CN103887135A - 离子注入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入系统，包括隔板，所述隔板设置在所述基片台外围，且通过所述基片台与注入电极连接；所述隔板用于将所述离子注入腔室分隔为上离子注入腔室及下离子注入腔室，且在对样片进行离子注入时，所述隔板随注入电极的升降而上下移动。本发明提供的离子注入系统，增加可以随注入电极上下移动的隔板，有效控制腔室中气体进行起辉时所占腔室的比例，从而解决低密度气体在腔室中起辉的问题。
Description
技术领域
本发明涉及及半导体制造领域，特别涉及一种离子注入系统。
背景技术
传统的束线离子注入(Ion Beam Ion Implantation，IBII)被广泛的用于材料改性和半导体工艺，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，扫描式注入在基片尺寸较大时带来的成本升高等。
等离子体浸没离子注入(Plasma ImmersionIonImplantation，PIII)技术被认为是替代IBII制作超浅结的一项新的掺杂技术，相比较而言，等离子体浸没离子注入（PIII）比传统的束线离子注入（IBII）具有较多优点。
利用等离子体浸没注入技术进行超浅结的制备时，需要产生低密度等离子体，而传统的PIII系统由于等离子体鞘层的约束，等离子腔室需要至少保证一定的容积，而在工艺条件的约束下，腔室中的气体密度也需要保证在一定低的条件下，因此在双重约束下，在ICP放电的方式下很难对此腔室容积下的低密度气体进行起辉产生等离子体，因此传统PIII系统有其注入的局限性。所以急需发明一种新的PIII系统，提高PIII系统的腔室中气体的起辉难易程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种离子注入系统，解决了现有技术中的无法有效的对腔室中低密度气体进行起辉的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种离子注入系统包括：一离子注入腔室，用于给所述离子注入系统提供真空注入环境；
一近气喷嘴，所述近气喷嘴设于所述离子注入腔室的第一边上，所述近气喷嘴用于给所述离子注入系统提供注入气体；
一出气口，所述出气口设于所述离子注入腔室的第二边上，所述出气口用于将所述注入气体抽离所述离子注入腔室，且，所述第一边与所述第二边为对边；
一基片台，所述基片台包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述离子注入腔室内，用于给所述离子注入安置待注入样片；所述第二部分位于所述离子注入腔室外；
一脉冲电源，所述脉冲电源与所述基片台的第二部分连接，用于给所述注入气体放电产生等离子体提供电源；
一射频电源，所述射频电源与所述离子注入腔室连接，用于给所述离子注入提供射频电源；
一组合泵，所述组合泵与所述出气口连接，所述组合泵用于通过出气口将反应后的注入气体抽走；
一冷却系统，所述冷却系统用于对整个离子注入系统进行冷却；
其中，所述离子注入系统还包括：
隔板，所述隔板设置在所述基片台外围，且通过所述基片台与注入电极连接；
所述隔板用于将所述离子注入腔室分隔为上离子注入腔室及下离子注入腔室，且在对样片进行离子注入时，所述隔板随注入电极的升降而上下移动。
进一步地，所述隔板呈圆环状，所述隔板通过内环侧与所述基片台的第一部分圆周外围连接，所述隔板外环侧与所述离子注入腔室内壁相隔5-10mm，使所述隔板上下移动时，不与所述离子注入腔室的内壁产生摩擦。
进一步地，所述隔板上设有均匀分布的气孔，使上离子注入腔室的气体可以流到下离子注入腔室中。
进一步地，
所述气孔直径为1-2cm，所述气孔的总面积占隔板面积10%~30%。
进一步地，所述隔板为不锈钢，且表层镀有氧化铝。
