源腔
室釋放氣態形式的摻雜劑以便在該腔室中進行離子化以形成該等離子化摻雜劑物種，該方法包括使可消耗結構與反應物氣體接觸以達成離子化摻雜劑物種之該生成。
該方法中使用之固體摻雜劑源材料可包括同位素富集摻雜劑源材料，該材料同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
在另一態樣中，本揭示案係關於在使用前驅物之處理系統中原位生成銻、銦或鎵前驅物的方法，該方法包括在處理系統中提供用於該前驅物之銻、銦或鎵反應物，及使該前驅物之氣態共反應物流動以與銻、銦或鎵反應物接觸，以在處理系統中原位形成前驅物。
處理系統中前驅物反應物之位置可為任何適合位置，該種反應物在該位置處可與氣態共反應物反應以產生前驅物，該前驅物用於離子化以產生佈植物種。如前所述，前驅物反應物可在結構上構建於處理系統中，或可經另外安置或提供以用於反應以生成所需前驅物，以用於進行離子化以形成適合的佈植物種。
在各種實施例中，處理系統可包括離子佈植系統，在該系統中，銻、銦或鎵反應物併入離子佈植系統之電弧腔室的結構組件中或以其他方式作為所展示的反應物，用於形成對應前驅物之反應。
處理系統可包括半導體處理系統，例如離子佈植系統或其他處理系統，如用於製造太陽能面板或扁平面板顯示器產品的處理系統。
作為說明性實施例之一個實例，前驅物可包括利用諸如元素銻(Sb)或Sb2O3之銻反應物原位生成之銻前驅物。
氣態共反應物可為任何適合之類型，該類型可與前驅物反應物發生反應以形成前驅物，該前驅物用於進行離子化以生成佈植物種。在各種實施例中，氣態共反應物可包括含氟氣態化合物，例如選自由XeF2、F2、NF3及N2F4組成之群組之氣態化合物。在其他實施例中，氣態共反應物可包括含氯氣態化合物，例如Cl2或其他氯化合物。
由此，前驅物可例如包括選自以下各者組成之群組的化合物：SbF3、SbCl3、GaCl3，及InCl3。
在前述的方法中，氣態共反應物之流速可經控制以獲得前驅物之受控流速，該前驅物產生為處理系統中之反應產物。
在各種特定實施例中，銻、銦或鎵反應物可包含在處理系統中之反應器(例如熱反應器)中。處理系統相應地包括離子佈植系統，其中控制反應器溫度氣態共反應物流速以獲得預定的離子佈植射束電流。
執行前述方法之方式使得前驅物之原位形成藉由控制製程而控制，該製程包括以下各者中之至少一者：(i)測量藉由氣態共反應物與銻、銦或鎵反應物接觸而形成之前驅物之量；(ii)對氣態共反應物與銻、銦或鎵反應物接觸之反應產物進行鑑別及定量；(iii)對在該
接觸之後未反應的氣態共反應物之量進行偵測；及(iv)對射束電流進行偵測，其中處理系統包括離子佈植系統。
在採用專用反應器之其他實施例中，反應器可包括多個反應器床，該等床經排列以用於在達到銻、銦或鎵反應物耗盡之端點條件時，將共反應氣體流自該多個反應器床中之一者切換至該多個反應器床中之包含銻、銦或鎵反應物的另一者。
在該等多床反應器排列中，用於切換之端點條件可由以下各者中一或更多者決定：完成對氣態共反應物合計流量之預定偵測；偵測到下降射束電流；及對從多個反應器床中的運轉中之一者排出氣體的分析。
上述方法可額外利用前驅物反應物，例如銻、銦或鎵反應物，該反應物富集高於天然豐度的上述各者之至少一種同位素。
在其他實施例中，可執行上述方法，在該方法中共流氣體流向或流經處理系統，該共流氣體例如根據需要為稀釋劑、平衡引導氣體、清洗氣體，等等。
現請參看附圖，第1圖是離子佈植系統10之示意圖示，該系統包括電弧腔室12，該腔室具有饋氣管線14以用於向電弧腔室饋送摻雜劑源氣體，以在腔室中進行該氣體之離子化。電弧腔室12由此提供離子源腔室，在該腔室中可提供包括固體摻雜劑源材料之可消耗結構，或該可消耗結構與該腔室關連，該可消耗結構易
於與反應氣體發生反應，該反應向腔室釋放氣態形式的摻雜劑。
第2圖是第1圖中離子佈植系統10之橫剖面，該圖示意地圖示在該種系統之電弧腔室12中之電漿16的生成。摻雜劑氣體在箭頭A所指示的方向流入摻雜劑氣體饋送管線14，令監測熱電偶TC1及TC2以監測關係緊固至該管線以決定進入電弧腔室之饋送管線及氣體之熱態品質，此為離子佈植系統在結合使用熱管理系統時所需。摻雜劑氣體饋送管線14可包括管或導管，該管或導管具有由固體摻雜劑源材料形成之內部層，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。以該種方式，反應性載氣可流經摻雜劑氣體饋送管線，且以可反應方式生成摻雜劑物種。摻雜劑物種由載氣運輸至離子佈植系統之離子源腔室內。
第3圖是離子源總成之橫剖面立體圖，該總成包括離子源設備70及可選散熱設備50以用於進行系統之熱管理。此橫剖面視圖圖示摻雜劑源饋氣管線72，該管線連接至饋氣塞中氣流通路84及連接至與離子源關連之氣體襯套中的氣流通路86。
第3圖中圖示之離子源設備包括基底襯層80，該襯層可由固體摻雜劑源材料形成，該材料易於與反應性氣體發生反應，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑，從而作為原位生成方法以向離子源腔室提
供摻雜劑。襯層80可經修正以在其中包括開口82，以在使用易於分解之摻雜劑源氣體時，提供進一步改良的離子源使用壽命。
前述排列圖示提供位於離子源腔室中或與離子源腔室關連之可消耗結構，該可消耗結構包括易於與反應性氣體發生反應之固體摻雜劑源材料，該反應向離子源腔室釋放氣態形式的摻雜劑。可監測可消耗結構可之使用壽命，且根據持續進行的維護計劃而將可消耗結構作為離子佈植系統之可消耗組件進行更換。
第4圖是離子佈植處理系統300之示意圖示，該系統包括容納共反應氣體之儲存及分配容器302，供應該共反應氣體用於與離子源腔室中之摻雜劑源反應物原位反應，以生成摻雜劑物種以用於在圖示之離子佈植腔室301中進行基板328之離子佈植摻雜。
儲存及分配容器302包括容器壁306，該容器壁圍封容納共反應氣體之內部體積。
