METODOS Y APARATO PARA IMPURIFICACION A PARTIR DE PLASMA E IMPLANTACION IONICA EN UN SISTEMA DE TRATAMIENTO INTEGRADO.

Un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende:

una cámara (74) de tratamiento; un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara (120) de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara (74) de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, cuyo posicionador de oblea comprende una platina (76) para retener la oblea y un posicionador (78) de platina para situar en posición la platina (76), y en el que el módulo (110) de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo (170) posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente (132) de impulsos acoplada entre el ánodo (170) y la platina (76)

Métodos y aparatos para impurificación a partir de plasma e implantación iónica en un sistema de tratamiento integrado.

Campo del invento

Este invento se refiere al tratamiento de obleas de semiconductores y, más particularmente, a métodos y a sistemas de tratamiento integrados para impurificar una pieza de trabajo con materiales de impureza en un intervalo de energías, incluyendo energías muy bajas.

Antecedentes del invento

La implantación iónica se ha convertido en una técnica estándar para introducir impurezas que alteren la conductividad en obleas de semiconductores. Un material de impureza deseado es ionizado en una fuente de iones, los iones son acelerados para formar un haz de iones de energía predeterminada y el haz de iones es dirigido a la superficie de la oblea. Los iones energéticos del haz penetran en la masa del material semiconductor y se empotran en la retícula cristalina del material semiconductor para formar una región de conductividad deseada.

Los sistemas de implantación iónica incluyen, usualmente, una fuente de iones para convertir un material sólido o un gas en un haz de iones perfectamente definido. Se analiza la masa del haz de iones para eliminar especies no deseadas, se acelera el haz de iones hasta que alcance la energía deseada y se le dirige sobre un plano de blanco. El haz puede distribuirse por el área del blanco mediante barrido del haz, moviendo el blanco o merced a una combinación de barrido del haz y desplazamiento del blanco. Ejemplos de dispositivos de implantación iónica de la técnica anterior se describen en la patente norteamericana núm. 4.276.477 expedida el 30 de Junio de 1981 a Enge; en la patente norteamericana núm. 4.283.631 expedida el 11 de Agosto de 1981 a Turner; en la patente norteamericana núm. 4.899.059 expedida el 6 de Febrero de 1990 a Freytsis y otros; en la patente norteamericana núm. 4.922.106 expedida el 1 de Mayo de 1990 a Berrian y otros; y en la patente norteamericana núm. 5.350.926 expedida el 27 de Septiembre de 1994 a White y otros.

Una tendencia bien conocida en la industria de los semiconductores es la búsqueda de dispositivos más pequeños y más rápidos. En particular, tanto las dimensiones laterales como las profundidades características de los dispositivos semiconductores se están reduciendo. Los dispositivos semiconductores del estado de la técnica exigen profundidades de unión inferiores a 1.000 Angstroms y, eventualmente, pueden requerir profundidades de unión del orden de 200 Angstroms o menores.

La profundidad de implantación del material de impurificación viene determinada, al menos en parte, por la energía de los iones implantados en la oblea de semiconductor. Con energías de implantación bajas se obtienen uniones más someras. Sin embargo, los dispositivos de implantación iónica se diseñan, típicamente, para un funcionamiento eficaz con energías de implantación relativamente elevadas, por ejemplo en el intervalo de 20 keV a 400 keV y puede que no funcionen eficazmente con las energías requeridas para una implantación en uniones someras. Con energías de implantación bajas, tales como energías de 2 keV y menores, la corriente entregada a la oblea es mucho menor que la deseada y, en algunos casos, puede ser de, casi, cero. A consecuencia de ello, se necesitan tiempos de implantación extremadamente largos para conseguir una dosis especificada y el rendimiento se ve afectado adversamente. Tal reducción del rendimiento incrementa los costes de fabricación y no es aceptable para los fabricantes de dispositivos semiconductores.

Se han estudiado sistemas de impurificación a partir de plasma para formar uniones someras en obleas de semiconductor. En un tipo de sistema de impurificación a partir de plasma, se pone una oblea de semiconductor en una platina conductora, que funciona como cátodo, situada en una cámara de impurificación a partir de plasma. Se introduce en la cámara un gas ionizable que contiene el material de impurificación deseado y se aplica un impulso de voltaje entre la platina y un ánodo, provocando la formación de un plasma de descarga en efluvios que tiene una envoltura de plasma en la proximidad de la oblea. El impulso de voltaje aplicado hace que iones del plasma atraviesen la envoltura del plasma y sean implantados en la oblea. La profundidad de implantación está relacionada con el voltaje aplicado entre la oblea y el ánodo. Pueden conseguirse energías de implantación muy bajas. Sistemas de impurificación a partir de plasma se describen, por ejemplo, en la patente norteamericana núm. 5.354.381 expedida el 11 de Octubre de 1994 a Sheng; en la patente norteamericana núm. 6.020.592 expedida el 1 de Febrero de 2000 a Liebert y otros; y en la patente norteamericana núm. 6.182.604 expedida el 6 de Febrero de 2001 a Goeckner y otros. La patente norteamericana núm. 6.020.592 describe un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende una cámara de impurificación a partir de plasma; una platina para retener una oblea; en el que la cámara de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre el ánodo y la platina.

