DE2819114B2 - Ionenimplantationsanordnung mit Steuerung des Auffangscheiben-Oberflächenpotentials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist

Eine derartige Ionenimplantationsanordnung ist aus der US-PS 35 07 709 bekannt

loneniiiiplantationsverfahren werden bei Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen, insbesondere bipolarer Schaltungen in zunehmendem Maße eingesetzt Dabei geht das Bestreben dahin, einmal höhere Implantationsdosierungen in stets kürzeren Zeiträumen einzubringen und zum anderen durch immer kleinere

Öffnungen in der Größenordnung unterhalb von 25 μΐη Dotierungsstoffe einzubringen. Da die Dosierung bei der Ionenimplantation vom lonenstrom und von der Zeitdauer abhängt, müssen bei der Wahl einer kurzen Zeitdauer die Ionenstrahlen entsprechend hohe Ionenströme führen. Praktisch liegt die Stromstärke dabei oberhalb von 0,5 mA. Es zeigt sich, daß bei leitfähigkeitsbestimmenden Dotierungen durch Implantation über 2,5 bis 25 μηι breite Öffnungen in isolierenden Schichten unter Anwenden derart hoher Strahlströme die Gefahr besteht daß die isolierenden Schichten sowie die dem Ionenstrahl ausgesetzten Halbleiteroberflächenbereiche beschädigt werden. Dies kann dann Anlaß zu Kurzschlüssen geben, so daß die hiervon betroffenen integrierten Halbleiterschaltungen unbrauchbar werden.

Derartige Beschädigungen beruhen vermutlich auf elektrischem Durchschlag, bedingt durch hohes Potential, das sich auf der den Halbleiter bedeckenden, isolierenden Schicht unter Wirkung positiver Ionen aus dem pirmären Ionenstrahl aufbaut Eine derartige Oberflächenpotentialbildung stellt sich leicht bei Ionenstrahlen hoher Strahlstromsätrke und großer Dichte ein. Vermutlich treten positive Ionen in Ionenstrahlen hoher Strahlstormstärke in derartiger Dichte auf, daß die schwebende Elektronenwolke, die durch Ionenbombardement und durch Ionisation neutraler Restgase hervorgerufen wird, völlig unzureichend ist, die auf der Auffangscheibe durch die positiven Ionen bereitgestellte Ladung auszugleichen.

Eine derartige Wirkung des positiven Ionenstrahls zusammen mit der schwebenden Elektronenwolke wird im einzelnen in den US-PS 39 97 846, 40 11 449 und 40 13 891 abgehandelt und erläutert.

Im übrigen scheint es so zu sein, daß bei sehr kleinen, höchstens 25 um breiten Öffnungen in der Isolierschicht, durch weiche Ionen implantiert werden sollen, Sekundarelektronenbikhmg. die normalerweise beim Auftreffen positiver Ionen auf die Halbleiteroberfläche einsetzt, unterdrückt wird; ein Umstand der weiterhin noch zur Asang positiver Ionen auf der auf der Halbleiter-Oberfläche befindlichen Isolationsoberfläche beiträgt

Die oben angeschnittenen Probleme treten dabei nicht nur bei Ionenimplantation über sehr kleine ίο Offnungen in auf Halbleitersubstraten aufgebrachten Isolierschichten hindurch auf, sondern gleichermaßen auch bei mit Ionenstrahlen hoher Strahlstromstärke durchgeführter Implantation über oberhalb von Halbleitersubstraten liegende dünne, elektrisch isolierende Schichten. Zur Abhilfe wird gemäß der Ionenimplantationsanordnung der eingangs genannten Art der Aufbau von Ladungen auf der Oberfläche durch direkte Bestrahlung der Oberfläche des Isolationsmaterials mit Elektronen ausreichender Menge derart beeinflußt, daß ein negatives Oberflächenpotential herbeigeführt wird, das in der Lage ist, die positive, durch den Ionenstrahl aufgebaute Ladung zu kompensieren. Unmittelbar auf die Auffangscheibenoberfläche zur Einwirkung gebrachte Elektronen führen aber zu erheblichen Nachtei- lea Hierzu ist nämlich zu berücksichtigen, daß Elektronenquellen üblicherweise als Glühkathode ausgebildet sind oder in Form eines Plasmas bereitgestellt sind Derartige Elektronenquellen können aber durch Material, das unvermeidlich infolge des Ionenbombardements aus der Auffangscheibe herausgeschlagen wird, verunreinigt werden. Fernerhin kann die mit einer derartigen Elektronenquelle einhergehende Wärme die Auffangscheibe in schädlicher Weise beeinflussen. Ist so beispielsweise eine Auffangscheibe mit einer elektrisch isolierenden Schicht, wie z. B. Photolack, bedeckt, dann ist eine den Herstellungsgang beeinträchtigende Wärmeschädigung nicht zu verhindern.