容器可為習用類型之氣筒，該氣筒之內部體積經排列以僅儲存氣體，或替代地，容器可包含吸收劑材料，該吸收劑材料對共反應氣體具有吸收親和性，且共反應物源氣體可在分配條件下從該吸收劑材料脫附以便從容器中排出。
儲存及分配容器302包括以氣流連通方式與排出管線312耦接的閥頭308。壓力感測器310與質量流量控制器314一同安置在管線312內。其他監測及感
應組件可與管線耦接並與控制手段介接，該等手段如致動器、回饋及電腦控制系統、循環計時器，等等。
離子佈植腔室301包含離化器316，該離化器接收來自管線312之分配共反應氣體，該共反應氣體可與在離化器腔室中提供的或與離化器腔室關連的摻雜劑源反應物發生反應，以生成摻雜劑物種，該摻雜劑物種在離化器腔室中之離子化條件下產生離子束305。離子束305穿過質量分析器單元322，該單元選擇所需離子並捨棄未選擇的離子。
選中離子穿過加速電極陣列324，然後穿過偏轉電極326。由此所致的聚焦離子束衝擊在安置於可旋轉固持器330上之基板元件328上以形成摻雜基板以作為離子佈植產物，該可旋轉固持器330又安裝在軸332上。
離子佈植腔室301之各個區段分別憑藉泵320、342及346經由管線318、340及344排氣。
第5圖是離子源之橫剖面視圖，該離子源如可有效用於第4圖中圖示類型的離子佈植系統中，且該離子源在2000年10月24日頒與M.A.Graf等人的美國專利6,135,128中進行更充分地描述。
離子源112包括界定電漿腔室122之外殼，及離子提取器總成。向可離子化之摻雜劑氣體施予能量以在電漿腔室122內生成離子，該摻雜劑氣體由摻雜劑源反應物及共反應氣體形成。一般而言，產生正離子，
但系統可替代地經排列以生成負離子。由離子提取器總成124經由電漿腔室122中之縫隙而提取正離子，該總成124包括複數個電極142。因此，離子提取器總成用以經由提取孔板146從電漿腔室中提取正離子束，且使所提取之離子加速前往質量分析磁體(第5圖中未圖示)。
共反應氣體可自該種氣體之源166流出，及經由其中包含有質量流量控制器168之導管170被注入包含摻雜劑源反應物或與摻雜劑源反應物關連的電漿腔室122中。源166可包括基於吸收劑之儲氣及供氣容器，該容器例如具有以商標SDS商購自美國英特格公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)之類型；可包括壓力調節容器，該容器包括內氣壓調節器，該容器例如具有以商標VAC商購自美國英特格公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)之類型，或當使用固體共反應物材料時，源166可包括固體源容器，例如具有以商標ProE-Vap商購自美國英特格公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)之類型。電漿腔室122具有導電腔室壁412、414、416，該等壁包圍腔室內部中之離子化區域420，該區域用於進行摻雜劑源反應物與共反應氣體之反應產物的離子化。側壁414圍繞電漿腔室122之心軸415而圓形對稱。面對解析磁體之導電壁416連接至電漿腔室支撐件422。壁416支撐具有多個開口之孔板146，該等開口允許離子離開電漿腔室122，然後在多個彼此相間隔及電隔離提取電極124的下游位置處組合形成離子束。孔板146包
括一定數量個開口，該等開口以規定圖案排列，該等開口與相間隔開的提取電極142中經類似配置之多個孔徑對準。第5圖中僅圖示一個該種孔徑。
金屬天線430具有金屬表面432，該表面曝露在腔室內部內以用於將能量發射至電漿腔室122中。電漿腔室122外部的電源434利用具有適合特性之射頻(radio frequency；RF)信號激勵金屬天線430，以在金屬天線中建立交變電流以在電漿腔室122內誘發離子化電場，該射頻信號例如約13.56百萬赫(MHz)之射頻信號。天線功率可為適合用於特定離子化操作的任何適合量級，例如，數量級為500-3000瓦特(W)之功率。源腔室中之壓力例如可為1-10毫托數量級，以便源112充當低壓高密度電感源。電漿腔室122亦可包括延伸穿過天線430與孔板146之間的腔室內部區域之磁性濾波器總成440。
天線430可藉由可移除支撐板450而定位在電漿腔室122內。支撐板450由側壁414支撐在具有圓形切口452之位置，天線延伸穿過該切口。用於天線430之支撐板450經定尺寸以配合在腔室壁414中之切口452內，同時將天線430之曝露U型金屬部分432定位在離子化區域420內。
支撐板450界定兩個貫穿通路，該等通路容納兩個真空壓力配件456。在天線430之延長支腳區段457受推穿過配件之後，將端蓋458擰緊在配件上以密
封配件456與支腳區段457之間的接觸區域。天線430之輻照發射區域較佳為U型，且例如可利用鋁來構建。管件具有一外徑，該外徑經尺寸化穿過壓力配件456。在使用時，天線吸收來自周圍環境之熱。為了散逸此熱，冷卻劑選路輸送管件中心。
板件450具有大體平面表面460，該表面曝露於電漿腔室內部且包括背對腔室內部的平行外表面462。板件450之凸緣部分464覆蓋環形磁鐵470，該環形磁鐵圍繞壁414中之切口並藉由連接器472而附接於壁414。附接於支撐板450之鐵磁性插入物474配合填平磁體470，以便在板件450定位在切口452內時，鐵磁性插入物474及磁體470吸引彼此以將板件450緊固在適當位置，使天線430延伸至腔室內部中。
在離子源操作期間，產生熱且此熱被壁412、414、416、418吸收。可藉由冷卻劑而從腔室122中移除吸收的熱，冷卻劑被引入而穿過配件476以用於將水選路輸送至貫穿壁的通路內，且藉由第二出口配件(未圖示)而離開腔室。藉由此排列，壁的溫度可維持在不足100℃之溫度，使得離子源112充當冷卻壁離子源。
在離子佈植器操作期間，天線430中鄰近於支撐板450之區域尤其易於被濺射材料塗覆。為將該種濺射之效應降至最低，可在將天線插入支撐板450之前，將兩個護罩480套在鋁天線上。該等護罩較佳利用
