DE102016102865A1

DE102016102865A1 - Ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat und ein Implantationssystem

Info

Publication number: DE102016102865A1
Application number: DE102016102865.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Georg Laven; Michael Brugger; Werner Schustereder; Moriz Jelinek; Hans-Joachim Schulze
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: US20170243747A1; CN107093553B; CN107093553A; DE102016102865B4; US10037887B2

Abstract

Ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat umfasst ein Durchführen einer Testimplantation von Ionen in ein Halbleitersubstrat. Die Ionen der Testimplantation werden mit einem ersten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Implantationswinkelversatzes basierend auf dem Halbleitersubstrat nach der Testimplantation und ein Anpassen eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz. Zusätzlich umfasst das Verfahren ein Durchführen von zumindest einer Zielimplantation von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen des Neigungswinkels. Die Ionen der zumindest einen Zielimplantation werden mit einem zweiten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner ist der erste Implantationswinkelbereich größer als der zweite Implantationswinkelbereich.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Konzepte für Ionenimplantation und insbesondere auf ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat und ein Implantationssystem.
Hintergrund
Einige Halbleiterbauelemente können tiefe Channeling-Implantationen erfordern oder durch ein Verwenden derselben verbessert werden. Allerdings ist es aufgrund von schwieriger oder Nicht-Reproduzierbarkeit schwierig, die Anforderungen in der Produktion zuverlässig zu implementieren. Wie in 7 gezeigt, können zum Beispiel zumindest drei Einflussgrößen eine negative Auswirkung auf den gewollten Channeling-Effekt bei einer 0°-Implantation haben, die die Orientierungsgenauigkeit des Platens 710, auf dem der Wafer sitzt, die Ionenstrahldivergenz 720 und der Wafer-Schnittwinkel 730 (zusätzlich der Winkelversatz zwischen Wafer und Träger bei trägergestützten Wafer) sind.
Zusammenfassung
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines Konzeptes zum Implantieren von Ionen, das es erlaubt, die Reproduzierbarkeit und/oder Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit von Implantationen zu verbessern.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der Ansprüche erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer Testimplantation von Ionen in ein Halbleitersubstrat. Die Ionen der Testimplantation werden mit einem ersten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines Implantationswinkelversatzes basierend auf dem Halbleitersubstrat nach der Testimplantation und ein Anpassen eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz. Zusätzlich umfasst das Verfahren ein Durchführen von zumindest einer Zielimplantation von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen des Neigungswinkels. Die Ionen der zumindest einen Zielimplantation werden mit einem zweiten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner ist der erste Implantationswinkelbereich größer als der zweite Implantationswinkelbereich.
Einige weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Implantationssystem, umfassend ein erstes Ionenimplantationsmodul, das ausgebildet ist zum Durchführen einer Testimplantation von Ionen in ein Halbleitersubstrat, und ein Messmodul, das ausgebildet ist zum Bestimmen einer Channeling-Information, die eine Position an dem Halbleitersubstrat anzeigt, an der Channeling-Bedingungen während der Testimplantation auftraten. Ferner umfasst das Implantationssystem ein Verarbeitungsmodul, das ausgebildet ist zum Bestimmen eines Implantationswinkelversatzes basierend auf der Channeling-Information. Das erste oder ein zweites Ionenimplantationsmodul ist ausgebildet zum Anpassen eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz. Ferner ist das erste oder zweite Ionenimplantationsmodul ausgebildet zum Durchführen von zumindest einer Zielimplantation von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen des Neigungswinkels.
Kurze Beschreibung der Figuren
Einige Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen
1 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat zeigt;
2a eine schematische Darstellung einer Ionenimplantation mit deaktivierter Winkelkorrektur zeigt;
2b eine schematische Darstellung einer Ionenimplantation mit aktivierter Winkelkorrektur zeigt;
3 eine Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung über einen Halbleiter-Wafer zeigt;
4 eine Variation eines Neigungswinkels eines Halbleitersubstrats beim Bewegen durch einen Ionenstrahl zeigt;
5a eine schematische Darstellung eines Implantationssystems zeigt;
5a eine schematische Darstellung eines anderen Implantationssystems zeigt;
6 eine schematische Darstellung eines photothermischen Messsystems zeigt; und
7 eine schematische Darstellung von Einflussgrößen auf den Channeling-Effekt zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, werden dementsprechend Ausführungsbeispiele derselben in den Figuren beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt” mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.).
Die hier verwendete Terminologie bezweckt nur das Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht begrenzend für Ausführungsbeispiele sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Singularformen „ein, eine” und „das, der, die” auch die Pluralformen umfassen, es sei denn im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „aufweisen” und/oder „aufweisend” bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z. B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern Definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht. Sollte die vorliegende Offenbarung jedoch einem Begriff eine bestimmte Bedeutung geben, die von einer Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird abweicht, ist diese Bedeutung in dem konkreten Kontext, in dem diese Definition gegeben ist, zu berücksichtigen.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 100 umfasst ein Durchführen einer Testimplantation 110 von Ionen in ein Halbleitersubstrat. Die Ionen der Testimplantation 110 werden mit einem ersten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen 120 eines Implantationswinkelversatzes basierend auf dem Halbleitersubstrat nach der Testimplantation und ein Anpassen 130 eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz. Zusätzlich umfasst das Verfahren 100 ein Durchführen von zumindest einer Zielimplantation 140 von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen des Neigungswinkels. Die Ionen der zumindest einen Zielimplantation 140 werden mit einem zweiten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert. Ferner ist der erste Implantationswinkelbereich größer als der zweite Implantationswinkelbereich.
Durch ein Durchführen einer Testimplantation und ein Anpassen des Neigungswinkels des Halbleitersubstrats kann die Winkelgenauigkeit für die Zielimplantation deutlich verbessert werden. Auf diese Weise kann die Reproduzierbarkeit und/oder Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit einer Implantation verbessert werden.
