ES2333782T3 - Metodos y aparato para impurificacion a partir de plasma e implantacion ionica en un sistema de tratamiento integrado. - Google Patents

Metodos y aparato para impurificacion a partir de plasma e implantacion ionica en un sistema de tratamiento integrado. Download PDF

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Abstract

Un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende: una cámara (74) de tratamiento; un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara (120) de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara (74) de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, cuyo posicionador de oblea comprende una platina (76) para retener la oblea y un posicionador (78) de platina para situar en posición la platina (76), y en el que el módulo (110) de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo (170) posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente (132) de impulsos acoplada entre el ánodo (170) y la platina (76).

Description

Métodos y aparatos para impurificación a partir de plasma e implantación iónica en un sistema de tratamiento integrado.
Campo del invento
Este invento se refiere al tratamiento de obleas de semiconductores y, más particularmente, a métodos y a sistemas de tratamiento integrados para impurificar una pieza de trabajo con materiales de impureza en un intervalo de energías, incluyendo energías muy bajas.
Antecedentes del invento
La implantación iónica se ha convertido en una técnica estándar para introducir impurezas que alteren la conductividad en obleas de semiconductores. Un material de impureza deseado es ionizado en una fuente de iones, los iones son acelerados para formar un haz de iones de energía predeterminada y el haz de iones es dirigido a la superficie de la oblea. Los iones energéticos del haz penetran en la masa del material semiconductor y se empotran en la retícula cristalina del material semiconductor para formar una región de conductividad deseada.
Los sistemas de implantación iónica incluyen, usualmente, una fuente de iones para convertir un material sólido o un gas en un haz de iones perfectamente definido. Se analiza la masa del haz de iones para eliminar especies no deseadas, se acelera el haz de iones hasta que alcance la energía deseada y se le dirige sobre un plano de blanco. El haz puede distribuirse por el área del blanco mediante barrido del haz, moviendo el blanco o merced a una combinación de barrido del haz y desplazamiento del blanco. Ejemplos de dispositivos de implantación iónica de la técnica anterior se describen en la patente norteamericana núm. 4.276.477 expedida el 30 de Junio de 1981 a Enge; en la patente norteamericana núm. 4.283.631 expedida el 11 de Agosto de 1981 a Turner; en la patente norteamericana núm. 4.899.059 expedida el 6 de Febrero de 1990 a Freytsis y otros; en la patente norteamericana núm. 4.922.106 expedida el 1 de Mayo de 1990 a Berrian y otros; y en la patente norteamericana núm. 5.350.926 expedida el 27 de Septiembre de 1994 a White y otros.
Una tendencia bien conocida en la industria de los semiconductores es la búsqueda de dispositivos más pequeños y más rápidos. En particular, tanto las dimensiones laterales como las profundidades características de los dispositivos semiconductores se están reduciendo. Los dispositivos semiconductores del estado de la técnica exigen profundidades de unión inferiores a 1.000 Angstroms y, eventualmente, pueden requerir profundidades de unión del orden de 200 Angstroms o menores.
La profundidad de implantación del material de impurificación viene determinada, al menos en parte, por la energía de los iones implantados en la oblea de semiconductor. Con energías de implantación bajas se obtienen uniones más someras. Sin embargo, los dispositivos de implantación iónica se diseñan, típicamente, para un funcionamiento eficaz con energías de implantación relativamente elevadas, por ejemplo en el intervalo de 20 keV a 400 keV y puede que no funcionen eficazmente con las energías requeridas para una implantación en uniones someras. Con energías de implantación bajas, tales como energías de 2 keV y menores, la corriente entregada a la oblea es mucho menor que la deseada y, en algunos casos, puede ser de, casi, cero. A consecuencia de ello, se necesitan tiempos de implantación extremadamente largos para conseguir una dosis especificada y el rendimiento se ve afectado adversamente. Tal reducción del rendimiento incrementa los costes de fabricación y no es aceptable para los fabricantes de dispositivos semiconductores.
Se han estudiado sistemas de impurificación a partir de plasma para formar uniones someras en obleas de semiconductor. En un tipo de sistema de impurificación a partir de plasma, se pone una oblea de semiconductor en una platina conductora, que funciona como cátodo, situada en una cámara de impurificación a partir de plasma. Se introduce en la cámara un gas ionizable que contiene el material de impurificación deseado y se aplica un impulso de voltaje entre la platina y un ánodo, provocando la formación de un plasma de descarga en efluvios que tiene una envoltura de plasma en la proximidad de la oblea. El impulso de voltaje aplicado hace que iones del plasma atraviesen la envoltura del plasma y sean implantados en la oblea. La profundidad de implantación está relacionada con el voltaje aplicado entre la oblea y el ánodo. Pueden conseguirse energías de implantación muy bajas. Sistemas de impurificación a partir de plasma se describen, por ejemplo, en la patente norteamericana núm. 5.354.381 expedida el 11 de Octubre de 1994 a Sheng; en la patente norteamericana núm. 6.020.592 expedida el 1 de Febrero de 2000 a Liebert y otros; y en la patente norteamericana núm. 6.182.604 expedida el 6 de Febrero de 2001 a Goeckner y otros. La patente norteamericana núm. 6.020.592 describe un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende una cámara de impurificación a partir de plasma; una platina para retener una oblea; en el que la cámara de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre el ánodo y la platina.
En otros tipos de sistemas de plasma, conocidos como sistemas de inmersión en plasma, se aplica un voltaje de RF continuo entre la platina y el ánodo, generándose así un plasma continuo. A intervalos, se aplica un impulso de alto voltaje entre la platina y el ánodo, haciendo que iones positivos del plasma sean acelerados hacia la oblea.
