專利名稱：等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理技術(shù)，具體的說(shuō)是具有可拆卸內(nèi)襯兼勻氣裝置的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的束線離子注入(Ion Beam Ion Implantation, IBII)被廣泛的用于材料改性和半導(dǎo)體工藝。其主要由離子源、質(zhì)量分離器、加速器、掃描裝備、真空部分和冷卻系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。離子源部分產(chǎn)生等離子體，等離子體中的離子被提取經(jīng)質(zhì)量分離器和加速器得到單一質(zhì)量單一能量的離子，離子在掃描裝置的輔助下注入到基片中，真空部分提供系統(tǒng)正常工作時(shí)的真空度，冷卻系統(tǒng)用于整個(gè)系統(tǒng)的冷卻。隨著半導(dǎo)體工藝中基片尺寸的不斷增大和CMOS器件特征尺寸的不斷縮小使得IBII面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如低能淺結(jié)注入時(shí)由于同種電荷相互排斥造成的離子束發(fā)散，掃描式注入在基片尺寸較大時(shí)帶來(lái)的成本升高等。等離子體浸沒(méi)離子注入(Plasma Immersion Ion Implantation, PIII)技術(shù)被認(rèn)為是替代IBII制作超淺結(jié)的一項(xiàng)新的摻雜技術(shù)。PIII是將基片直接浸沒(méi)在等離子體中，當(dāng)基片臺(tái)加負(fù)脈沖偏壓時(shí)，在電子等離子體頻率倒數(shù)的時(shí)間尺度內(nèi)，基片表面附件等離子體中的電子被排斥，剩下慣性較大的離子形成離子母體鞘層。隨后，在離子等離子體頻率ω-、的時(shí)間內(nèi)離子被加速注入到基片中，這導(dǎo)致等離子體與鞘層之間的邊界向等離子體區(qū)域推進(jìn)，暴露出的新離子又被提取出來(lái)，即鞘層隨著離子的運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)張。在更長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)，鞘層穩(wěn)定于穩(wěn)態(tài)的蔡爾德定律鞘層 (等離子體中離子運(yùn)動(dòng)滿足蔡爾德定律)。PIII與IBII相比有很多優(yōu)點(diǎn)首先PIII沒(méi)有IBII的離子提取、聚焦、掃描等裝置，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低；其次PIII為非掃描式摻雜，可實(shí)現(xiàn)大面積同時(shí)注入，注入效率高；再次IBII為Iine-Of-sight過(guò)程，而PIII為outline-of-sight過(guò)程，能實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的摻雜；還有PIII摻雜離子能量分布很寬，注入能量無(wú)理論限制，能實(shí)現(xiàn)高劑量、低能量離子摻雜。PIII時(shí)也存在一些缺點(diǎn)=(I)PIII無(wú)質(zhì)量分離裝置，腔室里的所有離子都在偏壓的作用下加速注入到基片中，包括浸沒(méi)離子注入時(shí)腔室內(nèi)壁被濺射出來(lái)的鐵、鋁等元素，其注入基片后會(huì)極大影響器件的特性從而造成注入污染；0)ΡΙΙΙ時(shí)，感應(yīng)耦合產(chǎn)生的等離子體自身并不是完全的均勻，離子注入時(shí)基片臺(tái)的邊緣效應(yīng)加劇了注入的非均勻性，基片臺(tái)的邊緣效應(yīng)即注入基片中心處的注入劑量較高，邊緣處的注入劑量較低。隨著基片尺寸的增大(100mm到200mm到300mm)注入的非均勻性問(wèn)題更加明顯。如何在大面積基片上實(shí)現(xiàn)均勻的離子注入亟待解決；(3)多次離子注入后，會(huì)在腔室內(nèi)壁上形成一層沉積層，如采用PH3氣體放電實(shí)現(xiàn)P元素注入后會(huì)在腔室內(nèi)壁形成一層黃色的磷的沉積物，改注入別的元素時(shí)必須先將腔室內(nèi)壁的沉積物清洗干凈，而腔室內(nèi)壁的清洗具有很大難度的同時(shí)又增加了注入的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種減少等離子體浸沒(méi)離子注入時(shí)腔室內(nèi)壁的污染及提高等離子體浸沒(méi)離子注入的均勻性的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，包括離子注入腔室、電源部分、注入電極部分和真空部分，所述離子注入腔室內(nèi)四壁設(shè)有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯由包含硅成分的整塊材料制成。