(57)【要約】  ケイ素前駆体組成物の同位体濃縮を行わない、対応するイオン注入に対し、イオン注入システムの性能を高めるのに有用なイオン注入として、同位体濃縮されたケイ素前駆体組成物が開示される。ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つのケイ素化合物を含み、同種のガスおよび希釈ガスの少なくとも１つを含む補助ガスを含んでいてもよい。このようなケイ素ドーパント組成物をイオン注入部に提供するためのドーパントガス供給装置、およびこのようなドーパントガス供給装置を備えるイオン注入システムが記載される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素をイオン注入する方法であって、ケイ素ドーパント組成物をイオン化し、イオン化したケイ素を作製することと、イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入することとを含み、ここで、ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つのケイ素化合物を含み、ケイ素ドーパント組成物が、２９Ｓｉが濃縮された四フッ化ケイ素からなる場合、この濃縮度は、５０原子％より高く、１００原子％までである、方法。
【請求項２】
前記ケイ素ドーパント組成物は、（ｉ）ケイ素ドーパントガスとして気体形態での前記ケイ素化合物と、（ｉｉ）同種のガスおよび希釈ガスの少なくとも１つを含む補助ガスとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ケイ素ドーパント組成物は、ケイ素イオンのイオンビームを発生させるためのイオン化装置を用いてイオン化され、イオンビームを電場によって加速し、前記接触させるときに基材にケイ素を注入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマ浸漬プロセスにおいて前記イオン化したケイ素を基材と接触させ、基材の中にケイ素を注入する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ケイ素ドーパント組成物が、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ケイ素をイオン注入するためのドーパントガス組成物供給器であって、当該供給器は、
（Ａ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスとの混合物の状態でケイ素ドーパントガスを含むケイ素ドーパント組成物を含有し、ケイ素ドーパント組成物が、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つの気体状ケイ素化合物を含む、ガス貯蔵器および分注容器；
（Ｂ）（ｉ）ケイ素ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵器および分注容器、および（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器を含み、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合、同種のガスは、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、ガス供給キット
からなる群から選択される、ドーパントガス組成物供給器。
【請求項１２】
四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１３】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、請求項１２に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１４】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素を含む、請求項１３に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１５】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体（homoisotopic）である、請求項１４に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１６】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１７】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１８】
請求項１１の（Ａ）に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１９】
請求項１１の（Ｂ）に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項２０】
請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器とガスを受け入れて流れが連結するように配置されたイオン注入部を備える、イオン注入システム。
【請求項２１】
前記イオン注入部が、
（Ａ）前記ドーパントガス組成物供給器からケイ素ドーパント組成物をイオン化してイオン化したケイ素を作製し、当該イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入し、かつ
（Ｂ）（ｉ）前記イオン化したケイ素のイオンビームを発生させ、前記イオンビームを、この中にケイ素を注入するための基材に対し、電場によって加速するか、または（ｉｉ）基材にケイ素を注入するためのプラズマ浸漬プロセスを行うように調整された、請求項２０に記載のイオン注入システム。
【請求項２２】
請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器をイオン注入システムで使用するために提供することを含む、イオン注入システムの操作を向上させるための方法。
【請求項２３】
前記ドーパントガス組成物供給器が、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で天然存在度より同位体が濃縮された四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この国際特許出願は、Ｊａｍｅｓ  Ｊ．Ｍａｙｅｒらの名で、「ＥＮＲＩＣＨＥＤ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ  ＦＯＲ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＳＡＭＥ（濃縮されたケイ素前駆体組成物、およびこれを利用するための装置および方法）」の名称で２０１３年５月２１日に出願された米国特許出願第１３／８９８，８０９号の優先権を主張する。米国特許出願第１３／８９８，８０９号は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称で２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８４０，９６１号の米国特許法１２０条に基づく一部継続出願であり、この出願はＲｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称で２０１２年８月６日に出願され、２０１３年３月１９日に米国特許第８，３９９，８６５号として登録された、米国特許法１２０条に基づく米国特許出願第１３／５６７，５７１号の継続出願であり、この出願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称で２０１２年２月２１日に出願され、２０１２年８月７日に米国特許第８，２３７，１３４号として登録された、米国特許法１２０条に基づく米国特許出願第１３／４０１，５２７号の継続出願であり、この出願は、国際出願日が２０１１年２月２６日であり、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称である、米国特許法１２０条に基づく国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６３８８号の継続出願であり、この国際出願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称で２０１０年２月２６日に出願された、米国���許法１１９条に基づく米国仮特許出願６１／３０８，４２８号に対する優先権の利益を請求し、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋａｉｍらの名で、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＬＩＦＥＴＩＭＥ  ＡＮＤ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ  ＩＮ  ＡＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ（イオン注入システムにおいてイオン源の寿命および性能を高めるための方法および装置）」の名称で２０１０年１０月７日に出願された、米国特許法１１９条に基づく米国仮特許出願第６１／３９０，７１５号の利益を請求する。上述の出願の開示内容は、あらゆる目的のために、その全体が本明細書で参考として組み込まれる。
【０００２】
