[实用新型]等离子体浸没离子注入设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体处理技术，具体的说是具有可拆卸内衬兼匀气装置的等离子体浸没离子注入设备。

背景技术

传统的束线离子注入(Ion Beam Ion Implantation，IBII)被广泛的用于材料改性和半导体工艺。其主要由离子源、质量分离器、加速器、扫描装备、真空部分和冷却系统等几个部分组成。离子源部分产生等离子体，等离子体中的离子被提取经质量分离器和加速器得到单一质量单一能量的离子，离子在扫描装置的辅助下注入到基片中，真空部分提供系统正常工作时的真空度，冷却系统用于整个系统的冷却。随着半导体工艺中基片尺寸的不断增大和CMOS器件特征尺寸的不断缩小使得IBII面临严峻的挑战，如低能浅结注入时由于同种电荷相互排斥造成的离子束发散，扫描式注入在基片尺寸较大时带来的成本升高等。等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技术被认为是替代IBII制作超浅结的一项新的掺杂技术。

PIII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IBII相比有很多优点：首先PIII没有IBII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IBII为line-of-sight过程，而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时也存在一些缺点：(1)PIII无质量分离装置，腔室里的所有离子都在偏压的作用下加速注入到基片中，包括浸没离子注入时腔室内壁被溅射出来的铁、铝等元素，其注入基片后会极大影响器件的特性从而造成注入污染；(2)PIII时，感应耦合产生的等离子体自身并不是完全的均匀，离子注入时基片台的边缘效应加剧了注入的非均匀性，基片台的边缘效应即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；(3)多次离子注入后，会在腔室内壁上形成一层沉积层，如采用PH3气体放电实现P元素注入后会在腔室内壁形成一层黄色的磷的沉积物，改注入别的元素时必须先将腔室内壁的沉积物清洗干净，而腔室内壁的清洗具有很大难度的同时又增加了注入的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供一种降低离子注入腔室内壁清洗难度、减少等离子体浸没离子注入时腔室内壁的污染及提高等离子体浸没离子注入的均匀性的等离子体浸没离子注入设备。

根据本实用新型的一个方面，提供一种等离子体浸没离子注入设备，包括离子注入腔室、电源部分、注入电极部分和真空部分，所述离子注入腔室内四壁设有可拆卸内衬；所述内衬包括顶部内衬、两侧壁内衬和底部内衬，所述底部内衬设置在所述离子注入腔室底部，所述侧壁内衬设置在所述底部内衬之上，所述顶部内衬可设置在所述侧壁内衬之上。

所述顶部内衬和底部内衬上均匀开设多个圆孔，所述圆孔直径为0.5mm到5mm，圆孔面积占空比为5％到50％。

所述离子注入腔室内四壁内衬厚度均为0.1mm到20mm。

所述内衬由单晶硅、多晶硅、非晶硅、二氧化硅、石墨、不锈钢或铝材料制成。

所述由石墨、不锈钢或铝材料制成的内衬的内壁喷涂有单晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅。

所述单晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅材料厚度范为10μm到1000μm。

通过本实用新型提供的等离子体浸没离子注入设备，通过可拆卸内衬的清洗代替了过去多次注入后腔室内壁的清洗，使得清洗更加简单。内衬由单晶硅、多晶硅、非晶硅、二氧化硅等硅材料组成，或由内部喷单晶硅、多晶硅、非晶硅、二氧化硅等材料的石墨、不锈钢、铝材料组成，使得与放电后产生等离子体直接接触的环境为硅材料环境，这就极大程度地减小了PIII时的杂质污染。另外，由于顶部内衬和底部内衬都均匀开有直径0.5mm到5mm的圆孔，这使得放电产生的等离子体更均匀，进而提高离子注入均匀性。

附图说明