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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lonenimplantierungsvorrichtung, welche ein Quellengas durch Sublimieren eines festen Materials erzeugt, das Quellengas ionisiert und einen lonenstrahl des ionisierten Quellengases emittiert.
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Hintergrund
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In einer lonenimplantierungsvorrichtung wird ein Quellengas durch Sublimieren eines Materials von festem Zustand, das in einem festen, gepackten Behälter in einem Verdampfer eingeschlossen ist, erzeugt, und eine Lichtbogenkammer ionisiert das Quellengas und emittiert einen lonenstrahl des ionisierten Gases (siehe zum Beispiel PTL 1).
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Literaturliste
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Patentliteratur
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PTL 1:
JP H07 - 326 313 A -
Zusammenfassung
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Technisches Problem
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Als eine Gaszufuhr zu einer Lichtbogenkammer wird Stickstoff aus einem Stickstoffzylinder (nicht gezeigt) bereitgestellt, der in einer externen Zylinderbox (nicht gezeigt) angeordnet ist, oder ein Quellengas, das mit einem Verdampfer erzeugt wird, wird bereitgestellt. Wenn die Gaszufuhr von dem Stickstoffzylinder zu der Gaszufuhr von dem Verdampfer gewechselt wird, ist eine Zeit zum Stabilisieren einer Sublimationstemperatur des Verdampfers notwendig. Insbesondere ist eine Temperatur, bei welcher Aluminiumchlorid, das als ein Material von festem Zustand in einer lonenimplantierungsvorrichtung für eine SiC-Halbleitervorrichtung zu verwenden ist, in einem Vakuum sublimiert wird, so niedrig wie 80 bis 90°C. In der herkömmlichen Vorrichtung dient jedoch der feste, gepackte Behälter auch als ein Vakuumteil und benötigt eine Festigkeit. Der feste, gepackte Behälter weist deshalb eine Form mit einer erhöhten Wandstärke auf und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Es gibt deshalb ein Problem, dass eine lange Zeit benötigt wird, um eine Aufwärmstabilisierung zu vollenden, und die Betriebsgeschwindigkeit ist reduziert.
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Die
JP S64- 10 946 U offenbart eine lonenquelle, die ein Ofengefäß in einer Kammer, einen Heizmechanismus für das Gefäß und ein zwischen dem Gefäß und der Außenseite der Kammer angeordnetes Kühlsystem aufweist. Die lonenquelle weist einen Träger, der von einem Träger mit geringer Wärmeleitfähigkeit getragen wird, und einen Mechanismus zum Reduzieren der Wärmeleitung des Kühlsystems, wenn das Gefäß erhitzt wird, auf.
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Die
US 2006 / 0 086 376 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Rückständen von Komponenten eines lonenquellenbereichs eines lonenimplantierers, der bei der Herstellung von mikroelektronischen Vorrichtungen verwendet wird. Um Rückstände wirksam zu entfernen, werden die Komponenten ausreichend lange und unter ausreichenden Bedingungen mit einer reaktiven Halogenidzusammensetzung in der Gasphase in Kontakt gebracht, um die Rückstände zumindest teilweise zu entfernen. Die reaktive Halogenidzusammensetzung in der Gasphase wird so gewählt, dass sie selektiv mit dem Rückstand reagiert, während sie nicht mit den Komponenten des lonenquellenbereichs oder der Vakuumkammer reagiert.
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Die
US 5 306 921 A beschreibt ein lonenimplantationssystem, das konfiguriert ist, um ein elektrisches Entladungsgas in einem Hilfsplasma in einer Elektronenerzeugungskammer zu bilden. Elektronen in dem erzeugten Hilfsplasma werden in eine lonenerzeugungskammer eingeführt. Elektronen kollidieren mit Molekülen des Materialgases in der lonenerzeugungskammer, um ein primäres Plasma zu erzeugen. Ionen in der lonenerzeugungskammer werden aus dem Primärplasma durch eine Öffnung der lonenerzeugungskammer gezogen. Durch Elektromagnete wird ein Magnetfeld gebildet, um das Plasma in der lonenerzeugungskammer in einen konzentrierten Zustand zu bringen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, um Daten zu speichern, die optimale Magnetfeldintensitäten für Ionen verschiedener beteiligter Typen darstellen. Die Steuereinheit steuert so den von der Stromversorgung für die Elektromagneten angelegten Strom, um eine optimale magnetische Feldstärke für die Art der anzuziehenden Ionen zu erzeugen.