Schließlich ist es bei Anwendung der Ionenimplantation unerläßlich, für entsprechende Dosierung die Stromstärke des Strahlstroms zu erfassen und zu regeln, so daß es speziell bei hohen Strahlstromstärken erforderlich ist, das sich an der Auffangscheibe aufbauende, positive Oberflächenpotential zu kontrollieren und auf einen minimalen Wert herabzudrücken, wobei dies mit Dosimetrierung und Strahlstrommessung verträglich sein muß. Aus der Literaturstelle »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Bd. 16, 1973, Nr. 6, S. 1759 ist es bekannt, Halbleiterkörperoberflächen mit neutralisierten Ionen direkt zu beschießen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, in einer Ionenimplantationsanordnung Maßnahmen dafür bereitzustellen, um den Aufbau positiven Oberflächenpotentials an der Auffangscheibe unter gleichzeitiger Erfassung des Auffangscheibenstroms auf ein Minimum herabzudrücken, wobei auf der Auffangscheibe ein Körper mit einer dem Ionenstrahl zugekehrten, isolierenden Schicht angebracht ist, indem zusätzlich durch die hierzu getroffenen Maßnahmen eine Vergiftung der Auffangscheibe mit dem hierauf angebrachten Körper wirksam verhindert wird oder die isolierende Schicht und gegebenenfalls hiervon freigelassene, darunterliegende Körperoberflächenbereiche beschädigt werden, so daß ganz allgemein durch die Maßnahmen zur Herabsetzung des positiven Oberflächenpotentials keinerlei schädigende Einwirkung beim Implantationsvorgang zu verzeichnen ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Die von einer Elektronenquelle ausgehenden Strahlen umfassen nicht nur die Elektronen als solche, sondern auch andere Partikel und zudem Photonen. Erfindungsgemäß ist nun Vorsorge dafür getroffen, daß derartige, von der Elektronenquelle ausgehende Strahlen nicht unmittelbar auf die Auffangscheibe mit dem darauf angebrachten Körper auftreffen können, weil die Elektronenquelle hinter einer entsprechend ausgestatteten Abschirmung in Form einer Aushöhlung der Wandung des Faraday-Käfigs angeordnet ist Derartige Abschirmungsmaßnahmen verhindern wirkungsvoll, daß insbesondere von der Elektronenquelle verdampftes Material die Auffangscheibe mit dem hierauf befestigten Körper vergiften kann. Dies gilt speziell dann, wenn die Elektronenquelle wie allgemein üblich, aus einem aus Wolfram, Tantal oder thoriertem Iridium bestehenden Heizfaden dargestellt wird. Zusätzlich verhindern die Abschirmmaßnahmen, daß durch Absprühen von der Auffangscheibe und dem darauf befestigten Körper hervorgerufene positive Ionen, als Folge des dort auftreffenden Ionenstrahls andererseits auch zu einer direkten Schädigung oder Vergiftung der Elektronenquelle führen können. Schließlich ergibt sich, daß bei beheizter Elektronenquelle die Abschirmmaßnahmen wirksam verhindern, daß zudem die Auffangscheibe aufgeheizt wird, was dann besonders nachteilig ist wenn auf der Auffangscheibe ein z. B. mit Photolack versehener Körper angebracht ist