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La fabricación de los dispositivos semiconductores de acuerdo con el estado de la técnica puede exigir varios pasos de implantación a energías que van desde muy bajas a relativamente altas. Los pasos de tratamiento con baja energía pueden requerir tiempos de implantación prolongados en un dispositivo de implantación iónica en línea de haz o hay que incurrir en el gasto de un sistema de impurificación a partir de plasma además del dispositivo de implantación iónica en línea de haz. En consecuencia, existe la necesidad de métodos y sistemas de tratamiento mejorados para implantar materiales de impurificación en piezas de trabajo en un intervalo de energías, incluyendo energías muy bajas.
El documento WO99/06110 describe un útil de agrupamiento que tiene una cámara de implantación iónica por inmersión en plasma que incluye una platina para retener una oblea y un robot para mover una oblea hacia y desde la cámara de implantación iónica por inmersión en plasma.
Sumario del invento
De acuerdo con un primer aspecto del presente invento, se proporciona un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende: una cámara de tratamiento; un módulo de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de la oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, en el que el posicionador de la oblea comprende una platina para retener la oblea y un posicionador de platina para situar la platina en posición, y en el que el módulo de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre el ánodo y la platina.
La cámara de impurificación a partir de plasma puede estar situada dentro de la cámara de tratamiento y puede ser desplazada entre una posición de impurificación a partir de plasma y una posición retraída. Una primera bomba de vacío puede estar acoplada a través de una primera lumbrera de bombeo con la cámara de tratamiento, y una segunda bomba de vacío puede estar acoplada a través de una segunda lumbrera de bombeo con la cámara de impurificación a partir de plasma. La cámara de impurificación a partir de plasma puede estar aislada de la cámara de tratamiento en el modo de impurificación a partir de plasma.
La platina puede ser desplazada entre una posición de implantación iónica en línea de haz, una posición de impurificación a partir de plasma y una posición de transferencia de la oblea. La cámara de impurificación a partir de plasma puede incluir una abertura en comunicación con la cámara de tratamiento, pudiendo ser desplazada la platina a aplicación en relación de obturación con la abertura de la cámara de impurificación a partir de plasma. La platina puede comprender un dispositivo electrostático de fijación de la oblea. El posicionador de la platina puede comprender medios para barrer mecánicamente la platina con respecto al haz de iones en el modo de implantación en línea de haz.
El aparato puede comprender, además, un controlador para seleccionar el modo de implantación en línea de haz o el modo de impurificación a partir de plasma y para controlar al posicionador de la oblea de acuerdo con el modo seleccionado. El aparato puede comprender, asimismo, un manipulador de obleas para cargar una oblea en la platina para su tratamiento y para retirar la oblea de la platina después del tratamiento.
El módulo de impurificación a partir de plasma incluye un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre el ánodo y la platina. En una realización, la platina está conectada a un potencial de referencia y se aplican impulsos al ánodo mediante la fuente de impulsos. En otra realización, el ánodo está conectado a un potencial de referencia y se aplican impulsos a la platina mediante la fuente de impulsos.
El módulo de impurificación de plasma puede incluir, además, un electrodo hueco que rodea un espacio entre el ánodo y la platina. En una realización, una fuente de impulsos para el electrodo hueco está acoplada al electrodo hueco. En otra realización, el electrodo hueco está acoplado eléctricamente al ánodo.
El aparato puede comprender, además, un posicionador de ánodo para controlar la separación entre el ánodo y la platina. Puede estar previsto un posicionador de cámara para mover la cámara de impurificación a partir de plasma entre una posición de impurificación a partir de plasma y una posición retraída.
En una realización, hay una bomba de vacío acoplada a la cámara de tratamiento. El módulo de impurificación a partir de plasma incluye una abertura de conductancia controlada entre el volumen interior de la cámara de impurificación a partir de plasma y la cámara de tratamiento, y una fuente de gas de tratamiento acoplada a la cámara de impurificación a partir de plasma. El volumen interior de la cámara de impurificación a partir de plasma es bombeado por la bomba de vacío a través de la abertura de conductancia controlada en el modo de impurificación a partir de plasma. En otra realización, una fuente de gas de tratamiento y una bomba de vacío están acopladas a la cámara de impurificación a partir de plasma. El volumen interior de la cámara de impurificación a partir de plasma es bombeado por la bomba de vacío en el modo de impurificación a partir de plasma.
