CN107093553B - 用于将离子注入到半导体衬底中的方法和注入系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于将离子注入到半导体衬底中的方法和注入系统。该方法包括向半导体衬底中执行离子的测试注入。在半导体衬底上以第一注入角度范围注入测试注入的离子。此外，该方法包括在测试注入之后基于半导体衬底来确定注入角度偏移，以及基于确定的注入角度偏移来调整半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度。另外，该方法包括在倾斜角度的调整之后向半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入。在半导体衬底上以第二注入角度范围注入至少一个目标注入的离子。此外，第一注入角度范围大于第二注入角度范围。

Description

用于将离子注入到半导体衬底中的方法和注入系统
技术领域
各实施例涉及用于离子注入的构思，并且具体地涉及用于将离子注入到半导体衬底中的方法和注入系统。
背景技术
一些半导体器件可需要或可通过使用深沟道注入来改善。然而，由于困难或不可再现性，难以可靠地实施生产中的要求。如图7所示，至少三个影响变量会对0°注入时的期望沟道效应具有不利影响，例如，该影响变量为晶片所处的台板710的取向精度、离子束发散720和晶片切割角度730(此外在载体支撑的晶片的情况下晶片和载体之间的角度偏移)。
发明内容
可能存在提供用于注入离子的构思的需求，该构思允许提高注入的再现性和/或精度和/或可靠性。
这样的需求可通过权利要求的主题来满足。
一些实施例涉及一种用于将离子注入到半导体衬底中的方法。该方法包括向半导体衬底中执行离子的测试注入。在半导体衬底上以第一注入角度范围注入测试注入的离子。此外，该方法包括在测试注入之后基于半导体衬底来确定注入角度偏移，以及基于确定的注入角度偏移来调整半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度。另外，该方法包括在倾斜角度的调整之后向半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入。在半导体衬底上以第二注入角度范围注入至少一个目标注入的离子。此外，第一注入角度范围大于第二注入角度范围。
另一些实施例涉及一种注入系统，其包括配置为向半导体衬底中执行离子的测试注入的第一离子注入模块和配置为确定指示在测试注入期间发生沟道条件的半导体衬底处的位置的沟道信息的测量模块。此外，注入系统包括配置为基于沟道信息确定注入角度偏移的处理模块。第一或第二离子注入模块配置为基于所确定的注入角度偏移来调整半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度。此外，第一或第二离子注入模块配置为在倾斜角度的调整之后向半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入。
附图说明
下面将仅通过示例并参考附图来描述设备和/或方法的一些实施例，附图中
图1示出了用于将离子注入到半导体衬底中的方法的流程图；
图2a示出了具有去激活的角度校正的离子注入的示意图；
图2b示出了具有激活的角度校正的离子注入的示意图；
图3示出了半导体晶片上的晶体缺陷或电荷载流子密度分布；
图4示出了在移动通过离子束时半导体衬底的倾斜角的变化；
图5A示出了注入系统的示意图；
图5B示出了另一注入系统的示意图；
图6示出了光热测量系统的示意图；以及
图7示出了对沟道效应的影响变量的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中示出了一些示例实施例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大。
因此，尽管示例性实施例能够具有各种变型和替代形式，其实施例通过附图中的示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，没有意图将示例实施例限制为所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖落入本公开范围内的所有变型、等同物和替代物。在附图的整个描述中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制示例实施例。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”指定陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，例如在常用字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义。然而，如果本公开给出偏离本领域普通技术人员通常理解的含义的术语的具体含义，则在本文给出的这种定义的具体上下文中将考虑这个含义。