本发明提供的离子注入系统，增加可以随注入电极上下移动的隔板，有效控制腔室中气体进行起辉时所占腔室的比例，从而解决低密度气体在腔室中起辉的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的离子注入系统中隔板上升到最高位置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的离子注入系统中隔板下降到最低位置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所述，本发明实施例中的一种离子注入系统，包括：离子注入腔室1、进气喷嘴2、出气口3、基片台4、射频电源5、脉冲电源6及隔板7。
其中，离子注入腔室1用于给离子注入系统提供真空注入环境；进气喷嘴2设于所述离子注入腔室1的第一边上，进气喷嘴2用于给离子注入系统提供注入气体；出气口3设于所述离子注入腔室1的第二边上，出气口3用于将注入气体抽离离子注入腔室1，且，所述第一边与所述第二边为对边；如图1所示，第一边和第二边的对边设置可以使进气喷嘴2的气流在离子注入完毕后，顺流从出气口3中流出，达到较优的离子注入效果。在出气口3处设有组合泵8，并与出气口3连接，组合泵8可包括机械泵和分子泵，组合泵8用于将注入反应后的注入气体抽走。基片台4包括第一部分41和第二部分42，其中第一部分41位于离子注入腔室1内，用于给离子注入安置待注入样片9；第二部分42位于离子注入腔室1外；需要说明的是，本发明实施例中的待注入样片9可以是硅基片，当然本发明实施例并不限定具体的类型。脉冲电源6与所述基片台4的第二部分42连接，用于给注入气体放电产生等离子体提供电源；射频电源5可以由射频产生源51和射频L型匹配器52组成。脉冲电源6与所述离子注入腔室1连接，用于给离子注入提供脉冲电源；具体来说，在射频电源5的作用下，注入气体通过ICP放电的方式放电产生高密度的等离子气体，等离子气体中的离子通过脉冲电源6产生的脉冲电压的作用，加速注入到待注入样片9中，从而实现离子的掺杂注入。
隔板7设置在所述基片台4的外围，且通过所述基片台4与注入电极连接。隔板7用于将所述离子注入腔室1分隔为上离子注入腔室11及下离子注入腔室12，且在对样片9进行离子注入时，所述隔板7能随注入电极的升降而上下移动。所述隔板7呈圆环状，隔板7通过内环侧与所述基片台4的第一部分41圆周外围连接，所述隔板7外环侧与所述离子注入腔室1的内壁相隔5-10mm，使所述隔板上下移动时，不与所述离子注入腔室1的内壁产生摩擦。所述隔板7上设有均匀分布的气孔，使上离子注入腔室11的气体可以流到下离子注入腔室12中。所述气孔直径为1-2cm,气孔总面积占隔板面积10%至30%。隔板7为不锈钢，且表层镀有氧化铝。隔板材料选择金属的目的是起屏蔽作用。这样才能使ICP放电的功率不会加载到下部分腔室中的气体而只加载在上部分。腔室中隔板的表层镀氧化铝的意义是在离子注入的过程中材料主体的金属不会污染到待注入的硅片。
离子注入系统还包括冷却系统【图中未标出】，该冷却系统用于对整个离子注入系统进行冷却，比如分子泵的冷却、注入电极的冷却等。
为了更好的解释本发明实施例的结构，下面将从本发明实施例的实现过程予以说明。
本发明的离子注入系统工作时，先将待注入样片9放入离子注入腔室1中的基片台4上，然后通过将离子注入腔室1中的真空度迅速达到注入实验所需的本底真空(例如1×10-4Pa或1×10-5Pa，需要说明的是，本发明实施例并不限定具体的真空度，只要满足注入实验要求的真空度均是本发明的保护范围)，在进气喷嘴2通入实验气体前，提高注入电极使隔板10上升到最高处，使被隔板隔离的上离子注入腔室11的体积达到最小，如图1所示，然后通过进气喷嘴2通入注入气体(例如PH 3,B 2H 6,AsH 3等)。在射频电源5的作用下注入气体通过ICP放电方式放电产生高密度等离子体。
产生等离子体之后下降注入电极使隔板降到最低位置，如图2所示。由于ICP放电的功率全部加在到体积相对小的上离子注入腔室11中，与传统PIII系统相比，低密度等离子体更容易起辉，同时由于气体起辉之后增大上离子注入腔室11的体积不会使等离子体熄灭，从而实现所需低密度等离子体的起辉。
