专利名称：等离子体浸没离子注入设备的制作方法
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勻气装置的等离 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Iine-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=(I)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勻，离子注入时基片台的边缘效应加剧了注入的非均勻性，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)注入的非均勻性问题更加明显。如何在大面积基片上实 现均勻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勻性的等离子体浸 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勻开设多个圆孔，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. Imm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10 μ m到1000 μ m。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勻开有直径0.5mm到 5mm的圆孔，这使得放电产生的等离子体更均勻，进而提高离子注入均勻性。
图1为传统ICP PIII系统的结构示意图。图2为本实用新型实施例提供的了 ICP PIII系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的顶部内衬的示意图。图4为本实用新型实施例提供的侧壁内衬的示意图。图5为本实用新型实施例提供的底部内衬的示意图。本实用新型目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，传统ICP PIII系统包括真空部分、电源部分、注入电极部分及冷却系 统等四大部分组成。其中，真空部分由进气喷嘴111、出气口 112、离子注入腔室114及与出 气口 112连接的组合泵(包括机械泵和分子泵)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，后利用真空部分，使ICP PIII系统真空度迅速达到注入实验 所需的真空(如IX KT4Pa或IX I(T5Pa),接着通过进气口 111通入实验气体(如PH3,B2H6, 八劝3等)。在射频电源的作用下，实验气体以ICP的放电方式产生等离子体。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，本发明实施例在传统ICP PIII系统的离子注入腔室114内四壁设置 可拆卸内衬。内衬包括可拆卸的顶部内衬230、两侧壁内衬240和底部内衬250。安装上述 内衬时先将底部内衬250放入离子注入腔室114底部中央，接着将侧壁内衬240放在底部 内衬250之上，顶部内衬230放在侧部内衬240之上。其中，内衬之间无需任何连接装置， 只需要自然的靠上即可。整个内衬拆卸时按照安装的倒序拆卸即可。可拆卸内衬的清洗代 替了多次注入后腔室内壁的清洗，使得清洗更加简单，成本更低。顶部内衬230和底部内衬250上均勻开设多个圆孔(参见图3及图5)。其中，顶 部内衬孔231和底部内衬孔251的圆孔直径为0. 5mm到5mm，面积占空比范围(圆孔总面积 与圆盘总面积之比)为5 %到50 %，从而使得放电产生的等离子体更均勻，进而提高离子注 入均勻性。圆盘中间孔为圆盘被挖空部分252。顶部内衬230、侧壁内衬240和底部内衬250由整块材料组成。其中，整块材料可 由单晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅制成，厚度范围为0. Imm到20mm。整块材料也可由石 墨、不锈钢或铝材料制成。内衬用石墨、不锈钢或铝材料时在其内表面用等离子喷涂喷单晶 硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅等材料，喷涂厚度范围为ΙΟμπι到1000 μ m。这样使得与放电 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。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一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，其特征在于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。
2.根据权利要求1所述的等离子体浸没离子注入设备，其特征在于所述顶部内衬和底部内衬上均勻开设多个圆孔，所述圆孔直径为0. 5mm到5mm，圆孔面 积占空比为5%到50%。
3.根据权利要求1所述的等离子体浸没离子注入设备，其特征在于 所述离子注入腔室内四壁内衬厚度均为0. 1mm到20mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的等离子体浸没离子注入设备，其特征在于 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。
5.根据权利要求4所述的等离子体浸没离子注入设备，其特征在于所述由石墨、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。
6.根据权利要求5所述的等离子体浸没离子注入设备，其特征在于 所述单晶硅、多晶硅、非晶硅或二氧化硅材料厚度范为lOym到1000 ym。
专利摘要本实用新型公开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。通过本实用新型既实现了等离子体浸没离子注入腔室内衬的轻松拆卸，方便一段时间的注入后腔室内衬的清洗；又实现了腔室内壁与浸没离子注入时等离子体的隔离，从而减小等离子体浸没离子注入时腔室内壁的污染；同时还使进入到反应腔室内的气体分布比较均匀，减小注入基片台的边缘效应，从而提高等离子体浸没离子注入的均匀性。
文档编号C23C14/48GK201785482SQ201020238000
公开日2011年4月6日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者刘杰, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 汪明刚, 罗威, 罗小晨 申请人:中国科学院微电子研究所