[实用新型]一种等离子体浸没离子注入系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体处理技术和设备领域，具体其涉及一种等离子体浸没离子注入系统。

背景技术

等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技术被认为是替代传统束线离子注入技术制作超浅结的一项新的掺杂技术。其是将基片直接浸没在等离子体中，当基片台加负脉冲偏压时，在电子等离子体频率倒数的时间尺度内，基片表面附件等离子体中的电子被排斥，剩下惯性较大的离子形成离子母体鞘层。随后，在离子等离子体频率的时间内离子被加速注入到基片中，这导致等离子体与鞘层之间的边界向等离子体区域推进，暴露出的新离子又被提取出来，即鞘层随着离子的运动而扩张。在更长时间尺度内，鞘层稳定于稳态的蔡尔德定律鞘层(等离子体中离子运动满足蔡尔德定律)。这是PIII的基本原理。

参见图1，其概括性地示出了现有ICP放电方式的PIII系统。系统包括真空系统、电源部分、注入电极部分、冷却系统等四大部分组成。真空系统由进气喷嘴111、出气部分112、离子注入腔室114及机械泵和分子泵组成的组合泵115组成；电源部分包括用于气体放电产生等离子体的射频电源121和用于离子注入的直流脉冲电源125，其中射频电源又由射频产生源122和射频L型匹配器123组成；注入电极部分包括基片台171和基片181；冷却部分用于系统工作时分子泵及注入电极部分的冷却等。

实际的PIII过程中，例如采用氩气放电实现氩离子掺杂，当注入电极加负脉冲偏压时，基片正上方的电场并不是绝对的竖直向下，其中基片中间部分的电场为竖直向下方向，而基片边缘部分由于注入电极的影响存在边缘效应，即边缘部分的电场为倾斜分布，从而导致离子注入时注入深度不一，注入样品不均匀。

实际的PIII过程中，当注入电极所加的负脉冲偏压增大时，基片上方等离子体鞘层会变宽，当所需负脉冲偏压增大到一定程度是，基片上方等离子体会因鞘层过宽而熄灭，这就导致PIII不能实现中、高能离子掺杂注入。为了解决这个问题，最直接的方法就是增加腔室的高度，使脉冲偏压增大时等离子体不熄灭。腔室高宽比(腔室的高度/腔室的半径)由多种因素决定，增加腔室高度会产生多种不利影响。

PIII在中、高能离子掺杂注入时存在另一个问题。即低气压难放电的问题。中、高能离子掺杂注入时要求放电压强较低，而低压强时气体很难实现打火放电。原因是加利福尼亚大学伯克利分校(University of California at Berkeley)的Pelletier，Jacques和Anders，Andre给出腔室放电压强与注入偏压的经验关系式：即大偏压注入时需要低压强，如V₀＝100kV，P＜10^-4Torr，而低气压放电是困难的。根源是放电气压越低，电子离化的平均自由程就越大，如如何在低气压下实现中、高能浸没离子掺杂有待解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种等离子体浸没离子注入系统，系统既能提高掺杂注入的均匀性，又能消除中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还能实现低气压下的中、高能浸没离子掺杂注入。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种等离子体浸没离子注入系统，包括离子注入腔室、电源部分、注入电极部分和真空部分，还包括掺杂源腔室和隔板；

所述掺杂源腔室和所述离子注入腔室通过隔板相连。

上述方案中，所述掺杂源腔室内的气压范围为0.1Pa到1000Pa。

上述方案中，所述离子注入腔室内的气压范围为0.1mTorr到10mTorr。

上述方案中，所述隔板上均匀分布着若干个圆孔。

上述方案中，所述圆孔直径大小范围为0.1mm到1mm，所述圆孔面积占空比为5％到30％。

上述方案中，所述隔板厚度范围为1mm到1cm。

上述方案中，所述隔板装置由聚四氟或石墨制成。

与现有技术相比，本实用新型技术方案产生的有益效果为：

由于本实用新型提供一种等离子体浸没离子注入系统，系统通过隔板既提高了掺杂注入的均匀性，又消除了中、高能浸没离子注入由于鞘层过宽而引起的等离子体熄灭，还能实现低气压下的中、高能浸没离子掺杂注入。

附图说明

图1为现有ICP放电方式的PIII系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的ICP放电方式的PIII系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例中隔板的结构示意图。

具体实施方式