De acuerdo con un segundo aspecto del invento, se proporciona un método para tratar una oblea de semiconductor, que comprende los pasos de: situar una oblea de semiconductor en posición en una cámara de tratamiento; proporcionar un módulo de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a dicha cámara de tratamiento, y un posicionador de oblea que comprende una platina para retener dicha oblea y un posicionador de platina para situar en posición dicha platina, tratar la oblea en dicha cámara de tratamiento mediante implantación iónica en un modo de implantación en línea de haz, en el que el posicionador de la oblea sitúa a la oblea en el trayecto del haz de iones; y proporcionar un módulo de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara de impurificación a partir de plasma que es accesible desde dicha cámara de tratamiento, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma, y una fuente de impulsos acoplada entre dicho ánodo y la citada platina; tratar la oblea en dicha cámara de impurificación a partir de plasma mediante impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, en el que el posicionador de la oblea sitúa la oblea en posición en la cámara de impurificación a partir de plasma.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión del presente invento, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que se incorporan a este documento a modo de referencia, y en los que:
la fig. 1A es una vista esquemática desde arriba de un dispositivo de implantación iónica en línea de haz, adecuado para la puesta en práctica del presente invento;
la fig. 1B es una vista esquemática desde arriba del dispositivo de implantación iónica en línea de haz de la fig. 1A, que muestra los componentes de la línea de haz;
la fig. 2 es una vista lateral en sección transversal, esquemática, de un sistema de tratamiento de acuerdo con una realización del invento, mostrado en el modo de implantación iónica en línea de haz;
la fig. 3 es una vista lateral en sección transversal, esquemática, del sistema de tratamiento de la fig. 2, mostrado en el modo de impurificación a partir de plasma;
la fig. 4 es un diagrama de bloques esquemático del sistema de tratamiento de las figs. 2 y 3;
la fig. 5 es un diagrama de bloques esquemático de una primera realización del módulo de impurificación a partir de plasma, representado con la platina encerrada herméticamente en la cámara de impurificación a partir de plasma;
la fig. 6 es un diagrama de bloques esquemático de la primera realización del módulo de impurificación a partir de plasma, representado con la platina retirada de la cámara de impurificación a partir de plasma; y
la fig. 7 es un diagrama de bloques esquemático de una segunda realización del módulo de impurificación a partir de plasma, representado con la platina encerrada herméticamente en la cámara de impurificación a partir de
plasma.
Descripción detallada
En las figs. 1A y 1B se ilustra un diagrama de bloques de una realización de un dispositivo de implantación iónica en línea de haz adecuado para la puesta en práctica del invento. Una fuente de iones 10 genera iones y proporciona un haz 12 de iones. Como es conocido en la técnica, la fuente de iones 10 puede incluir una cámara iónica y una caja de gas que contenga un gas a ionizar. El gas es suministrado a la cámara iónica, donde es ionizado. Los iones así formados son extraídos de la cámara iónica para formar el haz 12 de iones. El haz 12 de iones tiene una sección transversal alargada y forma de cinta, teniendo la dimensión larga de la sección transversal del haz, de preferencia, una orientación horizontal. Una fuente de alimentación 14 está conectada a un electrodo de extracción de la fuente 10 de iones y proporciona un voltaje que puede ser regulable, por ejemplo desde unos 0,2 a unos 80 keV. Así, los iones procedentes de la fuente 10 de iones son acelerados a energías de entre unos 0,2 y unos 80 keV por el voltaje procedente de la fuente de alimentación 14. La construcción y el funcionamiento de las fuentes de iones son bien conocidos para los expertos en la técnica.
El haz 12 de iones atraviesa un electrodo de supresión 20 y un electrodo de tierra 22 hasta un analizador 30 de masa. El analizador 30 de masa incluye un imán de resolución 32 y un electrodo de enmascaramiento 34 con una abertura de resolución 36. El imán analizador 32 desvía los iones del haz de iones 12 de tal forma que los iones de una especie iónica deseada pasen por la abertura de resolución 36 y los de especies iónicas no deseadas no pasen por la abertura de resolución 36 sino que sean bloqueados por el electrodo de enmascaramiento 34. En una realización preferida, el imán de resolución 32 desvía los iones de una especie deseada en 90º.
Los iones de la especie deseada pasan a través de la abertura de resolución 36 a una primera etapa 50 de deceleración posicionada aguas abajo del analizador de masa 30. La etapa de deceleración 50 puede incluir un electrodo 52 de aguas arriba, un electrodo 54 de supresión y un electrodo 56 de aguas abajo. Los iones del haz de iones son decelerados por la etapa de deceleración 50 y, luego, pasan por un imán 60 corrector de ángulo. El imán 60 corrector de ángulo desvía los iones y convierte el haz de iones de un haz de iones divergente en un haz 62 en forma de cinta que tiene trayectorias de iones sustancialmente paralelas. En una realización preferida, el imán 60 corrector de ángulo desvía los iones de la especie deseada en 70º. El dispositivo de implantación iónica puede incluir una segunda etapa de deceleración 80 posicionada aguas abajo del imán 60 corrector de ángulo.
Un puesto final 70, o puesto de tratamiento, soporta una o más obleas de semiconductor, tales como la oblea 72, en una cámara de tratamiento 74 de tal forma que los iones de la especie deseada son implantados en la oblea de semiconductor. La cámara de tratamiento 74 está encerrada en una vasija de vacío 75. El puesto final 70 puede incluir una platina electrostática 76 refrigerada y un posicionador 78 de platina (fig. 4) para realizar un barrido mecánico de la oblea 72 en perpendicular a la dimensión larga del haz de iones 62 en forma de cinta, con el fin de distribuir los iones sobre la superficie de la oblea 72.
El puesto final 70, como se muestra en la fig. 1A, puede incluir un dispositivo automático 82 manipulador de obleas para introducir las obleas en el dispositivo de implantación de iones y para retirar las obleas tras la implantación. El manipulador 82 de obleas representado en la fig. 1A incluye robots 90 y 92 para las obleas, un orientador 94 de las obleas y esclusas de carga 100 y 102. Uno de los robots para las obleas retira una oblea de un estuche u otro portador de obleas en una de las esclusas de carga y transfiere la oblea a la platina 76. La oblea puede ser orientada en el orientador 94 de las obleas. A continuación del tratamiento, la oblea es retirada de la platina 76 y es devuelta, por uno de los robots para las obleas, a su estuche u otro portador de obleas.
El puesto final 70 puede incluir, también, un sistema medidor de dosis, un cañón de avalancha de plasma o un cañón de avalancha de electrones y otros componentes conocidos. Se comprenderá que toda la trayectoria recorrida por el haz de iones es evacuada durante la implantación iónica.
