FR2521777A1 - Procede et appareil de balayage par un faisceau pour l'implantation ionique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMI-CONDUCTEURS. UN GENERATEUR DE BALAYAGE GENERE UN SIGNAL DE BALAYAGE HORIZONTAL BAL X FORME PAR UNE SUCESSION DE RAMPES POSITIVES ET NEGATIVES ALTERNEES ET DE PENTE CONSTANTE, AU MOYEN D'UN INTEGRATEUR 108 ATTAQUE PAR UN SIGNAL CARRE DE FREQUENCE VARIABLE QUI EST FOURNIPAR UN DIVISEUR DE FREQUENCE PROGRAMMABLE 104. LA DUREE DES RAMPES DU SIGNAL DETERMINE LA LONGUEUR DES LIGNES DE BALAYAGE HORIZONTAL ET ELLE EST COMMANDEE SELON UNE SEQUENCE PREDETERMINEE ENREGISTREE DANS UNE MEMOIRE MORTE 132 DE FACON A PRODUIRE N'IMPORTE QUELLE CONFIGURATION DE BALAYAGE PREDETERMINEE, NOTAMMENT UNE CONFIGURATION DE FORME GENERALE CIRCULAIRE CORRESPONDANT A LA FORME ET A LA TAILLE D'UNE TRANCHE DE SEMI-CONDUCTEUR. APPLICATION AUX APPAREILS D'IMPLANTATION IONIQUE.

Description

La présente invention concerne le balayage d'une pièce au moyen d'un

faisceau de particules chargées et elle porte plus particulièrement sur un procédé et un appareil pour effectuer un balayage d'une pièce, telle qu'une tranche de semiccnduc teur, avec un faisceau d'ions, d'une manière

très uniforme et avec un rendement très élevé.

L'implantation ionique est devenue une technique classique pour introduire des impuretés dans des tranches de semiconducteur d'une manière définie et rapide On génère un faisceau d'ions dans une source et on le dirige vers la

tranche de semiconducteur avec divers niveaux d'accélération.

On introduit les impuretés dans le volume des tranches de semiconducteur en utilisant la quantité de mouvement des ions

en tarnt que moyen pour faire pénétrer ces derniers à l'inté-

rieur du réseau cristallin de la matière semiconductrice.

L'uniformité de la concentration en impureté à la surface de la tranche de semiconducteur est d'une importance capitale dans le traitement des semiconducteurs De plus, l'un des principaux objectifs du traitement des semiconducteurs à

l'échelle industrielle est d'obtenir une capacité de traite-

ment élevée tn termes de tranches traitées par unité de temps.

Une manière de parvenir à une capacité de traite-

ment élevée consiste à traiter simultanément un certain nom-

bre de tranches, en un lot De tels appareils font intervenir de façon caractéristique un mouvement mécanique des tranches en relation avec un faisceau qui accomplit un balayage dans une dimension Cependant, les appareils de traitement par lot sont généralement grands pour pouvoir recevoir les lots et on ne les utilise généralement que pour des implantations

à dose élevée De plus, la capacité de traitement est infé-

rieure à l'optimum, à cause du temps nécessaire pour changer

manuellement les lots En outre, en cas de défaut de l'appa-

reil de traitement, un grand nombre de tranches de semiccn-

ducteur coûteuses peuvent être détruites.

Une autre technique a consisté à traiter des tran-

ches une par une et à employer une manipulation automatique

des tranches pcur améliorer la capacité de traitement.

D'une manière caractéristique, on maintient la tranche en position fixe et on soumet le faisceau d'ions à un balayage électrostatique selon une configuratien, bidimensicnnelle à la surface de la tranche Le brevet U S 4 283 631 décrit une telle configuration de balayage Des signaux de balayage d'amplitude constante sont appliqués aux plaques de déflexion x et y pour dévier le faisceau d'ions selon une configuration de Lissajcus carrée L'amplitude des signaux de balayage est réglée peur faire en sorte que la ccnfiguration carrée couvre la tranche de semiconducteur ronde (Les tranches ont de façon caractéristique un bord plat, mais on peut négliger ceci en ce qui concerne la question considérée) De plus, on donne à la configuration carrée une dimension légèrement

supérieure au diamètre de la tranche pour définir une certai-

ne valeur de dépassement de balayage Le dépassement de bala-

yage est nécessaire pour éviter des défauts d'uniformité dans le dopage de la tranche lorsque la direction du faisceau s'inverse après chaque ligne de balayage, et pour tolérer des variations du diamètre et de la position des tranches En outre, lorsque la section transversale du faisceau d'ions

augmente, on doit augmenter la valeur du dépassement de bala-

yage pour faire en sorte que le faisceau ait entièrement quitté la tranche avant que sa direction s'inverse On peut voir que le temps que met l'appareil pour balayer les coins de la configuration carrée, à l'extérieur de la périphérie de la tranche, est improductif en ce qui concerne l'implantation

ionique, et réduit la capacité de traitement de l'appareil.

Dans des appareils caractéristiques de l'art antérieur, le temps passé par l'appareil pour balayer des parties de la configuration de balayage qui sont situées à l'extérieur de la périphérie de la tranche de semiconducteur s'est élevé

jusqu'à 30 % du temps de balayage total.

Le brevet U S 4 260 897 décrit un dispositif pour réduire le temps de balayage perdu et pour limiter la

configuration de balayage à la forme générale d'un cercle.

Des éléments conducteurs semi-circulaires placés de part et d'autre de la tranche détectent le faisceau d'ions lorsqu'il

sort de la tranche et produisent une inversion de la direc-

tien de balayage Cependant, un tel dispositif augmente la complexité de l'appareil En cutre, les éléments détecteurs

sont sujets à dégradation par le faisceau d'ions et ils dci-

vent être changés pour correspondre à la taille de la tran-

che de semiconducteur qui est traitée.

