用。在每 個實例中，必須選擇第二物質以便沿著離子源操作的電弧電壓（即，輸入到離子源的能量） 的優(yōu)選范圍具有比第一基于硅的物質高的電離截面，以便保持或增加束電流而在操作離子 源期間不使離子源降級。
[0017] 在優(yōu)選的實施方案中，第一基于硅的物質包含SiF4,其以預定濃度含于入口處和 /或離子源裝置100內。根據本發(fā)明的原則，SiF4可與第二氣體物質（包括任何合適的惰性 氣體或稀釋劑氣體、第二基于硅的輔助物質（co-species)或其組合)組合利用。例如，稀釋 劑氣體可包括氙或氪，其在輸入離子源的選定操作能量水平下以比SiF4高的電離截面在 離子注入工藝中使用?？衫闷渌线m的稀釋劑或惰性氣體，包括Ne、H e、Ar或N2、含氫氣 體或其任何組合。
[0018] 在優(yōu)選的實施方案中，第一氣體物質是SiF4并且第二氣體物質包括以預定量添 加至SiF4的第二基于硅的輔助物質。已經顯示，在導致第二基于硅的輔助物質具有比SiF4 電離截面高的電離截面的離子源工藝的操作條件下添加預定濃度的第二基于硅的輔助物 質傾向于增加 Si+束電流而不需要對操作參數做出的任何額外變化。此外，已發(fā)現，在含硅 氣體混合物的某些優(yōu)選組合物下，有可能在較低電弧電壓下操作離子源并且進一步減少其 操作期間的離子源部件降級。
[0019] 優(yōu)選地，第二基于硅的輔助物質包含乙硅烷（Si2H6)。特定比率下的輔助物質 Si2H6與SiF4的組合可提供可利用于注入給定襯底中的硅離子源。在一個實施方案中，基 于總的基于硅的摻雜劑氣體組合物的體積計，含有約1-10 vol%的Si2H6輔助物質。在另 一個實施方案中，含有約2-7 vol%的Si2H6輔助物質。如將討論的，本發(fā)明已發(fā)現，在摻 雜劑氣體混合物的選定電離條件和離子室的操作條件下，Si2H6相對于SiF4的特定組成 范圍使得能夠改進束電流，從而可增加束電流而不使離子源降級。在這種方式下，有可能 增加硅離子束電流而未將沉積物積聚至導致來源壽命縮短的不可接受水平。Si2H6充當互 補（complimentary)氣體，在優(yōu)選濃度下時，其可允許離子源在一定條件下操作，與只利用 SiF4的離子注入工藝相比，所述條件有助于保持其效率更長持續(xù)時間，如以下實施例所證 明的。
[0020] 此外，已經顯示，添加預定量的第二基于硅的物質（在針對SiF4的優(yōu)選或最佳操 作條件下，其電離截面比SiF4電離截面更高）可增加所產生的Si+束電流而不需要對單獨 利用SiF4時的離子注入的操作參數做出任何額外變化。例如，在利用優(yōu)選濃度范圍的SiF4 和Si2H6的混合物時，本發(fā)明可產生改進的束電流（S卩，在不縮短離子源壽命的情況下產生 的持續(xù)或增加的束電流）而不需要輸入離子源的額外能量。換句話說，以不超過上限的量 將Si2H6添加至SiF4,以便相對于單獨從SiF4產生的束電流而言，增加束電流和處理量。
[0021] 此外，已發(fā)現，在本發(fā)明考慮的Si氣體混合物的某些組合物下，離子源可在較低 電弧電壓下操作而不顯著減少束電流，并且其可在離子注入操作期間有利地進一步減少離 子源部件降級。
[0022] 在優(yōu)選實施方案中并且如以下實施例中解釋的，Si離子從包含預定濃度范圍的 Si2H6和SiF4的含Si混合物注入。任何合適的離子注入裝置可與Si2H6和SiF4混合物 一起利用。參照圖1，表示了用于注入得自Si2H6和SiF4的Si離子的代表性離子注入裝 置100。圖1中描繪的離子源裝置100具有各種部件，包括間接加熱的陰極（IH0115,其 可充當用于將本發(fā)明的基于硅的摻雜劑氣體組合物電離成其相應的硅活性離子的離子源。 應理解，基于硅的摻雜劑氣體組合物適合用于本領域中已知的其它類型離子源，包括例如 Freeman源、Bemas源和RF等離子體源。
[0023] 圖1的離子源裝置100可用于產生用于將硅活性離子注入半導體襯底中的電子 束。以與單獨從SiF4產生的束電流相比產生更高Si+束電流的方式，從SiF4和Si2H6的 電離產生硅活性離子。不受任何特別理論約束，相信在SiF4與Si2H6的特定組成范圍和離 子源裝置100的仔細選定操作條件下，SiF4和Si2H6以協同方式彼此相互作用，以產生電 離機制，所述電離機制產生增加量的Si+活性離子來產生增加和改進的束電流。