图1示出了根据一个实施例的用于将离子注入到半导体衬底中的方法的流程图。方法100包括向半导体衬底中执行离子的测试注入110。在半导体衬底上以第一注入角度范围注入测试注入110的离子。此外，该方法包括在测试注入之后基于半导体衬底来确定120注入角度偏移，以及基于确定的注入角度偏移来调整130半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度。另外，方法100包括在调整倾斜角度之后向半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入140。在半导体衬底上以第二注入角度范围注入至少一个目标注入140的离子。此外，第一注入角度范围大于第二注入角度范围。
通过执行测试注入以及调整半导体衬底的倾斜角度，可显著改善目标注入的角度精度。以这种方式，可提高注入的再现性和/或精度和/或可靠性。
测试注入110可被执行仅用于提供用于确定120注入角度偏移的基础，或者可被附加地用来在半导体衬底内形成一个或多个掺杂区域以用于制造半导体器件。可利用比至少一个目标注入140的注入剂量显著更低的注入剂量(例如，小于50％、小于10％或小于1％)来进行测试注入。例如，如果执行测试注入110仅用于提供用于确定120注入角度偏移的基础，则可利用小于3×1012cm-2(或小于1×1012cm-2或小于5×1011cm-2)的注入剂量来执行测试注入。例如，可利用大于50keV(或大于100keV、大于500keV、大于1MeV、大于2MeV或大于3MeV)的注入能量来进行测试注入。例如，可利用与至少一个目标注入140的注入能量相同的注入能量来进行测试注入。可替代地，如果执行测试注入110仅用于提供用于确定120注入角度偏移的基础，则可利用比至少一个目标注入140的注入能量高的注入能量(例如，大于目标注入的注入能量的2倍或10倍)来进行测试注入。
至少一个目标注入140用于结合或增加半导体衬底的基础掺杂或在半导体衬底内形成一个或多个掺杂区域(例如，一个或多个阳极区、一个或多个阴极区、一个或多个源极区、一个或多个体区、漂移区、场停止区或背面发射极区)以用于制造半导体器件。可以以大于50keV(或大于100keV、大于500keV、大于1MeV、大于2MeV或大于3MeV)的注入能量和/或大于1×1013cm-3(或大于1×1014cm-2或大于1×1015cm-2)的注入剂量来执行目标注入140。
各种类型的离子可用于测试注入110和/或目标注入140。例如，可使用在半导体衬底内引起施主或受主的离子。例如，可使用第一导电类型的离子使得施主形成n掺杂区(例如，质子、氮N离子、磷P离子、砷As离子或锑Sb离子)，或者可使用第二导电类型的离子使得受主形成p掺杂区(例如，铝Al离子、硼B离子或镓Ga离子)。
例如，测试注入的离子可以是质子。可通过相同离子注入模块(例如，使用由相同离子源产生的离子束)或通过不同离子注入模块(例如，在两个不同注入设备中实现)来执行测试注入110和至少一个目标注入140。例如，相同离子注入模块可在测试注入和至少一个目标注入期间在将被注入的不同类型的离子之间切换。
在半导体衬底上以不同的注入角度范围执行测试注入110和至少一个目标注入140。半导体衬底上的注入角度范围可被定义为半导体衬底上的第一位置处的最大注入角度与半导体衬底上的不同的第二位置处的最小注入角度之间的差。注入角度可以是相对于半导体衬底的表面的正交方向与撞击半导体衬底的表面的离子的注入方向之间的角度。由于在移动通过注入的离子束期间的半导体衬底的倾斜角度的变化和/或射束发散，对于半导体衬底的表面处的不同位置，注入角度可不同。例如，对于实质上正交的注入，最小注入角度可以是0°(例如，在半导体衬底上的一个或多个位置处)，或者对于倾斜注入，最小注入角度可在0°和60°之间。测试注入的最大注入角度与最小注入角度相差大于0.8°(或小于1°、大于2°或大于5°)，使得第一注入角度范围可大于0.8°(或大于1°、大于2°或大于5°)。至少一个目标注入的最大注入角度可与最小注入角度相差小于0.5°(或小于0.3°或小于0.1°)，使得第二注入角度范围小于0.5°(或小于0.3°或小于0.1°)。至少一个目标注入的离子束可包括低射束发散度(例如，低于0.3°或低于0.1°)以提供横向非常均匀的注入。