Die Testimplantation 110 kann ausschließlich durchgeführt werden, um eine Basis für das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes bereitzustellen oder kann zusätzlich verwendet werden, um eine oder mehrere Dotierungsregionen innerhalb des Halbleitersubstrats zum Herstellen von Halbleiterbauelementen zu bilden. Die Testimplantation kann mit einer deutlich geringeren Implantationsdosis (z. B. weniger als 50%, weniger als 10% oder weniger als 1%) als eine Implantationsdosis der zumindest einen Zielimplantation 140 erfolgen. Zum Beispiel kann die Testimplantation mit einer Implantationsdosis von weniger als 3·10¹² cm ² (oder von weniger als 1·10¹² cm^–2 oder von weniger als 5·10¹¹ cm^–2) durchgeführt werden, wenn die Testimplantation 110 ausschließlich durchgeführt wird, um eine Basis für das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Testimplantation mit einer Implantationsenergie von mehr als 50 keV (oder mehr als 100 keV, mehr als 500 keV, mehr als 1 MeV, mehr als 2 MeV oder mehr als 3 MeV) erfolgen. Zum Beispiel kann die Testimplantation mit einer Implantationsenergie gleich einer Implantationsenergie von der zumindest einen Zielimplantation 140 erfolgen. Alternativ kann die Testimplantation mit einer Implantationsenergie höher als eine Implantationsenergie der zumindest einen Zielimplantation 140 (z. B. mehr als zwei Mal oder mehr als 10 Mal die Implantationsenergie der Zielimplantation) erfolgen, wenn die Testimplantation 110 ausschließlich durchgeführt wird, um eine Basis zum Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes bereitzustellen.
Die zumindest eine Zielimplantation 140 wird verwendet, um eine Basisdotierung des Halbleitersubstrats einzubringen oder zu erhöhen, oder um eine oder mehrere Dotierungsregionen (z. B. eine oder mehrere Anoden-Regionen, eine oder mehrere Kathoden-Regionen, eine oder mehrere Source-Regionen, eine oder mehrere Body-Regionen, eine Drift-Region, eine Feldstopp-Region oder eine Rückseitenemitterregion) innerhalb des Halbleitersubstrats zum Herstellen von Halbleiterbauelementen zu bilden. Die Zielimplantation 140 kann bei einer Implantationsenergie von mehr als 50 keV (oder mehr als 100 keV, mehr als 500 keV, mehr als 1 MeV, mehr als 2 MeV oder mehr als 3 MeV) und/oder einer Implantationsdosis von mehr als 1·10¹³ cm^–2 (oder von mehr als 1·10¹⁴ cm^–2 oder von mehr als 1·10¹⁵ cm^–2) durchgeführt werden.
Verschiedene Typen von Ionen können für die Testimplantation 110 und/oder die Zielimplantation 140 verwendet werden. Zum Beispiel können Ionen verwendet werden, die Donatoren oder Akzeptoren innerhalb eines Halbleitersubstrats verursachen. Zum Beispiel können Ionen eines ersten Leitfähigkeitstyps verwendet werden, die Donatoren verursachen, um n-dotierte Regionen zu bilden (z. B. Protonen, Stickstoff-N-Ionen, Phosphor-P-Ionen, Arsen-As-Ionen oder Antimon-Sb-Ionen), oder Ionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps können verwendet werden, um Akzeptoren zu verursachen, um p-dotierte Regionen zu bilden (z. B. Aluminium-Al-Ionen, Bor-B-Ionen oder Gallium-Ga-Ionen). Zum Beispiel können die Ionen der Testimplantation Protonen sein. Die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140 können durch das gleiche Ionenimplantationsmodul (z. B. unter Verwendung eines durch die gleiche Ionenquelle erzeugten Ionenstrahls) oder durch unterschiedliche Ionenimplantationsmodule (z. B. implementiert in zwei unterschiedlichen Implantationsbauelementen) durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das gleiche Ionenimplantationsmodul zwischen unterschiedlichen Typen von Ionen schalten, die während der Testimplantation und der zumindest einen Zielimplantation implantiert werden sollen.
Die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140 werden mit unterschiedlichen Implantationswinkelbereichen über das Halbleitersubstrat implantiert. Der Implantationswinkelbereich über ein Halbleitersubstrat kann definiert sein als die Differenz zwischen einem maximalen Implantationswinkel an einer ersten Position auf dem Halbleitersubstrat und einem minimalen Implantationswinkel an einer unterschiedlichen zweiten Position auf dem Halbleitersubstrat. Der Implantationswinkel kann der Winkel zwischen einer orthogonalen Richtung in Bezug auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats und einer Implantationsrichtung von Ionen, die auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats treffen, sein. Der Implantationswinkel kann für unterschiedliche Positionen an der Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgrund einer Strahldivergenz und/oder einer Variation des Neigungswinkels des Halbleitersubstrats beim Bewegen durch den Ionenstrahl der Implantation unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann der minimale Implantationswinkel 0° (z. B. an einer oder mehreren Positionen auf dem Halbleitersubstrat) für eine im Wesentlichen orthogonale Implantation oder zwischen 0° und 60° für eine geneigte Implantation sein. Der maximale Implantationswinkel der Testimplantation kann sich um mehr als 0,8° (oder weniger als 1°, mehr als 2° oder mehr als 5°) von dem minimalen Implantationswinkel unterscheiden, sodass der erste Implantationswinkelbereich größer sein kann als 0,8° (oder größer als 1°, größer als 2° oder größer als 5°). Der maximale Implantationswinkel der zumindest einen Zielimplantation kann sich um weniger als 0,5° (oder weniger als 0,3° oder weniger als 0,1°) von dem minimalen Implantationswinkel unterscheiden, sodass der zweite Implantationswinkelbereich kleiner als 0,5° (oder kleiner als 0,3° oder kleiner als 0,1°) ist. Der Ionenstrahl der zumindest einen Zielimplantation kann eine geringe Strahldivergenz (z. B. geringer als 0,3° oder geringer als 0,1°) aufweisen, um eine lateral sehr homogene Implantation bereitzustellen.
