DE2222736A1 - Verfahren zur ionenimplantation - Google Patents

Verfahren zur ionenimplantation

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DE2222736A1 DE19722222736 DE2222736A DE2222736A1 DE 2222736 A1 DE2222736 A1 DE 2222736A1 DE 19722222736 DE19722222736 DE 19722222736 DE 2222736 A DE2222736 A DE 2222736A DE 2222736 A1 DE2222736 A1 DE 2222736A1
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Eberhard Dr Krimmel
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    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
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Description

Verfahren zur Ionenimplantation
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ionenimplantation mit einer lonenimplantationsanlage, wobei diese Anlage aus einer Ionenquelle, einem Extraktionselement, einem Massenseparator, einer Fokussiereinrichtung und einem Objekthalter besteht.
Bei den bisher bekannten Ionenimplantationsanlagen werden in der Ionenquelle Ionen einer Art durch Ionisation einer diese Ionenart enthaltenden Substanz erzeugt. Zur zeitlich aufeinanderfolgenden Erzeugung verschiedener Ionenarten wird bei den bekannten Verfahren ein Wechsel der Substanzen, aus denen die zu implantierenden Ionen erzeugt werden, vorgenommen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ionenimplantation anzugeben, mit dessen Hilfe ein Objekt in rascher Folge nacheinander ohne zeitraubenden Wechsel der Ionenquelle mit Ionen verschiedener Ionenarten und/oder gleichzeitig mit Ionen zweier oder mehrerer Ionenarten bestrahlt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ionenimplantation gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ionenquelle mit einer Ausgangssubstanz beschickt wird, die alle für die Implantation notwendigen, zu ionisierenden Elemente enthält und daß die Ausgangssubstanz so gewählt wird, daß gleichzeitig oder direkt aufeinanderfolgend die notwendigen, verschiedenen Ionenarten erzeugt werden und daß durch Steuerung des Massenseparators die jeweilige lonenart
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ORIGiNAL INSfECTBD
bzw. Ionenarten jeweils zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auf das Objekt gelenkt wird bzw. werden.
Die Auswahl der Ausgangssubstanz erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit vom Typ der Ionenquelle, wobei zum Beispiel der Dampfdruck, die lonisationsenergie, die Dissoziationsenergie und/oder die Bindungsart der Ausgangssubstanz eine Rolle spielt.
Vorzugsweise bestehen diese Ausgangssubstanzen aus chemischen Verbindungen oder Gemischen von chemischen Verbindungen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß sich der ökonomisch nicht vertretbar lange Zeitaufwand für den Wechsel von einer Ionenart zur anderen, der bei Verfahren nach dem Stand der Technik kaum unter 1/4 Stunde und bis zu 2 Stunden dauern kann, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Umschaltzeiten von wenigen Sekunden verringern läßt.
Vorteilhafterweise ergibt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine wesentliche Vereinfachung der Ionenimplantation bei Mehrfachimplantation, insbesondere bei der Herstellung komplizierter Implantationsprofile, z.B. bei hyperabrupten Dioden. Unter Mehrfachimplantation wird die Implantation verschiedener Ionenarten in dasselbe Objekt mit gleichen oder verschiedenen Energien und Dosen verstanden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhafterweise auch dann anwenden, wenn in aufeinanderfolgend eingebrachte Objekte Einzelimplantationen mit unterschiedlichen Ionenarten erfolgen soll.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt VPA 9/712/2014 309847/0986
sich bei der Ionenimplantation in Objekte, die während der Ionenimplantation auf hohen Temperaturen gehalten werden. Im Gegensatz zu den Verfahren des Standes der Technik können Objekte mit hohen Temperaturen mit verschiedenen Ionenarten zeitlich schnell aufeinanderfolgend implantiert werden, bevor sich das Profil einer bereits implantierten Ionenart im Objekt verändert.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildung hervor.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ionenimplantation anlage.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ionenquelle einer lonenimplantationsanlage.
In der Figur 1 ist die Ionenquelle mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Diese Ionenquelle wird mit der Ausgangssubstanz beschickt. Erfindungsgemäß besteht diese Ausgangssubstanz aus chemischen Verbindungen, die die zur Implantation notwendigen verschiedenen Ionenarten enthalten. Bei Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Ausgangssubstanz aus Legierungen, aus Stoffgemischen oder aus Verbindungsgemischen. Die Ionenquelle 1 muß dem Aggregatzustand der Ausgangssubstanz angepaßt sein.
Als Ionenquellen können beispielsweise Quellen vom Duoplasmatron-Typ mit oder ohne Ofen, Bogenquellen, Hochfrequenzquellen, Pennigquellen oder Sputterquellen verwendet werden.
In der Figur 2 ist eine Ionenquelle vom Duoplasmatron-Typ dargestellt. Im wesentlichen besteht diese Ionenquelle aus
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einer Stufe 14, in der in einein Helium-Plasma Elektronen erzeugt werden. Diese Elektronen ionisieren in der Expansionskammer 15 beispielsweise Dämpfe von Festkörpern. Diese Dämpfe werden durch die Verdampfung, der Festkörper in dem Ofen 16 erzeugt. Bei der Ionisierung von Ausgangsstoffen, die bereits bei Zimmertemperatur gasförmig sind, werden diese über das Ventil 17 in die Expansionskammer 15 eingelassen.
In der Ionenquelle werden alle Stoffe der Ausgangssubstanz ionisiert und durch das elektrische Feld des Extraktionselementes 3 beschleunigt. Anschließend durchlaufen sämtliche in der Ionenquelle 1 erzeugten Ionen die Fokussiereinrichtung und darauffolgend den Massanseparator 7. Vorzugsweise ist dieser Massenseparator ein Umlenkmagnet, oder ein Wienfilter.
Bei einer weiteren Ausgestaltung einer Ionenimplantationsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Massenseparator beispielsweise ein Resonanzanalysator (z.B.ein Quadrupolanalysator).
Das Auflösungsvermögen des Massenseparators ist so gewählt, daß im wesentlichen nur Ionen einer Ionenart durch den Austritts spalt 9 des Massenseparators hindurchtreten.
Die den Spalt 9 des Massenseparators 7 verlassenden Ionen einer Ionenart, treffen auf das in dem Objekthalter 13 befestigte Objekt, das dotiert werden soll.
Bei einer weiteren Ausgestaltung einer Ionenimplantationsanlage werden die Ionen einer Ionenart, die den Austrittsspalt verlassen, durch das Feld einer Nachbeschleunigungsstrecke, die im Anschluß an den Mässenseparator angeorndet ist, nachbeschleunigt. In der Figur 1 ist eine solche Nachbeschleunigungsstrecke mit dem Bezugszeichen 11 versehen.
Die ionenoptischen Elemente können in einer anderen Reihen-
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folge angeordnet sein.
Gleichzeitige Implantationen zweier verschiedener Ionenarten lassen sich in Spezialfallen erreichen, wenn als Massenseparator beispielsweise ein Resonanzanalysator verwendet und dieser Resonanzanalysator in höheren Moden betrieben, wird. . , .
In der Figur 1 ist die Stromversorgung der Ionenquelle mit bezeichnet. Die Spannungsversorgung des Extraktionseleinentes trägt das Bezugszeichen 4. Die Stromversorgung für die Fokussiereinrichtung trägt das Bezugszeichen 6. Die Strombzw. Spannungsversorgung für den Massenseparator trägt das Bezugszeichen 8, die Stromversorgung für eine Nachbeschleunigungsstrecke das Bezugszeichen 10. Mit dem Bezugszeichen 12 ist eine Prozeßsteuerung bezeichnet, an die vor- . zugsweise sämtliche Strom- bzw. Spannungsversorgungen angeschlossen werden.
Die Auswahl der gewünschten Iohenart aus der in der Ionenquelle erzeugten Summe der Ionen verschiedener Ionenarten erfolgt durch Massenseparation im Massenseparator 7. Das Überwechseln von einer Ionenart zur anderen ist 'insbesondere bei der Verwendung von elektrischen Feldern zur Massenseparation durch Änderung dieser Felder, z.B. der Felder eines Quadrupolanalysators oder eines Wienfilters in Bruchteilen von Sekunden manuell oder prozeßgesteuert möglich.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße "Verfahren kann beispielsweise beim Implantieren eines komplizierten Dotierungsprofils, insbesondere eines hyperabrupten Profils und des pn-Übergangs bei Varaktordioden angewendet werden. Dabei erfolgt die Dotierung beispielsweise prozeßgesteuert.
7 Patentansprüche
2 Figuren 3 0 9 8 A 7 / 0 9 8 6

