DE4227164A1

DE4227164A1 - Sputter ion source for heavy metal e.g. platinum@ e.g. for implantation of semiconductor lifetime killer - applies same negative potential to filament and reflector located within chamber on opposite sides of ion exit slit, with both reflector and sputter target made of same metal, whose ions are to be produced

Info

Publication number: DE4227164A1
Application number: DE19924227164
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Dr Kroener
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1994-02-24

Abstract

The sputter ion source includes an ion chamber (1) filled with an ionisable gas. The ion chamber has an exit slit (2) for the ions. A filament (3) is located on one side of the exit slit in the chamber inner. On the other side of the exit slit within the chamber is a reflector (4). The reflector is made of the metal which generates the ions. The filament and reflector may be at the same negative potential w.r.t the ion chamber. USE/ADVANTAGE - For heavy metal ion implantation in semiconductor for reducing carrier lifetime. Produces hard metal ion stream of sufficient strength.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sputterionenquelle mit einer mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Ionenkammer, die einen Austrittsschlitz für die Ionen hat, mit einem auf einer Seite des Austrittsschlitzes im Kammerinneren angeord neten Filament zum Ionisieren des Gases und mit einem auf der anderen Seite des Austrittsschlitzes im Kammerinneren angeordneten Reflektor.The invention relates to a sputter ion source an ion chamber filled with an ionizable gas, which has an exit slot for the ions with one on one side of the outlet slot arranged in the interior of the chamber and filament for ionizing the gas the other side of the outlet slot inside the chamber arranged reflector.

Eine solche Sputterionenquelle ist z. B. in dem Artikel von N.R. White "Ion Sources for Use in Ion Implantation", veröffentlicht in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B37/38, Seiten 78 bis 86, insbesondere auf den Seiten 83/84 in Verbindung mit Fig. 7c beschrie ben worden. Diese Ionenquelle zeichnet sich durch hohe Standzeit, gute Ausbeute und einen im wesentlichen über den Querschnitt homogenen Ionenstrahl aus. Die beschrie bene Quelle wird hauptsächlich zur Implantation von Do tierstoffen wie Bor, Arsen oder Phosphor in Halbleiter körper verwendet.Such a sputter ion source is e.g. B. in the article by N.R. White "Ion Sources for Use in Ion Implantation", published in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B37 / 38, pages 78 to 86, in particular described on pages 83/84 in connection with Fig. 7c been used. This ion source is characterized by high Tool life, good yield and an essentially over the cross section of homogeneous ion beam. The described The source is mainly used for the implantation of Do animal substances such as boron, arsenic or phosphorus in semiconductors body used.

Zur Herabsetzung der Trägerlebensdauer in Halbleiterkör pern ist es oft notwendig, Schwermetalle wie Gold oder Platin in die Halbleiterkörper zu implantieren. Ferti gungsgerechte Sputterionenquellen für diese Metalle exis tieren bislang nicht, da der Ionenstrom viel zu gering ist.To reduce the carrier life in semiconductor body It is often necessary to use heavy metals such as gold or pern Implant platinum into the semiconductor body. Ferti appropriate sputter ion sources for these metals exis So far, animals have not been used because the ion current is far too low.

Ziel der Erfindung ist, die oben beschriebene Sputter ionenquelle so zu modifizieren, daß ein Schwermetall-Ionen strom ausreichender Stärke erzeugt werden kann. The aim of the invention is the sputter described above Modify ion source so that a heavy metal ion current of sufficient strength can be generated.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der Reflektor aus demjenigen Metall besteht, dessen Ionen erzeugt werden sollen.This goal is achieved in that the reflector consists of the metal whose ions are generated should.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.Further developments of the invention are the subject of the Unteran claims.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with FIGS. 1 and 2. Show it

Fig. 1 einen Schnitt durch die wesentlichen Teile einer Sputterionenquelle gemäß Erfindung und Fig. 1 shows a section through the essential parts of a sputter ion source according to the invention and

Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen einer Weiterbildung eines Bestandteils der Anordnung nach Fig. 1. Fig. 2, various embodiments of a further development of a component of the assembly of FIG. 1.

Die Sputterionenquelle nach Fig. 1 enthält eine Ionenkam mer 1, in deren Wand ein Austrittsschlitz 2 angeordnet ist. Im Kammerinneren sind auf der einen Seite des Austritts schlitzes 2 ein Filament 3, d. h. eine Heizwendel angeord net. Auf der dem Filament 3 gegenüberliegenden Seite ist im Kammerinneren ein Reflektor 4 vorgesehen. Der Reflektor besteht aus demjenigen Metall, dessen Ionen erzeugt werden sollen, z. B. aus Platin. Das Filament 3 und der Reflektor 4 sind in den Seitenwänden der Ionenkammer 1 mittels iso lierender Durchführungen 5, 6 gehalten. Die Ionenkammer besteht im allgemeinen aus Molybdän.The sputter of FIG. 1 includes a Ionenkam mer 1, is arranged in the wall of an exit slit 2.. Inside the chamber are on one side of the outlet slot 2, a filament 3 , ie a heating coil angeord net. A reflector 4 is provided in the interior of the chamber on the side opposite the filament 3 . The reflector consists of the metal whose ions are to be generated, e.g. B. made of platinum. The filament 3 and the reflector 4 are held in the side walls of the ion chamber 1 by means of insulating bushings 5 , 6 . The ion chamber is generally made of molybdenum.