本開示は、イオン注入のためのケイ素ドーパント組成物、およびイオン注入システムの性能を高めるため、例えば、イオン注入システム中のイオン源の寿命を延ばし、より高いビーム流を達成するためのこのようなドーパント組成物の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、半導体の製造およびオプトエレクトロニクス製品の製造のような用途で実施されるようなイオン注入は、基材に注入種の高エネルギーイオンを衝突させることによる、基材、例えば、ウエハへの注入種の組み込みを含む。イオン注入種を発生させるために、ドーパント種を含むドーパント組成物をイオン化させる。このイオン化は、イオンビームを発生させるイオン源を用いて行われる。
【０００４】
イオン源で発生したら、イオンビームは、取り出し、磁気によるフィルタリング、加速／減速、分析器の磁気処理、コリメーション、スキャニングおよび磁気による補正によって処理され、最終的なイオンビームが作られ、これが基材に衝突する。
【０００５】
誘導的に加熱したカソードイオン源、Ｆｒｅｅｍａｎ型、Ｂｅｒｎａｓ型他を含め、種々の種類のイオン源が開発されてきたが、特殊な種類のイオン源を使用するにもかかわらず、イオン源のシャットダウン、管理または修理を必要とするであろう「グリッチング」または他の不具合または欠陥を起こすことなく、イオン源を長期間にわたって連続的に操作することができなければならない。従って、イオン源の寿命は、イオン注入システムの重要な特徴である。
【０００６】
より一般的には、イオン注入システムは、望ましくは、システムの操作費用が低い状態で、高いウエハスループットを達成するように構成され、操作される。
【０００７】
ケイ素は、種々の半導体製造操作中に、一般的に使用される堆積種および／またはドーパント種である。例えば、四フッ化ケイ素ＳｉＦ４を、ケイ素イオンを作り出す前駆体物質として使用し、ケイ素イオンを使用して回路装置表面を改質してもよい。ＳｉＦ４は、例えば、アモルファス層生成前の注入のような種々の用途で使用し、金属堆積の選択性を与えることができる。
【０００８】
イオン源の長い寿命の達成、イオン注入システムの高いウエハスループットおよび低い操作費用という必要性の結果として、当該技術は、継続して、このような高性能操作を可能にする効率的な前駆体組成物を開発することに努力がはらわれてきている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、イオン注入のためのケイ素ドーパント組成物、およびイオン注入システムの優れた性能、例えば、イオン注入システムのイオン源の寿命を延ばすこと、より高いビーム流、他の性能上の利点を達成するためのこのようなドーパント組成物の使用に関する。
【００１０】
一態様では、本開示は、ケイ素をイオン注入する方法であって、ケイ素ドーパント組成物をイオン化し、イオン化したケイ素を作製することと、イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入することとを含み、ここで、ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つのケイ素化合物を含み、ケイ素ドーパント組成物が、２９Ｓｉが濃縮された四フッ化ケイ素からなる場合、この濃縮度は、５０原子％より高く、１００原子％までである、方法に関する。
【００１１】
別の態様では、本開示は、ケイ素をイオン注入するためのドーパントガス組成物供給器に関し、この供給器は、
（Ａ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスとの混合物の状態でケイ素ドーパントガスを含むケイ素ドーパント組成物を含有し、ケイ素ドーパント組成物が、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つの気体状ケイ素化合物を含む、ガス貯蔵器および分注容器；
（Ｂ）（ｉ）ケイ素ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵器および分注容器、および（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器を含み、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合、同種のガスは、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、ガス供給キット
からなる群から選択される。
【００１２】
本開示のさらなる態様は、本開示のドーパントガス組成物供給器とガスを受け入れて流れが連結するように配置されたイオン注入部を備える、イオン注入システムに関する。
【００１３】
本開示の別の態様は、本開示のドーパントガス組成物供給器をイオン注入システムで使用するために提供することを含む、イオン注入システムの操作を向上させるための方法に関する。
【００１４】
本開示の他の態様、特徴および実施形態は、後の記載および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の一態様のイオン注入処理システムの模式図である。
【図２】図２は、本開示の別の態様のイオン注入処理システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で使用する場合、「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」といった単数形は、対象の複数形も包摂する。ただし、別段の指示がある場合はこの限りではない。
【００１７】
本開示は、本開示の特徴、態様および実施形態について本明細書にさまざまに記載されるように、特定の実施において、このような特徴、態様および実施形態の一部またはすべてを含み、これらからなり、またはこれらから本質的になるように構成され、ならびに本開示の要素および構成要素が、本発明の種々のさらなる実施を構成するように統合され得る。本開示は、種々の実施形態において、本発明の種々の特徴および態様を参照しつつ、本明細書に記載される。本開示はこのような特徴、態様および実施形態を、本開示の範囲に入るように、種々の順序および組み合わせで想定する。従って、本開示は、これらの具体的な特徴、態様および実施形態の任意のこのような組み合わせおよび順序、またはこれらの選択される１つ以上を含むか、これらからなるか、またはこれらから本質的になるものとして特定され得る。
【００１８】
本開示の化合物、組成物、特徴、工程および方法は、さらに、本明細書に記載される種々の仕様および例示に関連して、適用可能な場合、特定の置換基、同位体、部分、構造、成分、特徴、工程および状態を排除する但し書きまたは限定によって、特定の実施形態を明示してもよい。
【００１９】
本開示は、イオン注入のためのケイ素ドーパント組成物、およびイオン注入システムの優れた性能を達成するためのこのようなドーパント組成物の使用、およびこのようなケイ素ドーパント組成物を使用するための装置および方法に関する。このような優れた性能は、本開示の同位体濃縮されたドーパントガス組成物を用いない対応するイオン注入システムに対して、例えば、イオン注入システムのイオン源の寿命を延ばすこと、より高いビーム流、他の性能上の利点を含む。
【００２０】
さらに具体的には、本開示は、１つ以上のケイ素同位体の天然存在度より同位体濃縮された１つ以上のケイ素含有化合物を含む、ケイ素ドーパント組成物に関する。ケイ素は、以下の天然に存在する同位体を列挙した原子％で含み、すべてのこのような同位体の割合は、合計で１００原子％である。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
本明細書で使用する場合、ケイ素ドーパントガスおよび／または同種のガスに言及しての「同位体濃縮された」または「濃縮された」という用語は、このような１つ以上のガス中のドーパント種が、このドーパント種の天然に存在する同位体分布から外れており、この結果、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より多い量が存在することを意味する。従って、「同位体濃縮された」という用語は、考慮している特定の同位体種の天然存在度のレベルよりも増加した濃度を示すものと理解すべきである。特定のケイ素同位体種に言及しての「同一同位体（homoisotopic）」という用語は、ガスまたは組成物が、このような特定のケイ素同位体を１００原子％含むことを意味する。
【００２３】
本開示のケイ素ドーパント組成物では、少なくとも１つの天然に存在するケイ素同位体は、このケイ素同位体の天然存在度より高いレベルで組成物中に存在する。多くの変動が可能である。例えば、ドーパント組成物は、３種類すべての天然に存在する同位体を含み、このような同位体のうち１つまたは２つが、天然存在度より高いレベルで存在いてもよい。または、ドーパント組成物は、このような同位体の１つのみを１００％の存在度で含んでいてもよい。なおさらなる代替例として、ドーパント組成物は、このような同位体のうち２つを含み、少なくとも１つが天然存在度より多くてもよい。
【００２４】
本開示のケイ素ドーパント組成物は、ケイ素ドーパント組成物を含有するガス供給容器を備えるガス供給パッケージで与えられてもよい。このような目的のために、ケイ素ドーパント組成物は、ケイ素ドーパントガスを場合により補助ガスとの混合物の状態で含む１個の容器で供給されてもよく、またはケイ素ドーパント組成物は、ケイ素ドーパントガスを含有する容器と、補助ガスを含有する別の容器または他の容器とを含む、複数の容器で提供されてもよく、（例えば、このような他の容器の１つが、同種のガスおよび／または希釈ガスを含み、このような容器のさらなる他の容器が、同じまたは異なるガスを含み、これらが合わさってイオン注入システムおよび方法のためのガス供給器を構成してもよい。ケイ素ドーパント組成物供給パッケージは、本明細書で以下にさらに記載するように、さまざまな種類の容器、例えば、吸着剤に基づく流体貯蔵器および分注容器および／または圧力が制御された流体貯蔵器および分注容器を含んでいてもよい。種々の補助ガス種を本開示のケイ素ドーパント組成物に使用してもよい。
【００２５】