Eine Zielimplantation mit exakt einem erwünschten Implantationswinkel kann normalerweise schwierig zu implementieren sein aufgrund einer unbekannten exakten Neigung des Halbleitersubstrats in Bezug auf den Ionenstrahl. Die Testimplantation 110 an dem Halbleitersubstrat kann eine Implantationswinkel-abhängige Variation einer physikalischen Größe über das Halbleitersubstrat erzeugen. Basierend auf einer raumaufgelösten Messung der variierenden physikalischen Größe über das Halbleitersubstrat können eine Information über einen Versatz eines Implantationswinkels (Implantationswinkelversatz) einer Zielimplantation 140 ohne eine Neigungswinkelanpassung und der erwünschte Implantationswinkel der zumindest einen Zielimplantation 140 herleitbar sein. Anders ausgedrückt, ein Implantationswinkelversatz kann bestimmt 120 werden basierend auf (einer raumaufgelösten Messung einer physikalischen Größe an) dem Halbleitersubstrat nach der Testimplantation 110. Zum Beispiel kann die physikalische Größe eine Kristalldefektdichte oder eine Ladungsträgerdichte sein. Zum Beispiel kann das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes ein Messen einer Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte von zumindest einer Mehrzahl von lateral unterschiedlichen Positionen des Halbleitersubstrats umfassen, um eine laterale Kristalldefektdichtenverteilung oder eine laterale Ladungsträgerdichtenverteilung zu erhalten. Anders ausgedrückt, eine raumaufgelöste Messung der Kristalldefektdichte oder Ladungsträgerdichte über das Halbleitersubstrat kann durchgeführt werden, um eine Abbildung der Kristalldefektdichte oder Ladungsträgerdichte über das Halbleitersubstrat zu erhalten.
Zum Beispiel kann ein erwünschter Implantationswinkel ein Winkel sein, der eine Implantation von Ionen unter Channeling-Bedingungen ermöglicht. Bei Halbleitersubstraten bieten bestimmte kristallographische Richtungen ein viel geringeres Stoppen als andere Richtungen. Daher kann die Implantationstiefe eines Ions viel tiefer sein, wenn das Ion exakt entlang einer bestimmten Richtung wandert, zum Beispiel der [110]-Richtung in Silizium. Zum Beispiel wird dieser Effekt Ionen-Channeling genannt und kleine Variationen von der perfekten Orientierung ergeben extreme Unterschiede bei der Implantationstiefe.
Zum Beispiel kann das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes ein Bestimmen einer Position an dem Halbleitersubstrat umfassen, an der Channeling-Bedingungen während der Testimplantation auftraten. Das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zum Beispiel kann das Bestimmen 120 des Implantationswinkelversatzes basierend auf einer gemessenen lateralen Kristalldefektdichtenverteilung oder lateralen Ladungsträgerdichtenverteilung erfolgen. Die Kristalldefektdichte oder die Ladungsträgerdichte kann durch ein Laser-basiertes Messverfahren, ein Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Verfahren (RBS-Verfahren; RBS = Rutherford Backscattering Spektrometry) oder ein anderes, für die Kristalldefektdichte oder Dichte von freien Ladungsträgern empfindliches Verfahren gemessen werden. Zum Beispiel kann ein photothermisches Messverfahren verwendet werden, um die laterale Kristalldefektdichtenverteilung oder eine laterale Ladungsträgerdichtenverteilung zu bestimmen.
Zum Beispiel kann das Verfahren ferner ein Erzeugen eines Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Signals (z. B. durch ein Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Detektionsmodul) und ein Berechnen einer Kristalldefektdichtenverteilung basierend auf einer Korrelation zwischen dem Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Signal und einer Information über eine aktuelle Scannposition oder Scannwinkel (z. B. durch ein Verarbeitungsmodul) umfassen.
Der Neigungswinkel des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung der zumindest einen Zielimplantation 140 kann basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz angepasst 130 werden, um die zumindest eine Zielimplantation 140 unter einem erwünschten Implantationswinkel zu ermöglichen. Der Neigungswinkel kann ein Winkel zwischen einer Richtung orthogonal zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats und der Implantationsrichtung (z. B. Ionenstrahlrichtung) der zumindest einen Zielimplantation 140 sein. Zum Beispiel kann der Neigungswinkel angepasst werden durch ein Ändern einer Neigung des Halbleitersubstrats und/oder durch ein Ändern der Strahlrichtung (z. B. Ändern der Einstellung der Strahlsteuerung). Durch das Anpassen des Neigungswinkels kann die zumindest eine Zielimplantation 140 sehr genau unter dem erwünschten Implantationswinkel durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Neigungswinkel angepasst werden, sodass Channeling-Bedingungen für die zumindest eine Zielimplantation 140 erhalten werden.
Das Halbleitersubstrat kann ein Siliziumsubstrat sein oder kann ein Halbleitersubstrat mit Breitbandabstand mit einem Bandabstand größer als der Bandabstand von Silizium (1,1 eV) sein. Zum Beispiel kann das Halbleitersubstrat ein auf Siliziumcarbid (SiC) basierendes Halbleitersubstrat oder ein auf Galliumarsenid (GaAs) basierendes Halbleitersubstrat oder ein auf Galliumnitrid (GaN) basierendes Halbleitersubstrat sein. Das Halbleitersubstrat kann ein Halbleiterwafer oder ein Halbleiterchip sein.
Die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140 können von einer Vorderseite des Halbleitersubstrats oder einer Rückseite des Halbleitersubstrats durchgeführt werden. Eine Vorderoberfläche des Halbleitersubstrats kann eine Oberfläche des Halbleitersubstrats sein, die zum Bilden von Metallschichten, Isolierungsschichten und/oder Passivierungsschichten von herzustellenden Halbleiterbauelementen verwendet wird. Zum Beispiel kann eine Halbleitersubstratvorderseite die Seite sein, an der aktive Elemente (z. B. Transistorstrukturen) des Halbleiterbauelements gebildet werden. Bei einem Leistungshalbleiterbauelement kann zum Beispiel eine Vorderseite des Halbleitersubstrats eine Seite des Chips sein, an der die Source/Emitter-Regionen und Gates/Basis-Regionen gebildet werden, und eine Chiprückseite kann eine Seite des Chips sein, an der die Drain/Kollektor-Region gebildet wird. Zum Beispiel können sich mehr komplexe Strukturen an der Vorderseite des Halbleitersubstrats als an der Rückseite des Halbleitersubstrats befinden.
Das Halbleitersubstrat kann zum Herstellen eines Halbleiterbauelements verwendet werden. Ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements kann die Prozesse des Verfahrens 100 zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat und zusätzliche Prozesse zum Bilden des Halbleiterbauelements (z. B. Bilden von Gates von Transistorstrukturen, einer oder mehrerer Metallschichten oben auf dem Halbleitersubstrat, Isolierungsschichten und/oder einer Passivierungsschicht) umfassen. Zum Beispiel kann die Dotierung eines Abschnitts einer Kompensationsregion eines Superjunction-Bauelements (Superjunction = Superübergang), einer Body-Region eines Transistors, einer Feldstopp-Region, einer Rückseitenemitterregion, einer Übergangsabschlusserstreckungsstruktur, einer Kanalstopper-Region, einer vergrabenen Rückseitendotierungsregion, einer Drift-Region und/oder einer Feldstopp/Emitter-Kurzschlussregion durch die zumindest eine Zielimplantation 140 implantiert werden.
