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TW201807236A - 適於離子植入以產生含鍺之離子束電流的鍺組成物 - Google Patents

適於離子植入以產生含鍺之離子束電流的鍺組成物 Download PDF

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TW201807236A
TW201807236A TW106112055A TW106112055A TW201807236A TW 201807236 A TW201807236 A TW 201807236A TW 106112055 A TW106112055 A TW 106112055A TW 106112055 A TW106112055 A TW 106112055A TW 201807236 A TW201807236 A TW 201807236A
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亞倫 瑞尼克
夏威尼 辛哈
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Abstract

本發明關於一種適於離子植入之改良組成物。提供包含GeF4之摻雜劑源及包含CH3F之輔助物種，其中該輔助物種與該摻雜劑氣體結合可產生含Ge之離子束電流。用於選擇該輔助物種之標準是基於下列性質之組合：游離能、總游離截面、鍵解離能對游離能的比率及特定組成。

Description

適於離子植入以產生含鍺之離子束電流的緒組成物 〔相關申請案之相互參照〕
本專利申請案請求2016年4月11日申請的美國申請案序號第62/321,069號之優先權，其揭露在此係以引用的方式將其全文併入本文以供用於所有目的。
本發明關於一種包含氟甲烷(CH3F)之輔助物種結合四氟化鍺、GeF4、Ge摻雜劑源以產生含鍺離子束電流的組成物。
離子植入係用於基於半導體的裝置如發光二極體(LEDs)、太陽能電池及金氧半導體場效電晶體(MOSFETs)之製造。離子植入係用以引進摻雜劑以改變半導體之電子或物理性質。
在傳統離子植入系統中，將被稱作該摻雜劑 源之氣態物種加至離子源之電弧室。該離子源室包含陰極，該陰極被加熱至其熱離子產生溫度(thermionic generation temperature)以產生電子。電子朝該電弧室壁加速且與存於該電弧室之摻雜劑源氣體分子碰撞以產生電漿。該電漿包含解離離子、自由基及該摻雜劑氣體物種之中性原子和分子。自該電弧室擷取離子接著分離以選擇目標離子物種，接著將該目標離子物種導向目標基材。產生之離子量取決於該電弧室的不同參數，包括，但不限於，每單位時間供給該電弧室的能量(即功率水準)及該摻雜劑源及/或輔助物種流入該離子源的流速。
當今廣泛使用數種摻雜劑源，如，含該摻雜劑原子或分子之氟化物、氫化物及氧化物。這些摻雜劑源可能受限於其產生該目標離子物種束電流之能力且必需持續改良該束電流，尤其是在高劑量離子植入應用，如源極汲極/源極汲極延伸植入物(source drain/source drain extension implant)、多晶矽摻雜及閾值電壓調諧(threshold voltage tuning)。於一實例中，GeF4係常用於Ge離子植入之摻雜劑源。半導體之Ge摻雜有幾種應用，包括用於產生超薄接面之Si表面預非晶化(preamorphization)及finFETs之閘極氧化物和電極的閾值電壓調諧。
如今，藉由將產生含該目標摻雜劑物種之離子的氣體引進該電漿達到加大的束電流。用於使該摻雜劑氣體源游離所產生之束電流加大之一已知方法是對該摻雜 劑源添加共物種(co-species)以產生更多摻雜劑離子。例如，美國專利第7,655,931號揭露添加具有與該摻雜劑氣體相同之摻雜劑離子的稀釋氣體。然而，該束電流增量對特定離子植入物調製法可能不夠高。事實上，已經有共物種之添加實際上使該束電流降低之例子。關於這一點，美國專利第8,803,112號於第3圖及比較例3和4證實將SiH4或Si2H6之稀釋劑分別加於SiF4之摻雜劑源與單獨由SiF4產生之束電流相比實際上使束電流降低了。