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin dafür Vorsorge getroffen, daß die Abschirmungen auf einer geringeren Temperatur als die der Auffangscheibe gehalten werden. Dies ist ebenfalls besonders dann vorteilhaft, wenn die Elektronenquelle aus einer Glühkathode besteht

Da der Auffangscheibenstrom auch einen wesentlichen Anteil des Strahlstromwertes der betreffenden Ionenstrahlen umfaßt, muß der Faraday-Käfig so eingerichtet sein, daß seine Wandungen von der Auffangscheibe elektrisch isoliert angeordnet sind, d. h. der Gesamtwandungsstrom wird unabhängig vom Auffangscheibenstrom erfaßt und gemessen; erst die Kombination von Auffangscheibenstrom und Wandungsstrom führen dann zum resultierenden Meßwert für den Ionenstrahlstrom.

Bei Anwendung der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Auffangscheibe Körper mit elektrisch nichtleitenden Schichten an ihrer Oberfläche aufweisen, wie z.B. Halbleiterkörper, die mit Isolationsschichten überzogen sind, um mittels Ionenimplantation behandelt zu werden. Hierbei wird angestrebt, den Aufbau positiven Oberflächenpotentials auf der Isolationsoberfläche auf einem Minimalwert zu halten, selbst wenn hohe Strahlstromwerte von mindestens 0,5 mA Anwendung finden. Solange der Auffangscheibenstrom auf dem Wert Null oder einem negativen Wert, vorzugsweise jedoch nur äußerst geringfügig negativ, gehalten wird, läßt sich die Ausbildung positiven Oberflächenpotentiais auf der Isolierschichtoberfläche eines auf der Auffangscheibe angebrachten Körpers verhindern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmea

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ionenimplantationsanordnung ist es somit bei der Herstellung von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen möglich, die Ionenstrahlen über äußerst kleine öffnungen in

auf Halbleitersubstraten befindlichen Isolationsschichten, wie sie bei hochintegrierten Schaltkreisen auftreten bzw. angestrebt werden, im Halbleiter einwirken zu lassen, ohne daß Kurzschlüsse in der Isolationsschicht zu befürchten sind oder Schädigungen der in den genannten Isolationsschichtöffnungen freiliegenden Halbleiterbereiche zu verzeichnen sind. So wurden bisher zur Verhinderung von Kurzschlüssen in Isolationsschichten oberhalb integrierter Halbleiterschaltungen Implantationszonen in nicht zu großer Dichte in einem Halbleiterkörper vorgesehen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Die Zeichnungen zeigen

F i g. 1 eine Darstellung einer Ionenimplantationsanordnung,

F i g. 1A einen vergrößerten Teilausschnitt der in F i g. 1 gezeigten Ionenimplantationsanordnung,

F i g. 2 einen Teilausschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels der lonenimplantationsanordnung,

Fig.3A einen Ausschnitt zur Darstellung der Kühlmaßnahmen für die Abschirmung zwischen Elektronenquelle und Auffangscheibe,

Fi g. 3B einen Querschnitt längs der Linien 3B-3B in der Darstellung nach F i g. 3A.

Die Anordnung nach F i g. 1 zeigt schematisch sowohl die auch bisher bei Ionenimplantation angewendeten Maßnahmen als auch innerhalb der gestrichelten Linien 10 die erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel zur Steuerung des Oberflächenpotentials des durch Ionenimplantation zu behandelnden Körpers auf der Auffangscheibe. Einzelheiten einer üblichen lonenimplantationsanordnung finden sich z. B. in den US-PS 37 56 862 bzw. 40 Il 449. in Fig. 1 ist eine Ionenquelle 12 dargestellt, die im vorliegenden Fall einen Heizfaden als Glühkathode zur Erzeugung von Ionen mittels Elektronenstroß zur oszillierenden Elektronenentladungsbetriebsweise enthält Ein Ionenstrahl wird in üblicher Weise mittels einer Extraktionselektrode 16 über Blende 15 der Ionenquelle 12 gebildet Die auch als Beschleunigungselektrode bezeichnete Extraktionselektrode 16 wird mittels der Verzögerungsspannungsquelle auf negativem Potential gehalten. Die Ionenquellen-Elektrode 17 wird gegenüber dem Heizfaden der Ionenquelle 12 mittels der Anodenspannungsquelle auf positivem Potential gehalten. Eine Verzögerungselektrode 18 liegt in Strahlrichtung hinter der Extraktionselektrode 16 und wird auf Massepotential gehalten. Die einzelnen Vorspannungen lassen sich entsprechend den gewünschten Betriebsbedingungen einstellen.

