等離子體浸沒離子注入
等離子體浸沒離子注入（PIII）[1]或脈衝等離子摻雜（脈衝PIII）是通過應用高電壓脈衝直流或純直流電源，將等離子體中的加速離子作為摻雜物注入合適的基體或置有電極的半導體晶片的靶的一種表面改性技術。電極對於正電性等離子體是陰極，對於負電性等離子體是陽極。等離子體可在設計好的真空室中以不同的等離子體源產生，如可產生最高離子密度和最低污染水平的電子迴旋共振等離子體源，及氦等離子體源，電容耦合等離子體源，電感耦合等離子體源，直流輝光放電和金屬蒸汽弧（對金屬物質來說）。真空室可分為兩種-二極式和三極式[2]，前者電源應用於基體而後者應用於穿孔網格。
工作
在傳統的浸沒型PIII系統（也稱為二極型結構）中，[2]晶片保持負電位，正電性等離子體中的帶正電荷的離子進行注入。被處理的晶片試樣放置於真空室中的樣品架上。樣品架與高壓電源相連並與器壁絕緣。通過抽氣進氣系統，可獲得工作氣體在適當壓力下的氣氛。.[3]
當基體加上負偏壓（幾千伏）時，所產生的電壓在電子等離子體的響應時間尺度ωe−1內 ( ~ l0−9 sec)將電子從基體表面排斥開。這樣在基體表面就會形成缺少電子的離子陣德拜鞘層。到達離子等離子體響應時間尺度ωi−1 ( ~ 10−6 sec)後，負偏壓的基體將會使離子加速。離子的移動降低了離子的密度，這使得鞘層為維持已存在的電位降，包含更多的離子，鞘層的邊界擴展。等離子體鞘層將會一直擴展直到達到准穩態條件，稱為柴爾德-朗繆耳限制定律；或在脈衝直流偏壓的情況下高壓停止。脈衝偏壓優於直流偏壓，因為其在存在脈衝階段造成較小損害並在餘輝階段（也就是脈衝結束後的階段）中和掉積累在晶片上不需要的電荷。在脈衝偏壓的情況下脈衝的TON時間一般在20-40 µs，而TOFF時間在0.5-2 µs，也就是占空比為1-8%。電源的使用在500到數十萬伏特的範圍，氣壓在1-100毫托的範圍。[4]這就是浸沒型PIII操作的基本原理。
在三極型結構中，一個適當的穿孔網格被放置在基體和等離子體之間，在網格上加有脈衝直流偏壓。在這裏，如前所述的理論同樣適用，但不同之處是獲得的離子從網格中轟擊基體，導致了注入。從這個意義上講，三極型的PIII離子注入是粗糙版本的離子注入，因其不含有過剩的組分如離子束流控制，束聚焦，附加的網格加速器等。
參考文獻
- ^ Milton Ohring. Materials Science of Thin Films. Academic Press. 2002. ISBN 0125249756.
- ^ 2.0 2.1 Michael A. Liberman and Allan J. Lichtenberg, Principles of plasma discharges and material processing, Ed. New York: John Wiley and Sons, 1994.
- ^ W. Ensinger, 「Semiconductor processing by plasma immersion ion implantation」, Materials science & engineering. A., Vol. 253, No. 1 - 2, 1998, pp. 258–268.
- ^ André Anders et al., Handbook of Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition, Ed. New York: John Wiley and Sons, 2000.
其他來源
C.R. Viswanathan, "Plasma induced damage," Microelectronic Engineering, Vol. 49, No. 1-2, November 1999, pp. 65–81.