高温表面和ECR混合强流硼离子源的研究
批准号:
12105278
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张艾霖
依托单位:
学科分类:
加速器技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张艾霖
中文摘要
作为半导体芯片生产中一个极其重要的环节,离子注入机的水平成为衡量一个国家半导体芯片制造业水平的重要标志。所有的半导体电路都是由P型半导体和N型半导体组成,P型半导体一般由硼离子注入产生,N型半导体一般由磷、砷注入产生。其中硼由于其常用工作气体电离能级较高的原因,很难得到比较高的流强。以注入机中最常见的IHC源为例,硼的流强只有磷的50%。在P型和N型半导体同时需求且需求量相当的情况下,硼离子源的流强限制了半导体注入工艺的进一步发展。2.45 GHz ECR离子源作为一款结构简单、稳定好、流强高的离子源,是一款潜力巨大的注入机离子源,但传统的2.45GHz ECR源平均电子温度只有10eV,不具备产生强流硼离子的能力。为了进一步提高2.45 GHz ECR离子源内电子的温度,提升其产生硼离子的能力,本项目创新性地提出将高温表面到ECR离子源中,研制出一款新型强流半导体离子注入硼离子源。
英文摘要
The ion implanters has become an important indicator of the level of a country's semiconductor chip manufacturing industry. All semiconductor circuits are composed of P-type semiconductors and N-type semiconductors. P-type semiconductors are generally produced by boron ion implantation, and N-type semiconductors are generally produced by phosphorus and arsenic implantation. Among them, boron is difficult to obtain relatively high current strength due to the higher ionization energy level of its commonly used working gas. Taking the most common IHC source in the implanter as an example, the current of boron is 50% lower than that of phosphorus. When P-type and N-type semiconductors are simultaneously demanded and the demand is equivalent, the current of the boron ion source limits the further development of the semiconductor implantation process. The 2.45 GHz ECR ion source is an ion source with a simple structure, good stability, and high current. It is a potential implanter ion source. However, the average electron temperature of the traditional 2.45GHz ECR source is only 10eV, which is not capable of generating high current of boron ions. In order to increase the temperature of electrons in the 2.45 GHz ECR ion source and improve its ability to generate boron ions, this project innovatively proposes to incorporate high temperature surface into the ECR ion source and develop a new type of strong current semiconductor ion implantation boron ion source.
随着半导体技术在国防军工和民用领域的广泛应用,半导体研发与制造水平已成为衡量国家科技实力的重要标志。作为半导体制造的核心设备之一,离子注入机的性能在很大程度上取决于其离子源的质量。硼离子作为P型半导体制造的关键掺杂元素,由于其工作气体的电离能级较高,传统IHC离子源的硼离子流强普遍比磷低约50%,这显著限制了离子注入工艺的进一步发展。2.45 GHz ECR离子源以其结构简单、稳定性好和流强高的特点,被视为一种极具潜力的离子注入技术。然而,传统ECR离子源的平均电子温度仅为10 eV,难以有效产生高流强的硼离子束。为突破这一技术瓶颈,本项目创新性地引入高温表面电离技术,通过提升电子温度,显著增强了ECR离子源的硼离子产生能力。最终研制出一种新型强流硼离子源,不仅显著提高了B+离子束的流强,还为半导体离子注入工艺的优化提供了关键技术支持。在项目的支持下,完成了高温表面ECR混合离子源的物理模拟研究,建立了全局模型与流体混合等离子体模型,并进行了灯丝寿命测试。同时,开发了针对B+离子的智能引出系统,优化了引出稳定性和可靠性。实验结果表明,该混合离子源成功实现了14 mA的B+流强,相较于IHC离子源提高约30%,寿命达到280小时,与IHC源相当。此外,项目还研制了一种寿命超过500小时的ECR B⁺离子源,通过优化磁场和放电室内径等方法,其流强提升到与IHC源相当,但寿命较后者提高了80%。这两种离子源已在国产低能大束流离子注入机上完成稳定性测试,结果显示其性能表现优异。目前,相关技术正在进行工业化改造,未来有望实现大规模应用,为国产离子注入机提供更高性能的核心部件支持。
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