EP3545543A1 - Method and device for implanting ions in wafers - Google Patents

Method and device for implanting ions in wafers

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Publication number
EP3545543A1
EP3545543A1 EP17804894.8A EP17804894A EP3545543A1 EP 3545543 A1 EP3545543 A1 EP 3545543A1 EP 17804894 A EP17804894 A EP 17804894A EP 3545543 A1 EP3545543 A1 EP 3545543A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wafer
filter
implantation
ion beam
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17804894.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Florian Krippendorf
Constantin Csato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MI2 Factory GmbH
Original Assignee
MI2 Factory GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MI2 Factory GmbH filed Critical MI2 Factory GmbH
Priority to EP21154387.1A priority Critical patent/EP3836188B1/en
Publication of EP3545543A1 publication Critical patent/EP3545543A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for ion implantation in wafers.
  • the invention deals with apparatus aspects of the doping of semiconductors or the generation of defect profiles for modifying the charge carrier lifetime in semiconductor devices by using an energy filter for ion implantation.
  • ICSCRM2015 "Alternative highly homogenous drift layer doping for 650V SiC devices"
  • Reference numeral 2 denotes the ion beam
  • reference numeral 3 denotes a first ion
  • reference numeral 4 denotes a second ion
  • reference numeral 8 denotes the substrate
  • reference numeral 10 denotes a rectangular distribution (with filter)
  • reference numeral 12 denotes a Gaussian distribution (without filter).
  • the energy filter 6 is structured so that it has different thickness areas.
  • the thickest area is more than 1, 5 times, more than 2 times, more than 3 times, or more than 5 times as thick as the thinnest area.
  • the structure may for example be triangular, as shown in Fig. 1. This is just one example. Any other structures are also possible.
  • the basic principle of the energy filter 6 is as follows: A monoenergetic ion beam 2 is modified in its energy as it passes through the microstructured energy filter component, depending on the point of entry. The resulting energy distribution of the ions results in a modification of the depth profile of the implanted substance in the matrix of the substrate 8.
  • FIGS. 2a and 2b show the arrangement of wafers on a rotating wafer wheel 20 in combination with a static, ie predominantly Gaussian , ion beam 2.
  • Reference numeral 13 denotes the implantation chamber
  • reference numeral 14 denotes the beam line insert 14
  • reference numeral 15 denotes the beam opening
  • reference numeral 16 denotes the suspension for the filter membrane 18.
  • FIG. 2a shows a wafer wheel 20 on which the substrates 8 to be implanted are fixed.
  • the wafer wheel 20 is tilted by 90 ° and set in rotation.
  • the wafer wheel 20 is thus "described" in concentric circles by the ion beam 2 indicated by dashed lines 2.
  • Gaussian (more precisely Pearson-distributed) impurity profiles are known as” implanted ", at high temperature implantation also have a Gaussian, but compared to low temperature implantations reduced concentration (also peak concentration) at point defects.
  • doping profiles generated by high-temperature implantation can show a higher degree of activation and a better reproducibility of the degree of activation in subsequent annealing processes.
  • the present invention provides solutions to the following problems: It is desirable to be able to dispense with the mechanically complicated rotational and pendulum motion of the wafer wheel 20.
  • the energy filter 6 When the energy filter 6 is positioned in an opening of the implantation chamber 13 (which may also be referred to as an irradiation chamber or wafer chamber), as shown in Figs. 2a and 2b, it may be generated or depleted in the irradiation chamber (evacuation / venting) to mechanical loads of the filter membrane 18 come by the suction of the vacuum pump or by the incoming air. Furthermore, particle deposits from the particle-contaminated ambient air in the microstructures of the microstructured filter membrane 18 can impair the functionality of the energy filter 6. Such mechanical loads and particle deposits should be avoided.
  • PDC point defect concentration
  • d depth
  • Reference numeral 22 stands for the waviness of the defect profile
  • reference numeral 24 stands for the decrease due to summation effects.
  • Case 1 (FIG. 3 a) is for the case in which there is no accumulation of the point defects due to the lower-mounted implantations. Such effects of self-healing by ion implantation are known, see Wendler et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 141 (1998) 105-1 17; and Rambach et al, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B237 (2005) 68-71.
  • Case 2 ( Figure 3b) is the case where the point defect concentration accumulates.
  • the distance between energy filter 6 and substrate 8 (wafer) during implantation should be between a few millimeters and a few centimeters.
  • the energy filter 6 should be as large as possible in its lateral dimensions in order to distribute the energy input through the ion beam 2 to the largest possible area. As a result, the heating of the energy filter 6 is reduced and the current carrying capacity is increased.
  • the inclusion of the energy filter 6 should be as flexible as possible, since it is to be expected according to current state of development that different concepts of energy filter design are required for different applications.