所述整塊材料由單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅制成。所述整塊材料是在由石墨、不銹鋼或鋁材料制成的內(nèi)襯的內(nèi)壁噴涂單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅而制成。所述單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅材料厚度范為10 μ m到1000 μ m。所述離子注入腔室內(nèi)四壁內(nèi)襯厚度均為0. Imm到20mm。所述內(nèi)襯包括可拆卸的頂部?jī)?nèi)襯、兩側(cè)壁內(nèi)襯和底部?jī)?nèi)襯；所述底部?jī)?nèi)襯設(shè)置在所述離子注入腔室底部，所述側(cè)壁內(nèi)襯設(shè)置在所述底部?jī)?nèi)襯之上，所述頂部?jī)?nèi)襯可設(shè)置在所述側(cè)壁內(nèi)襯之上。所述頂部?jī)?nèi)襯和底部?jī)?nèi)襯上均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)圓孔，所述圓孔直徑為0. 5mm到5mm，圓孔面積占空比為5%到50%。通過(guò)本發(fā)明提供的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，不僅減小等離子體浸沒(méi)離子注入時(shí)腔室內(nèi)壁的污染；而且還使進(jìn)入到反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布比較均勻，減小注入基片臺(tái)的邊緣效應(yīng)，從而提高等離子體浸沒(méi)離子注入的均勻性。


圖1為傳統(tǒng)ICP PIII系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的了 ICP PIII系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的頂部?jī)?nèi)襯的示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的側(cè)壁內(nèi)襯的示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的底部?jī)?nèi)襯的示意圖。本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，傳統(tǒng)ICP PIII系統(tǒng)包括真空部分、電源部分、注入電極部分及冷卻系統(tǒng)等四大部分組成。其中，真空部分由進(jìn)氣噴嘴111、出氣口 112、離子注入腔室114、與出氣口 112連接的組合泵(包括機(jī)械泵和分子泵)組成。電源部分包括用于氣體放電產(chǎn)生等離子體的射頻電源和用于離子注入的直流脈沖電源125。其中，射頻電源又由射頻產(chǎn)生源122 和射頻L型匹配器123組成。傳統(tǒng)ICP PIII工作時(shí)先將待注入樣片181放入離子注入腔室 114中的基片臺(tái)171上，后利用真空部分，使ICP PIII系統(tǒng)真空度迅速達(dá)到注入實(shí)驗(yàn)所需的本底真空(如1 X KT4Pa或1 X I(T85Pa)，接著通過(guò)進(jìn)氣口 111通入實(shí)驗(yàn)氣體(如PH3, B2H6, 八勸3等)。在射頻電源的作用下，實(shí)驗(yàn)氣體通過(guò)ICP放電方式放電產(chǎn)生高密度等離子體。等離子體中的離子在注入電極所加脈沖偏壓125的作用下加速注入到基片181中，從而實(shí)現(xiàn)離子摻雜注入，注入后的氣體通過(guò)出氣口 112被由機(jī)械泵、分子泵組合而成的組合泵抽走。射頻匹配器123的作用是使所加射頻功率加到等離子體中的前向功率最大，反射功率最小 (最好為零)；冷卻系統(tǒng)用于整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)的冷卻，如分子泵的冷卻，注入電極的冷卻等。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例在傳統(tǒng)ICP PIII系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)其離子注入腔室114 內(nèi)四壁設(shè)置可拆卸內(nèi)襯。內(nèi)襯包括可拆卸的頂部?jī)?nèi)襯230、兩側(cè)壁內(nèi)襯MO(見(jiàn)圖4)和底部?jī)?nèi)襯250。安裝上述內(nèi)襯時(shí)先將底部?jī)?nèi)襯250自然放入離子注入腔室114底部中央，接著將側(cè)壁內(nèi)襯240放在底部?jī)?nèi)襯250之上，頂部?jī)?nèi)襯230放在側(cè)部?jī)?nèi)襯240之上。其中，內(nèi)襯之間無(wú)需任何連接裝置，只需要自然的靠上即可。整個(gè)內(nèi)襯拆卸時(shí)按照安裝的倒序拆卸即可。 