本開示の同位体濃縮されたケイ素ドーパント組成物は、イオン注入システムおよび方法に使用される場合、このような同位体濃縮されたケイ素ドーパント組成物を用いない対応するイオン注入システムおよび方法に対し、優れた性能、例えば、寿命を延ばすこと、より高いビーム流、より低いガス流速などを達成する。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「ドーパントガス」という用語は、例えば、水素化物、ハロゲン化物、有機物または他の部分のような非ドーパント要素に配位または会合しているような、ドーパント種、即ち、イオン注入基材に注入されるべき種を含む気相材料を指す。ケイ素ドーパントガスの例としては、限定されないが、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン（例えば、ＳｉＨ３ＣＨ３、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＨ３（Ｃ２Ｈ５）、ＳｉＨ２（Ｃ２Ｈ５）２、ＳｉＨ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５）４など）、フルオロシラン（例えば、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＨ３Ｆ）およびクロロシラン（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ）が挙げられる。
【００２７】
「補助ガス」という用語は、本明細書で使用する場合、希釈ガスまたは同種のガスを指す。
【００２８】
希釈ガスは、ドーパント種を含まず、ドーパントガスとの混合物で、このような希釈ガス含有混合物をドーパントガスで処理するイオン源の寿命および性能を、希釈ガスが存在しないドーパントガスを処理する対応するイオン源の寿命および性能と比較して高めるのに有効なガスである。例示的な希釈ガスの例としては、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、メタン、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボランおよびキセノンが挙げられる。
【００２９】
同種のガスは、ドーパントガスと同じドーパント種を含有するガスであり、このような同じドーパント種は、ドーパントガスの非ドーパント要素とは異なる非ドーパント要素に配位または会合している。
【００３０】
例えば、ドーパントガスは、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）であってもよく、同種のガスは、シランＳｉＨ４であってもよい。このような同種の組成物の種々の実施形態では、ドーパントガスおよび同種のガスは、１つ以上のケイ素同位体の天然存在度よりも同位体濃縮されていてもよい。他の実施形態では、同種のガスは、天然に存在する同位体の天然存在度および分布のケイ素を含んでいてもよい。さらに他の実施形態では、同種のガスは、１つ以上のケイ素同位体において天然存在度より濃縮されていてもよく、一方、ドーパントガスは、ケイ素含有量の同位体分布において天然存在度の量を含んでいる。
【００３１】
本開示は、種々の実施形態では、ケイ素をイオン注入する方法であって、ケイ素ドーパント組成物をイオン化し、イオン化したケイ素を作製することと、イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入することとを含み、ここで、ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つのケイ素化合物を含み、ケイ素ドーパント組成物が、２９Ｓｉが濃縮された四フッ化ケイ素からなる場合、このケイ素ドーパント組成物の濃縮度は、５０原子％より高く、１００原子％までである、方法に関する。
【００３２】
このような方法では、ケイ素ドーパント組成物は、（ｉ）ケイ素ドーパントガスとして気体形態での上に言及したケイ素化合物と、（ｉｉ）同種のガスおよび希釈ガスの少なくとも１つを含む補助ガスとを含んでいてもよい。
【００３３】
この方法は、ケイ素イオンのイオンビームを発生させるためのイオン化装置を用いてイオン化されるケイ素ドーパント組成物を用いて行われてもよく、このイオンビームを電場によって加速し、接触させる操作において基材にケイ素を注入する。または、プラズマ浸漬プロセスにおいてイオン化したケイ素を基材と接触させ、基材の中にケイ素を注入してもよい。上の記載に示したように、ケイ素ドーパント組成物は、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含んでいてもよい。
【００３４】
この方法は、具体的な実施形態では、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮されたケイ素化合物、例えば、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素を用いて行われてもよい。四フッ化ケイ素は、具体的な実施形態では、２８Ｓｉにおいて同一同位体であってもよい。
【００３５】
本開示のケイ素ドーパント組成物に使用される補助ガスは、任意の適切な種類であってもよく、例えば、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含んでいてもよい。
【００３６】
多種多様なドーパントガス組成物は、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含むドーパントガス組成物を含め、本開示の広範囲の実施で使用されてもよい。
【００３７】
本開示は、さらに、ケイ素をイオン注入するためのドーパントガス組成物供給器であって、当該供給器は、
（Ａ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスとの混合物の状態でケイ素ドーパントガスを含むケイ素ドーパント組成物を含有し、ケイ素ドーパント組成物が、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つの気体状ケイ素化合物を含む、ガス貯蔵器および分注容器；
（Ｂ）（ｉ）ケイ素ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵器および分注容器、および（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器を含み、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合、同種のガスは、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、ガス供給キット
からなる群から選択される、ドーパントガス組成物供給器を想定する。
【００３８】
ドーパントガス組成物供給器は、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含んでいてもよい。具体的な実施形態では、ケイ素化合物は、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮されており、例えば、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素である。四フッ化ケイ素は、ドーパントガス組成物供給器の具体的な実施において、２８Ｓｉにおいて同一同位体であってもよい。
【００３９】
ドーパントガス組成物供給器は、種々の実施形態では、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む補助ガスを含む。ドーパントガス組成物供給器は、特定の用途では、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含むドーパントガス組成物を提供するように構成されていてもよい。
【００４０】
本開示は、さらなる態様では、上にさまざまに記載したようなドーパントガス組成物供給器とガスを受け入れて流れが連結するように配置されたイオン注入部を備える、イオン注入システムに関する。イオン注入システムでは、イオン注入部は、
（Ａ）前記ドーパントガス組成物供給器からケイ素ドーパント組成物をイオン化してイオン化したケイ素を作製し、当該イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入し、かつ
（Ｂ）（ｉ）前記イオン化したケイ素のイオンビームを発生させ、前記イオンビームを、その中にケイ素を注入するための基材に対し、電場によって加速するか、または（ｉｉ）基材にケイ素を注入するためのプラズマ浸漬プロセスを行うように調整されていてもよい。
【００４１】
本開示は、さらに、上にさまざまに記載したようなドーパントガス組成物供給器をイオン注入システムで使用するために提供することを含む、イオン注入システムの操作を向上させるための方法を想定する。このような方法は、種々の様式で行われてもよい。例えば、ドーパントガス組成物供給器は、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含んでいてもよい。ケイ素化合物は、具体的な実施形態では、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で天然存在度より同位体が濃縮された四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、例えば、２８Ｓｉにおいて同一同位体である四フッ化ケイ素を含んでいてもよい。アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む補助ガスが使用されてもよい。
【００４２】
具体的な実施形態では、この方法は、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含むドーパントガス組成物を用いて行われてもよい。