Der die Ionenquelle 12 verlassende Ionenstrahl folgt einem Pfad 19 bis zu einer Analysatormagnetpolschuh-Anordnung 20 üblicher Bauart Lochblenden 21 und 22 zu beiden Seiten der Analysatormagnetpolschuh-Anordnung 20 definieren außerdem in üblicher Weise den hierdurch weitergeleiteten Ionenstrahl. Fernerhin ist noch eine Strahlformungsblende 24, ebenfalls an sich bekannter Bauart vorgesehen. Schließlich durchläuft der Ionenstrahl eine Blende 26, gebflde» durch die Platten 25, um dann auf die Auffangscheibe 23 aufzutreffen. Alle diese beschriebenen Maßnahmen sind an sich bekannt und werden wie üblich angewendet

Nun wird unter Bezugnahme auf das Prinzip der Erfindung auf den Aufbau innerhalb der gestrichelten Linien 10, wie in vergröBerter Darstellung der F i g. 1A zu entnehmen ist eingegangen. Der bier gezeigte Aufbau stellt einen modifizierten Faraday-Käfig dar, wie er z. B. in der US-PS 40 11 449 beschrieben ist; um den lonenstrahlstrom meßtechnisch zu erfassen. Hierbei kombiniert sich die Auffangscheibe 23 mit den benachbarten Wandungen 27 und der Abdeckplatte 28 zur Bildung einer Faraday-Käfig-Struktur, die den Ionenstrahl 29 an seinem Auftreff-Ende umfaßt. Die Auffangscheibe 23 selbst besteht aus einem Halbleitersubstrat-Halter 30, der eine größere Anzahl von Halbleiterkörper 31 aufzunehmen vermag. Der Halbleitersubstrat-Halter 30 läßt sich drehen und hin und her

ίο schwenken, wie es durch die Pfeile angedeutet und in der US-PS 40 11 449 näher beschrieben ist, so daß eine gleichförmige Überstreichung des Ionenstrahls 29 über die Oberflächen aller Halbleiterkörper 31 auf dem Halbleitersubstrat-Halter 30 gewährleistet ist

Selbstverständlich ließe sich der beschriebene Faraday-Käfig auch mit einer fest angebrachten Auffangscheibe 23 verwenden. Außerdem befindet sich natürlich der Faraday-Käfig in einem Hochvakuumgefäß, wie es zur Durchführung der Ionenimplantation erforderlich

Die Wandungen 27 des Faraday-Käfigs müssen von der Auffangscheibe 23 elektrisch isoliert angeordnet sein. Um dies anzudeuten, sind sie in der Abbildung voneinander getrennt dargestellt Wie der Abbildung außerdem zu entnehmen ist, liegen die Wandungen 27 gegenüber der Auffangscheibe 23 auf negativem Potential, wie es von der Quelle V_w bereitgestellt wird. Die Auffangscheibe 23 liegt über Leitung 32 an Masse. Die Elektronenquellen 33 und 33' können herkömmli eher Bauart sein, um eine gemäß den Erfordernissen einstellbare Anzahl von Elektronen, wie durch 34 angedeutet (F i g. 1 A), in den Ionenstrahl 29 einführen zu können, je nach Einstellung lassen sich dann positive Ladungen, die sich sonst auf der Oberfläche des betreffenden Halbleiterkörpers 31 ausbilden können, neutralisieren.