  • the filter membrane 18 should as far as possible not be exposed to mechanical vibrations, such as may occur during ventilation and Abpumpvor réellen during the change of the substrates 8 to be irradiated.
  • the microstructured filter membrane 18 should as far as possible not be exposed to the particle-laden outside air, since the functionality of the energy filter 6 could possibly be limited when particles are deposited.
  • the device for arranging the energy filter 6 and the wafer chuck 45 or wafer wheel 20 should be designed so that by using the energy filter 6 implantation profiles are generated so that the generation of point defects, especially in the case of the semiconductor material SiC, should be reduced ,
  • Fig. 1 shows the basic principle of an energy filter 6 in the ion implantation
  • FIG. 2a is an illustration of a prior art implantation chamber 13
  • Fig. 2b is an illustration of a prior art beamline insert 14 with filter membrane 18;
  • Figures 3a and 3b show known point defect concentration profiles in SiC for discrete chain implantations;
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of a fixed substrate ion implant setup, scanned ion beam, and implemented energy filter with synchronized oscillation between ion beam and energy filter in the y direction;
  • Fig. 5 is an illustration of an adapted ion beam deflection for irradiating the active surface of the energy filter
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the irradiation of a substrate with i) (FIG. 6, right) of constant beam oscillation velocity in y and z and constant energy filter oscillation in y at constant ion current and ii) (FIG. 6, left) reduced irradiation surface variable filter oscillation in y and variable ion beam motion in y and z at constant ion current;
  • Fig. 7 shows a schematic representation of the irradiation of reduced area with variable pendulum motion of the energy filter
  • Fig. 8 shows a separate filter chamber upstream of the actual wafer chamber
  • Figure 9 shows a separate filter chamber upstream of the actual wafer chamber, the energy filter holding device being arranged so that it can be moved forwards or backwards in the vicinity of the wafer chuck relative to the wafer chuck;
  • Fig. 10 shows a separate filter chamber disposed within the wafer chamber
  • FIG. 11 shows an energy filter arrangement in combination with a heatable wafer pick-up device
  • FIG. Fig. 12 shows a novel defect and impurity profile (Case 1);
  • Fig. 13 shows a novel defect and impurity profile (Case 2).
  • Fig. 14 shows a novel defect and impurity profile, more specifically a dopant profile isolated from the surface.
  • the implantation filter 6 should During the implantation, the entire wafer surface (substrate surface) is scanned (scan). For this purpose, an electrostatic deflection (scanning) of the ion beam 2 is provided in combination with a mechanical movement of the filter 6.
  • FIGS. 4 and 5 One possible construction is shown in FIGS. 4 and 5.
  • Reference numeral 2 denotes the ion beam
  • reference numeral 6 denotes the filter 6
  • reference numeral 8 denotes the substrate / wafer
  • reference numeral 26 denotes the synchronized oscillation between filter and ion beam in the Y direction
  • reference numeral 28 denotes the pendulum motion of the ion beam in the z direction
  • Scanning is electrostatic in the y and z directions, but in different directions for each direction. In the z-direction, a fast scanning takes place so that the slit-like energy filter 6 is irradiated over the entire active area. Scanning in the y-direction is done by a slow electrostatic pendulum motion, which is performed synchronously with a coupled mechanical oscillating movement of the filter 6. Thus, the ion beam 2 and the active surface of the energy filter 6 always have congruence, so that the ion beam 2 is always passed through the filter 6 before it strikes the wafer 8.
  • a dimension of the filter 6 may correspond to the maximum dimension of the wafer 8 in the z-direction, so that in the z-direction no mechanical movement of the filter 6 is required and only the ion beam 2 moves in this z-direction becomes.
  • the dimension of the filter 6 is smaller than the maximum dimension of the wafer 8, so that in this direction the filter 6 is moved synchronously with the ion beam 2 in order to successively cover all areas of the wafer 8 during implantation to irradiate through the filter 6 guided ion beam 2.
  • the energy filter 6 it may be desirable to keep the irradiated area next to the wafer 8 (overscan) as small as possible, ie to irradiate only the round wafer 8 but not the wafer 8 surrounding areas.
  • the pendulum motion of the ion beam 2 is always the same, ie the ion beam 2 always moves in the z direction between two identical end points (zO and z1) and the y direction always between two equal end points (y0 and y1).
  • the filter 6 moves in the y direction synchronously with the ion beam 2 between the respective end points.
  • FIG. 6 where the pendulum motion of the ion beam 2 within a rectangular irradiation area and a round wafer 8 are illustrated.
  • a substrate-optimized deflection of the ion beam 2 in the z direction is shown on the left in FIG. 6 and FIG. 7.
  • Fig. 7 shows the irradiation of reduced area with variable filter pendulum speed and jet velocity, ti, and represent different irradiation times of the beam lines.