De acuerdo con un aspecto del invento, un módulo de impurificación a partir de plasma se combina con un módulo de implantación iónica en línea de haz para formar un sistema de tratamiento integrado. El sistema de tratamiento integrado puede ser utilizado para tratar obleas mediante implantación iónica en línea de haz, por impurificación a partir de plasma, o por ambos métodos, dependiendo de la nota de implantación requerida para las obleas. Las obleas en una cámara de tratamiento única, pueden tener acceso a un módulo de implantación iónica en línea de haz y a un módulo de impurificación a partir de plasma. El sistema de tratamiento integrado puede incluir cualquier módulo de implantación iónica en línea de haz y cualquier módulo de impurificación a partir de plasma. Los expertos en la técnica conocen una diversidad de diferentes arquitecturas de dispositivos de implantación iónica en línea de haz. En lo que sigue, se describen varias arquitecturas de impurificación a partir de plasma.
El módulo de implantación iónica en línea de haz puede incluir la totalidad o parte de un dispositivo de implantación iónica en línea de haz. En una realización, que se describe en lo que sigue, un módulo de impurificación a partir de plasma está incorporado en el puesto final de un dispositivo de implantación iónica en línea de haz. En otra realización, el puesto final de un dispositivo de implantación iónica en línea de haz es reemplazado por una cámara de tratamiento. La cámara de tratamiento está conectada a un módulo de implantación iónica en línea de haz y contiene un módulo de impurificación a partir de plasma o está conectada a él.
En una realización mostrada en las figs. 2-4, un módulo 110 de impurificación a partir de plasma está incorporado en la cámara de tratamiento 74, con uno o más componentes del módulo 110 de impurificación a partir de plasma situados dentro de la vasija de vacío 75 y uno o más componentes del módulo 110 de impurificación a partir de plasma situados fuera de la vasija de vacío 75, como se muestra en la fig. 4. El módulo 110 de impurificación a partir de plasma incluye una cámara 120 de impurificación a partir de plasma, una fuente 124 de gas de tratamiento, una bomba de vacío 126, un posicionador 128 de cámara, un posicionador 130 de ánodo conectado a un ánodo situado en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos 132 conectada entre la platina 76 y el ánodo de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. La fuente 124 de gas de tratamiento y la bomba de vacío 126 están conectadas mediante conductos de gas a la cámara 120 de impurificación a partir de plasma, y un posicionador 128 de cámara está conectado mecánicamente a la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Realizaciones adicionales del módulo 110 de impurificación a partir de plasma se describen en lo que sigue.
Un módulo 140 de implantación iónica en línea de haz suministra el haz de iones 62 en forma de cinta a la cámara de tratamiento 74. Haciendo referencia a las figs. 1A y 1B, los componentes del módulo 140 de implantación iónica en línea de haz pueden incluir la fuente de iones 10, el analizador de masa 30, la etapa de deceleración 50, el imán 60 corrector de ángulo y una segunda etapa de deceleración 80. El módulo 140 de implantación iónica en línea de haz puede emplear cualquier arquitectura de módulo de implantación iónica en línea de haz.
Componentes adicionales del sistema de tratamiento integrado incluyen la vasija de vacío 75, la platina 76, el posicionador 78 de platina y el manipulador 82 de obleas. En una realización preferida, la platina 76 puede ser un dispositivo de fijación de oblea electrostático como se describe, por ejemplo, en la patente norteamericana núm. 5.452.177 expedida el 19 de Septiembre de 1995 a Frutiger. Una bomba de vacío 142 controla la presión en el interior de la cámara de tratamiento 74. En la realización de las figs. 2 y 3, la bomba de vacío 142 comprende una bomba criogénica. Pueden utilizarse bombas de vacío adicionales tales como una bomba turbomolecular 144, para conseguir una capacidad de bombeo de vacío incrementada. Una copa de Faraday 148 puede estar posicionada en alineación con el haz de iones 62 en forma de cinta con fines de medición de uniformidad y de dosis. Un controlador 150 del sistema controla los elementos del sistema de tratamiento integrado. El controlador del sistema puede comprender un ordenador programado para fines generales que incluya, por ejemplo, microprocesador, memoria, interconexiones con los componentes del sistema de tratamiento integrado y dispositivos periféricos tales como un teclado y un terminal de presentación visual.
La platina 76 que retiene a la oblea 72 puede posicionarse para interceptar el haz de iones 62 en forma de cinta en un modo de implantación iónica en línea de haz, como se muestra en la fig. 2, o puede posicionarse en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, como se muestra en la fig. 3. El sistema constituye, así, un sistema de tratamiento integrado capaz de realizar la implantación iónica en línea de haz y la impurificación a partir de plasma. El controlador 150 del sistema controla el modo de funcionamiento en respuesta a entradas que definen los parámetros de cada implantación.