Zum Beispiel kann das herzustellende Halbleiterbauelement eine zentrale Verarbeitungseinheit, ein Mikroprozessor, ein Speicherbauelement, ein Digitalsignalprozessor oder ein Leistungshalbleiterbauelement sein. Ein Leistungshalbleiterbauelement oder eine elektrische Struktur (z. B. Transistorstruktur oder Diodenstruktur) des Leistungshalbleiterbauelements kann zum Beispiel eine Durchbruchspannung oder Sperrspannung von mehr als 10 V (z. B. eine Durchbruchspannung von 10 V, 20 V oder 50 V), mehr als 100 V (z. B. eine Durchbruchspannung von 200 V, 300 V, 400 V oder 500 V) oder mehr als 500 V (z. B. eine Durchbruchspannung von 600 V, 700 V, 800 V oder 1000 V) oder mehr als 1000 V (z. B. eine Durchbruchspannung von 1200 V, 1500 V, 1700 V, 2000 V, 3300 V oder 6500 V) aufweisen.
Unterschiedliche Implantationswinkelbereiche für die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation können auf verschiedene Weise erhalten werden. Zum Beispiel kann eine Ionenstrahldivergenz während der Testimplantation 110 größer sein als eine Ionenstrahldivergenz während der zumindest einen Zielimplantation 140. Zum Beispiel können unterschiedliche Ionenstrahldivergenzen durch ein Verwenden unterschiedlicher Ionenimplantationsmodule für die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140, oder durch ein Verwenden unterschiedlicher Einstellungen für Strahldivergenzkorrekturmaßnahmen von einem Ionenimplantationsmodul für die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140, erhalten werden. Zum Beispiel kann die gesamte Oberfläche oder ein großer Abschnitt der Oberfläche des Halbleitersubstrats durch den Ionenstrahl gleichzeitig während der Testimplantation 110 ohne ein Bewegen des Halbleitersubstrats bestrahlt werden.
2a und 2b zeigen ein Beispiel von Implantationen mit unterschiedlichen Ionenstrahldivergenzen. Die unterschiedlichen Ionenstrahldivergenzen können erhalten werden durch ein Reduzieren der Strahldivergenzkorrekturmaßnahmen während der Testimplantation 110 in Bezug auf die zumindest eine Zielimplantation 140. 2a und 2b zeigen ein Implantationssystem unter Verwendung des gleichen Ionenimplantationsmoduls für die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140. Das Ionenimplantationsmodul umfasst eine Ionenquelle, eine Ablenkeinheit 210 und eine Winkelkorrektureinheit 220 zum Erzeugen eines Ionenstrahls, um Ionen in ein Halbleitersubstrat 230 zu implantieren. 2a zeigt eine Testimplantation mit einer absichtlich eingestellten Winkelvariation über den Wafer. Zum Beispiel wird die Winkelkorrektureinheit 220 abgeschaltet und der Effekt wird reduziert verglichen mit dem Einstellen während der Zielimplantation 140. 2b zeigt eine Hauptimplantation (Zielimplantation) mit parallelem Strahl, um zum Beispiel ganzflächige Channeling-Bedingungen sicherzustellen. Zum Beispiel wird die Winkelkorrektureinheit 220 eingeschaltet und der Effekt wird verstärkt verglichen mit dem Einstellen während der Testimplantation 110.
Nach der Testimplantation 110, wie in 2a gezeigt, kann eine laterale Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung bestimmt werden. 3 zeigt ein Beispiel einer lateralen Kristalldefektdichtenverteilung über einen Siliziumwafer. Die Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte in der Nähe der Oberfläche ist geringer an Positionen, an denen Channeling-Bedingungen während der Testimplantation auftraten. Daher zeigt 3 zwei orthogonale Regionen 310 von reduzierter Kristalldefektdichte oder Ladungsträgerdichte, die sich an Positionen befinden, an denen Channeling entlang eines planaren {011}-Kanals auftrat. Ein Minimum 320 der Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte ist an der Kreuzung der zwei orthogonalen Regionen 310 angezeigt. Das Minimum 320 der Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte ergibt sich aus Channeling-Bedingungen entlang eines <100> Kanals während der Testimplantation 110. Ferner zeigt 3 eine erwartete Position 330, an der die Channeling-Bedingungen entlang eines <100>-Kanals erwartet wurden ohne die durch die Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung erhaltene Information. Zum Beispiel ist die Distanz zwischen der erwarteten Position 330 und der Position des Minimums 320 der Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte proportional zu dem Implantationswinkelversatz. Zusätzlich kann eine Rotation des Halbleitersubstrats angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Rotationsversatz bestimmt oder berechnet werden basierend auf einer Richtung eines Versatzvektors (z. B. Vektor von dem Minimum 320 der Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte zu der erwarteten Position 330) in Bezug auf ein Koordinatensystem.
3 zeigt ein Beispiel einer Messung der lateralen Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung durch ein photothermisches Messsystem. Zum Beispiel wird die Messung nach einer Testimplantation durchgeführt, und die gesamte Off-Orientierung (Fehler-Orientierung) einer 100-Krystallrichtung in Bezug auf einen orthogonal auftreffenden Ionenstrahl zu bestimmen.
Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung von unterschiedlichen Ionenstrahldivergenzen für die Testimplantation 110 und die zumindest eine Zielimplantation 140 kann ein Neigungswinkel des Halbleitersubstrats beim Bewegen des Halbleitersubstrats durch einen Ionenstrahl variiert werden. Zum Beispiel kann die Testimplantation 110 durchgeführt werden durch ein Bewegen des Halbleitersubstrats durch einen Ionenstrahl der Testimplantation 110, während ein Neigungswinkel des Halbleitersubstrats variiert wird. Zum Beispiel wird das Halbleitersubstrat mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit durch den Ionenstrahl entlang einer ersten lateralen Richtung bewegt. Zum Beispiel wird der Neigungswinkel basierend auf einer Funktion der Scannposition (z. B. Punkt oder Streifen des Strahls auf dem Wafer) variiert. Während der Ionenstrahl von einem Rand des Halbleitersubstrats zu einem gegenüberliegenden Rand des Halbleitersubstrats wandert, wird die Neigung des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Strahlrichtung z. B. variiert (z. B. kontinuierlich von einem Startneigungswinkel zu einem Endneigungswinkel). 3 zeigt ein Beispiel einer Variation eines Neigungswinkels (z. B. X-Achsenneigung) zwischen –3° und +3°, während die Scannposition (durch das Bewegen des Halbleitersubstrats) zumindest zwischen einer Position, an der der Ionenstrahl auf einem ersten Waferrand 410 (z. B. unteren Waferrand) trifft, und einer Position, an der der Ionenstrahl einen gegenüberliegenden zweiten Waferrand 420 (z. B. oberen Waferrand) trifft, variiert wird. Dann wird das Halbleitersubstrat um 90° gedreht und entlang der gleichen ersten lateralen Richtung durch den Ionenstrahl bewegt, während der Neigungswinkel variiert wird. Durch das Scannen über das Halbleitersubstrat in zwei orthogonalen Richtungen, während der Neigungswinkel des Halbleitersubstrats variiert wird, kann eine Variation der Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte über das Halbleitersubstrat ähnlich zu der in 3 gezeigten Verteilung erhalten werden, sodass ein Implantationswinkelversatz von dem Versatz eines Kreuzungspunktes 320 der zwei orthogonalen Regionen 310 in Bezug auf eine erwartete Region 330 bestimmt werden kann, die sich aus einem Kreuzungspunkt der zwei orthogonalen Regionen 310 ergibt, der ohne die Information über die Kristalldefektdichten- oder Ladungsträgerdichtenverteilung erwartet werden würde.
Das in 4 gezeigte Konzept kann für Systeme mit Winkelkorrektur (ohne Deaktivierungs- oder Adaptionsmöglichkeit) verwendet werden, die die Strahlparallelität zum Beispiel magnetisch und/oder elektrostatisch (oder wenn ein Scannen eines großen Winkelbereichs erwünscht ist) anpasst. Zum Beispiel wird die Y-Neigung (in Bezug auf eine Rotationsachse) auf einen Winkel zwischen 3° und 7° (unter einer 0° Verdrillung (twist) und 0° X-Neigung) angepasst, um die unempfindliche Region bei 0°/0° zu vermeiden. Dann kann ein vertikales (Y-)Scannen mit der Hälfte der Testdosis durchgeführt werden, während die X-Neigung eine Funktion der Scannposition (z. B. 4) während eines ersten Implantationsschrittes ist, was somit eine V-förmige Verteilung von Kristalldefekt oder Ladungsträgern entlang einer lateralen Richtung des Wafers ergibt, was sich aus einem Kreuzen eines {011} planaren Kanals während des Scannens ergibt. Danach wird ein zweiter Implantationsschritt mit der gleichen Anpassung wie für den ersten Implantationsschritt durchgeführt, aber mit einer +90° Verdrillung, was somit eine V-förmige Verteilung von Kristalldefekt oder Ladungsträgern entlang einer anderen orthogonalen lateralen Richtung des Wafers ergibt, was sich aus dem Kreuzen eines {011} planaren Kanals während des Scannens ergibt. Dann kann eine Messung einer kreuzförmigen Abbildung (innerhalb des Werkzeugs/in-situ oder als ein unabhängiger Prozessschritt) durchgeführt werden und eine Weiterleitungsschleife zu der Implantationsanlage und/oder einem anderen Werkzeug in der Prozesskette (Channeling-Ausbeute (axial: 100, planar {001}) als eine Funktion der Orientierung X/Y) kann implementiert werden. Zum Beispiel ist die Orientierung des Substrats sehr genau bekannt, wobei nun eine sehr geringe Orientiererungenauigkeit des Substrats in Bezug auf die Rotation in Betracht gezogen wird (z. B. Position der <011> Kerbe/flach). Folglich kann zum Beispiel eine beliebige erwünschte Richtung oder Kanal in einem folgenden Prozess angepasst werden.
5a zeigt eine schematische Darstellung eines Implantationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Implantationssystem 500 umfasst ein erstes Ionenimplantationsmodul 510, das ausgebildet ist zum Durchführen einer Testimplantation von Ionen in ein Halbleitersubstrat 502, und ein Messmodul 520, das ausgebildet ist zum Bestimmen einer Channeling-Information, die eine Position an dem Halbleitersubstrat 502 anzeigt, an der Channeling-Bedingungen während der Testimplantation auftraten. Ferner umfasst das Implantationssystem 500 ein Verarbeitungsmodul 530, das ausgebildet ist zum Bestimmen eines Implantationswinkelversatzes basierend auf der Channeling-Information. Das erste oder ein zweites Ionenimplantationsmodul 510 ist ausgebildet zum Anpassen eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats 502 in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz. Ferner ist das erste oder zweite Ionenimplantationsmodul 510 ausgebildet zum Durchführen von zumindest einer Zielimplantation von Ionen in das Halbleitersubstrat 502 nach dem Anpassen des Neigungswinkels.
Durch ein Durchführen einer Testimplantation und Anpassen des Neigungswinkels des Halbleitersubstrats kann die Winkelgenauigkeit für die Zielimplantation deutlich verbessert werden. Auf diese Weise kann die Reproduzierbarkeit und/oder Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit einer Implantation verbessert werden.
Das gleiche (erste) Ionenimplantationsmodul 510 kann für die Testimplantation und die zumindest eine Zielimplantation verwendet werden. Zum Beispiel kann das Implantationsmodul betrieben werden, um Channeling-Bedingungen über die gesamte Oberfläche oder einen großen Abschnitt der Oberfläche (z. B. durch Strahlparallelisierung) sicherzustellen. Ferner können das zumindest eine Ionenimplantationsmodul 510 und das Messmodul 520 in einer gemeinsamen Implantationskammer 504 angeordnet sein, sodass das Halbleitersubstrat während der Testimplantation, dem Bestimmen der Channeling-Information und der Zielimplantation innerhalb der gemeinsamen Implantationskammer 504 bleiben kann. Alternativ werden das Ionenimplantationsmodul 510 und das Messmodul 520 in unterschiedlichen Vorrichtungen implementiert und das Halbleitersubstrat wird zwischen den unterschiedlichen Vorrichtungen bewegt.