另一種方法包括使用同位素富集之摻雜劑源。例如，美國專利第8,883,620號揭露故意添加同位素富集型天然摻雜劑氣體如GeF4以加入每單位體積更多莫耳數之摻雜物離子。然而，利用同位素富集之氣體可能必需對離子植入程序進行實質變動且可能需要重新評定，那是一個耗時之過程。此外，該同位素富集型不一定要產生量與同位素富集度(isotopic enrichment level)成正比增大之束電流。再者，同位素富集之摻雜劑源不容易自市場購得。即使能自市場購得，此類來源也可能由於單離高於天然豐富量之摻雜劑源的預定同位素所需要之程序而比其天然型更貴。此同位素富集之摻雜劑源成本之提高有時候可能無法從所觀察到之束電流增量的觀點獲得證明，僅某些摻雜劑源已經被觀察到相對於其天然型產生邊際效益改善。
有鑑於這些缺點，對於改善該含Ge之離子束電流仍然有未獲滿足之需求。
由於這些缺陷，本發明關於一種適合輔助物種CH3F結合摻雜劑源GeF4之組成物，該組成物能產生含Ge之離子束電流，該離子束電流係目標摻雜劑離子(即，含Ge之目標離子物種)，其中該摻雜劑源也能與其他任意的稀釋劑物種混合。挑選CH3F作為適合輔助物種之標準係根據下列性質之組合：游離能、總游離截面、鍵解離能對游離能比率及特定之組成。咸應能了解本發明之其他用途及益處皆適用。
於一態樣中，本發明關於一種適用於製造含Ge之目標離子物種以產生含Ge之離子束電流的離子植入機之組成物，該組成物包含：能衍生出含Ge之目標離子物種的包含GeF4之摻雜劑源；及含CH3F之輔助物種：其中該摻雜劑源及該輔助物種填滿該離子植入機且於其內交互作用以產生含Ge之目標離子物種。
第1圖係關於72GeF4氣體混合物之相對72Ge離子束電流數據的條狀圖；及第2圖係比較由天然GeF4及同位素富集之72GeF4氣體混合物所產生之相對Ge離子束電流的條狀圖。
本發明之不同元素的關係和運行藉由下列詳細描述將易於理解。該詳細描述能預期到不同排列和組合之特徵、態樣及具體實例，這皆在本揭示內容之範疇以內。本揭示內容因此可詳載成包含這些指定特徵、態樣及具體實例、或其被選定者之任何組合及排列，由該任何組合及排列組成，或基本上由該任何組合及排列組成。
除非另行指明，否則咸應理解所有組成皆係以該組成物之總體積為基準表示成體積百分比(vol%)。
咸應了解提及摻雜劑源及輔助物種也可包括任何同位素富集型。明確地說，GeF4或該輔助物種CH3F之任何原子皆可能被同位素富集的比天然豐富量(natural abundance level)高。
當用於此處及整個說明書時，該措辭“同位素富集之”及“富集之”摻雜物氣體能相互交換使用以意指該摻雜劑氣體含有與天然同位素分佈不同之質量同位素分佈，藉以該質量同位素中之其一具有比存於天然水準高之富集度。舉例來說，58% 72GeF4表示含有58%富集度之質量同位素72Ge的同位素富集或富集摻雜物氣體，而天然GeF4含有27%天然豐富量之質量同位素72Ge。此處及全文所用之富集度係以該材料所含之質量同位素的總體積分佈為基準，表示成體積百分比。
咸應了解此處及全文所述之GeF4摻雜劑源及CH3F輔助物種可包括其他構成成分(例如，無可避免之微量污染物)藉以使此構成成分之含量不會不利地衝擊該 CH3F與GeF4之交互作用。
本揭示內容關於一種包含摻雜劑源GeF4和輔助物種CH3F之用於離子植入的組成物，其中該輔助物種與該摻雜劑氣體結合且有用或沒用任意的稀釋劑物種產生含Ge之離子束電流。此處及全文所述之措辭“含Ge之目標離子物種”或“希望之摻雜劑離子”係定義成源於被植入目標基材(包括但不限於，晶圓)之表面的GeF4摻雜劑源之任何含Ge之帶正電荷或帶負電荷的原子或分子片段。此處及全文所述之措辭“GeF4”表示天然形式之摻雜劑源。此處及全文所述之措辭“含Ge”包括Ge之任何質量同位素。以下將會說明，本發明認知需要現行摻雜劑源之改良型，特別是在離子植入之高劑量應用(即，高於1013atoms/cm2)方面，且提供用於達成本發明之新穎溶液。