L'invention a pour but général de procurer un pro-

cédé et un appareil nouveaux et perfectionnés pour balayer

une pièce avec un faisceau de particules chargées.

L'invention a également pour but de procurer un procédé et un appareil pour balayer une pièce avec un

faisceau de particules chargées selon une configuration procu-

rant un rendement élevé.

L'invention a également pour but de procurer un -procédé et un appareil pour balayer une pièce avec un faisceau de particules chargées selon une configuration très uniforme. L'invention a également pour but de procurer un procédé et un appareil pour balayer une pièce avec un faisceau de particules chargées selon une configuration qui

améliore la vitesse avec laquelle les pièces sont traitées.

L'invention a également pour but de procurer un procédé et un appareil pour balayer une pièce avec un faisceau de particules chargées selon une configuration dont

la forme correspond à la forme de la pièce.

L'invention a également pour but de procurer un procédé et un appareil pour balayer une pièce avec un faisceau de particules chargées selon une configuration dont on peut sélectionner la taille pour qu'elle corresponde à la

taille de la pièce.

Conformément à l'invention, on parvient à ces buts

et avantages, ainsi qu'à d'autres, grâce à un appareil desti-

né à balayer une pièce avec un faisceau de particules char-

gées L'appareil comprend des premiers moyens de déflexion destinés à dévier le faisceau sous l'effet d'une première tension de balayage, et des moyens qui sont connectés aux

premiers moyens de déflexien et qui génèrent la première ten-

sion de balayage La première tension de balayage comprend

des parties en rampe positive et des parties en rampe négati-

ve alternées, et des transitions entre ces parties On peut commander la durée des parties en rampe positive et en rampe négative L'appareil comprend en outre des seconds moyens de déflexion qui sont destinés à dévier le faisceau sous la dépendance d'une seconde tension de balayage, et des moyens qui sont connectés aux seconds moyens de déflexion et qui génèrent la seconde tension de balayage Les premiers et seconds moyens de déflexion dévient le faisceau dans des directions mutuellement perpendiculaires La seconde tension de balayage demeure constante pendant les parties en rampe positive et en rampe négative, et elle est incrémentée au moment des transitions entre les parties en rampe L'appareil comprend en outre des moyens destinés à commander les durées

des parties en rampe positive et en rampe négative conformé-

ment à une série de durées prédéterminées, de façon à pro-

duire une configuration de balayage dont la taille et la

forme correspondent à la taille et à la forme de la pièce.

Un autre aspect de l'invention porte sur un procédé

de balayage d'une pièce avec un faisceau de particules char-

gées, dans un appareil d'irradiation par un faisceau de par-

ticules chargées, du type comprenant des premiers moyens de déflexion et des seconds moyens de déflexion qui dévient le faisceau dans des directions mutuellement perpendiculaires sous la dépendance de tensions qui leur sont appliquées Le procédé comprend les opérations qui consistent à générer une première tension de balayage qui comprend des parties en rampe positive et des parties en rampe négative alternées, et des transitions entre ces parties, et à appliquer la première tension de balayage aux premiers moyens de déflexion On peut commander la durée des parties en rampe positive et en rampe négative Le procédé comprend en outre les opérations qui consistent à générer une seconde tension de balayage, qui demeure constante pendant les parties en rampe positive et en rampe négative, et qui est incrémentée à chacune des transitions entre les parties en rampe, et à appliquer la

seconde tension de balayage aux seconds moyens de déflexion.

Le procédé comprend en outre l'opération qui consiste à

commander les durées des parties en rampe positive et néga-

tive confcrmément à une séquence prédéterminée, de façcn à définir une configuration de balayage dont la taille et la

forme correspondent à la taille et à la forme de la pièce.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 est un schéma d'un appareil d'implan-

tation ionique;

La figure 2 est un schéma d'un appareil de balaya-

ge de faisceau conforme à l'invention; La figure 3 montre une configuration de balayage produite par l'appareil de balayage de l'invention;

La figure 4 est un schéma d'un générateur de bala-

yage conforme à l'invention; et La figure 5 montre des signaux de tension en

divers points dans le générateur de balayage de la figure 4.

Le procédé et l'appareil de balayage par un

faisceau de particules chargées qui correspondent à l'inven-

tion sont utilisés de façon caractéristique dans un appareil d'implantation ionique La figure 1 montre un exemple d'un appareil d'implantation ionique Une borne de haute tension 2 est maintenue à un potentiel élevé par rapport à la masse, par une alimentation de haute tension (non représentée) La borne 2 loge le dispositif nécessaire pour former un faisceau d'ions de l'espèce désirée Dans la pratique courante, on utilise une source de l'espèce désirée, à l'état gazeux Un gaz source produit par un dispositif d'alimentation en gaz 6 est dirigé vers une source d'ions 8 Une source d'ions 8 de type caractéristique nécessite une alimentation électrique 10 pour entretenir une décharge ionisante, un aimant de source 12 pour imposer un champ magnétique axial traversant la région de décharge et une électrode d'extraction (non représentée) pour définir la forme du champ électrique au

niveau de l'ouverture de la source 8, pour permettre d'extrai-

re effectivement un faisceau d'ions 18 bien défini et à ccu-

rant élevé Les techniques relatives aux sources d'ions sont connues de façon générale dans la technique Le faisceau

d'ions 18 qui diverge à partir de la source d'icns 8 est sou-

mis à une analyse de quantité de mouvement et il est fccali-

sé par un aimant d'analyseur 20, qui est alimenté par une

alimentation d'analyseur (ncn représentée) Le faisceau ana-

lysé traverse une ouverture de séparaticn 22 et une fente variable 24, puis il passe dans un tube d'accélératicn 26 dans lequel il rencontre un gradient de champ défini avec scin, entre la borne de haute tension 2 et le potentiel de

la masse Des éléments optiques, tels qu'une lentille qua-

drip 8 le 28, produisent un foyer spatial d'énergie dans un

plan image désiré Des plaques de balayage y 40 et des pla-

ques de balayage x 42 produisent une déflexicn électrcstati-

que qui dirige le faisceau 18 sur la surface du plan image.