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Die
DE 38 75 442 T2 betrifft ein Aufdampfgerät mit einer Aufdampfquelle aufweisend einen Tiegel mit gegebener Tiefe und gegebenem Durchmesser, wobei der Tiegel geschmolzenes, auf zu verdampfendes Material trägt, einen Aufnehmer, der an den Tiegel angrenzt und ihn trägt, wobei der Aufnehmer aus einem festen säulenförmigen Block eines Materials besteht, das ein vorgegebenes Volumenverhältnis zu dem geschmolzenen Material innerhalb des Tiegels vor dem Aufdampfen des geschmolzenen Materials aufweist, und eine leitende Spule, die um den Aufnehmer und den Tiegel angeordnet ist, um HF-Energie in den Aufnehmer und den Tiegel einzukoppeln.
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Die
JP 2001- 011 607 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur homogenen Filmbildung, die auch in der Lage sind, das Einbetten von Rillen und Löchern zu erleichtern. Ein Herdkörper besteht aus einem zylindrischen Gefäß zum Aufbewahren einer Metallflüssigkeit als Filmmaterial und ist in einem Stützteil angeordnet, das ein vertiefter Teil ist, der im oberen Teil des Herds ausgebildet ist. Ein wärmeisolierendes Element mit geringer Wärmeleitfähigkeit ist als Mittel zur Steuerung der Wärmeübertragung zwischen der Rückseite des Gefäßes und dem Boden des Stützteils eingefügt. Das wärmeisolierende Element hat eine plattenähnliche Form und kann an der Unterseite und der Rückseite haften. Da die Wärmeübertragung von dem Herdkörper auf das Stützteil unterdrückt werden kann, wenn ein solches wärmeisolierendes Element verwendet wird, nähert sich der Herdkörper einem thermisch isolierten Zustand, und die Temperaturverteilung der in dem Herdkörper gehaltenen Metallflüssigkeit kann hergestellt werden relativ gleichmäßig und stabil.
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Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine lonenimplantierungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Sublimationstemperatur-Stabilisierungszeit zu reduzieren und eine Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern.
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Lösung des Problems
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer lonenimplantierungsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Eine lonenimplantierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Vakuumteil bzw. Vakuumpartition, innerhalb der ein Vakuum aufrechterhalten wird; einen festen, gepackten Behälter, in welchem ein Material von festem Zustand eingeschlossen ist; einen Heizkörper, der das in dem festen, gepackten Behälter eingeschlossene Material von festem Zustand sublimiert, um ein Quellengas zu erzeugen; eine Lichtbogenkammer, die das Quellengas ionisiert und einen lonenstrahl des ionisierten Quellengases emittiert; eine Gaszuführungsdüse, die das Quellengas von dem festen, gepackten Behälter in die Lichtbogenkammer leitet; und ein tragendes Teil, das den festen, gepackten Behälter trägt und auf dem Vakuumteil fixiert, wobei der gesamte feste, gepackte Behälter innerhalb des Vakuumteils angeordnet ist und eine thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils geringer ist als thermische Leitfähigkeiten des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine untere Platte ausgebildet, die mit dem festen, gepackten Behälter verbunden ist, wobei das tragende Teil die untere Platte auf dem Vakuumteil trägt und fixiert und eine thermische Leitfähigkeit der unteren Platte geringer ist als die thermischen Leitfähigkeiten des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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In der vorliegenden Erfindung benötigt der feste, gepackte Behälter keine Druckteilfunktion und braucht nur eine Festigkeit, die notwendig ist, um einen Festkörper einzuschließen, da der gesamte feste, gepackte Behälter in dem Vakuum innerhalb des Vakuumteils oder der Vakuumpartition angeordnet ist. Die Wandstärke des festen, gepackten Behälters kann deshalb reduziert werden, um die Wärmekapazität zu reduzieren. Die Wärmemenge, die für eine Sublimation notwendig ist, wird dadurch reduziert und ein kleinerer Heizkörper reicht aus. Außerdem braucht