DE102018114667B3

DE102018114667B3 - Ionenstrahl-moderatorvorrichtung, ionenstrahl-implantationsgerät und ionen-implantationsverfahren

Info

Publication number: DE102018114667B3
Application number: DE102018114667.1A
Authority: DE
Inventors: Achim Gratz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-06-20

Abstract

Eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) weist einen Basisteilbereich (410) und einen Hauptteilbereich (420) auf. Der Basisteilbereich (410) weist ein Material mit ultra-geringer Dichte auf. Der Hauptteilbereich (420) ist mit dem Basisteilbereich (410) in Kontakt und dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von Ionen, die den Hauptteilbereich (420) passieren, zu verbreitern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Ionenimplantation, insbesondere auf eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, ein Ionenstrahl-Implantationsgerät, das eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung enthält, eine Halbleitersubstratbaugruppe, die eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung enthält, ein Verfahren zum Herstellen einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung und ein Verfahren zum Implantieren von Ionen unter Verwendung einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung.
HINTERGRUND
Ein Ionen-Implantationsgerät enthält typischerweise eine Ionenquelle, die eine gewünschte Ionenart erzeugt, und eine Ionenstrahllinie, die die Ionen filtert und beschleunigt und die einen monoenergetischen Ionenstrahl führt und auf ein Zielsubstrat fokussiert. In Halbleitermaterialien mit niedrigen Diffusionskoeffizienten bilden mehrere Implantationen bei verschiedenen Beschleunigungsenergien kontinuierliche, z.B. kastenartige oder trapezförmige, vertikale Dotierungsprofile nach.
Der Artikel Csato, Constantin et al.: „Energy filter for tailoring depth profiles in semiconductor doping application", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 365, Part A, 15 Dezember 2015, Seiten 182-186 erläutert Grundlagen eines Verfahrens zur Ionenimplantation in Siliziumcarbid mit Hilfe eines Energiefilters sowie die Abhängigkeit der vertikalen Verteilung der implantierten Ionen vom Oberflächenprofil des Energiefilters. Der Artikel Krippendorf, Florian et al.: „Energiefilter für Ionenimplantation“, Tagungsband Konferenz: Mikrosystemtechnik 2013 - Von Bauelementen zu Systemen, 14.10.2013 - 16.10.2013, Aachen beschreibt die laterale Homogenisierung von implantierten Ionen bei einem geeigneten Abstand zwischen dem Energiefilter und dem implantierten Substrat. Die Druckschrift DE 10 2016 110 429 A1 beschreibt das Formen einer strukturierten Oberfläche eines Energiefilterkörpers durch Glaspressen mittels einer Pressform. Die Druckschrift DE 10 2016 122 791 B3 hat eine Ionenstrahlvorrichtung mit einem Implantationsfilter und einer Ablenkvorrichtung zum Inhalt, die einen Ionenstrahl in eine erste und in eine zweite Richtung ablenkt. Eine Halterung bewegt das Implantationsfilter abgestimmt auf die Ablenkung des Ionenstrahls durch die Ablenkungseinrichtung. Eine Ionenimplantationsanlage, bei der ein Energiefilter im Strahlengang des Ionenstrahls und abgesetzt von einem Wafer-Wheel vorgesehen ist, ist in der DE 10 2016 106 119 A1 beschrieben. Ein Filterhalter für das Energiefilter ist an der Implanterkammerwand befestigt.
Es besteht ein Bedarf daran, eine Ionenimplantation zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, die einen Basisteilbereich und einen Hauptteilbereich umfasst. Der Basisteilbereich enthält ein poröses Material. Der Hauptteilbereich ist mit dem Basisteilbereich in Kontakt. Der Hauptteilbereich ist dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitersubstratbaugruppe. Die Halbleitersubstratbaugruppe umfasst zumindest eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung und ein Halbleitersubstrat, das mit der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mechanisch verbunden ist. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung umfasst einen Basisteilbereich und einen Hauptteilbereich, wobei der Basisteilbereich ein poröses Material enthält. Der Hauptteilbereich ist mit dem Basisteilbereich in Kontakt und dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Ionenstrahl-Implantationsgerät, das eine einen Ionenstrahl führende Einheit, eine Suszeptoreinheit und zumindest eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung enthält. Die einen Ionenstrahl führende Einheit ist dafür konfiguriert, einen Ionenstrahl zu fokussieren und/oder zu lenken. Die Suszeptoreinheit ist dafür konfiguriert, ein Halbleitersubstrat zum Ionenstrahl zu positionieren und/oder auszurichten. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung umfasst einen Basisteilbereich und einen Hauptteilbereich, wobei der Basisteilbereich ein poröses Material enthält. Der Hauptteilbereich ist mit dem Basisteilbereich in Kontakt und dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, wobei das Verfahren ein Vorsehen eines Basisteilbereichs umfasst, der ein poröses Material enthält.
Ein Hauptteilbereich wird in Kontakt mit dem Basisteilbereich ausgebildet. Der Hauptteilbereich ist dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Implantationsverfahren. Das Verfahren umfasst ein Vorsehen eines Halbleitersubstrats auf einer Suszeptoreinheit eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts, das ferner eine einen Ionenstrahl führende Einheit und eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung enthält. Die einen Ionenstrahl führende Einheit ist dafür konfiguriert, einen Ionenstrahl zu fokussieren und/oder zu lenken. Die Suszeptoreinheit positioniert ein Halbleitersubstrat zum Ionenstrahl und/oder richtet dieses aus. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung umfasst einen Basisteilbereich, der ein poröses Material enthält, und einen Hauptteilbereich in Kontakt mit dem Basisteilbereich, wobei der Hauptteilbereich dafür konfiguriert ist, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern. Ein Ionenstrahl wird auf das Halbleitersubstrat gerichtet bzw. gelenkt.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Patentschrift einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, einer Halbleitersubstratbaugruppe, eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts, eines Verfahrens zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung und eines Implantationsverfahrens und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen werden in der folgenden Detailbeschreibung und den Ansprüchen beschrieben.

1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mit einem Basisteilbereich, der ein poröses Material enthält, gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einem eine Folie enthaltenden Hauptteilbereich.
3 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
4 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform bezüglich eines Basisteilbereichs, der eine Schicht mit Streuzentren enthält.
5 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform in Bezug auf einen Hauptteilbereich, der Nanopartikel enthält.
6 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit Nanopartikeln, die ein ungleichmäßiges laterales Verteilungsmuster aufweisen.
7 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform mit einem Hauptteilbereich basierend auf einem porösen Material und mit einer Streuzentren enthaltenden Schicht.
8 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform bezüglich Streuzentren, die in den Haupt- und Basisteilbereichen verteilt sind.
9A bis 9C sind schematische vertikale Querschnittsansichten von Halbleitersubstratbaugruppen, die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtungen gemäß anderen Ausführungsform enthalten.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts, das eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält.
11 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
12A bis 12C sind schematische vertikale Querschnittsansichten, um ein Verfahren zum Herstellen einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zu veranschaulichen.
13 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Implantieren von Ionen gemäß einer weiteren Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, eine Halbleitersubstratbaugruppe, ein Ionenstrahl-Implantationsgerät, ein Verfahren zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung und ein Implantationsverfahren ausgestaltet werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind in den verschiedenen Zeichnungen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen sind offene Begriffe, und die Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein zusätzlicher Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Für physikalische Abmessungen vorgegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Das Gleiche gilt für Bereiche mit einem Randwert wie „höchstens“ und „zumindest“.