Les signaux qui sont appliqués aux plaques de déflexion res-

pectives et leur synchronisation visant à former la ccnfigu-

ration de balayage désirée sent fournis par un appareil de

balayage qui est décrit en détail ci-après.

Une chambre de cible double 46 ccmprend une enve-

lcppe, des masques de définition de faisceau 48, 49 et des

cages de Faraday 50, 51, destinées au contrele du faisceau.

Des dispositifs de manipulation automatique de tranches 52, 54 introduisent des tranches de semiconducteur, une par une, dans le système à vide, aux positions de cible respectives 56, 58, ils alignent les tranches avec le plan de cible,

ils assurent le refroidissement des tranches pendant l'im-

plantation, et ils extraient les tranches du système à vide lorsque l'implantation est terminée Les positions de cible

56, 58 sont de façon caractéristique décalées horizcntale-

ment de part et d'autre de l'axe longitudinal 60 du faisceau 18 non dévié, de façon à nécessiter une déviation du faisceau d'environ * 7 e par rapport à l'axe longitudinal pour balayer les positions de cible 56, 58 Un élément d'absorption de

faisceau 62 est placé sur l'axe longitudinal 60 dans la cham-

bre de cible 46 et il intercepte la partie neutre du faisceau d'ions 18 lorsque le faisceau 18 est dirigé vers l'une des positions de cible 56, 58 Lorsque aucune des positions de cible 56, 58 n'est balayée, le faisceau de particules chargées est dirigé vers l'élément d'absorpticn de faisceau 62. Bien que l'appareil de pompage destiné à faire le vide et l'enveloppe à vide ne scient pas représentés, on comprend évidemment que la totalité de la région traversée par le faisceau est maintenue dans une condition de vide poussé. La figure 2 montre l'appareil de balayage de faisceau de l'invention Le faisceau d'ions 18 balaie les positions de cible 56, 58 sous l'effet de l'application de tensions appropriées aux plaques de balayage y 40 et aux plaques de balayage x 42 Bien que la figure 2 montre le faisceau d'ions 18 irradiant les deux positions de cible 56, 58, on comprend évidemment qu'à un instant quelconque, le faisceau d'ions 18 n'est dirigé que vers une seule des positions de cible 56, 58 Un générateur de balayage 64, décrit ci-après, génère des signaux de balayage de basse tension BAL Y, BAL X, qui déterminent la configuration de balayage, et ces signaux sont appliqués à un dispositif amplificateur de balayage 66 Le dispositif amplificateur de balayage 66 convertit le signal de balayage BAL Y en tensions de déflexion verticale Yl, Y 2, de même amplitude et de polarité opposée, qui sont appliquées aux plaques de

balayage y 40 et qui dévient verticalement le faisceau 18.

Le dispositif amplificateur de balayage 66 convertit le

signal de balayage BAL X en tensions de déflexion horizonta-

le Xl, X 2, de même amplitude et de polarité opposée, qui sont appliquées aux plaques de balayage x 42 et qui dévient horizontalement le faisceau 18 Le faisceau d'ions 18 est dévié vers la position de cible 56 ou 58 en additionnant une

tension continue positive ou négative aux tensions de défle-

xion horitontale Xl, X 2, sous l'effet d'un signal SELECTION DE POSITION DE CIBLE Le faisceau d'ions 18 est dirigé vers l'élément d'absorption de faisceau 62 sous l'effet d'un signal FENETRE DE FAISCEAU, auquel cas aucune tension de

décalage n'est additionnée aux tensions de déflexion horizon-

tale Xl, X 2 Les techniques pour construire des dispositifs

amplificateurs de balayage sont de façon générale des tech-

niaues connues.

La figure 3 montre un exemple d'un configuration de balayage de faisceau que produisent le procédé et l'appareil de l'invention Une tranche de semiconducteur 70 à balayer est représentée par un cercle ayant un rayon r En partant à un point A au sommet de la tranche 70, le faisceau d'icns effectue un balayage horizontal vers la droite en traversant la tranche 70 Une fois que le faisceau a dépassé le bord droit de la tranche 70, il est déplacé d'un pas vers le bas,

sur une, distance de pas vertical Ay et il effectue un balaya-

ge horizontal vers la gauche en traversant la tranche 70 Le faisceau est à nouveau déplacé d'un pas vers le bas sur la distance A y, puis il effectue un balayage horizontal vers la droite Le processus se répète jusqu'à ce que le faisceau 18 atteigne un point B et que la tranche 70 ait été complètement balayée La configuration de balayage est caractérisée de la manière suivante Le balayage horizontal vers la gauche et

vers la droite est accompli de préférence à une vitesse cons-

tante dans les deux directions, pour assurer une dose d'impu-

reté uniforme Selon une variante, on peut faire varier la vitesse de balayage pour compenser des variations de l'angle d'incidence du faisceau sur la cible, comme il est décrit

dans le brevet U S 4 283 631 Une ligne de balayage hori-

zontal N a une longueur Ln Les longueurs Ln des lignes de balayage horizontal varient de façon à correspondre à la dimension horizontale de la tranche 70 au niveau vertical auquel le balayage a lieu La longueur Ln est légèrement supérieure à la dimension horizontale de la tranche 70 pour faire en sorte que l'inversion du sens de balayage du