等离子体中的离子在脉冲电源6产生的脉冲偏压的作用下加速注入到待注入样片9中，从而实现离子掺杂注入。注入后的注入气体通过出气口3被由机械泵、分子泵组合而成的组合泵8抽走。射频L型匹配器52的作用是使所加射频功率加到等离子体中的前向功率最大，反射功率最小(最好为零)；冷却系统用于整个系统工作时的冷却，如分子泵的冷却，注入电极的冷却等。
由于隔板上下导通，上离子注入腔室的气压和下离子注入腔室的相同。与传统技术相比，相同气压下，相同的待起辉气体，相同的ICP放电的功率，所作用的气体体积越小，越容易放电。当隔板上升到最高处时，上离子注入腔室的体积比传统技术的腔室体积小很多，这样上离子注入腔室的气体会容易起辉，产生等离子体。上离子注入腔室中的气体起辉产生的等离子体稳定后，就可以降低注入电极，因为等离子体稳定后不容易熄灭，这样就可以通过降低隔板来使上部分腔室的体积和传统技术的腔室体积相同。扩大上离子注入腔室的体积到一定位置（达到传统技术的腔室体积），是因为在离子注入的过程中，由鞘层厚度的约束所致。在离子注入的过程中，电极周围会产生不断扩展的鞘层，腔室的体积需要使鞘层在扩展的过程中鞘层边界不会触碰到腔室的边界。可见本发明提供的离子注入系统，通过增加可以随注入电极上下移动的隔板，有效控制腔室中气体进行起辉时所占腔室的比例，从而解决了低密度气体在腔室中起辉的问题。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种离子注入系统，包括：
一离子注入腔室，用于给所述离子注入系统提供真空注入环境；
一近气喷嘴，所述近气喷嘴设于所述离子注入腔室的第一边上，所述近气喷嘴用于给所述离子注入系统提供注入气体；
一出气口，所述出气口设于所述离子注入腔室的第二边上，所述出气口用于将所述注入气体抽离所述离子注入腔室，且，所述第一边与所述第二边为对边；
一基片台，所述基片台包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分位于所述离子注入腔室内，用于给所述离子注入安置待注入样片；所述第二部分位于所述离子注入腔室外；
一脉冲电源，所述脉冲电源与所述基片台的第二部分连接，用于给所述注入气体放电产生等离子体提供电源；
一射频电源，所述射频电源与所述离子注入腔室连接，用于给所述离子注入提供射频电源；
一组合泵，所述组合泵与所述出气口连接，所述组合泵用于通过出气口将反应后的注入气体抽走；
一冷却系统，所述冷却系统用于对整个离子注入系统进行冷却；
其中，所述离子注入系统还包括：
隔板，所述隔板设置在所述基片台外围，且通过所述基片台与注入电极连接；
所述隔板用于将所述离子注入腔室分隔为上离子注入腔室及下离子注入腔室，且在对样片进行离子注入时，所述隔板随注入电极的升降而上下移动。
2.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于：
所述隔板呈圆环状，所述隔板通过内环侧与所述基片台的第一部分圆周外围连接，所述隔板外环侧与所述离子注入腔室内壁相隔5-10mm，使所述隔板上下移动时，不与所述离子注入腔室的内壁产生摩擦。
3.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于：
所述隔板上设有均匀分布的气孔，使上离子注入腔室的气体可以流到下离子注入腔室中。
4.如权利要求3所述的离子注入系统，其特征在于：
所述气孔直径为1-2cm，所述气孔的总面积占隔板面积10%~30%。
5.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于：
所述隔板为不锈钢，且表层镀有氧化铝。
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