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Ionenimplantation mit einer loneninplantationsanlage, wobei diese Anlage aus einer Ionenquelle, einem Extraktionselement, einem Massenseparator, einer Fokussiereinrichtung und einem Objekthalter besteht, dadurch gekennzeichnet , daß die Ionenquelle- mit einer Ausgangssubstanz beschickt wird, die alle für die Implantation notwendigen, zu ionisierenden Elemente enthält und daß die Ausgangssubstanz so gewählt wird, daß gleichzeitig oder direkt.aufeinanderfolgend die notwendigen, verschiedenen Ionenarten erzeugt werden und daß durch Steuerung des Massenseparators die jeweilige Ionenart bzw. Ionenarten jeweils zu einem vorgebenen Zeitpunkt auf das Objekt gelenkt wird bzw. werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die Ausgangssubstanz aus chemischen Verbindungen oder Gemischen von chemischen Verbindungen besteht.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangssubstanz aus einer Legierung besteht,
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswahl der Ionenart, mit der das Objekt augenblicklich bestrahlt werden soll aus der Anzahl der von der Ionenquelle er-
    ■ zeugten Ionenarten nur durch Umschalten des Massenseparators erfolgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschalten des Massenseparators mittels Prozeßsteuerung erfolgt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
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    gekennzeichnet , daß die Implantation . ■ einer vorgegebenen Dosis bzw. eines vorgegebenen Iraplantationsprofils mittels Prozeßsteuerung erfolgt.
    7. Anwendung des -Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis zur Mehrfachdotierung von Objekten, insbesondere zur Herstellung komplizierter Profile.
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