[實(shí)用新型]一種等離子體浸沒(méi)離子注入系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020247215.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201785483U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李超波;劉杰;汪明剛;夏洋;羅威;羅小晨;李勇滔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): C23C14/48
• 分類號(hào): C23C14/48
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 王建國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體處理技術(shù)和設(shè)備領(lǐng)域，具體其涉及一種等離子體浸沒(méi)離子注入系統(tǒng)。

背景技術(shù)

等離子體浸沒(méi)離子注入(Plasma?Immersion?Ion?Implantation，PIII)技術(shù)被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)束線離子注入技術(shù)制作超淺結(jié)的一項(xiàng)新的摻雜技術(shù)。其是將基片直接浸沒(méi)在等離子體中，當(dāng)基片臺(tái)加負(fù)脈沖偏壓時(shí)，在電子等離子體頻率倒數(shù)的時(shí)間尺度內(nèi)，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的時(shí)間內(nèi)離子被加速注入到基片中，這導(dǎo)致等離子體與鞘層之間的邊界向等離子體區(qū)域推進(jìn)，暴露出的新離子又被提取出來(lái)，即鞘層隨著離子的運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)張。在更長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)，鞘層穩(wěn)定于穩(wěn)態(tài)的蔡爾德定律鞘層(等離子體中離子運(yùn)動(dòng)滿足蔡爾德定律)。這是PIII的基本原理。

參見(jiàn)圖1，其概括性地示出了現(xiàn)有ICP放電方式的PIII系統(tǒng)。系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)、電源部分、注入電極部分、冷卻系統(tǒng)等四大部分組成。真空系統(tǒng)由進(jìn)氣噴嘴111、出氣部分112、離子注入腔室114及機(jī)械泵和分子泵組成的組合泵115組成；電源部分包括用于氣體放電產(chǎn)生等離子體的射頻電源121和用于離子注入的直流脈沖電源125，其中射頻電源又由射頻產(chǎn)生源122和射頻L型匹配器123組成；注入電極部分包括基片臺(tái)171和基片181；冷卻部分用于系統(tǒng)工作時(shí)分子泵及注入電極部分的冷卻等。

實(shí)際的PIII過(guò)程中，例如采用氬氣放電實(shí)現(xiàn)氬離子摻雜，當(dāng)注入電極加負(fù)脈沖偏壓時(shí)，基片正上方的電場(chǎng)并不是絕對(duì)的豎直向下，其中基片中間部分的電場(chǎng)為豎直向下方向，而基片邊緣部分由于注入電極的影響存在邊緣效應(yīng)，即邊緣部分的電場(chǎng)為傾斜分布，從而導(dǎo)致離子注入時(shí)注入深度不一，注入樣品不均勻。

實(shí)際的PIII過(guò)程中，當(dāng)注入電極所加的負(fù)脈沖偏壓增大時(shí)，基片上方等離子體鞘層會(huì)變寬，當(dāng)所需負(fù)脈沖偏壓增大到一定程度是，基片上方等離子體會(huì)因鞘層過(guò)寬而熄滅，這就導(dǎo)致PIII不能實(shí)現(xiàn)中、高能離子摻雜注入。為了解決這個(gè)問(wèn)題，最直接的方法就是增加腔室的高度，使脈沖偏壓增大時(shí)等離子體不熄滅。腔室高寬比(腔室的高度/腔室的半徑)由多種因素決定，增加腔室高度會(huì)產(chǎn)生多種不利影響。

PIII在中、高能離子摻雜注入時(shí)存在另一個(gè)問(wèn)題。即低氣壓難放電的問(wèn)題。中、高能離子摻雜注入時(shí)要求放電壓強(qiáng)較低，而低壓強(qiáng)時(shí)氣體很難實(shí)現(xiàn)打火放電。原因是加利福尼亞大學(xué)伯克利分校(University?of?California?at?Berkeley)的Pelletier，Jacques和Anders，Andre給出腔室放電壓強(qiáng)與注入偏壓的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：即大偏壓注入時(shí)需要低壓強(qiáng)，如V₀＝100kV，P＜10^-4Torr，而低氣壓放電是困難的。根源是放電氣壓越低，電子離化的平均自由程就越大，如如何在低氣壓下實(shí)現(xiàn)中、高能浸沒(méi)離子摻雜有待解決。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種等離子體浸沒(méi)離子注入系統(tǒng)，系統(tǒng)既能提高摻雜注入的均勻性，又能消除中、高能浸沒(méi)離子注入由于鞘層過(guò)寬而引起的等離子體熄滅，還能實(shí)現(xiàn)低氣壓下的中、高能浸沒(méi)離子摻雜注入。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種等離子體浸沒(méi)離子注入系統(tǒng)，包括離子注入腔室、電源部分、注入電極部分和真空部分，還包括摻雜源腔室和隔板；

所述摻雜源腔室和所述離子注入腔室通過(guò)隔板相連。

上述方案中，所述摻雜源腔室內(nèi)的氣壓范圍為0.1Pa到1000Pa。

上述方案中，所述離子注入腔室內(nèi)的氣壓范圍為0.1mTorr到10mTorr。

上述方案中，所述隔板上均勻分布著若干個(gè)圓孔。

上述方案中，所述圓孔直徑大小范圍為0.1mm到1mm，所述圓孔面積占空比為5％到30％。

上述方案中，所述隔板厚度范圍為1mm到1cm。

上述方案中，所述隔板裝置由聚四氟或石墨制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果為：

由于本實(shí)用新型提供一種等離子體浸沒(méi)離子注入系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)隔板既提高了摻雜注入的均勻性，又消除了中、高能浸沒(méi)離子注入由于鞘層過(guò)寬而引起的等離子體熄滅，還能實(shí)現(xiàn)低氣壓下的中、高能浸沒(méi)離子摻雜注入。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有ICP放電方式的PIII系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的ICP放電方式的PIII系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式