  • Reference numeral 34 denotes the variable oscillating movement of the filter unit 6 and the ion beam 2. According to FIG. 6, left and FIG. 7, the ion beam 2 is only deflected in the z direction to such an extent that the ion beam 2 essentially strikes only the wafer 8.
  • the end points of the deflection of the ion beam 2 in the z-direction are adapted to the dimensions of the wafer 8. According to one example, it is provided to move the ion beam 2 in the z-direction at a substantially constant speed in order to obtain an approximately equal implantation dose wherever irradiated. How long it takes in this case to sweep the wafer 8 in the z-direction once or several times with the ion beam 2 depends on the width of the wafer 8 at the respective y-position. This duration may be referred to as the dwell time of the filter 6 at the respective y-position, wherein this dwell time may change from y-position to y-position when the filter 6 moves synchronously with the ion beam 2 in the y-direction ,
  • the filter 6 moves stepwise in the y-direction. According to another example, it is provided that the filter 6 moves continuously in the y-direction.
  • the speed of the slow oscillation of the ion beam 2 and the energy filter 6 in the y-direction is adapted to the time required for the ion beam 2 to sweep the wafer in the z-direction once or several times to always coincide To ensure ion beam 2 and the energy filter 6, ie to ensure that the ion beam 2 always strikes the wafer through the filter 6.
  • the essential idea is that the devices that are required for the installation of the energy filter chip in the irradiation system, in one to the wafer chamber 42 (which are also referred to as Waferendstation, wafer handling chamber or implantation chamber can) separate, vacuum technically lockable unit (which can also be referred to as filter chamber 36) to arrange, as shown for example in Fig. 8.
  • the filter chamber 36 has two openings which can be closed by closures or valves (first vacuum valve 38 and second vacuum valve 40 in FIG. 8). These closures are opened in the irradiation mode and are arranged so that the ion beam 2, when the closures are open, can pass unimpeded from the accelerator through the filter 6 onto the substrate 8 to be irradiated. If the openings are closed, the filter 6 is protected in the filter chamber 36 from mechanical external influences. According to one example, the openings can be closed in a pressure-tight manner by the closures so that, after closing, the same pressure conditions prevail, which prevailed before closing in the filter chamber 36. To the filter chamber 36, a vacuum pump 41 may be connected, which can compensate for pressure fluctuations with closed openings, which may result, for example, by non-hermetically sealed closures.
  • the openings are closed before the ventilation.
  • the separate filter chamber 36 is still pumped, so that the particle load of the filter 6 is minimized and the pressure conditions remain constant. Mechanical loading of the filter 6 by pumping or venting operations are avoided in this way.
  • the separate energy filter vacuum chamber 36 is closed during wafer feed and open during implantation. It is separate from the wafer chamber 42 by means of at least one vacuum valve 38.
  • the wafer chamber 42 is formed as a "commercial" wafer chamber 42 of the prior art. During ion implantation, it has high vacuum or ultrahigh vacuum conditions.
  • the filter 6 is fixed according to the prior art and / or flexible mounting options. There may be one or more independent vacuum pumping systems 41.
  • the energy filter 6 in the upstream separate vacuum unit (filter chamber 36) on a movable device (filter holder 44) is arranged.
  • This device 44 serves to bring the energy filter 6 closer to the substrate 8 to be irradiated, possibly due to the design of the separate vacuum unit 36 and the wafer chuck 45 between the substrate 8 and the filter 6.
  • the filter 6 can (but does not have to) also be moved through one of the opened closures or vacuum valves (vacuum valve 38 in FIG. 9). In front Closing the filter chamber 36, for example during a wafer change, the filter 6 is then moved back into the filter chamber 36.
  • the energy filter holder 44 is mechanically transferred to the wafer end station 42 to adjust the distance between the wafer 8 and the filter 6.
  • the double arrow indicates the forward / backward movable energy filter installation. Otherwise, the reference numerals designate the same elements with the same characteristics as in FIG. 8.
  • the filter chamber 36 is arranged outside the wafer chamber 42 in front of the beam opening (implantation opening) of the wafer chamber 42.
  • the jet opening is the opening through which the ion beam 2 enters the wafer chamber 42.
  • the above-described separate vacuum technical unit (filter chamber 36) for receiving the energy filter chip within the wafer chamber 42 (end station) is arranged. Also in this case, the mechanical process of the filter 6 in the direction of substrate 8 may be necessary. Otherwise, the reference numerals designate the same elements with the same characteristics as in FIG. 8.
  • the axis labels PDC denote the point defect concentration, NC the implanted ion concentration and d the depth.
  • Reference numeral 46 denotes the implanted ion concentration
  • reference numeral 48 denotes the left axis
  • reference numeral 50 denotes the right axis
  • reference numeral 52 denotes the cold implantation defect concentration
  • reference numeral 54 denotes the hot implantation defect concentration
  • reference numeral 56 denotes non-end-of-range Defects
  • reference numeral 58 denotes end-of-range defects 58
  • the two downward parallel arrows in Figs. 12-14 indicate the reduced defect concentration.
