Brevet FR2770684A1 — publié le 19990507

La présente invention concerne un dispositif d'implantation ionique et, d'une manière plus particulière, un dispositif d'implantation ionique servant à implanter des ions très rapides sur un matériau à traiter, tel qu'une tranche de silicium, que l'on empêche de se charger afin que le traitement puisse se faire avec une très grande précision. On va tout d'abord décrire un exemple de dispositif d'implantation ionique classique en se référant à la figure 3. La figure 3 est une vue en coupe représentant la construction générale d'un dispositif d'implantation ionique classique dans lequel un faisceau d'ions, qui est extrait à partir d'une source d'ions 2, est soumis à un champ magnétique dans un séparateur de masses 4 de manière à modifier sa direction de propagation pour que seuls les ions à implanter sur une tranche 15 arrivent au niveau de la tranche 15. Ainsi, les ions qui ne sont pas à implanter sur la tranche 15 viennent heurter un dispositif de blocage de faisceau 5, ou une fente isolante 6, agencés dans le séparateur de masses 4 et sont éliminés. Le faisceau d'ions qui quitte le séparateur de masses 4 est, en outre, accéléré par un tube de post-accélération 7 de manière à avoir l'énergie nécessaire à l'implantation, et pénètre dans un bloc de lentilles quadripolaires 8. Le faisceau qui pénètre dans le bloc de lentilles quadripolaires 8 est mis en forme de manière à avoir une forme adaptée à l'implantation. Le faisceau d'ions qui quitte le bloc de lentilles quadripolaires 8 pénètre dans un bloc de déviation de faisceau d'ions 13 pour isoler et éliminer les éléments électriquement neutres, après passage à travers une sortie du séparateur de masses 4, et seuls les ions pénètrent dans la chambre d'implantation ionique 14 pour être implantés sur la tranche 15. Un canon à électrons 18 et une plaque émettrice d'électrons secondaires 19 destinée à générer des électrons secondaires sous l'effet des électrons émis par le canon à électrons 18 sont agencés entre le bloc de déviation de faisceau d'ions 13 et la chambre d'implantation ionique 14, et les électrons secondaires générés sont envoyés sur la tranche 15. De cette manière, on empêche une charge de la tranche 15, et on empêche qu'une dégradation de la qualité de la tranche 15 ne soit provoquée par les particules générées lors de la décharge ou par la destruction du film isolant. Ces dernières années, les dispositifs d'implantation ionique, en particulier leur système d'alimentation en électrons, sont devenus volumineux et compliqués du fait de l'augmentation de l'intensité des faisceaux, et le système de mesure utilisé pour mesurer la quantité d'ions implantés est aussi devenu compliqué, ce qui constitue un facteur d'augmentation du coût du dispositif d'implantation ionique. En outre, dans le dispositif d'implantation ionique utilisé pour produire un substrat SIMOX (séparation par implantation d'ions d'oxygène), du fait que la température de la tranche doit être maintenue à une valeur élevée, un problème se pose en ceci qu'il devient difficile de mesurer la quantité d'ions implantés lorsque le dispositif classique est utilisé. Par exemple, le brevet japonais mis à l'inspection publique 9-245 705 (1997) décrit un exemple de dispositif d'implantation ionique classique, tel que mentionné ci-dessus. De plus, dans un dispositif d'implantation ionique à forte intensité, lorsque l'intensité du faisceau d'ions implanté devient élevée par comparaison avec celle du dispositif classique, la tranche sur laquelle sont implantés les ions se charge facilement. Compte tenu des divers problèmes du dispositif classique mentionnés ci-dessus, un but de la présente invention consiste à fournir un dispositif d'implantation ionique qui permette d'empêcher efficacement une charge de la tranche. La présente invention adopte les moyens indiqués ci-après pour résoudre le problème mentionné ci-dessus. Dans le dispositif d'implantation ionique selon la présente invention, des moyens sont prévus pour générer un plasma à partir d'un faisceau d'ions au voisinage du matériau à traiter, tel qu'une tranche, sur lequel les ions doivent être implantés. En outre, la présente invention a pour objet un dispositif d'implantation ionique comportant une source d'ions pour