【００４３】
他の態様では、本開示は、イオン注入のためのイオンドーパント種を発生させるためにイオン源にドーパント組成物を流すことを含むイオン注入方法に関し、ドーパント組成物は、
（ｉ）質量数が２８、２９または３０の少なくとも１つのケイ素同位体が天然存在度よりも同位体濃縮された、例えば、前記少なくとも１つのケイ素同位体の同位体濃縮度は、質量数２８のケイ素同位体について９２．２％より大きく、質量数２９のケイ素同位体について４．７％より大きく、質量数３０のケイ素同位体について３．１％より大きく、ケイ素化合物が、質量数２９のケイ素同位体のみが濃縮された四フッ化ケイ素である場合、このケイ素化合物の濃縮度は、５０％より大きく、１００％までである、ケイ素化合物、および
（ｉｉ）ケイ素ドーパントガスおよび補助ガスを含み、補助ガスが、希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含み、ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合、同種のガスが、少なくとも１つのケイ素同位体において天然存在度より同位体が濃縮されている、ドーパントガス配合物、からなる群から選択される。
【００４４】
種々の実施形態では、ドーパント組成物は、質量数が２８、２９または３０の少なくとも１つのケイ素同位体が天然存在度よりも同位体濃縮されたケイ素化合物からなる群から選択されてもよく、ケイ素化合物が、質量数２９のケイ素同位体のみが濃縮された四フッ化ケイ素である場合、このケイ素化合物の濃縮度は、５０％より大きく、１００％までである。
【００４５】
イオン注入方法は、他の実施形態では、四フッ化ケイ素およびシランの少なくとも１つを含むケイ素化合物を用いて実施されてもよい。例えば、ケイ素化合物は、四フッ化ケイ素を含んでいてもよく、四フッ化ケイ素中のケイ素は、質量数２８のケイ素同位体の同位体濃縮度が９２．２％より大きく、１００％まで、質量数２９のケイ素同位体の同位体濃縮度が５０％より大きく、１００％まで、または質量数３０のケイ素同位体の同位体濃縮度が３．１％より大きく、１００％までである。
【００４６】
他の実施形態では、ケイ素化合物は、質量数２９のケイ素同位体において同位体濃縮された四フッ化ケイ素、質量数２８のケイ素同位体において同位体濃縮された四フッ化ケイ素、または質量数３０のケイ素同位体において同位体濃縮された四フッ化ケイ素の少なくとも一つを含む。このような組成物では、質量数２９のケイ素同位体の同位体濃縮は、４．７％より大きく、組成物中のすべてのケイ素同位体すべての原子％は、合計で１００原子％である。
【００４７】
天然に存在する３種類すべてのケイ素同位体（２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉ）が存在する種々の実施形態では、このような同位体の２つが、天然存在量より過剰に存在していてもよく、すべての原子％の量が合計で１００原子％でなければならないため、第３の同位体は、このような同位体の天然存在量より少ない量で存在する。他の実施形態では、３種類すべての天然に存在するケイ素同位体が存在していてもよく、このような同位体の１つのみが天然存在量より過剰に存在しており、他の２つの同位体が、天然存在量より少ない量で存在するか、または、このような他の同位体の１つが、天然存在量で存在し、このような他の同位体の第２のものが、天然存在量より少ない量で存在する。すべてのこのような改変例が可能であることが理解されるだろう。
【００４８】
本開示の組成物が、ケイ素原子のすべてまたは実質的にすべてが、１つの同位体種（２８Ｓｉ、２９Ｓｉまたは３０Ｓｉ）である同一同位体のケイ素含有ガスを利用してもよいことも理解されるだろう。このような同一同位体ドーパントガスは、ビーム流を実質的に高め、イオン注入ツールの性能および操作寿命の顕著な向上を達成することができる。例えば、２８Ｓｉにおいて同一同位体である四フッ化ケイ素を使用すると、ケイ素の構成要素である同位体種に関して天然存在度の量を含む四フッ化ケイ素を対応するイオン注入システムで使用するのと比較して、１０％の程度でビーム流の増加を達成することができる。
【００４９】
ビーム流の向上を達成する代替例として、本開示の同位体濃縮されたドーパントガス組成物を使用すると、同位体濃縮されたケイ素材料の流速を下げることができ、この結果、注入システムのイオン源の寿命が向上する。流速の実際の低下は、ビーム流の最大限の向上が達成される状況から、流速の最大限の低下が達成される状況（イオン注入部に天然存在度の材料を利用することに関連して同じビーム流について）までを変動可能であるため、注入装置の具体的な必要性のために決定することができる。流速の低下と、寿命の向上の具体的なトレードオフは、本明細書の開示に基づいて、特定のイオン注入装置における望ましい性能の向上および経済的な利点を与えるように、当業者が簡単に決定することができる。
【００５０】
上に広く記載するイオン注入方法は、ケイ素ドーパント組成物が、ケイ素ドーパントガスおよび補助ガスを含むケイ素ドーパントガス組成物からなる群から選択され、補助ガスが、希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含み、ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合には、同種のガスが、質量数２８、質量数２９および質量数３０のケイ素同位体の少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、他の実施形態で行うことができる。種々の実施形態では、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合には、ケイ素の同種のガスは、質量数２８、質量数２９および質量数３０のケイ素同位体の少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮されている。このような同位体濃縮されたケイ素化合物の具体例としては、質量数２８のケイ素同位体において、９２．２％より多く同位体濃縮されたケイ素化合物、質量数２９のケイ素同位体において、４．７％より多く同位体濃縮されたケイ素化合物、および質量数３０のケイ素同位体において、３．１％より多く同位体濃縮されたケイ素化合物が挙げられる。
【００５１】
ケイ素ドーパントガスおよびケイ素の同種のガスは、イオン注入用途に有用な任意の適切な種類であってもよい。一例として、ケイ素ドーパントガスおよびケイ素の同種のガスは、ＳｉＦ４；ＳｉＨ４；およびＳｉ２Ｈ６；メチルシラン、例えば、ＳｉＨ３ＣＨ３、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ（ＣＨ３）３およびＳｉ（ＣＨ３）４；フルオロシラン、例えば、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２およびＳｉＨ３Ｆ；およびクロロシラン、例えば、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＳｉＨ３Ｃｌから選択することができる。
【００５２】
他の実施形態では、補助ガスは、希釈ガス、例えば、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、メタン、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボランおよびキセノンからなる群から選択される少なくとも１つのガス種を含んでいてもよい。さらに他の実施形態は、同種のガスおよび希釈ガスを含む補助ガスを含んでいてもよい。
【００５３】
具体的な実施形態では、ドーパント組成物は、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、メタン、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボランおよびキセノンからなる群から選択される少なくとも１つの希釈ガス種を含む希釈ガスと共に、質量数２８、質量数２９または質量数３０の少なくとも１つのケイ素同位体が天然存在度よりも濃縮された四フッ化ケイ素、シランおよびジシランの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００５４】
この方法の任意の実施形態において、ケイ素ドーパント組成物は、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含んでいてもよい。
【００５５】
種々のイオン注入の実施形態では、ドーパントガスおよび同種のガスを、互いに混合物の状態で、イオン注入のためのイオンドーパント種を発生させるためのイオン源に流す。この方法の他の実施形態は、ドーパントガスおよび同種のガスを、注入のためのイオンドーパント種を発生させるために、イオン源に連続的に流して行われる。
【００５６】
本開示は、同位体濃縮されたケイ素ドーパントガスが、別のドーパントガスと同時に、混合物の状態で、または注入部の真空チャンバに別個に供給される別個の流れとしてイオン注入部に流れる実施形態も想定する。
【００５７】
このイオン注入方法では、一実施形態のイオン源は、以下の方法に従って操作することができる。ドーパント組成物に含まれる異なるドーパント材料をイオン源に連続して流し；イオン源への異なるドーパント材料の連続的な流れの間、イオン源の操作中にカソードのバイアス電力を監視し；監視されたカソードバイアス電力に応答して、イオン源、イオン源のカソードおよび／または１つ以上の他の要素の操作寿命を延ばすように、連続的に供給されたドーパント組成物の少なくとも１つの流速を調整する。
【００５８】
