Brevet FR2981193A1 — publié le 20130412

Procédé de commande d'un implanteur ionique en mode immersion plasma La présente invention concerne un procédé de commande d'un implanteur ionique en mode immersion plasma. Le domaine de l'invention est celui des implanteurs ioniques opérant en 5 mode immersion plasma. Ainsi, l'implantation ionique d'un substrat consiste à l'immerger dans un plasma et à le polariser en tension négative, de quelques dizaines de Volts à quelques dizaines de kilovolts (généralement moins de 100 kV), ceci de façon à créer un champ électrique capable d'accélérer les ions du plasma vers le substrat de sorte qu'ils s'y implantent. Les atomes ainsi implantés 10 sont dénommés dopants. La profondeur de pénétration des ions est déterminée par leur énergie d'accélération. Elle dépend d'une part de la tension appliquée au substrat et d'autre part de la nature respective des ions et du substrat. La concentration d'atomes implantés dépend de la dose qui s'exprime en nombre d'ions par cm2 15 et de la profondeur d'implantation. Pour des raisons liées à la physique des plasmas, il se crée, en quelques nanosecondes après l'application de la tension, une gaine ionique autour du substrat. La différence de potentiel responsable de l'accélération des ions vers le substrat se retrouve aux bornes de cette gaine. 20 La croissance de cette gaine en fonction du temps suit l'équation de Child-Langmuir ic -9 go -1\4 4 2ej "2 V0 "2 2 où: 25 ic densité de courant, Eo : permitivité du vide, e : charge de l'ion, M : masse de l'ion, Vo : différence de potentiel au travers de la gaine, et 30 s : épaisseur de la gaine. En stipulant que la densité de courant est égale à la charge traversant la limite de la gaine par unité de temps, ds/dt représente la vitesse de déplacement de cette limite : s ds 2 so2.uo dt - 9 s2 Expression dans laquelle so vaut : 2coVo so = e.no étant entendu que uo = (2eVo / M) est la vitesse caractéristique de l'ion et que no est la densité du plasma. L'épaisseur de la gaine est liée principalement à la tension appliquée, à la densité du plasma et à la masse des ions. L'impédance équivalente du plasma qui conditionne le courant 10 d'implantation est directement proportionnelle au carré de l'épaisseur de gaine. Le courant d'implantation décroît donc très rapidement lorsque la gaine augmente. Au bout d'un certain laps de temps, il est nécessaire de procéder à une réinitialisation. Ceci s'avère pratiquement indispensable lorsque la gaine atteint 15 les parois de l'enceinte stoppant ainsi le mécanisme d'implantation. Afin de réinitialiser le système, la quasi-totalité des fabricants d'implanteurs arrête la haute tension sur le substrat tout en maintenant le plasma allumé. Il faut donc disposer d'un générateur pulsé qui produit des impulsions de haute tension. 20 Ainsi, en référence à la figure 1, le document WO 01 / 15200 propose de polariser le substrat au moyen d'une alimentation qui comporte : un générateur GEN dont le pôle positif est raccordé à la masse, un condensateur Ct en parallèle sur le générateur GEN, un premier interrupteur IT1 dont le premier pôle est raccordé au pôle 25 négatif du générateur GEN et dont le second pôle est raccordé à la borne de sortie O de cette alimentation, et un deuxième interrupteur IT2 dont le premier pôle est raccordé à la borne de sortie O et dont le second pôle est raccordé à la masse. Ce document apporte une solution satisfaisante pour ce qui concerne la 30 neutralisation des charges sur le substrat. Cependant, la présence continue du plasma dans l'enceinte donne lieu à des effets secondaires indésirables : - génération de particules, - apport thermique au substrat, - agression de l'enceinte en générant des risques de contamination métallique des pièces traitées, - création d'effets de charge, particulièrement gênants dans le cas des applications microélectroniques, et - implantation à tension d'accélération non stabilisée pendant les phases de montée et de descente de la tension appliquée au substrat. La présente invention a ainsi pour premier objet de limiter les effets secondaires engendrés par le plasma. Selon l'invention, un procédé permet de commander un implanteur ionique qui comporte une alimentation plasma et une alimentation substrat lorsque cette alimentation substrat comprend un générateur électrique