鋁而構建，且藉由護罩與天線430之曝露鋁外表面之間的摩擦配合而維持在適當位置。
在離子源112之操作期間，摻雜劑元素之沉積可形成於包圍離子化區域420的內壁412、414及416上。在離子源112於正規操作條件下操作時，清洗氣體可與共反應氣體同時流動。可提供清洗氣源482與對應的質量流量控制器484，質量流量控制器484之清洗氣體輸出與質量流量控制器168之共反應氣體輸出先在導管170中結合，然後再輸送至電漿腔室122。或者，共反應氣體與清洗氣體可單獨輸送至電漿腔室。作為又一替代方式，清洗氣體可在電漿腔室之有效離子佈植操作之後流向電漿腔室。
可認識到，共反應氣體源166可包含與清洗材料及/或其他材料結合之共反應氣體，該等材料如稀釋劑、平衡引導材料、冷卻劑，等等。
第6圖是離子佈植系統500之示意圖示，該系統包括離子源腔室544與處理監測及控制系統。
如圖所示，離子佈植系統500包括氣箱510，供氣氣筒安置在該氣箱中，該等氣筒包括耦接至其中具有流量控制閥524的分配管線518之共反應氣體氣筒512、耦接至其中具有流量控制閥526的分配管線520之清洗流體氣筒514，及耦接至其中具有流量控制閥528之分配管線522的稀釋劑流體氣筒516。氣筒512中之共反應氣體經配置以與離子源腔室544(第6圖中未
圖示)中提供的或與離子源腔室544關連之摻雜劑源反應物發生反應。
閥524、526及528分別藉由信號傳輸線530、536及534連接至中央處理單元(central processing unit；CPU)，藉此，CPU可操作以回應於循環時間程式或CPU之其他信號產生能力而開啟或閉合各個閥至特定程度，該其他信號產生能力向受CPU監測之處理條件及/或組件提供閥調變回應。
耦接至各個氣筒的分配管線518、520及522端接在混合腔室532，以使得各個共反應氣體、清洗流體及稀釋劑流體中多個者可按照需求有選擇地與彼此混合。或者，單個氣筒(即共反應氣體氣筒512)可經排列以向腔室532分配其內含物，以使流自該腔室532前往其中包含壓力轉換器540及質量流量控制器(mass flow controller；MFC)542之饋送管線，然後流至離子源腔室544。離子源腔室544經排列以用於進行離子化操作，以對其中之摻雜劑源進行離子化，該摻雜劑源藉由共反應氣體與摻雜劑源反應物之反應而產生。執行離子化操作以產生離子束，該離子束被傳輸到離子佈植器腔室546。離子佈植器腔室546包含半導體或安裝在該腔室中之其他微電子裝置基板，以用於在基板中對所選擇之離子化摻雜劑物種進行佈植。
在第6圖之此說明性系統中，連通離子源之饋送管線中之壓力轉換器540藉由信號傳輸線538以信
號傳輸關係與CPU相連。質量流量控制器亦藉由信號傳輸線以信號傳輸關係與CPU相連。藉由壓力轉換器之此排列，產生與饋送管線中之壓力相關的信號，且該信號在線路538中被傳輸至CPU以用於實現監測目的。
在共反應氣體流至離子源期間，饋送管線中之壓力藉由壓力轉換器540感測及在信號傳輸線538中傳輸至CPU。
然後，CPU可回應性地調變向離子源腔室之共反應氣體流率。CPU亦可藉由根據利用信號傳輸線536發送至閥的控制信號而開啟流量控制閥526，來控制清洗流體自氣筒514進入饋送管線之流率。或者，可降低到達離子源之電弧功率。作為又一替代方式，可藉由利用信號傳輸線530傳輸至閥的控制信號而開啟閥524，藉由提高共反應氣體流速來減少共反應氣體之滯留時間，及/或藉由增添清洗流體及/或稀釋劑流體以便容積流速之總體提高使得共反應氣體在流動管路系統及離子源腔室中之滯留時間減少。以此方式，可以可控制方式調變共反應氣體與摻雜劑源反應物之反應，以提供適當的離子佈植系統操作。
本揭示案亦係關於銻、銦及鎵前驅組成物，及係關於利用該等前驅組成物以用於進行銻、銦及鎵佈植物種之佈植的離子佈植設備及方法。
在一個態樣中，本揭示案係關於在離子佈植系統中改良離子源壽命之方法，該離子佈植系統接收
銻、銦及鎵前驅物氣體中之至少一者以用於生成對應離子化摻雜劑物種，該方法包括使共流氣體共流至離子佈植系統之離子源腔室，該共流氣體可有效改良離子佈植系統之離子源壽命，其中當前驅物氣體為非鹵化時，共流氣體包括含鹵素之共流氣體，且其中當前驅物氣體包括含鹵素之前驅物時，共流氣體為非鹵化，在可選情況下，其中前驅物氣體與包括共物種氣體之共流氣體中至少一者同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
如本案中所使用，術語「共物種氣體」係指包含與前驅物氣體相同的摻雜原子之氣體。換言之，當前驅物氣體包括銻作為摻雜劑物種時，與該前驅物氣體結合使用之共物種氣體可能包括氣態銻化合物。同樣，當前驅物氣體包括銦作為摻雜劑物種時，與該前驅物氣體結合使用之共物種氣體可能包括氣態銦化合物，且當前驅物氣體包括鎵作為摻雜劑物種時，與該前驅物氣體結合使用之共物種氣體可能包括氣態鎵化合物。
在上文論述之方法中，含鹵素之共流氣體可包括含氟氣體，例如共物種含氟氣體，當前驅物氣體包括銻摻雜劑物種時該共物種含氟氣體如氟化銻，當前驅物氣體包括銦摻雜劑物種時該共物種含氟氣體如氟化銦，且當前驅物氣體包括鎵摻雜劑物種時該共物種含氟氣體如氟化鎵。或者，含鹵素之共流氣體可包括非氟鹵素氣體，如氯化物、碘化物，或溴化物氣體。
在特定實施例中，前驅物氣體可包括銻前驅物，例如Sb2O3。該種銻前驅物可與包括銻共流氣體(如SbF3或SbH3)之共流氣體結合使用。在其他實施例中，前驅物氣體可包括銦前驅物或鎵前驅物，且該等前驅物氣體可與適合之共流氣體結合使用，該等共流氣體包括共物種氣體。
在各種實施方式中，上述方法可利用諸如NF3或XeF2之共流氣體而執行。
