Промышленные установки ионного легирования

Автоматизированная промышленная установка ионной имплантации малых и средних доз «Везувий-7М» с индивидуальной обработкой пластин и безмаслянной откачкой имеет неоднородность легирования 1% и предназначена для производства полупроводниковых приборов с минимальными размерами элементов (менее 2 мкм). Диапазон доз, обеспечиваемый установкой, 10¹⁰ – 10¹⁵ см ^-2, максимальный ток пучка при энергии 100 кэВ для В+ -- 300мкА, для Р+ -- 500 мкА, для As+ -- 300 мкА, энергия имплантации от 2220 до 100 кэВ, диаметр обрабатываемых пластин 76, 100, 125 мм, производительность для пластин 76 мм при дозе 6,25*10¹², см^-2 – 40 шт/ч, потребляемая мощность 10кВА, габариты 1570х5000х1000, масса 3900 кг.

Установка сконструирована по схеме с послеускорением сепарированного на энергии экстракции пучка. В ней применены модифицированные ионные дуговые источники источники с прямоканальным катодом, встраиваемые в масс-сепаратор, что увеличивает время непрерывной работы установки без разгерметизации до 100 ч. В источнике используют газообразные (BF₃, PF₅, AsH₃) и твердые (красный фосфор, металлический мышьяк) рабочие вещества.

Масс-сепаратор, собранный на постоянных магнитах с напряженностью однородного магнитного поля Н=24*10⁴ А/м, имеет разные углы поворота для различных ионов (для В - 90°, для Р - 60º), малые габариты ионного источника позволяют быстро менять вещества. Хорошее выделение пучков В+ и Р+ обеспечивается установкой диафрагмы шириной 2 см на расстоянии 15 см от выхода магнита.

После диафрагмы с помощью одиночной (трехэлектродной) линзы пучок дополнительно фокусируют. Стандартная металлофарфоровая ускорительная трубка, на выходе которой установлен охлаждаемый регулируемый коллиматор, служит для ускорения пучка. Сканирование пучка - электростатическое двухкоординатное.

Дополнительное использование линз на входе и выходе отклоняющей системы снижает электронные нагрузки на высоковольтные блоки питания, уменьшает вторичную электронную эмиссию, повышает рентгенобезопасность установки и нейтрализует пространственный заряд пучка в области его отклонения и сканирования.

В приемной камере размещены четыре датчика в виде цилиндров Фарадея, которые позволяют осуществлять контроль однородности имплантации, настройку пучка на центр мишени и амплитуд сканирования. Дозы измеряют «глубоким» цилиндром Фарадея, дном которого служит подложкодержатель с пластиной.

В установке применена продольная приемная камера квазинепрерывной индивидуальной обработки с шлюзованием пластин. Основными ее достоинствами являются: короткий тракт перемещения пластин под углом 45º; отсутствие дополнительного вибратора, малые габариты и масса. Благодаря продольной конструкции в чистой зоне камеры может находиться только приемная и передающая кассеты.

Вакуумная система состоит из двух унифицированнных модулей, оснащенных турбомолекулярными насосами ТМН-1500, азотными криоловушками, стандартной запасной аппаратурой и измерительными блокировочными вакуумметрами. Форвакуумную откачку осуществляют насосами НВР-16Д и 2НВР-5Д (каждый по два) для системы шлюзования приемной камеры.

Сильноточная установка «Везувий-8»

Предназначена для имплантации больших доз ионов с массой до 200 а.е.м. и током 2—5 мА, при энер­гии до 100 кэВ в производстве интегральных схем на.пластинах 0 76, 100, 150 мм.

Установка создана по схеме с послеускорением и ра­ботает в двух режимах — полуавтоматическом — от опе­ратора и автоматическом — от внешней управляющей ЭВМ. Диапазон энергии установки от 10 до 100 кэВ для легирующих ионов В+, Р+, Аз+, 2п⁺, ЗЬ+, ток ионного пучка 2 мА для В+, 5 мА для Р+, 2 мА для Аз+, 2п+, ЗЬ+, производительность при дозе 6,25-10¹⁵ см^-2 100 шт/ч, неоднородность дозы имплантации менее 2%, режим обработки — групповой, сканирование по оси X — меха­ническое, по оси У — электромагнитное, температура подогрева легирующих пластин до 400 °С (встроенными нагревателями).

На установке применяют ионный дуговой источник с прямоканальным катодом. Для получения ионов В+ ис­пользуют ВFз, напуск которого в источник осуществля­ют через игольчатый натекатель. Ионы Р+, Zп⁺, Аs+ и SЬ+ получают из твердых веществ, испаряемых в тигле. Ионный пучок извлекают поперек магнитного поля, ис­пользуя трехэлектронную щелевую оптику при напряже­нии вытягивания 15 кВ. На установке применяют элект­ромагнитный масс-сепаратор с двойной фокусировкой пучка, который представляет собой секторный электро­магнит с углом поворота пучка 110°. Для уменьшения аберрации и оптимальной фокусировки в конструкции полюсных наконечников предусмотрена регулировка уг­ла входа пучка в масс-сепаратор и выхода из него в пределах ± 150°.

Электромагнит ионного источника выполнен вместе с масс-сепаратором; магнитопроводом ионного источника является внешнее ярмо масс-сепаратора. Такая кон­струкция значительно облегчает обслуживание и доступ к ионному источнику.

Для сканирования интенсивного ионного пучка в вер­тикальном направлении используют электромагнитное устройство, в магнитном поле которого ионны-й пучок отклоняется на определенный угол.

Система ускорения выполнена в виде однозазорного ускоряющего промежутка, образуемого двумя изолиро­ванными друг от друга щелевыми электродами специаль­ной формы. Один электрод находится под потенциалом земли, на другой подается ускоряющее напряжение. Злектрическую изоляцию осуществляют прямоугольным изолятором с развитой наружной поверхностью.

В установке применена приемная камера со сменны­ми кассетами, позволяющими разместить на контейнерах 100 пластин 0 75 мм или 54 пластины 0 100 мм, или 24 пластины 0 150 мм. Во время имплантации контейнер •непрерывно и равномерно вращается с частотой враще­ния 20 об/мин вокруг вертикальной оси, осуществляя механическое сканирование пластин в горизонтальном направлении.

Равномерность имплантации и измерение дозы произ­водят универсальным дозиметром, датчики которого подключены к приборам контроля равномерности ионно­го тока на позиции имплантации; любой из датчиков можно подключить к блоку измерения дозы.

Установку откачивают паромасляным высоковакуум-яым агрегатом АВП-250/630; в зоне приемной камеры используют заливную криогенную ловушку. Вакуумной системой управляют в двух режимах: полуавтоматичес­ком— по заданной программе, автоматическом — с.подачей команд от внешней ЭВМ «Электроника-100И».

Тема № 10