由于半导体衬底相对于离子束的未知的精确倾斜，具有恰好期望的注入角度的目标注入通常会难以实现。在半导体衬底处的测试注入110可以产生在半导体衬底上的物理量的依赖于注入角度的变化。基于半导体衬底上的变化的物理量的空间分辨测量，可以推导出关于在没有倾斜角度调整的情况下的目标注入140的注入角度的偏移(注入角度偏移)和至少一个目标注入140的期望注入角度的信息。换句话说，可基于测试注入110之后的半导体衬底(处的物理量的空间分辨的测量)来确定120注入角度偏移。例如，物理量可以是晶体缺陷密度或电荷载流子密度。例如，确定120注入角度偏移可包括测量半导体衬底的至少多个横向不同位置的晶体缺陷或电荷载流子密度，以获得横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布。换句话说，可执行对半导体衬底上的晶体缺陷密度或电荷载流子密度的空间分辨测量，以获得半导体衬底上的晶体缺陷密度或电荷载流子密度的图。
例如，期望的注入角度可以是使能在沟道条件下注入离子的角度。在半导体衬底中，特定的晶体方向提供比其他方向低得多的停止。因此，如果离子精确地沿着特定方向(例如，硅中的[110]方向)行进，离子的注入深度可以更深。例如，这种效应被称为离子沟道效应，并且从完美取向的小的变化导致注入深度的极大差异。
例如，确定120注入角度偏移可包括确定在测试注入期间发生沟道条件的半导体衬底处的位置。注入角度偏移的确定120可以以各种方式进行。例如，可基于测量的横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布来进行注入角度偏移的确定120。晶体缺陷密度或电荷载流子密度可通过基于激光的测量方法、卢瑟福背散射光谱(RBS)方法或对晶体缺陷密度或自由电荷载流子的密度敏感的其他方法来测量。例如，可使用光热测量方法来确定横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布。例如，该方法还可包括(例如通过卢瑟福背散射光谱检测模块)生成卢瑟福背散射光谱信号，以及(例如通过处理模块)基于卢瑟福背散射光谱信号与关于当前扫描位置或扫描角度的信息之间的相关性来计算晶体缺陷密度分布。
可以基于所确定的注入角度偏移来调整130半导体衬底相对于至少一个目标注入140的注入方向的倾斜角，以使能以期望的注入角度进行至少一个目标注入140。倾斜角度可以是与半导体衬底的表面正交的方向与至少一个目标注入140的注入方向(例如，离子束方向)之间的角度。例如，可通过改变半导体衬底的倾斜和/或通过改变射束方向(例如改变射束控制的设置)来调整倾斜角度。通过调整倾斜角度，可以以期望的注入角度非常精确地执行至少一个目标注入140。例如，可调整倾斜角度，使得针对至少一个目标注入140获得沟道条件。
可选地，可在测试注入之后基于半导体衬底来确定半导体衬底的扭转角(或扭转角度偏移或倾斜轴的旋转)。例如，可基于在测试注入期间发生沟道条件的半导体衬底处的位置来确定半导体衬底的扭转角。半导体衬底的扭转角度的确定可以以各种方式进行。例如，可基于测量的横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布来确定半导体衬底的扭转角度。例如，扭曲角度可以是(例如，在测试注入之后基于半导体衬底而识别的)晶体方向(例如，晶体缺陷或电荷载流子密度分布)与平行于半导体衬底的表面延伸的(例如，从晶片的中心到晶片的切口的)参考方向之间的角度。
可基于所确定的扭转角度来针对目标注入140调整半导体衬底的扭转角度(或扭转角度偏移或倾斜轴的旋转)。通过调整扭转角度，可以以期望的注入角度和扭转角度非常精确地执行至少一个目标注入140。例如，可调整扭转角度，使得针对至少一个目标注入140获得沟道条件。
半导体衬底可以是硅衬底或者可以是具有大于硅的带隙(1.1eV)的带隙的宽带隙半导体衬底。例如，半导体衬底可以是碳化硅(SiC)基半导体衬底或者砷化镓(GaAs)基半导体衬底或者氮化镓(GaN)基半导体衬底。半导体衬底可以是半导体晶片或半导体芯片。
可从半导体衬底的正面或半导体衬底的背面执行测试注入110和至少一个目标注入140。半导体衬底的前表面可以是用于形成待制造的半导体器件的金属层、绝缘层和/或钝化层的半导体衬底的表面。例如，半导体衬底正面可以是形成半导体器件的有源元件(例如晶体管结构)的一侧。例如，在功率半导体器件中，半导体衬底的正面可以是芯片的形成源极/发射极区和栅极/基极区的一侧，芯片背面可以是芯片的形成漏极/集电极区的一侧。例如，更复杂的结构可位于半导体衬底的正面，而不是位于半导体衬底的背面。
半导体衬底可用于制造半导体器件。用于形成半导体器件的方法可包括用于将离子注入到半导体衬底中的方法100的工艺和用于形成半导体器件(例如，形成晶体管结构的栅极、在半导体衬底的顶部上的一个或多个金属层、绝缘层和/或钝化层)的附加工艺。例如，超结器件的补偿区域的一部分、晶体管的体区域、场停止区域、背面发射极区域、结终端延伸结构、沟道停止区域、掩埋背面掺杂区域、漂移区域和/或场停止/发射极短路区域的掺杂可通过至少一个目标注入140来注入。