faisceau ait lieu à l'extérieur de la périphérie de la tran-

che 70 La demi-largeur xn de la tranche 70 au niveau d'une

ligne de balayage horizontal N peut s'exprimer par la rela-

tion: Xn 2 2 y '3 ' ( 1) dans laquelle yn est la position verticale de la ligne de balayage horizontal N (voir la figure 3) On peut exprimer la longueur L par la relation Ln = 2 xn + 2 Ax ( 2) dans laquelle A x est la valeur du dépassement de balayage, et: Ln = 2 lr _yn 2 l + 2 Ax ( 3) Ainsi, pour une tranche 70 de diamètre donné et pour un

dépassement de balayage ix donné, on peut déterminer la lcn-

gueur Ln de chaque ligne de balayage horizontal Si on le désire, le dépassement de balayage Zx peut être variable, mais on doit le réduire au minimum Une vitesse de balayage

horizontal caractéristique est d'environ 1 k Hz I 1 est pré-

férable que la distance de pas vertical Ay après chaque ligne

de balayage horizontal demeure la même sur tcute la ccnfigura-

ticn de balayage, afin d'assurer un écartement unifcrme des lignes de balayage et une dose d'impureté uniforme sur la surface de la tranche 70 La distance de pas vertical ûy est

de façon caractéristique égale au rayon de la section trans-

versale du faisceau d'ions Ainsi, le faisceau effectue un balayage selon une configuration ayant une forme générale

circulaire et ayant un degré d'uniformité élevé.

On notera que la configuration qui est représentée sur la figure 3 peut être balayée du bas vers le haut aussi bien que du haut vers le bas De plus, on peut faire tcurner la configuration de 90 et effectuer le balayage en utilisant

des lignes de balayage verticales En outre, il est fréquem-

ment désirable de reproduire plusieurs fois la configuraticn de balayage pour obtenir une dose donnée et une plus grande uniformité Lorsqu'cn reproduit la configuration de balayage,

cn effectue un balayage de la configuraticn dans une direc-

tion (par exemple du haut vers le bas), puis on inverse la direction et on balaie la configuration dans la direction

opposée (du bas vers le haut) Chaque configuration de bala-

yage successive peut être décalée verticalement par rapport

à la configuration précédente d'une distance = L, en dési-

P gnant par p le nombre de balayages de la ccnfiguraticn Cet

entrelacement de ccnfiguraticns successives garantit l'cbten-

ticn d'une dose d'impureté très uniforme.

Le générateur de balayage 64 est représenté scus la

forme d'un schéma synoptique détaillé sur la figure 4 Le cir-

cuit de la figure 4 produit la configuration de balayage représentée sur la figure 3 et décrite ci-dessus sous la fcrme de signaux de balayage BAL Y, BAL X Le générateur de balayage 64 comprend un générateur de signal BAL X, partant

la référence 100 Un circuit d'hcrlcge 102 ccmpcrte une scr-

tie qui est connectée à un diviseur de fréquence prcgramma- ble 104 Le diviseur 104 produit une fréquence de sortie f

qui est appliquée à un circuit de rétablissement de ccmpc-

sante continue, 106, et il produit également une fréquence de sortie 2 f Le diviseur 104 comporte en cutre des entrées de

ccmmarnde Un intégrateur 108 est connecté à la sortie du cir-

cuit de rétablissement de composante continue 106 et il four-

nit sur sa sortie le signal de balayage BAL X L'intégrateur

108 comprend un amplificateur à gain élevé 109, avec un ccn-

densateur C branché entre l'entrée et la sortie, en tant qu'élément de réaction, et une résistance R branchée en série

avec l'entrée Le générateur de balayage 64 comprend égale-

ment un générateur de signal BAL Y, portant la référence 110.

Un compteur vertical 112 comporte une entrée d'horloge con-

nectée de façon à recevoir la fréquence de sortie 2 f du divi-

seur 104, et il comporte des sorties connectées à des entrées numériques d'un convertisseur numérique-analogique 114 Un

additionneur de tension 116 est connecté à la sortie analogi-

que du convertisseur 116 et il produit sur sa sortie le signal de balayage BAL Y L'additionneur 116 reçoit également une ternsion d'entrée DECALAGE Le compteur vertical 112 reçoit un

signal de commande de sens de comptage 118, un signal de vali-

dation de prépositionnement 120 et des dcnnées de préposi-

ticnnement 122 provenant d'un circuit de commande de compteur 124 Le circuit de commande de compteur 124 reçoit des

signaux d'entrée DEMARRAGE et TAILLE DE TRANCHE qui provien-

nent d'un panneau de commande d'opérateur ou d'un ordinateur,

et il fournit un signal de sortie TERMINE Le circuit de com-

marnde de compteur 124 reçoit également un signal d'inversion 126 qui indique que le sens de comptage doit être inversé Le

générateur de-balayage 64 comprend en outre des mcyens de ccm-

mande de diviseur 130 Une mémcire mcrte 132 reçoit des signaux d'entrée d'adresse à partir des sorties du compteur vertical 112, et des entrées TAILLE DE TRANCHE L'un des signaux de sortie de la mémoire morte 132 est le signal d'inversion 126 qui est appliqué au circuit de commande de compteur 124 Les signaux de sortie restants de la mémoire morte 132 sont appliqués par l'intermédiaire d'un réseau de bascules 134 aux entrées de commande du diviseur de fréquen-

ce programmable 104 Un multivibrateur monostable 136 com-

porte une sortie qui est connectée à l'entrée de transfert de données du réseau de bascules 134, et une entrée qui est connectée de façon à recevoir la fréquence de sortie 2 f du

diviseur 104.