Das Messmodul 520 kann ein Kristalldefekt- oder Ladungsträgermessmodul sein, das ausgebildet ist zum Messen einer Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichte von zumindest einer Mehrzahl von lateral unterschiedlichen Positionen des Halbleitersubstrats nach der Testimplantation, um eine laterale Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung zu erhalten. Zum Beispiel kann das Kristalldefekt- oder Ladungsträgermessmodul ein photothermisches Messsystem umfassen. Alternativ kann das Messmodul 520 ein Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-(RBS-)Detektionsmodul sein. Zum Beispiel kann das Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-(RBS-)Detektionsmodul eine Kristalldefektdichtenverteilung basierend auf einem Signal-Feedback von dem Halbleitersubstrat während einer Testimplantation bestimmen. Durch Nutzen einer Information über eine Scannposition und/oder -winkel (z. B. bereitgestellt durch einen Neigungscodierer oder eine elektrostatische Scannereinheit) kann das Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-(RBS-)Detektionsmodul oder das Verarbeitungsmodul 530 eine Abbildung ähnlich zu der in 3 gezeigten Verteilung berechnen. Die Scannposition kann auf eine Bewegung des Wafers in Bezug auf eine Kammer oder einen ortsfesten Strahl und/oder eine Information einer aktuellen Position zum Beispiel eines punktförmigen Strahls an dem Wafer (z. B. erzeugt basierend auf einem Signal einer Scannerleistungsversorgung) bezogen sein. Eine Neigung und/oder Verdrillung kann als mechanisch (Wafer) oder als virtuell gesehen werden basierend auf einem Überstreichen (sweep) des Strahls über den Wafer (kann z. B. basierend auf Signalen von dem Scanner berechnet werden). Zum Beispiel kann das Verarbeitungsmodul 530 eine Kristalldefektdichtenverteilung basierend auf einer Korrelation zwischen einem durch das Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Detektionsmodul erzeugten Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Signal und einer Information über eine(n) tatsächliche(n) (oder aktuelle(n)) Scannposition und/oder Scannwinkel berechnen.
Das Verarbeitungsmodul 530 kann zum Beispiel einen Prozessor, einen Mikrocontroller oder einen Digitalsignalprozessor zum Bestimmen des Implantationswinkelversatzes umfassen.
Alternativ können die Testimplantation und die zumindest eine Zielimplantation durch unterschiedliche (erstes und zweites) Ionenimplantationsmodule durchgeführt werden. Zum Beispiel können sich unterschiedliche Ionenimplantationsmodule an festen Positionen befinden und eine Differenz zwischen einer Implantationsrichtung des ersten Ionenimplantationsmoduls, das für die Testimplantation verwendet wird, und einer Implantationsrichtung des zweiten Ionenimplantationsmoduls, das für die zumindest eine Zielimplantation verwendet wird, ist bekannt und kann während der Anpassung des Neigungswinkels vor der zumindest einen Zielimplantation berücksichtigt werden.
5b zeigt eine schematische Darstellung eines Implantationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Implementierung des Implantationssystems 550 ist ähnlich zu der in 5a gezeigten Implementierung. Allerdings werden zwei unterschiedliche Ionenimplantationsmodule 510, 540 für die Testimplantation und die zumindest eine Zielimplantation verwendet. Nach der Testimplantation wird das Halbleitersubstrat von dem ersten Ionenimplantationsmodul 510 zu dem Messmodul 520 bewegt. Nach dem Bestimmen der Channeling-Information wird der Halbleiterwafer zu dem zweiten Ionenimplantationsmodul 540 bewegt und der Neigungswinkel wird angepasst.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die in 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren vorstehend (z. B. 1–4) oder nachstehend (6) beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt sind.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines photothermischen Messsystems zum Messen einer lateralen Kristalldefekt- oder Ladungsträgerdichtenverteilung an einem Halbleitersubstrat. Das photothermische Messsystem 600 umfasst ein Lasermodul (z. B. eine oder mehrere Laserdioden), einen Strahlteiler 620, einen Detektor 630 und eine bewegliche Stufe 604 (z. B. x-y-Stufe) zum Bewegen eines Halbleitersubstrats 602. Zum Beispiel variiert ein Reflexionskoeffizient für unterschiedliche Kristalldefektdichten und/oder Ladungsträgerdichten. Das beschriebene Messsystem kann zum Beispiel klein genug sein, um in eine Implantationsvorrichtung integriert zu werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Verifizieren von Channeling-Bedingungen durch ein Anwenden einer Testimplantation. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine direkte Messung der Kristallschädigung des Prozesswafers nach Implantation einer Testimplantation an dem Produktionssystem durchgeführt. Für die Testimplantation kann die Parallelisierung (sowohl in x- als auch in y-Richtung) des Ionenstrahls vor dem Wafer deaktiviert werden, sodass der Wafer dadurch nur in der Mitte unter 0° Channeling-Bedingungen getroffen wird (siehe 2a). Abhängig von der Systemgeometrie (Distanz zwischen Wafer und elektrostatischer oder magnetischer Ablenkeinrichtung) und der Wafergröße wird der Rand des Wafers unter einem Winkel ψ größer 0°, z. B. 1,8°, getroffen. Die (bekannte) Abhängigkeit des Winkels von der Position an dem Wafer ψ (x, y) kann zu einer stereographischen Projektion des Kristallgitters auf dem Wafer führen. Diese Projektion kann unter Verwendung eines für Kristallschädigung empfindlichen Messverfahrens visualisiert werden. Unter Verwendung des Feedbacks eines Laserstrahls kann zum Beispiel eine Abbildung der Kristallschädigung (z. B. 3) aufgenommen werden (z. B. Metrologiewerkzeug). Wenn die an einem 100-orientierten Wafer gemessene Kristallschädigung in dem Zentrum des Wafers minimal ist, ist Channeling gewährleistet. Wenn ein Versatz von dem Zentrum des Wafers existiert, kann die Orientierung automatisch Wafer-fein nachjustiert werden (z. B. unter Verwendung eines Weiterleitungsmechanismus oder alternativ direkt in dem System). Eine entsprechende stereographische Projektion, die durch eine Protonenimplantation ohne Winkelkorrektur unter einer 0° Hauptrichtung (Winkel zwischen Ionenstrahl und Wafer normal in dem Zentrum des Wafers) erzeugt wurde, ist in 3 dargestellt. Wenn die Systemgeometrie bekannt ist, können basierend auf der Abweichung des [100]-Kanals von dem Zentrum des Wafers (Verschiebung Δx, Δy) der Winkel ψ (Δx, Δy) und die Rotation (dx, dy) bestimmt werden, um die der Wafer während der Implantation geneigt werden muss, um sicherzustellen, dass der Ionenstrahl orthogonal auf den Wafer (0° Neigung) trifft. Durch ein Reaktivieren der Parallelisierung des Ionenstrahls und ein Einstellen des Winkels ψ (Δx, Δy) und der Rotation während eines nachfolgenden Hauptimplantationsschritts kann ganzflächiges Channeling sichergestellt werden (z. B. 2b).