Hauptbestandteile einer Schicht oder einer Struktur aus einer chemischen Verbindung oder Legierung sind solche Elemente, deren Atome die chemische Verbindung oder Legierung bilden. Beispielweise sind Nickel und Silizium die Hauptbestandteile einer Nickelsilizidschicht, und Kupfer und Aluminium sind die Hauptbestandteile einer Kupferaluminiumlegierung. Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen können Schichten und Strukturen aufgrund von Prozessfehlern unbeabsichtigte Verunreinigungen bzw. Störstellen sowie beabsichtigte Zusatzstoffe wie etwa Dotierstoffe enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung einen Basisteilbereich und einen Hauptteilbereich umfassen. Der Hauptteilbereich kann mit dem Basisteilbereich in Kontakt sein und ist dafür konfiguriert, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern. Zumindest der Basisteilbereich enthält ein poröses Material.
Das poröse Material enthält Zwischenräume, durch die Flüssigkeit oder Gas gelangen kann und/oder worin Gas bei Umgebungsdruck oder unterhalb des Umgebungsdrucks eingeschlossen werden kann. In einem signifikant größeren Maßstab als eine mittlere Größe der Zwischenräume ist die mittlere Dichte des porösen Materials zumindest annähernd gleichmäßig und kann höchstens 300 kg/m³, zum Beispiel 100 kg/m³, betragen.
Der Hauptteilbereich verbreitert die Energieverteilung von Ionen, die auf eine erste Oberfläche der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung zum Beispiel mit einer kinetischen Energie von zumindest 0,1 MeV vertikal auftreffen. Die Atomzahl der Ionen kann zwischen 1 (Wasserstoff) und 54 (Xenon) liegen. Die Energieverteilung von Ionen, die aus der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung austreten, wird zu niedrigeren Energien verschoben und hat eine breitere Energieverteilung als die auf die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auftreffenden Ionen. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung reduziert die Geschwindigkeit von Ionen und bewirkt insbesondere, dass Ionen, die die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung passieren, in Abhängigkeit davon, welchen Weg die Ionen innerhalb der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nehmen, Energie in einem unterschiedlichen Maße verlieren.
Eine zwischen dem Hauptteilbereich und dem Basisteilbereich ausgebildete Grenzfläche kann flach oder strukturiert, z.B. gerippt, sein. Eine flache Grenzfläche oder eine mittlere Ebene einer nicht planaren Grenzfläche zwischen dem Hauptteilbereich und dem Basisteilbereich ist parallel zu einer lateralen Richtung und einer horizontalen Ausdehnung der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung. Eine Dicke des Hauptteilbereichs und eine Dicke des Basisteilbereichs sind vertikal zur lateralen Ausdehnung definiert. In einem Ionenstrahl-Implantationsgerät kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mit der horizontalen Ebene senkrecht zu einer Ionenstrahlachse orientiert sein.
Die Dichte des Hauptteilbereichs ist die Masse des Hauptteilbereichs pro Volumeneinheit. Je länger der Weg eines Ions durch den Hauptteilbereich ist und/oder je dichter das durchquerte Material ist, desto höher kann ein Effekt einer Geschwindigkeitsverlangsamung des Hauptteilbereichs auf das Ion sein. Die Dichte des Basisteilbereichs ist die Masse des Basisteilbereichs pro Volumeneinheit, wobei die Volumeneinheit größer als eine mittlere Porengröße im Basisteilbereich ist.
Das poröse Material des Basisteilbereichs kann einen signifikant geringeren Einfluss auf die Energieverteilung der Ionen als der Hauptteilbereich haben, so dass sogar ein vergleichsweise dicker Basisteilbereich die Energie der passierenden Ionen nicht signifikant reduziert. Ein vergleichsweise dicker Basisteilbereich aus porösem Material kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mechanisch stabilisieren, ohne die Beschleunigungsenergie der Ionen signifikant erhöhen zu müssen. Mit einem Basisteilbereich aus porösem Material kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung ausreichend steif und unbiegsam sein, so dass sie unter Umgebungsbedingungen nicht knickt oder sich nicht biegt. Die höhere mechanische Stabilität und Steifigkeit kann die Handhabung der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung erleichtern.
Ein Basisteilbereich aus porösem Material kann Ionenstrahl-Moderatorvorrichtungen mit einer effektiven Fläche von mehr als einigen wenigen Quadratzentimetern ermöglichen, so dass die Belichtungsdosis durch eine größere Fläche angewendet werden kann und ein Aufheizen der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung besser gesteuert werden kann.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtungen in Wafergröße einer ausreichenden Steifigkeit können mit Zielsubstraten in Wafergröße kombiniert und zusammen mit den Zielsubstraten z.B. in einem Chargen-Implantationsgerät gehandhabt werden. Ionenstrahl-Moderatoren mit ausreichender Steifigkeit können eine Implantation von Dotierstoffen in Halbleitermaterialien mit niedrigen Diffusionskoeffizienten für die Dotierstoffatome wie z.B. die Implantation von Stickstoff, Phosphor, Bor und/oder Aluminium in Siliziumcarbid unterstützen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das poröse Material ein Material mit ultra-geringer Dichte (manchmal auch ultraleichtes Material genannt) mit einer mittleren Dichte von höchstens 10 kg/m³ umfassen, wobei das Material mit ultra-geringer Dichte ein Aerogel, stochastischen Schaum und/oder ein mikrostrukturiertes zellulares Material umfassen kann.
Ein Aerogel umfasst ein nicht-fluides kolloidales Netzwerk oder Polymernetzwerk, wobei das Netzwerk einen mikroporösen Festkörper bildet, der durch ein Gas, z.B. Umgebungsluft, in seinem ganzen Volumen expandiert wird. Stochastischer Schaum kann unregelmäßig große und unregelmäßig verteilte Hohlräume enthalten, wobei die Hohlräume geschlossene Blasen (d.h. mit Gas gefüllte geschlossene Volumina) enthalten können, oder der stochastische Schaum kann ein netzartiger Schaum mit linearen Elementen, die ein Netzwerk bilden, sein. Mikrostrukturiertes zellulares Material kann ein Basismaterial mit Löchern und/oder Gräben enthalten, die durch gesteuerte abtragende Prozesse, z.B. Ätzen und/oder Laserablation, gebildet werden. Als der Basisteilbereich einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung verwendet können Blätter und/oder Filme aus einem Material mit ultra-geringer Dichte mit einer Dicke in einem Bereich von 100 µm bis einige Millimeter einen nur geringen Einfluss auf die Energie passierender Ionen haben. Filme, Folien und Blätter aus einem Material mit ultra-geringer Dichte mit einer Dicke von etwa 1 mm können steifer und mechanisch unbiegsamer als Folien aus nicht porösen Materialien mit einer Dicke von 1 µm sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptteilbereich eine Energie eines auf eine Auftreffstelle der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auftreffenden Ions als eine Funktion einer Position der Auftreffstelle modifizieren. Der Hauptteilbereich kann eine monoenergetische Verteilung von Ionen, die auf eine erste Oberfläche der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auftreffen, in eine Verteilung mit mehreren Energien transformieren, so dass die in ein Zielsubstrat durch eine Hauptoberfläche des Zielsubstrats implantierten Ionen in verschiedenen Abständen zur Hauptoberfläche zur Ruhe kommen. Im Folgenden kann eine monoenergetische Verteilung einer Energieverteilung des Ionenstrahls mit einer vollen Halbwertsbreite (FWHM) von höchstens 3 % des Werts, bei dem die Energieverteilung einen maximalen Wert zeigt, entsprechen. Ferner kann eine Verteilung mit mehreren Energien einer Energieverteilung des Ionenstrahls mit einer FWHM von zumindest 10 % des Werts, bei dem die Energieverteilung einen maximalen Wert zeigt, entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform können/kann eine Dicke und/oder eine Dichte des Hauptteilbereichs entlang zumindest einer lateralen Richtung stetig variieren. Beispielsweise kann/können die Dicke und/oder die Dichte des Hauptteilbereichs zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert stetig variieren, wobei Übergänge zwischen dem minimalen Wert und dem maximalen Wert glatt und nicht stufenartig sein können.
