Implantacja plazmowo-imersyjna jonowa - Plasma-immersion ion implantation

Proces PIII ze źródłem plazmowym ECR i magnetronem

Implantacja plazmowo-imersyjna jonów (PIII) lub domieszkowanie plazmą impulsową (PIII) to technika modyfikacji powierzchni polegająca na ekstrakcji przyspieszonych jonów z plazmy poprzez zastosowanie impulsowego lub czystego źródła prądu stałego o wysokim napięciu i skierowanie ich na odpowiednie podłoże lub elektroda z nałożoną na nią płytką półprzewodnikową , tak aby zaimplantować ją odpowiednimi domieszkami . Elektroda jest katodą dla plazmy elektrododatniej , a anodą dla plazmy elektroujemnej . Plazma może być generowana w odpowiednio skonstruowanej komorze podciśnieniowej za pomocą różnych źródeł plazmy, takich jak elektronów cyklotronowy rezonans plazmowy źródła co daje plazmy o najwyższej gęstości jonów i najniższego poziomu zabrudzenia, Heliconem osoczu źródła, z pojemnościowo sprzężoną plazmą źródłowego indukcyjnie sprzężoną plazmą źródło , wyładowanie jarzeniowe DC i łuk parowy metalu (dla gatunków metali ). Komora próżniowa może być dwojakiego rodzaju - diodowa i triodowa, w zależności od tego, czy zasilanie jest doprowadzane do podłoża, jak w pierwszym przypadku, czy do perforowanej siatki, jak w drugim.

Pracujący

Konwencjonalny lub diodowy implantator zanurzeniowy w plazmie jonowej

W konwencjonalnym systemie PIII typu zanurzeniowego , zwanym również konfiguracją typu diodowego , płytka jest utrzymywana na potencjale ujemnym, ponieważ dodatnio naładowane jony plazmy elektrododatniej są ekstrahowane i implantowane. Próbkę waflową do obróbki umieszcza się na uchwycie próbki w komorze próżniowej. Uchwyt próbki jest podłączony do źródła zasilania wysokiego napięcia i jest elektrycznie odizolowany od ścianki komory. Za pomocą systemów pompowania i podawania gazu wytwarzana jest atmosfera gazu roboczego o odpowiednim ciśnieniu .

Gdy podłoże jest spolaryzowane do ujemnego napięcia (kilka KV), powstałe pole elektryczne odpycha elektrony od podłoża w skali czasu odwrotnej częstotliwości plazmy elektronowej ω e- 1 (~ 10-9 sek). W ten sposób wokół niej tworzy się otoczka Debye'a z macierzą jonową, która jest zubożona w elektrony. Ujemnie spolaryzowane podłoże przyspieszy jony w skali czasu odwrotnej częstotliwości plazmy jonów ω i -1 ( ~ 10 -6 s). Ten ruch jonów obniża gęstość jonów w masie, co powoduje rozszerzenie granicy otoczki z plazmą w celu podtrzymania przyłożonego spadku potencjału , w procesie eksponowania większej liczby jonów. Pochwa plazma rozszerza się aż albo stan równowagi zostanie osiągnięty stan, który nazywa się dziećmi Langmuira prawo granica; lub wysokie napięcie jest wyłączone, jak w przypadku polaryzacji impulsowej DC . Polaryzacja impulsowa jest preferowana w porównaniu z polaryzacją DC, ponieważ powoduje mniejsze uszkodzenia podczas czasu włączenia impulsu i neutralizację niepożądanych ładunków nagromadzonych na płytce w okresie poświaty (tj. po zakończeniu impulsu). W przypadku polaryzacji impulsowej czas T ON impulsu jest ogólnie utrzymywany na poziomie 20-40 µs, podczas gdy TOFF jest utrzymywany na 0,5-2 ms, tj. cyklu pracy 1-8%. Zastosowane zasilanie mieści się w zakresie od 500 V do setek KV, a ciśnienie w zakresie 1-100 mTorr . Jest to podstawowa zasada działania immersji typu PIII.

W przypadku konfiguracji typu triody , odpowiednią perforowaną siatkę umieszcza się pomiędzy podłożem a plazmą i do tej siatki przykłada się impulsowe napięcie stałe. Tutaj obowiązuje ta sama teoria, co omówiono wcześniej, ale z tą różnicą, że wyekstrahowane jony z otworów w siatce bombardują podłoże, powodując w ten sposób implantację. W tym sensie implantator triodowy typu PIII jest prymitywną wersją implantacji jonów, ponieważ nie zawiera mnóstwa elementów, takich jak sterowanie wiązką jonów , ogniskowanie wiązki, dodatkowe akceleratory siatki itp.

Zobacz też

Bibliografia

Innych źródeł

CR Viswanathan, „Uszkodzenia wywołane przez plazmę”, Microelectronic Engineering , tom. 49, nr 1-2, listopad 1999, s. 65–81.