於一態樣中，本發明涉及包含含Ge之目標離子物種及含CH3F之輔助物種的摻雜劑源GeF4，其中該輔助物種具有下列特性：(i)比該摻雜劑源低之游離能；(ii)比2Å2高之總游離截面；(iii)大於等於0.2之鍵解離能對游離能比率；及(iv)具有不含該目標離子物種之特徵的組成。不欲為任何特定理論束縛，申請人發現當該輔助物種CH3F與該摻雜劑源GeF4共流，相繼地流入或混合時，該GeF4摻雜劑源及該CH3F輔助物種會彼此交互作用以產生含Ge之目標離子物種。
於另一個態樣中，該GeF4摻雜劑源及該CH3F輔助物種會彼此交互作用以產生比單獨由該GeF4摻雜劑源 所產生者高之含Ge離子的含Ge之離子束電流。產生較高含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流的能力令人驚訝，已知該輔助物種CH3F不含含Ge之目標離子物種，結果使該GeF4摻雜劑源稀釋且使引進電漿之GeF4摻雜劑源分子的數目減少。該輔助物種CH3F會藉由與該摻雜劑源GeF4協同交互作用形成含Ge之目標離子物種而增進該摻雜劑源GeF4游離，而能使含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流增大，即使是該CH3F輔助物種不包括含Ge之目標離子物種亦同。
該CH3F輔助物種能於單一儲存容器中與該GeF4摻雜劑源混合。選擇性地，該CH3F輔助物種及GeF4摻雜劑源能自獨立儲存容器一起流出。又再者，該CH3F輔助物種及GeF4摻雜劑源能自獨立儲存容器相繼地流入離子植入機以產生最終之混合物。當一起流出或相繼地流動時，結果產生之組成物混合物能在該離子室上游或該離子源室內產生。於另一個實例中，該組成物混合物係以蒸氣或氣相抽出，接著流入離子源室，其中使該氣體混合物游離以產生電漿。含Ge之目標離子物種能接著自該電漿被引出且植入基材表面。
本文所用之游離能表示自單離之氣體物種移除電子且形成陽離子所需要的能量。該游離能之值能自文獻獲得。更明確地說，文獻出處能於National Institute of Standards and Technology(NIST)chemistry webbook (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/)找到。游離能之值能利用電子撞擊游離(electron impact ionization)、光電子光譜或光游離質譜以實驗方式測定。游離能之理論值能利用密度泛函理論(DFT)及模型化軟體，如市售可得之Dacapo、VASP及Gaussian獲得。儘管供給電漿之能量係離散值，但是該電漿中之物種卻存於不同能量之廣大分佈範圍。依據本發明之原理，當具有比該摻雜劑源低之游離能的輔助物種與該摻雜劑源一起加入或引入時，該輔助物種能在該電漿之較大能量分佈範圍游離。結果，該電漿中之總離子種群會增多。此增多之離子種群由於該輔助物種之離子於電場存在下加速且與該摻雜劑源碰撞使其進一步斷裂成更多片段而導致“輔助物種離子輔助游離”。淨結果是含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流增大。相反地，若將游離能比該摻雜劑源高之物種引入該摻雜劑源，添加之物種會形成比該摻雜劑源所產生之離子低的離子比例，那會使該電漿中之總離子百分比降低且會使含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流減小。依據本發明之原理，選定之輔助物種CH3F具有13.1eV之游離能，而選定之摻雜劑源GeF4的游離能係15.7eV。