[0024] 圖4將作為能量的函數的關于不同硅化合物的電離截面作圖。在可發(fā)生SiF4電 離的離子源的優(yōu)選操作能量水平或電弧電壓下，Si2H6展現比SiF4高的電離截面。換句話 說，圖4表示了 Si2H6具有在離子源的此類電弧電壓操作條件下產生離子的更高概率。從 Si2H6產生的離子的存在增強了 SiF4的電離過程，導致更高的Si+束電流。相反，圖4顯示 了 SiH4具有比SiF4小的電離截面，因此減少SiF4與SiH4的電離物質的相互作用及碰撞， 并且電離成電離的SiF4物質的凈概率，從而導致Si+束電流降低。
[0025] 參照圖4,在發(fā)生SiF4電離的約80V-120V的選定操作電弧電壓下，Si2H6展現比 SiF4高的電離截面。在該選定的操作規(guī)范內，Si2H6具有產生各種含硅離子的更高概率。 得自Si2H6的含硅離子的存在增強了 SiF4的電離過程，導致更高的Si+束電流而不使離子 源的源燈絲降級。然而，已發(fā)現，只在小于約50%，并且優(yōu)選小于約40%，并且更優(yōu)選小于20% 并且最優(yōu)選小于10%的Si2H6的某些濃度范圍內展現束電流的改進。
[0026] 如在以下結合圖3的實施例中所示，與從未稀釋的（S卩，純的）SiF4產生的束電流 相比，占總的氣體混合物的約50%或更高的升高的Si2H6濃度導致束電流減少。此外，在 80% Si2H6和20% SiF4下，束電流顯著降低。在約50%或更大的升高的Si2H6濃度的此類 條件下，觀察到等離子體，以展現硅離子從電弧室中的不良提取，這導致較低的束電流。圖 3顯示了在電離不同的含Si氣體混合物時獲得的Si+束電流。與未稀釋的SiF4相比，含有 Si2H6的氣體混合物（5% Si2H6,其余為SiF4)顯示Si+束電流增加約20%。此外，圖3顯示 了將其它含Si互補（complimentary)物質添加至SiF4導致束電流降低。例如，如以下在 實施例中將討論的，與從未稀釋的SiF4情況產生的束電流相比，50% SiF4和50% SiH4氣體 混合展示束電流降低約5%。
[0027] 另外，在50%和更高的這些升高的乙硅烷濃度下觀察到含Si沉積物，從而導致操 作過程期間的較低束電流和離子源的過早失靈。
[0028] 由于保持Si2H6低于預定上限，已經顯示，其量小于SiF4并且在針對SiF4的優(yōu)選 或最佳操作條件下其電離截面比SiF4電離截面高的第二基于硅的輔助物質的添加可增加 所獲得的Si+束電流而沒有操作參數的任何額外變化，例如增加的電弧電壓。相反，本發(fā)明 驚奇地發(fā)現，在Si2H6和SiF4的某些組合物下，離子源可實際上在能夠保持基本上相同束 電流同時延長源壽命（即，避免由于陰極變薄和/或氟侵蝕而導致的離子源部件降級）的 較低電弧電壓下操作。由于圖4中所示的Si2H6和SiF4的相應電離截面曲線，在減少的電 弧電壓下操作并且仍然保持基本上相同束電流的能力是有可能的。例如，可發(fā)生電弧電壓 從約110 V減少至約80 V，這是由于在較低電弧電壓下，Si2H6和SiF4的電離截面曲線之 間的差異增加，如圖4所示。見到Si2H6和SiF4之間的電離截面差異方面的較大差異在相 對較低的電弧電壓下發(fā)生，這可允許更有可能產生足夠數量Si活性離子來抵消由于更小 電弧電壓的總體束電流降低的任何趨勢。換句話說，雖然較低電弧電壓可潛在地導致產生 較低量的Si總離子，但是增加的電離截面差異使得足夠的電離能夠保持束電流，同時顯著 減少氟侵蝕和陰極變薄，從而延長離子源壽命并且最終改進處理量。最佳操作電壓（即，輸 入到離子源的能量）的選擇隨著氣體物質和其相應電離截面曲線而變化。最佳電弧電壓將 允許保持或增加束電流而不使離子源降級。在一個實施方案中，最佳電壓發(fā)生在85-95 V 的范圍內。
[0029] 另外，與常規(guī)的硅摻雜劑離子注入系統(tǒng)相比，本發(fā)明中公開的摻雜劑氣體組合物 優(yōu)選允許延長離子源陰極115壽命，這至少部分基于在操作離子源裝置100期間的源陰極 115的最小重量變化速率。凈結果是離子源陰極115,其未遭受過早失靈，從而允許源陰極 115保持操作持續(xù)延長的時間段，以增加處理量。在這種方式中，本發(fā)明具有獨特的基于硅 的摻雜劑氣體組合物，其相對于單獨從SiF4產生的束電流能夠保持或增加硅離子束電流， 同時與先前可能利用常規(guī)硅前體材料(例如SiF4 )的情況相比，保持源燈絲115的完整性更 長持續(xù)