等离子体浸没式注入腔室及提高等离子体分布均匀性方法

本发明属于半导体等离子体注入，尤其是一种等离子体浸没式注入腔室及提高等离子体分布均匀性方法。

背景技术：

1、在现代半导体工艺制程中，随着时代的进步和科技的创新，半导体工艺制程中的晶片尺寸在不断变大的同时，人们对晶片集成电路的集成度要求也是越来越高。等离子体浸没式离子注入是用于将改变导电性的杂质引入半导体晶片的标准技术。与传统的束线离子注入相比具有全方位同时注入、高效率、高产额、能够克服视线效应、处理复杂形状物体等优点。感性射频耦合等离子体源在浸没式注入中应用广泛，是因为感性射频耦合等离子体源既能产生高密度、大口径的等离子体，系统又相对简单，所以等离子体浸没式离子注入系统通常多采用感性射频耦合等离子体源放电方式。感性射频耦合等离子体源在腔室中产生的等离子体受到磁场的作用，等离子体的密度分布整体呈现椭圆形，中间高，四周低，密度向四周梯度递减。为了满足大尺寸目标材料的注入工艺，对腔室内等离子体密度分布有很高的要求。目前提高腔室内等离子体均匀度的方法是对腔室结构、射频电源的线圈布局和线圈间距进行调整或者在腔室周围布置交流线圈，线圈连接三相交流电产生旋转磁场，等离子体中的带电粒子做与旋转磁场同方向的圆周运动，促进等离子体扩散。

2、前两种方法有很大的局限性，设备结构确定或者射频电源位置确定就不容易在更改，不能很好地满足工艺对腔室内等离子体均匀度的需求。

3、交流线圈产生的旋转磁场是带电粒子做旋转运动，带电粒子向周围运动的周期长，带电粒子的旋转不能很好的使icp核心区域的等离子体向周围扩散。

技术实现思路

1、公开了一种等离子体浸没式离子注入腔室和一种能够很好地提高等离子体分布均匀性的方法。在腔室内侧加入直流线圈，电源给直流线圈通入直流电流，在腔室内部产生横向磁场，使腔室内部带电粒子在横向磁场的作用下向四周扩散，提升等离子体分布均匀性。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种等离子体浸没式注入腔室，包括腔室、射频电源、进气口、出气口、下基板、负偏压电源、直流线圈；

4、进气口位于腔室上部中心位置，所述出气口位于腔室下部；

5、下基板位于腔室内，通过线路外接负偏压电源；

6、腔室内顶部具有射频线圈，通过线路外接射频电源；

7、腔室的侧部设有直流线圈。

8、作为更进一步的优选方案，射频线圈的放电方式采用的是icp放电模式，射频频率选用的是13.56mhz，射频功率在0w-2000w可调。

9、作为更进一步的优选方案，出气口连接外部设置的机械泵和分子泵，对腔室进行真空处理，给腔室产生等离子体提供真空条件。

10、作为更进一步的优选方案，腔室内的压强变化范围10-5pa到105pa。

11、作为更进一步的优选方案，腔室侧部的一组对边上各设置一个直流线圈，腔室侧部可设置多组直流线圈。

12、一种提高等离子体分布均匀性方法，包括以下步骤：

13、步骤一：将出气口连接机械泵和分子泵，首先机械泵工作，对腔室内部进行一个预抽处理，等腔室内部真空,到达10pa以下，然后分子泵开始工作，直到腔室内部真空度到10-5pa-10-4pa之间，抽真空完毕；

14、步骤二：将等离子体气体从进气口接入，气体流量根据工艺设定，气体流入的同时，出气口连接的机械泵和分子泵一直在工作状态；

15、步骤三：选择射频频率为13.56mhz，功率为0w-2000w，开启射频电源，调节射频电源的c1和c2两个可调电容，使射频功率的反射功率最小；

16、步骤四：开启腔室边侧的直流线圈的电源，给腔室内部提供一个横向磁场，直流电流大小为0a-10a；

17、步骤五：对偏压电源参数进行设定，开启偏压电源，使下基板上带负脉冲电压，使腔室内的离子加速注入到下基板上，完成等离子体浸没式离子注入工艺。

18、有益效果

19、本发明通过直流线圈在腔室内部产生横向磁场，腔室内部电子在洛伦兹力和电场力的一起作用下运动速度变大，运动的范围减小，运动周期减短，电子与中性粒子碰撞的概率和效率提高，在反应前期电离出更多的等离子体，提升腔室内离等离子体密度，电子密度的最大比原来提升了170％。

20、腔室内的等离子体受到横向磁场作用，拉伸等离子体中的带电粒子向四周运动，带电粒子在磁场中受到横向磁场力的作用运动轨迹和运动速度受到改变，电子在洛伦兹力的作用下运动速度变大，运动的范围减小，运动周期减短，能够更容易的摆脱流场力和磁力的束缚，使腔室内等离子体分布更均匀，等离子体均匀度最大跨度从30％增加到了95％。

21、总上所述，横向磁场改善了icp放电模式下中间高四周低的椭圆形电子密度形式，提升了腔室内等离子体分布的均匀性。

技术特征：

1.一种等离子体浸没式注入腔室，其特征在于：包括腔室、射频电源(1)、进气口(2)、出气口(3)、下基板(4)、负偏压电源(5)、直流线圈(6)；

2.根据权利要求1所述的一种等离子体浸没式注入腔室，其特征在于：所述射频线圈的放电方式采用的是icp放电模式，射频频率选用的是13.56mhz，射频功率在0w-2000w可调。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体浸没式注入腔室，其特征在于：所述出气口(3)连接外部设置的机械泵和分子泵，对腔室进行真空处理，给腔室产生等离子体提供真空条件。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体浸没式注入腔室，其特征在于：所述腔室内的压强变化范围10-5pa到105pa。

5.根据权利要求1所述的一种等离子体浸没式注入腔室，其特征在于：所述腔室侧部的一组对边上各设置一个直流线圈(6)，腔室侧部可设置多组直流线圈(6)。

6.一种提高等离子体分布均匀性方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于半导体等离子体注入技术领域，尤其是一种等离子体浸没式注入腔室及提高等离子体分布均匀性方法，射频电源、进气口、出气口、下基板、负偏压电源、直流线圈；进气口位于腔室上部，出气口位于腔室下部，下基板位于腔室内，外接负偏压电源，腔室内顶部为射频线圈，外接射频电源，腔室侧部为直流线圈，使用时需要抽真空，注入等离子体气体，然后开启射频电源，调节电容，使射频功率的反射功率最小，最后开启直流线圈的电源，给腔室内部提供一个横向磁场，开启偏压电源。本发明在腔室内侧加入直流线圈，电源给直流线圈通入直流电流，在腔室内部产生横向磁场，使腔室内部带电粒子在横向磁场的作用下向四周扩散，提升等离子体分布均匀性。

技术研发人员：王兴,周临震
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13