DE69403191T2

DE69403191T2 - Ladungsregelsystem eines ionenimplantierungstargets und verfahren

Info

Publication number: DE69403191T2
Application number: DE69403191T
Authority: DE
Inventors: Eugene Kimber
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2014-07-21
Also published as: WO1995010119A1; JPH08504295A; KR100303702B1; DE69403191D1; US5378899A; KR950704803A; JP3618349B2; EP0672295B1; EP0672295A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Implantation von Ionen in einem Ziel- oder Targetmaterial, und insbesondere ein Steuersystem und Verfahren zum Minimieren von destruktiven dielektrischen Durchschlägen an Vorrichtungen auf einem Targetwafer während der Ionenimplantation.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Herstellung von Halbleitern wird eine Implantationsvorrichtung verwendet, um Ionen in einem Material abzuscheiden, wodurch die Leitfähigkeitseigenschaften auf dem Siliziumscheibenwafer bestimmt werden. Eine typische Implantationsvorrichtung besteht aus einer Ionenquelle, einer Analysiervorrichtung, einer Faraday-Blende oder -Flag, einer Elektronendusche und einer Disk-Anordnung. Die Ionenquelle liefert die zu implantierenden Ionen. Dies können Ionen verschiedener chemischer Elemente sein, und sie durchlaufen ein Magnetfeld inder Analysiervorrichtung. Beruhend auf dem Masse-Ladungs-Verhältnis der erzeugten Ionen, wählt die Analysiervorrichtung bestimmte Ionen aus, so daß sie der Targetwafer zur Implantation erreichen. Die Faraday-Blende ist eine überwachungsanordnung zum Messen und für die Einstellung vor der Implantation. Die Faraday- Blende besteht typischerweise aus Graphit und dient dazu, den Ionenstrom vor Beginn der Implantation abzublocken, und sie wird körperlich bewegt, um den Ionen das Erreichen des Targetwafers während der Implantation zu ermöglichen. In der geschlossenen Position blockiert die Faraday-Blende den Ionenstrahl, der die Emission sekundärer Elektronen bewirkt. Um den Verlust dieser sekundären Elektronen zu verhindern, was zu einer falschen Messung des Strahl-Stroms führen würde, sind Magnete an der Faraday-Blende angebracht, um das Entweichen sekundärer Elektronen zu vermeiden. Die Elektronendusche neutralisiert die Ladung des Targetwafers, und die Disk-Anordnung hält die Targetwafer und tastet diese mittels des Ionenstrahls ab.
Ist die Oberfläche des Targetwafers nicht leitfähig, so verursacht der durch die Ionenquelle erzeugte hochenergetische Ionenstrahl, daß auf der Oberfläche des Targetwafers eine positive Ladung akkumuliert. Diese Ladung kann sich bis zu einem Pegel aufbauen, der hinreichend groß ist, um einen elektrischen Durchbruch zu verursachen, und somit die Vorrichtungen auf dem Targetwafer beschädigt. Die Elektronendusche minimiert den positiven Ladungseffekt des Ionenstrahls auf dem Targetwafer. Negativ geladene Elektronen 1 werden durch Erwärmen eines Filaments oder Glühfadens in der Elektronendusche erzeugt, was verursacht, daß Elektronen abdampfen und sekundäre Elektronen im Vakuum entstehen. Diese Elektronen werden durch die positive Ladung des Targetwafers angezogen und neutralisieren die durch die Ionenstrahlen erzeugte Ladung.
Verschiedene Steuersysteme wurden vorgeschlagen, um Elektronen zu erzeugen und um den Filamentstrom zu steuern, um einen im voraus gesetzten Spannungspegel oder Ladungspegel auf dem Targetwafer aufrecht zu erhalten. Bei einem bekannten Steuersystem wurde die Implantationsvorrichtung modifiziert, um das Targetwafer elektrisch zu isolieren, so daß der durch das Targetwafer zur Masse durchfließende Strom (der Diskstrom) überwacht werden kann. Ein positiver Diskstrom zeigt an, daß zu wenige Elektronen erzeugt werden, und ein negativer Diskstrom zeigt an, daß zu viele Elektronen erzeugt werden. Die Ausgabe der Elektronendusche in einem solchen Steuersystem wird nur einmal während des gesamten Betriebs eingestellt, und als Ergebnis der ungesteuerten Ladungsakkumulation unterdrückt die Verwendung eines solchen Steuersystems die durch Ladungsdurchbruch auf dem Targetwafer erzeugten Schäden nicht vollständig.