Die Elektronenquellen 33 und 33' können in Form von Heizfäden, Plasmastrecken, Elektronenkanonen mit oder ohne magnetische Feldeinwirkung oder durch Feldemissionselektroden dargestellt sein. Bei Verwendung einer Glühkathode 35 läßt sich der hierdurch fließende Strom wahlweise einstellen, um die Anzahl der Elektronen 34, die in den Ionenstrahl 29 eingegeben werden sollen, entsprechend den jeweiligen Erforder nissen regulieren zu können. Die Heizfadenanordnung der Glühkathode ist eine negative Vorspannung V/mit Bezug auf die Faraday-Käfig-Wandungen 27 gelegt Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sind die Elektronenquellen 33 und 33' derart in

so Wandungshöhlungen der Faraday-Käfig-Wandungen 27 eingebettet daß sich keine geradlinige Verbindung zwischen Elektronenquelle und Auffangscheibe ergeben kann. Dies gilt für den gesamten Oberflächenbereich einer Auffangscheibe. Damit schirmen die Wandungsbe reiche 36 der Faraday-Käfig-Wandung 27 die Elektro nenquellen 33 und 33' gegenüber der Auffangscheibe völlig ab bzw. decken sie wirksam gegenüber den Elektronenquellen ab. Die Abdeckplatte 28 ist von den Faraday-Käfig-Wan-

eo düngen 27 dank der Isolationslage 37 völlig isoGert Eine Spannungsquelle V_p versorgt die Abdeckplatte 28 mit gegenüber den Faraday-Käfig-Wangen 27 und der Glühkathode 35 negativer Spannung. Die verschiedenen Vorspannungen sorgen dafür, daß sich die in den Ionenstrahl 29 eingebrachten Elektronen 34 zusammen mit der den Ionenstrahl 29 begleitenden Sekundärelektronenwolke, die zwischen Abdeckplatte 28, den Faraday-Käfig-Wandungen 27 und der Auffangscheibe

23 eingeschlossen ist in Richtung auf die Auffangscheibe 23 zu bewegen.

Bei einer Strahlbeschleunigung von 50 keV unter Verwendung von Arsenionen mit einer Strahlstromstärke von größenordnungsmäßig 0,5 mA oder mehr und bei Massepotential an der Auffangscheibe 23, sollen die Faraday-Käfig-Wandungen 27 etwa —50 V, die Glühkathode 35 eine Vorspannung von —60 bis —100 V und die Abdeckplatte 28 etwa —200 V aufweisen. Die Strahlstromstärke ergibt sich aus der Kombination aller Ströme, nämlich des Auffangscheibenstroms, des Faraday-Käfig-Wandungsstroms und des Abdeckplattenstroms, die sich insgesamt durch das Amperemeter 38 erfassen lassen. Zusätzlich jedoch läßt sich auch der Auffangscheibenstrom mit Hilfe eines zweiten Amperemeters 39 messen, um aus dem jeweiligen Meßwert für den Auffangscheibenstrom die jeweilige Einstellung der in den Ionenstrahl 29 über die Glühkathode 35 einzugebenden Elektronen 34 einzustellen. Wie bereits oben erwähnt, gilt es zur Verhinderung des Aufbaus eines positiven Potentials an einer auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers 31 angebrachten Isolierschicht, den Auffangscheibenstrom entweder auf Null zu reduzieren, oder darüber hinaus geringfügig negativ einzustellen.

Wie sich aus der in Fig. IA gezeigten Anordnung ergibt, verhindert eine negative Spannung der Abdeckplatte 28, daß Elektronen den Faraday-Käfig über seine Einstrahlöffnung verlassen können. Hierzu liegt die Abdeckplatte 28 auf der tiefsten negativen Spannung des gesamten Faraday-Käfigs. Bei einem modifizierten Ausführungsbeispiel (F i g. 2) läßt sich die Abdeckplatte 28 durch ein entsprechend ausgebildetes und von außen angelegtes Magnetfeld 40, dessen Feldrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ionenstrahls gerichtet ist, durch Anwenden des Magnetpaars 41 und 42 ersetzen. Das hierdurch bereitgestellte Magnetfeld stellt, wie an sich bekannt, eine wirksame Elektronenbarrierre dar.