本開示は、別の態様では、本明細書にすでに記載したように、本開示の任意のドーパント組成物からこのようなイオンドープ種を発生させることを含む、ドーパント原料からイオン注入のためのイオンドープ種を発生させるように配置されたイオン源の性能および寿命を高める方法に関する。このような方法の一実施形態では、ドーパントガスおよび同種のガスを、互いに混合物の状態で、イオン注入のためのイオンドーパント種を発生させるためのイオン源に流す。このような方法の別の実施形態では、ドーパントガスおよび同種のガスを、注入のためのイオンドーパント種を発生させるために、イオン源に連続的に流す。
【００５９】
ドーパント組成物をイオン源に供給するために配置されたイオン源およびドーパント組成物源を含み、ドーパント組成物源が、本明細書にすでに記載したような任意のドーパント組成物を含む、さまざまな種類のイオン注入システムが想定される。このようなイオン注入システムでは、ドーパント組成物は、ドーパントガスおよび同種のガスを含んでいてもよく、ドーパント組成物源は、ドーパントガスおよび同種のガスを、互いに混合物の状態で、ドーパント組成物に供給するためにイオン源に流すように配置されていてもよい。または、ドーパント組成物源は、ドーパントガスおよび同種のガスを、ドーパント組成物に供給するために、イオン源に連続的に流すように配置されていてもよい。
【００６０】
本開示のさらなる態様は、内容積を有する容器と、内容積の中にドーパント原料とを含み、ドーパント原料が、本明細書にすでに記載したような任意のドーパント組成物を含む、ドーパント原料装置に関する。
【００６１】
本開示は、別の態様では、ケイ素イオンが基材に注入されるイオン注入システムの少なくとも１つの供給源の寿命およびターボポンプの寿命を長くする方法に関する。この方法は、イオン注入システムのイオン化チャンバ中でケイ素含有ドーパントガスをイオン化することを含み、ケイ素含有ドーパントガスは、四フッ化ケイ素と、水素、アルゴン、窒素およびヘリウムの１つ以上との混合物を含み、ドーパントガスは、少なくとも１つの同位体Ｓｉ種において同位体濃縮されている。
【００６２】
例えば、四フッ化ケイ素は、このような混合物中に、混合物の合計体積を基準として５体積％から９８体積％の濃度で存在していてもよい。特に高いビーム流が達成されるべきである用途では、四フッ化ケイ素は、混合物中に、混合物の合計体積を基準として８０体積％から９８体積％の範囲の濃度で存在していてもよい。
【００６３】
本開示は、さらなる態様では、四フッ化ケイ素が導入され、イオン源でイオン化されるイオン注入システム中のイオン源の寿命を長くする方法に関する。この方法は、アンモニアと四フッ化ケイ素とをイオン源に導入することを含み、四フッ化ケイ素は、少なくとも１つのＳｉ同位体種において同位体濃縮されている。このような方法では、アンモニアおよび四フッ化ケイ素は、供給容器中の混合物に提供されてもよく、この供給容器から、混合物は、イオン源に導入するために分配される。または、このような方法では、アンモニアおよび四フッ化ケイ素は、別個の供給容器に提供されてもよく、これらの供給容器から、イオン源に導入するために分配される。なおさらなる実施形態として、アンモニアおよび四フッ化ケイ素を、イオン源に導入した後、イオン源において互いに混合してもよい。このような方法において、アンモニアの代わりに、またはアンモニアに加えて、アミンを使用してもよい。
【００６４】
このような方法の別の変形例は、イオン源にキセノンを導入することを含む。キセノンは、アンモニアおよび／または四フッ化ケイ素の混合物に導入されてもよい。
【００６５】
本開示は、ケイ素ドーパントガスおよび補助ガスを含み、補助ガスが、希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含み、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合には、同種のガスは、質量数２８、２９または３０の少なくとも１つのケイ素同位体が天然存在度より同位体が濃縮されている、種々のケイ素ドーパントガス組成物を想定する。
【００６６】
本開示のドーパント組成物は、同位体濃縮されたドーパントガスおよび／または同位体濃縮された補助ガスを利用しない対応する方法の性能と比較して、注入方法の性能を向上させるのに有効である。性能の向上は、ドーパントガス組成物において同位体濃縮された種を含まないドーパントガス組成物、即ち、天然存在度の同位体種を含むドーパントガス組成物を用いた対応する注入方法に対し、より高いビーム流、より長いイオン源の寿命、連続するメンテナンス事象の間の平均時間を長くすること、イオン注入部表面への材料の堆積の減少、または他の性能の向上に関係があるだろう。
【００６７】
種々の具体的な実施形態では、ドーパント組成物は、２８Ｓｉにおいて天然存在度よりも濃縮された、例えば、２８Ｓｉの濃度が９２．２％より大きく、例えば、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％または９９．９％より大きく、１００％までの、少なくとも１つのケイ素化合物を含有していてもよい。他の具体的な実施形態では、ドーパント組成物は、２９Ｓｉにおいて天然存在度よりも濃縮された、例えば、２９Ｓｉの濃度が４．７％より大きく、例えば、５％、７％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または９９．９％より大きく、１００％までの少なくとも１つのケイ素化合物を含有していてもよい。さらに他の具体的な実施形態では、ドーパントの反対側は、３０Ｓｉにおいて天然存在度よりも濃縮された、例えば、３０Ｓｉの濃度が３．１％より大きく、例えば、３．５％、４％、５％、７％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または９９．９％より大きく、１００％までの少なくとも１つのケイ素化合物を含有していてもよい。
【００６８】
従って、本開示は、ドーパントおよび／または同種のガスが天然存在度の濃度レベルから同位体調節されていない対応するシステムに対し、有益な同位体の濃度が、このようなドーパントおよび／または同種のガスにおける天然存在率に対してイオン注入システムの性能を高める程度まで増えている、同位体濃縮されたケイ素ドーパントガス、および／または同位体濃縮された同種のガスを広く想定する。
【００６９】
ケイ素ドーパントガス組成物がドーパントガスおよび同種のガスを含む実施形態では、このようなそれぞれのガスは、供給器のためにイオン源に、混合物の状態で流れるか、または別個の流動ラインで同時に流れる関係で流れるか、またはそれぞれの供給源からのガスがイオン注入システムに流れることから提供されるように、イオン注入システムに提供されてもよい。または、このようなそれぞれのガスは、イオン注入システムに連続的に流すことができる。このような連続的な操作は、それぞれのドーパントガスおよび同種のガスの時間に基づく等しい流れを利用し、任意の適切な様式で行われてもよく、または、それぞれの時間に基づく流れが、互いに異なっていてもよく、または望ましい特徴のドープされた基材を与えるように他の方法で調節されてもよい。
【００７０】
本開示のイオン種を用いてイオン注入される基材は、任意の適切な種類の基材であってもよい。
【００７１】
基材は、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウムまたは他の適切な基材組成物を含んでいてもよい。基材は、小型電子機器の基材、即ち、小型電子機器または機器前駆体要素を製造するための小型電子構造を作るために利用される基材を含んでいてもよい。
【００７２】
他の実施形態では、基材は、例えば、フラットパネルディスプレイおよびソーラーパネルのような製品の製造のために注入されてもよい。本開示は、任意の適切な特徴を有するイオン注入用途に適用可能であることが理解されるだろう。
【００７３】
ドーパント組成物は、ドーパント組成物を中に保持するための内容積を有する貯蔵器または分注容器に使用するために供給されてもよく、ドーパント組成物は、記載されるような任意の適切な種類であってもよい。このようなドーパント組成物の貯蔵器および分注容器は、例えば、イオン源に対してドーパント組成物を適切に流れさせるのに適切な装置および制御要素を備える適切な流路によって、イオン源と接続するために配置していてもよい。貯蔵器および分注容器は、固体の物理的な吸着剤をこの内容積に含む吸着剤系を含む容器を備えていてもよく、吸着剤は、ドーパント組成物に対する吸着アフィニティを有する。これによって、ドーパント組成物は、貯蔵中に吸着剤に吸着によって保持され、分配条件で吸着剤から脱着し、この結果、脱着したドーパント組成物を、イオン注入システムへの流れのために容器から放出させることができる。このような容器中の物理的な吸着剤は、炭素吸着剤、例えば、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（ダンバリー、コネチカット、ＵＳＡ）からＢＲＩＧＨＴＢＬＡＣＫの商標で市販される種類の炭素吸着剤を含んでいてもよい。または、ドーパントガスのための適切な吸着アフィニティを有する任意の他の固体の物理的な吸着剤および任意の他の貯蔵媒体、例えば、ドーパントガスを貯蔵することができ、分配条件でドーパントガスを脱着することができるイオン性液体を使用してもよい。このような種類の吸着剤系の容器は、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（ダンバリー、コネチカット、ＵＳＡ）からＳＤＳおよびＳＡＧＥの商標で市販されている。
【００７４】
または、ドーパント組成物は、容器の内容積に１つ以上の圧力制御器を備える内圧制御型の容器中に提供されてもよい。このような圧力制御された容器は、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（ダンバリー、コネチカット、ＵＳＡ）からＶＡＣの商標で市販されている。さらに、この内容積に吸着剤を含むこのような圧力制御型の容器も、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（ダンバリー、コネチカット、ＵＳＡ）からＶＡＣＳｏｒｂの商標で市販されている。