在其他實施方式中也可執行前述方法，其中前驅物氣體及共流氣體(在包括共物種氣體之情況下)中至少一者同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。例如，前驅物氣體可同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。作為另一實例，共流氣體可包括共物種氣體，且可同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。作為又一實例，前驅物氣體及包括共物種氣體之共流氣體皆可同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
在又一態樣中，本揭示案係關於用於離子佈植之供氣套件，該供氣套件包括：第一供氣包裝，該包裝包含銻、銦及鎵前驅物中之至少一者，其中第一供氣包裝經配置以分配氣態形式的前驅物；第二供氣包裝，該包裝包含共流氣體，當該共流氣體與氣態前驅物共流至離子佈植器之離子源時，該共流氣體可有效改良離子源壽命，其中當前驅物為非鹵化時，共流氣體包括含鹵
素之共流氣體，且其中當前驅物氣體包括含鹵素之前驅物時，共流氣體為非鹵化，在可選情況下，其中前驅物氣體與包括共物種氣體之共流氣體中至少一者同位素富集高於天然豐度的其至少一種同位素。
在該種供氣套件之一說明性實施例中，第一供氣包裝中之前驅物可包括Sb2O3，而第二供氣包裝中之共流氣體可包括SbF3、NF3及XeF2中之至少一者。
本揭示案進一步設想在離子佈植設備中增強離子源壽命之方法，該方法包括供應如上所述供氣套件以用於離子佈植設備中。
在另一態樣中，本揭示案係關於鎵離子佈植製程，該製程包括離子化鎵前驅物以形成鎵佈植物種，及在基板中佈植鎵佈植物種，其中鎵前驅物包括選自由以下各者組成的群組中的一或更多個前驅物材料：(i)鹵化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3；(ii)氫化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-之重複單元的聚合氫化鎵；(iii)式L：GaR3之鎵加合物，其中L是加合基團，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3之烷基鎵化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y之氯烷基鎵烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)至(v)的同位素富集類似物，包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。
可執行此鎵製程，其中鎵前驅物包括選自以下各者中之一或更多個前驅物材料：(i)鹵化鎵，選自由GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3組成之群組。
在其他實施例中，可執行該製程，其中鎵前驅物包括選自以下各者之一或更多個前驅物材料：(ii)氫化鎵，選自由GaH3、Ga2H6及聚合氫化鎵組成之群組，該等聚合物包括式-(GaH3)-的重複單元。在各種實施例中，在前驅物離子化之前，該種鎵前驅物可經冷凍及/或被吸附。在鎵前驅物在其離子化之前經被吸附的情況下，前驅物經脫附以流動用於離子化操作。
前述鎵離子佈植製程可利用鎵前驅物而執行，該鎵前驅物包括選自以下各者之一或更多個前驅物材料：(iii)式L：GaR3之鎵加合物，其中L是加合基團，且R是H或C1-C12烷基。加合基團L可為任何適合之類型，且可例如包括路易斯鹼。鎵前驅物可例如包括(CH3)N：GaH3。
前述鎵離子佈植製程可利用鎵前驅物而執行，該鎵前驅物包括選自以下各者之一或更多個前驅物材料：(iv)式GaR3之烷基鎵化合物，其中R是C1-C12烷基。該種類型之鎵前驅物可包括Ga(CH3)3。
在前述鎵離子佈植製程之其他實施方式中，鎵前驅物可包括選自以下各者之一或更多個前驅物材料：(v)式GaClyR3-y之氯烷基鎵烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基。在此情況下，鎵前驅物在進行
離子化之前可藉由儲存在氮、氫或其他惰性氣體下而得以穩定。GaCl2CH3是該等氯烷基鎵烷之鎵前驅物化合物的說明性實例。
在前述鎵離子佈植製程之又一些其他實施方式中，鎵前驅物可包括選自以下各者之一或更多個前驅物材料：(vi)(i)至(v)的同位素富集類似物，該等類似物包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。特定實施例包括一製程，在該製程中，鎵前驅物同位素富集高於天然豐度的69Ga，且包括一製程，在該製程中，鎵前驅物同位素富集高於天然豐度的71Ga。
本揭示案在另一態樣中係關於用於鎵離子佈植之離子源設備，該設備包括：離子源腔室；及鎵前驅物源，該源經配置以用於向離子源腔室輸送鎵前驅物，其中鎵前驅物源包括選自由以下各者組成的群組中之一或更多個前驅物材料：(i)鹵化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaF3、GaCl3、GaCl2、GaBr2及GaI3；(ii)氫化鎵，選自由以下各者組成之群組：GaH3、Ga2H6及包括式-(GaH3)-之重複單元的聚合氫化鎵；(iii)式L：GaR3之鎵加合物，其中L是加合基團，且R是H或C1-C12烷基；(iv)式GaR3之烷基鎵化合物，其中R是C1-C12烷基；(v)式GaClyR3-y之氯烷基鎵烷，其中y是1或2，且R是H或C1-C12烷基；及(vi)(i)至(v)的同位素富集類似物，包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。
離子源設備可經構造以使得鎵前驅物源包括選自由(i)至(iv)組成之群組的一或更多個前驅物材料。在其他實施例中，該設備可包括鎵前驅物源，該鎵前驅物源包括選自由(v)氯烷基鎵烷組成之群組的一或更多個前驅物材料。在又一些其他實施例中，該設備可包括鎵前驅物源，該源包括選自由(i)至(v)之同位素富集類似物組成之群組的一或更多個前驅物材料，該等類似物包括同位素富集高於天然豐度的69Ga或71Ga之鎵。
