184167. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ionimplantáció berendezések víszintes és függőleges eltérítő feszültségei frekvenciáinak előállítására
184 167 A találmány tárgya eljárás ionimplantáló berendezések vízszintes és függőleges eltérítő feszültsége frekvenciáinak előállítására. Ismeretes, hogy a félvezető eszközök, integrált áramkörök gyártásának fontos lépése az alapanyagok — rendszerint szilícium — pontos mennyiségű idegen anyaggal való adalékolása. E művelet legkorszerűbb megoldása az ionimplan t ációnak nevezett módszer, melynél az adalékanyag- ionjait állítják elő, ezeket villamos terekkel felgyorsítva belövik — a kívánt mélységbe és mennyiségben — az alapanyagba. Az ionimplantáció mint módszer - többek között - a tömeggyártás igényei kielégítésére jött létre. Bármilyen modern gyártástechnológia akkor korszerű és hatásos, ha az azonos technológiai paraméterekkel előállított gyártmány jellemzői is azonosak s emellett magas a kihozatal. Szükséges jellemző még a jó ismételhetőség, különösen olyan tömegcikkeknél, mint a félvezető eszközök és integrált áramkörök. Az ionimplantáció azért jobb az egyéb adalékok) eljárásoknál, pL diffúzió, ötvözés, mert folyamata sokkal jobban kézben tartható. Az adalékolást végző ionnyaláb intenzitásának mérésével és időbeli összegzésével (integrálásával) viszonylag egyszerűen és pontosan meghatározható az adalékoló anyag mennyisége. Ez azonban csak akkor lesz előny, ha az adalékolás az alapanyag minden pontján jó közelítéssel azonos lesz, hiszen csak ez biztosítja a gyártmányok azonos paramétereit és a jó kihozatalt. A modern félvezető iparban alapanyagul megfelelő orientációval növesztett 5—100, esetleg 125 mm átmérőjű egykristály okból készített vékony, 0,3—0,4 mm vastag lapokat, ún. szeleteket használnak. Egy ilyen szeleten az áramkör bonyolultsági fokából függően sok ezer, de a legegyszerűbb áramköröknél is több száz, esetleg sok műveleti lépéssel előállított és ezért drága elem, illetve integrált áramkör található. Ezek azonos működése csak úgy biztosítható, ha az adalékolás minden áramkörnél az előírásnak megfelelő, attól legfeljebb 1—2%-kal tér el. E nehézségek kiküszöbölésére, vagyis a homogén adalékolás biztosítására javasolták már olyan ionnya'áb előállítását, melynek árameloszlása homogén s kiterjedése legalább a minta méretét eléri. Ez a megoldás az ionimplantáló berendezésnél igen nagy teljesítményű ionforrást, nagyméretű ionoptikai elemeket kíván, s a hatásfoka is alacsony. Egy másik megoldásnál egy nem homogén, igen jó közelítéssel Gauss árameloszlású ionnyalábot az implantálandó szelet felületén megfelelő módon végigvezetjük, eltérítjük. Az eltérítés történhet álló ionnyaláb mellett a minta mechanikai, vagy az ionnyaláb villamos vagy mágneses mozgatásával, a katódsugár csöveknél, illetve a televízió képcsöveknél alkalmazott módszer szerint. A minta mechanikus mozgatásával akkor lesz az adalékolás teljesen homogén, ha a mozgatás sebessége az ionnyalábnak a szelet felületén való átfutása alatt mindkét irányban konstans és közben az ionnyaláb alakja és intenzitása nem változik. Könnyen belátható, hogy a mechanikai eltérítésnél, ahol gazdaságos mennyiségű szelet egyidejű megmunkálását feltételezve, eh g nagy tömegeket kell mozgatni, ami a mozgatás sebességének határt szab. Kis mozgatási sebességnél azonban akár egy eltérítés alatt, illetve az azt követő újabb eltérítésnél megváltozik az ionnyaláb intenzitása, így a viszonylag lassú mechanikus eltérítésnél elengedhetetlen az ionnyaláb