【００７５】
なおさらなる代替例として、ガス供給容器は、例えば、容器および／またはこの内容物を加熱することによって揮発し、揮発生成物または昇華生成物としてドーパントガスを発生させる固相ドーパント源材料の形態でドーパント組成物を含んでいてもよい。このような種類の固体を運ぶ容器は、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（ダンバリー、コネチカット、ＵＳＡ）からＰｒｏＥ−ｖａｐの商標で市販されている。
【００７６】
本開示は、さらなる実施形態では、
（ｉ）ケイ素ドーパント源のガスを保持する第１のガス貯蔵器および分注容器と、
（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含み、ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合には、同種のガスが、少なくとも１つのケイ素同位体において天然存在度より同位体が濃縮された、補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器とを備えるイオン注入システムのためのガス供給キットを想定する。
【００７７】
本開示は、他の態様では、（ｉ）ケイ素ドーパント源のガスを保持する第１のガス貯蔵器および分注容器と、（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含み、ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合には、同種のガスが、少なくとも１つのケイ素同位体において天然存在度より同位体が濃縮された、補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器とを備えるイオン注入システムで使用するために提供することを含む、イオン注入システムの操作を向上させるための方法に関する。
【００７８】
このようなガス供給キットおよび向上させるための方法の態様では、ドーパントガスおよび同種のガスは、両方とも、供給されるドーパントガスおよび同種のガス化合物において、同じ１種類のケイ素同位体種、例えば、２８Ｓｉにおいて同一同位体であってもよい。
【００７９】
ガス供給キットおよび向上させるための方法では、ドーパントガスおよび希釈ガスをそれぞれの容器で利用してもよく、ドーパントガスは、天然に存在するケイ素同位体の少なくとも１つにおいて、天然存在度より同位体が濃縮されている。例えば、ドーパントガスは、同一同位体、例えば、２８Ｓｉである気体状ケイ素化合物を含んでいてもよい。希釈ガスは、任意の適切なガス種または混合物を含んでいてもよく、例えば、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノン、または他の適切な１つ以上のガスを含んでいてもよい。
【００８０】
ここで、図を参照すると、図１は、本開示の一態様のイオン注入処理システムの模式図である。
【００８１】
イオン注入処理システム３００は、イオン注入チャンバ３０１中の基材３２８のケイ素イオン注入ドーピングのために供給されるケイ素ドーパントガスを保持する内容積を有する貯蔵器および分注容器３０２を備える。貯蔵器および分注容器は、ケイ素ドーパントガスがガスの貯蔵のために物理的に吸着され、容器から放出するために、分配条件でガスが吸着媒体から脱着する吸着媒体を含む種類のものであってもよい。吸着媒体は、固相の炭素吸着剤材料を含んでいてもよい。
【００８２】
図１において、貯蔵器および分注容器３０２は、吸着された状態でドーパントガスを遊離したガス状態または液化したガス状態で保持する内容積を囲む円筒形の容器壁３０４を備える。
【００８３】
貯蔵器および分注容器３０２は、分配ライン３７２を介し、混合チャンバ３６０（任意要素である。）と、この後、放出ライン３１２を介し、ガスの流れが連結するように接続したバルブヘッド３０８を備える。圧力センサ３１０は、質量流量コントローラ３１４と共にライン３１２に配置されていてもよく、他の任意要素の監視し、検知する要素が、このラインと接続し、制御手段、例えば、アクチュエータ、フィードバックおよびコンピュータ制御系、サイクルタイマーなどとインターフェースで接続していてもよい。
【００８４】
混合チャンバ３６０は、使用される場合には、ガス供給ライン３７０と流れが連結するように接続していてもよく、これに対し、補助ガス供給容器３６２および３６４が接続し、それぞれは、同じ種類であってもよく、または互いに異なる種類であってもよく、上に記載した容器３０２に対し、同じ種類であってもよく、または互いに異なる種類であってもよい。容器３６２は、例えば、希釈ガスを含んでいてもよく、容器３６４は、例えば、同種のガスを含んでいてもよく、希釈ガスおよび／または同種のガスと組み合わせてドーパントガスを含むドーパントガス混合物を調製することができるように配置される。
【００８５】
補助容器３６２は、主要な容器部分とともに作られ、バルブヘッド３８０が固定され、これが補助容器供給ライン３６６に接続する。同様の様式で、補助容器３６４は、主要な容器部分とともに作られ、バルブヘッド３８２が固定される。バルブヘッド３８２は、補助容器供給ライン３６８に接続する。供給ライン３６６および３６８は、このような配置によって、希釈剤および／または同種のガスを混合チャンバ３６０に運び、注入部のイオン源を通過するために、希釈剤および／または同種のガスを含むドーパントガス混合物を与える。このような目的のために、補助容器供給ライン３６６および３６８および分配ライン３７２には、容器およびこのようなバルブから分配された材料の流れまたは他の特徴を手動または自動で制御するための適切なバルブ、コントローラおよび／またはセンサが備わっていてもよく、このようなバルブ、コントローラおよび／またはセンサは、任意の適切な様式で対応する供給／分配ラインと接続または連結していてもよい。
【００８６】
このようなバルブは、中央処理装置（ＣＰＵ）に作動可能に接続したバルブアクチュエータと接続していてもよい。ＣＰＵは、上述のコントローラおよび／またはセンサとシグナルによって連結する関係で接続していてもよく、互いに関連して、それぞれの容器から分配される液体の速度、条件および量を制御するようにプログラムによって配置していてもよく、この結果、混合チャンバ３６０からライン３１２に流れるドーパントガス混合物は、イオン注入操作を行うのに望ましい組成、温度、圧力および流速を有する。
【００８７】
示されるシステム３００では、イオン注入チャンバ３０１は、ライン３１２から分配されたケイ素ドーパントガス混合物を受け入れるイオン源３１６を備え、イオンビーム３０５を発生する。イオンビーム３０５は、質量分析ユニット３２２を通過し、必要なイオンを選択し、必要でないイオンを拒絶する。
【００８８】
選択されたイオンは、加速電極アレイ３２４を通過し、次いで、偏向電極３２６を通過する。得られる集束したイオンビームが、スピンドル３３２で取り付けられた回転可能なホルダ３３０に配置された基材要素３２８に衝突する。ドーパントイオンのイオンビームを使用し、所望なように基材にドープし、ドープされた構造を作製する。
【００８９】
イオン注入チャンバ３０１のそれぞれの区画は、それぞれポンプ３２０、３４２および３４６を用いることによって、ライン３１８、３４０および３４４から排気される。
【００９０】
または、イオン注入チャンバ３０１は、適切なプラズマ浸漬プロセスによって基材へのケイ素の注入を行うように調整されたプラズマ注入チャンバであってもよい。
【００９１】
図２は、本開示の別の態様のイオン注入処理システムの模式図である。図２のシステムは、図１と同じ要素および特徴に対応して番号が付けられているが、図２のシステムは、流路の配置にそれぞれのドーパントガスおよび補助ガスの容器を利用し、それぞれの容器３０４、３６２および３６４は、別個の質量流量コントローラ３１４、４００および４０２をそれぞれ分配ラインに備えている。この配置によって、それぞれの容器からのそれぞれのガスの流れが、関連する分配ライン内の専用の質量流量コントローラによって調整され、操作時のそれぞれのガスの選択された流速または流速比を達成する。それぞれの質量流量コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）に作動可能に接続し、これによって、それぞれの質量流量コントローラは、必要な場合、または望ましい場合には、操作中に調節し、システムの最適な操作を達成することができる。
【００９２】
本開示のさらなる態様では、ドーパントガスを、第１の場合には、１つ以上の補助ガス、即ち、希釈剤および／または同種のガスを含む混合物に供給してもよく、ドーパントガスおよび補助ガスの混合物は、１個の供給容器に含まれ、この容器から、ガス混合物は、イオン注入システムのイオン源に分配され、流れることができる。例えば、図１のシステムでは、容器３０２は、ケイ素ドーパントガスおよび補助ガス混合物を含む１個のガス供給容器（補助容器３６２および３６４がない。）で構成することが可能である。
【００９３】
このような手法を利用し、１個の供給容器から提供することができる一緒に封入された混合物として水素、不活性気体または他の希釈ガスを含む混合物に、ドーパントガスとして四フッ化ケイ素を提供してもよい。
【００９４】
１個の供給容器で与えられるような、本開示の広範囲の実施で有利に使用することができる同位体濃縮された四フッ化ケイ素ガス混合物の具体例として、四フッ化ケイ素を含有するガス組成物は、組成物の合計体積を基準として、５体積％から３５体積％の四フッ化ケイ素を含んでいてもよく、残りは、水素、アルゴン、窒素およびヘリウムのうち１つ以上であり、四フッ化ケイ素は、天然に存在するケイ素同位体の少なくとも１つ、例えば、２８Ｓｉにおいて同位体濃縮されている。