On décrira le fonctionnement du générateur de balayage 64 représenté sur la figure 4 en se référant aux signaux de tension qui sont représentés sur la figure 5 Les tensions sont tracées en fonction du temps et les valeurs de tension alignées verticalement apparaissent simultanément Le circuit d'horloge 102, qui est de préférence une horloge à

quartz, produit un signal de sortie de fréquence constante.

Le diviseur de fréquence programmable 104 réduit la fréquence

d'horloge pour donner un signal de sortie carré à la fréquen-

ce f, comme le montre la figure 5 Le rapport entre la fré-

quence d'horloge et la fréquence de sortie f dépend de l'état des signaux d'entrée de commande qui proviennent du réseau de

bascules 134 Il existe des diviseurs de fréquence programma-

bles disponibles dans le commerce sous la forme de circuits intégrés, comme ceux du type CD 4089 BM, vendus par National Semiconductor Corporation Le signal de fréquence de sortie f du diviseur 104 est de façon caractéristique un signal logique, et il est converti en un signal à valeur moyenne nulle par le circuit de rétablissement de composante continue 106, comme il est représenté sur la figure 5 Le signal de sortie carré du circuit de rétablissement de composante contdnue 106 alterne entre une tension positive +VR et une tension négative -VR ayant des valeurs absolues égales La valeur absolue du signal de sortie du circuit de rétablissement de

composante continue 106 demeure constante du fait de l'ampli-

tude de sortie fixe du diviseur 104, tandis que la fréquence f est variable Les circuits de rétablissement de composante

continue sont connus de façon générale dans la technique.

Le signal de sortie carré du circuit de rétablisse-

ment de composante continue 106 est converti par l'intégra-

teur 108 en une série de tensions en rampe positive et en

rampe négative alternées, constituant ce qu'cn appelle ccu-

ramment une onde triangulaire (voir le signal BAL X sur la figure 5) Lorsque l'intégrateur 108 reçoit une tension d'entrée constante, son signal de sortie est donné par la relation: -V.t BAL X (t), RC ( 4) RC dans laquelle: V = tension d'entrée constante RC = ccnstante de temps de l'intégrateur Le signal d'entrée de l'intégrateur 108 alterne entre +VR et -VR à la fréquence f On a donc: -V Rt BAL X (t) -RC quand Vi = +VR +V t BAL X (t) = RC quand Vi = -VR Les expressions ci-dessus représentent un signal ayant des tensions en rampe positive et en rampe négative alternées, avec des pentes, ou des vitesses de variation,ayant des polarités opposées et, ce qui est important, des valeurs absolues égales (VR/RC) Grâce à ceci, le balayage du faisceau d'ions s'effectue toujours à une vitesse constante, et la dose d'impureté implantée est la même dans les deux

directions de balayage.

La longueur L de chaque ligne de balayage hori-

n zontal est déterminée par l'amplitude crête à crête du signal BAL X, et on peut l'exprimer par la relation:

L = K (BAL X) ( 5)

n occ dans laquelle K = constante Lorsque le signal BAL X est une tension en rampe de pente constante, l'amplitude crête à crête de BAL X dépend de la durée de la rampe La durée de chaque rampe est donnée par: to = 2 () , ( 6) et en reportant t et VR dans l'équation ( 4), on obtient: VO BAL Xcc = 2 f RC c-c 2 f RC ( 7) et d'après l'équation ( 5), cn a: KVR Ln 2 f RC ( 8) n

On voit que Ln varie en fonction inverse de la fréquence f.

On peut donc commander la longueur L et la forme de la -

n configuration de balayage en faisant varier la fréquence f que fournit le diviseur de fréquence programmable 104 Plus particulièrement, cn peut faire varier fa fréquence f de façon à obtenir la configuration de balayage circulaire qui est représentée sur la figure 3 La résolution de l'équation ( 8) par rapport à f donne: KVR f 2 L RC n Du fait qu'on connaet, d'après l'équation ( 3),la longueur L n de chaque ligne de balayage horizontal, on peut calculer par l'équation ( 9) la fréquence f qui est nécessaire pour chaque ligne de balayage Les lignes de balayage horizontal courtes au sommqt et au bas du cercle correspondent à des fréquences f relativement élevées, tandis que les lignes de balayage horizontal plus longues dans la partie médiane du cercle

correspondent à des fréquences f relativement basses En con-

sidérant à nouveau la figure 5, on voit que la fréquence f diminue jusqu'à l'instant t et que l'amplitude crête à crête c

du signal BAL X augmente après l'instant t.

c

Les données TAILLE DE TRANCHE sont appliquées ini- tialement au générateur de balayage 64 de façon à déterminer la dimension

de la configuration de balayage à établir Le circuit de commande de compteur 124 convertit les données

TAILLE DE TRANCHE en données de prépositicnnement 122 confor-

mément à une conversion prédéterminée qui détermine l'état initial du compteur vertical 112 Le compteur vertical peut être constitué par un cu plusieurs circuits intégrés du type compteur réversible synchrone Lorsque le circuit de commande de compteur 124 reçoit le signal DEMARRAGE, le signal de validation de prépcsiticnnement 120 provoque le chargement

des données de prépcsiticnnement 122 dans le compteur verti-

cal 112 Le convertisseur numérique-analogique 114 convertit ce compte initial en une tension BAL Y qui positionne le

