隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)特征尺寸進(jìn)入微米級(jí)技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，對(duì)離子注入工藝的均勻性、重復(fù)性、安全性和生產(chǎn)效率提出越來越高的要求。其中一個(gè)較為典型的問題是，在離子注入過程中晶圓表面不可避免出現(xiàn)的正電荷積累現(xiàn)象。當(dāng)電荷積累到一定程度會(huì)產(chǎn)生靜電高壓，對(duì)離子注入多項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生不利影響，如離子注入均勻性、重復(fù)性降低，絕緣層易被擊穿等。
當(dāng)制造工藝跨入納米級(jí)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，形成超淺結(jié)深的低能大束流離子注入工藝應(yīng)運(yùn)而生，通常注入的離子能量低至 200eV，劑量達(dá)到 e15cm-2。為了獲得高的注入生產(chǎn)效率，要求到靶的離子束流達(dá)到幾十毫安。在這種低能量大束流的情況下，傳輸過程中的空間電荷效應(yīng)（Space Charge Effect）更加突出，大大降低了傳輸效率，也限制了低能大束流離子注入工效的提升。
在以往的如熱電子或二次電子淋浴技術(shù)，存在中和度控制困難、負(fù)電荷積累電壓大、金屬污染難以控制和熱輻射大等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)亞微米或更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)工藝要求。而等離子淋浴技術(shù)由于適應(yīng)新工藝要求，目前已成為離子注入機(jī)控制晶圓電荷累積的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。將等離子淋浴技術(shù)應(yīng)用到淺結(jié)和超淺結(jié)離子注入工藝中，對(duì)低能離子束進(jìn)行靜電中和，可有效降低空間電荷效應(yīng)，提高束流量和傳輸效率，進(jìn)而提高淺結(jié)和超淺結(jié)大劑量離子注入的生產(chǎn)效率。
等離子淋浴系統(tǒng)主要由等離子淋浴槍（Plasma Flood Gun，PFG）、供氣系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、屏蔽罩和晶圓靶臺(tái)組成。其中，淋浴槍是系統(tǒng)核心裝置，能夠產(chǎn)生等離子體并決定其主要性能。供氣系統(tǒng)供給工作氣體，要求氣流穩(wěn)定且純凈。電源系統(tǒng)供電，包括燈絲電源和弧壓電源。屏蔽罩對(duì)等離子體起屏蔽作用，將等離子體控制在有效擴(kuò)散空間內(nèi)，改善淋浴效果。
燈絲型等離子淋浴槍在供氣和電源系統(tǒng)的配合下，在腔室內(nèi)放電并將工作氣體 Xe 電離產(chǎn)生高密度等離子體。受腔室內(nèi)外壓力差影響，等離子體從一側(cè)孔溢出進(jìn)入等離子體區(qū)。當(dāng)進(jìn)行離子注入時(shí)，等離子體的部分電子受離子束中正電荷的吸引，加入伴隨并對(duì)其進(jìn)行靜電中和。
在靜電中和的初期，離子束正電位較高，從等離子體區(qū)吸引的電子較多。隨著中和的持續(xù)進(jìn)行，電位降低吸引到的電子也逐漸減少，直到離子束完全實(shí)現(xiàn)中和，電子則不會(huì)再被吸引。因此等離子淋浴技術(shù)能夠自行控制被捕獲電子，避免對(duì)離子束過度中和或欠中和。等離子體區(qū)位于晶圓前方且覆蓋了整個(gè)表面，可以隨著離子注入過程對(duì)晶圓表面實(shí)時(shí)產(chǎn)生的正電荷實(shí)施靜電中和，這個(gè)過程與對(duì)離子束中和過程一樣，也具備自調(diào)節(jié)能力。
等離子淋浴技術(shù)的主要特點(diǎn)：一是控制簡(jiǎn)單，具備自調(diào)節(jié)能力。避免對(duì)離子束的過度中和或欠中和。二是參與中和的電子能量低。等離子體電子動(dòng)能通常在小于 5eV 區(qū)間內(nèi)分布，通過降低弧壓、弧流來降低電子能量，可最大限度地降低高能電子對(duì)晶圓的危害。三是無熱輻射、金屬污染相對(duì)較低。淋浴槍燈絲不直接面對(duì)晶圓，徹底消除了熱輻射。但鎢燈絲會(huì)產(chǎn)生金屬粒子，腔室在放電過程中也會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)材料的金屬粒子，因此只能通過冷卻腔室方式盡量將金屬污染控制在可接受范圍內(nèi)。
2024 年 4 月，凱世通（Kingstone）交付了首臺(tái)面向 CIS（CMOS Image Sensor）的大束流離子注入機(jī)。公司表示，在上下游產(chǎn)業(yè)鏈的緊密協(xié)作下多個(gè)關(guān)鍵零部件項(xiàng)目開花結(jié)果，目前已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)供應(yīng)鏈自主可控。2023 年底，凱世通申請(qǐng)了一種微波等離子體噴槍專利（CN 118400857A），該零部件是一種無燈絲（極有可能是 2.45GMz 電子回旋共振離子源）設(shè)計(jì)的等離子體淋浴槍，可大幅降低金屬污染，提升芯片制造良率，滿足如 CIS 芯片嚴(yán)苛的制造工藝要求。
彭立波,易文杰,劉仁杰.等離子淋浴在離子注入工藝中的應(yīng)用[J].微納電子技術(shù), 2006.（來源ICPMS冷知識(shí)）