Haciendo referencia a las figs. 2 y 3, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma define un volumen cerrado 160 en el modo de impurificación a partir de plasma. En el modo de impurificación a partir de plasma representado en la fig. 3, la platina 76 está posicionada en una abertura 158 en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y un halo 162 de platina encierra la platina 76 en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. La platina 76 sitúa así a la oblea 72 en posición en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. La platina 76 soporta la oblea 72 y proporciona una conexión eléctrica con la oblea 72. Un ánodo 170 está posicionado dentro de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma en relación de separado con respecto a la platina 76, que funciona como cátodo. El ánodo 170 puede ser desplazado mediante el posicionador 130 de ánodo (fig. 4) en dirección perpendicular a la superficie de la platina 76. La región situada entre la platina 76 y el ánodo 170 puede estar rodeada por un electrodo hueco 172 como se describe en la patente norteamericana núm. 6.182.604, expedida el 6 de Febrero de 2001 a Goeckner y otros, que se incorpora a esta memoria como referencia. Un anillo 174 de blinfaje que contiene un perceptor de haz de Faraday puede rodear a la platina 76, como se describe en la patente norteamericana núm. 6.020.592 expedida el 1 de Febrero de 2000 a Liebert y otros, que se incorpora a esta memoria como referencia. El volumen cerrado 160 de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma puede conectarse mediante una conducción de gas coaxial 180 con la fuente 124 de gas de tratamiento (fig. 4). Además, el volumen cerrado 160 puede conectarse a través de una lumbrera 182 de bombeo estrangulada con la bomba de vacío 126 (fig. 4). De preferencia, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma es movible mediante el posicionador 128 de cámara (fig. 4) entre una posición de impurificación a partir de plasma, representada en la fig. 3, y una posición retraída ilustrada en la fig. 2. La cámara 120 de impurificación a partir de plasma se mueve hacia arriba desde la posición de impurificación a partir de plasma a la posición retraída.
El posicionador 78 de la platina (fig. 4) sitúa la platina 76 en posición de acuerdo con el modo de funcionamiento del sistema de tratamiento. En el modo de implantación en línea de haz, mostrado en la fig. 2, la platina 76 y la oblea 72 se orientan verticalmente en la trayectoria del haz 62 de iones en forma de cinta y la platina 76 es barrida mecánicamente hacia arriba y hacia abajo mediante el posicionador 78 de platina para distribuir el haz 62 de iones en forma de cinta sobre la superficie de la oblea 72. El posicionador 78 de platina puede incluir un dispositivo inclinador 190 para inclinar la oblea 72 en un ángulo deseado con respecto al haz 62 de iones en forma de cinta. Preferiblemente, la platina 76 es movida bajo el haz 62 de iones en forma de cinta durante parte del barrido mecánico para permitir que la copa de Faraday 148 vigile la corriente del haz de iones.
En el modo de impurificación a partir de plasma, la platina 76 y la oblea 72 pueden orientarse horizontalmente. La platina 76 y la oblea 72 son movidas hacia arriba, a la abertura 158 de la cámara 120 de tratamiento con plasma, y el halo 162 de platina es aplicado en relación de obturación a la cámara 120 de tratamiento con plasma. Así, la platina 76 y la oblea 72 son encerradas herméticamente en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma como se muestra en la fig. 3. Durante la impurificación a partir de plasma, la platina 76 y la oblea 72 puede permanecer estacionarias.
En un modo de intercambio de oblea, la platina 76 y la oblea 72 se orientan horizontalmente y son hechas bajar por debajo de la trayectoria del haz 62 de iones en forma de cinta. La oblea 72 es retirada de la platina 72 por uno de los robots 90, 92 (fig. 1A) de manipulación de la oblea y se coloca una nueva oblea en la platina 76 para su tratamiento. Las técnicas de manipulación de obleas son bien conocidas por los expertos en la técnica y no se describen con mayor detalle en este documento.
En funcionamiento, el controlador 150 del sistema puede recibir una nota de implantación que especifique los parámetros para impurificar una tanda de obleas. La nota de implantación puede especificar, por ejemplo, una especie de impurificación, una energía y una dosis a aplicar a las obleas. El controlador 150 del sistema puede seleccionar un modo de funcionamiento basándose en la nota de implantación. Por ejemplo, energías de implantación mayores de 2 keV pueden utilizar el modo de implantación en línea de haz y energías de menos de 2 keV pueden utilizar el modo de impurificación a partir de plasma.
Cuando el controlador 150 del sistema elige el modo de implantación en línea de haz, se carga una oblea de la tanda sobre la platina 76 mediante el manipulador 82 de obleas y se hace girar la platina 76 a la posición vertical, como se muestra en la fig. 2. El módulo 140 de implantación iónica en línea de haz es regulado para proporcionar los parámetros de implantación deseados y para generar el haz 62 de iones en forma de cinta. El posicionador 78 de la platina barre mecánicamente la platina 76 y la oblea 72 verticalmente con el haz 62 de iones en forma de cinta, típicamente múltiples veces, hasta que se consiguen una dosis y una uniformidad de la dosis deseadas. La dosis y la uniformidad de la dosis pueden vigilarse mediante la copa de Faraday 148. Durante el modo de implantación en línea de haz, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma permanece en la posición retraída representada en la fig. 2 con el fin de dejar sitio para que se realice el barrido mecánico y los componentes del módulo 122 de impurificación a partir de plasma están inactivos. Una vez terminado el tratamiento, puede retirarse la oblea 72 de la cámara 74 de tratamiento mediante el manipulador 82 de obleas.