  • point defects are formed due to collisions of the injected ions with atoms of the substrate material. These point defects reach a concentration maximum in the case of unfiltered implantations in the end-of-range range of the injected foreign atoms.
  • the "wafer chuck" 45 is a receptacle for the wafer 8 in the wafer chamber 42 and holds the wafer 8 during implantation.
  • a heatable wafer holder wafer chuck 45, wafer wheel 20 or any other holder
  • a heatable wafer holder 45 is suitable for wafers 8 made of SiC, but also for wafers 8 made of any other semiconductor materials.
  • the energy filter 6 may be in any type of arrangement, such as e.g. static, movable, in separate chamber, in the same chamber as the wafer chip 45, smaller than the wafer 8, larger than or equal to the wafer 8, rotating, with collimation structure, etc.
  • Profile combinations that can be achieved by irradiating a wafer 8 via an energy filter 6 have, for example, the following properties:
  • the point defect concentration (PDC) is reduced in the entire depth range of the implantation expanded by the energy filter 6.
  • the expanded depth range typically ranges from the surface to a few microns depth, see FIGS. 12 and 13.
  • the concentration depth function of the implanted foreign atoms is dependent on the geometric and material engineering design of the energy filter 6 and thus completely beinlbar.
  • the defect depth profiles follow the shape of the concentration depth function of the implanted impurities and are determined by them for a given substrate material, see FIGS. 12 and 13.
  • the defect concentration depth profiles are also dependent on ion bombardment-induced annealing effects ("Case 1") due to the ion bombardment in deeper areas, so that the cases are “Case 1" ( Figure 12) and “Case 2" ( Figure 13) "Case 1" explicitly includes the case that the ion beam-induced annealing is very efficient and thus (in the case of a box-shaped impurity profile) an increase in the defect concentration with depth occurs.
  • the impurity and point defect depth profiles are smooth, i. they are not characterized by peak-like concentration maxima and minima along the depth. There is no "ripple" of the defect profile.
  • the expanded depth range can also begin below the surface and extend, for example starting from 2 ⁇ depth to a depth of 6 ⁇ , see Fig. 14.
  • end-of-range defects 58 and non-end-of - Range defects 56.
  • a reduction of the concentration is achieved by the increased temperature during implantation.
  • the depth range is ⁇ 1 ⁇ .
  • the implanted ion is high concentration aluminum. - Increased degree of activation and reproducible activation compared to low-temperature energy filter implantation
  • the strain on the novel defect profiles extends to all implant profiles and their associated defect profiles that can be represented by energy filter application, and for all cases of defect accumulation or ion beam-induced annealing, i. especially for the two cases "Case 1" and "Case 2".
  • the wafer 8 is preferably a semiconductor wafer. However, other wafers, for example of optical materials such as LiNb03, can also be processed.
  • an energy filter has usually been mentioned by way of example as the implantation filter 6. However, other known from the prior art implantation filter can be used in the invention.
  • Wafer recording Waferchuck 45 and Waferrad 20 were mentioned as an example in the description. However, all other conventional wafer recordings can also be used.

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Abstract

Disclosed is a method comprising the irradiation of a wafer (8) by means of an ion beam (2) that passes through an implantation filter (6), the ion beam (2) being electrostatically deviated in a first direction and a second direction in order to move the ion beam (2) over the wafer (8), and the implantation filter (6) being moved in the second direction to match the movement of the ion beam (2).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ionenimplantation in Wafern  Method and apparatus for ion implantation in wafers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ionenimplantation in Wafern. The invention relates to a method and apparatus for ion implantation in wafers.
Konkreter beschäftigt sich die Erfindung mit apparativen Aspekten der Dotierung von Halbleitern bzw. der Erzeugung von Defektprofilen zur Modifikation der Ladungsträgerlebensdauer in Halb- leiterbauelementen mittels Einsatz eines Energiefilters für Ionenimplantation. More specifically, the invention deals with apparatus aspects of the doping of semiconductors or the generation of defect profiles for modifying the charge carrier lifetime in semiconductor devices by using an energy filter for ion implantation.