【００９５】
別の態様では、本開示は、四フッ化ケイ素をドーパントガスとして使用し、四フッ化ケイ素は、少なくとも１つのＳｉ同位体種、例えば、２８Ｓｉにおいて同位体濃縮されているイオン注入システムのイオン源の寿命を延ばすための、四フッ化ケイ素と一緒に流れるガスとしてのアンモニアの使用に関する。
【００９６】
ケイ素を注入するときに、四フッ化ケイ素との混合物で補助ガスとしてアンモニアを使用することによって、アンモニア（ＮＨ３）の構成要素である窒素および水素が、四フッ化ケイ素からフッ素を効率的に捕捉するだろう。このようなフッ素捕捉の結果として、ＳｉＦ４／ＮＨ３混合物は、イオン源の中のハロゲンサイクルを少なくとも部分的に阻害し、アークスリットに成長するタングステンウィスカーおよび／またはカソードおよび／またはアンチカソードに堆積するタングステンに起因するイオン源の寿命の悪化が起こる。
【００９７】
このようにＳｉＦ４と一緒に流れるガスとしてアンモニアを使用するのは、種々の任意の配置で行うことができる。一実施形態では、アンモニアおよび四フッ化ケイ素のための別個のガス供給容器を使用し、それぞれのガス供給容器からのガスが、イオン源に一緒に流れる。一緒に流れたガスを、質量流量コントローラを通る前に混合してもよく、または、質量流量コントローラとイオン源との間で混合してもよく、イオン源の中で混合してもよい。
【００９８】
または、アンモニアおよび四フッ化ケイ素の混合物を任意の適切な相対比率で含む１個の供給容器を提供してもよい。
【００９９】
アンモニアに代えて、またはアンモニアに加え、任意の適切なアミンを、同様に有利に使用することができる。
【０１００】
さらなる代替例として、キセノンが、別個の供給容器の補助ガスとして提供されてもよい。供給容器から分配した後、キセノンをアンモニアおよび／または四フッ化ケイ素と混合してもよい。キセノンは、アンモニアおよび／または四フッ化ケイ素と混合したキセノンを含むガス容器内で補助ガスとして提供することもできる。イオン源に導入されるガスにキセノンが存在すると、カソードへのキセノンのスパッタリング効果によって、このようなカソードに堆積する過剰なタングステンが除去され、イオン源の寿命が向上する。
【０１０１】
本開示は、さらなる別の態様では、１つ以上の同位体濃縮されたケイ素ドーパント材料、例えば、シランまたは四フッ化ケイ素をイオン化チャンバに流し、イオンドーパント種を発生させることと、イオン化チャンバからイオンドーパント種を集めることと、所定のイオンドーパント種を選択することと、選択した／望ましいケイ素イオンドーパント種を光電池、フラットパネル、小型電子機器または半導体基板に注入することとを含み、これらから本質的になり、またはこれらからなる、改良されたイオン注入方法に関する。
【０１０２】
本開示の望ましいケイ素同位体の濃縮によって、このような同位体の存在量または濃度が高まり、対応して、イオンビーム内のこの同位体の量が増える。これにより、少ない濃度／量の同じ／望ましいケイ素同位体を含むケイ素源を利用するシステムおよび／または方法と比較して、スループットの対応する利点が得られる。
【０１０３】
本開示は、ドーパントの連続した流れを想定し、例えば、イオン源操作中に所定のカソードバイアス電力を維持することによって、イオン源またはこの要素の操作寿命を延ばすために、カソードバイアス電力が、イオン源の操作中に監視され、監視されたカソードバイアス電源の電力が、イオン源に運ばれるそれぞれのドーパント化合物を制御／選択／置き換えるためのフィードバック制御方法に利用される。このような方法を利用し、イオン源のカソードを修理または正しく設定することができ、即ち、イオン源の操作中に所定のカソードバイアス電力を維持するか、または他の方法で達成するために必要な場合、カソードの再成長またはエッチングを行うことができる。
【０１０４】
イオン源は、このような監視され、制御される方法において、任意の適切な種類であってもよく、例えば、間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源であってもよい。カソードバイアス電力は、このような方法では、異なるドーパント化合物の連続的な流れを、イオン源／カソードの操作寿命を延ばすように制御するためのフィードバック機構として有利に使用される。
【０１０５】
イオン源のアークチャンバにカソードを有するイオン注入システムを操作し、イオン源の操作効率を維持するこの方法は、一実施形態では、カソードバイアス電力を測定しつつ、カソードと、連続的に供給されるドーパント組成物とを接触させることと、測定されたカソードバイアス電力に応答して、連続的に供給されるドーパント組成物の少なくとも１つを、イオン源、カソードおよび／またはイオン源の１つ以上の要素の操作寿命を延ばすために調節することとを含む。
【０１０６】
連続的に供給されるドーパント組成物に関連した「調節する」という用語は、連続的に供給されるドーパント組成物の少なくとも１つについて、測定されたカソードバイアス電力に応答して、このシーケンス、持続時間、処理条件またはドーパント組成物の選択を制御すること、即ち、選択的に変えることを意味する。従って、それぞれのドーパント組成物の供給期間は、設定点のカソードバイアス電力値を維持するように、互いに対して変動してもよく、または、１つのドーパント組成物を、他よりも高い電圧条件で供給してもよく、またはフィードバック監視システムおよび制御システムを、それぞれのドーパント組成物を他の方法で制御／選択／置き換えるように配置してもよい。
【０１０７】
別の実施形態では、この方法を利用し、１つ以上のドーパント組成物に対し、イオン源を通って洗浄剤または堆積剤を同時に、または連続して流してもよく、カソードバイアス電力またはイオン源の変動可能な他の電力を利用し、例えば、監視された電力使用が、初期値または他の所定の、または設定した値またはレベルより高い場合には、イオン源を通ってエッチング洗浄剤を流すことによって、カソードのエッチングを行い、カソードから堆積物を除去し、および／またはカソードバイアス電力またはイオン源の変動可能な他の電力を利用し、監視された電力使用が、初期値または他の所定の値または設定した値より低い場合には、イオン源を通って堆積剤を流すことによって、カソード材料の再成長を行う。
【０１０８】
従って、本開示は、同位体濃縮されたケイ素ドーパント組成物の利用に関連する種々の態様、特徴および利点を想定する。
【０１０９】
従って、本開示の組成物、工程、方法、装置およびシステムが、イオン注入システムの性能の対応する改良を与えるために、多種多様な様式で実行および適用をしやすいことが理解されるだろう。
【０１１０】
本開示は、具体的な態様、特徴および例示的な実施形態を参照して本明細書で述べられてきたが、本開示の有用性は、これに限定されず、多くの他の変形例、改変例および代替的な実施形態に拡張され、これらを包含することが理解されるだろう。本明細書の記載に基づき、本開示の分野の当業者にこれらを示唆するからである。対応して、以下の特許請求の範囲の発明は、その精神および範囲内にあるこのようなすべての変形例、改変例および代替的な実施形態を含め、広く解釈され、判断されることを意図している。
【図１】
2016524793.tif 000004
【図２】
2016524793.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月25日(2015.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素をイオン注入する方法であって、ケイ素ドーパント組成物をイオン化し、イオン化したケイ素を作製することと、イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入することとを含み、ここで、ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つのケイ素化合物を含み、ケイ素ドーパント組成物が、２９Ｓｉが濃縮された四フッ化ケイ素からなる場合、この濃縮度は、５０原子％より高く、１００原子％までである、方法。
【請求項２】
前記ケイ素ドーパント組成物は、（ｉ）ケイ素ドーパントガスとして気体形態での前記ケイ素化合物と、（ｉｉ）同種のガスおよび希釈ガスの少なくとも１つを含む補助ガスとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ケイ素ドーパント組成物は、ケイ素イオンのイオンビームを発生させるためのイオン化装置を用いてイオン化され、イオンビームを電場によって加速し、前記接触させるときに基材にケイ素を注入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマ浸漬プロセスにおいて前記イオン化したケイ素を基材と接触させ、基材の中にケイ素を注入する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ケイ素ドーパント組成物が、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体（homoisotopic）である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、
からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ケイ素をイオン注入するためのドーパントガス組成物供給器であって、当該供給器は、
（Ａ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスとの混合物の状態でケイ素ドーパントガスを含むケイ素ドーパント組成物を含有し、ケイ素ドーパント組成物が、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、少なくとも１つの気体状ケイ素化合物を含む、ガス貯蔵器および分注容器；