dont le pôle positif est raccordé à la masse, un premier interrupteur dont le premier pôle est raccordé au pôle négatif du générateur et dont le second pôle est raccordé à la borne de sortie de cette alimentation substrat, un deuxième interrupteur dont le premier pôle est raccordé à la borne de sortie et dont le second pôle est relié à une borne de neutralisation ; ce procédé comportant une phase d'implantation durant laquelle - l'alimentation plasma est activée, le premier interrupteur est fermé, - le deuxième interrupteur est ouvert ; ce procédé comportant aussi une phase de neutralisation durant laquelle - le premier interrupteur est ouvert, - le deuxième interrupteur est fermé ; ce procédé comportant de plus une phase de relaxation qui chevauche la phase d'implantation et la phase de neutralisation, phase de relaxation durant laquelle l'alimentation plasma est inactivée. Lorsque le plasma est éteint, les effets secondaires sont supprimés. D'autre part, si la tension appliquée sur le substrat varie (à la hausse ou à la baisse) pendant que le plasma est allumé, les paramètres d'implantation varient en conséquence. C'est le cas notamment pour la profondeur de pénétration des dopants qui dépend directement de la tension d'accélération. Ainsi, un second objet de la présente invention est de stabiliser les paramètres d'implantation. Selon l'invention, la phase d'implantation comprend une étape d'initialisation pour fermer le premier interrupteur, cette étape d'initialisation étant suivie après une période de stabilisation par une étape d'activation pour activer l'alimentation plasma. Il s'ensuit que le plasma est allumé après que la tension appliquée au porte-substrat soit stabilisée. Avantageusement, l'étape d'activation est suivie d'une étape d'extinction pour désactiver l'alimentation plasma. De plus, l'étape d'extinction est suivie d'une étape de pause pour ouvrir le premier interrupteur. De la sorte, la tension appliquée au porte-substrat est maintenue constante pendant toute la période d'extinction du plasma. Par ailleurs, il convient de neutraliser les charges positives accumulées sur le substrat une fois que le plasma est éteint. Pour ce faire, ïl convient d'apporter des électrons par tout moyen connu. On peut ainsi prévoir un filament, mais celui-ci tend à se vaporiser. On peut également prévoir un canon à électrons, mais il s'agit là d'un équipement additionnel relativement lourd. L'invention a donc pour troisième objet de faciliter la neutralisation des charges positives. Selon l'invention, la phase de neutralisation comprend une étape préliminaire pour fermer le deuxième interrupteur, cette étape préliminaire étant suivie par une étape d'annulation pour activer l'alimentation plasma. C'est donc le plasma qui apporte les électrons nécessaires à la neutralisation du substrat. Naturellement, l'étape d'annulation est suivie d'une étape d'inactivation pour désactiver l'alimentation plasma. Pour terminer, l'étape d'inactivation est suivie d'une étape d'interruption pour ouvrir le deuxième interrupteur. L'invention vise encore un implanteur ionique caractérisé qui comprend des moyens pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en se référant aux figures jointes parmi lesquelles : - la figure 'I représente une alimentation haute tension selon l'état de l'art, la figure 2 représente un implanteur ionique pourvu d'un module de commande, la figure 3 représente une alimentation électrique haute tension selon l'invention, et la figure 4 représente un diagramme temporel schématisant le procédé de l'invention. Les éléments présents sur plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence à la figure 2, un implanteur ionique comporte plusieurs éléments agencés à l'intérieur et à l'extérieur d'une enceinte à vide ENV. Pour les applications microélectroniques, il est préconisé d'utiliser une enceinte en alliage d'aluminium si l'on souhaite limiter la contamination en éléments métalliques tels que Fer, Chrome, Nickel ou Cobalt. Un revêtement en silicium ou en carbure de Silicium peut aussi être utilisé. Un plateau porte substrat PPS, se présentant sous la forme d'un disque à plan horizontal, mobile autour de son axe vertical AXT, reçoit le substrat SUB devant subir l'implantation ionique. La partie supérieure de l'enceinte ENV reçoit le corps