Hierzu existieren beispielsweise folgende Referenzen: For example, the following references exist:
[1 ] ICSCRM2015: "Alternative highly homogenous drift layer doping for 650 V SiC devices" [1] ICSCRM2015: "Alternative highly homogenous drift layer doping for 650V SiC devices"
R. Rupp, W. Schustereder, Tobias Höchbauer, Ronny Kern, Michael Rüb, Constantin Casato, Florian Krippendorf R. Rupp, W. Schustereder, Tobias Höchbauer, Ronny Kern, Michael Rüb, Constantin Casato, Florian Krippendorf
[2] "Energy filter for tailoring depth profiles in semiconductor doping application" - Constantin Csato, Florian Krippendorf, Shavkat Akhmadaliev, Johannes von Borany, Weiqi Han, Thomas Siefke, Andre Zowalla, Michael Rüb, Nucl. Instr. Meth. B (2015), http://dx.doi.Org/10.1016/j.nimb.2015.07.102 [3] "Analysis of lateral energy distribution for passive ion beam scattering element" - Weiqi Han, Constantin Csato, Florian Krippendorf, Michael Rüb, Carsten Ronning, DPG Frühjahrstagung Dresden, März 2014 [2] "Energy filter for tailoring depth profiles in a semiconductor doping application" - Constantin Csato, Florian Krippendorf, Shavkat Akhmadaliev, Johannes von Borany, Weiqi Han, Thomas Siefke, Andre Zowalla, Michael Rüb, Nucl. Instr. Meth. B (2015), http://dx.doi.Org/10.1016/j.nimb.2015.07.102 [3] "Analysis of lateral energy distribution for passive ion beam scattering element" - Weiqi Han, Constantin Csato, Florian Krippendorf, Michael Rüb, Carsten Ronning, DPG Spring Conference Dresden, March 2014
[4] "Investigation of dopant profiles, losses and heating using an energy filter for ion Implantation" - Krippendorf, Csato, Rüb, DPG Frühjahrstagung Dresden, März 2014 "The Gap Between Research and Commercial Product in Applied Physics Research - An Issue for Sustainability and an Opportunity?" - Prof. Dr. Michael Rueb, University of Applied Sciences Jena, 6th ICEBE International Conference on Engineering and Business Education, Windhoek, Namibia, 7.-10. Oktober 2013 [4] "Investigation of dopant profiles, losses and heating using an energy filter for ion Implantation" - Krippendorf, Csato, Rüb, DPG Spring Meeting Dresden, March 2014 "The Gap Between Research and Commercial Product in Applied Physics Research - An Issue for Sustainability and an opportunity? " - Prof. Dr. Michael Rueb, University of Applied Sciences Jena, 6th ICEBE International Conference on Engineering and Business Education, Windhoek, Namibia, 7.-10. October 2013
[5] "Energiefilter für Ionenimplantation" - F. Krippendorf, C. Csato, T. Bischof, S. Gupta, W. Han, M. Nobst, Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena; C. Ronning, Friedrich-Schiller-Universität Jena; R. Rupp, Infineon Technologies AG, Neubiberg; A. Schewior, Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena; W. Wesch, Friedrich-Schiller-Universität Jena; W. Morgenroth, Institut für Photonische Technologien e.V., Jena; M. Rüb, Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena, Mikrosystemtechnik Kongress, Aachen, Oktober 2014, "Energiefilter für lonenimplantationsanlagen Idee- erste Experimente - Anwendung, C." [5] "Energy Filter for Ion Implantation" - F. Krippendorf, C. Csato, T. Bischof, S. Gupta, W. Han, M. Nobst, Ernst-Abbe University of Applied Sciences Jena; C. Ronning, Friedrich Schiller University Jena; R. Rupp, Infineon Technologies AG, Neubiberg; A. Schewior, Ernst-Abbe University of Applied Sciences Jena; W. Wesch, Friedrich Schiller University Jena; W. Morgenroth, Institute for Photonic Technologies eV, Jena; M. Rüb, Ernst-Abbe University of Applied Sciences Jena, microsystem technology Congress, Aachen, October 2014, "Energy Filter for Ion Implantation Systems Idea - First Experiments - Application, C."
[6] Csato, T. Bischof, S. Gupta, W. Han, F. Krippendorf, W. Morgenroth, M. Nobst, C. Ron- ning, R. Rupp, A. Schewior, W. Wesch, M. Rüb, 12. Juni 2013, Workshop Jonenstrahlen - Forschung und Anwendung" 2013, Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung Leipzig, M. Rüb, T. Bischof, C. Csato, S. Gupta, W. Han, F. Krippendorf, A. Schewior, C. Möse, "Energiefilter für lonenimplantationsanlagen", Forschungsbericht der Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena 201 1/2012 [6] Csato, T. Bishop, S. Gupta, W. Han, F. Krippendorf, W. Morgenroth, M. Nobst, C. Roning, R. Rupp, A. Schewior, W. Wesch, M. Rüb , June 12, 2013, Jonenstrahlen Workshop - Research and Application "2013, Leibniz Institute for Surface Modification Leipzig, M. Rüb, T. Bishop, C. Csato, S. Gupta, W. Han, F. Krippendorf, A. Schewior, C. cunt, "Energy filter for ion implantation plants", research report of the Ernst-Abbe University of Applied Sciences Jena 201 1/2012
[7] EP 0 014 516 A1 [8] Rüb, "Energiefilter für Hochenergieionenimplantation", IP.com Offenlegungsnummer: IPCOM000018006D , ursprüngliches Veröffentlichungsdatum: 1 . Dezember 2001 , aufgenommen in der Datenbank zum Stand der Technik: 23. Juli 2003 bzw. Siemens AG, 2001 , Siemens Technik Report, Dez. 2001 , 9 Seiten. [7] EP 0 014 516 A1 [8] Rüb, "Energy Filter for High Energy Ion Implantation", IP.com Disclosure Number: IPCOM000018006D, original publication date: 1. December 2001, recorded in the state of the art database: July 23, 2003 or Siemens AG, 2001, Siemens Technology Report, Dec. 2001, 9 pages.