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faisceau d'ions près du bord de la tranche de semiccnduc-

teur (point A sur la figure 3) Des ccnvertisseurs analogi-

que-numérique appropriés existent dans le commerce On voit clairement que le compte initial est plus grand pour de grandes tranches et plus petit pour de petites tranches Le circuit de commande de compteur 124 produit également le

signal de commande de sens de comptage 118 qui valide ini-

tialement le compteur vertical 112 pour le comptage en sens décroissant Le ccmpteur vertical 112 est ensuite décrémenté à la fréquence 2 f, qui est le double de la fréquence f du signal carré qui est appliqué à l'intégrateur 108 Du fait que chaque demi-cycle du signal carré correspond à une ligne de balayage horizontal, le compte présent dans le compteur

vertical 112 est modifié à la fin de chaque ligne de balaya-

ge horizontal Par exemple, sur la figure 5, le compteur ver-

tical 112 change d'état chaque fois que le signal à la fré-

quence 2 f passe à l'état bas, ce qui correspond aux points de transition du signal BAL X Le compte modifié préseht dans

le compteur vertical 112 est ensuite converti par le ccnver-

tisseur 114 en une tension analogique qui change par incré-

ments égaux (voir le signal BAL Y sur la figure 5) En outre, les incréments appliqués au signal BAL Y sont synchronisés de façon à correspondre aux transitions du signal BAL X entre une rampe positive et une rampe négative Du fait que les

incréments du signal BAL Y sont égaux, les lignes de balaya-

ge horizontal successives ont toujours un écartement égal.

Ceci assure donc une implantation uniforme d'impuretés.

Lorsque le balayage a progressé jusqu'au centre de la tranche de semiconducteur 70, le compteur vertical 112 atteint le compte de zérc, puis il poursuit en comptant de façon négative La tension BAL Y continue de diminuer par

incréments égaux à la fin de chaque ligne de balayage hori-

zontal Lorsque le faisceau d'ions a balayé la dernière ligne au bas de la tranche, le signal d'inversion 126 est

reçu à partir de la mémoire morte 132, comme décrit ci-après.

Le circuit de commande de compteur 124 change l'état du

signal de commande de sens de comptage 118 Le compteur ver-

tical 112 compte maintenant en sens croissant à la fréquence 2 f et le signal BAL Y augmente par incréments égaux Ainsi, le balayage de la tranche est répété, mais dans la direction inverse Lorsque le faisceau d'ions a balayé la dernière ligne au sommet de la tranche, le compteur 112 est à nouveau inversé et le balayage se répète dans la direction opposée. Après l'achèvement d'un nombre déterminé de configurations de balayage, le circuit de commande de compteur 124 produit

* le signal TERMINE, et le traitement est arrêté.

L'additionneur de tension 116 additionne la tension

DECALAGE au signal de sortie du convertisseur 114 pour prc-

duire un entrelacement entre les configurations de balayage,

comme décrit ci-dessus L'additionneur 116 peut être un sim-

ple amplificateur de sommation La tension DECALAGE est

incrémentée par pas égaux à l'achèvement de chaque configura-

ticn de balayage, ce qui produit un décalage du signal BAL Y. L'information qui est enregistrée dans la mémoire morte 132 commande la fréquence f que fournit le diviseur 104

et la longueur correspondante Ln des lignes de balayage hori-

zontal A chaque ligne de balayage horizontal de la configu-

ration de balayage, est associé un mot de données correspon-

dant,enregistré dans la mémoire morte 132 Par exemple, lorsque la configuration de balayage comprend 256 lignes de balayage horizontal, 256 mots de données, qui spécifient la fréquence f du diviseur 104 pour chaque ligne de balayage, sont enregistrés dans la mémoire morte 132 La mémoire morte 132 est adressée par le signal TAILLE DE TRANCHE, qui est

décrit ci-après, et par les signaux de sortie du compteur ver-

tical 112 Lorsque le compteur 112 fait avancer verticalement le faisceau d'ions sur la tranche, vers le haut ou vers le bas, comme décrit cidessus, des mots de données successifs sont adressés dans la mémoire morte 132 et ces mots de données

sont appliqués au diviseur 104 de façon à commander la fré-

quence f pour chaque ligne de balayage horizontal Les fré-

quences appropriées pour décrire une configuration de balayage circulaire sont déterminées à pactir des équations ( 3) et ( 9) ci-dessus. Un certain nombre de lignes de balayage horizontal

est associé à chaque taille de tranche à traiter par l'appa-

reil De plus, à chaque taille de tranche est asscciée une

séquence de longueurs Ln des lignes de balayage hcrizcntal.

En sélectionnant la mémoire mcrte 132 de façon qu'elle ait

la capacité appropriée, on peut enregistrer dans cette mémci-

re les dcnnées concernant toutes les tailles de tranche possibles Par exemple, on peut enregistrer les dcnnées correspondant à une tranche de 7, 6 cm dans une région ccrrespcndant aux positions O à 255, on peut enregistrer les données correspondant à une tranche de 10,2 cm dans une autre région correspondant aux positions 256 à 511, et ainsi de suite Dans un mode de réalisation préféré, la mémoire morte 132 enregistre à la fois des configurations circulaire et carrée pour chaque taille de tranche à traiter On utilise la configuration carrée pendant la mise au point et l'alignement

de l'appareil, tandis qu'on utilise la configuration circu-

laire pour l'implantation normale de tranches Le signal d'entrée TAILLE DE TRANCHE adresse la région désirée de la mémoire morte 132, tandis que le compteur vertical 112 adresse des mots de données particuliers dans la région La mémoire morte 132 peut être une mémoire morte programmable effaçable du type 2708, contenant 2048 mots de 8 bits La

mémoire 2708 est vendue par National Semiconductor Corpora-

tion. L'homme de l'art notera qu'on peut réduire la capacité de la mémoire morte 132 en donnant la même longueur

Ln à plusieurs lignes de balayage horizontal successives.