Eine Kontaktebene zwischen dem Hauptteilbereich und dem Basisteilbereich kann flach oder strukturiert, z.B. gerippt, sein. Eine flache Kontaktebene oder eine mittlere Ebene einer strukturierten Kontaktebene zwischen dem Hauptteilbereich und dem Basisteilbereich ist zu einer lateralen Richtung parallel. Eine Dicke des Hauptteilbereichs ist vertikal zur lateralen Ausdehnung definiert. In einem Ionenstrahl-Implantationsgerät kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mit der horizontalen Ebene senkrecht zu einer Ionenstrahlachse orientiert sein. Die Dichte des Hauptteilbereichs ist die Masse des Hauptteilbereichs pro Volumeneinheit. Je länger der Weg eines Ions durch den Hauptteilbereich ist und/oder je dichter das durchquerte Material ist, desto höher kann ein Effekt einer Geschwindigkeitsverlangsamung des Hauptteilbereichs auf das Ion sein.
Die kontinuierliche laterale Modifizierung einer Dicke und/oder einer Dichte des Hauptteilbereichs kann eine monoenergetische Ionenimplantation in eine beliebige, kontinuierliche vertikale Dotierstoffverteilung transferieren, wobei die Form des vertikalen Dotierstoffprofils durch eine FourierTransformation der Funktion der horizontalen Dicke und/oder der Funktion der horizontalen Dichte beschrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptteilbereich dafür konfiguriert sein, eine monoenergetische Verteilung von Ionen, die auf eine erste Oberfläche der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auftreffen, in eine einer kastenförmigen, trapezförmigen oder dreieckigen vertikalen Energieverteilung der Ionen zu transformieren. Die resultierenden vertikalen Dotierstoffprofile können im Hinblick auf Vorrichtungsparameter wie etwa beispielsweise Durchbruchspannung, Unempfindlichkeit gegen Lawinen geformt werden.
Eine kastenförmige Energieverteilung zeigt eine gleichmäßige oder annähernd gleichmäßige Verteilung von Ereignissen zwischen einem niedrigen Energiewert und einem hohen Energiewert. Eine dreieckige Energieverteilung zeigt eine lineare Zunahme von Ereignissen zwischen einem niedrigen Energiewert und einem beliebigen Energiewert und eine lineare Abnahme von Ereignissen zwischen dem beliebigen Energiewert und einen hohen Energiewert. Der beliebige Energiewert ist höher als der niedrige Energiewert und niedriger als der hohe Energiewert.
Eine trapezförmige Energieverteilung zeigt eine steile lineare Zunahme von Ereignissen zwischen einem niedrigen Energiewert und einem ersten beliebigen Energiewert, eine gleichmäßige, langsam zunehmende oder langsam abnehmende Anzahl von Ereignissen zwischen dem ersten beliebigen Energiewert und einem zweiten beliebigen Energiewert und eine steile lineare Abnahme von Ereignissen zwischen dem zweiten beliebigen Energiewert und einem hohen Energiewert. Der erste beliebige Energiewert ist höher als der niedrige Energiewert und niedriger als der zweite beliebige Energiewert. Der zweite beliebige Energiewert ist höher als der erste beliebige Energiewert und niedriger als der hohe Energiewert.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Variation der Dicke und/oder der Dichte entlang zumindest einer lateralen Richtung eine periodische Struktur zeigen. Die periodische Struktur kann sich regelmäßig wiederholen. Eine Wiederholungsrate einer Einheitsstruktur kann so ausgewählt werden, dass in Kombination mit einer lateralen Streuung von Ionen sich die periodische Struktur nicht oder nur in einem geringen Maße in eine horizontale Variation einer Dotierung im Zielsubstrat abbildet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Hauptteilbereich ein poröses Material, z.B. ein Material mit ultra-geringer Dichte. Beispielsweise können der Hauptteilbereich und der Basisteilbereich aus dem gleichen Material mit ultra-geringer Dichte gebildet sein. Eine Dickenvariation im Hauptteilbereich kann erzielt werden, indem ein Muster bzw. eine Struktur, die Gräben und Mesastrukturen zwischen den Gräben enthält, in einer freigelegten oberen Oberfläche des Hauptteilbereichs ausgebildet wird. Die Struktur kann kostengünstig z.B. durch Gießformen oder Stanzen gebildet werden.
Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform kann der Hauptteilbereich ein vom porösen Material des Basisteilbereichs verschiedenes Material enthalten, so dass der Hauptteilbereich und der Basisteilbereich aus für die jeweilige Funktion ausgewählten Materialien hergestellt werden können. Beispielsweise kann das Material für den Basisteilbereich hohe mechanische Steifigkeit mit hoher Permeabilität für die passierenden Ionen kombinieren, und das Material für den Hauptteilbereich kann eine zuverlässige und reproduzierbare Strukturierung zu niedrigen Kosten ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform enthält der Hauptteilbereich ein Material, das eine Folie, einen Film und/oder ein Blatt bildet, wobei das Material zumindest eines eines kristallinen und amorphen Halbleitermaterials, eines Metalls, einer Keramik und eines Polymers enthalten kann. Die Folie, der Film und/oder das Blatt können an den Basisteilbereich geklebt werden, so dass die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung kostengünstig hergestellt werden kann. Der Basisteilbereich stabilisiert mechanisch die Folie, den Film und/oder das Blatt, so dass die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung unter Atmosphärendruck starr bzw. unbiegsam ist. Falls das Material ein dielektrisches Material oder ein halbleitendes Material ist, kann der Hauptteilbereich an der Oberfläche einen leitfähigen Film enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptteilbereich der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung Nanopartikel enthalten, wobei eine lokale Variation einer Dichteverteilung der Nanopartikel entlang der lateralen Richtung einer Verteilung der Nanopartikel im Hauptteilbereich direkt proportional sein kann. Die Nanopartikel können einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von zumindest 1 nm bis zu höchstens 100 nm aufweisen. Die Verteilung der Nanopartikel kann sich aus einem vergleichsweise einfachen Herstellungsprozess ergeben, der zum Beispiel ein Drucken oder eine Abscheidung aus einer Lösung einschließt, so dass die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung kostengünstig hergestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptteilbereich spitz zulaufende bzw. sich verjüngende Gräben enthalten, und die Nanopartikel können in den sich verjüngenden Gräben angeordnet sein. Die Dichte der Nanopartikel nimmt mit zunehmender Tiefe der sich verjüngenden Gräben lateral zu und nimmt mit abnehmender Tiefe der sich verjüngenden Gräben lateral ab. Um eine vorbestimmte Energieverteilung der die Ionen-Moderatorvorrichtung passierenden Ionen zu erzielen, können die mit Nanopartikeln gefüllten Gräben signifikant flacher als Gräben ohne die Nanopartikel sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine lokale Dichtevariation der Dichte des Hauptteilbereichs einem lateralen mittleren Abstand zwischen benachbarten Nanopartikeln proportional sein.