例如，将被制造的半导体器件可以是中央处理单元、微处理器、存储器器件、数字信号处理器或功率半导体器件。例如，功率半导体器件或功率半导体器件的电气结构(例如晶体管结构或二极管结构)可具有以下击穿电压或阻断电压：大于10V(例如，10V、20V或50V的击穿电压)、大于100V(例如，200V、300V、400V或500V的击穿电压)、大于500V(例如，600V、700V、800V或1000V的击穿电压)或大于1000V(例如，1200V、1500V、1700V、2000V、3300V或6500V的击穿电压)。
可以以各种方式获得用于测试注入110和至少一个目标注入的不同注入角度范围。例如，在测试注入110期间的离子束发散度可大于在至少一个目标注入140期间的离子束发散度。例如，通过针对测试注入110和至少一个目标注入140使用不同的离子注入模块，或通过针对测试注入110和至少一个目标注入140使用一个离子注入模块的射束发散校正量度的不同设置，可以获得不同的离子束发散度。例如，半导体衬底的整个表面或大部分表面可在测试注入110期间同时被离子束照射，而不移动半导体衬底。
图2a和图2b示出了具有不同离子束发散度的注入的示例。可通过在测试注入110期间相对于至少一个目标注入140减少射束发散校正量度来获得不同的离子束发散。图2a和图2b示出了针对测试注入110和至少一个目标注入140使用相同的离子注入模块的注入系统。离子注入模块包括离子源、偏转单元210和角度校正单元220，以用于产生离子束以将离子注入到半导体衬底230中。图2a示出了具有在晶片上有意设置的角度变化的测试注入。例如，与目标注入140期间的设置相比，角度校正单元220关闭或效果降低。图2b示出了例如具有平行束以确保全表面沟道条件的主注入(目标注入)。例如，与测试注入110期间的设置相比，角度校正单元220开启或效果增加。
在如图2a所示的测试注入110之后，可确定横向晶体缺陷或电荷载流子密度分布。图3示出了硅晶片上的横向晶体缺陷密度分布的示例。在表面附近的晶体缺陷或电荷载流子密度在测试注入期间发生沟道条件的位置处较低。因此，图3示出了位于沿着平面{011}沟道发生沟道条件的位置处的降低的晶体缺陷密度或电荷载流子密度的两个正交区域310。在两个正交区域310的交叉处指示晶体缺陷或电荷载流子密度的最小值320。晶体缺陷或电荷载流子密度的最小值320产生于在测试注入110期间沿着<100>沟道的沟道条件。此外，图3示出了期望位置330，在没有通过晶体缺陷或电荷载流子密度分布获得的信息的情况下在该位置处期望沿着<100>沟道的沟道条件。例如，期望位置330与晶体缺陷或电荷载子密度的最小值320的位置之间的距离与注入角度偏移成比例。另外，可调整半导体衬底的旋转。例如，可基于偏移矢量(例如，从晶体缺陷或电荷载流子密度的最小值320到期望位置330的矢量)相对于坐标系的方向来确定或计算旋转偏移。
图3可示出通过光热测量系统对横向晶体缺陷或电荷载流子密度分布的测量的示例。例如，在测试注入之后执行测量以确定100晶向相对于正交入射离子束的整个偏离取向。
作为对于测试注入110和至少一个目标注入140的不同离子束发散的使用的替代或补充，可在将半导体衬底移动通过离子束的同时改变半导体衬底的倾斜角度。例如，可通过在改变半导体衬底的倾斜角度的同时将半导体衬底移动通过测试注入110的离子束，来执行测试注入110。例如，半导体衬底以实质上恒定的速度沿着第一横向方向移动通过离子束。例如，倾斜角度基于扫描位置(例如晶片上的射束的斑点或条纹)的函数而变化。例如，当离子束从半导体衬底的一个边缘移动到半导体衬底的相对边缘时，半导体衬底相对于射束方向的倾斜(例如从起始倾斜角度到结束倾斜角度连续地)变化。图3示出了至少在离子束撞击第一晶片边缘410(例如下晶片边缘)的位置与离子束撞击相对的第二晶片边缘420(例如上晶片边缘)的位置之间(通过移动半导体衬底)改变扫描位置时的在-3°与+3°之间的倾斜角度(例如，X轴倾斜)的变化的示例。然后，半导体衬底旋转90°，并且在改变倾斜角度的同时沿着相同的第一横向方向将半导体衬底通过离子束移动。通过在改变半导体衬底的倾斜角度的同时在两个正交方向上扫描半导体衬底，可获得类似于图3所示的分布的半导体衬底上的晶体缺陷或电荷载流子密度的变化，使得可根据两个正交区域310的交叉点320相对于由两个正交区域310的交叉点产生的期望区域330的偏移来确定注入角度偏移，期望区域330在没有关于晶体缺陷密度或电荷载流子密度分布的信息的情况下而被期望。
