CN201785483U - 一种等离子体浸没离子注入系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及半导体处理技术和设备领域，具体其涉及一种等离子体浸没离子注入系统，包括离子注入腔室、电源部分、注入电极部分和真空部分，还包括掺杂源腔室和隔板；所述掺杂源腔室和所述离子注入腔室通过隔板相连。本实用新型提既提高了掺杂注入的均匀性，又消除了中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还能实现低气压下的中、高能浸没离子掺杂注入。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体处理技术和设备领域，具体其涉及一种等离子体浸没离子注入系统。
背景技术
等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技术被认为是替代传统束线离子注入技术制作超浅结的一项新的掺杂技术。其是将基片直接浸没在等离子体中，当基片台加负脉冲偏压时，在电子等离子体频率倒数
的时间尺度内，基片表面附件等离子体中的电子被排斥，剩下惯性较大的离子形成离子母体鞘层。随后，在离子等离子体频率
的时间内离子被加速注入到基片中，这导致等离子体与鞘层之间的边界向等离子体区域推进，暴露出的新离子又被提取出来，即鞘层随着离子的运动而扩张。在更长时间尺度内，鞘层稳定于稳态的蔡尔德定律鞘层(等离子体中离子运动满足蔡尔德定律)。这是PIII的基本原理。
参见图1，其概括性地示出了现有ICP放电方式的PIII系统。系统包括真空系统、电源部分、注入电极部分、冷却系统等四大部分组成。真空系统由进气喷嘴111、出气部分112、离子注入腔室114及机械泵和分子泵组成的组合泵115组成；电源部分包括用于气体放电产生等离子体的射频电源121和用于离子注入的直流脉冲电源125，其中射频电源又由射频产生源122和射频L型匹配器123组成；注入电极部分包括基片台171和基片181；冷却部分用于系统工作时分子泵及注入电极部分的冷却等。
实际的PIII过程中，例如采用氩气放电实现氩离子掺杂，当注入电极加负脉冲偏压时，基片正上方的电场并不是绝对的竖直向下，其中基片中间部分的电场为竖直向下方向，而基片边缘部分由于注入电极的影响存在边缘效应，即边缘部分的电场为倾斜分布，从而导致离子注入时注入深度不一，注入样品不均匀。
实际的PIII过程中，当注入电极所加的负脉冲偏压增大时，基片上方等离子体鞘层会变宽，当所需负脉冲偏压增大到一定程度是，基片上方等离子体会因鞘层过宽而熄灭，这就导致PIII不能实现中、高能离子掺杂注入。为了解决这个问题，最直接的方法就是增加腔室的高度，使脉冲偏压增大时等离子体不熄灭。腔室高宽比(腔室的高度/腔室的半径)由多种因素决定，增加腔室高度会产生多种不利影响。
PIII在中、高能离子掺杂注入时存在另一个问题。即低气压难放电的问题。中、高能离子掺杂注入时要求放电压强较低，而低压强时气体很难实现打火放电。原因是加利福尼亚大学伯克利分校(University of California at Berkeley)的Pelletier，Jacques和Anders，Andre给出腔室放电压强与注入偏压的经验关系式：即大偏压注入时需要低压强，如V0＝100kV，P＜10-4Torr，而低气压放电是困难的。根源是放电气压越低，电子离化的平均自由程就越大，如
如何在低气压下实现中、高能浸没离子掺杂有待解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种等离子体浸没离子注入系统，系统既能提高掺杂注入的均匀性，又能消除中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还能实现低气压下的中、高能浸没离子掺杂注入。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种等离子体浸没离子注入系统，包括离子注入腔室、电源部分、注入电极部分和真空部分，还包括掺杂源腔室和隔板；
所述掺杂源腔室和所述离子注入腔室通过隔板相连。
上述方案中，所述掺杂源腔室内的气压范围为0.1Pa到1000Pa。
上述方案中，所述离子注入腔室内的气压范围为0.1mTorr到10mTorr。
上述方案中，所述隔板上均匀分布着若干个圆孔。
上述方案中，所述圆孔直径大小范围为0.1mm到1mm，所述圆孔面积占空比为5％到30％。
上述方案中，所述隔板厚度范围为1mm到1cm。
上述方案中，所述隔板装置由聚四氟或石墨制成。
与现有技术相比，本实用新型技术方案产生的有益效果为：