Cuando el controlador 150 del sistema selecciona el modo de impurificación a partir de plasma, se inactiva el módulo 140 de implantación iónica en línea de haz y se hace bajar la cámara 120 de impurificación a partir de plasma mediante el posicionador 128 de cámara hasta la posición de impurificación a partir de plasma representada en la fig. 3. Una vez cargada una oblea sobre al platina 76 mediante el manipulador 82 de obleas, la platina 76 y la oblea 72 se hacen subir a la abertura 150 de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y se encierran herméticamente en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Se activan la fuente 124 de gas de tratamiento y la bomba 126 de vacío para proporcionar un gas de tratamiento a la presión deseada en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Se activa la fuente 132 de impulsos dando lugar a la formación de un plasma entre la platina 76 y el ánodo 170 y a la aceleración de iones hacia la oblea 72. Para energías de implantación muy bajas, puede utilizarse el electrodo hueco 172, como se describe en lo que sigue. La dosis aplicada puede ser vigilada mediante el perceptor de haz de Faraday del anillo de blindaje 174. Cuando se alcanza la dosis deseada, se desactivan la fuente 132 de impulsos y la fuente 124 de gas de tratamiento, y la bomba de vacío 126 bombea la cámara 120 de impurificación a partir de plasma hasta un nivel de vacío deseado. Se hacen bajar entonces la platina 76 y la oblea 72 desde la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y puede retirarse la oblea 72 mediante el manipulador 82 de obleas. La bomba de vacío 142 puede bombear el gas residual que escape a la cámara de tratamiento 74 cuando se hace bajar la platina 76 desde la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Si se desea, la oblea 72 puede ser tratada mediante impurificación a partir de plasma e implantación iónica en línea de haz sin retirar la oblea 72 de la cámara de tratamiento 74.
Se comprenderá que la cámara 120 de impurificación a partir de plasma define un entorno de tratamiento en el volumen hermético 160 que puede ser muy diferente del entorno de tratamiento definido en el interior de la cámara de tratamiento 74. En particular, la cámara de tratamiento 74 es mantenida preferiblemente a un vacío elevado, por ejemplo 20 microTorr durante la implantación iónica en línea de haz. La presión en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma durante el funcionamiento en el modo de impurificación a partir de plasma puede estar comprendida en el intervalo de entre 1 miliTorr y 500 miliTorr, aproximadamente. Puede utilizarse, por ejemplo, un gas de tratamiento tal como BF_{3}, N_{2}, Ar, PH_{3}, AsH_{3} o B_{2}H_{6}.
En la realización de las figs. 2 y 3, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está situada dentro de la cámara de tratamiento 74 y puede ser desplazada entre una posición de impurificación a partir de plasma y una posición retraída. En otras realizaciones, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma puede fijarse en posición si el posicionador 78 de platina proporciona un margen de desplazamiento de la platina suficiente para permitir el barrido mecánico y el acceso a la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Además, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma puede situarse total o parcialmente fuera de la cámara de tratamiento 74, de tal modo que se pueda acceder a la cámara 120 de impurificación a partir de plasma desde la cámara de tratamiento 74. Por ejemplo, puede accederse a la cámara 120 de tratamiento con plasma desde la cámara de tratamiento 74 a través de una válvula de compuerta.
En las figs. 5 y 6 se muestran diagramas esquemáticos de bloques de una primera realización del módulo 110 de impurificación a partir de plasma. Un diagrama esquemático de bloques de una segunda realización del módulo 110 de impurificación a partir de plasma se representa en la fig. 7. Elementos similares de las figs. 1-7 tienen los mismos números de referencia. En las figs. 5-7, se muestran la vasija de vacío 75 y la bomba de vacío 142 porque estos elementos están implicados en el funcionamiento del módulo de impurificación a partir de plasma. Los otros componentes del sistema de tratamiento integrado se omiten en las figs. 5-7.
En la fig. 5, la platina 76 está herméticamente encerrada en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma en el modo de impurificación a partir de plasma. En la configuración de la fig. 5, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está aislada de la cámara de tratamiento 74 y pueden mantenerse distintos ambientes en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y en la cámara de tratamiento 74. En la fig. 6, la platina 76 es hecha bajar desde la abertura 158 de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Así, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y la cámara de tratamiento 74 tienen un entorno común. Esta configuración es aplicable al modo de implantación iónica en línea de haz y al modo de intercambio de obleas.
Como se muestra en las figs. 5 y 6, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está situada dentro de la vasija de vacío 75. La cámara 120 de impurificación a partir de plasma está conectada a la bomba de vacío 126, y la vasija de vacío 75 está conectada a la bomba de vacío 142. La bomba de vacío 142 bombea tanto la cámara de tratamiento 74 como la cámara 120 de impurificación a partir de plasma cuando se hace bajar la platina 76 desde la abertura 158 en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma, como se muestra en la fig. 6. Así, en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma reina una presión relativamente baja en el momento en que la platina 76 es encerrada herméticamente en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Una vez que la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está herméticamente cerrada, se bombea la cámara 120 de impurificación a partir de plasma mediante la bomba de vacío 126. Esta disposición permite que la bomba de vacío 126 tenga una capacidad de bombeo relativamente pequeña, mientras que la bomba de vacío 142 tiene una capacidad de bombeo mayor, suficiente para bombear la vasija de vacío 75. Así, en la realización de las figs. 5 y 6, la bomba de vacío 142 puede ser considerada como una bomba de vacío principal y la bomba de vacío 126 puede ser considerada como la bomba de vacío secundaria.
La bomba de vacío 142 evacua la cámara 120 de impurificación a partir de plasma hasta un nivel de presión deseado con la platina 76 en la posición bajada mostrada en la fig. 6. Se encierra entonces la platina 76 herméticamente en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma, como se muestra en la fig. 5. La fuente 124 de gas de tratamiento introduce un gas de tratamiento en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y la bomba de vacío 126 proporciona un bombeo suficiente para mantener una presión deseada del gas de tratamiento en el interior de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Dado que no se necesita que la bomba de vacío 126 bombee la cámara 120 de impurificación a partir de plasma desde la presión atmosférica hasta la presión de tratamiento, puede estrangularse la lumbrera que conecta la cámara 120 de impurificación a partir de plasma con la bomba de vacío 126, y la bomba de vacío 126 puede tener una capacidad de bombeo relativamente pequeña. Una vez terminado el tratamiento, se desconecta la fuente 124 de gas de tratamiento y la bomba de vacío 126 bombea el gas de tratamiento restante de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. Luego, se hace bajar la platina 76 y la bomba de vacío 142 proporciona más bombeo de vacío de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma.
