CN103165376B - 一种等离子体浸没注入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体处理技术和设备领域，具体涉及一种等离子体浸没注入装置。所述等离子体浸没注入装置，包括真空腔室、注入电极、电源部分和真空系统，所述真空腔室包括预注入腔室和注入腔室，所述预注入腔室和注入腔室之间设有插板阀，所述插板阀控制所述预注入腔室与所述注入腔室连通或隔开，所述注入电极设置在所述注入腔室内。本发明不但能够实现大面积基片的浅结离子注入，而且能大大缩短注入前的真空预抽时间，从而提高注入的效率，还能降低大气中的杂质离子的引入从而减小注入污染，同时还能降低大气中的水蒸气、氧气等成份对注入腔室内壁的腐蚀破坏作用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体处理技术和设备领域，具体涉及一种等离子体浸没注入装置。
背景技术
离子注入是以高能离子束注入基材内的近表面区，以改变表面性能的过程。离子注入广泛应用于半导体领域，如CMOS工艺中。离子注入多通过束线离子注入(Ion Beam Ion Implantation，IBII)装置实现。传统的束线离子注入装置主要由离子源、质量分离器、加速器、扫描装备、真空系统和冷却系统等几个部分组成。离子源部分产生等离子体，等离子体中的离子提取经质量分离器和加速器得到单一质量单一能量的离子，单质单能得离子在扫描装置的辅助下注入到基片中，真空系统保证系统正常工作时的真空度，冷却系统用于整个系统的冷却。然而随着半导体工艺中基片尺寸的不断增大和CMOS器件特征尺寸的不断缩小，使得IBII面临严峻的挑战，如低能浅结注入时由于同种电荷相互排斥造成的离子束发散问题，扫描式注入在基片尺寸较大时带来的成本上升问题等。等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技术被认为是替代IBII制作超浅结的一项新的掺杂技术。
PIII技术是在等离子体腔室内通入工艺气体，工艺气体在等离子体功率源的作用下激励产生等离子体，基片浸没在等离子体中，在注入偏置电源的作用下，离子被加速并注入到基片中，从而实现离子的掺杂。
PIII装置与IBII装置相比有很多优点，如PIII装置没有IBII装置的离子提取、聚焦、扫描等装置，设备简单，成本低；其次PIII装置可实现为非扫描式掺杂，即可实现大面积基片的同时注入，注入效率高；再次PIII装置能实现三维复杂结构工件的掺杂；还有利用PIII装置掺杂时离子能量无理论限制，能实现高剂量、低能量离子掺杂。PIII装置同时也存在一些缺点，如PIII装置多为单腔室装置，在放预处理基片和取已处理基片时大气直接充入到注入腔室内，这既会延长注入前的预抽时间，还会把引入空气中的杂质离子引入，从而造成注入污染，同时空气中的氧气和水蒸气等成份还会作用于腔室内壁，从而造成腔室内壁的腐蚀和破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种等离子体浸没注入装置，能够实现大面积基片的浅结离子注入，而且能大大缩短注入前的真空预抽时间，从而提高注入的效率，减小注入污染。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种等离子体浸没注入装置，包括真空腔室、注入电极、电源部分和真空系统，所述真空腔室包括预注入腔室和注入腔室，所述预注入腔室和注入腔室之间设有插板阀，所述插板阀控制所述预注入腔室与所述注入腔室连通或隔开，所述注入电极设置在所述注入腔室内。
上述方案中，所述预注入腔室与所述注入腔室的材质为铝。
上述方案中，所述注入电极的材质为铝。
上述方案中，所述电源部分包括等离子体脉冲射频电源和注入偏置电源，所述等离子体脉冲射频电源用于激励进入所述注入腔室的工艺气体放电产生等离子体，所述注入偏置电源用于将偏置电压加至所述注入电极。
上述方案中，所述真空系统包括预注入腔室真空装置和注入腔室真空装置；所述预注入腔室真空装置包括第一机械泵，用于抽取控制所述预注入腔室的真空度；所述注入腔室真空装置包括第二机械泵和第一分子泵，所述第二机械泵和所述第一分子泵组合抽取控制所述注入腔室的真空度。
上述方案中，所述真空系统包括第三机械泵和第二分子泵，所述第三机械泵用于抽取控制所述预注入腔室的真空度，所述第三机械泵和所述第二分子泵组合抽取控制所述注入腔室的真空度。
上述方案中，所述注入装置包括冷却系统，所述冷却系统包括注入电极冷却装置和真空系统冷却装置；所述注入电极冷却装置的冷却方式为氦气冷却和水冷却，所述真空冷却装置的冷却方式为水冷却。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：