由于本实用新型提供一种等离子体浸没离子注入系统，系统通过隔板既提高了掺杂注入的均匀性，又消除了中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还能实现低气压下的中、高能浸没离子掺杂注入。
附图说明
图1为现有ICP放电方式的PIII系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的ICP放电方式的PIII系统结构示意图；
图3为本实用新型实施例中隔板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做详细描述。
参见图2，本实用新型实施例提供一种等离子体浸没离子注入系统，包括离子注入腔室114、掺杂源腔室213、电源部分、注入电极部分、真空部分和用于连接掺杂源腔室213与离子注入腔室114的隔板261。真空系统由进气喷嘴111、出气部分112、离子注入腔室114、掺杂源腔室213及机械泵和分子泵组成的组合泵组成。电源部分包括用于气体放电产生等离子体的射频产生源122、射频L型匹配器123和用于离子注入的直流脉冲电源125。注入电极部分包括基片台171和基片181。
气体通过设置在掺杂源腔室213上的进气喷嘴111进入掺杂源腔室213，射频产生源122在射频L型匹配器调节下，通过感应线圈151使射频电源功率以感性耦合的方式耦合到掺杂源腔室213的等离子体。掺杂源腔室内的气压范围为0.1Pa到1000Pa，在射频电源的作用下，高气压气体通过ICP放电方式放电产生高密度等离子体。采用高压气体放电是因为其它条件(如腔室结构、射频功率大小等)不变的情况下压强越高，电子的平均自由程越短，气体更容易放电产生高密度的等离子体。
等离子体通过隔板261扩散到离子注入腔室114，离子注入腔室内的气压范围为0.1mTorr到10mTorr。扩散到离子注入腔室114的等离子体中的离子在基片181加直流脉冲偏压125的作用下加速注入到基片台171上的基片181中，从而实现离子掺杂注入。隔板261上开有多个均匀分布的圆孔262，圆孔262的大小、个数及分布既影响离子注入腔室114中等离子体的均匀性，从而影响离子注入的均匀性；又影响离子注入腔室114中等离子的密度和压强，继而消除了中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还可以实现在离子注入腔室114中的低气压中、高能离子注入。
参见图3，两个腔室之间的隔板261表面均匀分布数个圆孔262，圆孔直径大小范围为0.1mm-1mm，圆孔面积的占空比为5％到30％。隔板厚度范围1mm-1cm。隔板的材料为聚四氟或石墨。均匀分布的圆孔既能使得掺杂源腔室213里的等离子体均匀扩散到离子注入腔室114，从而控制离子注入腔室114的等离子体的均匀性、密度和压强。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种等离子体浸没离子注入系统，包括离子注入腔室、电源部分、注入电极部分和真空部分，其特征在于：还包括掺杂源腔室和隔板；
所述掺杂源腔室和所述离子注入腔室通过隔板相连。
2.如权利要求1所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述掺杂源腔室内的气压范围为0.1Pa-1000Pa。
3.如权利要求1所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述离子注入腔室内的气压范围为0.1mTorr-10mTorr。
4.如权利要求1所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述隔板上均匀分布若干个圆孔。
5.如权利要求4所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述圆孔直径大小范围为0.1mm到1mm，所述圆孔面积占空比为5％到30％。
6.如权利要求4所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述隔板厚度范围为1mm到1cm。
7.如权利要求4所述的等离子体浸没离子注入系统，其特征在于：所述隔板由聚四氟或石墨制成。
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Cited By (3)
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| CN102503177A (zh) * | 2011-10-21 | 2012-06-20 | 苏州大学 | 一种用于超光滑表面的等离子体加工装置 |
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