[發明專利]等離子體浸沒式離子注入機的控制方法和偏壓電源

有效

• 申請號: 201680071912.5
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN109075005B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: F·托瑞格羅薩;L·洛克斯
• 申請（專利權）人: 離子射線服務公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;C23C14/48;H01L21/223
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 郭思宇

本發明涉及一種以等離子體浸沒式運行的注入機的控制方法，包括：?注入階段[1]，在其間等離子體AP被激發，并且基底被負偏壓S，?中立化階段[2]，在其間等離子體AP被激發，并且基底被施加正偏壓或零偏壓S，?抑制階段[3]，在其間等離子體AP被熄滅，?基底處的帶負電粒子的排出階段[4]，在其間等離子體AP被熄滅。該方法的特征在于這個排出階段的持續時間大于5μs。所述發明還涉及注入機的偏壓電源。

技術領域

本發明涉及一種以等離子體浸沒式運行的離子注入機的控制方法。

背景技術

本發明的領域是以等離子體浸沒模式工作的離子注入機的領域。因此，基底的離子注入在于將其浸入等離子體并將其以幾十伏到幾十千伏(通常小于100kV)的負電壓偏壓，以便能夠建立將等離子體離子向基底加速以使它們被注入的電場。這樣注入的原子被稱為摻雜劑。

離子的穿透深度由其加速能量決定。它一方面取決于施加到基底的電壓，另一方面取決于離子和基底各自的特性。注入原子的濃度取決于用每cm²離子數表示的劑量和注入深度。

由于與等離子體物理有關的原因，在施加電壓后的毫微秒內，在基底周圍形成離子鞘。負責將離子向基底加速的電勢差在該鞘層的端子處被發現。

該鞘層根據時間的增長遵循Child-Langmuir等式：

其中：

j_c：電流密度，

ε₀：真空的介電常數，

e：離子電荷，

M：離子的質量，

V₀：跨過鞘層的電勢差，以及

S：鞘層的厚度。

通過規定電流密度等于每單位時間穿過鞘層邊界的電荷，ds/dt表示該邊界的運動速度：

表達式中給出S₀等于：

可以理解為u₀＝(2eV₀/M)是離子的特征速度，n₀是等離子體的密度。

鞘層的厚度主要與所施加的電壓、等離子體的密度和離子的質量有關。

調節注入電流的等離子體的等效阻抗與鞘層厚度的平方成正比。因此注入電流隨著鞘層的增加而非常迅速地減少。

經過一段時間后，有必要進行重新初始化。事實證明，當鞘層到達使注入機構停止的外殼壁時，這實際上是不可缺少的。

因此，為了重新初始化系統，通常在保持等離子體被激發的同時停止在基底上的高電壓。因此必須設置產生高電壓脈沖的脈沖發電機。

因此，參照圖1，文獻WO 01/15200提出通過電源使基底偏壓，所述電源包括：

-發電機GEN，其正極接地，

-并聯在發電機GEN上的電容器Ct，

-第一開關IT1，其第一極連接到發電機GEN的負極并且其第二極連接到該電源的輸出端子O；以及

-第二開關IT2，其第一極連接到輸出端子O并且其第二極接地。

該過程包括以下幾個階段：

-注入階段，在其間

ο等離子體電源被激活，

ο第一開關IT1閉合，