本揭示案之另一態樣係關於離子佈植製程，該製程包括離子化前驅物以形成佈植物種，及在基板中佈植該佈植物種，其中該前驅物包括選自由以下各者組成之群組中之一或更多個前驅物材料：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
在各種實施例中，此離子佈植製程利用前驅物材料執行，該前驅物材料包括銻前驅物，該銻前驅物同位素富集121Sb高於57.4%。例如，在該種前驅物中，銻總量中121Sb之量可處於一範圍中，該範圍下限選自60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%及95%，且上限大於下限並選自75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%及100%。在
特定實施方式中，在該前驅物中，銻總量中121Sb之量可處於自60%至100%之範圍中。
所有該種同位素富集百分數在本案中係指原子百分數。
如上文概括所述之離子佈植製程可利用前驅物材料而執行，該前驅物材料包括銻前驅物，該銻前驅物同位素富集132Sb高於46.6%。例如，在該前驅物中，銻總量中132Sb之量可處於一範圍中，該範圍下限選自50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%及95%，且上限大於下限並選自75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%及100%。在特定實施方式中，在該前驅物中，銻總量中132Sb之量可處於自50%至100%之範圍中。
如上文概括所述之離子佈植製程可替代地利用前驅物材料而執行，該前驅物材料包括銦前驅物，該銦前驅物同位素富集113In高於4.3%。例如，在該前驅物中，銦總量中113In之量可處於一範圍中，該範圍下限選自5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%及95%，且上限大於下限並選自20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%及100%。在特定實施
方式中，在該前驅物中，銦總量中113In之量可處於自5%至100%之範圍中。
或者，離子佈植製程可利用前驅物材料而執行，該前驅物材料包括銦前驅物，該銦前驅物同位素富集115In高於95.7%。例如，在該前驅物中，銦總量中115In之量可處於一範圍中，該範圍下限選自96%、96.5%、97%、97.5%、98%、98.5%、99%、99.5%、99.8%、99.9%，且上限大於下限並選自98%、98.5%、99%、99.5%、99.8%、99.9%、99.95%及100%。在特定實施方式中，在該前驅物中，銦總量中115In之量可處於自96%至100%之範圍中。
如上文概括所述之又一態樣中之離子佈植製程可利用前驅物材料而執行，該前驅物材料包括鎵前驅物，該鎵前驅物同位素富集69Ga高於60%。例如，在該前驅物中，鎵總量中69Ga之量可處於一範圍中，該範圍下限選自65%、70%、75%、80%、85%、90%及95%，且上限大於下限並選自75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%及100%。在各種實施例中，在該前驅物中，鎵總量中69Ga之量可處於自65%至100%之範圍中。
或者，如上文概括所述之離子佈植製程可利用前驅物材料而執行，該前驅物材料包括鎵前驅物，該鎵前驅物同位素富集71Ga高於40%。該種前驅物中的鎵總量中71Ga之量可處於一範圍中，該範圍下限選自
45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%及95%，且上限大於下限並選自75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%、99.8%、99.9%及100%。在特定實施方式中，在該前驅物中，鎵總量中71Ga之量可處於自45%至100%之範圍中。
本揭示案在另一態樣中係關於增強離子佈植系統之操作以用於佈植銻、銦或鎵中至少一者的方法，該種方法包括供應選自由以下各者組成之群組中之對應前驅物材料以用於系統：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
在又一態樣中，本揭示案係關於用於佈植銻、銦或鎵中至少一者之離子佈植系統，該種系統包括離子源腔室，及對應前驅物材料源，該源經配置以提供對應前驅物材料以用於在離子源腔室中進行離子化以生成對應佈植物種，其中對應前驅物材料源包括選自由以下各者組成之群組中之對應前驅物材料：同位素富集高於天然豐度的121Sb與132Sb中一者之銻前驅物；同位素富集高於天然豐度的113In與115In中一者之銦前驅物；及同位素富集高於天然豐度的69Ga與71Ga中一者之鎵前驅物。
請再次參看附圖，可使用第4圖中示意性圖示之離子佈植系統，該系統利用儲存及分配容器，該容
器包含供應用於在圖示的離子佈植腔室中對基板進行離子佈植摻雜之前驅物，在該容器中，前驅物包括本揭示案之銻、銦或鎵前驅組成物。
在該等實施方式中，第4圖之離子佈植處理系統300包括容納本揭示案之銻、銦或鎵前驅物之儲存及分配容器302，該前驅物供應至離子源腔室316以生成摻雜劑物種以用於在離子佈植腔室301中對基板328進行離子佈植摻雜。
如前所述，儲存及分配容器302包括容器壁306，該容器壁圍封容納前驅物氣體之內部體積。
容器可為習用類型之氣筒，該氣筒之內部體積經排列以僅儲存氣體，或替代地，容器可包含吸收劑材料，該吸收劑材料對前驅物氣體具有吸收親和性，且前驅物氣體可在分配條件下從該吸收劑材料脫附以便從容器中排出。