本发明不但能够实现大面积基片的浅结离子注入，而且能大大缩短注入前的真空预抽时间，从而提高注入的效率，还能降低大气中的杂质离子的引入从而减小注入污染，同时还能降低大气中的水蒸气、氧气等成份对注入腔室内壁的腐蚀破坏作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的等离子体浸没注入装置结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的等离子体浸没注入装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种等离子体浸没注入装置，包括真空腔室、注入电极、电源部分和真空系统，其中真空腔室包括预注入腔室101和注入腔室102，预注入腔室101与注入腔室102的材质为铝。预注入腔室101和注入腔室102之间设有插板阀103，插板阀103控制预注入腔室101与注入腔室102连通或隔开。注入电极301的材质为铝，设置在注入腔室102内。电源部分包括等离子体脉冲射频电源201和注入偏置电源202，等离子体脉冲射频电源201用于激励进入注入腔室102的工艺气体放电产生等离子体，注入偏置电源202用于将偏置电压加至注入电极301。真空系统包括预注入腔室真空装置和注入腔室真空装置，预注入腔室真空装置包括机械泵401，用于抽取控制预注入腔室101的真空度，注入腔室真空装置包括机械泵402和分子泵403，机械泵402和分子泵403组合抽取控制注入腔室102的真空度。
本实施例还包括冷却系统，冷却系统包括注入电极冷却装置和真空系统冷却装置；注入电极冷却装置的冷却方式为氦气冷却和水冷却，真空冷却装置的冷却方式为水冷却。
使用本实施例开始注入时，先打开预注入腔室101的腔室盖后，后将待注入的基片105放在机械手104上后关盖，在机械泵401的抽取作用下，当预注入腔室101中的真空度达到工艺要求后，打开插板阀103，基片105通过机械手104传输并放置到注入腔室102的注入电极301上，机械手104回到预注入腔室101后关闭插板阀103；在注入腔室102的机械泵402和分子泵403组合泵的作用下，注入腔室102的气体压力降低直至达到本底真空要求。预注入腔室101的作用是能减小注入腔室102的起始气压，进而缩短注入腔室102的预抽时间；同时预注入腔室101还能使得注入腔室102不直接与大气接触，从而使得注入腔室102不受大气中杂质成份的污染。
在注入腔室102的气体压强达到本底真空后，通过进气口通入工艺气体。工艺气体在等离子体脉冲射频电源201的作用下被激励放电产生等离子体，在注入偏置电源202的作用下，等离子体中的离子被加速并注入到基片105中，从而实现离子的掺杂。上述等离子体脉冲射频电源201包括功率源和功率源匹配，注入偏置电源201可为脉冲直流电源或射频功率电源等。
注入过程结束后，打开插板阀103，通过机械手104把已注入的基片105从注入腔室102移回至预注入腔室101后，关插板阀103。打开预注入腔室101的腔室盖，取出已注入的基片105，整个注入过程完成。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供了一种等离子体浸没注入装置，本实施例中，预注入腔室101与注入腔室102共用一个机械泵401，本实施例其他部件之间的连接关系同实施例1相同。
本实施例在开始注入时，先打开预注入腔室101的腔室盖后，将待注入的基片105放在机械手104上后关盖，在机械泵401的作用下，当预注入腔室101中的真空度达到工艺要求后，打开插板阀103，基片105通过机械手104传输并放置到注入腔室102的注入电极301上；机械手104返回至预注入腔室101后关插板阀103；在注入腔室102的机械泵401和分子泵403组合泵的作用下，注入腔室102的压力降低至本底真空。上述预注入腔室101和注入腔室102共用一个机械泵401，从而降低整个注入系统的成本。
在注入腔室102的气体压强达到本底真空后，通过进气口通入工艺气体。工艺气体在等离子体脉冲射频电源201的作用下被激励放电产生等离子体，在注入偏置电源202的作用下，等离子体中的离子被加速并注入到基片105中，从而实现离子的掺杂。上述等离子体脉冲射频电源201包括功率源和功率源匹配，注入偏置电源201可为脉冲直流电源或射频功率电源等。
注入完成后，开插板阀103，已注入基片105在机械手104的作用下从注入腔室102移回到预注入腔室101，关插板阀103。最后打开预注入腔室101的腔室盖，取出已注入的基片105，整个注入过程完成。
本发明不但能够实现大面积基片的浅结离子注入，而且能大大缩短注入前的真空预抽时间，从而提高注入的效率，还能降低大气中的杂质离子的引入从而减小注入污染，同时还能降低大气中的水蒸气、氧气等成份对注入腔室内壁的腐蚀破坏作用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种等离子体浸没注入装置，包括真空腔室、注入电极、电源部分和真空系统，其特征在于：所述真空腔室包括预注入腔室和注入腔室，所述预注入腔室和注入腔室之间设有插板阀，所述插板阀控制所述预注入腔室与所述注入腔室连通或隔开，所述注入电极设置在所述注入腔室内；所述真空系统包括预注入腔室真空装置和注入腔室真空装置；所述预注入腔室真空装置包括第一机械泵，用于抽取控制所述预注入腔室的真空度；所述注入腔室真空装置包括第二机械泵和第一分子泵，所述第二机械泵和所述第一分子泵组合抽取控制所述注入腔室的真空度；所述电源部分包括等离子体脉冲射频电源和注入偏置电源，所述等离子体脉冲射频电源用于激励进入所述注入腔室的工艺气体放电产生等离子体，所述注入偏置电源用于将偏置电压加至所述注入电极；所述预注入腔室与所述注入腔室的材质为铝；所述注入装置包括冷却系统，所述冷却系统包括注入电极冷却装置和真空系统冷却装置；所述注入电极冷却装置的冷却方式为氦气冷却和水冷却，所述真空系统冷却装置的冷却方式为水冷却。
2.如权利要求1所述的等离子体浸没注入装置，其特征在于：所述注入电极的材质为铝。
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