儘管希望具有比該摻雜劑源低之游離能的輔助物種，但是本發明卻認為該較低游離能本身卻可能不會使含 Ge之離子束電流增大。其他適用之標準必須符合本發明之原理。明確地說，該輔助物種必須具有最小總游離截面。本文所用之分子或原子的總游離截面(TICS)係定義成該分子或原子在電子及/或離子撞擊游離之下形成離子的機率，該機率係以面積單位(例如，cm2、A2、m2)當成以eV為單位之電子能的函數表示。咸應能理解此處及全文所用之TICS表示於特定電子能之最大值。實驗數據及BEB估值能自文獻及透過National Institute of Standards and Technology(NIST)資料庫得到(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值能利用電子撞擊游離或電子游離解離以實驗方式測定。該TICS能利用二元碰撞Bethe(binary encounter Bethe；BEB)模型以理論方式估計。由於該電漿中之碰撞事件數目增加，使斷裂鍵之數目增加且離子片段之數目增加。因而，除了較低游離能外，本發明發現足敷該輔助物種用之總游離截面也是協助該摻雜劑物種游離之希望性質。於較佳具體實例中，該輔助物種具有大於2Å2之TICS。申請人發現大於2Å2之游離截面提供能發生必要碰撞之充分可能性。該輔助物種CH3F具有4.4Å2之TICS。相反地，若該游離截面小於2Å2，申請人發現於該電漿中之碰撞事件數目預計會減少，結果含Ge之離子束電流也會減小。例如，H2之總游離截面小於2Å2，且當加於摻雜劑源 如GeF4時，觀察到含Ge之離子束電流相對於單獨由GeF4所產生者減小了。
除了必需之游離能及TICS以外，被選定之輔助物種也必需具有一定鍵解離能(BDE)使該輔助物種之最弱鍵的BDE對該輔助物種之游離能的比率係0.2或更高。BDE之值能於文獻中，且更明確地說自National Bureau of Standards(Darwent,B.deB.,“Bond Dissociation Energies in Simple Molecules”,National Bureau of Standards,(1970))或自參考書(Speight,J.G.,Lange,N.A.,Lange’s Handbook of Chemistry,16th ed.,McGraw-Hill,2005)輕易得到。BDE值也能透過技術如熱解、量熱法或質譜以實驗方式測定且也能透過密度泛函理論及模型化軟體如Dacapo、VASP和Gaussian以理論求出。該比率係該電漿能產生之離子相對於不帶電物種之比例的指標。該BDE能被定義成打斷化學鍵所需之能量。具有最弱BDE之鍵最有可能於該電漿中最先斷裂。因此，此計量係利用該分子中之最弱鍵解離能算出來，因為各分子皆能具有不同能量之多重鍵。
一般而言，於電漿中，化學鍵由於碰撞打斷而產生分子片段。例如，GeF4會斷開成Ge、GeF、GeF2和GeF3及F片段。若該目標離子物種係Ge，則必須打斷四個Ge-F鍵以產生該目標離子物種。傳統知識指示較佳為具有較低BDE之分子，因為其可能由於化學鍵可能更容易斷裂而更容易形成該目標離子物種。然而，申請人卻發現不是 這樣。申請人發現具有較高BDE之分子易於產生較高比例之離子對自由基及/或中性粒子。當化學鍵清楚於電漿中斷裂時，結果產生之物種將會形成離子、自由基或中性物種。該輔助物種之最弱鍵的BDE對該輔助物種之游離能的比率係依據本發明之原理挑選為0.2或更高以便使該電漿中之離子比例提高同時使該自由基及中性物種之比例降低，由於自由基和中性物種二者皆沒有電荷，因此不受電場或磁場影響。再者，這些物種於電漿中為惰性且無法被引出而形成離子束。所以，該輔助物種之最弱鍵的BDE對該游離能之比例係該電漿中所形成之離子相對於自由基和中性物種的比例。該輔助物種CH3F具有0.35之C-H鍵的最弱鍵解離能對游離能之比率。結果，因為該CH3F具有高於0.2之最弱鍵的鍵解離能對游離能之比率，所以該CH3F加於該GeF4摻雜劑源會增進於電漿中產生較高比例之離子對自由基和中性物種的可能性。該較高比例之離子會使該目標離子物種的含Ge之離子束電流增大。相反地，若該最弱鍵之鍵解離能對游離能的比率低於0.2，供應給電漿之能量便與形成較高比例之中性物種及/或自由基相關連，該中性物種及/或自由基會充滿該電漿且使所產生之目標離子物種的數目減少。因而，本發明之此無因次度量較易於比較物種產生相對於該電漿中的自由基及/或中性粒子之較高比例離子的能力。