Das oben beschriebene bekannte Steuersystem leidet auch unter einem weiteren inhärenten Fehler, der auftritt, wenn die Elektronendusche abgeschaltet wird, nachdem die gewünschte Implantation durchgeführt wurde. Im Betrieb wird nämlich die Elektronendusche in dem Moment ausgeschaltet, in dem die Implantation auf zuhören hat, und in diesem Moment wird die Faraday-Blende geschlossen, um die Ionenstrahlen abzublocken. Aufgrund der beteiligten körperlichen Masse schließt die Faraday-Blende aber nicht augenblicklich, und die Verzögerung beim Schließen ermöglicht eine positive Aufladung und damit verbunden eine Zerstörung des Targetwafers.
Die Faraday-Blende führt auch zu einem weiteren ungewünschten Ergebnis. Da auf der Faraday-Blende Magnete vorhanden sind, werden durch die Bewegung der Blende Elektronen aus der Elektronendusche zum Targetwafer gesaugt. Dieses Ansaugen erzeugt einen exzessiven negativen Diskstrom, der unabhängig davon ist, ob die Faraday-Blende geöffnet oder geschlossen wird. Das Ansaugen erzeugt negative Ladungen und eine damit verbundene Zerstörung des Targetwafers.
Ein weiteres bekanntes System, um die Ladung des Targetwafers während und nach der Implantation zu steuern, mit dem Ziel, eine Beschädigung des Targetwafers zu verhindern, ist eine Abwandlung des oben beschriebenen Steuersystems. Bei diesem abgewandelten Steuersystem wird der Diskstrom zu Beginn jeder Abtastung des Ionenstrahls so eingestellt, daß die Elektronendusche während des gesamten Abtastens konstant gehalten wird. Dies erfordert jedoch eine komplexe und teure Vorrichtung und steuert nicht die Ladung des Targetwafers während des Abtastens.
Während diese bekannten Steuersysteme einigen Erfolg hatten, verbleiben die mit der ungewünschten Aufladung des Targetwafers und der zugehörigen Zerstörung des Targetwafers am Ende der Implantation verbundenen Probleme. Deshalb besteht die Notwendigkeit für ein Steuersystem, bei dem die zerstörerischen Effekte der Targetwaferladung im wesentlichen ausgeschaltet werden. Auf ein solches Steuersystem bezieht sich die Erfindung.
In Eight International Conference on Ion Implantation Technology ISSN 0168-583X, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Seiten 457-464, ist der Effekt einer automatischen Emissionsflutungssteuerung beschrieben, wobei der Diskstrom konstant gehalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem nach Anspruch 1 geschaffen, um den destruktiven dielektrischen Zusammenbruch der Vorrichtungen auf dem Targetwafer während der Ionenimplantation zu minirnieren, wobei eine Ionenimplantationsvorrichtung mit einem Elektronenduschen-Glühfaden (Elektronenduschen-Filament) für das Erzeugen von Elektronen zum Kompensieren des Ladungseffekts eines auf dem Targetwafer auftretenden Ionenstrahls verwendet wird, wobei das Steuersystem Mittel zum Überwachen des Stroms durch der Targetwafer und eine Einrichtung zum Steuern des Duschenfilamentstroms aufweist, um den Strom durch der Targetwafer auf einem vorgewählten Niveau zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Steuern des Duschenfilamentstroms während der Zeit, die das Öffnen oder Schließen einer Faraday- Blende in Anspruch nimmt, und während eines damit einhergehenden Anstiegs der Elektronen arbeitet.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Minimieren von destruktiven dielektrischen Zusammenbrüchen von Vorrichtungen auf einem Targetwafer während der lonenimplantation unter Verwendung einer Ionenimplantationsvorrichtung mit einem Elektronenduschen-Filament, wobei das Verfahren darin besteht, den Strom durch der Targetwafer zu überwachen und den Strom durch das Elektronenduschen-Filament so zu steuern, daß der Strom durch der Targetwafer auf einem vorgegebenen Niveau gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenduschen-Filamentstrom während der Zeit, die zum Öffnen oder Schließen einer Faraday-Blende benötigt wird, und während eines damit einhergehenden Elektronenanstiegs gesteuert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Aufsicht, teilweise im Querschnitt, einer Ionenimplantationsvorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Steuersystem zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen konstanten Steuerung des Diskstroms während der Ionenimplantation aufweist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Elektronendusche der Ionenimplantationsvorrichtung aus Fig. 1, die einen Teil des Steuersystems darstellt.