图4所示的构思可用于具有角度校正的系统(没有去激活或适配可能性)，其例如以磁性和/或静电(或者如果期望大角度范围的扫描)调整射束平行度。例如，Y倾斜(相对于旋转轴)被调整到3°和7°之间的角度(0°扭转和0°X倾斜)，以避免0°/0°处的不敏感区域。然后，可以在第一注入步骤期间在X倾斜是扫描位置的函数(例如图4)时，执行具有测试剂量的一半的垂直(Y)扫描，从而产生源自在扫描期间穿过{011}平面沟道的、沿着晶片的一个横向方向的、晶体缺陷或电荷载流子的V形分布。然后，以与第一注入步骤相同的调整来执行第二注入步骤，但是具有+90°扭转，因此产生源自在扫描期间交叉{011}平面沟道的、沿着晶片的另一个正交横向方向的、晶体缺陷或电荷载流子的V形分布。然后，可执行(在工具内/原位或作为独立的工艺步骤)十字形图的测量，并且可实施对注入器和/或工艺链中的其他工具的前馈回路(作为取向X/Y的函数的沟道产率(轴向：100、平面{001}))。例如，考虑到衬底相对于旋转(例如，<011>切口/平边的位置)的非常低的取向器不准确度，现在已经非常准确地知道衬底的取向。因此，例如可以在随后工艺中调整任意期望的方向或沟道。
图5a示出了根据一个实施例的注入系统的示意图。注入系统500包括第一离子注入模块510和测量模块520，第一离子注入模块510被配置为向半导体衬底502中执行离子的测试注入，并且测量模块510被配置为确定指示在测试注入期间发生沟道条件的半导体衬底502处的位置的沟道信息。此外，注入系统500包括被配置为基于沟道信息确定注入角度偏移的处理模块530。第一或第二离子注入模块510被配置为基于所确定的注入角度偏移来调整半导体衬底502相对于注入方向的倾斜角度。此外，第一或第二离子注入模块510被配置为在倾斜角度的调整之后向半导体衬底502中执行离子的至少一个目标注入。
通过执行测试注入以及调整半导体衬底的倾斜角度，可显著改善目标注入的角度精度。以这种方式，可提高注入的再现性和/或精度和/或可靠性。
相同的(第一)离子注入模块510可用于测试注入和至少一个目标注入。例如，可操作注入模块以(例如通过射束平行化)确保在整个表面或大部分表面上的沟道条件。此外，至少一个离子注入模块510和测量模块520可布置在共同的注入室504中，使得半导体衬底可在测试注入、确定沟道信息以及目标注入期间停留在共同注入室504内。可替代地，离子注入模块510和测量模块520在不同的设备中实现，并且半导体衬底在不同的设备之间移动。
测量模块520可以是晶体缺陷或电荷载流子测量模块，其被配置为在测试注入之后测量半导体衬底的至少多个横向不同位置的晶体缺陷或电荷载流子密度，以获得横向晶体缺陷或电荷载流子密度分布。例如，晶体缺陷或电荷载流子测量模块可包括光热测量系统。可替代地，测量模块520可以是卢瑟福背散射光谱(RBS)检测模块。例如，卢瑟福背散射光谱(RBS)检测模块可在测试注入期间基于来自半导体衬底的信号反馈来确定晶体缺陷密度分布。利用(例如由倾斜编码器或静电扫描仪单元提供的)关于扫描位置和/或角度的信息，卢瑟福背散射光谱(RBS)检测模块或处理模块530可计算类似于图3所示的分布的图。扫描位置可涉及晶片相对于室或固定射束的移动和/或例如(例如基于扫描仪电源的信号产生的)晶片处的点状射束的当前位置的信息。倾斜和/或扭转可基于在晶片上的射束的扫描而被视为机械的(晶片)或者虚拟的(例如，可基于来自扫描仪的信号而被计算)。例如，处理模块530可基于由卢瑟福背散射光谱检测模块产生的卢瑟福背散射光谱信号与关于实际(或当前)扫描位置和/或扫描角度的信息之间的相关性来计算晶体缺陷密度分布。
例如，处理模块530可包括用于确定注入角度偏移的处理器、微控制器或数字信号处理器。
可替代地，可通过不同的(第一和第二)离子注入模块来执行测试注入和至少一个目标注入。例如，不同的离子注入模块位于固定位置，并且用于测试注入的第一离子注入模块的注入方向与用于至少一个目标注入的第二离子注入模块的注入方向之间的差是已知的并且可以在至少一个目标注入之前在倾斜角度的调整期间被考虑。
图5b示出了根据一个实施例的注入系统的示意图。注入系统550的实施类似于图5a所示的实施。然而，两个不同的离子注入模块510、540用于测试注入和至少一个目标注入。在测试注入之后，半导体衬底从第一离子注入模块510移动到测量模块520。在确定沟道信息之后，半导体晶片移动到第二离子注入模块540，并调整倾斜角度。
结合上文或下文描述的实施例提及更多细节和方面。图5a和图5b所示的实施例可包括与结合所提出的构思或上述一个或多个实施例(例如图1-图4)或下述一个或多个实施例(图6)提及的一个或多个方面相对应的一个或多个可选的附加特征。
图6示出了用于测量半导体衬底处的横向晶体缺陷或电荷载流子密度分布的光热测量系统的示意图。光热测量系统600包括激光模块(例如一个或多个激光二极管)、分束器620、检测器630和用于移动半导体衬底602的可移动台604(例如x-y台)。例如，反射系数对于不同的晶体缺陷密度和/或电荷载流子密度而变化。所描述的测量系统可足够小以便例如集成在注入设备中。