de source plasma CS, cylindrique, d'axe vertical AXP. Ce corps est en quartz. Il est extérieurement entouré, d'une part par des bobines de confinement BOCi, BOCj, et d'autre part par une antenne radiofréquence ANT extérieure. L'entrée de gaz plasmagène ING est coaxiale à l'axe vertical AXP du corps de source CS. Cet axe vertical AXP rencontre la surface du plateau porte substrat PPS sur lequel est disposé le substrat à implanter SUB. Il est possible d'utiliser tout type de source plasma pulsée : décharge, ICP (pour « Inductively Coupled Plasma » en anglais), Helicon, micro-ondes, arc. Ces sources doivent travailler à des niveaux de pression suffisamment faibles pour que le champ électrique créé entre le plateau PPS à haute tension et l'enceinte ENV à la masse n'allume pas un plasma de décharge qui vienne perturber le fonctionnement pulsé de la source. Le module de commande de l'implanteur ionique comporte essentiellement trois éléments une alimentation substrat PS pour fournir la haute tension au substrat SUB, une alimentation plasma AP pour alimenter l'antenne radiofréquence ANT et les bobines de confinement BOCi, BOO), - un circuit de contrôle CC pour piloter ces deux alimentations. En référence à la figure 3, l'alimentation substrat PS comporte - un générateur haute tension HT dont le pôle positif est raccordé à la masse, - un premier interrupteur SW1 dont le premier pôle est raccordé au pôle négatif du générateur HT et dont le second pôle est raccordé à la borne de sortie S de cette alimentation, un deuxième interrupteur SW2 dont le premier pôle est raccordé à la borne de sortie S et dont le second pôle est relié à une borne de neutralisation N soit directement, soit par l'intermédiaire d'une résistance de décharge Rd qui vaut typiquement 1I REVENDICATIONS1) Procédé de commande d'un implanteur ionique comportant une alimentation plasma (AP) et une alimentation substrat (PS), cette alimentation substrat comprenant : un générateur électrique (HT) dont le pôle positif est raccordé à la masse, un premier interrupteur (SW1) dont le premier pôle est raccordé au pôle négatif dudit générateur (HT) et dons le second pôle est raccordé à la borne de sortie (S) de cette alimentation substrat, un deuxième interrupteur (SW2) dont le premier pôle est raccordé à ladite borne de sortie (S) et dont le second pôle est relié à une borne de neutralisation (N), procédé comportant une phase d'implantation (A-D) durant laquelle - ladite alimentation plasma est activée, - ledit premier interrupteur (SW1) est fermé, - ledit deuxième interrupteur (SW2) est ouvert, procédé comportant aussi une phase de neutralisation (E-H) durant laquelle - ledit premier interrupteur (SW1) est ouvert, - ledit deuxième interrupteur (SW2) est fermé, procédé caractérisé en ce qu'il comporte de plus une phase de relaxation (C-F) qui chevauche ladite phase d'implantation et ladite phase de neutralisation, phase de relaxation durant laquelle ladite alimentation plasma (AP) est inactivée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase d'implantation comprend une étape d'initialisation (A-B) pour fermer ledit premier interrupteur, cette étape d'initialisation étant suivie après une période de stabilisation par une étape d'activation (B-C) pour activer ladite alimentation plasma. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape d'activation (B-C) est suivie d'une étape d'extinction (C-D) pour désactiver ladite alimentation plasma (AP).4) 5) 6) 7) 8) 10 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape d'extinction (C-D) est suivie d'une étape de pause (D-E) pour ouvrir ledit premier interrupteur (SW1). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite phase de neutralisation comprend une étape préliminaire (E-F) pour fermer ledit deuxième interrupteur (SW2), cette étape préliminaire étant suivie par une étape d'annulation (F-G) pour activer ladite alimentation plasma (AP). Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite étape d'annulation (F-G) est suivie d'une étape d'inactivation (G-H) pour désactiver ladite alimentation plasma (AP). Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape d'inactivation (G-H) est suivie d'une étape d'interruption pour ouvrir ledit deuxième interrupteur (SW2) Implanteur ionique caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.