Brevet FR2537777A1 — publié le 19840615

La présente invention a pour objet un procé- dé et un dispositif d'implantation de particules dans un solide Elle trouve notamment son application dans le dopage des semiconducteurs en particulier pour la réalisationde transistors MOS et pour la réalisation de résistance de faibles valeurs dans les circuits bi- polaires. Une méthode d'implantation de particules dans un solide, connue de l'homme de l'art, est l'im- plantation ionique Dans cette méthode, on crée dans une source d'ions les ions de l'espèce que l'on désire implanter dans le solide On forme ensuite un faisceau de ces ions que l'on accélère pour leur communiquer l'énergie suffisante pourpénétrer dans le solide. Un inconvénient important de cette méthode réside dans le fait qu'il est difficile d'obtenir un faisceau d'ions pur, c'est-à-dire un faisceau d'ions ne contenant que les ions à implanter dans le solide. En effet la source d'ions, qui produit des ions par exemple de manière classique par une décharge électri- que dans un gaz, produit indifféremment les ions de l'espèce que l'on désire implanter dans le solide et d'autres Ions Il est aldrs nécessaire d'effectuer un tri des ions produits pour n'accélérer que ceux que l'on désire implanter dans le solide. Un procédé connu dérivé de l'implantation ionique est l'implantation par recul Dans cette mé- thode, on recouvre le solide d'une mince couche de l'élément que l'on désire y implanter Un faisceau de particules primaires énergétiques, par exemple des ions argon, est ensuite dirigé vers ce solide Ces particules primaires énergétiques heurtent les atomes de la couche mince et leur transfèrent ainsi leur énergie, ce qui permet aux atomes de la couche mince de pénétrer dans le solide. Cette méthode d'implantation par recul est limitée principalement par l'érosion ionique de la couche mince déposée sur le solide à mesure que l'im- plantation se déroule La disparition de cette couche limite les doses de particules que l'on peut implanter dans le solide. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients en remplaçant dans la méthode d'implantation par recul la couche mzince, de particules à implanter par un gaz de particules à im- planter situé en regard du solide. De façon plus précise l'invention a pour objet un procédé_d'implantation de particules dans un solide dans lequel on crée unfaisceausens Ulsmentparalnbede particules énergétiques At on place sur le chemin de ce faideau snsiblement paral de particules énergétques A des particules B qui, par interaction avec les particules énergétiques A, sont projetées vers la cible avec une énergie suffisante pour y pénétrer, qui se caractérise en ce que les particules B sont à l'état gazeux, ce gaz occupant une zone située en regard de la cible. Selon une variante préférée, la direction du faisceausensilementparalèledeparticules énergétiques A est à peu près perpendiculaire à la surface de la cible. Selon une caractéristique secondaire, les particules A sont électriquement chargées. Selon une autre caractéristique secondaire, les particules B sont électriquement neutres. L'invention a également pour objet un dispo- sitif d'implantation de particules dans un solide com- prenant dans une enceinte sous vide un support de ci- ble, une cible solide, caractérisé en ce qu'il com- prend en outre une source de particules énergétiques A délivrant unfaisceausensiblementparàll Uedeparticuies énergé- tiques A, une source de particules B à implanter, un 2537777, moyen de confinement des particules B communiquant avec la source de particules B, comportant une ouver- ture primaire pour recevoir Jefaisceausensiblementparall 1 ede particules énergétiques-A et une ouverture secondaire pour permettre aux particules B de recul d'atteindre la cible. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de confinement est de forme générale, cylindri- que, de génératrices parallèles à la direction du fai Lceausensibkementparal Iledepadicu E S nergtiues- A et il comprend un appendice formant réceptacle de la source de particules B. Selon une caractéristique secondaire, le moyen de confinement comprend un moyen de chauffage du gaz de particules B. Selon une autre caractéristique secondaire, le moyen de confinement est muni de moyens de refroi- dissement pour condenser le gaz de particules B. Selon une autre caractéristique secondaire, le moyen de confinement est muni d'un multicollimateur entre l'ouverture primaire et la zone o règne le gaz de particules B et d'un autre multicollimateur entre cette zone et l'ouverture secondaire. Selon une autre'caractéristique secondaire; les deux multicollimateurs sont alignés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limita- tif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 2 représente une coupe transversale d'un multicollimateur; la figure 3 représente un mode de réalisation parti- culier du moyen de confinement. 2537777 i La figure 1 représente un dispositif d'im- plantation de particules dans un solide selon l'inven- tion Les différents éléments du dispositif sont placés dans une enceinte 2 sous vide Cette enceinte 2 comprend un support de cible 4 sur lequel a été fixée une cible 6 qui constitue le solide dans lequel on désire implanter des particules Elle comprend égale- ment une source 8 de particules énergétiques A déli- vrant un faisceausensr ementparale Il departicus énergéti- ques A La source 8 de particules énergétiques A com- prend une source de particules A et un moyen d'accélé- ration de ces particules Cette source 8 de particules énergétiques A a été représentée sur la figure 1 dans l'enceinte 2 Il est bien entendu que cette source 8 de particules énergétiques A peut aussi se trouver dans une autre enceinte que l'enceinte 2 communiquant par un orifice avec cette enceinte 2. Le dispositif comprend en outre une source de particules B à implanter située dans un récepta- cle 18 communiquant avec un moyen de confinement 12. Les particules B engendrées par la source 10 forment un gaz 24 dont l'extension spatiale est limitée par le moyen de confinement 12 qui maintient ce gaz 24 sur -la trajectoire du faisceau parallèle 11 de particules énergétiques A La source 10 de particules B à implan- ter est représentée sur la figure sous-la forme d'un solide Le gaz 24 de particules B est dans ce cas obtenu par liquéfaction puis évaporation ou directe- ment par sublimation de ce solide Si les particules B sont à l'état liquide dans le réceptacle 18 il suffi- ra de les évaporer Si les particules B sont gazeuses dans les conditions de température et de pression de l'opération, la source 10 pourra être une buse ou un tube poreux relié à un réservoir de gaz de particules B situé éventuellement hors de l'enceinte 2 Enfin, - on peut remplacer le gaz 24 par un flux de particules B par exemple un flux d'évaporation sous vide ou un flux de particules pulvérisées. Le moyen de confinement 12 possède une ou- verture primaire 14 permettantaufaiceausenseibmentpara Ilè 11 de particules énergétiques A d'interagir avec les particules B du gaz 24 I 1 possède également une ou- verture secondaire 16 qui permet aux particules B de recul 13 d'atteindre la cible 6. Le transfert d'énergie entre les particules énergétiques A du faisceausenfblementpar lletlespari- cules B du gaz 24 est d'autant meilleur que le pour- centage de particules A du faisceau parallèle 11 in- teragissant avec les particules B est important. Pour que ce transfert d'énergie soit opti- mal, il faut que le libre parcours moyen dans le gaz 24 des particules énergétiques A dufasceausenibmentpara Ie 11 soit du même ordre de grandeur que l'extension spa- tiale du gaz 24 dans la direction du faisceau parallè- le 11 de particules énergétiques A Ce libre parcours moyen des particules énergétques Adufaiceausensiblementparal- lèle 11 est fonction de la densité du gaz 24 Cette densité peut être ajustée par les moyens de chauffage Le procédé opératoire est simple Il consiste à délivrer un faisceausensiblementparallèl 1 ldepartticuls éner - gétiques A de puissance Suffisante pour que les parti- cules énergétiques A traversent le gaz 24 et attei- gnent la cible 6 On accroît alors la densité du gaz 24 en le chauffant par les moyens de chauffage 20 jus- qu'à ce que l'on n'observe plus de particules A attei- gnant la cible 6. Le moyen de confinement 12 comprend enfin des moyens de refroidissement 22 situés près de l'ou- verture primaire 14 et de l'ouverture secondaire 16 qui réalisent la condensation du gaz de particules B 2537777 J tendant à s'échapper du moyen