Como se muestra además en las figs. 5 y 6, la platina 76 y las paredes de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma pueden estar conectadas a un potencial de referencia, tal como tierra, y la fuente de impulsos 132 puede proporcionar una serie de impulsos al ánodo 170. El ánodo 170 está eléctricamente aislado de la cámara 120 de de impurificación a partir de plasma por un aislador 176 y está eléctricamente aislado de la vasija de vacío 75 por un aislador 178. El electrodo hueco 172 está conectado por un conmutador 184 a la fuente de impulsos 132 o a una fuente 190 de impulsos para el electrodo hueco, como se describe más adelante.
En el caso típico en que han de implantarse iones positivos en la oblea 72, se aplican impulsos positivos al ánodo 170. En el caso de que el voltaje correspondiente a la energía de implantación requerida sea suficiente para iniciar una descarga de plasma entre el ánodo 170 y la oblea 72, puede utilizarse la fuente 132 de impulsos para iniciar una descarga de plasma y acelerar los iones desde el plasma a la oblea 72. Los impulsos positivos aceleran a los iones positivos a través de la envoltura de plasma y a la oblea 72. En el caso en que hayan de implantarse iones negativos en la oblea 72, la fuente 132 de impulsos aplica un impulso negativo al ánodo 170. Cuando se utiliza la fuente 132 de impulsos para iniciar una descarga de plasma entre el ánodo 170 y la oblea 72, el electrodo hueco 172 es conectado a la fuente 132 de impulsos poniendo el conmutador 184 en la posición 1 representada en las figs. 5 y 6. En esta configuración, el plasma es rodeado, sustancialmente, excepto en la oblea 72, por el ánodo 170 polarizado positivamente y el electrodo hueco 172, y los iones cargados positivamente del plasma son acelerados hacia la
oblea 72.
En el caso en que se requiera una energía de implantación muy baja y la correspondiente amplitud de los impulsos aplicados por la fuente 132 de impulsos no sea suficiente para iniciar una descarga de plasma entre el ánodo 170 y la oblea 72, se pone el conmutador 184 en la posición 2, y el electrodo hueco 172 es conectado a la fuente 190 de impulsos para el electrodo hueco. En la realización de las figs. 5 y 6, se aplica un impulso negativo al electrodo hueco 172 cuando han de implantarse iones positivos en la oblea 72. El impulso negativo aplicado al electrodo hueco 172, en combinación con el impulso positivo aplicado al ánodo 170, es suficiente para iniciar una descarga de plasma entre el ánodo 170 y la oblea 72, y un impulso de amplitud relativamente pequeña, aplicado al ánodo 170, consigue una energía de implantación muy baja. Por ejemplo, cuando han de implantarse en la oblea 72 iones positivos de carga única con energías de 500 eV, el conmutador 184 se pone en la posición 2, la fuente 132 de impulsos es programada para generar impulsos positivos de 500 V y la fuente 190 de impulsos para el electrodo hueco es programada para generar impulsos negativos de 1000 V. Las fuentes de impulsos 132 y 190 se sincronizan para generar impulsos que se solapan en el tiempo. El resultado de esto es que se aplican impulsos de 1.500 V entre el ánodo 170 y el electrodo hueco 172, lo que es suficiente para iniciar una descarga de plasma. Los iones positivos de la descarga de plasma son acelerados a 500 eV por los impulsos aplicados entre el ánodo 170 y la oblea 72.
El módulo de impurificación a partir de plasma representado en las figs. 5 y 6, en el que la oblea 72 y el plasma 76 están puestos a tierra, tiene varias ventajas. Como la oblea está puesta a tierra, se simplifican la medición de la polarización y la dosis. La oblea 76 está rodeada, sustancialmente, por el ánodo 170 y el electrodo hueco 172 y la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está conectada a través de una lumbrera de bombeo estrangulada con la bomba de vacío 126. Como resultado, la contaminación de la oblea 76 provocada por la pulverización catódica de las paredes de la cámara y los componentes de bombeo de vacío, es limitada. Además, el área de recogida de iones es limitada, reduciéndose por tanto la carga impuesta sobre las fuentes de impulsos 132 y 190. Para reducir más la contaminación provocada por la pulverización catódica, el electrodo hueco 172 y otros elementos expuestos pueden recubrirse con un material no contaminante, tal como silicio en el caso de una oblea de silicio. La lumbrera de bombeo estrangulada reduce la tendencia de los iones del plasma a entrar en la lumbrera de bombeo y a depositarse sobre los componentes de bombeo de vacío.
En la fig. 7 se representa un diagrama esquemático de bloques de la segunda realización del módulo 110 de impurificación a partir de plasma. La realización de la fig. 7 difiere de la realización de las figs. 5 y 6 con respecto a la puesta a tierra y las conexiones eléctricas con la fuente 132 de impulsos y la fuente 190 de impulsos para el electrodo hueco. En particular, el ánodo 170 está conectado a un potencial de referencia, tal como tierra, y el cátodo (platina 76) recibe impulsos negativos para la implantación de iones positivos. El electrodo hueco 170 es conectado mediante el conmutador 184 a la platina 76 o a la fuente 190 de impulsos para el electrodo hueco, dependiendo de la energía de implantación requerida. En la realización de la fig. 7, el halo 162 de platina es de un material eléctricamente aislante para permitir el aislamiento eléctrico entre la platina 76 y la cámara 120 de impurificación a partir de plasma.