Das Filament liegt vorzugsweise auf dem gleichen Potential wie der Reflektor 4. Beide Teile können durch eine Leitung 12 verbunden sein und liegen auf einem Potential von z. B. 0 Volt. Die Ionenkammer 1 liegt auf einem höheren Poten tial als das Filament 3 und der Reflektor 4, z. B. auf +100 Volt. Das Filament 3 ist über eine Leitung 11 mit einer Heizstromquelle verbunden. The filament is preferably at the same potential as the reflector 4 . Both parts can be connected by a line 12 and are at a potential of z. B. 0 volts. The ion chamber 1 is at a higher potential than the filament 3 and the reflector 4 , z. B. to +100 volts. The filament 3 is connected via a line 11 to a heating current source.

Zum Betrieb der Ionenquelle wird die Ionenkammer 1 mit einem ionisierbaren Gas, z. B. Argon gefüllt. Die Ionen kammer 1 wird von einem im wesentlichen axialen magneti schen Feld durchsetzt, das von einer die Ionenkammer 1 umgebenden Magnetspule 19 erzeugt wird.To operate the ion source, the ion chamber 1 with an ionizable gas, for. B. filled with argon. The ion chamber 1 is penetrated by an essentially axial magnetic field, which is generated by a magnetic coil 19 surrounding the ion chamber 1 .

Zur Inbetriebnahme der Sputterionenquelle wird in der Ionenkammer ein Druck von ca. 1,3 mPa eingestellt und das Filament 3 wird auf eine Temperatur unterhalb der Schmelz temperatur, z. B. 2000°C aufgeheizt. Dabei sendet das Filament Elektronen aus, die sich aufgrund des Magnetfel des vom Filament 3 mit möglichst großer Weglänge zur Wand der Ionenkammer 1 bewegen. Die Elektronen treffen dabei auf Gasatome und ionisieren sie. Es stellt sich eine Glimm entladung ein, die durch die Gleichspannung zwischen der Wand der Ionenkammer 1 und dem Filament 3 bzw. dem Reflek tor 4 aufrechterhalten wird. Die dabei erzeugten Argon- Ionen werden durch das zwischen dem Filament bzw. dem Re flektor und der Wand der Ionenkammer angelegte elektrische Feld beschleunigt und lösen beim Auftreffen auf das Fila ment 3 bzw. den Reflektor 4 Atome des Metalls aus, aus dem das Filament bzw. der Reflektor 6 besteht, z. B. Wolfram- und Platinatome. Diese Metallatome sind zunächst neutral und werden dann durch die Elektronen ionisiert. Die posi tiv geladenen Metallionen werden durch eine vor dem Austrittsschlitz 2 angeordnete, nicht gezeigte Extraktions elektrode nach oben in Richtung der Pfeile beschleunigt.To start up the sputter ion source, a pressure of about 1.3 mPa is set in the ion chamber and the filament 3 is brought to a temperature below the melting temperature, for. B. heated to 2000 ° C. The filament emits electrons that move due to the magnetic field of the filament 3 with the greatest possible path length to the wall of the ion chamber 1 . The electrons hit gas atoms and ionize them. There is a glow discharge, which is maintained by the DC voltage between the wall of the ion chamber 1 and the filament 3 or the reflector 4 . The argon ions thus generated are Flektor through between the filament or the Re and the wall of the ion chamber applied electric field accelerates and dissolve when striking the Fila element 3 and the reflector 4 atoms of the metal from the filament or from the the reflector 6 is, for. B. tungsten and platinum atoms. These metal atoms are initially neutral and are then ionized by the electrons. The positively charged metal ions are accelerated upwards in the direction of the arrows by an extraction electrode which is arranged in front of the outlet slot 2 and is not shown.

Der Ionenstrahl, der neben Platinionen auch Wolframionen und Argonionen aus der Kammer enthält, wird dann nach Masse und Ladung selektiert, nachbeschleunigt und fokus siert. Eine elektrostatische Ablenkeinheit sorgt für gleichmäßige Bestrahlung der zu implantierenden Scheibe. Die Eindringtiefe der Platinionen in die Scheibe hängt von der Stärke der Nachbeschleunigung ab. The ion beam, which in addition to platinum ions also tungsten ions and containing argon ions from the chamber is then re- Mass and load selected, accelerated and focused siert. An electrostatic deflection unit ensures uniform radiation of the disc to be implanted. The depth of penetration of the platinum ions into the disk depends on the strength of the post-acceleration.