儲存及分配容器302包括以氣流連通方式與排出管線312耦接的閥頭308。壓力感測器310與質量流量控制器314一同安置在管線312內。其他監測及感應組件可如先前論述與管線耦接並與控制手段介接，該等手段如致動器、回饋及電腦控制系統、循環計時器，等等。
離子佈植腔室301包含離子源腔室316，該離子源腔室接收來自管線312之分配前驅物氣體，該前驅物在該管線312中經離子化以產生摻雜劑物種，該摻
雜劑物種在腔室中之離子化條件下產生離子束305。離子束305穿過質量分析器單元322，該單元選擇所需離子並捨棄未選擇的離子。
選中離子穿過加速電極陣列324，然後穿過偏轉電極326。由此所致的聚焦離子束衝擊在安置於可旋轉固持器330上之基板元件328上以形成摻雜基板以作為離子佈植產物，該可旋轉固持器330又安裝在軸332上。
離子佈植腔室301之各個區段分別憑藉泵320、342及346經由管線318、340及344排氣，如前文所述。
本揭示案額外係關於用於進行銻之離子佈植的系統和製程。
儘管本揭示案之離子佈植系統及製程在下文中首先藉由參考射束線離子佈植系統及製程而進行描述，但將認識到，本揭示案之銻前驅物方法一般適用於其他離子佈植系統及製程，如電漿浸沒離子佈植。因此，如本案中所使用，術語「離子源」意欲概括地解釋為包含在其中執行前驅物離子化以產生用於離子佈植之佈植物種的任何腔室、反應器或區域。
更特定而言，本揭示案係關於將銻化氫及/或其氘化類似物用作前驅物以進行離子佈植。
銻化氫尚未被視為可商用之銻前驅物，相反，銻化氫被視作過於不穩定，無法用於該種用途。然而，儘管SbH3具有不穩定特性，但其具有顯著蒸氣壓力。
本揭示案之方法藉由從一源中供應銻化氫來使銻化氫能夠被有效用作前驅物以進行銻佈植，在該源中，銻前驅物在使分解降至最低或消除之溫度下維持被吸附狀態，該銻前驅物脫附及流向離子佈植系統之離子源以進行離子化，以形成銻佈植物種。
本揭示案在一相關態樣中利用氘化銻化氫(亦即SbH3-xDx，其中x具有範圍自1至3之值)以作為銻前驅物。在本揭示案之各種實施例中，氘化銻化氫包括SbD3。因此，本案中對銻化氫之氘化類似物的引用將理解為指示具有前述化學式SbH3-xDx的氘化銻化氫。該種氘化銻化氫可包括氘化銻化氫化合物之混合物，例如SbH2D、SbHD2及SbD3之混合物。
在使用氘化銻化氫時，利用該種前驅物之離子佈植系統在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。在該種應用中，可從一源供應氘化銻化氫前驅物，其中該種前驅物維持被吸附狀態，且脫附及流向離子源以用於進行離子化，以形成銻佈植物種。
因此，本揭示案設想一銻離子佈植製程，該製程包括向離子佈植系統之離子源供應銻前驅物，以用於生成銻離子以進行佈植，其中該銻前驅物包括SbH3及其氘化類似物中至少一者，且其中：(i)當銻前驅物包
括SbH3時，自一源供應銻前驅物，其中銻前驅物在使分解情況降至最低或消除之溫度下維持被吸附狀態，且脫附及流向離子源以用於進行該供應；及(ii)當銻前驅物包括銻化氫之氘化類似物時，離子佈植系統經配置以在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作，在可選情況下，其中自一源供應銻前驅物，在該源中，銻前驅物維持被吸附狀態，且脫附及流向離子源以用於進行該供應。
可執行前述製程，其中銻前驅物包括銻化氫，及被吸附狀態中之銻前驅物經低溫冷卻至使分解情況降至最低或消除之溫度。如此上下文中所使用，使分解情況降至最低的溫度是一種溫度，在該溫度下，前驅物在以該種被吸附狀態長達3個月儲存期間發生不足1%的分解。
在該種製程中，銻前驅物可在任何適合吸附劑材料上處於被吸附狀態，該吸附劑材料對前驅物具有吸附親和力。可能用於特定應用的適合吸附劑材料包括但不限定於氧化矽、分子篩、大網狀聚合物、碳、氧化鋁，等等。碳是較佳吸附劑材料，該材料在該種用途中具有適合之可逆吸附裝載能力。具有適合特性之碳材料可製備有適當的多孔特性及表面面積，且可安置在流體儲存及分配包裝中，以用作銻前驅物之儲存媒體。然後，銻前驅物可在分配條件下藉由適當的脫附形態從吸附劑上脫附，以便流向離子佈植系統之離子源腔室，該等形
態包括壓力介導脫附、溫度介導脫附、藉由使含吸附物之吸附劑曝露於載氣以便進行質量傳遞梯度介導脫附之脫附，或上述各種脫附形態中兩個或兩個以上者之組合。
前述製程可利用銻化氫之氘化類似物(如SbD3)而執行。在該種利用中，如若離子佈植系統之提取電壓大於發生生成中子之核反應所處的提取電壓，則離子佈植系統可操作以終止氘化銻化氫前驅物之流動。
氘在銻前驅物中之存帶來一問題，亦即當前驅物中之氘原子與佈植器中其他氘原子碰撞時可能導致不良核反應。該等核反應產生中子，該等中子難以偵測到，但在某一提取電壓下，該種核反應不以任何顯著水平存在。
因此，本揭示案設想利用氘化銻化氫前驅物以用於銻佈植的離子佈植系統，其中該系統經配置以阻止產生有害中子的不良核反應。該種預防特徵包括使用氘化銻化氫供氣包裝，該包裝配備有氣動或螺線管類型之控制閥，或其他適合類型之閥，該等閥經排列以在離子佈植工具工作超過預定提取電壓之情況下自動閉合。此自動閉合可經由軟接線或硬接線互鎖實行，或以其他適合方式實行。
此外，氘化銻化氫前驅物供應包裝可利用特定連接結構而構建，以便供應包裝只能連接至適當的氣
體輸送管線，以用於將氘化銻化氫前驅物運輸至離子佈植器之離子源腔室。
此外，氘化銻化氫前驅物包裝可經製造以包括RFID標籤，以使得在安裝有氘化銻化氫前驅物供應包裝時便於離子佈植器工具識別。或者，可使用實體接觸，當安裝該包裝時該實體接觸閉合。
作為又一預防性安全措施，離子佈植系統可經配置以便在安裝氘化銻化氫前驅物供應包裝時，離子佈植系在超過預定提取電壓時不執行製程，或者離子佈植系統經配置以僅在低於預定提取電壓之電壓下操作，無論使用何種前驅物皆如此。
氘化銻化氫前驅物除了被吸附以用於供應至離子佈植工具之外，亦可以上文藉由參考銻化氫前驅物自身所述的相同方式，經冷卻以將分解情況降至最低或消除。