該輔助物種較佳具有不含含Ge之目標離子物種的特徵之組成。利用此輔助物種之能力並無法預測，因 為每單位體積較少莫耳數摻雜劑源被引入該電漿，於是具有稀釋該電漿中之摻雜劑源的效果。然而，當該輔助物種符合前述標準時，該輔助物種，當加於該GeF4摻雜劑源或反之亦然，與單獨由該GeF4摻雜劑源所產生的含Ge之離子束電流相比會使含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流增大。該目標離子物種含Ge且係衍生自該摻雜劑源GeF4。該輔助物種CH3F增進由該GeF4摻雜劑源形成該含Ge之目標離子物種而使含Ge之離子束電流增大。該含Ge之離子束電流的增大相對於單獨由GeF4所產生者可能是5%或更高；10%或更高；20%或更高；25%或更高；或30%或更高。該含Ge之離子束電流增大之準確百分比可能是選定操作條件之結果，如，舉例來說，離子植入機之功率水準及/或該GeF4摻雜劑源及CH3F輔助物種氣體引入該離子植入機之流速。
增進來自該摻雜劑源的含Ge之目標離子物種的含Ge之離子束電流的較佳輔助物種具有比該摻雜劑源低之游離能；大於2Å2之總游離截面及0.2或更高之最弱鍵解離能對游離能比率。該輔助物種不含該含Ge之目標離子物種，因為該輔助物種之目的在於增進自該GeF4摻雜劑源形成該含Ge之目標離子物種。選擇CH3F作為該輔助物種符合本文所述之標準。該CH3F輔助物種與該GeF4摻雜劑源之組合較佳地能產生能夠摻雜至少1011atoms/cm2之來自該摻雜劑源的含Ge之目標離子物種。
於本發明之另一個態樣中，該離子源之操作 條件能經調整使該GeF4摻雜劑源及CH3F輔助物種係經配置以產生與單獨由該GeF4摻雜劑源且有用或沒用任意的稀釋劑所產生的含Ge之離子束電流相同或更小的Ge離子束電流。於此束電流水準操作能創造其他操作益處。舉例來說，該操作益處中有些包括但不限於束流突波(beam glitching)減小、束均勻度增加、有限之空間電荷效應(space charge effect)及束流擴張(beam expansion)、有限之粒子形成及該離子源之增長的源壽命，藉以所有此操作益處皆與單獨使用GeF4作為該摻雜劑源做比較。可被操縱之操作條件包括，但不限於，電弧電壓、電弧電流、流速、引出電壓(extraction voltage)及引出電流或其任何組合。此外，該離子源可包括使用一或多種任意的稀釋劑，其能包括H2、N2、He、Ne、Ar、Kr及/或Xe。
咸應理解由該輔助物種游離所產生之離子能被選擇植入該目標基材。
不同操作條件皆能用以進行本發明。例如，該弧電壓能在50至150V之範圍中；該摻雜劑氣體及輔助物種各自流入該離子植入機之流速能在0.1至100sccm之範圍中；且該引出電壓能在500V至50kV之範圍中。較佳地，這些操作條件各者係經選擇以達成至少50小時之源壽命；以便產生介於10微安培與100mA之間的含Ge之離子束電流。
該CH3F輔助物種之濃度係選擇成能較佳地保持於某範圍內。特別是，以該GeF4及CH3F的總體積為基 礎，該CH3F之量不可低於1體積%也不能高於50體積%，以避免任何不利效應。該CH3F之量必須高於1體積%之最小量以使鹵素循環期(halogen cycle)之效應降低，所以使該陰極絲之重量增益減小。於低於1體積% CH3F之水準，CH3F之量可能不足以產生該含Ge之離子束電流的增大。此外，該CH3F之量較佳地不超過50體積%之上限。當該CH3F之量超過50體積%時，該電漿會變得充滿過量CH3F物種，有可能造成含Ge之離子束電流改善作用沒產生。其他濃度可包括10至40體積% CH3F及其餘部分之GeF4，較佳地15至40體積% CH3F與其餘部分之GeF4且更佳地20至40體積% CH3F與其餘部分之GeF4。
本發明能預期本文所述之組成物在不同領域的用途。例如，一些方法包括但不限於專利US 9,165,773中提及之束線離子植入(beam line ion implantation)及電漿浸沒離子植入(plasma immersion ion implantation)，在此以引用之方式將其全文併入本文。再者，理應了解本文所揭示之組成物還可具有除離子植入以外之應用所需的效用，其中主要來源包含目標物種且該輔助物種不含該目標物種且進一步特徵為符合前文所述之標準(i)、(ii)及(iii)。例如，該組成物可應用於不同沉積程序，包括，但不限於，化學氣相沉積或原子層沉積。
