用。在每 个实例中，必须选择第二物质以便沿着离子源操作的电弧电压（即，输入到离子源的能量） 的优选范围具有比第一基于硅的物质高的电离截面，以便保持或增加束电流而在操作离子 源期间不使离子源降级。
[0017] 在优选的实施方案中，第一基于硅的物质包含SiF4,其以预定浓度含于入口处和 /或离子源装置100内。根据本发明的原则，SiF4可与第二气体物质（包括任何合适的惰性 气体或稀释剂气体、第二基于硅的辅助物质（co-species)或其组合)组合利用。例如，稀释 剂气体可包括氙或氪，其在输入离子源的选定操作能量水平下以比SiF4高的电离截面在 离子注入工艺中使用。可利用其它合适的稀释剂或惰性气体，包括Ne、H e、Ar或N2、含氢气 体或其任何组合。
[0018] 在优选的实施方案中，第一气体物质是SiF4并且第二气体物质包括以预定量添 加至SiF4的第二基于硅的辅助物质。已经显示，在导致第二基于硅的辅助物质具有比SiF4 电离截面高的电离截面的离子源工艺的操作条件下添加预定浓度的第二基于硅的辅助物 质倾向于增加 Si+束电流而不需要对操作参数做出的任何额外变化。此外，已发现，在含硅 气体混合物的某些优选组合物下，有可能在较低电弧电压下操作离子源并且进一步减少其 操作期间的离子源部件降级。
[0019] 优选地，第二基于硅的辅助物质包含乙硅烷（Si2H6)。特定比率下的辅助物质 Si2H6与SiF4的组合可提供可利用于注入给定衬底中的硅离子源。在一个实施方案中，基 于总的基于硅的掺杂剂气体组合物的体积计，含有约1-10 vol%的Si2H6辅助物质。在另 一个实施方案中，含有约2-7 vol%的Si2H6辅助物质。如将讨论的，本发明已发现，在掺 杂剂气体混合物的选定电离条件和离子室的操作条件下，Si2H6相对于SiF4的特定组成 范围使得能够改进束电流，从而可增加束电流而不使离子源降级。在这种方式下，有可能 增加硅离子束电流而未将沉积物积聚至导致来源寿命缩短的不可接受水平。Si2H6充当互 补（complimentary)气体，在优选浓度下时，其可允许离子源在一定条件下操作，与只利用 SiF4的离子注入工艺相比，所述条件有助于保持其效率更长持续时间，如以下实施例所证 明的。
[0020] 此外，已经显示，添加预定量的第二基于硅的物质（在针对SiF4的优选或最佳操 作条件下，其电离截面比SiF4电离截面更高）可增加所产生的Si+束电流而不需要对单独 利用SiF4时的离子注入的操作参数做出任何额外变化。例如，在利用优选浓度范围的SiF4 和Si2H6的混合物时，本发明可产生改进的束电流（S卩，在不缩短离子源寿命的情况下产生 的持续或增加的束电流）而不需要输入离子源的额外能量。换句话说，以不超过上限的量 将Si2H6添加至SiF4,以便相对于单独从SiF4产生的束电流而言，增加束电流和处理量。
[0021] 此外，已发现，在本发明考虑的Si气体混合物的某些组合物下，离子源可在较低 电弧电压下操作而不显著减少束电流，并且其可在离子注入操作期间有利地进一步减少离 子源部件降级。
[0022] 在优选实施方案中并且如以下实施例中解释的，Si离子从包含预定浓度范围的 Si2H6和SiF4的含Si混合物注入。任何合适的离子注入装置可与Si2H6和SiF4混合物 一起利用。参照图1，表示了用于注入得自Si2H6和SiF4的Si离子的代表性离子注入装 置100。图1中描绘的离子源装置100具有各种部件，包括间接加热的阴极（IH0115,其 可充当用于将本发明的基于硅的掺杂剂气体组合物电离成其相应的硅活性离子的离子源。 应理解，基于硅的掺杂剂气体组合物适合用于本领域中已知的其它类型离子源，包括例如 Freeman源、Bemas源和RF等离子体源。
[0023] 图1的离子源装置100可用于产生用于将硅活性离子注入半导体衬底中的电子 束。以与单独从SiF4产生的束电流相比产生更高Si+束电流的方式，从SiF4和Si2H6的 电离产生硅活性离子。不受任何特别理论约束，相信在SiF4与Si2H6的特定组成范围和离 子源装置100的仔细选定操作条件下，SiF4和Si2H6以协同方式彼此相互作用，以产生电 离机制，所述电离机制产生增加量的Si+活性离子来产生增加和改进的束电流。