Gemäß einer Ausführungsform können die Nanopartikel zumindest eines von Halbleiterkristalliten, Metallpartikeln, Keramiken und organischen Polymeren und/oder organischen Verbindungen, die bei 25°C fest sind, umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Basisteilbereich Streuzentren aus einem vom porösen Material verschiedenen Material enthalten. Die Streuzentren können zu einem homogeneren lateralen Überstreichen der die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung passierenden Ionen beitragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat mechanisch verbunden, um eine Halbleitersubstratbaugruppe zu bilden.
Die Halbleitersubstratbaugruppe kann in der gleichen oder in einer ähnlichen Weise gehandhabt werden, wie ein Halbleitersubstrat ohne die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung gehandhabt wird. Beispielsweise kann in einem Ionenstrahl-Implanter die Halbleitersubstratbaugruppe auf oder in einer Suszeptoreinheit für einen Halbleiterwafer platziert werden. Auf diese Weise kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung in herkömmlichen Ionenstrahl-Implantern, z.B. Chargen-Implantern, ohne jegliche Modifikation in der Strahllinie des Ionen-Implanters verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung mit einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in direktem Kontakt sein. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung und das Halbleitersubstrat in Kombination können eine Dicke im Bereich von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen wenigen Millimetern aufweisen, so dass die Halbleitersubstratbaugruppe von herkömmlichen Handhabungseinrichtungen und herkömmlichen Ionen-Implantern ohne weitere Modifikationen an der Handhabungseinrichtung oder im Ionen-Implanter gehandhabt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat eine Implantationsmaske, z.B. für eine lateral strukturierte Implantation, enthalten. Eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, die direkt auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und/oder die direkt mit dem Halbleitersubstrat ausgerichtet ist, kann lateral strukturiert werden, z.B. kann die Einheitsstruktur für das vertikale Überstreichen der Implantation entlang einer lateralen Richtung unterbrochen oder variiert sein, um eine laterale Variation einer Dotierung zu ermöglichen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Ionenstrahl-Implantationsgerät eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung wie im Vorstehenden beschrieben, eine Suszeptoreinheit, die dafür konfiguriert ist, ein Halbleitersubstrat zu einem Ionenstrahl zu positionieren und/oder auszurichten, und eine einen Ionenstrahl führende Einheit enthalten, die dafür konfiguriert ist, einen Ionenstrahl auf das Halbleitersubstrat zu fokussieren und/oder zu lenken. Beispielsweise kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung in einer Strahllinie des Ionenstrahl-Implantationsgeräts so eingesetzt werden, dass eine einzelne Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung zum Implantieren von Ionen in eine Vielzahl von Halbleitersubstraten genutzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform liefert die Ionenstrahlquelle einen monoenergetischen Ionenstrahl zu der einen Ionenstrahl führenden Einheit. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, die in der Strahllinie des Ionenstrahl-Implantationsgeräts platziert wird, erleichtert die Verwendung von Geräten für weit verbreitete und wirtschaftliche Ionenstrahl-Implantationsgeräte, welche monoenergetische Ionenstrahlen erzeugen, um dotierte Gebiete mit beliebigen vertikalen Dotierungsprofilen in Halbleitersubstraten mit niedrigen Diffusionskoeffizienten für Dotierstoffe zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung ein Vorsehen eines Basisteilbereichs einschließen, der ein poröses Material, z.B. mit einer ultra-geringen Dichte, enthält. Ein Hauptteilbereich kann in Kontakt mit dem Basisteilbereich ausgebildet werden, wobei der Hauptteilbereich eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen verbreitert.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auf einem Halbleitersubstrat so ausgebildet werden, dass die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung auf Waferniveau gebildet werden kann. Zum Verarbeiten auf Waferniveau steht eine Vielzahl von Prozesswerkzeugen zur Verfügung, um die Herstellung der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung zu vergleichsweise geringen Kosten zu ermöglichen. Außerdem kann eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung in Ausrichtung mit dem Halbleitersubstrat eine laterale Variation einer Dotierung ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptteilbereich ein poröses Material enthalten, und ein Muster bzw. eine Struktur kann durch Gießformen in einer Strukturoberfläche des Hauptteilbereichs gebildet werden. Gießformen kann die Struktur durch Verfestigung eines flüssigen, geschmeidigen oder flexiblen Rohmaterials in einem starren Rahmen formen. Die Struktur kann gebildet werden, bevor der Hauptteilbereich am Basisteilbereich appliziert wird oder nachdem der Hauptteilbereich am Basisteilbereich appliziert ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ausbilden des Hauptteilbereichs ein Anbringen eines Hilfsträgers an einer ersten Seite einer Folie, ein Ausbilden des Basisteilbereichs an einer zweiten Seite der Folie und ein Entfernen des Hilfsträgers umfassen, wobei die Folie den Hauptteilbereich der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Implantationsverfahren ein Vorsehen eines Halbleitersubstrats auf der Suszeptoreinheit eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts, das eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung enthält, und ein Lenken des Ionenstrahls auf das Halbleitersubstrat, wobei der Ionenstrahl die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung passiert.
In 1 enthält ein Basisteilbereich 410 einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 ein poröses Material mit einer mittleren Dichte von höchstens 300 kg/m³, zum Beispiel höchstens 100 kg/m³. Ein Hauptteilbereich 420 kann mit dem Basisteilbereich 410 direkt in Kontakt sein. Der Hauptteilbereich 420 verbreitert eine Energieverteilung von die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 passierenden Ionen, wobei der Hauptteilbereich 420 die Geschwindigkeit der die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 passierenden Ionen in einem Maß reduziert, das sich entlang zumindest einer horizontalen Richtung parallel zu einer Grenzfläche 411 zwischen dem Basisteilbereich 410 und dem Hauptteilbereich 420 ändert.
Der Basisteilbereich 410 kann auf einer porösen festen Struktur basieren, die eine gleichmäßige mittlere Dichte oder annähernd gleichmäßige mittlere Dichte zeigt, wobei die mittlere Dichte sich auf eine Volumeneinheit bezieht, die signifikant größer als eine mittlere Porengröße im Basisteilbereich 410 ist.
Der Basisteilbereich 410 kann einen technischen Polymerschaum mit einer mittleren Dichte in einem Bereich von 10 kg/m³ bis 200 kg/m³ enthalten. Gemäß einem anderen Beispiel kann der Basisteilbereich 410 ein Material mit ultra-geringer Dichte mit einer mittleren Dichte von höchstens 10 kg/m³ enthalten. Bei einer Luftdichte von etwa 1,275 kg/m³ kann Gas in den Poren signifikant zur Dichte der Materialen mit ultra-geringer Dichte unter Atmosphärenbedingungen beitragen. Materialien mit ultra-geringer Dichte kombinieren eine geringe Dichte mit einer hohen mechanischen Stabilität und Steifigkeit.
