用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置包括隔板Ａ和隔板Ｂ，所述隔板Ａ和隔板Ｂ设置在离子注入腔室与掺杂源腔室之间，所述隔板Ａ和隔板Ｂ相同，并可平行抽动；所述隔板Ａ和隔板Ｂ分布着若干个圆孔。通过抽动隔板装置可改变重合圆孔的大小，从而控制等离子体从掺杂源腔室向离子注入腔室的扩散速度，圆孔的分布又能控制等离子体在离子注入腔室中的分布，通过调节隔板装置可使等离子体均匀地扩散到离子注入腔室，从而最终实现大面积基片的均匀离子注入。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及等离子体浸没离子注入领域，特别涉及一种用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置。
技术介绍
等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技术是一项用于制造超浅结和SOI(Silicon On Insulator)结构的掺杂技术，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)。PIII与传统的束线离子注入技术相比有很多优点：首先PIII没有传统的离子提取、聚焦、扫描等装置，设备简单，成本低；其次PIII为非扫描式掺杂，可实现大面积同时注入，注入效率高；再次PIII为outline-of-sight过程，能实现三维复杂结构工件的掺杂；还有PIII掺杂离子能量分布很宽，注入能量无理论限制，能实现高剂量、低能量离子掺杂。PIII在中、高能离子掺杂注入时存在一个难题。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(Universityof 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p＝10-4 Torr，λ＝11.5m。PIII时，由于离子注入时基片台的边缘效应使的注入基片中心处的注入剂量较高，边缘处的注入剂量较低。随着基片尺寸的增大(100mm到200mm到300mm)注入的非均匀性问题更加明显。如何在大面积基片上实现均匀的离子注入亟待解决。离子注入的均匀性是衡量PIII系统的主要参数指标。ICP PIII时，产生的高密度等离子体中的离子在注入电极加脉冲偏压的情况下直接注入到基片中，相同放电条件下不能实现不同等离子体密度的注入。
技术实现思路
本技术的目的之一是提供一种用于在等离子体浸没离子注入系统中实现均匀离子注入的隔板装置。根据本技术的一个方面，提供一种用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的-->隔板装置，包括隔板A和隔板B，所述隔板A和隔板B设置在离子注入腔室与掺杂源腔室之间，所述隔板A和隔板B相同，并可平行抽动；所述隔板A和隔板B分布着若干个圆孔。所述圆孔是随机或均匀分布在所述隔板A和隔板B的中间。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％。所述隔板A和隔板B的厚度范围为1mm到1cm。所述隔板A和隔板B由聚四氟或石墨制成。通过本技术提供的用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置，实现了离子注入腔室等离子体密度的大小和均匀性的控制，使等离子体均匀地扩散到离子注入腔室，从而最终实现大面积基片的均匀离子注入。附图说明图1示出了传统ICP PIII系统示意图；图2示出了本技术实施例提供的双腔室结构PIII示意图；图3示出了本技术实施例中圆孔均匀分布的隔板A或B示意图；图4示出了本技术实施例中圆孔随机分布的隔板A或B示意图；图5示出了本技术实施例中隔板抽动时的示意图；图6隔板在抽动时孔变化示意图。具体实施方式如图1所示传统以ICP放电方式的PIII系统包括真空系统、电源部分、注入电极部分及冷却系统等四大部分组成。其中，真空系统由进气喷嘴111、出气口112及离子注入腔室114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。传统ICP PIII工作时先将待注入样片181放入离子注入腔室114中的基片台171上，后利用组合泵(由机械泵和分子泵构成)使离子注入腔室114真空度迅速达到注入实验所需的真空(如1×10-4Pa或1×10-5Pa)。接着通过进气口111通入实验气体(如PH3，B2H6，AsH3等)，实验气体在射频电源的作用下，通过感应线圈151以ICP的放电方式耦合到实验气体中，使气体放电部分电离产生等离子体。等离子体中的离子在注入电极所加脉冲偏压(由直流脉冲电源125产生)的作用下加速注入到基片181中，从而实现离子掺杂注入。注入后的气体通过出气口112被组合泵(由机械泵和分子泵构成)抽走。射频匹配器123的作用是使所加射频功率加到等离子体中的前向功率最大，反射功率最小(最好为零)；冷却系统用于整个系统工作时的冷却，如分子泵的冷却，注入电极的冷却等。如图2所示，本技术实施例提出的等离子浸没离子注入设备包括真空系统、电源部分、注入电极部分及冷却系统等四大部分。真空系统由进气喷嘴111、出气口112、掺杂源腔室213及离子注入腔室114组成。电源部分由进气喷嘴111、射频产生源122、射频匹配器123、直流脉冲电源125、掺杂源腔室213、离子注入腔室114、感应线圈151、隔板装置261、基片台171及基片181。实验气体(包括PH3、B2H6或AsH3)通过进气喷嘴111进入掺杂源腔室213。射频产生源122在射频L型匹配器调节下，通过感应线圈151使射频电源功率以感性耦合的方式耦合到掺杂源腔室213的等离子体。掺杂源腔室213中的气压范围-->为0.1Pa到10Pa，高气压气体通过ICP放电方式放电产生高密度等离子体。采用高压气体放电是因为其它条件(如腔室结构、射频功率大小等)不变的情况下压强越高，电子的平均自由程越短，气体更容易放电产生高密度的等离子体。等离子体通过隔板装置261扩散到离子注入腔室114。其中，隔板装置261开有多个均匀或随机分布的圆孔262(图3、图4)，圆孔262的大小、个数及分布既影响等离子体从掺杂源腔室213到离子注入腔室114的扩散速度，又影响离子注入腔室114中等离子的密度和均匀性。例如，圆孔262大，则等离子体从掺杂源腔室213到离子注入腔室114的扩散速度快，反之，则慢。如果圆孔262分布均匀，则等离子体扩散的均匀。通过改变隔板装置261上孔的大小和分布可使等离子体均匀地扩散到离子注入腔室114。扩散到离子注入腔室114的等离子体在基片181加直流脉冲电源125产品的直流脉冲偏压的作用下注入到基片台171上的基片181中，从而实现离子掺杂注入。参照图3、4，隔板装置261由两块相同可平行抽动的隔板组成。每块隔板表面均匀或随机分布数个圆孔262，圆孔直径大小范围为0.1mm到1mm，圆孔面积占空比范围(圆孔总面积与圆盘总面积之比)为5％到30％。隔板厚度范围1mm到1cm。隔板材料为聚四氟或石墨。均匀或随机分布的圆孔既能使得掺杂源腔室213里的等离子体较均匀扩散到离子注入腔室114，又能控制离子注入腔室114的等离子体的密度和均匀性。参照图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置，其特征在于，包括：隔板Ａ和隔板Ｂ，所述隔板Ａ和隔板Ｂ设置在离子注入腔室与掺杂源腔室之间，所述隔板Ａ和隔板Ｂ相同，并可平行抽动；所述隔板Ａ和隔板Ｂ分布着若干个圆孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于双腔室结构等离子体浸没离子注入的隔板装置，其特征在于，包括：隔板A和隔板B，所述隔板A和隔板B设置在离子注入腔室与掺杂源腔室之间，所述隔板A和隔板B相同，并可平行抽动；所述隔板A和隔板B分布着若干个圆孔。2.根据权利要求1所述的隔板装置，其特征在于：所述圆孔是随机或均匀分布在所述隔板A和隔板B...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，汪明刚，夏洋，李超波，罗威，罗小晨，李勇滔，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]