produire le faisceau d'ions, un séparateur de masses pour ne séparer et n'émettre à partir du faisceau d'ions que les ions nécessaires, un tube de post-accélération pour accélérer le faisceau d'ions émis par le séparateur de masses de manière à ce qu'il ait l'énergie nécessaire à l'implantation ionique, un bloc de lentilles quadripolaires pour mettre en forme le faisceau d'ions accéléré de manière à ce qu'il ait une forme adaptée à l'implantation, un bloc de déviation de faisceau d'ions pour isoler et éliminer du faisceau d'ions mis en forme les éléments du faisceau qui sont électriquement neutres, et une chambre d'implantation ionique pour implanter les ions sur le matériau à traiter par l'implantation du faisceau d'ions dont on a éliminé les éléments neutres, caractérisé en ce que le tube de post-accélération conserve au moins un degré de vide poussé, et le degré de vide de la chambre d'implantation ionique est maintenu à un niveau adapté pour générer le plasma. On va maintenant décrire avec plus de détails la présente invention, à titre d'exemple uniquement, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma de construction général du dispositif d'implantation ionique selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est un schéma de construction général du dispositif d'implantation ionique selon un second mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 3 est un schéma de construction général d'un exemple de dispositif d'implantation ionique classique. On va maintenant décrire le premier mode de réalisation de la présente invention en se reportant à la figure 1. Sur la figure 1, la référence numérique 2 indique une source d'ions pour produire un faisceau d'ions et la référence numérique 3 indique une bobine électrique de la source d'ions, la référence numérique 4 indique un séparateur de masses utilisé pour modifier la direction que suit le faisceau d'ions via un champ magnétique non-représenté sur la figure, la référence numérique 5 indique un dispositif de blocage de faisceau agencé dans le séparateur de masses 4 pour supprimer les ions inutiles, la référence 6 indique une fente isolante formée au niveau d'une sortie du séparateur de masses 4 pour éliminer les ions inutiles, la référence 7 indique un tube de post-accélération pour accélérer les ions à implanter, la référence 8 indique un bloc de lentilles quadripolaires pour mettre en forme le faisceau d'ions accéléré de manière à ce qu'il ait une forme adaptée (sa section trans versale étant longue suivant la verticale ou l'horizon- tale) à l'implantation, la référence 9 indique un aimant quadripolaire, la référence 10 indique une chambre d'expansion de vide, qui maintient un degré de vide suffisamment élevé pour que la décharge ne s'interrompe pas dans le tube de post-accélération 7, et crée un gradient de vide qui permet de maintenir un degré de vide adapté à la production d'un plasma au niveau du voisinage de la tranche 15 dans la chambre d'implantation ionique 14, la référence 11 indique un limiteur de faisceau destiné à fixer la forme du faisceau à l'entrée de la chambre d'expansion de vide et à établir à une valeur élevée la conductance électrique du vide, la référence 12 indique une pompe d'aspiration pour créer le gradient de vide à l'intérieur de la chambre d'expansion de vide 10, la référence 13 indique un bloc de déviation de faisceau d'ions pour isoler et éliminer les éléments électriquement neutres après passage à travers une sortie du séparateur de masses 4, la référence 14 indique une chambre d'implantation ionique dans laquelle sont implantés les ions, la référence 15 indique une tranche de silicium, qui constitue le matériau à traiter, disposée dans la chambre d'implantation ionique 14, et la référence 16 indique un dispositif d'introduction de gaz pour ajuster le degré de vide à l'intérieur de la chambre d'implantation ionique 14. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, les pompes d'aspiration destinées à créer un vide poussé dans chaque compartiment peuvent être agencées entre la source d'ions 2 et la chambre d'implantation ionique 14, tel que nécessaire. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, lorsque le degré de vide de la chambre d'implantation ionique 14 se détériore, atteignant le niveau où le plasma peut être généré, le degré de vide du tube de post-accélération 7 se détériore aussi, des interruptions de la décharge se produisent alors fréquemment et il devient impossible d'accélérer le faisceau d'ions. Par conséquent, la chambre d'expansion de vide 10 est conçue de manière à créer un gradient de vide entre le tube de post-accélération 7 et la chambre d'implantation ionique 14. De plus, dans la chambre d'expansion de vide 10, pour créer le gradient de vide mentionné ci-dessus, le limiteur de faisceau 11 est conçu de manière à dégrader la conductance électrique du vide, et la pompe d'aspiration 12 est agencée. De plus, lorsque le degré de vide de la chambre d'implantation ionique 14 se trouve en deçà du niveau à partir duquel le plasma peut être généré, le degré de vide peut être ajusté en utilisant le dispositif d'introduction de gaz 16. Ici, la direction de propagation du faisceau d'ions extrait à partir de la source d'ions 2 est modifiée par l'application d'un champ magnétique dans le séparateur de masses 4, ce qui fait que seuls les ions qui sont à implanter sur la tranche 15 arrivent au niveau de la tranche 15. Les ions autres que les ions à implanter sont éliminés en venant heurter le dispositif de blocage de faisceau 4 ou la fente isolante 5. Le faisceau d'ions qui quitte le séparateur de masses 4 est accéléré par le tube de post-accélération 7 de manière à avoir l'énergie nécessaire à l'implantation des ions, puis pénètre dans le bloc de lentilles quadripolaires 8 et est mis en forme par l'aimant quadripolaire 9 de manière à avoir une forme adaptée à l'implantation. Le faisceau d'ions quitte le bloc de lentilles quadripolaires 8, ses éléments électriquement neutres, après avoir traversé le séparateur de masses 4, sont sé parés et éliminés au niveau du bloc de déviation de faisceau 13, et seuls les ions pénètrent dans la chambre d'implantation ionique 14 et sont implantés sur la tranche 15. On va maintenant décrire comment l'on empêche la charge dans le dispositif d'implantation ionique du présent mode de réalisation. Lorsque le faisceau d'énergie élevée se propage dans le vide normalement, si le degré de vide est mauvais autour du faisceau, le faisceau d'énergie élevée vient heurter les particules de gaz présentes autour du faisceau, et le gaz présent autour du faisceau est transformé en plasma, d'où la formation d'un plasma, lequel est un bon conducteur. Pour éviter l'accumulation d'une charge par l'application du principe mentionné ci-dessus, dans le présent mode de réalisation, l'on prévoit la chambre d'expansion de vide 10, le côté entrée de la chambre d'expansion de vide 10 est maintenu sous un vide poussé, et le côté sortie de la chambre d'expansion de vide 10 est maintenu sous un degré de vide dont il a été préalablement déterminé qu'il permettait la formation du plasma. En résultat, le faisceau d'ions envoyé sur la tranche 15 à l'intérieur de la chambre d'implantation ionique 14 génère le plasma, ce plasma joue le rôle de trajet de décharge pour les électrons accumulés sur la tranche 15, et la charge peut être évitée en éliminant par décharge les charges présentes sur la tranche 15. Conformément au mode de réalisation décrit ci-dessus, du fait qu'on prévoit une chambre d'expansion de vide 10, un gradient de vide est créé entre le tube de post-accélération 7 et la chambre d'implantation ionique 14, et le plasma est généré au voisinage de la tranche 15 dans la chambre d'implantation ionique 14, d'où la possibilité d'empêcher la charge de la tranche 15. Ainsi, il est possible d'empêcher la dégradation de la qualité de la tranche qui est due aux particules générées lors de la décharge de la tranche 15 et à la destruction du film isolant. D'autre part, le degré de vide du tube de post-accélération 7 peut être maintenu à un niveau élevé, largement supérieur à celui à partir duquel peut intervenir une interruption de la décharge, et une implantation ionique normale devient possible. Par conséquent, dans la présente invention, il devient possible d'empêcher la charge de la tranche et d'obtenir un dispositif d'implantation ionique meilleur en termes de fiabilité et de coût de production, sans l'ajout d'aucun canon électronique ni système de mesure compliqué. On va maintenant décrire le second mode de