Chaque groupe de lignes de balayage successives ayant la melme longueur Ln est représenté par un seul mot de données dans la mémoire morte 132 Ainsi, si on effectue le balayage de la configuration de balayage avec des groupes de quatre lignes de balayage de longueur égale Lni on peut réduire la

capacité de la mémoire morte 132 dans un rapport de quatre.

Il se produit cependant un certain dépassement de balayage

supplémentaire non désiré.

Un bit de chaque mot de données contenu dans la mémoire morte 132 est réservé pour le signal d'inversion 126 Ce bit ne devient actif qu'après l'achèvement de la

dernière ligne de balayage au sommet ou au bas de la tranche.

Le signal d'inversion 126 indique qu'une configuration de balayage a été achevée et que la direction du balayage doit

être inversée.

Bien que le générateur de balayage 64 représenté sur la figure 4 ait été décrit en relation avec la généra- tion d'une configuration de balayage circulaire, on peut

générer des configurations de balayage de forme arbitraire.

La forme de la configuration de balayage résultante est déterminée par les mots de données contenus dans la mémoire morte 132, qui correspondent aux longueurs L de chaque n ligne de balayage horizontal Le générateur de balayage 64

peut ainsi générer des configurations carrées ou triangulai-

res, par un choix approprié des mots de données contenus

dans la mémoire morte 132.

Le réseau de bascules 134 et le multivibrateur

monostable 136 sont destinés à faire en sorte que le divi-

seur de fréquence programmable 104 change la fréquence f au centre de la ligne de balayage horizontal, au point auquel le signal BAL X passe par zéro volt Grâce à ceci, le signal de sortie de l'intégrateur 108 demeure symétrique par rapport à zéro volt, et la configuration de balayage demeure centrée

sur la tranche.

Le réseau de bascules 134 transfère les données de ses entrées vers ses sorties à l'instant auquel une impulsion est reçue à partir du multivibrateur monostable 136 dans l'exemple considéré, le compteur vertical 112 change d'état sur le front de sens négatif du signal de fréquence 2 f, à un

instant qui correspond à la fin de chaque ligne de balayage.

Le multivibrateur monostable 136 est branché de façon à se

déclencher sur le front de sens positif du signal de fréquen-

ce 2 f (voir la figure 5) Selon une variante, le compteur vertical 112 peut être branché de façon à changer d'état sur le front de sens positif du signal de fréquence 2 f, auquel cas le multivibrateur monostable 136 est déclenché sur le front de sens négatif du signal de fréquence 2 f Du fait que le signal de sortie de fréquence 2 f du diviseur est un signal carré, le multivibrateur monostable 136 est déclenché au

moment o le faisceau d'ions passe par le centre de la tran-

che A ce moment, le diviseur 104 reçoit de nouvelles données de commande à partir du réseau de bascules 134 et il

passe à une nouvelle fréquence f La figure 5 montre le chan-

gement de la fréquence f à l'instant t c On notera que le multivibrateur monostable 136 produit une impulsion chaque

fois que le signal BAL X passe par zéro volt.

L'invention procure ainsi un procédé et un appa-

reil pour balayer une pièce avec un faisceau d'ions selon

une configuration prédéterminée L'appareil convient parti-

culièrement bien au balayage d'une configuration circulaire correspondant à la taille et à la forme d'une tranche de semiconducteur La configuration circulaire réduit le temps correspondant au dépassement de balayage et améliore la

capacité de traitement de l'appareil En outre, en établis-

sant une vitesse de balayage constante et un écartement égal entre les lignes de balayage indépendamment de la taille de la tranche qui est balayée, l'appareil fait en sorte que la

tranche reçoive une dose d'impureté très uniforme.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits et

représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1 Appareil de balayage d'une pièce ( 70) par un faisceau de particules chargées, caractérisé en ce qu'il comprend: des premiers moyens de déflexion ( 42) destinés à dévier le faisceau sous la dépendance d'une première tension de balayage (BAL X); des seconds moyens de déflexion ( 40)

destinés à dévier le faisceau sous la dépendance d'une secon-

de tension de balayage (BAL Y), les premiers et seconds moyens de déflexion déviant le faisceau dans des directions

mutuellement perpendiculaires; des premiers moyens de géné-

ration ( 100) qui sont connectés aux premiers moyens de

déflexion ( 42) et qui génèrent la première tension de balaya-

ge comprenant des parties en rampe positive et des parties en rampe négative alternées, ainsi que des transitions entre elles, ces parties en rampe positive et en rampe négative étant soumises à une commande de durée; des seconds moyens de génération ( 110) qui sont connectés aux seconds moyens de déflexion ( 40) et qui génèrent la seconde tension de balayage, qui demeure constante pendant les parties en rampe positive et

en rampe négative et qui est incrémentée au moment des transi-

tions entre les parties en rampe; et des moyens de commande ( 130) qui sont destinés à commander les durées des parties en rampe positive et en rampe négative conftrmément à une série de durées prédéterminées, afin de produire une configuration de balayage dont la taille et la forme correspondent à la

taille et à la forme de la pièce ( 70).

2 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de génération ( 110) comprennent des moyens

( 112, 114) destinés à incrémenter la seconde tension de bala-

yage (BAL Y) par incréments égaux au moment des transitions.

3 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties en rampe positive et en rampe négative alternées ont des vitesses de variation constantes et ont des vitesses

de variation de même valeur absolue.

4 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers moyens de génération ( 100) comprennent des moyens intégrateurs ( 108) qui sont destinés à convertir une tension carrée d'amplitude constante pour donner les parties en rampe positive et en rampe négative alternées, cette ten-

sion carrée faisant l'objet d'une commande de fréquence.

Appareil de balayage par un faisceau de particu- les chargées selon la revendication 4, caractérisé en ce que

les premiers moyens de génération ( 100) comprennent une sour-

ce de fréquence ( 102, 104) qui est destinée à générer la ten-

sion carrée.