[0024] 图4将作为能量的函数的关于不同硅化合物的电离截面作图。在可发生SiF4电 离的离子源的优选操作能量水平或电弧电压下，Si2H6展现比SiF4高的电离截面。换句话 说，图4表示了 Si2H6具有在离子源的此类电弧电压操作条件下产生离子的更高概率。从 Si2H6产生的离子的存在增强了 SiF4的电离过程，导致更高的Si+束电流。相反，图4显示 了 SiH4具有比SiF4小的电离截面，因此减少SiF4与SiH4的电离物质的相互作用及碰撞， 并且电离成电离的SiF4物质的净概率，从而导致Si+束电流降低。
[0025] 参照图4,在发生SiF4电离的约80V-120V的选定操作电弧电压下，Si2H6展现比 SiF4高的电离截面。在该选定的操作规范内，Si2H6具有产生各种含硅离子的更高概率。 得自Si2H6的含硅离子的存在增强了 SiF4的电离过程，导致更高的Si+束电流而不使离子 源的源灯丝降级。然而，已发现，只在小于约50%，并且优选小于约40%，并且更优选小于20% 并且最优选小于10%的Si2H6的某些浓度范围内展现束电流的改进。
[0026] 如在以下结合图3的实施例中所示，与从未稀释的（S卩，纯的）SiF4产生的束电流 相比，占总的气体混合物的约50%或更高的升高的Si2H6浓度导致束电流减少。此外，在 80% Si2H6和20% SiF4下，束电流显著降低。在约50%或更大的升高的Si2H6浓度的此类 条件下，观察到等离子体，以展现硅离子从电弧室中的不良提取，这导致较低的束电流。图 3显示了在电离不同的含Si气体混合物时获得的Si+束电流。与未稀释的SiF4相比，含有 Si2H6的气体混合物（5% Si2H6,其余为SiF4)显示Si+束电流增加约20%。此外，图3显示 了将其它含Si互补（complimentary)物质添加至SiF4导致束电流降低。例如，如以下在 实施例中将讨论的，与从未稀释的SiF4情况产生的束电流相比，50% SiF4和50% SiH4气体 混合展示束电流降低约5%。
[0027] 另外，在50%和更高的这些升高的乙硅烷浓度下观察到含Si沉积物，从而导致操 作过程期间的较低束电流和离子源的过早失灵。
[0028] 由于保持Si2H6低于预定上限，已经显示，其量小于SiF4并且在针对SiF4的优选 或最佳操作条件下其电离截面比SiF4电离截面高的第二基于硅的辅助物质的添加可增加 所获得的Si+束电流而没有操作参数的任何额外变化，例如增加的电弧电压。相反，本发明 惊奇地发现，在Si2H6和SiF4的某些组合物下，离子源可实际上在能够保持基本上相同束 电流同时延长源寿命（即，避免由于阴极变薄和/或氟侵蚀而导致的离子源部件降级）的 较低电弧电压下操作。由于图4中所示的Si2H6和SiF4的相应电离截面曲线，在减少的电 弧电压下操作并且仍然保持基本上相同束电流的能力是有可能的。例如，可发生电弧电压 从约110 V减少至约80 V，这是由于在较低电弧电压下，Si2H6和SiF4的电离截面曲线之 间的差异增加，如图4所示。见到Si2H6和SiF4之间的电离截面差异方面的较大差异在相 对较低的电弧电压下发生，这可允许更有可能产生足够数量Si活性离子来抵消由于更小 电弧电压的总体束电流降低的任何趋势。换句话说，虽然较低电弧电压可潜在地导致产生 较低量的Si总离子，但是增加的电离截面差异使得足够的电离能够保持束电流，同时显著 减少氟侵蚀和阴极变薄，从而延长离子源寿命并且最终改进处理量。最佳操作电压（即，输 入到离子源的能量）的选择随着气体物质和其相应电离截面曲线而变化。最佳电弧电压将 允许保持或增加束电流而不使离子源降级。在一个实施方案中，最佳电压发生在85-95 V 的范围内。
[0029] 另外，与常规的硅掺杂剂离子注入系统相比，本发明中公开的掺杂剂气体组合物 优选允许延长离子源阴极115寿命，这至少部分基于在操作离子源装置100期间的源阴极 115的最小重量变化速率。净结果是离子源阴极115,其未遭受过早失灵，从而允许源阴极 115保持操作持续延长的时间段，以增加处理量。在这种方式中，本发明具有独特的基于硅 的掺杂剂气体组合物，其相对于单独从SiF4产生的束电流能够保持或增加硅离子束电流， 同时与先前可能利用常规硅前体材料(例如SiF4 )的情况相比，保持源灯丝115的完整性更 长持续