Die Testimplantation kann gewählt werden, derart, dass sie keine negative Auswirkung auf das Bauelement hat. Dies kann entweder über einen winkelunempfindlichen Implantationsschritt, der sowieso erforderlich ist, oder zum Beispiel durch ein Verwenden einer Protonenimplantation niedriger Dosis, einer Borimplantation niedriger Dosis oder einer Phosphorimplantation niedriger Dosis (z. B. dem Bereich um 3·10¹² cm^–2 ⁾ erfolgen. Die Empfindlichkeit der Kristallschädigungsmessung kann hier optimal sein und der geringe Effekt der Protonenimplantation kann in den nachfolgenden Hochtemperaturschritten (> 550°C) wieder vollständig verschwinden.
Zum Beispiel bezieht sich ein Aspekt des vorgeschlagenen Konzepts auf ein Verfahren, um, vor winkelempfindlichen Implantationen, die genaue Kristallorientierung des Wafers unter Verwendung ein Testimplantation niedriger Dosis und nachfolgender Kristallschädigungsmessung zu bestimmen und um den tatsächlichen Implantationsschritt auf eine entsprechend angepasste Weise optimal durchführen zu können.
Infolge der erforderlichen kleinen Abmessungen des Halbleiterlasers und der Detektoren kann die Messung der Kristallschädigung direkt in das Implantationswerkzeug integriert sein. Ein Beispiel des Aufbaus einer solchen Messung ist in 6 gezeigt. Hier kann die Messung auf verschiedene Weise in der Implantationsanlage durchgeführt werden.
Zum Beispiel wird das Messsystem (Laser + Detektor) in die Endstation der Implantationsanlage integriert, an der das System angebracht ist, verschoben in lateraler Richtung zu dem Wafer, um den eintreffenden Ionenstrahl nicht abzuschatten. Das Messsystem kann in x-y-Richtung bewegbar sein und/oder sehr fein kippbar sein, um eine ausreichende laterale Auflösung an dem Wafer zu erreichen. Anders ausgedrückt, die Messeinheit kann auf einem in x-y-Richtung beweglichen Arm innerhalb der Endstation befestigt sein. Nach der Testimplantation wird der Ionenstrahl durch Einfahren eines Faraday-Cups ausgeblendet, und die Messung kann direkt an dem Implantations-Chuck durch feines Bewegen des Messgeräts durchgeführt werden.
Alternativ kann die Messeinheit direkt oben auf einem Zwischenablageplatz (z. B. Orientierer-Chuck) angebracht sein, der Teil des Handling-Systems der Implantationsanlage ist. Somit kann die Messung als Teil des Handlings des Wafers parallel zu dem/durch den Implantations-Chuck durchgeführt werden.
Einige Anwendungsbeispiele beziehen sich auf Kompensationssäulen von Superjunction-Bauelementen, die Erzeugung von Body-Zonen mit einem Plateau-ähnlichen Dotierungsprofil zum Unterdrücken von Latch-up-Phänomenen in IGBTs (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und Leistungs-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und zum Reduzieren des Diffusionsstromanteils des (Heiß-)Sperrstroms, tiefe n-dotierte Feldstopp-Zonen für IGBTs, Dioden oder MOSFETs, gestufte Feldstoppprofile durch ein lokales Abscheiden von dünnem Streuoxid, gestufte Rückseitenemitter durch ein lokales Abscheiden von dünnem Streuoxid, relativ tiefe rückseitige n-Emitter für Dioden oder rückseitige p-Emitter für IGBTs, deep Junction Termination Extension-Strukturen (tiefe Übergangsabschlusserstreckungs-Strukturen) oder Variation of Lateral Doping-Strukturen (Strukuren mit Variation der lateralen Dotierung), tiefe Kanalstopper zum Vermeiden von Inversionskanälen, vergrabene rückseitige p-Inseln für Dioden zum Verbessern der Weichheit (softness) während des Abschaltprozesses, Erzeugung von relativ hoch dotierten Drift-Zonen in SiC-Bauelementen und/oder (gestufte) Feldstopp/Emitter/n-Kurzschluss-Profile ohne nachfolgendes Ausheilen. In Bezug auf IGBTs kann eine andere Anwendung ein ungefähr kastenförmiges p-Body-Dotierungsprofil sein, um die Latch-up-Effekte zu reduzieren.
Bei modernen Implantationsanlagen sind die anlagentechnischen Einflussgrößen betreffend Winkelgenauigkeit (Plattenjustierung, Ionenstrahldivergenz) bereits auf < 0,10 spezifiziert und können klein genug sein, um Channeling sicherzustellen.
Somit können die verbleibenden offenen Punkte der Waferschnitt (insbesondere im Fall von Technologien, die auf epitaxialen Schichten basieren) und die qualitätstechnisch wichtige Verifizierung der der Summe aller möglichen Einflussgrößen direkt vor der Channeling-Implantation sein. Eine genaue 0°-Verifizierung kann durch ein Verwenden des vorgeschlagenen Konzepts ermöglicht werden.
Ausführungsbeispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann würde leicht erkennen, dass Schritte verschiedener oben beschriebener Verfahren durch programmierte Computer durchgeführt werden können. Hierbei sollen einige Ausführungsbeispiele auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren, wobei die Anweisungen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren durchführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien sein. Auch sollen weitere Ausführungsbeispiele Computer programmiert zum Durchführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren oder (feld-) programmierbare Logik-Arrays ((F)PLA = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-) programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays) programmiert zum Durchführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Offenbarung wie auch besondere Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
Der Fachmann sollte verstehen, dass alle hiesigen Blockschaltbilder konzeptmäßige Ansichten beispielhafter Schaltungen darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Flussdiagramme, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Ausführungsbeispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Ausführungsbeispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass – obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollte. Durch die Offenbarung von vielfachen Schritten oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Ein Verfahren (100) zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat, umfassend: Durchführen einer Testimplantation (110) von Ionen in ein Halbleitersubstrat, wobei die Ionen der Testimplantation mit einem ersten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert werden; Bestimmen (120) eines Implantationswinkelversatzes basierend auf dem Halbleitersubstrat nach der Testimplantation (110); Anpassen (130) eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz; und Durchführen von zumindest einer Zielimplantation (140) von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen (130) des Neigungswinkels, wobei die Ionen der zumindest einen Zielimplantation mit einem zweiten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat implantiert werden, wobei der erste Implantationswinkelbereich größer ist als der zweite Implantationswinkelbereich.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Implantationswinkelbereich größer als 0,8° ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Implantationswinkelbereich kleiner als 0,5° ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei das Durchführen der Testimplantation (110) ein Bewegen des Halbleitersubstrats durch einen Ionenstrahl der Testimplantation (110) umfasst, während ein Neigungswinkel des Halbleitersubstrats variiert wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Ionenstrahldivergenz während der Testimplantation (110) größer ist als eine Ionenstrahldivergenz während der zumindest einen Zielimplantation (140).
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei Strahldivergenzkorrekturmaßnahmen während der Testimplantation (110) in Bezug auf die zumindest eine Zielimplantation (140) reduziert werden.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen (120) des Implantationswinkelversatzes ein Messen einer Kristalldefektdichte oder Ladungsträgerdichte von zumindest einer Mehrzahl von lateral unterschiedlichen Positionen an dem Halbleitersubstrat umfasst, um eine laterale Kristalldefektdichtenverteilung oder eine laterale Ladungsträgerdichtenverteilung zu erhalten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Kristalldefektdichten- oder Ladungsträgerdichtenverteilung durch ein Laser-basiertes Messverfahren oder ein Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Verfahren gemessen wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen (120) des Implantationswinkelversatzes ein Bestimmen einer Position an dem Halbleitersubstrat umfasst, an der Channeling-Bedingungen während der Testimplantation (110) auftraten.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Neigungswinkel angepasst (130) wird, sodass Channeling-Bedingungen für die zumindest eine Zielimplantation (140) erhalten werden.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Testimplantation (110) und die zumindest eine Zielimplantation (140) durch das gleiche Ionenimplantationsmodul durchgeführt werden.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Testimplantation (110) mit einer Implantationsenergie von weniger als 50 keV durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Testimplantation (110) mit einer Implantationsdosis von weniger als 3·10¹² cm^–2 durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ionen der Testimplantation (110) Protonen sind.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dotierung von zumindest einem aus der Gruppe, umfassend einen Abschnitt einer Kompensationsregion eines Superjunction-Bauelements, eine Body-Region eines Transistors, eine Feldstopp-Region, eine Rückseitenemitter-Region, eine Übergangsabschlusserstreckungsstruktur, eine Kanalstopper-Region, eine vergrabene Rückseitendotierungsregion, eine Drift-Region und eine Feldstopp/Emitter-Kurzschlussregion, durch die zumindest eine Zielimplantation (140) implantiert wird.
Ein Implantationssystem (500, 550), umfassend: ein erstes Ionenimplantationsmodul (510), das ausgebildet ist zum Durchführen einer Testimplantation von Ionen in ein Halbleitersubstrat; ein Messmodul (520), das ausgebildet ist zum Bestimmen einer Channeling-Information, die eine Position an dem Halbleitersubstrat anzeigt, an der Channeling-Bedingungen während der Testimplantation auftraten; und e in Verarbeitungsmodul (530), das ausgebildet ist zum Bestimmen eines Implantationswinkelversatzes basierend auf der Channeling-Information, wobei das erste oder ein zweites Ionenimplantationsmodul (510, 540) ausgebildet ist zum Anpassen eines Neigungswinkels des Halbleitersubstrats in Bezug auf eine Implantationsrichtung basierend auf dem bestimmten Implantationswinkelversatz, wobei das erste oder zweite Ionenimplantationsmodul (510, 540) ausgebildet ist zum Durchführen von zumindest einer Zielimplantation von Ionen in das Halbleitersubstrat nach dem Anpassen des Neigungswinkels.
Das Implantationssystem gemäß Anspruch 16, wobei das erste Ionenimplantationsmodul (510) ausgebildet ist zum Implantieren der Ionen der Testimplantation mit einem ersten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat, wobei das erste oder zweite Ionenimplantationsmodul (510, 540) ausgebildet ist zum Implantieren der Ionen der zumindest einen Zielimplantation mit einem zweiten Implantationswinkelbereich über das Halbleitersubstrat, wobei der erste Implantationswinkelbereich größer ist als der zweite Implantationswinkelbereich.
Das Implantationssystem gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Messmodul (520) ein Kristalldefekt- oder Ladungsträger-Messmodul ist, das ausgebildet ist zum Messen einer Kristalldefektdichte oder Ladungsträgerdichte von zumindest einer Mehrzahl von lateral unterschiedlichen Positionen des Halbleitersubstrats nach der Testimplantation, um eine laterale Kristalldefektdichtenverteilung oder laterale Ladungsträgerdichtenverteilung zu erhalten.
Das Implantationssystem gemäß Anspruch 18, wobei das Messmodul (520) ein photothermisches Messmodul oder ein Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Detektionsmodul ist.
Das Implantationssystem gemäß Anspruch 19, wobei das Verarbeitungsmodul (530) ausgebildet ist zum Berechnen einer Kristalldefektdichtenverteilung basierend auf einer Korrelation zwischen einem durch das Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Detektionsmodul erzeugten Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie-Signal und einer Information über eine tatsächliche Scannposition oder Scannwinkel.
Das Implantationssystem gemäß einem der Ansprüche 16–20, wobei das Messmodul (520) zusammen mit zumindest einem Ionenimplantationsmodul integriert ist, das ausgebildet ist zum Durchführen von zumindest der Testimplantation oder der zumindest einen Zielimplantation in einer gemeinsamen Implantationskammer.
Das Implantationssystem gemäß einem der Ansprüche 16–21, wobei die Testimplantation und die zumindest eine Zielimplantation durch das gleiche Ionenimplantationsmodul (510) durchgeführt werden.