Fig. 3 ist ein Schaltdiagramm des Steuersystems aus -Fig. 2

Detaillierte Beschreibung

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist eine 10nenimplantationsvorrichtung 10 mit einem erfindungsgemäßen Elektronenduschen-Steuersystem 12 gezeigt. Abgesehen von den anschließend erwähnten Ausnahmen bezüglich des Elektronenduschen-Steuersystems 12 und seiner Verbindung mit der Ionenimplantationsvorrichtung 10 ist die Ionenimplantationseinheit 10 eine bekannte Einheit mit einer Quellenanordnung 14, einer Strahl-Lenkanordnung 16, einer Nachbeschleunigungsanordnung 18, einer Blendenanordnung 20, einer Elektronenduschenanordnung 22 und einer Disk- oder Targetwafer- Verarbeitungsanordnung 24. Wie anschließend deutlicher ausgeführt wird, ist das Elektronenduschensteuersystem 12 mit der Elektronenduschenanordnung 22 so verbunden, daß die Ausgabe der Quellenanordnung 14 eingestellt werden kann, um eine im wesentlichen kontinuierliche Steuerung des Diskstroms während der Ionenimplantation einzustellen.
Die Quellenanordnung 14 enthält ein Quellengehäuse 26, eine Ionenquelle 28, eine Entnahmeelektrodenanordnung 30, einen Elektrodenmanipulator 32 und eine Diffusionspumpe 34. Eine die Quelle umreißende Öffnung 36 ist in der Gehäusewand 38 des Quellengehäuses 26 vorgesehen, wie es im wesentlichen gezeigt ist. Ein Unterdruckventil 40 ist zwischen der die Quelle umreißenden Öffnung 36 und der Strahl-Lenkanordnung 16 vorgesehen.
Die Strahl-Lenkanordnung 16, welche einen Ionenstrahl 42 entlang eines genauen Weges auf ein in der Disk-Verarbeitungsanordnung 24 angeordnetes Targetwafer 44 lenkt, enthält eine Strahlführung 46, zwei Analysier-Magnetspulen 48, 50, die jeweils oberhalb und unterhalb der Strahlführung 46 vorgesehen sind, und eine Auf schlagplatte 52. Die Ionen im Ionenstrahl 42 werden selektiv beruhend auf ihrem Ladungs- Masse-Verhältnis durch die Analysier-Magnetspulen 48 und 50 abgelenkt. Eine Nachbeschleunigungs-Isolier-Buchse 54 ist zwischen der Strahlführungsanordnung und der Nachbeschleunigungsanordnung 18 angeordnet.
Die Nachbeschleunigungsanordnung 18 enthält ein Nachbeschleunigungsgehäuse 60, ein Nachbeschleunigungsrohr 62 mit einer Auflösungsöffnung 64, die an einem seiner Enden 66 angeordnet ist, zwei Kryogen-Pumpen 68, 70, und eine Nachbeschleunigungselektrodenanordnung 72. Die Blendenanordnung 20, die eine Faraday-Blende 73 enthält, ist in dem Nachbeschleunigungsgehäuse 60 so gelagert, daß sie zwischen der Nachbeschleunigungselektrodenanordnung 72 und der Elektronenduschenanordnung 22 angeordnet ist.
