[發明專利]一種等離子體浸沒離子注入摻雜裝置及其應用

有效

• 申請號: 201710857636.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107523798B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 秦國剛;宿世臣;侯瑞祥;徐萬勁;臧之昊;李磊
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種等離子體浸沒離子注入摻雜裝置及其應用。該裝置在真空腔室頂部設置等離子體發生單元和等離子體耦合窗口，在緊挨等離子體耦合窗口下設置平行板腔，平行板腔的上下板暴露于真空腔室中的表面均沉積有摻雜雜質層，下板連接提供負偏壓的直流電壓源；真空腔室的暴露內表面覆蓋雙層內襯材料，外層為防沾污層，內層為絕緣層，防沾污層連接提供正偏壓的直流電壓源；待摻雜半導體材料或器件置于平行板腔內。本發明裝置結構簡單、成本低廉，最大限度降低了非摻雜雜質對待摻半導體材料或器件造成的沾污，大大提高了離子注入摻雜的純凈度。

技術領域

本發明涉及半導體材料或器件的摻雜技術，具體涉及一種平行板腔等離子體浸沒離子注入對半導體摻雜的裝置及其應用。

背景技術

摻雜工藝是將所需雜質摻入到半導體、金屬等固體材料或器件的表面附近特定區域內，達到一定的表面濃度和深度，從而改變材料或器件的物理和化學性能。對半導體而言，利用摻雜工藝，可以制作PN結、場效應晶體管的源漏區，也可以大幅度地改善金屬/半導體間歐姆接觸。摻入半導體的雜質主要有三類：第一類是能決定導電類型并提供載流子的淺受主雜質或施主雜質(如Si中的B、P、As等)；第二類是起復合中心和補償作用的深能級雜質(如Si中的Au、Pt、Cr等)；第三類是改變其特殊物理性質的雜質，例如使其出現鐵電性或鐵磁性。對金屬而言，利用摻雜工藝，可以明顯提高金屬材料的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。

1986年后，一種被稱作等離子體浸沒離子注入(Plasma Immersion IonImplantation)的新的離子注入方法被發展出來，在金屬、半導體方面得到應用。等離子體浸沒離子注入方法使用時，除被摻樣品要置于等離子體中，還要在被摻樣品上施加幾百伏特或更高的偏置電壓，正是利用該偏置電壓，將等離子體中的正離子注入到被摻半導體、金屬等固體材料或器件中去。常用的等離子體源主要有以下幾種：電子回旋共振等離子體源、氦等離子體源、電容耦合等離子體源、電感耦合等離子體源、直流輝光放電等離子體源以及金屬蒸汽弧等離子體源。對于難以形成氣態單質或化合物的大多數金屬和個別非金屬(以下統稱為金屬)元素來說，一般采用金屬蒸汽弧產生金屬雜質離子。以摻雜源為金屬的情況為例，在此方法中，作為陰極的金屬的局部微區域(陰極斑點)受弧放電電流和/或其他加熱方式(比如電子束)形成大量的金屬原子和金屬微粒，它們電離并進入電極間的弧區域，最終被注入到待摻半導體、金屬等固體材料或器件中。在真空弧放電過程中，通常會有金屬大顆粒產生，故需用磁過濾器將大顆粒濾去。然而，現有的等離子體浸沒離子注入裝置結構比較復雜，造價比較昂貴，更重要的是，在摻雜過程中除要求摻入的雜質外，還有大量不需要的來自設備各種構件的雜質，也同時被摻入待摻材料中。這些雜質對材料很可能造成不良后果，特別對半導體來講，幾乎不能容忍。微量有害雜質可以使半導體材料和器件失效。

發明內容

現有摻雜設備的腔壁、支撐臺、等離子體耦合窗口材料中存在各種雜質，都會對被摻半導體造成污染，本發明的目的在于提供一種結構簡單、成本低廉，特別是能最大限度降低摻雜設備中非摻雜雜質沾污的等離子體浸沒離子注入摻雜裝置。

本發明的技術方案如下：

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有等離子體耦合窗口，所述等離子體發生單元位于等離子體耦合窗口上方；在真空腔室內，等離子體耦合窗口和支撐臺之間設有平行板腔，該平行板腔由相互平行的上板和下板構成，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層，且下板連接提供負偏壓的第二直流電壓源；真空腔室的內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襯材料，外層為防沾污層，內層為絕緣層；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(例如鉭)或導電非金屬，在等離子體作用下難以擴散摻雜到半導體材料或器件中。