[發(fā)明專利]一種等離子體浸沒離子注入摻雜裝置及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710857636.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107523798B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦國剛;宿世臣;侯瑞祥;徐萬勁;臧之昊;李磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，包括真空腔室、等離子體發(fā)生單元、支撐臺、第一直流電壓源和第二直流電壓源，其特征在于，在真空腔室的頂部設(shè)有等離子體耦合窗口，所述等離子體發(fā)生單元位于等離子體耦合窗口上方；在真空腔室內(nèi)，等離子體耦合窗口和支撐臺之間設(shè)有平行板腔，該平行板腔由相互平行的上板和下板構(gòu)成，其中：上板緊貼等離子體耦合窗口，下板通過一個位于支撐臺上的絕緣體支撐，上板和下板暴露于真空腔室中的表面均沉積有摻雜雜質(zhì)層，且下板連接提供負(fù)偏壓的第二直流電壓源；真空腔室的內(nèi)表面以及支撐臺暴露在真空腔室中的表面均覆蓋有雙層內(nèi)襯材料，外層為防沾污層，內(nèi)層為絕緣層；所述防沾污層與提供正偏壓的第一直流電壓源連接，而與真空腔室的腔壁絕緣；所述防沾污層的材料是金屬或?qū)щ姺墙饘伲诘入x子體作用下難以擴散摻雜到半導(dǎo)體材料或器件中。

2.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，所述平行板腔的上下板間距在3mm～50mm范圍內(nèi)可調(diào)。

3.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，上下板表面沉積的摻雜雜質(zhì)層的厚度為30～200nm；所述雙層內(nèi)襯材料中，絕緣層的厚度為1～2mm，防沾污層的厚度為300～600nm。

4.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，該裝置還設(shè)有溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括監(jiān)測下板溫度的溫度傳感器和對下板溫度進(jìn)行調(diào)控的液體循環(huán)恒溫系統(tǒng)。

5.如權(quán)利要求4所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，所述支撐臺包括可升降支架及其上的中空盒，盒內(nèi)充滿由液體循環(huán)恒溫控制器控制溫度的循環(huán)液體；所述溫度傳感器為溫差電偶，與平行板腔下板連接。

6.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，所述第一直流電壓源為雙層內(nèi)襯材料的防沾污層提供≤100V的正偏壓；所述第二直流電壓源對平行板腔下板提供10-3000V的負(fù)偏壓。

7.如權(quán)利要求1所述的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置，其特征在于，所述平行板腔的上板是平整的半導(dǎo)體基片，其向下一面及邊緣沉積有摻雜雜質(zhì)層；下板也是平整的半導(dǎo)體基片，其兩面及邊緣都沉積有摻雜雜質(zhì)層。

8.利用權(quán)利要求1～7任一所述的裝置對半導(dǎo)體材料或器件進(jìn)行等離子體浸沒離子注入摻雜的方法，包括：將待摻雜的半導(dǎo)體材料或器件置于平行板腔的下板上；通過支撐臺調(diào)節(jié)下板高度，設(shè)定合適的平行板腔上下板間距；通過第一直流電壓源對雙層內(nèi)襯材料的防沾污層施加正偏壓；通過第二直流電壓源對下板施加負(fù)偏壓；真空腔室抽真空后通入惰性氣體，通過等離子體發(fā)生單元和等離子體耦合窗口在真空腔室中形成等離子體，實現(xiàn)對待摻雜半導(dǎo)體材料或器件的等離子體浸沒離子注入摻雜。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)平行板腔上下板的間距為3～50mm；將平行板腔下板的溫度控制在0～300℃范圍內(nèi)的一個設(shè)定值；第一直流電壓源對防沾污層施加50～100V的正偏壓；第二直流電壓源對下板施加10～3000V的負(fù)偏壓。

10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，向真空腔室通入1～100sccm的惰性氣體，控制腔室壓強為0.01～10Pa范圍內(nèi)的指定值；等離子體發(fā)生單元的13.56MHz射頻波經(jīng)激勵線圈在真空腔室中形成等離子體，激勵功率設(shè)定在5～1000W之間；摻雜時間小于等于60min。