本發明之組成物也能被儲存且由配備能用於低於大氣壓運送之真空致動止回閥(vacuum actuated check valve)的容器運送，如文號14057-US-P1之美國專 利申請案所述，在此以引用方式將其全文併入本文。任何適合運送包裝皆可使用，包括美國專利第5,937,895號；第6,045,115號；第6,007,609號；第7,708,028號；第7,905,247號；及美國序號第14/638,397號(美國專利公開案第2016-0258537號)所述者，其各自在此以引用方式將其全文併入本文。當本發明之組成物係以混合物方式儲存時，該儲存運送容器中之混合物也可存於氣相；與該氣相達於平衡之液相，其中蒸氣壓高到足以自排放埠流出；或固態媒介上之吸附狀態，其各自如文號14057-US-P1之美國專利申請案所述。較佳地，該輔助物種及摻雜劑源之組成物能產生該目標離子物種束以植入1011atoms/cm2或更高。選擇性地，該摻雜劑源及/或該輔助物種係以被吸附態、游離源態或液化源態保持在儲存和分配組件中。
申請人進行數個實驗驗證使用GeF4作為摻雜劑源及CH3F作為輔助物種之想法。在各實驗中，利用所產生之Ge離子束電流測量離子束效能；且於該離子源室內測量組分之重量變化以測量該離子源之效能。使用圓筒形離子源室產生電漿。該離子源室由螺旋鎢絲、鎢壁及與該螺旋絲軸垂直之鎢陽極組成。將基材板佈置於該陽極前面使該陽極於游離程序時維持靜止不動。用該陽極中央之小開口及設置於該陽極前面之一系列鏡片自電漿產生離子束且用速度濾波器(velocity filter)自該離子束單離指定離子物種。用法拉第杯(faraday cup)測量該離子束所產生之電流且所有試驗皆於100V之弧電壓進行。對於各實驗 該引出電壓係為相同值。將整個系統收納於能達到低於1e-7托耳之壓力的真空室。第1圖顯示該72Ge離子束電流相對於單獨由各氣體混合物之72GeF4所產生的72Ge離子束電流之條狀圖。
比較例1 (72GeF4)
進行試驗以測定72GeF4被同位素富集至50.1體積%之摻雜劑氣體組成物的離子束效能。將該72GeF4引入該離子源室。對該絲施加電流以產生電子且對該陽極施加電壓以使該72GeF4游離且產生72Ge離子。將該72Ge離子束電流標準化成比較其他氣體混合物之72Ge離子束電流的基礎。將結果顯示於第1圖。操作52分鐘之後發生160毫克之顯著絲重量增益，屆時因為經過52分鐘之後該絲無法再繼續保持電漿於是使該實驗終止。這相當於185mg/hr之絲重量增益速率。
比較例2 (75體積% 72GeF4+25體積% Xe/H2)
進行另一個試驗以測定75體積% 72GeF4(其質量同位素72Ge被同位素富集至50.1體積%)與25體積% Xe/H2混合之摻雜劑氣體組成物的離子束效能。使用與比較例1相同之離子源室。將該72GeF4和Xe/H2自獨立儲存容器引入且在進入該離子源室以前混合。對該絲施加電流以產生電子且對該陽極施加電壓以使該氣體混合物游離且產生72Ge離子。測量該72Ge離子束電流且求得為比單獨使用 72GeF4所產生之72Ge離子束電流小約16%。將結果顯示於第1圖。經過15小時之操作過程觀察到該絲之重量損失為30毫克。該絲隨時間之重量變化大約為-2mg/小時，那表示勝過72GeF4之重大改善。
實施例1 (75體積% 72GeF4+25體積% CH3F)
進行另一個試驗以測定75體積% 72GeF4(其質量同位素72Ge被同位素富集至50.1體積%)與25體積% CH3F混合之摻雜劑氣體組成物的離子束效能。使用與比較例1相同之離子源室。將該72GeF4和CH3F自獨立儲存容器引入且在進入該離子源室以前混合。對該絲施加電流以產生電子且對該陽極施加電壓以使該氣體混合物游離且產生72Ge離子。測量該72Ge離子束電流且求得為比單獨使用72GeF4所產生之72Ge離子束電流大約14%且比用75體積% 72GeF4與25體積% Xe/H2混合所產生之72Ge離子束電流大30%。將結果顯示於第1圖。經過12小時之操作過程觀察到16毫克之重量損失或-1.33mg/hr，表示勝過72GeF4之重大改善且類似於該75體積% 72GeF4與25體積% Xe/H2混合之表現。
