Плазмо-иммерсионная ионная имплантация

Плазмо-иммерсионная ионная имплантация (PIII) ^[1] или импульсно-плазменное легирование (импульсное PIII) - это метод модификации поверхности , заключающийся в извлечении ускоренных ионов из плазмы путем подачи высоковольтного импульсного постоянного тока или чистого постоянного тока источника и направления их в подходящую подложку или электрод полупроводниковой пластиной с помещенной над ним . , чтобы имплантировать его подходящими примесями . Электрод является катодом для электроположительной плазмы и анодом для электроотрицательной плазмы . Плазму можно генерировать в вакуумной камере соответствующей конструкции с помощью различных источников плазмы, таких как источник плазмы электронного циклотронного резонанса , который дает плазму с самой высокой плотностью ионов и самым низким уровнем загрязнения, источник геликонной плазмы , плазмы с емкостной связью источник плазмы с индуктивной связью. , источник , тлеющий разряд постоянного тока и дуга на парах металлов (для металлических пород). Вакуумная камера может быть двух типов – диодного и триодного типа. ^[2] в зависимости от того, подается ли источник питания на подложку, как в первом случае, или на перфорированную сетку, как во втором.

Работающий

В обычной системе PIII погружного типа, также называемой конфигурацией диодного типа, ^[2] пластина поддерживается под отрицательным потенциалом , поскольку именно положительно заряженные ионы электроположительной плазмы извлекаются и имплантируются. Образец пластины, подлежащей обработке, помещается на держатель образца в вакуумной камере. Держатель образца подключен к источнику питания высокого напряжения и электрически изолирован от стенки камеры. С помощью систем откачки и подачи газа атмосфера рабочего газа подходящего давления . создается ^[3]

Когда подложка смещена к отрицательному напряжению (несколько киловольт), результирующее электрическое поле отталкивает электроны от подложки во временном масштабе обратной электронной плазменной частоты ω _e⁻¹ ( ~ 10 ⁻⁹ сек). Таким образом, ионно-матричный дебаевский слой ^[2]^[4] вокруг него образуется обедненный электронами. Отрицательно смещенная подложка будет ускорять ионы в пределах временной шкалы обратной ионной плазменной частоты ω _i⁻¹ ( ~ 10 ⁻⁶ сек). Это движение ионов снижает плотность ионов в объеме, что приводит к расширению границы оболочка-плазма , чтобы выдержать приложенное падение потенциала , в результате чего обнажается больше ионов. Плазменная оболочка расширяется до тех пор, пока не будет достигнуто стационарное состояние, которое называется закона Чайлда Ленгмюра пределом ; 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 (т. е. после окончания импульса). В случае импульсного смещения время T _ON импульса обычно поддерживается на уровне 20–40 мкс, а T _OFF поддерживается на уровне 0,5–2 мс, т.е. рабочий цикл 1–8%. Используемый источник питания находится в диапазоне от 500 В до сотен кВ, а давление - в диапазоне 1-100 мТорр . ^[4] Это основной принцип работы погружного типа PIII.

В случае конфигурации типа триода между подложкой и плазмой помещается подходящая перфорированная сетка, и к этой сетке прикладывается импульсное смещение постоянного тока. Здесь применяется та же теория, что обсуждалась ранее, но с той разницей, что извлеченные ионы из отверстий сетки бомбардируют подложку, вызывая тем самым имплантацию. В этом смысле имплантатор триодного типа PIII представляет собой грубую версию ионной имплантации , поскольку он не содержит множества компонентов, таких как управление ионным лучом , фокусировка луча, дополнительные сеточные ускорители и т. д.

Ссылки

^ Милтон Оринг (2002). Материаловедение тонких пленок . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-524975-1 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Майкл А. Либерман и Аллан Дж. Лихтенберг, Принципы плазменных разрядов и обработки материалов, Под ред. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 1994.
^ В. Энсингер, «Обработка полупроводников методом плазменной иммерсионной ионной имплантации», Материаловедение и инженерия. А., Том. 253, № 1–2, 1998 г., стр. 258–268.
^ Jump up to: ^а ^б Андре Андерс и др., Справочник по ионной имплантации и осаждению в плазме, под ред. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 2000.

Другие источники

CR Viswanathan, «Повреждения, вызванные плазмой», Microelectronic Engineering , Vol. 49, № 1–2, ноябрь 1999 г., стр. 65–81.

[1] Милтон Оринг (2002). Материаловедение тонких пленок . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-524975-1 .

[liberman-2] Jump up to: ^а ^б ^с Майкл А. Либерман и Аллан Дж. Лихтенберг, Принципы плазменных разрядов и обработки материалов, Под ред. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 1994.

[3] В. Энсингер, «Обработка полупроводников методом плазменной иммерсионной ионной имплантации», Материаловедение и инженерия. А., Том. 253, № 1–2, 1998 г., стр. 258–268.

[anders-4] Jump up to: ^а ^б Андре Андерс и др., Справочник по ионной имплантации и осаждению в плазме, под ред. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 2000.

[1]

[2]

[3]

[4]