6 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 5, caractérisé en ce que

la source de fréquence comprend un diviseur de fréquence pro-

grammable ( 104) qui est destiné à commander la fréquence de la tension carrée sous la dépendance de données de commande

fournies par les moyens de commande ( 130).

7 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 6, caractérisé en ce que

les moyens de commande ( 130) comprennent des moyens d'enre-

gistrement ( 132) qui sont destinés à enregistrer les données

de commande.

8 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement ( 132) enregistrent des données de commande qui correspondent à une configuration de balayage de

forme générale circulaire.

9 Appareil de balayage par un faisceau de particu-

les chargées selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement ( 132) enregistrent des données de commande qui correspondent à un ensemble de configurations de

balayage différentes.

Appareil de balayage d'une pièce ( 70) par un faisceau d'ions, dans une installation d'implantation ionique, caractérisé en ce qu'il comprend: des premiers moyens de déflexion ( 42) qui dévient le faisceau sous la dépendance d'une première tension de balayage (BAL X), des seconds moyens de déflexion ( 40) qui dévient le faisceau sous la dépendance d'une seconde tension de balayage (BAL Y), les premiers et seconds moyens de déflexion déviant le faisceau dans des directions mutuellement perpendiculaires; une source de fréquence ( 102, 104) qui génère une tension carrée dont on peut commander la fréquence; des moyens intégrateurs ( 108) qui convertissent la tension carrée pour donner

la première tension de balayage (BAL X), comportant des par-

ties en rampe positive et des parties en rampe négative alternées, chacune d'elles agissant sur le faisceau de façon qu'il balaie la pièce pendant une durée qui correspond à la fréquence de la tension carrée; des moyens à compteur ( 112) qui enregistrent un nombre qui détermine la déflexion du faisceau par les seconds moyens de déflexion ( 40), ce nombre demeurant constant pendant les parties en rampe et étant modifié à l'achèvement de chaque partie en rampe; des

moyens de conversion numérique-analogique ( 114) qui conver-

tissent le nombre enregistré dans les moyens à compteur ( 112) pour donner la seconde tension de balayage (BAL Y); et des moyens d'enregistrement ( 132) qui sont adressés par les moyens à compteur ( 112) et qui commandent la fréquence de la source de fréquence ( 102, 104) conformément à une séquence

prédéterminée, de façon à produire une configuration de bala-

yage dont la taille et la forme correspondent à la taille et

à la forme de la pièce ( 70).

11 Appareil de balayage par un faisceau d'ions selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source de fréquence ( 102, 104) génère une tension carrée d'amplitude constante, grâce à quoi les parties en rampe ont des vitesses de variation constantes et ont des vitesses de variation de

valeur absolue égale.

12 Appareil de balayage par un faisceau d'ions selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens à compteur ( 112) sont modifiés d'une unité à l'achèvement de chaque partie en rampe, grâce à quoi la seconde tension de

balayage (BAL Y) est modifiée par incréments égaux.

13 Appareil de balayage par un faisceau d'ions selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement ( 132) commandent la fréquence de la source

de fréquence ( 102, 104) de façon à produire une configura-

tion de balayage de forme générale circulaire.

14 Appareil de balayage par faisceau d'ions selon

la revendication 13, caractérisé en ce que la source de fré-

quence comprend un diviseur de fréquence programmable ( 104) qui est destiné à commander la fréquence de la tension carrée sous la dépendance de données de commande fournies par les

moyens d'enregistrement ( 132).

Appareil de balayage par un faisceau d'ions i O selon la revepdication 14, caractérisé en ce qu'il comprend

en outre des moyens de temporisation ( 136, 134) qui transfè-

rent les données de commande des moyens d'enregistrement ( 132) vers le diviseur de fréquence programmable ( 104) au

moment des passages par zéro de la première tension de bala-

yage (BAL X).

16 Appareil de balayage par un faisceau d'ions selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens

d'enregistrement ( 132) enregistrent des données qui corres-

pondent à un ensemble de configurations de balayage diffé-

rentes.

17 Procédé de balayage d'une pièce ( 70) par un faisceau de particules chargées, dans le cadre d'un appareil d'irradiation par un faisceau de particules chargées, du type comprenant des premiers moyens de déflexion ( 42) et des seconds moyens de déflexion ( 40) qui dévient le faisceau dans des directions mutuellement perpendiculaires, sous la dépendance de tensions qui leur sont appliquées, caractérisé en ce que: on génère une première tension de balayage

(BAL X) qui comprend des parties en rampe positive et des par-

ties en rampe négative alternées, et des transitions entre elles, ces parties en rampe positive et en rampe négative

faisant l'objet d'une commande de durée; on applique la pre-

mière tension de balayage aux premiers moyens de déflexion ( 42); on génère une seconde tension de balayage (BAL Y) qui demeure constante pendant les parties en rampe positive et

en rampe négative et qui est incrémentée à chacune des tran-

sitions entre les parties en rampe; on applique la seconde tension de balayage aux seconds moyens de déflexion ( 40); et on commande les durées des parties en rampe positive et en rampe négative conformément à une séquence prédéterminée, afin de produire une configuration de balayage dont la taille et la forme correspondent à la taille et à la forme de la pièce ( 70).

18 Procédé de balayage par un faisceau de parti-

cules chargées selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on génère la première tension de balayage (BAL X) de

façon que les parties en rampe aient des vitesses de varia-

tion constantes et aient des vitesses de variation de valeur

absolue égale.

19 Procédé de balayage par un faisceau de parti-

cules chargées selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'on incrémente la seconde tension de balayage (BAL Y) par incréments égaux à chacune des transitions entre les parties

en rampe.