Implantacja jonów metodą zanurzeniową w plazmie
Implantacja jonów przez zanurzenie w plazmie (PIII) lub domieszkowanie plazmy pulsacyjnej (impuls PIII) to technika modyfikacji powierzchni polegająca na ekstrakcji przyspieszonych jonów z plazmy poprzez przyłożenie impulsowego źródła prądu stałego lub czystego prądu stałego o wysokim napięciu i skierowanie ich na odpowiednie podłoże lub elektrodę z umieszczoną na niej płytką półprzewodnikową w celu wszczepienia jej odpowiednich domieszek . Elektroda jest katodą dla plazmy elektrododatniej, podczas gdy jest anodą dla plazmy elektroujemnej. Plazmę można wytwarzać w odpowiednio zaprojektowanej komorze próżniowej za pomocą różnych źródeł plazmy, takich jak źródło plazmy elektronowego rezonansu cyklotronowego , które daje plazmę o najwyższej gęstości jonów i najniższym poziomie zanieczyszczeń, źródło plazmy helikonowej, źródło plazmy ze sprzężeniem pojemnościowym , źródło plazmy ze sprzężeniem indukcyjnym , wyładowanie jarzeniowe DC i łuk z oparów metali (w przypadku gatunków metalicznych ). Komora próżniowa może być dwojakiego rodzaju - dioda i trioda typu w zależności od tego, czy zasilacz jest doprowadzany do podłoża jak w pierwszym przypadku, czy do perforowanej siatki jak w drugim.
Pracujący
.jpg)
W konwencjonalnym systemie PIII typu zanurzeniowego , zwanym także konfiguracją typu diodowego , płytka jest utrzymywana na potencjale ujemnym , ponieważ to dodatnio naładowane jony plazmy elektrododatniej są usuwane i implantowane. Próbkę wafla do obróbki umieszcza się na uchwycie próbki w komorze próżniowej. Uchwyt próbki jest podłączony do źródła zasilania o wysokim napięciu i jest elektrycznie odizolowany od ściany komory. Za pomocą pompowania i gazu powstaje atmosfera gazu roboczego pod odpowiednim ciśnieniem .
Kiedy podłoże jest spolaryzowane do napięcia ujemnego (kilka KV), powstałe pole elektryczne wypycha elektrony z podłoża w skali czasu odwrotnej częstotliwości plazmy elektronowej ω e -1 ( ~ 10 -9 s). W ten sposób wokół niej tworzy się pozbawiona elektronów powłoka Debye'a z matrycą jonową . Ujemnie spolaryzowane podłoże będzie przyspieszać jony w skali czasu odwrotnej częstotliwości plazmy jonowej ω i -1 ( ~ 10 −6 sek.). Ten ruch jonów obniża gęstość jonów w masie, co powoduje granicy osłona-plazma w celu utrzymania przyłożonego spadku potencjału , w procesie odsłaniając więcej jonów. Osłona plazmowa rozszerza się aż do osiągnięcia stanu ustalonego, zwanego granicą prawa Child Langmuira ; lub wysokie napięcie jest wyłączone, jak w przypadku polaryzacji impulsowej DC . Preferowane jest polaryzacja impulsu w porównaniu z polaryzacją prądu stałego, ponieważ powoduje mniej uszkodzeń w czasie włączenia impulsu i neutralizacji niepożądanych ładunki zgromadzone na płytce w okresie poświecenia (tj. po zakończeniu impulsu). W przypadku polaryzacji impulsowej, czas T ON impulsu jest ogólnie utrzymywany na poziomie 20-40 µs, podczas gdy T OFF jest utrzymywany na poziomie 0,5-2 ms, co oznacza cykl pracy 1-8%. Stosowane zasilanie mieści się w zakresie od 500 V do setek KV i ciśnieniu w zakresie 1-100 mTorr . Jest to podstawowa zasada działania zanurzeniowego typu PIII.
W przypadku konfiguracji typu triodowego , pomiędzy podłożem a plazmą umieszcza się odpowiednią perforowaną siatkę i do tej siatki przykładane jest impulsowe napięcie prądu stałego. Tutaj obowiązuje ta sama teoria, co omówiono wcześniej, z tą różnicą, że jony wyekstrahowane z otworów siatki bombardują podłoże, powodując w ten sposób implantację. W tym sensie triody jest uproszczoną wersją implantacji jonów , ponieważ nie zawiera mnóstwa komponentów, takich jak sterowanie wiązką jonów , ogniskowanie wiązki, dodatkowe akceleratory siatki itp.
Zobacz też
Innych źródeł
CR Viswanathan, „Uszkodzenia wywołane plazmą”, Microelectronic Engineering , tom. 49, nr 1-2, listopad 1999, s. 65–81.