Brevet FR2803090A1 — publié le 20010629

PROCEDE D'IMPLANTATION D' ALUMERIUM La présente invention concerne de façon générale la fabrication de circuits intégrés. Plus particulièrement, l'inven tion concerne l'implantation d'aluminium dans des substrats semi conducteurs généralement utilisés dans l'industrie micro-électro nique. Une telle implantation s'effectue dans un substrat typi- quement en silicium. L'aluminium est alors utilisé, à la place du bore, pour effectuer un dopage de type P. Un avantage de l'alumi nium est qu'il diffuse environ sept fois plus vite que le bore. L'aluminium est extrait d'un élément solide en alumine (A1203), fixé dans une chambre d'ionisation par plasma d'arc. L'aluminium que l'on souhaite implanter est sous forme ionique, un gaz pré curseur étant injecté dans la chambre d'ionisation pour libérer des ions de la pastille en alumine. Un exemple d'appareil d'implantation d'aluminium du type auquel se rapporte la présente invention est décrit dans le brevet américain NO 5 497 005 dont le contenu est considéré ici comme connu. L'implantation d'aluminium peut s'effectuer sans post -accélération comme c'est le cas dans le document susmen tionné ou avec post -accélération des ions produits. Dans un cas comme dans l'autre, on peut utiliser une même source de plasma ionique. Par exemple, un tel générateur de plasma est basé sur une chambre d'ionisation dans laquelle est injecté un gaz précur- seur. Un filament parcouru par un courant (généralement cris entre 0 et 200 mA) et polarisé avec une différence de potentiel par rapport aux parois de la chambre libère des électrons, ce qui provoque une ionisation du gaz présent dans la chambre. Ce gaz est alors utilisé pour attaquer une pastille d'alumine logée dans la chambre, afin de libérer des ions d'aluminium dans le plasma. La chambre est pourvue d'une ouverture généralement de faible dimension pour que les particules puissent en être extraites. Dans un système à post-accélération, ces particules ionisées sont accélérées par champ électrique jusqu'au substrat sur lequel l'aluminium doit être implanté. En fait, ces particules sont extraites de la chambre d'ionisation par l'énergie d'extraction (généralement comprise entre 0 et 80 kv) puis accélérées par l'énergie de post-accélértation (généralement comprise entre 0 et 8 0 kv). Dans un implanteur, on règle non seulement le niveau d'énergie de la chambre d'ionisation, c'est-à-dire le courant dans le filament de cette chambre ainsi que le courant d'arc, mais également les champs magnétiques permettant les déviations de certains ions afin de sélectionner, essentiellement par leur masse atomique, les ions que l'on souhaite voir présents dans le plasma serrant à l'implantation. Par conséquent, parmi les étapes de réglage d'une source d'ionisation d'un implanteur, on fera essentiellement référence à l'intensité d'un ion donné dans le plasma. Pour une même énergie d'extraction, les intensités res pectives des différents ions dans le plasma sont différentes les unes des autres et, quand l'énergie d'extraction varie, les intensités respectives des différents ions varient dans des mêmes proportions les uns par rapport aux autres. La sélection de l'ion implanté s'effectue essentielle ment par des moyens magnétiques de déviation du faisceau d'ions en sortie de la chambre d'ionisation. On sélectionne ainsi l'ion par sa masse atomique dans un tunnel courbe, les ions de masses différentes se trouvant plus ou moins déviés que l'ion sélec- tionné, puis piégés par des pompes cryogéniques ou arrêtés par des parois. La structure et le fonctionnement des systèmes d'im plantation sont parfaitement connus et ne seront pas détaillés plus avant pour ce qui ne concerne pas l'invention. Pour implanter de l'aluminium, le brevet américain N 5 497 005 susmentionné prévoit l'utilisation, en tant que gaz précurseur d'ionisation, du tétrafluorure de silicium (SiF4). Ce gaz fluoré peut facilement être ionisé pour produire des ions si , Si , SiF , SiF2 , et SiF3 . Le plasma obtenu par ionisation peut alors attaquer l'oxyde d'aluminium ou alumine (A1203) pour + ++ +++ produire des ions A1 , A1 et A1 qui se joignent au plasma pour être, par la suite, implantés dans la plaquette de semi conducteur. Parmi ces ions, celui qui est sélectionné par le réglage de l'implanteur est l'ion d'aluminium (I) A1 qui est plus fortement extrait de la pastille. Un inconvénient de l'utilisation du tétrafluorure de silicium en tant que gaz précurseur d'ionisation est que, parmi les ions de silicium obtenus, l'ion silicium (I) Si présente une masse atomique de 28 qui est proche de celle de l'ion d'aluminium (I) A1 dont la masse atomique est de 27. Quand les masses atomiques des ions sont voisines, on assiste à un recouvrement des pics voisins de ces deux ions dans une caractéristique courant d'implantation/masse