Die Faraday-Blende 73 ist wahlweise zwischen einer ersten oder geschlossenen Stellung und einer zweiten oder offenen Stellung bewegbar. In der geschlossenen Stellung blockiert die Faraday-Blende 73 den Ionenstrahl 42 vom Kontakt mit dem Targetwafer 44, und in der offenen Stellung erlaubt die Faraday-Blende 73, daß der Ionenstrahl 42 der Targetwafer 44 erreicht und es kontaktiert. Es sei jedoch angemerkt, daß bei der Bewegung der Faraday-Blende 73 von der offenen in die geschlossenen Position die Blockierung des Ionenstrahls 42 nicht augenblicklich geschieht. Das heißt, zunächst werden keine, dann ein Teil, schließlich alle Ionen abgefangen, wenn die Faraday-Blende 73 in die geschlossene Position bewegt wird.
Die Elektronenduschen-Anordnung 22 ist in dem Nachbeschleunigungsgehäuse 60 so angebracht, daß der Ionenstrahl 42 durch die Elektronenduschenanordnung 22 gelenkt wird, wenn die Faraday-Blende 73 in der offenen Stellung ist. Die Elektronenduschenanordnung 22 ist mit einer Elektronenduschen-Energieanordnung 74 verbunden. Wie unter Bezug auf die Figuren 2 und 3 noch genauer beschrieben wird, ist das Steuersystem 12, das die Elektronenduschen-Energieanordnung 74 enthält, mit der Elektronenduschenanordnung 22 so verbunden, daß die Ausgabe der Quellenanordnung 14 eingestellt werden kann und auf diese Art eine im wesentlichen kontinuierliche Steuerung des Diskstroms während der Ionenimplantation erreicht wird.
Ein Unterdruckventil 76 ist benachbart einer Wand 78 des Nachbeschleunigungsgehäuses 60 so angebracht, daß der Ionenstrahl 42, der durch die Elektronenduschenanordnung 22 gelangt, der Targetwafer treffen kann, welches implantiert werden soll, etwa der Targetwafer 44, das durch die Diskverarbeitungsanordnung 24 gehalten ist.
Wie vorangehend erwähnt wurde, ist mit Ausnahme des Steuersystems 12 und seiner Verbindung mit der Ionenimplantationsvorrichtung 10 die Ionenimplantationsvorrichtung 10 eine bekannte kommerziell erhältliche Einheit, wie etwa das von Eaton Semiconductor Equipment, Ion Beam Systems Division mit der Nummer NOVA NV-10-160 hergestellte Hochstromimplantationssystem. Jedoch kann bei der Verwendung des Steuersystems 12 der Erfindung mit der Ionenimplantationsvorrichtung 10 über seine Verbindung mit der Elektronenduschenanordnung 22 die Ausgabe der Elektronenduschenanordnung 22 eingestellt werden, um eine im wesentlichen kontinuierliche Steuerung des Diskstroms während der Ionenimplantation auf dem Targetwafer 44 zu erreichen.
In Fig. 2 sind die Elektronenduschenanordnung 22 und die Elektronenduschen-Stromversorgungsanordnung 74 schematisch gezeigt. Die Elektronenduschenanordnung 22 besteht aus einem Glühdraht oder Filament 80 und einem Elektronenduschenziel 82; und die Elektronenduschen-Stromversorgungsanordung 74 besteht aus einer Niederspannungsstromquelle 84, einer Stromquelle 86 mit 300 V, einem Elektronenduschen-Primäremissionsstrom-Meßwiderstand 88 (im folgenden als Primärwiderstand 88 bezeichnet) und einem Elektronenduschen-Sekundäremissionsstrom-Meßwiderstand 90 (im folgenden als Sekundärwiderstand 90 bezeichnet).
Das Filament 80 ist mit der Niederspannungsstromquelle 84 und der Stromquelle 86 so verbunden, daß bei Aktivierung das Filament 80 durch die Niederspannungsstromquelle 84 geheizt wird, was zu einer Emission von primären Elektronen 92 vom Filament 80 führt. Die Primärelektronen 92 durchlaufen eine geerdete Öffnung 94 in Richtung auf das Elektronenduschentarget 82 der Elektronenduschenanordnung 22. Wenn die Primärelektronen 22 das Elektronenduschentarget 82 treffen, wird eine Mehrheit der Primärelektronen 92 durch das Elektronenduschentarget 82 absorbiert, und ein kleinerer Teil der Primärelektronen 92 wird von dem Target 82 als Sekundärelektronen emittiert. Die Sekundärelektronen 96 treffen dann den Targetwafer 44 und neutralisieren die durch den Ionenstrahl 42 verursachte Ladung.
