DE69310508T2 - Verfahren zur Erzeugung eines Stroms von Aluminium-Ionen - Google Patents

Description

• - Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Stroms von ionischem Aluminium, welches insbesondere für die Aluminiumionenimplantation in der Mikroelektronikindustrie vorgesehen ist.
• EP-A-0 439 220 beschreibt einen Ionenstromgenerator zum Erzeugen eines Stroms von Metallionen. Bei diesem Generator werden die folgenden Schritte ausgeführt:
• Zuführen eines Stroms eines Ionisierungsgases in eine Ionisierungskammer,
• - Bereitstellen einer Menge eines Beschickungsguts, welches das zu ionisierende Metall enthält, in der Ionisierungskammer,
• - Erzeugen eines Stroms von Elektronen innerhalb der Ionisierungskammer, indem einer Elektrode ein großer Strom zugeführt wird,
• - Bombardieren des Stroms des Ionisierungsgases mit dem Strom von Elektronen, um ein Plasma zu erzeugen,
• - Bewirken eines Angriffs des Plasmas auf das Beschickungsgut, so daß es mit Metallionen angereichert wird,
• - Abziehen eines Stroms von Metallionen aus der Ionisierungskammer.
• Das dieser Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, einen Strom von Aluminiumionen zu erzeugen, was insbesondere in der Mikroelektronikindustrie für die Ionenimplantation von Aluminium nützlich ist.
• Die Idee, auf welcher diese Erfindung beruht, besteht darin, innerhalb der Ionisierungskammer ein festes, aluminiumhaltiges Beschickungsgut derart bereitzustellen, daß bei einem Angriff durch das Plasma Aluminiumionen in das Plasma freigesetzt werden.
• - Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Erzeugen eines Aluminiumionenstroms, welches insbesondere für die Aluminiumionenimplantation in der Mikroelektronikindustrie vorgesehen ist und die folgenden Schritte umfaßt:
• - Zuführen eines Stroms von Siliciumtetrafluorid, SiF&sub4;, als Ionisierungsgas in eine Ionisierungskammer,
• - Bereitstellen einer Menge von Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, als Beschickungsgut innerhalb der Ionisierungskammer,
• - Erzeugen eines Stroms von Elektronen innerhalb der Ionisierungskammer, indem einer Elektrode ein großer Strom zugeführt wird,
• - Bombardieren des Ionisierungsgasstroms mit dem Elektronenstrom, um ein Plasma zu erzeugen,
• - Bewirken eines Angriffs des Plasmas auf das Beschickungsgut, so daß es mit Aluminiumionen angereichert wird,
• - Abziehen eines Stroms von ionischem Aluminium aus der Ionisierungskammer,
• - Entfernen derjenigen Ionen, welche ein von dem Äquivalentgewicht der Aluminiumionen deutlich verschiedenes Äquivalentgewicht aufweisen, aus dem Strom durch magnetische Massentrennung.
• Äquivalentgewicht bedeutet hier das Verhältnis des Gewichts zu der Ladung der Ionen, da dieses Verhältnis das Ausmaß der Ablenkung festlegt, welche jedes Ion in dem magnetischen Feld erfährt, wodurch die durch das magnetische Feld erzeugte Ionentrennung kontrolliert wird.
• Das obengenannte Verfahren liefert einen im wesentlichen reinen Aluminiumionenstrom, welcher bei der Anwendung bei der Aluminiumionenimplantation in der Mikroelektronikindustrie geeignet ist.
• Das Verfahren kann verwendet werden, um einen Strom von Aluminiumionen mit einer gewünschten Ladung, insbesondere die Ionen Al&spplus;, Al&spplus;&spplus; oder Al&spplus;&spplus;&spplus;, zur verfügung zu stellen. Selbstverständlich ist es zusätzlich zu den verschiedenen erforderlichen Energieniveaus wegen der verschiedenen Äquivalentgewichte solcher Ionen(= 27, 13,5 bzw. 9) nötig, sowohl den Trennungsschritt zu kontrollieren als auch die Gase auf verschiedene Weise zu wählen, so daß andere Ionen als die Aluminiumionen, welche in dem Plasma vorhanden sind, nicht das gleiche Äquivalentgewicht wie die zu isolierenden Aluminiumionen haben.
• Das Beschickungsgut Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, ist ohne weiteres in einem geeigneten Reinheitsgrad für eine solche Anwendung verfügbar.
• Das Ionisierungsgas Siliciumtetrafluorid, SiF&sub4;, kann leicht ionisiert werden, um die Ionen F&spplus;, Si&spplus;, Si&spplus;&spplus;, SiF&spplus;, SiF&sub2;&spplus;, SiF&sub3;&spplus; (mit Äquivalentgewichten 19, 28, 14, 47, 66 bzw. 85) zu erzeugen. Das durch die Ionisierung erzeugte Plasma kann das Aluminiumdioxid angreifen, um Al&spplus;-, Al&spplus;&spplus;- und Al&spplus;&spplus;&spplus;-Ionen zu erzeugen, welche zu den anderen Ionen in dem Plasma hinzutreten.
• Um die Produktion von Aluminiumionen quantitativ zu verbessern, weist dieses Verfahren vorzugsweise den Schritt des Konzentrierens des Plasmas bei dem Beschickungsgut innerhalb der Ionisierungskammer auf.
• Vorzugsweise umfaßt das Verfahren, um die Energiezufuhr und damit die Ionisierung zu vergrößern, den Schritt des Beschleunigens des Elektronenstroms durch Anlegen einer bezüglich der Elektrode positiven Vorspannung an die Wände der Ionisierungskammer.
• Weitere Merkmale und Vorteile eines Verfahrens gemäß der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich, welche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
• In den Zeichnungen sind
• Fig. 1 eine Vorderansicht, welche schematisch und im Querschnitt einen Generator zeigt, welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführt,
• Fig. 2 eine Draufsicht, welche schematisch und im Querschnitt die Ionisierungseinheit des Generators in Fig. 1 zeigt und
• Fig. 3 ein Diagramm, welches eine Massenspektrographieanalyse des Plasmas darstellt, welches durch den Generator der Fig. 1 erzeugt wird, wenn dieser gemäß dem erfinderischen Verfahren betrieben wird.
• In den Zeichnungen ist allgemein unter 1 ein Generator eines Aluminiumionenstroms speziell für die Aluminiumionenimplantation in der Mikroelektronikindustrie gezeigt. Der Generator 1 umfaßt einen Halterahmen 2, der mit einem Flansch 3 ausgebildet ist, welcher eine Dichtung 4 für einen vakuumdichten Abschluß trägt.
