[发明专利]等离子体浸没式离子注入机的控制方法和偏压电源

说明书

本发明涉及一种以等离子体浸没式运行的注入机的控制方法，包括：‑注入阶段[1]，在其间等离子体AP被激发，并且基底被负偏压S，‑中立化阶段[2]，在其间等离子体AP被激发，并且基底被施加正偏压或零偏压S，‑抑制阶段[3]，在其间等离子体AP被熄灭，‑基底处的带负电粒子的排出阶段[4]，在其间等离子体AP被熄灭。该方法的特征在于这个排出阶段的持续时间大于5μs。所述发明还涉及注入机的偏压电源。

技术领域

本发明涉及一种以等离子体浸没式运行的离子注入机的控制方法。

背景技术

本发明的领域是以等离子体浸没模式工作的离子注入机的领域。因此，基底的离子注入在于将其浸入等离子体并将其以几十伏到几十千伏(通常小于100kV)的负电压偏压，以便能够建立将等离子体离子向基底加速以使它们被注入的电场。这样注入的原子被称为掺杂剂。

离子的穿透深度由其加速能量决定。它一方面取决于施加到基底的电压，另一方面取决于离子和基底各自的特性。注入原子的浓度取决于用每cm²离子数表示的剂量和注入深度。

由于与等离子体物理有关的原因，在施加电压后的毫微秒内，在基底周围形成离子鞘。负责将离子向基底加速的电势差在该鞘层的端子处被发现。

该鞘层根据时间的增长遵循Child-Langmuir等式：

其中：

j_c：电流密度，

ε₀：真空的介电常数，

e：离子电荷，

M：离子的质量，

V₀：跨过鞘层的电势差，以及

S：鞘层的厚度。

通过规定电流密度等于每单位时间穿过鞘层边界的电荷，ds/dt表示该边界的运动速度：

表达式中给出S₀等于：

可以理解为u₀＝(2eV₀/M)是离子的特征速度，n₀是等离子体的密度。

鞘层的厚度主要与所施加的电压、等离子体的密度和离子的质量有关。

调节注入电流的等离子体的等效阻抗与鞘层厚度的平方成正比。因此注入电流随着鞘层的增加而非常迅速地减少。

经过一段时间后，有必要进行重新初始化。事实证明，当鞘层到达使注入机构停止的外壳壁时，这实际上是不可缺少的。

因此，为了重新初始化系统，通常在保持等离子体被激发的同时停止在基底上的高电压。因此必须设置产生高电压脉冲的脉冲发电机。

因此，参照图1，文献WO 01/15200提出通过电源使基底偏压，所述电源包括：

-发电机GEN，其正极接地，

-并联在发电机GEN上的电容器Ct，

-第一开关IT1，其第一极连接到发电机GEN的负极并且其第二极连接到该电源的输出端子O；以及

-第二开关IT2，其第一极连接到输出端子O并且其第二极接地。

该过程包括以下几个阶段：

-注入阶段，在其间

ο等离子体电源被激活，

ο第一开关IT1闭合，