réalisation de la présente invention en se reportant à la figure 2. Sur la figure 2, la référence numérique 17 indique un limiteur de faisceau qui est à placer à l'entrée du bloc de déviation de faisceau 13 afin de mettre en forme le faisceau ou afin d'augmenter la conductance électrique du vide. Dans le premier mode de réalisation, la chambre d'expansion de vide 10 est utilisée pour créer le gradient de vide. Cependant, dans le présent mode de réalisation, la chambre d'expansion de vide 10 comportant le limiteur de faisceau 11 est omise et le limiteur de faisceau 17 est agencé à l'entrée ou à la sortie du bloc de déviation de faisceau 13. Le second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation eu égard à cette construction, mais ne diffère sinon pas du premier mode de réalisation. Dans le présent mode de réalisation, une pompe d'aspiration (non-représentée sur la figure) est normalement disposée sur le bloc de déviation de faisceau 13, et un gradient de vide est créé dans le bloc de déviation de faisceau 13 de la même manière que dans la chambre d'expansion de vide 10 du premier mode de réalisation en ajustant le degré de vide par l'utilisation de la pompe d'aspiration et en ajustant la conductance du vide par l'utilisation du limiteur de faisceau 17 disposé côté entrée et côté sortie du bloc de déviation de faisceau 13, le plasma peut être généré au voisinage de la tranche 15, et la charge de la tranche 15 peut être empêchée. Dans le présent mode de réalisation tel que décrit ci-dessus, du fait que le gradient de vide est créé par le limiteur de faisceau 17 etc. disposé côté entrée et côté sortie du bloc de déviation de faisceau 13, le plasma est généré au voisinage de la tranche 15 dans la chambre d'implantation ionique 14, et un effet similaire à celui obtenu dans le premier mode de réalisation peut être obtenu. Conformément au dispositif d'implantation ionique de la présente invention tel que décrit ci-dessus, du fait que le plasma est généré au voisinage du matériau à traiter, la charge du matériau peut être empêchée, et la dégradation de la qualité de la tranche qui est due aux particules générées lors de la décharge du matériau et à la détérioration du film isolant peut être empêchée, et il devient possible d'obtenir un dispositif d'implantation ionique meilleur en termes de fiabilité et de coût de production. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'implantation ionique caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7-13) pour générer un plasma, à partir d'un faisceau d'ions, au voisinage d'un matériau (15) à traiter par implantation ionique. 2. Dispositif d'implantation ionique comportant une source d'ions (2) pour produire un faisceau d'ions, un séparateur de masses (4) pour ne séparer et n'émettre à partir dudit faisceau d'ions que les ions nécessaires, un tube de post-accélération (7) pour accélérer ledit faisceau d'ions émis de manière à ce qu'il ait l'énergie nécessaire à une implantation ionique, un bloc de lentilles quadripolaires (8) pour mettre en forme ledit faisceau d'ions accéléré de manière à ce qu'il ait une forme adaptée à une implantation, un bloc de déviation de faisceau d'ions (13) pour isoler et éliminer les éléments électriquement neutres dudit faisceau d'ions mis en forme, et une chambre d'implantation ionique (14) pour implanter lesdits ions sur ledit matériau par l'implantation dudit faisceau d'ions dont les éléments neutres ont été éliminés, ledit dispositif d'implantation ionique étant caractérisé en ce que le tube de post-accélération (7) maintient au moins un degré de vide élevé, et le degré de vide de la chambre d'implantation ionique (14) est maintenu à un niveau adapté pour générer un plasma. 3. Dispositif d'implantation ionique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre d'expansion de vide (10) pour créer un gradient de vide entre ledit tube de post-accélération (7) et la chambre d'implantation ionique (14), disposée entre le tube de post-accélération (7) et la chambre d'implantation ionique (14). 4. Dispositif d'implantation ionique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un limiteur de faisceau (17) pour faire diminuer la conductance dudit vide au moins du côté entrée ou sortie de ladite chambre d'expansion de vide (10).