由此，在使用氘化銻化氫前驅物，及流至離子源之前驅物流在離子佈植系統之提取電壓高於發生生成中子之核反應所處的提取電壓時被終止之前述製程中，可由輸氣管線中的流量控制閥閉合實現終止氣流，氘化銻化氫前驅物在該輸氣管線中流向離子源。或者，可如上文所論述執行該製程，以便自一源供應氘化銻化氫前驅物，該源經配置以便僅連接至輸氣管線，該管線賦能離子佈植系統在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。
可執行該製程，使得自一源供應氘化銻化氫前驅物，該源經配置有可與可操作地排列在離子佈植系統中的RFID標籤讀取器通訊之RFID標籤，以使得離子佈植系統被約束在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。RFID標籤與RFID標籤讀取器之間的通訊鏈路可利用手持式RFID標籤讀取器，例如智慧型手機或其他個人數位裝置，該裝置中包括實行該種鏈路的應用程式，或RFID標籤讀取器可整合為處理系統中之固定裝置，用於在前驅物包裝安裝在離子佈植系統中時讀取前驅物容器上之RFID標籤。
可執行該製程，使得自一源供應氘化銻化氫前驅物，在安裝該源以用於向離子佈植器工具供應前驅物之情況下，該源經配置以約束離子佈植系統在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。
如本案所提及，可在離子佈植系統中執行佈植製程，該離子佈植系統無法在超過發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準的情況下操作。
可自一源供應氘化銻化氫前驅物，在該源中，銻前驅物在位於氣體儲存及分配容器中之例如碳吸附劑上維持被吸附狀態，該容器在其內部體積中包含該吸附劑，使氘化銻化氫前驅物脫附及流向離子源以供應至離子佈植器工具。
被吸附狀態的氘化銻化氫前驅物可藉由例如液態氮冷凍迴路進行低溫冷卻，該迴路以可操作方式與
氘化銻化氫前驅物儲存及分配包裝耦接，以使得吸附劑根據對其分解的抑制而維持在適當的低溫下。
更一般而言，在上文概括描述的本揭示案之銻前驅物離子佈植製程中，銻前驅物可與共流氣體共流至離子源，該共流氣體可有效改良離子源腔室之源的壽命。共流氣體可為用於該種用途的任何適合類型，且在特定實施例中可包括含氟共流氣體。該種共流排列中之銻前驅物可在前驅組成物中包括銻化氫及/或氘化銻化氫。
因此，本揭示案設想銻離子佈植製程，該系統包括離子源及經排列以向離子源供應銻前驅物之銻前驅物包裝，其中該包裝中之銻前驅物包括SbH3及其氚化類似物中至少一者，且其中：(i)當銻前驅物包括SbH3時，包裝包含被吸附狀態之銻前驅物，且系統包括冷凍源，該冷凍源經配置以將包裝中之銻前驅物維持在最小化或消除分解情況之溫度下，該包裝經配置以用於使銻前驅物脫附及自包裝中釋放銻前驅物以供應至離子源；及(ii)當銻前驅物包括氘化銻化氫類似物時，離子佈植系統經配置以在低於發生生成中子之核反應所處的提取電壓位準下操作。
佈植系統中之銻前驅物由此可包括SbH3及/或諸如SbD3之氘化銻化氫類似物，其中在可選情況下該包裝包含被吸附狀態之銻前驅物，且其中進一步在可選情況下該系統包括冷凍源，該源經配置以將包裝中之銻
前驅物維持在使分解情況降至最低或消除之溫度下，該包裝經配置以用於銻前驅物之脫附及從包裝中排出銻前驅物以供應至離子源。
作為又一變體，本揭示案所設想之銻前驅物可包括同位素富集高於天然豐度的銻之至少一種同位素之銻前驅物。該種同位素富集銻化氫或氘化銻化氫前驅物可有效用以改良離子佈植系統之射束電流、離子源壽命，及其他操作態樣。
在本揭示案之廣泛實踐中，銻前驅物氣體可包括銻化氫自身、一或更多個氘化銻化氫類似物，或銻化氫與氘化銻化氫之混合物。
請再次參看附圖，第4圖中圖示之處理系統可經部署為銻離子佈植製程系統，該系統包括儲存及分配容器，該容器包含銻化氫或氘化銻化氫前驅物，該前驅物被供應以用於在圖示的離子佈植腔室中對基板進行離子佈植銻摻雜。
在該修改中，離子佈植處理系統300包括容納銻化氫及/或氘化銻化氫前驅物之儲存及分配容器302，該前驅物供應至離子源腔室316以生成銻摻雜劑物種以用於在圖示的離子佈植腔室301中對基板328進行離子佈植銻摻雜。
如前所述，儲存及分配容器302包括容器壁306，該容器壁圍封容納前驅物氣體之內部體積。
容器可為習用類型之氣筒，該氣筒之內部體積包含吸收劑材料，該吸收劑材料對銻前驅物氣體具有吸收親和性，且銻前驅物氣體可在分配條件下從該吸收劑材料脫附以便從容器中排出。
儲存及分配容器302包括以氣流連通方式與排出管線312耦接的閥頭308。壓力感測器310與質量流量控制器314一同安置在管線312內。其他監測及感應組件可與管線耦接並與控制手段介接，該等手段如致動器、回饋及電腦控制系統、循環計時器，等等，如前文中所描述。
在該種實施方式中，離子佈植腔室301包含離子源腔室316，該離子源腔室接收來自管線312之分配銻化氫及/或氘化銻化氫前驅物氣體，該前驅物在該管線312中經離子化以產生銻摻雜劑物種，該摻雜劑物種在腔室中之離子化條件下產生離子束305。離子束305穿過質量分析器單元322，該單元選擇所需離子並捨棄未選擇的離子。
選中離子穿過加速電極陣列324，然後穿過偏轉電極326。由此所致的聚焦離子束衝擊在安置於可旋轉固持器330上之基板元件328上以形成銻摻雜基板以作為離子佈植產物，該可旋轉固持器330又安裝在軸332上。
如先前對第4圖中系統的部署所述，離子佈植腔室301之各個區段分別憑藉泵320、342及346經由管線318、340及344排氣。
根據本揭示案之另一個實施例，第6圖中示意地圖示的離子佈植系統500由於包括離子源腔室544及處理監測及控制系統而可用於另一操作用途，此系統可適應於基板之銻摻雜。