一些实施例涉及一种用于通过应用测试注入来验证沟道条件的方法。根据一个方面，执行在生产系统中注入测试注入物之后对工艺晶片的晶体损伤的直接测量。对于测试注入物，可在晶片之前去激活离子束的(在x和y方向上的)平行化，由此使得晶片在0°沟道条件下仅在中间被撞击(参见图2a)。例如，根据系统几何结构(晶片与静电或磁偏转器之间的距离)和晶片尺寸，晶片的边缘以大于0°的角度ψ(例如1.8°)被撞击。角度对晶片ψ(x,y)处的位置的(已知的)依赖性可导致晶格在晶片上的立体投影。该投影可使用对晶体损伤敏感的测量方法来可视化。使用激光束的反馈，(例如，通过量测工具)，可记录例如晶体损伤的图(例如，图3)。例如，如果在100取向的晶片处测量的晶体损伤在晶片的中心最小，则确保沟道效应。如果与晶片的中心存在偏移，则可以在晶片精细的基础上(例如，使用前馈机构或者作为替代直接在系统中)自动地重新调整取向。在没有在0°的主方向(离子束与晶片中心的晶片法线之间的角度)下的角度校正的情况下通过质子注入产生的对应立体投影图示于图3中。如果系统几何结构是已知的，则基于[100]沟道与晶片的中心的偏差(偏移Δx、Δy)，可确定晶片在注入期间需要倾斜的角度ψ(Δx,Δy)和旋转(dx,dy)，以确保离子束以正交方式撞击晶片(0°倾斜)。通过重新激活离子束的平行化并设置随后的主注入步骤期间的角度ψ(Δx,Δy)和旋转，可确保全表面沟道(例如图2b)。
可选择测试注入物，使得其对器件没有负面影响。这可以通过无论如何都可能需要的角度不敏感的注入步骤来完成，或者例如通过使用低剂量质子注入、低剂量硼注入或低剂量磷注入(例如，约3×1012cm-2范围)来完成。晶体损伤测量的灵敏度在这里可以处于最佳水平，并且质子注入的小的影响可以在随后的高温步骤(>550℃)中再次完全消失。
例如，所提出的构思的一个方面涉及一种方法，该方法在角度敏感注入之前使用低剂量测试注入和随后的晶体损伤测量来确定晶片的精确晶体取向，并且能够以相应调整的方式最佳地执行实际注入步骤。
例如，由于所需的小尺寸的半导体激光器和检测器，对晶体损伤的测量可直接集成到注入工具中。图6中示出了这种测量的设置的示例。这里，可在注入器中以各种方式进行测量。
例如，测量系统(激光器+检测器)被合并到该系统被附接的注入器的终端站中，沿横向方向移动到晶片，以便不遮蔽入射离子束。测量系统可以在x-y方向上被移动和/或被非常精细地倾斜，以便在晶片处获得足够的横向分辨率。换句话说，测量单元可以被安装在终端站内的在x-y方向上可移动的臂上。在测试注入之后，通过插入法拉第杯，离子束可以逐渐变弱，并且可以通过测量设备的精细运动而在注入卡盘处直接进行测量。
可替代地，测量单元可被直接附接在临时存储空间(例如定向器卡盘)上，临时存储空间可以是注入器的处理系统的一部分。因此，测量可被执行作为平行于注入卡盘/通过注入卡盘对晶片进行处理的一部分。
一些应用示例涉及超结器件的补偿柱，生成具有平台状掺杂分布的体区以抑制IGBT(绝缘栅双极晶体管)和功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)中的闩锁现象以及减少(热)阻断电流的扩散电流部分，用于IGBT、二极管或MOSFET的深的n掺杂场停止区，通过局部沉积薄的散射氧化物产生阶梯式场停止分布，通过局部沉积薄的散射氧化物产生阶梯式背面发射极，用于二极管的相对深的背面n发射极或用于IGBT的背面p发射极，深结终端延伸结构或横向掺杂结构的变化，避免反转沟道的深沟道截断区，用于二极管的掩埋背侧p岛以在关断过程期间改善软度，在SiC器件中产生相对高掺杂的漂移区和/或(阶梯式)场停止/发射极/n短路分布，而不进行后续退火。关于IGBT，另一应用可以是近似箱型的p体掺杂分布以减少闩锁效应。
例如，在现代注入器中，关于角度精度(台板调整、离子束发散)的工厂工程相关的影响变量已经被规定为<0.1°，并且可足够小以确保沟道效应。
因此，其余未解决的问题可以是晶片切割(特别是在基于外延层的技术的情况下)以及对紧接在沟道注入之前的所有可能的影响变量的总和的0°验证，0°验证对质量工程是重要的。通过使用所提出的构思可实现精确的0°验证。
示例实施例还可提供一种计算机程序，具有在计算机或处理器上执行计算机程序时用于执行上述方法之一的程序代码。本领域技术人员将容易地认识到，各种上述方法的动作可由编程的计算机执行。这里，一些示例实施例还旨在覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的，并且编码指令的机器可执行或计算机可执行程序，其中所述指令执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。另外的示例实施例还旨在覆盖被编程为执行上述方法的动作的计算机，或者被编程为执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。