Der Basisteilbereich 410 kann ein Aerogel, einen stochastischen Schaum und/oder ein mikrostrukturiertes zellulares Material enthalten. Beispielsweise kann der Basisteilbereich 410 ein Silika-Aerogel enthalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Basisteilbereich 410 ein Kohlenstoff-Aerogel oder ein Kohlenstoff-Nanoröhren-Aerogel enthalten oder daraus bestehen. Kohlenstoff-Aerogele können eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zeigen, um elektrische Ladung, die passierende Ionen in der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 induzieren können, abzuleiten.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Basisteilbereich 410 Aerographit, metallischen Schaum, Polymerschaum, mineralisierten Schaum, z.B. eine kalzinierte bzw. verkalkte oder organische schwammartige Struktur wie in Knochen, oder ein strukturiertes Mikrogitter umfassen.
In dem Hauptteilbereich 420 ändert sich eine physikalische Eigenschaft, die einen mehr als vernachlässigbaren Effekt auf die Geschwindigkeit passierender Ionen hat, entlang zumindest einer horizontalen Ausdehnung der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400. Die physikalische Eigenschaft kann zum Beispiel eine Dicke des Hauptteilbereichs 420, eine Dichte des Hauptteilbereichs 420, eine Dichte von Nanopartikeln, die die Ionen streuen, und/oder eine Menge an Nanopartikeln, die die Ionen streuen, sein. Die relevante physikalische Eigenschaft kann sich allmählich oder in mehreren Schritten zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert ändern.
Die Änderung der physikalischen Eigenschaft kann einem regelmäßigen periodischen Muster oder einem quasi regelmäßigen Muster folgen. In einem regelmäßigen periodischen Muster ändern sich eine laterale Ausdehnung einer Einheitsstruktur und ein Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Einheitsstrukturen nicht. In einem quasi regelmäßigen periodischen Muster kann sich eine laterale Ausdehnung einer Einheitsstruktur und/oder ein Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Einheitsstrukturen ändern.
Beispielsweise können sich Gräben 425 von einer freigelegten oberen Oberfläche 421 des Hauptteilbereichs 420 in den Hauptteilbereich 420 erstrecken. Die Gräben 425 können mit zunehmendem Abstand zur oberen Oberfläche 421 so spitz zulaufen bzw. sich verjüngen, dass sich eine Dicke th2 des Hauptteilbereichs 420 zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert ändert.
Die Gräben 425 können V-förmig sein, so dass sich die Dicke th2 des Hauptteilbereichs 420 linear ändert. Die Gräben 425 können die gleiche vertikale Ausdehnung v1, die gleiche Breite w1 aufweisen und können im gleichen Abstand p1 von Mitte zu Mitte (auch „Pitch“ genannt), zum Beispiel in einem Abstand p1 von Mitte zu Mitte gleich der Breite w1 der Gräben 425, angeordnet sein. Eine Breite w1 und ein Abstand p1 von Mitte zu Mitte können so ausgewählt werden, dass ein laterales Überstreichen passierender Ionen eine gleichmäßige horizontale Verteilung der Ionen in einem Zielsubstrat liefert.
In Abhängigkeit von der lokalen Dicke th2 des Hauptteilbereichs 420 am Punkt eines Ioneneinschlags verlieren die passierenden Ionen einen größeren oder kleineren Bruchteil der kinetischen Energie. Als Folge zeigen die durchgelassenen Ionen eine ausgeprägte Energie- und Winkelverteilung. Statt einer Gaußschen Verteilung oder dergleichen wird das Implantationsprofil verteilt, wobei die Form des vertikalen Dotierungsprofils strikt von dem Material und dem Oberflächenprofil des Hauptteilbereichs 420 abhängt.
Beispielsweise kann der veranschaulichte Hauptteilbereich 420 mit V-förmigen Gräben 425, die sich in einer Richtung orthogonal zur Querschnittsebene erstrecken, eine kastenartige vertikale Dotierungsverteilung zur Folge haben. Vorausgesetzt, dass während einer Ionenimplantation ein Abstand zwischen der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 und dem Zielsubstrat ausreichend groß ist, kann ein laterales Überstreichen der Ionen eine ausreichende laterale Mittelung der Dotierstoffkonzentration zur Folge haben, so dass die horizontale Struktur des Hauptteilbereichs 420 nicht in das Zielsubstrat abgebildet wird und ein horizontales Dotierungsprofil konstant ist.
Der Hauptteilbereich 420 kann aus einem vergleichsweise dichten Material bestehen, so dass eine vergleichsweise kleine Änderung der Dicke th2 einen vergleichsweise hohen Effekt auf die Geschwindigkeit passierender Ionen hat. Die Dicke th2 eines Hauptteilbereichs 420 aus einem vergleichsweise dichten Material ist typischerweise geringer als wenige Mikrometer, um zu ermöglichen, dass Ionen mit einer für Ionen-Implanter typischen kinetischen Energie passieren und das Zielsubstrat mit einer ausreichenden kinetischen Energie erreichen. Jegliche zusätzliche Dicke, die zum Verbessern einer mechanischen Stabilität benötigt wird, kann eine äquivalente Erhöhung der Ionenbeschleunigungsenergie erfordern. Da der Hauptteilbereich 420 den Verlust kinetischer Energie der Ionen in Wärme transformiert, wird außerdem eine Erhöhung der Beschleunigungsenergie typischerweise durch eine Reduzierung des Implantationsstroms kompensiert, um ein übermäßiges Aufheizen der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 zu vermeiden. Eine Reduzierung des Implantationsstroms kann längere Prozesszeiten und höhere Kosten zur Folge haben.
Im Gegensatz dazu dämpft das Material mit ultra-geringer Dichte des Basisteilbereichs 410 passierende Ionen in einem signifikant geringeren Maß pro Dickeneinheit. Ein Basisteilbereich 410, der Material mit ultra-geringer Dichte enthält oder daraus besteht, ermöglicht vergleichsweise dicke, steife und lateral ausgedehntere Ionenstrahl-Moderatorvorrichtungen 400.
Beispielsweise kann eine Dicke th1 des Basisteilbereichs 410 zumindest 100 µm, zumindest 700 µm oder einige wenige Millimeter betragen. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 kann im Wesentlichen die gleiche horizontale Ausdehnung wie ein Zielsubstrat aufweisen. Beispielsweise kann eine horizontale Fläche der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 Standard-Halbleiterwafer, z.B. Wafer mit einem Durchmesser von 100 mm, 200 mm oder 300 mm, abdecken, so dass die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 zusammen mit dem Zielsubstrat ohne die Notwendigkeit einer Modifizierung einer Strahllinie in ein Ionen-Implantationsgerät platziert werden kann.
Vergrößert man eine laterale Ausdehnung der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400, kann die Ionenstromdichte eines Ionenstrahls reduziert werden, so dass beim gleichen Strahlstrom eine thermische Beanspruchung in der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung reduziert werden kann.
2 zeigt eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 mit einem Basisteilbereich 410 und einem Hauptteilbereich 420, der zumindest teilweise aus einem Material mit einer signifikant höheren Dichte als der Basisteilbereich 410 ausgebildet ist. Der Basisteilbereich 410 kann ein Material mit ultra-geringer Dichte enthalten. Der Basisteilbereich 410 und der Hauptteilbereich 420 bilden eine durchgehende, flache Grenzfläche 411.