在該種調適中，離子佈植系統500包括氣箱510，供氣氣筒安置在該氣箱中，該等氣筒中包括：耦接至其中具有流量控制閥524的分配管線518之銻化氫及/或氘化銻化氫前驅物氣筒512、耦接至其中具有流量控制閥526的分配管線520之共流氣體氣筒514，及耦接至其中具有流量控制閥528之分配管線522的稀釋劑或清洗流體氣筒516。氣筒512中之銻化氫及/或氘化銻化氫可在該種容器中在碳或其他吸附劑上維持被吸附狀態，且容器可藉由適合的冷凍設備(第6圖中未圖示)經冷卻至適合溫度以用於抑制前驅物氣體在該容器中之分解。
如前所述，閥524、526及528分別藉由信號傳輸線530、536及534連接至中央處理單元(central processing unit；CPU)，藉此，CPU可操作以回應於循環時間程式或CPU之其他信號產生能力而開啟或閉合各個閥至特定程度，該能力向受CPU監測之處理條件及/或組件提供閥調變回應。
耦接至各個氣筒的分配線路518、520及522端接在混合腔室532，以使得各別前驅物氣體、共流氣體及稀釋劑或清洗流體中多種氣體可選擇性地按照需求與彼此混合，或來自容器之各個流體可連續流向混合室及隨後流向離子源腔室。在一特定實施例中，前驅物氣體氣筒512可經排列以將前驅物分配至腔室532，同時使共流氣體從共流氣體氣筒514流至腔室532，從腔室532流至其中包含壓力轉換器540及質量流量控制器542之饋送管線，然後到達離子源腔室544，隨後在離子佈植操作已經結束之後，清洗流體從氣筒516流至離子源腔室以用於清洗該腔室。
離子源腔室544經排列以用於進行離子化操作，以在該腔室中離子化銻摻雜劑源。執行離子化操作以產生離子束，該離子束被傳輸到離子佈植器腔室546。離子佈植器腔室546可包含半導體或安裝在該腔室中之其他微電子裝置基板，以用於在基板中對所選擇之離子化摻雜劑物種進行佈植。或者，基板可包括用於製造扁平狀平板顯示器或太陽能面板的基板。
在第6圖之此說明性系統中，連通離子源之饋送管線中之壓力轉換器540藉由信號傳輸線538以信號傳輸關係與CPU相連。質量流量控制器亦藉由信號傳輸線以信號傳輸關係與CPU相連。藉此壓力轉換器之此排列，產生與饋送管線中之壓力相關的信號，且該信號在線路538中被傳輸至CPU以用於實現監測目的。
在銻前驅物流至離子源期間，饋送管線中之壓力藉由壓力轉換器540感測及在信號傳輸線538中傳輸至CPU。
然後，CPU可回應性地調變向離子源腔室之共流氣體流動。CPU亦可藉由根據利用信號傳輸線536發送至閥的控制信號而開啟流量控制閥526，來控制清洗流體自氣筒514進入饋送管線之流率。或者，可減少到達離子源之電弧功率。作為又一替代方式，可藉由利用信號傳輸線530傳輸至閥的控制信號而開啟閥524，藉由提高前驅物氣體流速來減少前驅物氣體之滯留時間，及/或藉由增添共流氣體及/或稀釋劑流體以便容積流速之總體提高，以使得銻前驅物氣體在流動迴路系統及離子源腔室中之滯留時間減少。以此方式，可以可控制方式調變銻前驅物氣體與共流氣體之流速，以提供適當的離子佈植系統操作。
儘管本案中已藉由參考具體態樣、特徵及說明性實施例之方式闡述本揭示案，但將瞭解，本揭示案之實用性並非僅限於此，而延伸至及包含眾多其他變異、修正及替代性實施例，如本揭示案所屬領域之彼等一般技術者基於本案中之描述將瞭解的。相應地，如下文中所主張，本揭示案意欲在其精神及範疇內經廣泛分析及釋義為包括所有該等變異、修正及替代性實施例。
Claims (15)
- 一種用於進行離子佈植之離子源設備，包括：一離子源腔室；及一可消耗結構，位於該離子源腔室中或與該離子源腔室關連，該可消耗結構包括易於與一反應性氣體發生反應之一固體摻雜劑源材料，該反應向該離子源腔室釋放一氣態形式的摻雜劑，其中該可消耗結構包括一結構構件，該結構構件安置在該離子源腔室中，且其中該結構構件包括在該離子源腔室中之一襯層。
- 如請求項1所述之離子源設備，其中該可消耗結構包括一輸氣管，該輸氣管耦接至該離子源腔室。
- 如請求項1所述之離子源設備，其中該固體摻雜劑源材料包括一摻雜劑組分，該摻雜劑組分選自由銻、銦，及鎵組成之群組。
- 如請求項1所述之離子源設備，進一步包括一反應性氣體源，該反應性氣體源以輸氣關係耦接至該離子源腔室。
- 如請求項4所述之離子源設備，其中該反應性氣體源包括選自由氟化氫、NF3、氧、氫及前述 各者中兩個或兩個以上者之混合物組成之群組的氣體。
- 如請求項1所述之離子源設備，其中該固體摻雜劑源材料包括一銻摻雜劑前驅物。
- 如請求項1所述之離子源設備，其中該固體摻雜劑源材料包括一鎵摻雜劑前驅物。
- 如請求項1所述之離子源設備，其中該固體摻雜劑源材料包括一銦摻雜劑前驅物。
- 一種執行離子佈植之方法，該方法包括以下步驟：在一離子源腔室中生成離子化摻雜劑物種以用於進行該離子佈植，其中該離子源腔室具有與其關連之一可消耗結構，且其中該可消耗結構包括一固體摻雜劑源材料，該固體摻雜劑源材料易於與一反應性氣體發生反應，該反應向該離子源腔室釋放一氣態形式的摻雜劑以便在該腔室中進行離子化以形成該等離子化摻雜劑物種，該方法包括以下步驟：使該可消耗結構與該反應物氣體接觸以便進行該離子化摻雜劑物種之該生成步驟，其中該可消耗結構包括一結構構件，該結構構件安置在該離子源腔室中，且其中該結構構件包括在該離子源腔室中之一襯層。
- 如請求項9所述之方法，其中該可消耗結構包括一輸氣管，該輸氣管耦接至該離子源腔室。
- 如請求項9所述之方法，其中該固體摻雜劑源材料包括一摻雜劑組分，該摻雜劑組分選自由銻、銦，及鎵組成之群組。
- 如請求項9所述之方法，其中該反應性氣體包括選自由氟化氫、NF3、氧、氫及前述各者中兩個或兩個以上者之混合物組成之群組的氣體。
- 如請求項9所述之方法，其中該固體摻雜劑源材料包括一銻摻雜劑前驅物。
- 如請求項9所述之方法，其中該固體摻雜劑源材料包括一鎵摻雜劑前驅物。
- 如請求項9所述之方法，其中該固體摻雜劑源材料包括一銦摻雜劑前驅物。
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