[9] DE 10 201 1 075350 A1 In der mikrotechnischen kommerziell ausgerichteten Produktion werden mittels Ionenimplantation die Dotierung bzw. die Erzeugung von Defektprofilen in beliebigen Materialien, wie etwa Halbleitern (Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid) oder optischen Materialien (LiNb03), mit vordefinierten Tiefen profilen im Tiefenbereich von wenigen Nanometern bis hin zu einigen 100 Mikrometern realisiert. Hierzu eignet sich ein sogenanntes Energiefilter 6 für Ionenimplantation. Ein solches Energiefilter 6 ist beispielsweise in EP 0 014 516 A1 beschrieben und in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2 ist ein möglicher Einbau eines Energiefilters 6 in eine Anlage zur Ionenimplantation zum Zwecke der Waferprozessierung dargestellt. Bezugszeichen 2 bezeichnet den lonenstrahl, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein erstes Ion, Bezugszeichen 4 bezeichnet ein zweites Ion, Bezugszeichen 8 bezeichnet das Substrat, Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Rechteckverteilung (mit Filter) und Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gaußverteilung (ohne Filter). In microtechnical, commercially oriented production, doping or the generation of defect profiles in arbitrary materials, such as semiconductors (silicon, silicon carbide, gallium nitride) or optical materials (LiNbO 3), with predefined depths, are by means of ion implantation realized profiles in the depth range of a few nanometers to a few 100 microns. For this purpose, a so-called energy filter 6 for ion implantation is suitable. Such an energy filter 6 is described for example in EP 0 014 516 A1 and shown in FIG. FIG. 2 shows a possible installation of an energy filter 6 in an installation for ion implantation for the purpose of wafer processing. Reference numeral 2 denotes the ion beam, reference numeral 3 denotes a first ion, reference numeral 4 denotes a second ion, reference numeral 8 denotes the substrate, reference numeral 10 denotes a rectangular distribution (with filter) and reference numeral 12 denotes a Gaussian distribution (without filter).
Das Energiefilter 6 ist derart strukturiert, dass es unterschiedlich dicke Bereiche besitzt. Der dickste Bereich ist beispielsweise mehr als 1 , 5-mal, mehr als 2-mal, mehr als 3-mal oder mehr als 5-mal so dick wie der dünnste Bereich. Die Struktur kann beispielsweise dreieckförmig sein, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Beliebige andere Strukturen sind ebenfalls möglich. The energy filter 6 is structured so that it has different thickness areas. For example, the thickest area is more than 1, 5 times, more than 2 times, more than 3 times, or more than 5 times as thick as the thinnest area. The structure may for example be triangular, as shown in Fig. 1. This is just one example. Any other structures are also possible.
Das Grundprinzip des Energiefilters 6 ist wie folgt: Ein monoenergetischer lonenstrahl 2 wird beim Durchtritt durch die mikrostrukturierte Energiefilterkomponente abhängig vom Eintrittsort in seiner Energie modifiziert. Die resultierende Energieverteilung der Ionen führt zu einer Modifikation des Tiefenprofils des implantierten Stoffes in der Matrix des Substrats 8. The basic principle of the energy filter 6 is as follows: A monoenergetic ion beam 2 is modified in its energy as it passes through the microstructured energy filter component, depending on the point of entry. The resulting energy distribution of the ions results in a modification of the depth profile of the implanted substance in the matrix of the substrate 8.
In Fig. 2a und 2b ist die Anordnung von Wafern auf einem rotierenden Waferrad 20 in Kombination mit einem statischen, d.h. vornehmlich Gauß'schen lonenstrahl 2 gezeigt. Bezugszeichen 13 bezeichnet die Implantationskammer, Bezugszeichen 14 bezeichnet den Strahllinien- Einsatz 14, Bezugszeichen 15 bezeichnet die Strahlöffnung und Bezugszeichen 16 bezeichnet die Aufhängung für die Filtermembran 18. FIGS. 2a and 2b show the arrangement of wafers on a rotating wafer wheel 20 in combination with a static, ie predominantly Gaussian , ion beam 2. Reference numeral 13 denotes the implantation chamber, reference numeral 14 denotes the beam line insert 14, reference numeral 15 denotes the beam opening, and reference numeral 16 denotes the suspension for the filter membrane 18.
