Сделай Сам Свою Работу на 5

Анализ возможных неисправностей и методы их устранения





Глава 9

 

Оборудование формирования легированных слоев в кремнии ионной имплантацией

9.1Общие сведения об оборудовании для ионной имплантации.

 

Преимущества формирования легированных слоев в кремнии ионной имплантацией:

-легирование атомами любых веществ независимо от предельной растворимости при любых температурах.

-создание в подложке скрытого слоя на некотором расстоянии от поверхности подложки;

-получение неглубоких до 1000 ангстрем легированных слоев в том числе ступенчатых;

-легирование подложки через защитный слой;

-легирование с высокой точностью, глубиной и профилем распределения примесей в подложке путём изменения энергии и дозы вводимых ионов примесей.

К недостаткам ионной имплантации можно отнести сложность оборудования и остаточные радиационные дефекты в подложке.

Установки ионной имплантации разделяют на три основных типа:

- малых и средних доз

- больших доз с интенсивными ионными пучками

- высокоэнергетические

В установках малых и средних доз интенсивность тока ионного пучка составляют от

единиц микроампер до 500-800 мкА,в установках больших доз (сильноточных) -от 1 до 200 мА.



Оба типа установок работают в области энергий от 30 до 200 кэВ.

Максимальная энергия высокоэнергетических установок может превышать 1 МэВ.

Установки ионной имплантации (Рис.9.1) обычно состоят из источника ионов 1, магнитного масс- сепаратора 3, систем ускорения 6и сканирования 8пучка, приемной камеры 9и вакуумной системы

Особенность конструкции.

Основным отличием установок является потенциал приёмной камеры, масс -сепаратора и источника ионов относительно друг друга.

Для экранирования рентгеновского излучения в электродах линз используют специальные материалы (например, свинцовую резину). Кроме того, рентгеновское излучение экранируют постоянными магнитами и металлическими экранами, устанавливаемыми непосредственно в системе однозазорного ускорения.

 

Рис. 9.1Установка ионной имплантации.

1-источник ионов, 2-система вытягивания и первичного формирования пучка, 3-магнитный масс- сепаратор, 4-высоковольтный модуль, 5-регулируемая диафрагма, б-система ускорения, 7-фокусирующая линза, 8-пластины электростатического сканирования и отклонения пучка, 9-приемная камера



Установка малых и средних доз, энергия ионов которой не превышает 200 кэВ, а приемная камера находится под потенциалом земли и магнитная сепарация осуществляется до полного ускорения пучка наиболее используемая в процессе легирования. Энергия ионов в сепараторе низкая, габариты небольшие, малые магниты, маломощные источники питания электромагнитного сепаратора и ускорительной системы.

Установка с разделением ионов по массам после ускорения обычно используется для исследовательских целей. Высокий ток нагрузки высоковольтного источника питания, а также увеличения вторичной электронной эмиссии, повышает опасность облучения рентгеновскими лучами.

Установка сильноточнаяимеет простую систему управления и питания источника ионов и электромагнита, малое количество потребляемой энергии высокого напряжения, а недостатком - трудный доступ к приёмной камере, высокий потенциал на ней и сложность автоматизации загрузки-выгрузки пластин.

Установка высокоэнергетическаяпозволяет, приложив высокий потенциал к приемной камере, получить сверхвысокую до 1МэВ энергию ионов. При дальнейшем увеличении энергии ионов возникает сильное рентгеновское излучение.

Установка больших доз использует источник ионов под высоким напряжением, обеспечивает полное ускорение ионов в системе первичного формирования и большие токи пучка, а также даёт возможность полной автоматизации всех режимов работы.

Рабочие вещества.

В качестве рабочих веществ в разрядную камеру источника ионов подают такие газы, как водород, гелий, аргон, азот или газообразные соединения ВFз,РНз и AsFe3. Используя твердые вещества, температура парообразования которых не превышает 1000 °С (олово Сп, галлий Ga, сурьму Сb), их предварительно нагревают, ионизируют пары и подают в источник ионов через натекатель, регулируя скорость испарения изменением температуры нагрева. Твердые вещества, температура парообразования которых превышает 1000 °С, сначала распыляют в атмосфере аргона или ксенона, а затем ионизируют в плазме этого газа.



Масс–сепаратор.

Масс-сепараторы служат для выделения из общего ионного пучка ионов необходимой массы и заряда.

Наибольшая напряжённость магнитного поля на равновесной траектории составляет 100 кА/м (8000Э) что позволяет разделять ионы в диапазоне масс 1-200 а. е. м. на промежуточной энергии ионов 15 кэВ. Питание обмоток электромагнита осуществляется от стабилизированного источника питания. Магнитная сепарация приводит пучок в моноионное состояние определённого химического элемента с током от десятков до тысячи мкА.