die Gaszuführungsdüse, da der feste, gepackte Behälter getragen und auf dem Vakuumteil fixiert ist, keine Funktion zum Tragen des festen, gepackten Behälters aufzuweisen. Die Wandstärke der Gaszuführungsdüse kann deshalb reduziert werden und das Einfließen von Wärme von der Lichtbogenkammer in den festen, gepackten Behälter kann reduziert werden. Weiter kann, da die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils geringer ist als diejenigen des Vakuumteils und des festen, gepackten Behälters, die Wärmemenge, die durch das tragende Teil aus dem festen, gepackten Behälter entweicht, ebenfalls reduziert werden. Als eine Folge wird die Zeit, die benötigt wird, um eine Sublimationstemperatur in einem Bereich von Sublimationstemperaturen zu stabilisieren, reduziert, womit ermöglicht wird, dass der Zustand des lonenstrahls schneller stabilisiert wird und die Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht einer loneninjektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Schnittansicht einer lonenimplantierungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
- 3 ist eine Schnittansicht einer lonenimplantierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine lonenimplantierungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die wiederholte Beschreibung derselben kann weggelassen sein.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine Schnittansicht einer loneninjektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung ist eine SiC-Halbleiterlonenimplantierungsvorrichtung, welche Aluminiumionen in einen SiC-Wafer (nicht gezeigt) implantiert).
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Ein Vakuum wird innerhalb eines Vakuumteils 1 bzw. der Vakuumpartition der lonenimplantierungsvorrichtung aufrechterhalten. Der gesamte feste, gepackte Behälter 3 eines Verdampfers 2 ist innerhalb des Vakuumteils 1 angeordnet. Ein tragendes Teil 4 trägt und fixiert den festen, gepackten Behälter 3 auf dem Vakuumteil 1. Die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils 4 ist geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3. Ein tragendes Bauteil 5 trägt und fixiert eine Lichtbogenkammer 6 auf dem Vakuumteil 1.
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Ein Heizkörper 7 des Verdampfers 2 sublimiert Aluminiumchlorid 8, das in dem festen, gepackten Behälter 3 eingeschlossen ist, um Aluminiumchlorid-Gas 9 zu erzeugen. Eine Gaszuführungsdüse 10 leitet das Aluminiumchlorid-Gas 9 von dem festen, gepackten Behälter 3 in die Lichtbogenkammer 6. Eine Einlassröhre (nicht gezeigt) zum Einführen eines Quellengases wie Stickstoff ist ebenfalls mit der Lichtbogenkammer 6 verbunden. Wenn die Lichtbogenkammer 6 dünn ist, kann ein Verbindungsteil (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die Gaszuführungsdüse 10 und die Lichtbogenkammer 6 miteinander zu verbinden.
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Die Lichtbogenkammer 6 ionisiert das Aluminiumchlorid-Gas 9 und emittiert einen lonenstrahl 11 des ionisierten Aluminiumchlorid-Gases 9. Genauer kollidiert das Aluminiumchlorid-Gas 9 mit Elektronen in der Lichtbogenkammer 6, um zu Plasma 12 zu werden, womit es ionisiert wird. Die Ionen werden mit einer Extraktionselektrode (nicht gezeigt) als der lonenstrahl 11 extrahiert. Dann werden die gewünschten Ionen durch einen Massenspektrographen (nicht gezeigt) selektiert und die selektierten Ionen werden mit einer Beschleunigungselektrode (nicht gezeigt) beschleunigt. Die Ionen werden durch Ausführen eines Abtastens mit dem lonenstrahl 11 gleichmäßig in einem Wafer (nicht gezeigt) implantiert.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend durch Vergleichen der Ausführungsform mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht einer lonenimplantierungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel dient der feste, gepackte Behälter 3 auch als das Vakuumteil 1 und benötigt eine Festigkeit. Der feste, gepackte Behälter 3 weist deshalb eine Form mit einer erhöhten Wandstärke auf und weist eine hohe Wärmekapazität auf. Als eine Folge wird eine lange Zeit benötigt, um eine Aufwärmstabilisierung zu vollenden, und die Betriebsgeschwindigkeit ist reduziert.