第1圖之實驗結果顯示儘管CH3F稀釋了GeF4之體積，但是其顯著地改善了該Ge離子束電流，同時比起單獨使用GeF4也改善了該離子源之效能。相對比較例1之混合物，Xe/H2之添加改善了該離子源之效能，但是比起單獨由GeF4所產生之Ge離子束電流卻使該Ge離子束電流降 低了。
比較例3 (50體積% 72GeF4+50體積% Xe/H2)
進行另一個試驗以測定50體積% 72GeF4(其質量同位素72Ge被同位素富集至50.1體積%)與50體積% Xe/H2混合之摻雜劑氣體組成物的離子束效能。使用與所有先前實施例相同之離子源室。將該72GeF4和Xe/H2自獨立儲存容器引入且在進入該離子源室以前混合。對該絲施加電流以產生電子且對該陽極施加電壓以使該氣體混合物游離且產生72Ge離子。此實驗中之72GeF4的流速比先前實施例高相當多，藉以無法比較相關的含Ge之離子束電流。將來自此混合物之72Ge離子束電流標準化以比較來自第2圖所示之天然GeF4混合物的72Ge及74Ge離子束電流。在這些實驗之操作條件之下，來自50體積% 72GeF4+50體積% Xe/H2及75體積% 72GeF4+25體積% Xe/H2之72Ge離子束電流相當。將結果顯示於第2圖。觀察到0.78mg/hr之重量增益速率，其比72GeF4之185mg/hr重量增益小相當多且與75體積% 72GeF4(經同位素富集)與25體積% Xe/H2混合之2mg/hr重量損失相當。
實施例2和3 (70體積% GeF4+30體積% CH3F)
進行另一個試驗以測定70體積%天然GeF4與30體積% CH3F混合之摻雜劑氣體組成物的離子束效能。使用與先前實施例相同之離子源室。將該天然GeF4和CH3F 自獨立儲存容器引入且在進入該離子源室以前混合。對該絲施加電流以產生電子且對該陽極施加電壓以使該氣體混合物游離且產生72Ge和74Ge兩種離子。該天然GeF4具有27.7%水平之72Ge及35.9%水平之74Ge，而該同位素富集之72GeF4的72Ge被富集至50.1%，而該74Ge具有23.9%之水平。測量72Ge和74Ge二者之Ge離子束電流。將二者之結果對照比較例3之50體積% 72GeF4與50體積% Xe/H2混合所得的72Ge離子束電流顯示於第2圖。由70體積%天然GeF4與30體積% CH3F所得之74Ge的離子束電流比由50體積%同位素富集之72GeF4與50體積% Xe/H2所得之72Ge離子束電流高10%。
經過操作過程觀察到2mg/hr之重量增益速率，其與50體積%同位素富集之72GeF4與50體積% Xe/H2產生重量增益0.78mg/hr的表現類似。
已知該同位素富集之72GeF4中的72Ge富集度比天然GeF4中的74Ge高14.2體積%使第2圖之結果令人驚訝。已知72GeF4之富集度比天然GeF4高22.4體積%，且傳統知識能預期50體積% Xe/H2與50體積%富集之72GeF4的混合物將產生較大束電流，使人觀察到二混合物(比較例3及實施例2和3)所產生之72Ge離子束電流彼此相差於1%以內的結果也令人驚訝。
儘管已經展示且描述被視為本發明之某些具體實例者，但是當然咸能了解形式或細節之不同修飾及變化皆能輕易完成而不會悖離本發明之精神和範疇。因此， 預期本發明不限於本文所示和描述之精確形式及細節，亦或範圍比本文揭露和後文請求之完整發明小的任何者。

Claims (20)

  1. 一種適用於產生含Ge之目標離子物種的離子植入機以建立含Ge之離子束電流之組成物，該組成物包含：含GeF4之摻雜劑源，從彼得到該含Ge之目標離子物種；及含CH3F之輔助物種源；其中該摻雜劑源和該輔助物種被置入於該離子植入機且於其內交互作用以產生該含Ge之目標離子物種。
  2. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之目標離子物種產生比單獨由該摻雜劑源所產生之強度高的該含Ge之離子束電流。
  3. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之目標離子物種產生與單獨由該摻雜劑源所產生之強度相等的該含Ge之離子束電流。