Масс - сепараторы на постоянных магнитах с ортогональными магнитными и электрическими полями с одновременным воздействием постоянного и переменного электрических полей используют взаимодействие движущихся ионов с магнитными и электрическими полями под действием силы Лоренца F=q/c [V,B].

Система фокусировки.

Фокусируют пучки независимо от массы ионов электростатическими квадрупольными (сдвоенными или строенными) или трех -электродными линзами.

Ускоритель.

Система ускорения и формирования пучка представляет собой ускорительную трубку, из кольцевых стеклянных (керамических) изоляторов и металлических (ковар) электродов, спаянных между собой. Расположением ускорителя относительно других элементов определяются конструкции и габариты установки, а также распределение высоких потенциалов по ее частям.

Система сканирования.

Система обеспечивает равномерное легирование по всей пластине.

Системы сканирования подразделяются по конструкции на три типа:

-электростатическая;

-механическая (например “Лада-30”);

-комбинированная (например “Везувий-8”).

В магнитном поле устройства сканирования ионный пучок отклоняется на определённый угол. Поскольку отклонять необходимо пучок одинаково заряженных и имеющих одинаковые значения импульсов , то угол отклонения будет зависеть только от напряжённости магнитного поля и его протяжённости вдоль траектории ионов. Форма, размеры полюсных наконечников и межполюсного зазора обеспечивают однородность магнитного поля во всей области его действия на ионный пучок. Частота вращения барабана 20 об/мин. Этим обеспечивается механическое сканирование подложек в горизонтальной, относительно пучка области.

После проведения имплантации необходим отжиг пластин с целью уничтожения радиационных дефектов. Лучший отжиг-электронно-лучевой, лазерный или галогенными лампами.

Цилиндр Фарадея.

Цилиндр Фарадея(Рис.9.2) используют для измерения дозы и настройки ионной оптики Измерение дозы ионов осуществляется непосредственно с поверхности изолированного подложкодержателя 4 и с размещённой на нём подложки 5. в этом случае доза определяется общим током от зацитных экранов (корпуса цилиндра) и мишени к земле.

Рис. 9.2Цилиндр Фарадея

1,2-заземленная и подавляющая диафрагмы, 3-корпус цилиндра,4 -подложкодержатель,

5-подложка

Вакуумная система оборудования ионной имплантации (9.3).

Рис. 9.3Вакуумная система оборудования ионной имплантации.

1- источник ионов,2 – ионопровод,3 - приёмная камера,4 - шлюзовая камера

NR - турбомолекулярный насос,NL - механический пластинчато-роторный насос,

BS - сорбционная ловушка,BL - заливная азотная ловушка,VE - электромагнитный клапан,VM - клапан с электромеханическим приводом,VT - высоковакуумный затвор,VF – натекатиль, VM – затвор поворотного типа с электромеханическим приводом,РТ - термопарный вакуумметр, РА - ионизационный вакуумметр.

9.2 Оборудовании для ионной имплантации “Визувия – 8”.

Рис. 9.4Схема оборудовании для ионной имплантации “Визувия-8”

1 - привод вращения контейнера, 2- нагреватель, 3 - контейнер с кассетами, 4-приемная камера, 5 - дозиметр, 6 - полупроводниковая подложка, 7 - вакуумный щелевой затвор, 8— азотная ловушка, 9-система однозазорного ускорения, 10 - настроечный цилиндр Фарадея, 11 - устройство электромагнитного сканирования, 12-электромагнитный масс- сепаратор, 13 - источник ионов

Назначение.

Установка "Везувий-8" (Рис.9.4)предназначена для имплантации больших доз (6,25 * 1015 ион /см2 ) ионов массы до 20 а.е.м. и током 2-5 мА при энергии ионов до 100 КэВ для подложек диаметром 75, 100, 150 мм.

Ионный разряд возбуждается в магнитном поле напряжённостью Н=15 кА/м , что необходимо для повышения эффективности ионизации газов и паров рабочих веществ. Ионный пучок ускоряется и поступает в масс - сепаратор.

Масс - сепаратор представляет собой электромагнит секторного типа с углом поворота пучка 110° радиусом равновесной траектории 300 мм и межполюсным зазором 50 мм. Чтобы исключить рентгеновское излучение , высоковольтные системы делят на несколько блоков, а в ионопроводе размещают магнитные ловушки отклоняющие вторичные электроны в оси ионопровода и не позволяющие им набирать высокую энергию.

Анализ возможных неисправностей и методы их устранения

 

Таблица. Возможные неисправности и способы их устранения.