Ein Überwachen der Neutralisation der auf dem Targetwafer 44 durch den Ionenstrahl 42 erzeugten Ladung wird durch Einbeziehung der Primär- und Sekundärwiderstände 88, 90 in die Elektronenduschen-Stromversorgungsanordnung 74 erreicht. Der Primärwiderstand 88 ist ein Widerstand mit 1 Ohm, und der Sekundärwiderstand ist ebenfalls ein Widerstand mit 1 Ohm. Der Primärwiderstand 88 ist zwischen der Stromzufuhr 86 mit -300 V der Elektronenduschen-Stromversorgungsanordnung 74 und dem Elektronenduschentarget 82 der Elektronenduschenanordnung 22 so angeordnet, daß der Strom der Primärelektronen 92, die von dem Filament 80 emittiert werden, über den Primärwiderstand 88 fließt; und der Sekundärwiderstand 90 ist zwischen dem Elektronenduschentarget 82 und Masse 98 so geschaltet, daß der mit der Emission der Sekundärelektronen 96 durch das Elektronentarget 88 verbundene Strom durch den Sekundärwiderstand 90 fließt.
In Fig. 3 ist eine Steuerschaltung 100 zum Einstellen der Ausgabe der Elektronendusche gezeigt, um so im wesentlichen die kontinuierliche Steuerung des Diskstroms des Targetwafers 44 während der lonenimplantation in Übereinstimmung mit der Erfindung aufrechtzuerhalten. Die Steuerschaltung 100 besteht aus den folgenden funktionalen Blöcken, nämlich:
einer ersten Schaltung 102 zum Messen des Stroms von dem Targetwafer 44 zur Masse und zur Erzeugung einer diesem Strom proportionalen Spannung; einer zweiten Schaltung 104 zur Erzeugung einer Spannung proportional dem Unterschied zwischen einem Einstellpunktwert, der von der Benutzersteuerung ausgewählt wird, und dem Diskstrorn; eine dritte Schaltung 106, die schnell die Elektronenduschenanordnung 22 beim Start der Implantation EIN-schaltet, aber die Elektronenduschenanordnung 22 am Ende der Implantation langsam AUS-schaltet, um das Schließen der Faraday-Blende 73 der Blendenanordnung 22 zu erlauben; einer vierten Schaltung 108, die einen Minimalstrom in der Elektronenduschenanordnung 22 auf einem Pegel aufrechterhält, bei dem das Filament 80 vergleichsweise wenige Elektronen aussendet, aber in einem Standbymodus ist, so daß das Filament 80 schnell aufgewärmt und bereit ist, Elektronen zu emittieren, wenn zusätzlich Strom dem Filament 80 zugeführt wird; und einer fünften oder Ausgabepufferschaltung 110, um schneller Fluktuationen in der Ausgabe des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22 zu dämpfen und um hinreichend Energie zum Antrieb der Niederspannungsenergiezufuhr 84 der Elektronenduschen-Stromversorgungsanordnung 74 zu liefern. Der Betrieb dieser Schaltungen wird nun beschrieben.
Wie vorangehend erwähnt wurde, wandelt die erste Schaltung 102 den Diskstrom in eine Spannung. Die Eingabe der ersten Schaltung 102 kommt von einem Sekundärwiderstand 111, vorzugsweise einem Widerstand mit 1 Ohm, der mit dem elektrisch isolierten Targetwafer 44 über eine Verbindung (nicht gezeigt) verbunden ist. Dioden 112, 114, 116 und 118 halten die Eingabe, um durch verschiedene elektrische Effekte verursachtes Einschwingen daran zu hindern, die Schaltung zu schädigen. Jede geeignete, kommerziell erhältliche Diode kann für diese Dioden 112-118 verwendet werden, wie etwa IN 4001-Dioden, die von National Semiconductor Corporation in Santa Clara, Californien, hergestellt werden. Die Eingabe wird dann einem Operations- oder Instrurnentationsverstärker 120 zugeführt. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 120 ist durch eine Mehrzahl Widerstände, wie etwa die Widerstände 122, 124, 126 und 128, auf vorzugsweise -100 eingestellt. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 120, eine Spannung gleich dem Waferdiskstrom mal -100, wird über einen 10 Kiloohm Widerstand 130 einem Negativeingang 132 der zweiten Schaltung 104 zugeführt, die das Analoge des Diskstroms von der durch einen Daumenradschalter (nicht gezeigt) ausgewählten Spannung, welche die Einstellspannung 134 ist, abzieht.