ionáramának mérése és a változásokkal arányban a sebesség változtatása, vezérlése. Ez bonyolult feladat, sok elvi és gyakorlati hibaforrással, ezért rendszerint csak akkor alkalmazzák, ha az ionnyaláb intenzitása 1-2 mA és a tértöltéshatás miatt elektrosztatikus sepertetés nem alkalmazható. Az ionnyaláb mágneses terekkel történő mozgatásánál sem valósítható meg a megkívánt mértékű homogén ada- 1 ékolás, ugyanis a szükséges frekvenciatartományban és geometriai méretben nem biztosítható a kitérítő mágneses tér időben és helyben 1%-nál kisebb hibával történő lineáris felfutása. Leggyakrabban használt megoldás az ionnyaláb elektromos terekkel történő eltérítése. Ennek a módszernek a hátránya, hogy ha a függőleges és vízszintes eltérítő feszültségek frekvenciáinak hányadosa, frekvenciaviszonya egész szám, a szeleten álló képet kapunk, hasonlóan a televíziós képernyőhöz, ahol a fénygerjesztő elektronnyaláb a képernyőn mindig ugyanazon a helyen fut végig. Az ionnyaláb a szeleten is mindig ugyanazokat a sávokat érinti, s így a szelethez képest kis méretű nyalábnál lehetnek egyáltalán nem implantait fe lületek is. Ahhoz, hogy a gyártástechnológiában az elfogadható 1-2%-nál nagyobb inhomogenitás ne jöjjön létre, igen magas frekvenciaviszonyt kell választani. Mivel az eltérítő feszültség linearitásában fellépő hibák azonos arányban jelentkeznek az implant homogenitásában, ezért a linearitás érdekében az eltérítő frekvenciákhoz, mint alapfrekvenciákhoz képest igen magas harmonikusokat (10-20 felharmonikus) kell torzításmentesen az eltérítő lemezpárokra átvinni. Ennek a lemezpárok kapacitása akkor is határt szab, ha az eltérítő feszültséget előállító áramkörök belső kapacitásától eltekintünk. További hátrány, hogy a választott frekvenciaviszonyt az időben állandó értéken kell tartani, mert ellenkező esetben a különböző időpontokban végzett implantálás homogenitása különböző lesz. Az ismert megoldásnál az eltérítő feszültségek frekvenciáit egy' vízszintes és egy függőleges oszcillátor szolgáltatja, amelyek stabilitása sok tényezőtől függ. A legfontosabb befolyásoló tényezők a környezeti hőmérséklettől való függés, a tápfeszültség függés, a környezet és az elrendezés termikus egyensúlya, a jelszintek megváltozása. Az ismertetett és más kisebb jelentőségű tényezők együttes hatása következtében az oszcillátorok frekvenciája megváltozik. A változás aránya a két független oszcillátorban nem szükségképpen azonos; ennek következtében a két oszcillátor frekvenciájának viszonya sem állandó. A megváltozó frekvenciaviszony megteremti az állókép, vagy lassan változó állókép kialakulásának lehetőségét. Az állókép, különösen jól fókuszált nyaláb esetén, számottevő inhomogenitást tud kialakítani még egy áramköri egységen (chipen) belül is. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség kiküszöbölése és olyan eltérítő frekvencia előállítására alkalmas eljárás kialakítása, mellyel viszonylag alacsonyabb eltérítő frekvencia esetén, egyszerűbb felépítésű áramköri elrendezéssel gazdaságosan, jól ellenőrizhetően, reprodukálhatóan megvalósítható az adalékok homogén eloszlása az Implantálandó pl. félvezető szeleten. A találmánnyal megoldandó feladatot ennek megfelelően a fenti ionimplantáló berendezés eltérítő frekvenciáinak előállítására alkalmas eljárás kialakításában jelöljük meg, amellyel egyszerű eszközökkel gazdaságosabban biztosítható az implantálandó, pl. félvezető szeleten az adalékok homogén eloszlása. 1 2 2 ! j 5 ‘ s 1 10 1 i I 15 I 20 25 30 35 40 45 1 I < 50 ’ ! 55 j 60 « 65