Отказавший блок,узел Вид отказа Способ устранения отказа
Блок питания ионного источника (БПИ) и управления натекателем 1 Скручена ручка переменного резистора 2 Выход из строя трансформатора.     3 Ток дуги выводится не более 1 А(при норме 5 А)   Ток разряда установки не более 1-5 А (при норме 3 А) Замена резистора. Зачистка резистора   Замена диода Замена трансформатора.   Вышел из строя диод D16 (Д242) Вышел из строя диод D20,D21.
Блок управления высоковольтным источником (20кВ) (БУВИ) Не регулируется (устанавливается либо мах или не выводится) Выход из строя м/с КР140УД1 Отсутствие обратной связи. Обрыв резистора R1,R2; Замена элементов.
Блок управление электромагнитом масс -сепаратора При выключении стрелка зашкаливает влево Не управляется магнит Закарачивоет обмотку на корпус Вышла из строя м/с КР140УД6А
Вакуумная система Утечка по соединению. Не откачивают диффузионные насосы Проверка течеискателем ТИ1-17, "Алькателем" Разборка диффузионного насоса, промывка, замена вакуумного масла.

 

 

9.3 Оборудование для ионной имплантации “ЛАДА-30”.

 

Рис. 9.5Структурная схема установки "ЛАДА-30"

1-панель управления; 2-смотровое окно; 3-вытягивающие электроды ; 4-ионный источник. 5-изоляторы диффузионного насоса; 6-заслонка 2; 7-затвор2 ; 8-фокусирующие насадки; 9-анализируюший электромагнит; 10-высоковольтный отсек, 11-коллиматор ,12-измерительно-индикаторные панели , 13- заслонка,14-ускорительная трубка,15-затвор,16- коллектор вторичных электронов,17- блок подачи деионизованной воды ,18- карусель ,19- приемная камера; 20- дверки приемной камеры .

Назначение.

Установка (Рис.9.5) формирует пучок ионов различных типов вещества, производит магнитную сепарацию ионов, ускорение ионов до получения требуемой энергии и имплантацию ионов в полупроводниковые пластины диаметром 75-150 мм при их обработке в групповом режиме до набора заданной дозы.

Устройство и работа.

Установка "ЛАДА-30"использует полное механическое сканирование (Рис.9.6).

Подложки размещаются на карусели 8 приемной камеры 4,вращающейся в горизонтальной плоскости и перемещающейся в вертикальной. При сканировании движение вверх и движение вниз заканчиваются в одном и том же положении.

 

Рис.9.6Приемная камера установки ионной имплантации с механическим сканированием.

1- направляющая,2- ходовой винт,3- привод,4- рабочая камера,5-уплотнительная прокладка,6- подложки,7-вакуумная камера,8 – барабан,9- кривошипный вал,10 –электропривод,11- шлюзовое загрузочное устройство, 12-привод,13- механизм загрузки/выгрузки,14- кассеты,15- дверка, 16-затвор,17- вал,18- шток,19- подвижная плита,20-зубчатая ременная передача,21-электропривод,22-гидроцилиндр,23- неподвижная плита,24- зубчатая ременная передача.

 

9.4 Установка для ионной имплантации “Визувия – 7М”.

Рис.9.7Схема установки для ионной имплантации “Визувий – 7М”

1- модифицированный источник дугового разряда с катодом прямого накала,2-масс- сепоратор,3-магниты,4- сканер двух координатный электростатический,5-затвор,6-цилиндр Фарадея,7-диффузионные насосы,8-приемная камера,9-подложкодержатель, 10- универсальный измеритель,11-подложки.

Назначение

Установка "Везувий- 7М" (Рис.9.7)ионной имплантации малых и средних доз предназначена для непрерывного режима работы в производстве МОП БИС, где требуется высокая воспроизводимость дозы легирования, и используется для имплантации ионов бора, фосфора и мышьяка в подложки диаметром 76, 100 и 125 мм.

Устройство и порядок работы.

Установка состоит из трех частей: устройства эжекторного, устройства напуска и устройства приемного.

Установка оснащена двумя модифицированными источниками дугового разряда с катодом прямого накала 1, встроенными в масс- сепаратор 2 , что способствует ее непрерывной работе без разгерметизации до 100 ч. Кроме того, два источника позволяют быстро чередовать имплантацию различных веществ. Введение в разрядную камеру специального отражателя повышает температуру плазмы источника и увеличивает выход ионов бора по отношению к ионам плазмообразующего газообразного вещества BF3.

В масс- сепараторе применены постоянные магниты малых габаритов и массы 3, обладающие стабильным и однородным полем. Масс -сепаратор рассчитан на разные углы поворота для ионов различных веществ (бора 90°, фосфора 60° ) и соответствующий радиус поворота оптической оси пучка.

В установке использовано электростатическое 4 двух координатное сканирование с частотой 30 - 2500 Гц

Дополнительные линзы на входе и выходе отклоняющей системы снижают нагрузки на высоковольтные блоки питания, уменьшают вторичную электронную эмиссию, снижает рентгеноопасность и нейтрализует пространственный заряд пучка в области его отклонения и сканирования.

Производительность установки до 240 подложек в час при времени имплантации 7—10 с и дозах примерно 1015ион /см2 , неоднородность - 1%.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.