Energiefilteraufhängung 16 und Waferrad 20 sind im Beispiel der Fig. 2a und 2b in einer vakuumtechnischen Einheit, der sogenannten Endstation angeordnet. Fig. 2a zeigt ein Waferrad 20, auf welchem die zu implantierenden Substrate 8 fixiert werden. Bei der Prozessierung/Implan- tation wird das Waferrad 20 um 90° gekippt und in Rotation versetzt. Das Waferrad 20 wird somit in konzentrischen Kreisen durch den gestrichelt angedeuteten lonenstrahl 2 mit Ionen „beschrieben". Um die gesamte Waferfläche zu bestrahlen, wird das Waferrad 20 während der Prozessierung vertikal bewegt, d.h. das Waferrad 20 pendelt in vertikaler Richtung. Fig. 2b zeigt das montierte Energiefilter 6 im Bereich des Strahlaustritts. Schließlich wurde gezeigt, dass die Erhöhung der Substrattemperatur, insbesondere bei Verwendung von SiC, zu einer Reduktion der Punktdefektkonzentration führt. Dies ist insbesondere bei Hochdosisimplantationen von AI in SiC beobachtet worden. Siehe hierzu V. Heera et al, Applied Surface Science 184(2001 ) 307-316; CA. Fisher et al, 1 1th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials, September 2016, Halkidiki, Greece, Book of Abstracts; N.S. Saks et al, Applied Physics Letters 84, 5195 [2004]; doi 10.1063/1.1764934. Bekannt sind „als implantiert" nur gaußförmige (genauer Pearson-verteilte) Fremdatomprofile, die bei Hochtemperaturimplantation eine ebenfalls gaußförmige, jedoch im Vergleich zu Niedertemperaturimplantationen reduzierte Konzentration (auch Peakkonzentration) an Punktdefekten aufweisen. Außerdem können mittels Hochtempertaturimplantation erzeugte Dotierprofile in nachfol- genden Ausheilprozessen einen höheren Aktivierungsgrad und eine bessere Reproduzierbarkeit des Aktivierungsgrades zeigen. Energy filter suspension 16 and wafer wheel 20 are arranged in the example of FIGS. 2a and 2b in a vacuum technical unit, the so-called end station. FIG. 2a shows a wafer wheel 20 on which the substrates 8 to be implanted are fixed. In the processing / implantation, the wafer wheel 20 is tilted by 90 ° and set in rotation. The wafer wheel 20 is thus "described" in concentric circles by the ion beam 2 indicated by dashed lines 2. In order to irradiate the entire wafer surface, the wafer wheel 20 is moved vertically during the processing, ie the wafer wheel 20 oscillates in the vertical direction Finally, it has been shown that increasing the substrate temperature, in particular when using SiC, leads to a reduction in the point defect concentration, which has been observed especially in high-dose implantations of AI in SiC See V. Heera et al., Applied Surface Science 184 (2001) 307-316; CA Fisher et al., 1 th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials, September 2016, Halkidiki, Greece, Abstracts; NS Saks et al, Applied Physics Letters 84, 5195 [2004]; doi 10.1063 / 1.1764934. "Gaussian (more precisely Pearson-distributed) impurity profiles are known as" implanted ", at high temperature implantation also have a Gaussian, but compared to low temperature implantations reduced concentration (also peak concentration) at point defects. In addition, doping profiles generated by high-temperature implantation can show a higher degree of activation and a better reproducibility of the degree of activation in subsequent annealing processes.
Die vorliegende Erfindung liefert Lösungen für folgende Problemstellungen: Es ist wünschenswert, auf die mechanisch aufwändige Rotations- und Pendelbewegung des Waferrades 20 verzichten zu können. The present invention provides solutions to the following problems: It is desirable to be able to dispense with the mechanically complicated rotational and pendulum motion of the wafer wheel 20.
Wird das Energiefilter 6 in einer Öffnung der Implantationskammer 13 (die auch als Bestrahlungskammer oder Waferkammer bezeichnet werden kann) positioniert, wie dies in Fig. 2a und 2b gezeigt ist, kann es bei Erzeugen oder Abbauen eines Vakuums (Abpumpen/Belüften) in der Bestrahlungskammer zu mechanischen Belastungen der Filtermembran 18 durch den Sog der Vakuumpumpen bzw. durch die einströmende Luft kommen. Weiterhin können Partikelablagerungen aus der partikelbelasteten Umgebungsluft in den Mikrostrukturen der mikrostrukturierten Filtermembran 18 die Funktionalität des Energiefilters 6 beeinträchtigen. Solche mechanischen Belastungen und Partikelablagerungen sollten vermieden werden. When the energy filter 6 is positioned in an opening of the implantation chamber 13 (which may also be referred to as an irradiation chamber or wafer chamber), as shown in Figs. 2a and 2b, it may be generated or depleted in the irradiation chamber (evacuation / venting) to mechanical loads of the filter membrane 18 come by the suction of the vacuum pump or by the incoming air. Furthermore, particle deposits from the particle-contaminated ambient air in the microstructures of the microstructured filter membrane 18 can impair the functionality of the energy filter 6. Such mechanical loads and particle deposits should be avoided.