  4. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中以該組成物之總體積為基準，該CH3F之含量範圍從1體積%至50體積%，其餘部分為GeF4。
  5. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該摻雜劑源GeF4或該輔助物種CH3F之任何原子被同位素富集至高於 天然豐富量。
  6. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該摻雜劑源及/或該輔助物種係以吸附狀態、自由源狀態或液化源狀態保持在儲存和分配組件中。
  7. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之目標離子物種包含含Ge之帶正電或帶負電原子或源自於被植入至目標基材之表面之GeF4摻雜劑源的分子片段。
  8. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之離子束電流係以功率水平和流速予以產生的，藉以使該含Ge之離子束電流比單獨由該摻雜劑源於該功率水平和該流速所產生的含Ge之離子束電流高5%或更高。
  9. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之離子束電流係以功率水平和流速予以產生的，藉以使該含Ge之離子束電流比單獨由該摻雜劑源於該功率水平和該流速所產生的含Ge之離子束電流高10%或更高。
  10. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之離子束電流係以功率水平和流速予以產生的，藉以使該含Ge之離子束電流比單獨由該摻雜劑源於該功率水平和該流速所產生的含Ge之離子束電流高20%或更高。
  11. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之離子束電流係以功率水平和流速予以產生的，藉以使該含Ge之離子束電流比單獨由該摻雜劑源於該功率水平和該流速所產生的含Ge之離子束電流高25%或更高。
  12. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之離子束電流係以功率水平和流速予以產生的，藉以使該含Ge之離子束電流比單獨由該摻雜劑源於該功率水平和該流速所產生的含Ge之離子束電流高30%或更高。
  13. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該含Ge之目標離子物種產生比單獨由該摻雜劑源所產生之強度低的該含Ge之離子束電流。
  14. 如申請專利範圍第4項之組成物，其中以該組成物之總體積為基準，該CH3F之含量範圍從15體積%至40體積%，其餘部分為GeF4。
  15. 如申請專利範圍第4項之組成物，其中以該組成物之總體積為基準，該CH3F之含量範圍從20體積%至40體積%，其餘部分為GeF4。
  16. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該摻雜劑源和 該輔助物種係於運送源中預混合。
  17. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該摻雜劑源和該輔助物種一起流入該離子植入機。
  18. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該摻雜劑源和該輔助物種相繼地流至離子艙。
  19. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該組成物另包含任意的稀釋劑物種。
  20. 如申請專利範圍第19項之組成物，其中該任意的稀釋劑物種係選自由H2、N2、He、Ne、Ar、Kr及Xe所組成之群組。
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