Bei Ionenimplantation unter Verwendung bestimmter Dotierungsstoffe wie Arsen, die bereits bei normalen Betriebstemperaturen verdampfen, können wegen des Einfalls verdampfter Partikel auf die Auffangscheibe gewisse Schwierigkeiten entstehen. Bei üblicher Betriebsweise nämlich würden sich die verdampftenPartikeL also im vorliegenden Beispiel Arsen, auf die Wandungen des Faraday-Käfigs in der Nähe der Auffangscheibe absetzen. Bei der vorliegenden Anordnung jedoch, bei der die Elektronenquellen in den Faraday-Käfig-Wandungen Temperaturen zwischen 1500 und 2700⁰C erreichen, können die Faraday-Käfig-Wandungen 27 und insbesondere deren abschirmende Wandungsbereiche 36 auf ziemliche hohe Werte aufgeheizt werden. Da unter diesen Voraussetzungen die Wandungstemperatur jedenfalls höher zu liegen kommt als die der Auffangscheibe, dürfte sich im vorliegenden Beispiel der Arsendampf bevorzugt auf den (Se Auffangscheibenoberfläche bildenden Halbleiterkörper niederschlagen. Em derartiger Niederschlag würde aber das HalbleiterhersteUungsverfahren und insbesondere die Arsendotierung stören, die sich ja allein aus den Meßwerten der Ionenimplantation bestimmen soll. Dies folgt daraus, daß das verdampfte Arsen nicht ionisiert ist und infolgedessen auch nicht bei der dosimetrischen Erfassung während des Implantationsverfahrens zu ermitteln ist. Da sich das Arsen auf die Halbleiteroberfläche als Auffangfläche niederschlägt, kann es beim nachfolgenden Wärmediffusionsverfahrensschritt auch in den Halbleiter eindringen, so daß das Arsendotierungsniveau im Halbleiter hierdurch höher ausfallen wird, als es erwünscht bzw. vorgegeben

ίο ist.

Außerdem kann Arsen, das bei früheren Verfahrensgängen auf den Faraday-Käfig-Wandungen niedergeschlagen ist, hierbei erneut verdampfen und damit zusätzlich zur Dotierungsverfälschung der gerade vorliegenden, zu behandelnden Halbleiterkörper beitragen. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, wird nun gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dafür Sorge getragen, daß sowohl Abschirmung als auch Faraday-Käfig-Wandungen entsprechend unterhalb der Auffangscheibentemperatur abgekühlt werden. Eine entsprechende Anordnung mit hierfür vorgesehenen Maßnahmen, ist im Querschnitt in Fig.3B dargestellt. F i g. 3A zeigt eine Teilquerschnittsansicht und zwar von der Auffangscheibenseite her entlang der Achse des Ionenstrahls gesehen. Die in Fig.3B gezeigten Halbleiterkörper 131 sollen mit Hilfe des hierauf gerichteten Ionenstrahls 129 bearbeitet werden. Hierzu sind die Körper 131 auf dem Substrathalter 130 der Auffangscheibenvorrichtung 123 angebracht. Die Faraday-Käfig-Wandungen 127 sind gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel derart modifiziert, daß Kühlkanäle 150 vorgesehen sind, die mit der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 151 in Verbindung stehen, über welche ein Kühlmittel in das System eintritt, um es dann wieder über die Auslaßleitung 152 zu verlassen. Zur Kühlung kann auch Preßluft oder ein Fluor-Kohlenstoff verwendet werden, wobei die Wandungen 127, insbesondere die abschirmenden Wandungsbereiche 136 der Faraday-Käfig-Wandung durchströmt werden, damit die Temperatur derselben unterhalb der Auffangscheibentemperatur gehalten wird. Dadurch wird die Wirkung der Glühkathode 135 der Elektronenquelle 133 erfolgreich kompensiert. Das jeweils verwendete Kühlmittel muß elektrisch isolierend sein, damit die Meßwerte, wie Strahlstromstärke und Auffangflächen-Oberflächenpotential, hierdurch nicht beeinflußt werden. Ebenso müssen die äußeren Teile des Kühlsystems auch elektrisch isoliert sein. Die Anschlußteile 153 in Fig.3A sind deshalb ebenfalls aus Isoliermaterial hergestellt. In Fig.3A ist ein Teil in Querschnittsansicht gezeigt, um die Anordnung der Heizfaden der Glühkathode 135 zur Emission der Elektronen 134 in ihrer Lage bezüglich des Eintrittsfensters des Ionenstrahls 129 erkennen zu können.