说明书和附图仅示出本公开的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，尽管这里没有明确描述或示出，但是该布置体现本公开的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文列举的所有示例主要旨在仅仅出于教学目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进本领域而贡献的构思，并且被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。此外，本文中的记载本公开的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。
本领域技术人员应当理解，本文中的任何框图表示体现本公开的原理的说明性电路的概念视图。类似地，将理解的是，任何流程图、流程示图、状态转换图、伪代码等表示各种处理，其可以基本上在计算机可读介质中表示并由此被计算机或处理器执行，无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。
此外，所附权利要求在此被并入具体实施方式中，其中每个权利要求可以独立作为单独的实施例。尽管每个权利要求可以独立地作为单独的实施例，但是应当注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例还可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。在此提出了这样的组合，除非声明不想要特定的组合。此外，旨在还将一个权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
还应注意，说明书或权利要求书中公开的方法可通过具有用于执行这些方法的各个动作中的每一个的装置的设备来实现。
此外，应当理解，在说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制为特定的顺序，除非这些动作或功能由于技术原因而不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分成多个子动作。这样的子动作可以被包括并且是该单个动作的公开的一部分，除非明确排除。

Claims (22)

1.一种用于将离子注入到半导体衬底中的方法(100)，所述方法包括：
向半导体衬底中执行离子的测试注入(110)，其中所述测试注入的离子在所述半导体衬底上以第一注入角度范围注入；
在所述测试注入(110)之后，基于所述半导体衬底来确定(120)注入角度偏移；
基于所确定的注入角度偏移来调整(130)所述半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度；以及
在所述倾斜角度的调整(130)之后，向所述半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入(140)，其中所述至少一个目标注入的离子在所述半导体衬底上以第二注入角度范围注入，其中所述第一注入角度范围大于所述第二注入角度范围，其中确定(120)所述注入角度偏移包括测量所述半导体衬底处的至少多个横向不同位置的晶体缺陷密度或电荷载流子密度，以获得横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一注入角度范围大于0.8°。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二注入角度范围小于0.5°。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中执行所述测试注入(110)包括在改变所述半导体衬底的倾斜角度的同时移动所述半导体衬底通过所述测试注入(110)的离子束。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述测试注入(110)期间的离子束发散度大于在所述至少一个目标注入(140)期间的离子束发散度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中射束发散校正量度在所述测试注入(110)期间相对于所述至少一个目标注入(140)减小。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述晶体缺陷密度或电荷载流子密度分布通过基于激光的测量方法或卢瑟福背散射光谱方法来测量。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测试注入(110)和所述至少一个目标注入(140)通过相同的离子注入模块来执行。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测试注入(110)以小于50keV的注入能量来执行。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测试注入(110)以小于3×1012cm-2的注入剂量来执行。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测试注入(110)的离子是质子。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过所述至少一个目标注入(140)来注入对包括以下各项的组中的至少一项的掺杂：超结器件的补偿区域的一部分、晶体管的体区域、场停止区域、背面发射极区域、结终端延伸结构、沟道停止区域、掩埋背面掺杂区域、漂移区域和场停止/发射极短路区域。