可拆卸內(nèi)襯的清洗代替了多次注入后腔室內(nèi)壁的清洗，使得清洗更加簡(jiǎn)單，成本更低。頂部?jī)?nèi)襯230和底部?jī)?nèi)襯250上均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)圓孔(參見(jiàn)圖3及圖5)。其中，頂部?jī)?nèi)襯孔231和底部?jī)?nèi)襯孔251的圓孔直徑為0. 5mm到5mm，面積占空比范圍(圓孔總面積與圓盤(pán)總面積之比)為5%到50%，從而使得放電產(chǎn)生的等離子體更均勻，進(jìn)而提高離子注入均勻性。圓盤(pán)中間孔為圓盤(pán)被挖空部分252。頂部?jī)?nèi)襯230、側(cè)壁內(nèi)襯240和底部?jī)?nèi)襯250由整塊材料組成。其中，整塊材料可由單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅制成，厚度范圍為0. Imm到20mm。整塊材料也可由石墨、不銹鋼或鋁材料制成。內(nèi)襯用石墨、不銹鋼或鋁材料時(shí)在其內(nèi)表面用等離子噴涂噴單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅等材料，噴涂厚度范圍為ΙΟμπι到1000 μ m。這樣使得與放電后產(chǎn)生等離子體直接接觸的環(huán)境為硅材料環(huán)境，這就極大程度地減小了 PIII時(shí)的雜質(zhì)污上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，包括離子注入腔室、電源部分、注入電極部分和真空部分，其特征在于所述離子注入腔室內(nèi)四壁設(shè)有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯由包含硅成分的整塊材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于 所述整塊材料由單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于所述整塊材料是在由石墨、不銹鋼或鋁材料制成的內(nèi)襯的內(nèi)壁噴涂單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅而制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于 所述單晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅材料厚度范為ΙΟμπι到1000 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于 所述離子注入腔室內(nèi)四壁內(nèi)襯厚度均為0. Imm到20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于 所述內(nèi)襯包括可拆卸的頂部?jī)?nèi)襯、兩側(cè)壁內(nèi)襯和底部?jī)?nèi)襯；所述底部?jī)?nèi)襯設(shè)置在所述離子注入腔室底部，所述側(cè)壁內(nèi)襯設(shè)置在所述底部?jī)?nèi)襯之上，所述頂部?jī)?nèi)襯可設(shè)置在所述側(cè)壁內(nèi)襯之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，其特征在于所述頂部?jī)?nèi)襯和底部?jī)?nèi)襯上均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)圓孔，所述圓孔直徑為0. 5mm到5mm，圓孔面積占空比為5%到50%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種等離子體浸沒(méi)離子注入設(shè)備，包括離子注入腔室、電源部分、注入電極部分和真空部分，所述離子注入腔室內(nèi)四壁設(shè)有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯由包含硅成分的整塊材料制成。通過(guò)本發(fā)明提出的設(shè)備可減小等離子體浸沒(méi)離子注入時(shí)腔室內(nèi)壁的污染；而且還使進(jìn)入到反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布比較均勻，減小注入基片臺(tái)的邊緣效應(yīng)，從而提高等離子體浸沒(méi)離子注入的均勻性。
文檔編號(hào)C23C14/48GK102296276SQ20101020982
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者劉杰, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 汪明剛, 羅威, 羅小晨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所