Плазменная иммерсионная ионная имплантация (PIII) [1] или импульсное плазменное легирование (импульсное PIII) - это метод модификации поверхности, заключающийся в извлечении ускоренных ионов из плазмы путем применения высоковольтного импульсного источника постоянного или чистого постоянного тока и направления их в подходящая подложка или электрод с помещенной поверх него полупроводниковой пластиной , чтобы имплантировать его подходящими легирующими добавками . Электрод является катодом для электроположительной плазмы и анодом для электроотрицательной плазмы.. Плазма может быть сформирован в надлежащим образом разработанной вакуумной камеры с помощью различных плазменных источников , таких , как электронно - циклотронного резонанса в плазме источника , который дает плазму с высокой плотностью ионов и низкого уровня загрязнения, плазмы геликонного источника, емкостную связанной плазмой источника, с индуктивно связанной плазмой источника , Тлеющий разряд постоянного тока и дуга на парах металлов (для металлических частиц). Вакуумная камера может быть двух типов - диод и триод типа [2] в зависимости от того, применяется ли к подложке источник питания , как и в первом случае , или к перфорированной сетки , как в последнем.
За работой
В традиционном иммерсионном типе системы PIII, также называемом конфигурацией диодного типа [2], пластина поддерживается под отрицательным потенциалом, поскольку положительно заряженные ионы электроположительной плазмы - это те, которые извлекаются и имплантируются. Обрабатываемый образец пластины помещают на держатель образца в вакуумной камере. Держатель образца подключен к высоковольтному источнику питания и электрически изолированы от стенок камеры. С помощью систем откачки и подачи газа создается атмосфера рабочего газа с подходящим давлением . [3]
Когда подложка смещена к отрицательному напряжению (несколько КВ - х), то результирующие электрическое поле приводов электроны от субстрата в временном масштабе обратной электронной плазменной частоты со й -1 (\ 10 -9 сек). Таким образом, вокруг него образуется дебаевский слой [2] [4] ионной матрицы, обедненный электронами. Подложка с отрицательным смещением будет ускорять ионы в пределах временной шкалы обратной ионной плазменной частоты ω i -1 (~ 10 -6 с). Это движение ионов снижает их плотность в объеме, что заставляет границу оболочки-плазма расширяться, чтобы выдерживать приложенное падение потенциала , в процессе обнажая больше ионов. Плазменная оболочка расширяется до либо стационарное состояние не достигается, что называется Child Ленгмюра законом предел; или высокое напряжение отключается, как в случае импульсного смещения постоянного тока . Импульсное смещение предпочтительнее смещения постоянным током, поскольку оно создает меньше повреждений во время включения импульса и нейтрализует нежелательные заряды, накопленные на пластине в период послесвечения (то есть после окончания импульса). В случае импульсного смещения время T ON импульса обычно поддерживается на уровне 20-40 мкс, в то время как T OFF поддерживается на уровне 0,5-2 мс, т.е. рабочий цикл составляет 1-8%. Используемый источник питания находится в диапазоне от 500 В до сотен кВ, а давление в диапазоне от 1 до 100 мторр . [4] Это основной принцип работы иммерсионного типа PIII.
В случае конфигурации типа триода , подходящая перфорированная сетка помещается между подложкой и плазмой, и к ней прикладывается импульсное постоянное смещение. Здесь применяется та же теория, что и ранее, но с той разницей, что извлеченные ионы из отверстий сетки бомбардируют подложку, вызывая имплантацию. В этом смысле имплантер PIII типа триода является грубой версией ионной имплантации, потому что он не содержит множества компонентов, таких как управление ионным пучком , фокусировка пучка, дополнительные сеточные ускорители и т. Д.
Смотрите также
- Список статей по плазме (физике)
Рекомендации
- ^ Милтон Оринг (2002). Материаловедение тонких пленок . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-524975-1.
- ^ a b c Майкл А. Либерман и Аллан Дж. Лихтенберг, Принципы плазменных разрядов и обработки материалов, Под ред. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1994.
- ^ W. Ensinger, “Обработка полупроводников методом иммерсионной ионной имплантации”, Материаловедение и инженерия. А., Т. 253, № 1–2, 1998 г., стр. 258–268.
- ^ a b Андре Андерс и др., Справочник по имплантации и осаждению ионов иммерсией в плазме, Под ред. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 2000.
Другие источники
CR Viswanathan, "Повреждение, вызванное плазмой", Microelectronic Engineering , Vol. 49, № 1-2, ноябрь 1999 г., стр. 65–81.