Dank der Anwendung der Kühleinrichtung läßt sich die Temperatur der Faraday-Käfig-Wandungen 136 im Betrieb bei einer Heizfaden temperatur zwischen 1500 und 2700⁰C unterhalb von 100⁰C halten, wobei die Auffangscheibe hauptsächlich unter der Wirkung des Ionenstrahls eine höhere Temperatur von etwa 150⁰C erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. lonenimplantationsanordnung, bei der die einem positiv geladenen Ionenstrahl ausgesetzte Oberfläche eines zu implantierenden, auf einer Auffangscheibe angeordneten Körpers zur Steuerung ihres Oberflächenpotentials gleichzeitig der Einwirkung von Elektronen einer Elektronenquelle unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegen die Auffangscheibe (23; 123) elektrisch isolierter Faraday-Käfig vorgesehen ist, in dessen vom Ionenstrahl (29; 129) durchsetztem Inneren die Elektronenquelle (33, 33', 35; 133, 135) zur indirekten Einwirkung auf die Obenläche des zu implantierenden Körpers (31; 131) derart angeordnet ist, daß sie durch die Wandungen (36; 136) des Faraday-Käfigs gegenüber der Auffangscheibe (23; 123) in der Weise abgeschirmt ist, daß sich keine geradlinige Verbindung zwischen der Elektronenquelle und der Auffangscheibe ergibt und die Elektronenquelle ausschließlich zum Ionenstrahl Elektronen (34; 134) direkt emittieren kann, und daß an der Auffangscheibe (23; 123) ein Meßinstrument angeschlossen ist, um über die Intensität der Elektronenemission den Auffangscheibenstrom entweder auf Null zu reduzieren oder darüber hinaus negativ einzustellen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine negative elektrische Vorspannung (V_w) der Faraday-Käfig-Wandungen (27; 127), in bezug auf die Auffangscheibe (23,123).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faraday-Käfig an der Strahleintrittsseite des Ionenstrahls (29) eine Abdeckplatte (28) aufweist, die von den Wandungen (27) des Faraday-Käfigs elektrisch isoliert angebracht sind, so daß eine negative Vorspannung (V_p) an der Abdeckplatte (28) ,gegenüber den in der Nähe der Auffangscheibe (23) angeordneten Wandungen (27) anlegbar ist

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle (33,33'; 133) eine Glühkathode (35; 135) ist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Wandungen (27; 127) Aushöhlungen zur Aufnahme der Glühkathode (35; 135) in Form eines Heizdrahtes aufweisen, derart, daß die Glühkathode gegenüber der Auffangscheibe (23; 123) abgeschirmt ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vorspannung der Elektronenquelle (33,33'), welche positiv in bezug auf die Abdeckplatte (28) und negativ in bezug auf die Wandungen (27) ist

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Elektronen am Austritt durch das lonenstrahleintrittsfenster des Faraday-Käfigs durch ein im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Ionenstrahls (29) angelegtes Magnetfeld (40) gehindert sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl (29; 129) eine Strahlstromstärke von zumindest 0,5 mA aufweist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zu implantierende Körper (31; 131) aus elektrisch isolierendem Material besteht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der zu implantierende Körper (31; 131) aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogenen Halbleitersubstrat besteht

U. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die elektrisch isolierende Schicht Öffnungen aufweist die in ihrem Durchmesser kleiner als 25 μΐη sind.

IZ Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die abschirmenden Wandungsbereiche der Wandungen (127) des Faraday-Käfigs gegenüber der Temperatur des zu implantierenden Körpers (131) abgekühlt sind.

13. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die den Aushöhlungen benachbarten Wandungsbereiche flüssigkeitsgekühlt sind.

14. Anordnung tuch Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet daß die Wandungsbereiche Kühlkanäle (150) aufweisen.