Der Hauptteilbereich 420 kann zumindest eines eines kristallinen und/oder amorphen Halbleitermaterials, zum Beispiel einkristallines Silizium, eines Metalls, zum Beispiel Aluminium oder Wolfram, einer Keramik, zum Beispiel ein Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid, oder eines Polymers wie etwa PMMA (Polymethylmethacrylat) enthalten.
Zum Beispiel kann der Hauptteilbereich 420 eine Folie aus kristallinem Silizium mit einer Dichte th2 von etwa 1 µm enthalten. Gräben 425 mit einer vertikalen Ausdehnung v1 von mehreren hundert nm (z.B. zumindest 100 nm oder zumindest 300 nm und höchstens 500 nm oder höchstens 900 nm) und mit einem Aspektverhältnis v1:w1 zwischen 30:1 und 1:3 können sich von einer freigelegten oberen Oberfläche 421 des Hauptteilbereichs 420 in den Hauptteilbereich 420 erstrecken. Ein Ausbilden der Gräben 420 kann einen anisotropen Ätzprozess einschließen, der unterschiedliche kristallografische Oberflächen mit verschiedenen Raten ätzt. Eine Breite w1 der Gräben 425 kann in einem Bereich von 30 nm bis 3 µm liegen.
Zusätzlich zum kristallinen Silizium kann der Hauptteilbereich 420 eine oder mehrere Hilfsschichten enthalten, die entlang zumindest einer der Grenzfläche 411 oder der oberen Oberfläche 421 ausgebildet sind. Die Hilfsflächen können eine elektrisch leitfähige Schicht, z.B. eine Metallschicht, um elektrische Ladungen abzuleiten, und/oder eine thermisch leitfähige Schicht zum Abführen von Wärme enthalten.
Der Basisteilbereich 410 kann ein nicht strukturiertes flaches Blatt aus porösem Material mit einer Dichte unter 300 kg/m³, unter 100 kg/m³ oder unter 10 kg/m³ enthalten. Eine Dicke th1 des Basisteilbereichs 410 kann etwa 1 mm betragen. Eine Dicke th2 des Hauptteilbereichs 420 kann in einem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm liegen. Der vergleichsweise dicke und steife Basisteilbereich 410 stabilisiert die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 mechanisch.
Zusätzlich zum porösen Material kann der Basisteilbereich 410 eine von mehreren Hilfsschichten enthalten, die entlang der Grenzfläche 411, einer Basisoberfläche 412, die der Grenzfläche 411 entgegengesetzt ist, oder zwischen zwei Subteilbereichen des Basisteilbereichs 410 eingebettet sind. Die Hilfsschichten können eine elektrisch leitfähige Schicht zum Ableiten elektrischer Ladungen, eine thermisch leitfähige Schicht zum Abführen von Wärme und/oder eine Dispersions- und/oder Streuschicht zum Vergrößern eines lateralen Überstreichens passierender Ionen enthalten.
In 3 erstrecken sich die Gräben 425 von der Grenzfläche 411 in den Hauptteilbereich 420. Unter Atmosphärenbedingungen können die Gräben 425 mit Umgebungsluft gefüllt sein. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform kann ein Material des Basisteilbereichs 410 die Gräben 425 füllen. Beispielsweise kann der Basisteilbereich 410 aus einer Lösung oder einer anderen Vorläuferflüssigkeit gebildet werden, die sich auf dem Hauptteilbereich 420 verfestigt. Die obere Oberfläche 421 des Hauptteilbereichs 410 kann flach und planar sein.
Zwischen der oberen Oberfläche 421 und den Gräben 425 kann der Hauptteilbereich 420 einen durchgehenden Teilbereich enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann dem Hauptteilbereich 420 der kontinuierliche Teilbereich fehlen.
Der Hauptteilbereich 420 kann erste Gebiete 431 und zweite Gebiete 432 enthalten, wobei die ersten und zweiten Gebiete 432 sich entlang zumindest einer horizontalen Richtung abwechseln. Die ersten Gebiete 431 enthalten die Gräben 425. Die zweiten Gebiete 432 können frei von Gräben 425 sein oder können Gräben enthalten, die sich von den Gräben 425 in den ersten Gebieten in der Form, Breite und/oder vertikalen Ausdehnung unterscheiden. Die ersten und zweiten Gebiete 431, 432 ermöglichen eine laterale Modifizierung eines vertikalen Implantationsprofils im Zielsubstrat.
Ein Maskenteilbereich 490 kann auf einer Basisoberfläche 412 des Basisteilbereichs 410 ausgebildet werden, wobei Ionen die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 nur durch Öffnungen im Maskenteilbereich 490 passieren. Der Maskenteilbereich 490 kann eine laterale Trennung von Gebieten mit unterschiedlichen vertikalen Dotierstoffprofilen im Zielsubstrat verbessern.
4 zeigt eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 mit einem Basisteilbereich 410, der Streuzentren 416 enthält. Die Streuzentren 416 können ein laterales Überstreichen von die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 passierenden Ionen vergrößern. Die Streuzentren 416 können in einer Dispersions- und/oder Streuschicht 415 ausgebildet sein. Die Dispersions- und/oder Streuschicht 415 kann entlang der Basisoberfläche 412 ausgebildet sein oder kann zwischen zwei Subteilbereichen 417, 418 des Basisteilbereichs 410 eingebettet sein, wobei die Subteilbereiche 417, 418 ein Material mit ultra-geringer Dichte ohne zusätzliche Streuzentren enthalten. Die Streuzentren 416 können vor oder nach einer Verfestigung auf den Basisteilbereich 410 aufgebrachte Partikel sein oder solche enthalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann statt oder zusätzlich zu der Dispersions- und/oder Streuschicht 415 der Hauptteilbereich 420 zwischen zwei Subteilbereichen 417, 418 des Basisteilbereichs 410 angeordnet sein.
5 zeigt einen Hauptteilbereich 420 mit Gräben 425, die sich von der freigelegten oberen Oberfläche 421 in den Hauptteilbereich 420 erstrecken, und mit Mesa-Teilbereichen 427 zwischen den Gräben 425.
Nanopartikel 426, zum Beispiel Partikel mit einem mittleren Durchmesser von zumindest 1 nm, höchstens 100 nm, können in einem Matrixmaterial eingebettet sein, das die Nanopartikel 426 in den Gräben 425 fixieren kann. Die Mesa-Teilbereiche 427 können aus dem gleichen Material wie der Basisteilbereich 410 gebildet sein. Eine Breite w1 und eine vertikale Ausdehnung der Gräben 425 können im gleichen Bereich wie für die Gräben 425 in 2 beschrieben liegen.
In 6 enthält der Hauptteilbereich 420 Nanopartikel 426, die entlang einer flachen Grenzfläche 411 zwischen dem Basisteilbereich 410 und dem Hauptteilbereich 420 angeordnet sind. Die Nanopartikel 426 können auf einem beliebigen anorganischen oder organischen festen Material basieren. Beispielsweise können die Nanopartikel 426 Halbleiterkristallite, Metallpartikel und/oder organische Polymere enthalten.
Die Nanopartikel 426 können eine lokal variierende Dichteverteilung zeigen. Die lokale Variation der Dichte des Hauptteilbereichs 420 kann einem lateralen mittleren Abstand zwischen benachbarten Nanopartikeln 426 proportional sein. Die Dichtemodulation kann durch eine funktionalisierte Oberfläche des Basisteilbereichs 410 und/oder durch Verwenden von Nanopartikeln, die eine Dichtevariation über ihr Volumen zeigen, erhalten werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können Nanopartikel mit einer geeigneten Form, z.B. in der Form von Pyramiden mit quadratischer Basis, dreieckigen Pyramiden oder Kegeln, durch einen selbstjustierenden Prozess auf dem Basisteilbereich 410 angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Langmuir-Blodgett-Prozess verwendet werden, um eine Schicht ausgerichteter Nanopartikel 426 zu bilden, welche die gleiche Größe aufweisen können oder welche sich in der Größe unterscheiden können.
Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 von 7 umfasst einen Hauptteilbereich 420 mit Gräben 425 und mit Mesastrukturen 427 zwischen den Gräben 425, wobei die Mesastrukturen 427 zumindest teilweise aus dem gleichen Material mit ultra-geringer Dichte wie der Basisteilbereich 410 gebildet sein können. Ein Aspektverhältnis v1:w1 der Gräben 425, die in einer freigelegten oberen Oberfläche 421 des Hauptteilbereichs 420 ausgebildet sind, können in einem Bereich von 10:1 bis 6000:1, zum Beispiel von 10:1 bis 1000:1 oder von 100:1 bis 300:1 liegen.
Ein Ausbilden der Gräben 425 kann ein Gießformen einschließen, wobei das Gießformen die Mesastrukturen 427 durch Verfestigung eines flüssigen oder geschmeidigen Rohmaterials in einem starren Rahmen oder einer Form formt. Beispielsweise können die Gräben durch Spritzguss gebildet werden, wobei ein flüssiges Vorläufermaterial in eine Gussform eingespritzt und in der Gussform gehärtet wird. Alternativ dazu kann ein Ausbilden der Gräben 425 ein Kompressionsformen einschließen, wobei das Kompressionsformen zur Folge haben kann, dass im Hauptteilbereich 420 das poröse Material dichter als im Basisteilbereich 410 sein kann.
Eine Dispersions- und/oder Streuschicht 415 mit Streuzentren 416 kann entlang der Basisoberfläche 412 des Basisteilbereichs 410 ausgebildet werden, um ein laterales Überstreichen von die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 passierenden Ionen zu verbessern.
In 8 können Streuzentren 416 in dem Basisteilbereich 410 und/oder dem Hauptteilbereich 420 verteilt sein. Beispielsweise können die Streuzentren 416 einem flüssigen Vorläufermaterial oder einer Lösung zugesetzt werden, aus der der Basisteilbereich 410 und der Hauptteilbereich 420 gebildet werden.
9A bis 9C beziehen sich auf Halbleitersubstratbaugruppen 800, die ein Halbleitersubstrat 700 und eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 umfassen. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 kann eine beliebige der unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren beschriebenen Ionenstrahl-Moderatorvorrichtungen 400 sein.
Das Halbleitersubstrat 700 kann ein Halbleiterwafer sein, zum Beispiel ein Halbleiterwafer aus einem Halbleitermaterial, in welchem die Diffusionskoeffizienten von Dotierstoffatomen niedrig sind. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 700 ein Siliziumcarbidwafer mit einem Standardwafer-Durchmesser in einem Bereich von 25,4 mm bis 300 mm sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat 700 einen oder mehr Siliziumcarbidwafer mit einem kleinen Durchmesser enthalten, der (die) auf eine obere Oberfläche eines Substratträgers mit einem Standardwafer-Durchmesser gebondet oder geklebt ist (sind). Eine Klemmstruktur 480 kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 mit dem Halbleitersubstrat 700 verbinden, wobei die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 direkt auf einer Hauptoberfläche 701 des Halbleitersubstrats 700 oder in einem Abstand zum Halbleitersubstrat 700 fixiert sein kann.
In 9B ist die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 an die Hauptoberfläche 701 des Halbleitersubstrats fixiert, zum Beispiel geklebt oder gebondet. Ein Abstand d0 zwischen dem Hauptteilbereich 420 der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 und der Hauptoberfläche 701 des Halbleitersubstrats 700 kann in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm, zum Beispiel in einem Bereich von 1,5 mm bis 2 mm, liegen.
9C zeigt ein Halbleitersubstrat 700, das eine Implantationsmaske 790 zum Definieren lateraler Begrenzungen einer Ionenimplantation enthält. Beispielsweise kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 einen Hauptteilbereich 420 mit ersten Gebieten 431 und zweiten Gebieten 432 enthalten, wobei die ersten und zweiten Gebiete 432 entlang zumindest einer horizontalen Richtung abwechselnd ausgebildet sein können. Die ersten Gebiete 431 enthalten Gräben 425. Die zweiten Gebiete 432 können frei von Gräben 425 sein oder können Gräben einer anderen Form, anderen Breite oder anderen vertikalen Ausdehnung als die Gräben 425 in den ersten Gebieten 431 enthalten. Die ersten und zweiten Gebiete 431, 432 ermöglichen eine laterale Variation einer Dotierung im Halbleitersubstrat 700. Die ersten Gebiete 431 der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 können zu Öffnungen 795 in der Implantationsmaske 790 ausgerichtet sein.
10 zeigt ein Ionenstrahl-Implantationsgerät 500. Eine Ionenstrahlquelle 510 liefert einen Ionenstrahl 505 zu einer einen Ionenstrahl führenden Einheit 520. Die Ionenstrahl 505 kann monoenergetisch sein, wobei alle Ionen annähernd die gleiche kinetische Energie haben. Die einen Ionenstrahl führende Einheit 520 fokussiert und lenkt den Ionenstrahl 505 in einer Richtung einer Suszeptoreinheit 590. Die Suszeptoreinheit 590 kann in einer Implantationskammer angeordnet sein und ist dafür geeignet, ein Halbleitersubstrat 700 zum Ionenstrahl 505 zu positionieren und/oder auszurichten. Die Suszeptoreinheit 590 kann das Halbleitersubstrat 700 entlang zumindest einer horizontalen Richtung 591 bezüglich des Ionenstrahls 505 bewegen.
Das Ionenstrahl-Implantationsgerät 500 enthält ferner eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400, z.B. eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400, wie sie mit Verweis auf eine der 1 bis 8 beschrieben wurde. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 ist so angeordnet, dass der Ionenstrahl 505 die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 vor Auftreffen auf das Halbleitersubstrat 700 durchquert. Beispielsweise kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 in der einen Ionenstrahl führenden Einheit 520 integriert sein, wobei sich während einer Implantation eines Halbleitersubstrats 700 die Position der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 bezüglich des Ionenstrahls 505 nicht ändert.
Alternativ dazu oder zusätzlich kann eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 so angeordnet sein, dass sich während einer Implantation die Position der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 bezüglich der Suszeptoreinheit 590 nicht ändert. Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 kann zum Beispiel mit der Suszeptoreinheit 590 oder mit dem Halbleitersubstrat 700 mechanisch verbunden sein, um eine beliebige der mit Verweis auf 9A bis 9C beschriebenen Substratbaugruppen 800 zu bilden.
Die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 kann mit der horizontalen Ausdehnung orthogonal zum Ionenstrahl 505 angeordnet sein. Poren eines Basisteilbereichs 410 der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 können zumindest teilweise evakuiert und/oder können bei einem einem Druck in der Implantationskammer entsprechenden Druck mit Gas, z.B. Umgebungsluft, gefüllt sein.