de confinement 12 Ceci améliore le confinement du gaz 24 et évite de polluer l'enceinte 2 par des particules B. La figure 2 représente une coupe transversa- le d'un multicollimateur Ce multicollimateur est constitué de la juxtaposition de collimateurs parallè- les entre eux tels que le collimateur 26 Sur la figu- re 2, la section de ces collimateurs 26 est trapézoi- dale Il est bien évident que cette section peut avoir une autre géométrie, par exemple circulaire, carrée, triangulaire, etc Ce multicollimateur peut etr e réalisé simplement par la superposition de tôles al- ternativement planes et ondulées. La-figure 3 représente un mode de réalisa- tion particulier du moyen de confinement 12 Ce moyen de confinement 12 comprend un réceptacle 18 muni de moyens de chauffage 20, des moyens de refroidissement 22 Il comprend en outre deux multicollimateurs, l'un situé entre l'ouverture primaire 14 du moyen de confi- nement 12 et la zone o règne le gaz 24 de particules B à implanter, l'autre situé entre cette même zone et l'ouverture secondaire 16 du moyen de confinement 12. Ces deux multicollimateurs permettent de mieux confi- ner le gaz 24 dans la partie centrale du moyen de confinement 12 et donc de diminuer les pertes de gaz. L'axe des collimateurs sera préférentiellement paral- lèle au faisceau parallèle 11 de particules énergéti- ques -A, ceci pour que les particules énergétiques A atteignent le gaz 24 sa ns interagir avec le multicol- limateur, donc sans perdre d'énergie. REVENDICATIONS 1 Procédé d'implantation de particules dans un solide dans lequeloncrée un faisceau sensibmentparal- lèle ( 11) de particules énergétiques A, on place sur le chemin de ce faisceausenislementparafle(ll) departicules énergétiques A, des particules B qui, par interaction avec les particules énergétiques A, sont projetées vers une cible ( 6) avec une énergie suffisante pour y pénétrer, caractérisé en ce que les particules B sont à l'état gazeux, ce gaz ( 24) occupant une zone située en regard de la cible ( 6). 2 Procédé d'implantation de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction du fisàeausensblementpard U 1 (Ull) departkules énergétiques A est àpeu pr-s perpendiculaire à la surface de la cible ( 6). 3 Procédé d'implantation de particules selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les particules A sont électriquement chargées. 4 Procédé d'implantation de particules selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les particules B sont électri- quement neutres. Dispositif d'implantation de particules dans un solide comprenant dans une enceinte ( 2) sous vide un support de cible ( 4), une cible ( 6) solide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source ( 8) de particulesénergétiques A délivrantnfaisceausensiblement parallèle ( 11) de particules énergétiques A, une sour- ce ( 10) de particules B à implanter dans la cible { 6), un moyen de confinement ( 12) des particules B communi- quant avec la source ( 10) de particules B, comportant une ouverture primaire ( 14) pour recevoir le faisceausensiblement parallèle ( 11) de particules énergétiques A et une ou- verture secondaire ( 16) pour éjecter les particules de recul B ( 13) vers la cible ( 6). 6 Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que le moyen de confinement ( 12) est de forme générale cylindrique, de génératrices paral- lèles à la direction du faisceau parallèle ( 11) de particules énergétiques A et en ce qu'il comprend un appendice ( 18) formant réceptacle de la source CIG)' d'- particules B. 7 Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le moyen de confinement ( 12) comprend un moyen de chauffage ( 20) du gaz ( 24) de particules B. 8 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 7, caractérisé en ce que le moyen de confinement ( 12) est muni de moyens de refroidissement ( 22) pour condenser le gaz ( 24) de particules B. 9 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 8, caractérisé en ce que le moyen de confinement ( 12) est muni d'un multicollimateur entre l'ouverture primaire ( 14) et la zone o règne le gaz ( 24) de particules B et d'un autre multicollimateur entre cette zone et l'ouverture secondaire ( 16). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux multicollimateurs sont alignés.