• Auf dem Rahmen 2 montiert ist eine Ionisierungseinheit 5 mit Metallwänden 6, welche eine Ionisierungskammer 7 begrenzen. Die Ionisierungseinheit 5 umfaßt eine Elektrode 8 und eine abstoßende Platte 9, welche innerhalb der Ionisierungskammer 7 an den Wänden 6 über jeweilige Isolatorpaare 10 und 11 gehalten sind, wobei die Elektrode 8 und die Platte 9 sich innerhalb der Ionisierungskammer 7 auf einander gegenüberliegenden Seiten befinden.
• Der Generator 1 enthält eine Einlaßleitung für Ionisierungsgas 12 zu der Ionisierungskammer 7, welche an dem Rahmen 2 gehalten ist und sich zu einem Zentralbereich 13 der Ionisierungskammer 7 öffnet.
• - Die Ionisierungseinheit 5 umfaßt weiterhin eine Platte 14 aus einem Beschickungsmaterial, welche entfernbar an der Wand 6 innerhalb der Ionisierungskammer 7 in deren Zentralbereich 13 angebracht ist. Die Platte 14 kann in einer von mehreren Weisen befestigt sein, z. B. durch einstückiges Ausbilden der Platte mit einem Gewindebolzen 15 zum Einschrauben in eine komplementäre Gewindebuchse, welche in der Wand 6 ausgebildet ist.
• Der Generator 1 erhält eine Einrichtung zum Zuführen der notwendigen Ströme und Spannungen. Von diesen Einrichtungen, die für sich bekannt sind, sind nur die Abschnitte der Leitungen 17 und die zwei Verbindungsplatten 18 in den Zeichnungen dargestellt.
• Die Wände 6 der Ionisierungseinheit 5 sind mit einer Plasmaentnahmeöffnung 19 ausgebildet, welche die Ionisierungskammer 7 mit einem Selektionsweg 20 verbindet. Eine mit einer positiven Vorspannung beaufschlagte Entnahmeplatte 21 ist gegenüber der Öffnung 19 angeordnet. Ein Fenster 22 ist in dem Weg 20 vorgesehen.
• Der Selektionsweg 20 erstreckt sich durch ein magnetisches Feld, welches in herkömmlicher Weise durch nicht dargestellte Mittel erzeugt wird.
• Vorzugsweise ist das verwendete Ionisierungsgas Siliciumtetrafluorid, SiF&sub4;, und das Beschickungsgut ist Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;. Die Elektrode 8 besteht aus Wolfram und wird mit Strömen in einer Größenordnung von 100 A bis 400 A versorgt. Die Wände 6 der Ionisierungseinheit 5 bestehen, ebenso wie die Leitung 12 und der Rahmen 2, aus rostfreiem Stahl. Die Wände 6 sind mit einer positiven Vorspannung bezüglich der Elektrode 8 von der Größenordnung von 50 V bis 200 V beaufschlagt. Die abstoßende Platte 9 ist mit einer negativen Vorspannung in der Größenordnung von 50 V bis 200 V beaufschlagt.
• Der Generator 1 wird wie folgt betrieben.
• Die Elektrode 8, welche wie vorangehend erwähnt mit Energie versorgt wird, erzeugt einen Elektronenfluß innerhalb der Ionisierungskammer 7. Die Elektronen werden durch die positive Vorspannung der Wände 6 gegenüber der Elektrode 8 beschleunigt.
• Das Ionisierungsgas - Siliciumtetrafluorid, SiF&sub4; -, welches in die Ionisierungskammer über die Leitung 12 eingeleitet wird, wird durch den Elektronenfluß bombardiert und ionisiert. Auf diese Weise wird ein Plasma gebildet, welches F&spplus;-, Si&spplus;-, Si&spplus;&spplus;- SiF&spplus;-, SiF&sub2;&spplus;-, SiF&sub3;&spplus;-Ionen enthält, und auf den Zentralbereich 13 der Ionisierungskammer durch die abstoßende Wirkung der mit einer negativen Vorspannung beaufschlagten Platte 9 beschränkt.
• Dieses Plasma hat eine sehr hohe Temperatur von der Größenordnung von 1500º C und greift das Al&sub2;O&sub3;-Beschickungsgut chemisch an. Als Folge dieses Angriffs zersetzt sich das Beschikkungsgut Al&sub2;O&sub3; und setzt Aluminiumionen frei, welche in das Plasma eintreten. Solche Ionen haben hauptsächlich eine einfache, zweifache oder dreifache Ladung entsprechend dem Niveau der Energiezufuhr. Bei den vorangehend angegebenen Werten für den Strom und die Spannung sind die Al&spplus;-Ionen in der Überzahl.
• Mit Hilfe der Entnahmeplatte 21, welche mit einer negativen Vorspannung von der Größenordnung von 50 kV bis 100 kV beaufschlagt ist, wird das Plasma aus der Ionisierungskammer 7 herausgezogen und in den Selektionsweg 20 eingeleitet. Entlang diesem Weg, der einem Massenspektrometer sehr ähnlich ist und nach demselben Prinzip arbeitet, erfahren die verschiedenen in dem Plasma vorhandenen Ionen eine Ablenkung. Die Ablenkung ist umso größer, je größer die Ladung und je kleiner das Gewicht ist, d.h. die Ablenkung wächst, wenn das Äquivalentgewicht abnimmt, welches, wie vorangehend angegeben, das Verhältnis von Gewicht zu Ladung darstellt.
• Da die Al&spplus;-Aluminiumionen die einzigen in dem Plasma vorhandenen Ionen sind, welche ein Äquivalentgewicht von 27 besitzen, können diese Ionen aus dem Rest des Plasmas isoliert werden, so daß man, wie beabsichtigt, einen Strom nur von Aluminiumionen erhält. Zu diesem Zweck reicht es aus, daß die Stärke des Magnetfelds in dem Selektionsweg 20 so eingestellt wird, daß von dem Fenster 22 nur Ionen mit einem Äquivalentgewicht von 27 entnommen werden.
• Wenn ein Strom von Al&spplus;&spplus;- oder Al&spplus;&spplus;&spplus;-Ionen angestrebt wird, sollte, zusätzlich zu dem Vergrößern der Energiezufuhr sowohl durch die Energieversorgung der Elektrode als auch durch die Vorspannung der Wände 6 gegenüber der Elektrode 8, die Stärke des Magnetfelds in dem Weg 20 so bemessen sein, daß von dem Fenster 22 Ionen mit Äquivalentgewichten von 13,5 bzw. 9 entnommen werden.
• Der Strom von Aluminiumionen, der mit dieser Erfindung erzeugt werden soll, ist ein hochreiner Strom und besitzt eine große Stärke. Entsprechend kann er direkt bei Prozessen in der Mikroelektronikindustrie verwendet werden, die eine Aluminiumionenimplantation beinhalten.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Stroms von ionischen Aluminium, insbesondere für die Aluminiumionenimplantation in der Mikroelektronikindustrie, welches die folgenden Schritte umfaßt:

- Zuführen eines Stroms von Siliciumtetrafluorid, SiF&sub4;, als ein Ionisierungsgas in eine Ionisierungskammer (7),

- Bereitstellen einer Menge von Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, als ein Beschickungsgut (14) innerhalb der Ionisierungskammer (7),

- Erzeugen eines Stroms von Elektronen innerhalb der Ionisierungskammer (7), indem einer Elektrode (8) ein großer Strom zugeführt wird,

- Bombardieren des Stroms des Ionisierungsgases mit dem Strom von Elektronen, um ein Plasma zu erzeugen,

- Bewirken eines Angriffs des Plasmas auf das Beschickungsgut (14), so daß es mit Aluminiumionen angereichert wird,

- Abziehen eines Stroms von ionischen Aluminium aus der Ionisierungskammer (7),

- Entfernen derjenigen Ionen, welche ein von dem Äquivalentgewicht der Aluminiumionen deutlich verschiedenes Äquivalentgewicht aufweisen, aus dem Strom durch magnetische Massentrennung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den folgenden Schritt umfaßt:

- Konzentrieren des Plasuas bei dem Beschickungsgut (14) innerhalb der Ionisierungskammer (7).

3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den folgenden Schritt umfaßt:

- Beschleunigen des Stroms von Elektronen durch das Anlegen einer bezüglich der Elektrode (8) positiven Vorspannung an die Wände (6) der Ionisierungskammer (7).