Die Ausgabespannung des Daumenradschalters wird über einen 10 Kiloohm Widerstand 136 einem positiven Eingang 138 eines Operationsverstärkers 140 zugeführt, wo die Eingaben durch den Operationsverstärker 140 subtrahiert werden. Es wurde festgestellt, daß die Spannung 134 die Zerstörungen von Vorrichtungen auf dem Targetwafer 44 und dementsprechend die Zerstörung des Targetwafers 44 und der Vorrichtungen auf dem Targetwafer 44 wesentlich verringert, wenn sie so gesetzt wird, daß der Diskstrom zwischen etwa -2 mA und etwa -4 mA, und bevorzugt um -2,5 mA gehalten wird. Ein Diskstrom von etwa -2,5 mA entspricht einer Spannung 134 von etwa 250 mV aufgrund des Verstärkungsfaktors -100 am Operationsverstärker 120. Die Spannung wird dann einem Lastwiderstand 124 zugeführt, so daß die Ausgabe über einen Feldeffekttransistor 144 des Funktionalblocks 106 zur Masse geleitet werden kann. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 140, des Lastwiderstands 142 und des Feldeffekttransistors 144 werden dann weiter durch einen 10 Kiloohm Widerstand 146 belastet, um den Betrieb des Funktionalblocks 108 zu ermöglichen.
Die dritte Schaltung 106 bewirkt eine kontinuierliche Steuerung des Diskstroms nur während der Implantation auf dem Targetwafer 44. Das Eingabesignal der dritten Schaltung 106, das durch das Bezugszeichen 136 bezeichnet ist, beträgt bis zu dem Moment, zu dem die Ionenimplantationsvorrichtung 10 mit dem Öffnen der Faraday-Blende 73 der Blendenanordnung 20 beginnt, 12 V. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Eingabesignal 136 der dritten Schaltung auf 0 V ab. Eine Diode 148, zwei Widerstände 150, 152 und ein Kondensator 154 liefern eine Unterschaltung 160 in der dritten Schaltung 106, deren Ausgabe schnell abfällt, um eine kontinuierliche schnelle Steuerung des Diskstroms zu ermöglichen, aber langsam ansteigt, um die Steuerung des Diskstroms fortzusetzen, während die Faraday-Blende 73 sich in die geschlossene Position bewegt. Das heißt, wenn das Eingabesignal der dritten Schaltung 106 hoch ist, ist die Diode 148 entgegengesetzt vorbelastet und nicht leitend, wodurch effektiv der Widerstand 150, ein 1 Kiloohm Widerstand, aus der Unterschaltung 160 entfernt ist. Dies führt zu einer Unterschaltung 160 mit einer großen Zeitkonstante in der Gegend von 10,3 sec. Andererseits, wenn das Eingabesignal für die dritte durch den Funktionalblock 106 dargestellte Schaltung hochgeht, schließt die Diode 148 effektiv den Widerstand 152, einen 220 Kiloohm Widerstand, über den Widerstand 150 kurz, was zu einer Zeitkonstante in der Gegend von wenigen Zehntel Sekunden führt. Der exakte Wert der Zeitkonstante hängt von der Leitfähigkeitskurve der Diode 148 ab. Der präzise Wert ist nicht wichtig, solange der Feldeffekttransistor 144 effektiv ausgeschaltet wird, bevor die Faraday-Blende 73 weit genug geöffnet ist, um das Laden des Targetwafers 44 zu erlauben. Dementsprechend muß die durch den Widerstand 152 eingestellte Zeitkonstante hinreichend lang sein, um es der Faraday-Blende 73 zu erlauben, sich in die geschlossene Position zu bewegen. Zum Beispiel hält der Teil- oder Komponentenwert von 220 Kiloohm für den Widerstand 152 den Feldeffekttransistor 144 in dem AUS-Mode für etwa 2 oder 3 Sekunden, was ein hinreichender Zeitabschnitt ist, um es der Faraday-Blende 73 zu erlauben, sich in die geschlossene Position zu bewegen.