La realización de la fig. 7 difiere, también, de la realización de las figs. 5 y 6 con respecto a la disposición de bombeo de vacío. En particular, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma está provista de una abertura 194 de conductancia controlada y se elimina la bomba de vacío 126 (figs. 5 y 6). La abertura 194 de conductancia controlada proporciona un flujo de gas controlado entre el volumen interno de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y la cámara de tratamiento 74. Así, la cámara 120 de impurificación a partir de plasma es bombeada para hacer el vacío en ella mediante un flujo de gas controlado a través de la abertura 194 a la bomba de vacío 142 cuando la platina 76 está herméticamente encerrada en la cámara 120 de impurificación a partir de plasma. La abertura 194 de conductancia controlada puede incluir una o más aberturas con características de flujo de gas conocidas. En una realización, las aberturas que forman la abertura 194 evitan una línea de visión directa entre el volumen interno de la cámara 120 de impurificación a partir de plasma y la cámara de tratamiento 74, para permitir el flujo de gas mientras se inhibe el paso de plasma. Por ejemplo, la abertura 194 puede estar incorporada en la práctica como un conducto de gas con un codo. En las otras realizaciones, la abertura 194 puede ser fija, puede estar abierta o cerrada o puede tener una conductancia de gas regulable. Se comprenderá que la disposición de bombeo de vacío de la fig. 7 puede utilizarse en la realización de las figs. 5 y 6. Además, la disposición de bombeo de vacío de las figs. 5 y 6 puede utilizarse en la realización de la fig. 7.
Los sistemas de impurificación a partir de plasma representados en las figs. 5-7 y descritos en lo que antecede, pueden utilizarse en el sistema de tratamiento integrado ilustrado en las figs. 2-4 y descrito anteriormente. Además, las realizaciones de las figs. 5-7 pueden utilizarse por separado o en cualquier sistema de tratamiento que tenga una vasija de vacío exterior para proporcionar bombeo de vacío de la cámara de impurificación a partir de plasma, como se ha descrito en lo que antecede. La vasija de vacío exterior puede incluir, o no, otro módulo de tratamiento.
Dentro del alcance del invento pueden utilizarse otras arquitecturas de impurificación a partir de plasma. Por ejemplo, el plasma puede ser pulsatorio o continuo. El plasma puede generarse mediante un voltaje de corriente continua, un voltaje de RF o un voltaje de microondas, cada uno de los cuales puede ser pulsatorio o continuo. Pueden utilizarse diferentes presiones del gas de tratamiento.
Debe comprenderse que dentro del alcance del presente invento, pueden llevarse a cabo varios cambios y modificaciones de las realizaciones mostradas en los dibujos descritos en la memoria. En consecuencia, se pretende que toda la materia contenida en la anterior descripción y representada en los dibujos adjuntos, se interprete en sentido ilustrativo y no en sentido limitativo. El invento solamente está limitado como se define en las siguientes reivindicaciones y en sus equivalentes.

Claims (6)

1. Un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende:
una cámara (74) de tratamiento;
un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara (120) de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara (74) de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, cuyo posicionador de oblea comprende una platina (76) para retener la oblea y un posicionador (78) de platina para situar en posición la platina (76), y en el que el módulo (110) de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo (170) posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente (132) de impulsos acoplada entre el ánodo (170) y la platina (76).
2. Aparato como se define en la reivindicación 1, caracterizado porque dicha platina (76) es desplazable entre una posición de implantación en línea de haz, una posición de impurificación a partir de plasma y una posición de transferencia de oblea.
3. Aparato como se define en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, caracterizado porque comprender, además, un controlador (150) para seleccionar el modo de implantación en línea de haz o el modo de impurificación a partir de plasma y para controlar dicho posicionador de oblea de acuerdo con el modo seleccionado.
4. Aparato como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho módulo de impurificación a partir de plasma comprende, además, un electrodo hueco (172) que rodea un espacio entre dicho ánodo y la mencionada platina.
5. Aparato como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende, además, una bomba de vacío (126) acoplada a dicha cámara de tratamiento, incluyendo además dicho módulo de impurificación a partir de plasma una abertura (194) de conductancia controlada entre el volumen interno de dicha cámara de impurificación a partir de plasma y dicha cámara de tratamiento, y una fuente (124) de gas de tratamiento acoplada a dicha cámara de impurificación a partir de plasma, en el que el volumen interno de dicha cámara de impurificación a partir de plasma es bombeado por dicha bomba de vacío a través de dicha abertura de conductancia controlada en el modo de impurificación a partir de plasma.
6. Un método de tratar una oblea de semiconductor, que comprende los pasos de:
situar en posición una oblea de semiconductor en una cámara de tratamiento (74);
proporcionar un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a dicha cámara de tratamiento, y un posicionador de oblea que comprende una platina (76) para retener dicha oblea y un posicionador (78) de platina para situar dicha platina en posición;
tratar la oblea en dicha cámara de tratamiento por implantación iónica en un modo de implantación en línea de haz, en el que el posicionador de oblea sitúa en posición la oblea en la trayectoria del haz de iones; y
proporcionar un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara de impurificación a partir de plasma que es accesible desde dicha cámara de tratamiento, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre dicho ánodo y dicha platina;
tratar la oblea en dicha cámara de impurificación a partir de plasma mediante impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, en el que el posicionador de oblea sitúa la oblea en posición en la cámara de impurificación a partir de plasma.
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