atomique. Plus l'énergie d'extraction est élevée, plus les pics sont larges à la base et se recouvrent. A cause du phénomène de recouvrement des pics voisins, il arrive que l'on implante en fait les deux ions au lieu d'un seul. Ceci est en particulier le cas pour le silicium et l'aluminium en utilisant du fluorure de silicium en tant que gaz précurseur. De plus, dans cet exemple, le pic de l'ion silicium (I) est nettement plus intense que celui de l'ion aluminium (I) de sorte que, pour éviter des courants d'ions silicium trop importants, on est contraint de limiter le courant des ions aluminium, ce qui nuit à l'implantation. Ceci est parti- culièrement vrai pour les implanteurs à forte énergie, c'est-à- dire utilisant un phénomène de post-accélération. On distingue deux grandes familles d'implanteurs selon que le réglage (calage) de l'implanteur sur le composé que l'on souhaite implanter s'effectue manuellement ou automatiquement. Pour les machines manuelles, on peut parvenir à dissocier, par le réglage, deux pics relativement proches (par exemple, les pics de l'ion Si et de l'ion A1 ) afin de n'implanter qu'un seul com posé. Toutefois, une telle dissociation n'est possible que pour des courants de faible intensité. I1 en résulte que pour attein dre une dose donnée relativement élevée, typiquement de 1.1016 atomes/cm2, il est nécessaire de soumettre le substrat à des implantations prolongées. Ceci est désavantageux en terme de pro ductivité. Pour les machines à calage automatique, la résolution, qui se définit comme étant la masse atomique au sommet du pic divisée par le différentiel de masse à mi-hauteur, ne permet pas d'éviter l'implantation du composé non désiré. En particulier, s'il se produit un arc dans la chambre d'ionisation, le réglage automatique conduit à sélectionner le composé correspondant au pic d'intensité le plus élevé. Dans l'exemple considéré, cela conduit à sélectionner l'ion silicium (I) au lieu de l'aluminium. On notera en outre que la dose d'aluminium implantée qui dépend de l'intensité du faisceau ainsi que des champs élec triques appliqués en extraction et en post -accélération est par ticulièrement délicate à régler quand on est en présence de deux ions de masse atomique relativement proches. La présente invention vise à proposer un nouveau pro cédé de génération d'ion d'aluminium, en particulier, pour une implantation dans une plaquette de semiconducteur, qui pallie les inconvénients des procédés classiques. L'invention vise, plus particulièrement, à proposer un procédé qui s'affranchit des problèmes de proximité des masses atomiques entre l'aluminium et le silicium. L'invention vise également à proposer une solution qui soit valable que l'implanteur soit ou non associé à une post- accélération des ions générés. L'invention vise en outre à proposer une solution qui convienne à la fois pour les in-planteurs à réglage manuel et pour les implanteurs à réglage automatique des champs magnétiques et de l'énergie d'extraction. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré voit un procédé de génération d'ions d'aluminium pour implanta tion dans une plaquette de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser du trifluorure d'azote (NF3) en tant que gaz d'ionisation d'un élément solide en alumine (A1203). Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven tion, le plasma d'aluminium obtenu est soumis à une post- accélération. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven tion, l'énergie d'extraction des ions aluminium est fonction de l'intensité d'ions de monofluorure d'azote (NF) dans le plasma. La présente invention propose l'utilisation de trifluo- rure d'azote (NF3) en tant que gaz précurseur d'ionisation, pour générer des ions d'aluminium à partir d'une pastille d'alumine. Pour résoudre les problèmes liés à l'utilisation du fluorure de silicium, on aurait pu penser graver la pastille d'alumine avec du trifluorure de phosphore (PF3) qui est un gaz d'ionisation couramment utilisé pour l'implantation de phosphore dans du silicium afin de réaliser des dopages de type N. Le tri- fluorure de phosphore semble en effet résoudre le problème de proximité des masses atomiques. L'ion phosphore (P) produit a une masse atomique de 31, soit suffisamment éloigné du pic de l'ion aluminium (I) dont la masse atomique est 27. Toutefois, le rapport des courants entre les deux espèces est, à énergie d'ex traction donnée, en faveur du phosphore dans une proportion com prise entre 2 et 4 selon l'implanteur utilisé. Un problème qui se pose alors est que le phosphore provoque des détériorations de certaines pièces de l'implanteur, notamment, en cas de post- accélération. En effet, les déviations par champ magnétique impo sées au plasma ont pour objet de piéger certaines espèces selon leur sensibilité à la déviation par rapport à l'ion que l'on sou