Die Homogenität und Ausbeute der Sputterionenquelle kann durch ein gegenüber dem Austrittsschlitz im Inneren der Ionenkammer angeordnetes Target 7 weiter verbessert wer den. Das Target 7 besteht aus dem Metall, dessen Ionen erzeugt werden sollen, z. B. aus Platin. Zweckmäßigerweise ist der Abstand zwischen Target 7 und Austrittsschlitz 2 einstellbar. Dies wird durch einen mit dem Target 7 ver bundenen Schaft 8 erreicht, der mit einem Gewinde 9 ver sehen ist. Dieses bewegt sich in einem Gewindeloch, das in einer in der Rückwand der Ionenkammer 1 sitzenden iso lierenden Durchführung 10 vorhanden ist. Das Sputtertarget 7 wird an ein Potential gelegt, das negativ gegenüber dem Potential von Filament 3 und Reflektor 4 ist, z. B. an -500 Volt. Im Betrieb der Sputterionenquelle stellt sich dann eine Glimmentladung ein, deren Grenzen durch die strichpunktierten Linien 20, 21 angedeutet sind. Sie ist im wesentlichen symmetrisch ausgebildet.The homogeneity and yield of the sputter ion source can be further improved by a target 7 arranged opposite the exit slot in the interior of the ion chamber. The target 7 consists of the metal whose ions are to be generated, e.g. B. made of platinum. The distance between target 7 and exit slot 2 is expediently adjustable. This is achieved by a ver with the target 7 connected shaft 8 , which is seen with a thread 9 ver. This moves in a threaded hole, which is present in a seated in the rear wall of the ion chamber 1 iso lungs implementation 10 . The sputtering target 7 is placed at a potential that is negative compared to the potential of filament 3 and reflector 4 , e.g. B. at -500 volts. During operation of the sputter ion source, a glow discharge then occurs, the limits of which are indicated by the dash-dotted lines 20 , 21 . It is essentially symmetrical.

Das Sputtertarget 7 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, verschieden geformte Oberflächen haben. Es kann (a) vom Austrittsschlitz 2 gesehen konvex, plan (b) oder auch konkav sein (c). Damit läßt sich die Form der Glimment ladung und damit die Homogenität des austretenden Ionen strahls beeinflussen. Die Form der Glimmentladung läßt sich selbstverständlich auch durch Ändern der Spannung am Target 7 selbst einstellen.As shown in FIG. 2, the sputtering target 7 can have differently shaped surfaces. It can be (a) seen from the exit slot 2 convex, flat (b) or concave (c). This allows the shape of the glow discharge and thus the homogeneity of the emerging ion beam to be influenced. The shape of the glow discharge can of course also be adjusted by changing the voltage on the target 7 itself.

Mit einem Filamentstrom von 120 A, einem Entladungsstrom von etwa 1 A, einer Entladungsspannung von etwa 120 V, ei ner Extraktionsspannung von 15 kV wurde ein Ionenstrom von 5 µA erreicht. Die Platinionen hatten dabei eine Ener gie von 55 keV. Die Standzeit der Ionenquelle der Ionen quelle war mit 18 bis 24 Stunden für einen fertigungsge rechten Einsatz befriedigend groß.With a filament current of 120 A, a discharge current of about 1 A, a discharge voltage of about 120 V, ei An extraction voltage of 15 kV became an ion current reached 5 µA. The platinum ions had an energy of 55 keV. The service life of the ion source of the ions swelle was at 18 to 24 hours for a manufacturing facility right stake satisfactorily large.

Claims

1. Sputter ion source with an ionizable gas filled ion chamber ( 1 ), which has an outlet slot ( 2 ) for the ions, with a filament ( 3 ) arranged on one side of the outlet slot in the chamber interior for ionizing the gas and with one on the on the other side of the outlet slot in the chamber interior arranged reflector ( 4 ), characterized in that the reflector ( 4 ) consists of the metal whose ions are to be generated.

2. Sputter ion source according to claim 1, characterized in that the filament ( 3 ) and the reflector ( 4 ) are on the same, against the above the ion chamber ( 1 ) negative potential.

3. Sputter ion source according to claim 1 or 2, characterized by a sputter target ( 7 ) arranged on the inside of the chamber on the side opposite the outlet slot ( 2 ) and made of the metal whose ions are to be generated.

4. Sputter ion source according to claim 3, characterized in that the distance between the sputtering target ( 7 ) and the outlet slot ( 2 ) is adjustable.

5. Sputter ion source according to claim 3 or 4, characterized in that the sputtering target ( 7 ) is at a relative to the filament ( 3 ) and the reflector ( 4 ) negative potential.

6. sputter ion source according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Metal is platinum.

7. Sputtering ion source according to claim 3, characterized in that the sputtering target ( 7 ) has a flat surface as seen from the exit slot.

8. Sputtering ion source according to claim 3, characterized in that the sputtering target ( 7 ) has a concave surface as seen from the exit slot.

9. Sputter ion source according to claim 3, characterized in that the sputtering target ( 7 ) has a convex surface as seen from the exit slit.