Die dritte Schaltung 106 enthält eine Zener-Diode 154 und einen Widerstand 156, deren Kombination zur des Feldeffekttransistors 144 verwendet wird. Somit ist der Effekt der dritten Schaltung 106, daß anfänglich, vor dem Beginn der Ionenimplantation, das Eingabesignal der dritten Schaltung 106 gleich 12 Volt ist, wodurch das Gate des Feldeffekttransistors 144 positiv im Bezug auf das Drain wird, wodurch er EIN schaltet, und die Ausgabe der ersten Schaltung 102 zu Masse kurzgeschlossen wird, was ein Ansteigen des Diskstroms vermeidet. Wenn die Faraday-Blende 73 beginnt sich in die geschlossene Position zu bewegen, wird jedoch das Eingabesignal der dritten Schaltung heruntergehen, wodurch schnell der Feldeffekttransistor 144 AUS schaltet und somit die Steuerung des Diskstroms erlaubt.
Die vierte Schaltung 108 hält den minimalen, im wesentlichen nicht zu einer Emission führenden Strom des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22. Die Eingabe 158 der vierten Schaltung ist eine Spannung proportional der tatsächlich emittierten Elektronen durch das Filament 80 der Elektronenduschenanordnung 22. Dies ist die Spannung, die durch den Strom erzeugt wird, der durch den primärwiderstand 88 mit 1 Ohm fließt und die um einen Faktor 10 verstärkt wurde. Somit erzeugt die maximale Elektronenduschenausgabe von etwa 400 mA eine Spannung von 4 V am Ein gangssignal der vierten Schaltung. Die Eingabe 158 der vierten Schaltung 108 läuft durch einen Widerstand 159 zu einem Operationsverstärker 160 mit einem Spannungsteiler 162 (der ein Potential von etwa 27 mV am positiven Eingang des Operationsverstärkers 160 liefert) und eine Diode 164. Der Spannungsteiler besteht aus Widerständen 165, 166. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 60 wird durch einen Widerstand 167 belastet.
Der positive Eingang des Operationsverstärkers 160 bildet kombiniert mit der fünften oder Ausgabepufferschaltung des Funktionalblocks 110 eine Steuerschleife, die die minimale Emission des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22 bei etwa 2,7 mA - in etwa 0,67 % der maximalen Ausgabe -beibehält. Die Diode 164 veranlaßt, daß die dritte Schaltung (Funktionalblock 106) keinen Einfluß hat, bis die erste, zweite, dritte und fünfte Schaltung der Funktionalblöcke 102, 104, 106 und 108 jeweils veranlassen, daß die Elektronenduschenausgabe unter 2,7 mA absinkt, wobei in diesem Fall die Diode 164 die Ausgabe des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22 auf diesem minimalen Pegel hält.
Die fünfte oder Ausgabepufferschaltung 110 enthält einen Widerstand 169, einen Emitterstrombegrenzerwiderstand 168, einen Widerstand 170 und einen Kondensator 172. Die Ausgabe der Schaltung liefert hinreichend Energie zum Antrieb der Steuerung des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22. Im Betrieb wird die Zeitkonstante in einer RC-Schaltung (die den Widerstand 170 und den Kondensator 172 enthält) eingestellt, bis sie hinreichend groß ist, um ein Schwingen (ringing) aufgrund der relativ langen Zeit zu verhindern, die benötigt wird, um physikalisch die Temperatur des Filaments 80 der Elektronenduschenanordnung 22 zu ändern.
Das oben beschriebene Steuersystem 100 ermöglicht die Einstellung der Ausgabe des Elektronenduschen-Filaments 80 derart, daß eine im wesentlichen kontinuierliche Steuerung des Diskstroms während der Ionenimplantation aufrechterhalten werden kann. Somit vermeidet das erfindungsgemäße Steuersystem im wesentlichen die zerstörerischen Effekte der Waferladung während der Ionenimplantation.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist es klar, daß die Erfindung gut geeignet ist, um die Aufgabe zu lösen, und um die hier erwähnten Target und Vorteile sowie solche die der Erfindung inhärent sind, zu erreichen. Während hier für die Offenbarung bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist zu verstehen, daß zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, die sich für den Fachmann von selbst ergeben.

