[發明專利]等離子體浸沒離子注入設備

無效

• 申請號: 201010209824.1
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN102296276A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 劉杰;汪明剛;夏洋;李超波;羅威;羅小晨;李勇滔
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及半導體處理技術，具體的說是具有可拆卸內襯兼勻氣裝置的等離子體浸沒離子注入設備。

背景技術

傳統的束線離子注入(Ion?Beam?Ion?Implantation，IBII)被廣泛的用于材料改性和半導體工藝。其主要由離子源、質量分離器、加速器、掃描裝備、真空部分和冷卻系統等幾個部分組成。離子源部分產生等離子體，等離子體中的離子被提取經質量分離器和加速器得到單一質量單一能量的離子，離子在掃描裝置的輔助下注入到基片中，真空部分提供系統正常工作時的真空度，冷卻系統用于整個系統的冷卻。隨著半導體工藝中基片尺寸的不斷增大和CMOS器件特征尺寸的不斷縮小使得IBII面臨嚴峻的挑戰，如低能淺結注入時由于同種電荷相互排斥造成的離子束發散，掃描式注入在基片尺寸較大時帶來的成本升高等。等離子體浸沒離子注入(Plasma?Immersion?Ion?Implantation，PIII)技術被認為是替代IBII制作超淺結的一項新的摻雜技術。

PIII是將基片直接浸沒在等離子體中，當基片臺加負脈沖偏壓時，在電子等離子體頻率倒數ω_pe的時間尺度內，基片表面附件等離子體中的電子被排斥，剩下慣性較大的離子形成離子母體鞘層。隨后，在離子等離子體頻率ω^-1_pi的時間內離子被加速注入到基片中，這導致等離子體與鞘層之間的邊界向等離子體區域推進，暴露出的新離子又被提取出來，即鞘層隨著離子的運動而擴張。在更長時間尺度內，鞘層穩定于穩態的蔡爾德定律鞘層(等離子體中離子運動滿足蔡爾德定律)。

PIII與IBII相比有很多優點：首先PIII沒有IBII的離子提取、聚焦、掃描等裝置，設備簡單，成本低；其次PIII為非掃描式摻雜，可實現大面積同時注入，注入效率高；再次IBII為line-of-sight過程，而PIII為outline-of-sight過程，能實現三維復雜結構工件的摻雜；還有PIII摻雜離子能量分布很寬，注入能量無理論限制，能實現高劑量、低能量離子摻雜。

PIII時也存在一些缺點：(1)PIII無質量分離裝置，腔室里的所有離子都在偏壓的作用下加速注入到基片中，包括浸沒離子注入時腔室內壁被濺射出來的鐵、鋁等元素，其注入基片后會極大影響器件的特性從而造成注入污染；(2)PIII時，感應耦合產生的等離子體自身并不是完全的均勻，離子注入時基片臺的邊緣效應加劇了注入的非均勻性，基片臺的邊緣效應即注入基片中心處的注入劑量較高，邊緣處的注入劑量較低。隨著基片尺寸的增大(100mm到200mm到300mm)注入的非均勻性問題更加明顯。如何在大面積基片上實現均勻的離子注入亟待解決；(3)多次離子注入后，會在腔室內壁上形成一層沉積層，如采用PH3氣體放電實現P元素注入后會在腔室內壁形成一層黃色的磷的沉積物，改注入別的元素時必須先將腔室內壁的沉積物清洗干凈，而腔室內壁的清洗具有很大難度的同時又增加了注入的成本。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種減少等離子體浸沒離子注入時腔室內壁的污染及提高等離子體浸沒離子注入的均勻性的等離子體浸沒離子注入設備。

根據本發明的一個方面提供一種等離子體浸沒離子注入設備，包括離子注入腔室、電源部分、注入電極部分和真空部分，所述離子注入腔室內四壁設有內襯，所述內襯由包含硅成分的整塊材料制成。

所述整塊材料由單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅制成。

所述整塊材料是在由石墨、不銹鋼或鋁材料制成的內襯的內壁噴涂單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅而制成。

所述單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅材料厚度范為10μm到1000μm。

所述離子注入腔室內四壁內襯厚度均為0.1mm到20mm。

所述內襯包括可拆卸的頂部內襯、兩側壁內襯和底部內襯；所述底部內襯設置在所述離子注入腔室底部，所述側壁內襯設置在所述底部內襯之上，所述頂部內襯可設置在所述側壁內襯之上。

所述頂部內襯和底部內襯上均勻開設多個圓孔，所述圓孔直徑為0.5mm到5mm，圓孔面積占空比為5％到50％。

通過本發明提供的等離子體浸沒離子注入設備，不僅減小等離子體浸沒離子注入時腔室內壁的污染；而且還使進入到反應腔室內的氣體分布比較均勻，減小注入基片臺的邊緣效應，從而提高等離子體浸沒離子注入的均勻性。

附圖說明

圖1為傳統ICP?PIII系統的結構示意圖。