Der Hauptteilbereich 420 der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 kann vom Halbleitersubstrat 700 wie veranschaulicht abgewandt sein. Der Ionenstrahl 505 trifft auf eine erste Oberfläche 401 der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 auf, wobei eine freigelegte obere Oberfläche 421 des Hauptteilbereichs 420 zumindest einen Teilbereich der ersten Oberfläche 401 bilden kann. Gemäß einem anderen Beispiel kann der Hauptteilbereich 420 zum Halbleitersubstrat 700 orientiert sein (ohne Figur) .
Ein Abstand zwischen dem Hauptteilbereich 420 und einer Hauptoberfläche 701 des Halbleitersubstrats 700 wird so ausgewählt, dass ein laterales Überstreichen von die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 passierenden Ionen, wie durch die Strahlkegel 506 angegeben, zur Folge hat, dass sich eine laterale feine Struktur des Hauptteilbereichs 420 nicht in die Hauptoberfläche 701 abbildet.
11 bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung. Ein Basisteilbereich wird vorgesehen, der ein poröses Material, insbesondere ein Material mit ultra-geringer Dichte, enthält (902). Ein Hauptteilbereich wird in Kontakt mit dem Basisteilbereich gebildet (904), wobei der Hauptteilbereich dafür konfiguriert ist, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich passierenden Ionen zu verbreitern.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung direkt auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildet werden. Der Hauptteilbereich kann ein Aerogel enthalten. Eine Struktur, die sich verjüngende Gräben enthält, kann in einer Oberfläche des Hauptteilbereichs mittels Gießformen gebildet werden.
12A bis 12C beziehen sich auf eine Ausführungsform, die eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400 bildet. Eine Folie 720 oder ein Blatt ist z.B. durch Bonden oder durch einen Klebstoff auf einem Hilfsträger 710 angebracht.
12A zeigt die Folie 720 und den Hilfsträger 710, der an einer ersten Seite der Folie 720 angebracht ist. Der Hilfsträger 710 kann zum Beispiel eine Glasscheibe sein.
Ein Basisteilbereich 410 ist an einer zweiten Seite der Folie 720 ausgebildet, die dem Hilfsträger 710 entgegengesetzt ist. Beispielsweise können der Hilfsträger 710 und die Folie 720 in eine Vorläuferflüssigkeit eingetaucht werden. Die Vorläuferflüssigkeit kann die Gräben füllen. Die Vorläuferflüssigkeit verfestigt sich, z.B. härtet aus.
12B zeigt den Basisteilbereich 410, der nach einer Verfestigung der Vorläuferflüssigkeit auf einer Oberfläche 721 der Folie 720 ausgebildet ist. Der Hilfsträger 710 kann entfernt werden.
12C zeigt eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung 400, die den Basisteilbereich 410 von 12B und einen aus der Folie 720 gebildeten Hauptteilbereich 420 enthält.
Gemäß 13 kann ein Implantationsverfahren ein Vorsehen eines Halbleitersubstrats auf einer Suszeptoreinheit eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts einschließen (912). Das Ionenstrahl-Implantationsgerät kann ein Ionenstrahl-Implantationsgerät sein, wie es unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wurde (912). Ein Ionenstrahl, der eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung wie unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben passiert, wird auf das Halbleitersubstrat gelenkt (914).
Obwohl spezifische Ausführungsformen hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, aufweisend: einen Basisteilbereich (410) mit einem porösen Material; und einen Hauptteilbereich (420) in Kontakt mit dem Basisteilbereich (410), wobei der Hauptteilbereich (420) dafür konfiguriert ist, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich (420) passierenden Ionen zu verbreitern.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das poröse Material ein aus einem Aerogel, einem stochastischen Schaum und/oder einem mikrostrukturierten zellularen Material ausgewähltes Material mit ultra-geringer Dichte aufweist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke und/oder eine Dichte des Hauptteilbereichs (420) entlang zumindest einer lateralen Richtung stetig variiert.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Variation der Dicke und/oder der Dichte entlang der zumindest einen lateralen Richtung ein periodisches Muster zeigt.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptteilbereich (420) ein poröses Material aufweist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hauptteilbereich (420) ein vom porösen Material des Basisteilbereichs (410) verschiedenes Material aufweist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Material eine Folie, einen Film und/oder ein Blatt bildet und zumindest eines eines kristallinen und amorphen Halbleitermaterials, eines Metalls, einer Keramik und eines Polymers aufweist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptteilbereich (420) Nanopartikel (426) aufweist, wobei eine lokale Variation einer Dichteverteilung entlang dem Hauptteilbereich (420) einer Verteilung der Nanopartikel (426) im Hauptteilbereich (420) direkt proportional ist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Hauptteilbereich (420) sich verjüngende Gräben (425) aufweist und wobei die Nanopartikel (426) in den sich verjüngenden Gräben (425) angeordnet sind.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokale Dichtevariation der Dichte des Hauptteilbereichs (420) einem lateralen mittleren Abstand zwischen benachbarten Nanopartikeln (426) proportional ist.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel (426) Halbleiterkristallite, Metallpartikel, Keramiken und/oder organische Polymere aufweisen.
Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Basisteilbereich (410) Streuzentren (416) aufweist, welche aus einem vom Aerogel verschiedenen Material bestehen.
Halbleitersubstratbaugruppe, aufweisend: zumindest eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und ein Halbleitersubstrat (700), das mit der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) mechanisch verbunden ist.
Halbleitersubstratbaugruppe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) mit einer Hauptoberfläche (701) des Halbleitersubstrats (700) in direktem Kontakt ist.
Halbleitersubstratbaugruppe nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat (700) eine Implantationsmaske (790) aufweist.
Ionenstrahl-Implantationsgerät, aufweisend: eine einen Ionenstrahl führende Einheit (520), die dafür konfiguriert ist, einen Ionenstrahl (505) zu fokussieren und/oder zu lenken; eine Suszeptoreinheit (590), die dafür konfiguriert ist, ein Halbleitersubstrat (700) zum Ionenstrahl (505) zu positionieren und/oder auszurichten; und zumindest eine Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Ionenstrahl-Implantationsgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: eine Ionenstrahlquelle (510), die dafür konfiguriert ist, der einen Ionenstrahl führenden Einheit (520) einen monoenergetischen Ionenstrahl (505) zu liefern.
Verfahren zum Ausbilden einer Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen eines Basisteilbereichs (410) mit einem Aerogel; und Ausbilden eines Hauptteilbereichs (420) in Kontakt mit dem Basisteilbereich (410), wobei der Hauptteilbereich (420) dafür konfiguriert ist, eine Energieverteilung von den Hauptteilbereich (420) passierenden Ionen zu verbreitern.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) auf einem Halbleitersubstrat (700) gebildet wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptteilbereich (420) ein poröses Material aufweist und wobei eine Struktur in einer Oberfläche des Hauptteilbereichs (420) durch Gießformen gebildet wird.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausbilden des Hauptteilbereichs (420) aufweist: Anbringen eines Hilfsträgers (710) an einer ersten Seite einer Folie (720); Ausbilden des Basisteilbereichs (410) an einer zweiten Seite der Folie (720); und Entfernen des Hilfsträgers (710), wobei die Folie (720) den Hauptteilbereich (420) der Ionenstrahl-Moderatorvorrichtung (400) bildet.
Implantationsverfahren, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen eines Halbleitersubstrats (700) auf der Suszeptoreinheit (590) des Ionenstrahl-Implantationsgeräts (500) nach Anspruch 16 oder 17; und Lenken des Ionenstrahls (505) auf das Halbleitersubstrat (700).