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.
|