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Andererseits braucht in der vorliegenden Ausführungsform der feste, gepackte Behälter 3 keine Druckteilfunktion aufzuweisen und braucht nur eine Festigkeit, die notwendig ist, einen Festkörper einzuschließen, da der gesamte feste, gepackte Behälter 3 in dem Vakuum innerhalb des Vakuumteils 1 angeordnet ist. Die Wandstärke des festen, gepackten Behälters 3 kann deshalb reduziert werden, um die Wärmekapazität zu reduzieren. Die Wärmemenge, die für eine Sublimation notwendig ist, wird dadurch reduziert, und ein kleinerer Heizkörper 7 reicht aus. Außerdem braucht die Gaszuführungsdüse 10, da der feste, gepackte Behälter 3 getragen und auf dem Vakuumteil 1 fixiert wird, die Funktion eines Tragens des festen, gepackten Behälters 3 nicht aufzuweisen. Die Wandstärke der Gaszuführungsdüse 10 kann deshalb reduziert werden, und das Einfließen von Wärme von der Lichtbogenkammer 6 in den festen, gepackten Behälter 3 kann reduziert werden. Weiter kann, da die thermische Leitfähigkeit des tragenden Teils 4 geringer ist als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die Wärmemenge, die von dem festen, gepackten Behälter 3 durch das tragende Teil 4 entweicht, ebenfalls reduziert werden. Als eine Folge wird die Zeit, die benötigt wird, um eine Sublimationstemperatur in einem Bereich von niedrigen Sublimationstemperaturen von 80 bis 90°C in dem Vakuum zu stabilisieren, reduziert, womit ermöglicht wird, dass der Zustand des lonenstrahls schneller stabilisiert wird, und die Betriebsgeschwindigkeit verbessert wird.
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Genauer ist das Material des tragenden Teils 4 ein bearbeitbares Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m-k oder weniger aufweist, oder ein technischer Kunststoff, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist. Wenn das tragende Teil 4 aus einem solchen Material besteht, ist seine thermische Leitfähigkeit ausreichend geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die aus Metallen bestehen.
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Ausführungsform 2
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3 ist eine Schnittansicht einer lonenimplantierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Eine untere Platte 13 ist mit dem festen, gepackten Behälter 3 verbunden. Das tragende Teil 4 trägt und fixiert die untere Platte 13 auf dem Vakuumteil 1 bzw. der Vakuumpartition. Die Thermische Leitfähigkeit der unteren Platte 13 ist geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3.
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Wenn die untere Platte 13 aus einem Metall besteht, wird Wärme durch die untere Platte 13 auf das tragende Teil 4 übertragen, womit sie entweicht. Um dies zu verhindern, wird ein Material einer geringen thermischen Leitfähigkeit als das Material der unteren Platte 13 verwendet. Genauer ist das Material der unteren Platte 13 ein bearbeitbares Keramikmaterial, das eine thermische Leitfähigkeit von 2W/m-k oder weniger aufweist, oder ein technischer Kunststoff, der eine thermische Leitfähigkeit von 1W/m·k oder weniger aufweist. Wenn die untere Platte 13 aus einem solchen Material besteht, ist ihre thermische Leitfähigkeit ausreichend geringer als diejenigen des Vakuumteils 1 und des festen, gepackten Behälters 3, die aus Metallen bestehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuumteil;
- 3
- fester, gepackter Behälter;
- 4
- tragendes Teil;
- 6
- Lichtbogenkammer;
- 7
- Heizkörper;
- 8
- Aluminiumchlorid (Material von festem Zustand);
- 9
- Aluminiumchlorid-Gas (Quellengas);
- 10
- Gaszuführungsdüse;
- 11
- lonenstrahl;
- 13
- untere Platte