haite implanter. Lorsque des ions de phosphore frappent certaines pièces de l'in-planteur, notamment en Téflon, qui sont particuliè rement fragiles, ces pièces se trouvent assez rapidement percées. On serait par conséquent contraint de limiter le courant de phosphore pour améliorer la durée de vie de l'implanteur. Toute fois, dans ce cas, le temps d'implantation d'une dose donnée d'aluminium, donc la durée de fabrication, augmente en consé quence en raison du rapport de courant entre les deux espèces, et on perd le bénéfice de l'utilisation de l'aluminium par rapport au Bore. Le trifluorure d'azote produit, quant à lui, un ion de monofluorure d'azote (NF) dont la masse atomique est de 33. Cet ion est donc déjà plus à l'écart de l'ion d'aluminium (I) que l'ion P . De plus, l'inventeur a pu constater que cet ion n'avait aucun effet destructif sur l'implanteur. En effet, le rapport des courants entre l'ion d'aluminium (I) et l'ion de monofluorure d'azote (NF ) est inversé par rapport à l'utilisation du trifluo- rure de bore. L'intensité de l'ion d'aluminium dans le faisceau correspond sensiblement au double de celui de l'ion NF résultant de l'utilisation de trifluorure d'azote. Par conséquent, on peut utiliser ce procédé, même dans un système à post -accélération, sans que cela nuise à l'installation, les ions de monofluorure d'azote n'ayant ici aucun effet destructeur sur la machine. De plus, les autres ions parasites (NF+, N+, N2+, F+, 0+, Mo++, etc.) présents en moindre quantité n'ont également aucun effet néfaste. On notera également que le courant de l'ion d'aluminium obtenu peut de ce fait être compatible avec une production indus trielle avec une durée d'implantation correspondant sensiblement aux durées classiques. Le choix du trifluorure d'azote constitue, pour l'in venteur, la solution la plus appropriée aux problèmes que vise à résoudre la présente invention. En particulier, le trifluorure d'azote présente de nombreux avantages par rapport aux autres composés fluorés qui auraient pu être envisagés. Par exemple, l'utilisation d'hexafluorure de soufre (SF6) poserait des problèmes de pics de forte intensité à des niveaux de masse atomique 32 (S ) similaires à celui que l'on rencontrerait avec l'ion P+ pour le trifluorure de phosphore (PF3). De plus, on trouverait également un ion SF++, dont la masse atomique est de 25,5. On se trouverait alors confronté aux mêmes problèmes de sélectivité qu'avec l'ion Si+ lors de l'utili sation du tétrafluorure de silicium (SiF4). L'utilisation de trifluorure d'arsenic (AsF3) engendre rait une toxicité importante pour l'être humain ainsi que des problèmes de durée de vie de la pastille d'alumine présente dans l'implanteur du fait de la forte masse atomique (75) de l'ion As+. Le recours à de l'hexafluorure de tungstène (WF6) pose rait sensiblement les mêmes problèmes que celui du trifluorure d'arsenic avec en plus un problème d'instabilité lié à sa masse importante. Ainsi, la solution proposée par l'invention d'utiliser du trifluorure d'azote en tant que gaz précurseur d'ionisation d'une pastille d'alumine peut avantageusement être utilisé lors que l'on veut implanter de l'aluminium dans un substrat semi conducteur, par exemple, pour effectuer un dopage de type P. Bien entendu, la mise en oeuvre pratique du procédé de génération d'ions d'aluminium (I) de l'invention est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, celui-ci sera à même d'adapter les débits du gaz précurseur ainsi que les énergies d'extraction en fonction du type d'installation utilisé (avec ou sans post- accélération) et des doses d'aluminium qu'il souhaite implanter. A titre d'exemple particulier de réalisation, on uti lise un implanteur avec post -accélération connu sous la dénomina- tion comynerciale HV-GSD-200E ou 200 E2 ou NV10-160 de la société Eaton et une source d'ionisation du type Bernas de catégorie IAS (Integral Arc Slit) ou ELS (Extended Life Source) telle que décrite par exemple dans le brevet américain NO 5 497 005 déjà cité. On peut alors obtenir un courant d'ion d'aluminium (I) A1 d'environ 2,5 mA qui est compatible avec une production industrielle. Par exemple, une dose de 6.1014 atomes/=2 est implantée en environ 3,5 minutes. Dans cet exemple, le courant de l'ion de monofluonzre d'azote NF est alors limité à environ 0, 95 MA. REVENDICATIONS 1. Procédé de génération d'ions d'aluminium pour implantation dans une plaquette de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser du trifluonzre d'azote (NF3) en tant que gaz d'ionisation d'un élément solide en alumine (A1203). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma d'aluminium obtenu est soumis à une post- accélération. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie d'extraction des ions aluminium est fonction de l'intensité d'ions de monofluorure d'azote (NF) dans le plasma.