En otros tipos de sistemas de plasma, conocidos como sistemas de inmersión en plasma, se aplica un voltaje de RF continuo entre la platina y el ánodo, generándose así un plasma continuo. A intervalos, se aplica un impulso de alto voltaje entre la platina y el ánodo, haciendo que iones positivos del plasma sean acelerados hacia la oblea.

La fabricación de los dispositivos semiconductores de acuerdo con el estado de la técnica puede exigir varios pasos de implantación a energías que van desde muy bajas a relativamente altas. Los pasos de tratamiento con baja energía pueden requerir tiempos de implantación prolongados en un dispositivo de implantación iónica en línea de haz o hay que incurrir en el gasto de un sistema de impurificación a partir de plasma además del dispositivo de implantación iónica en línea de haz. En consecuencia, existe la necesidad de métodos y sistemas de tratamiento mejorados para implantar materiales de impurificación en piezas de trabajo en un intervalo de energías, incluyendo energías muy bajas.

El documento WO99/06110 describe un útil de agrupamiento que tiene una cámara de implantación iónica por inmersión en plasma que incluye una platina para retener una oblea y un robot para mover una oblea hacia y desde la cámara de implantación iónica por inmersión en plasma.

Sumario del invento

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento, se proporciona un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende: una cámara de tratamiento; un módulo de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de la oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, en el que el posicionador de la oblea comprende una platina para retener la oblea y un posicionador de platina para situar la platina en posición, y en el que el módulo de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre el ánodo y la platina.

La cámara de impurificación a partir de plasma puede estar situada dentro de la cámara de tratamiento y puede ser desplazada entre una posición de impurificación a partir de plasma y una posición retraída. Una primera bomba de vacío puede estar acoplada a través de una primera lumbrera de bombeo con la cámara de tratamiento, y una segunda bomba de vacío puede estar acoplada a través de una segunda lumbrera de bombeo con la cámara de impurificación a partir de plasma. La cámara de impurificación a partir de plasma puede estar aislada de la cámara de tratamiento en el modo de impurificación a partir de plasma.

La platina puede ser desplazada entre una posición de implantación iónica en línea de haz, una posición de impurificación a partir de plasma y una posición de transferencia de la oblea. La cámara de impurificación...

1. Un aparato para tratar una oblea de semiconductor, que comprende:

una cámara (74) de tratamiento;

un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara (120) de impurificación a partir de plasma que es accesible desde la cámara (74) de tratamiento; un posicionador de oblea para situar en posición una oblea de semiconductor en dicha cámara de impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, cuyo aparato comprende, además, un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a la cámara de tratamiento, y el posicionador de oblea está dispuesto, además, para situar en posición la oblea de semiconductor en la trayectoria del haz de iones en un modo de implantación en línea de haz, cuyo posicionador de oblea comprende una platina (76) para retener la oblea y un posicionador (78) de platina para situar en posición la platina (76), y en el que el módulo (110) de impurificación a partir de plasma comprende, además, un ánodo (170) posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente (132) de impulsos acoplada entre el ánodo (170) y la platina (76).

2. Aparato como se define en la reivindicación 1, caracterizado porque dicha platina (76) es desplazable entre una posición de implantación en línea de haz, una posición de impurificación a partir de plasma y una posición de transferencia de oblea.

3. Aparato como se define en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, caracterizado porque comprender, además, un controlador (150) para seleccionar el modo de implantación en línea de haz o el modo de impurificación a partir de plasma y para controlar dicho posicionador de oblea de acuerdo con el modo seleccionado.

4. Aparato como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho módulo de impurificación a partir de plasma comprende, además, un electrodo hueco (172) que rodea un espacio entre dicho ánodo y la mencionada platina.

5. Aparato como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende, además, una bomba de vacío (126) acoplada a dicha cámara de tratamiento, incluyendo además dicho módulo de impurificación a partir de plasma una abertura (194) de conductancia controlada entre el volumen interno de dicha cámara de impurificación a partir de plasma y dicha cámara de tratamiento, y una fuente (124) de gas de tratamiento acoplada a dicha cámara de impurificación a partir de plasma, en el que el volumen interno de dicha cámara de impurificación a partir de plasma es bombeado por dicha bomba de vacío a través de dicha abertura de conductancia controlada en el modo de impurificación a partir de plasma.

6. Un método de tratar una oblea de semiconductor, que comprende los pasos de:

situar en posición una oblea de semiconductor en una cámara de tratamiento (74);

proporcionar un módulo (140) de implantación iónica en línea de haz para generar un haz de iones y dirigir el haz de iones a dicha cámara de tratamiento, y un posicionador de oblea que comprende una platina (76) para retener dicha oblea y un posicionador (78) de platina para situar dicha platina en posición;

tratar la oblea en dicha cámara de tratamiento por implantación iónica en un modo de implantación en línea de haz, en el que el posicionador de oblea sitúa en posición la oblea en la trayectoria del haz de iones; y

proporcionar un módulo (110) de impurificación a partir de plasma que incluye una cámara de impurificación a partir de plasma que es accesible desde dicha cámara de tratamiento, un ánodo posicionado dentro de la cámara de impurificación a partir de plasma y una fuente de impulsos acoplada entre dicho ánodo y dicha platina;

tratar la oblea en dicha cámara de impurificación a partir de plasma mediante impurificación a partir de plasma en un modo de impurificación a partir de plasma, en el que el posicionador de oblea sitúa la oblea en posición en la cámara de impurificación a partir de plasma.