（Ｂ）（ｉ）ケイ素ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵器および分注容器、および（ｉｉ）希釈ガスおよび同種のガスの少なくとも１つを含む補助ガスを保持する第２のガス貯蔵器および分注容器を含み、ケイ素ドーパントガスの少なくとも１つと、存在する場合、同種のガスは、２８Ｓｉ、２９Ｓｉおよび３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、ガス供給キット
からなる群から選択される、ドーパントガス組成物供給器。
【請求項１２】
四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１３】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、請求項１２に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１４】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で同位体濃縮された四フッ化ケイ素を含む、請求項１３に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１５】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体である、請求項１４に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１６】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１７】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１８】
請求項１１の（Ａ）に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項１９】
請求項１１の（Ｂ）に記載のドーパントガス組成物供給器。
【請求項２０】
請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器とガスを受け入れて流れが連結するように配置されたイオン注入部を備える、イオン注入システム。
【請求項２１】
前記イオン注入部が、
（Ａ）前記ドーパントガス組成物供給器からケイ素ドーパント組成物をイオン化してイオン化したケイ素を作製し、当該イオン化したケイ素と基材とを接触させ、基材の中にケイ素を注入し、かつ
（Ｂ）（ｉ）前記イオン化したケイ素のイオンビームを発生させ、前記イオンビームを、この中にケイ素を注入するための基材に対し、電場によって加速するか、または（ｉｉ）基材にケイ素を注入するためのプラズマ浸漬プロセスを行うように調整された、請求項２０に記載のイオン注入システム。
【請求項２２】
請求項１１に記載のドーパントガス組成物供給器をイオン注入システムで使用するために提供することを含む、イオン注入システムの操作を向上させるための方法。
【請求項２３】
前記ドーパントガス組成物供給器が、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、Ｃ１−Ｃ８アルキルシラン、フルオロシランおよびクロロシランからなる群から選択されるケイ素化合物を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ケイ素化合物が、２８Ｓｉにおいて、９２．３原子％より大きく、１００原子％までの濃度範囲で天然存在度より同位体が濃縮された四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記四フッ化ケイ素が、２８Ｓｉにおいて同一同位体である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記補助ガスが、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記ドーパントガス組成物が、
（ｉ）キセノンおよび水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉ）シランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｉｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたシラン；
（ｉｖ）アルゴンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖ）ジシランを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉ）同位体濃縮された四フッ化ケイ素および同位体濃縮されたジシラン；
（ｖｉｉ）水素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｖｉｉｉ）アンモニアを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｉｘ）アンモニアおよびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘ）水素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉ）アンモニアおよびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉ）窒素を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｉｉ）窒素およびキセノンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；
（ｘｉｖ）窒素およびクリプトンを含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素；および
（ｘｖ）水素、窒素、アンモニア、キセノンおよびアルゴンのうち１つ以上を含む、同位体濃縮された四フッ化ケイ素、からなる群から選択されるガス組成物を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
補助ガスと混合されたケイ素ドーパントガスを含む、ケイ素ドーパント組成物であって、
前記補助ガスは、同種のガスおよび希釈ガスの少なくとも１つを含み、
前記ケイ素ドーパント組成物は、２８Ｓｉ、２９Ｓｉ、および３０Ｓｉのうち少なくとも１つにおいて天然存在度より同位体が濃縮された、気体形態の少なくとも１つのケイ素化合物を含む
ことを特徴とする、ケイ素ドーパント組成物。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が、下記
(i)  濃度が９２．２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、もしくは９９．９％のいずれかよりも大きく、１００％までである２８Ｓｉ、
(ii)  濃度が４．７％、５％、７％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、もしくは９９．９％のいずれかよりも大きく、１００％までである２９Ｓｉ、または、
(iii)  濃度が３．１％、３．５％、４％、５％、７％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、もしくは９９．９％より大きく、１００％までである３０Ｓｉ
のいずれかにおいて天然存在度より同位体が濃縮されたものである、請求項２８に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して５体積％から９８体積％の範囲である、請求項２８に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して５体積％から９８体積％の範囲である、請求項２９に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して５体積％から３５体積％の範囲である、請求項２８に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して５体積％から３５体積％の範囲である、請求項２９に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して８０体積％から９８体積％の範囲である、請求項２８に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのケイ素化合物が四フッ化ケイ素を含み、混合物中の四フッ化ケイ素の濃度が、混合物の総体積に対して８０体積％から９８体積％の範囲である、請求項２９に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３６】
混合物が、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２８に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３７】
混合物が、アルゴン、水素、フッ素、クリプトン、ネオン、ヘリウム、アンモニア、アミン、水、ホスフィン、アルシン、ゲルマン、セレン化水素、硫化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二フッ化キセノン、ジボラン、メタンおよびキセノンからなる群から選択される希釈ガスを含む、請求項２９に記載のケイ素ドーパント組成物。
【請求項３８】
ケイ素内へのドーピングのためのイオン注入ツールに対して、請求項２８から３７のいずれか一項に記載のケイ素ドーパント組成物を供給するステップ
を含むことを特徴とする、イオン注入方法。
【国際調査報告】
2016524793.tif 000006
2016524793.tif 000007