Claims

1. Steuersystem zum Minimieren von destruktiven dielektrischen Durchschlägen an Vorrichtungen auf einem Targetwafer (44) während der lonenimplantation unter Verwendung einer Ionenimplantiervorrichtung mit einem Elektronenduschen-Filament (80) für das Erzeugen von Elektronen zum Kompensieren des Ladungseffektes eines auf dem Targetwafer auftref e fenden Ionenstrahls (42), wobei das Steuersystem eine Einrichtung (88, 90; 102) zum Überwachen des Stroms durch den Targetwafer und eine Einrichtung (100) zum Steuern des Stroms (12) im Elektronenduschen-Filament aufweist, um den Strom durch den Targetwafer auf einem vorgewählten Niveau zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern des Stromes im Elektronenduschen-Filament während der Zeit, die zum Öffnen oder Schließen einer Faradayblende (72) benötigt wird, und während eines damit einhergehenden Anstiegs der Elektronen arbeitet.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (88, 90) zum Überwachen des Stromes durch den Targetwafer Mittel (90) zum Messen der Sekundärelektronenemission von einem Elektronenduschen-Target umfaßt, wobei die Sekundärelektronenemission die Neutralisierung der auf dem Targetwafer durch den Ionenstrahl erzeugten Ladung bewirkt.

3. Steuersystem nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern des Stroms im Elektronenduschen-Filament den Strom im Elektronenduschen-Filament auf einem minimalen Bereitschaftsniveau halten, bei dem das Filament Elektronen in einem Maße emittiert, das für eine Beeinflussung des Stromes durch den Targetwafer nicht ausreicht, so daß die Elektronendusche für eine rasche Änderung bereit ist.

4. Steuersystem nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Steuereinrichtung eine Schaltung (106) umfaßt, die die Elektronendusche rasch einschaltet, wenn die Faradayblende geöffnet wird, und die Elektronendusche langsam abschaltet, um genügend Zeit für das Schließen der Faradayblende zu lassen.

5. Steuersystem nach einem vorangehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Dämpfungsmittel zum Verhindern von Oszillationen (110) in der Steuerung für das Filament, unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Ausgangsleistung zum Steuern des Filamentstroms.

6. Steuersystem nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Überwachen des Stromes den überwachten Strom in eine proportionale Spannung umwandelt und daß Mittel zum Vergleichen der proportionalen Spannung mit einem vorgegebenen Setzwert vorgesehen sind, wobei die Einrichtung zum Überwachen des Stroms und die Mittel zum Vergleichen der proportionalen Spannung zusammenarbeiten, um den Strom durch den Targetwafer im wesentlichen kontinuierlich zu steuern, um das Niveau des Setzwertes aufrechtzuerhalten.

7. Verfahren zum Minimieren von destruktiven dielektrischen Durchschlägen von Vorrichtungen auf einem Targetwafer (44) während der lonenimplantation unter Verwendung einer Ionenimplantationsvorrichtung mit einem Elektronenduschen-Filament (80), wobei das Verfahren darin besteht, den Strom durch den Targetwafer zu überwachen und den Strom durch das Elektronenduschen-Filament so zu steuern, daß der Strom durch den Targetwafer auf einem vorgegebenen Niveau gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom im Elektronenduschen-Filament während der Zeit, die zum Öffnen oder Schließen einer Faraday-Blende (72) benötigt wird, und während eines damit einhergehenden Elektronenanstiegs gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Mindeststrom in dem Elektronenduschen-Filament aufrechterhalten wird, bei dem das Filament (80) vergleichsweise wenige Elektronen emittiert, aber in einem Bereitschaftszustand ist, der eine rasche Änderung der Elektronendusche ermöglicht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem die Elektronendusche bei Beginn der Ionenimplantation rasch eingeschaltet, aber am Ende der Implantation langsam abgeschaltet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem rasche Fluktuationen der Ausgangsleistung des Filaments gedämpft werden und eine ausreichende Ausgangsleistung zum Steuern des Filamentstrorns aufrechterhalten wird.