13.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述测试注入之后基于所述半导体衬底来确定所述半导体衬底的扭转角度。
14.一种用于将离子注入到半导体衬底中的方法(100)，所述方法包括：
向半导体衬底中执行离子的测试注入(110)，其中所述测试注入的离子在所述半导体衬底上以第一注入角度范围注入；
在所述测试注入(110)之后，基于所述半导体衬底来确定(120)注入角度偏移；
基于所确定的注入角度偏移来调整(130)所述半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度；以及
在所述倾斜角度的调整(130)之后，向所述半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入(140)，其中所述至少一个目标注入的离子在所述半导体衬底上以第二注入角度范围注入，其中所述第一注入角度范围大于所述第二注入角度范围，其中确定(120)所述注入角度偏移包括确定在所述测试注入(110)期间发生沟道条件的所述半导体衬底处的位置。
15.一种用于将离子注入到半导体衬底中的方法(100)，所述方法包括：
向半导体衬底中执行离子的测试注入(110)，其中所述测试注入的离子在所述半导体衬底上以第一注入角度范围注入；
在所述测试注入(110)之后，基于所述半导体衬底来确定(120)注入角度偏移；
基于所确定的注入角度偏移来调整(130)所述半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度；以及
在所述倾斜角度的调整(130)之后，向所述半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入(140)，其中所述至少一个目标注入的离子在所述半导体衬底上以第二注入角度范围注入，其中所述第一注入角度范围大于所述第二注入角度范围，其中所述倾斜角度被调整(130)，使得针对所述至少一个目标注入(140)获得沟道条件。
16.一种注入系统(500、550)，包括：
第一离子注入模块(510)，其被配置为向半导体衬底中执行离子的测试注入；
测量模块(520)，其被配置为确定指示在所述测试注入期间发生沟道条件的所述半导体衬底处的位置的沟道信息；以及
处理模块(530)，其被配置为基于所述沟道信息来确定注入角度偏移，
其中所述第一离子注入模块(510)或第二离子注入模块(540)被配置为基于所确定的注入角度偏移来调整所述半导体衬底相对于注入方向的倾斜角度，其中所述第一离子注入模块(510)或所述第二离子注入模块(540)被配置为在所述倾斜角度的调整之后向所述半导体衬底中执行离子的至少一个目标注入。
17.根据权利要求16所述的注入系统，其中所述第一离子注入模块(510)被配置为在所述半导体衬底上以第一注入角度范围来注入所述测试注入的离子，其中所述第一离子注入模块(510)或所述第二离子注入模块(540)被配置为在所述半导体衬底上以第二注入角度范围来注入所述至少一个目标注入的离子，其中所述第一注入角度范围大于所述第二注入角度范围。
18.根据权利要求16或17所述的注入系统，其中所述测量模块(520)是晶体缺陷或电荷载流子测量模块，其配置为测量在所述测试注入之后所述半导体衬底的至少多个横向不同位置的晶体缺陷密度或电荷载流子密度，以获得横向晶体缺陷密度分布或横向电荷载流子密度分布。
19.根据权利要求18所述的注入系统，其中所述测量模块(520)是光热测量模块或卢瑟福背散射光谱检测模块。
20.根据权利要求19所述的注入系统，其中所述处理模块(530)被配置为基于由所述卢瑟福背散射光谱检测模块产生的卢瑟福背散射光谱信号与关于实际扫描位置或扫描角度的信息之间的相关性来计算晶体缺陷密度分布。
21.根据权利要求16或17所述的注入系统，其中所述测量模块(520)与至少一个离子注入模块集成在一起，所述至少一个离子注入模块被配置为在共同注入室中至少执行所述测试注入或所述至少一个目标注入。
22.根据权利要求16或17所述的注入系统，其中所述测试注入和所述至少一个目标注入通过相同的离子注入模块(510)来执行。
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