La implantación de iones por inmersión en plasma (PIII) [1] o dopaje con plasma pulsado (PIII pulsado) es una técnica de modificación de la superficie que extrae los iones acelerados del plasma aplicando una fuente de alimentación de CC pulsada de alto voltaje o CC pura y dirigiéndolos a un sustrato o electrodo adecuado con una oblea semiconductora colocada sobre él, para implantarlo con dopantes adecuados . El electrodo es un cátodo para un plasma electropositivo, mientras que es un ánodo para un plasma electronegativo. El plasma se puede generar en una cámara de vacío diseñada adecuadamente con la ayuda de varias fuentes de plasma, como una fuente de plasma de resonancia de ciclotrón electrónico que produce plasma con la mayor densidad de iones y el menor nivel de contaminación, una fuente de plasma de helicón, una fuente de plasma acoplada capacitivamente y una fuente de plasma acoplada inductivamente. , Descarga incandescente de CC y arco de vapor metálico (para especies metálicas ). La cámara de vacío puede ser de dos tipos: diodo y triodo [ 2 ] dependiendo de si la fuente de alimentación se aplica al sustrato como en el primer caso o a la rejilla perforada como en el segundo.
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En un sistema PIII de tipo inmersión convencional , también llamado configuración tipo diodo , [2] la oblea se mantiene en un potencial negativo ya que los iones cargados positivamente del plasma electropositivo son los que se extraen e implantan. La muestra de oblea a tratar se coloca en un portamuestras en una cámara de vacío. El portamuestras está conectado a una fuente de alimentación de alto voltaje y está aislado eléctricamente de la pared de la cámara. Mediante sistemas de bombeo y alimentación de gas se crea una atmósfera de gas de trabajo a una presión adecuada. [3]
Cuando el sustrato está polarizado a un voltaje negativo (pocos KV), el campo eléctrico resultante aleja los electrones del sustrato en la escala de tiempo de la frecuencia inversa del plasma de electrones ω e −1 (~ 10 −9 seg). De este modo se forma a su alrededor una matriz iónica de Debye [2] [4] , desprovista de electrones. El sustrato con polarización negativa acelerará los iones dentro de una escala de tiempo de la frecuencia del plasma de iones inversos ω i −1 (~ 10 −6 seg). Este movimiento de iones reduce la densidad de iones en la masa, lo que hace que el límite entre la vaina y el plasma se expanda para sostener la caída de potencial aplicada , exponiendo en el proceso más iones. La vaina de plasma se expande hasta que se alcanza una condición de estado estacionario, lo que se denomina límite de la ley de Child Langmuir ; o el alto voltaje se apaga como en el caso de la polarización de CC pulsada . Se prefiere la polarización de pulso a la polarización de CC porque crea menos daño durante el tiempo de encendido del pulso y neutraliza las cargas no deseadas acumuladas en la oblea en el período de postluminiscencia (es decir, después de que el pulso ha terminado). En caso de polarización pulsada, el tiempo T ON del pulso generalmente se mantiene entre 20 y 40 μs, mientras que T OFF se mantiene entre 0,5 y 2 ms, es decir, un ciclo de trabajo del 1 al 8 %. La fuente de alimentación utilizada está en el rango de 500 V a cientos de KV y la presión en el rango de 1 a 100 mTorr . [4] Este es el principio básico del funcionamiento del tipo de inmersión PIII.
En el caso de una configuración de tipo triodo , se coloca una rejilla perforada adecuada entre el sustrato y el plasma y se aplica una polarización de CC pulsada a esta rejilla. Aquí se aplica la misma teoría comentada anteriormente, pero con la diferencia de que los iones extraídos de los orificios de la rejilla bombardean el sustrato, provocando así la implantación. En este sentido, un implantador triodo tipo PIII es una versión burda de la implantación de iones porque no contiene una gran cantidad de componentes como dirección del haz de iones , enfoque del haz, aceleradores de rejilla adicionales, etc.
CR Viswanathan, "Daño inducido por plasma", Ingeniería microelectrónica , vol. 49, núms. 1 y 2, noviembre de 1999, págs. 65 a 81.