Es ist wünschenswert, dass während der Implantation möglichst wenige Punktdefekte im Halbleitermaterial erzeugt werden. Bekannte Defektprofile für eine Kettenimplantation mit mehreren diskreten Implantationsenergien sind in Fig. 3a und 3b gezeigt, vgl. auch DE 102 39 312 B4. In Fig. 3a und 3b steht PDC für Punktdefektkonzentration und d für Tiefe. Bezugszeichen 22 steht für die Welligkeit des Defektprofils und Bezugszeichen 24 steht für die Abnahme wegen Sum- mationseffekten. It is desirable that as few point defects as possible are produced in the semiconductor material during implantation. Known defect profiles for a chain implantation with multiple discrete implantation energies are shown in FIGS. 3a and 3b, cf. also DE 102 39 312 B4. In Figs. 3a and 3b, PDC stands for point defect concentration and d for depth. Reference numeral 22 stands for the waviness of the defect profile and reference numeral 24 stands for the decrease due to summation effects.
Es sind zwei Fälle unterschieden. Fall 1 (Fig. 3a) ist für den Fall, dass es zu keiner Aufsumma- tion der Punktdefekte durch die tiefergelagerten Implantationen kommt. Solche Effekte der Selbstausheilung durch Ionenimplantation sind bekannt, siehe Wendler et al, Nuclear Instru- ments and Methods in Physics Research B 141 (1998) 105-1 17; und Rambach et al, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B237 (2005) 68-71. Fall 2 (Fig. 3b) ist der Fall, dass sich die Punktdefektkonzentration aufsummiert. There are two cases. Case 1 (FIG. 3 a) is for the case in which there is no accumulation of the point defects due to the lower-mounted implantations. Such effects of self-healing by ion implantation are known, see Wendler et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 141 (1998) 105-1 17; and Rambach et al, Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B237 (2005) 68-71. Case 2 (Figure 3b) is the case where the point defect concentration accumulates.
Bei der Lösung der oben genannten Problemstellungen sollten insbesondere folgende Nebenbedingungen beachtet werden: (A) Der Abstand zwischen Energiefilter 6 und Substrat 8 (Wafer) bei der Implantation sollte zwischen einigen Millimetern und wenigen Zentimetern betragen. In the solution of the abovementioned problems, the following secondary conditions should be observed in particular: (A) The distance between energy filter 6 and substrate 8 (wafer) during implantation should be between a few millimeters and a few centimeters.
(B) Das Energiefilter 6 sollte in seinen lateralen Abmessungen möglichst groß sein, um den Energieeintrag durch den lonenstrahl 2 auf eine möglichst große Fläche zu verteilen. Dadurch wird die Aufheizung des Energiefilters 6 verringert und die Stromtragfähigkeit erhöht. (C) Die Aufnahme des Energiefilters 6 sollte möglichst flexibel zu gestalten sein, da nach heutigem Entwicklungsstand zu erwarten ist, dass für unterschiedliche Applikationen unterschiedliche Konzepte der Energiefilterausgestaltung benötigt werden. (B) The energy filter 6 should be as large as possible in its lateral dimensions in order to distribute the energy input through the ion beam 2 to the largest possible area. As a result, the heating of the energy filter 6 is reduced and the current carrying capacity is increased. (C) The inclusion of the energy filter 6 should be as flexible as possible, since it is to be expected according to current state of development that different concepts of energy filter design are required for different applications.
(D) Die Filtermembran 18 sollte möglichst keinen mechanischen Vibrationen ausgesetzt sein, wie sie etwa bei Belüftungs- und Abpumpvorgängen während des Wechsels der zu bestrahlenden Substrate 8 auftreten können. (D) The filter membrane 18 should as far as possible not be exposed to mechanical vibrations, such as may occur during ventilation and Abpumpvorgängen during the change of the substrates 8 to be irradiated.
(E) Die mikrostrukturierte Filtermembran 18 sollte möglichst nicht der partikelbehafteten Außenluft ausgesetzt sein, da bei Ablagerung von Partikeln ggfs. die Funktionalität des Energiefilters 6 eingeschränkt sein könnte. (F) Die Vorrichtung zur Anordnung des Energiefilters 6 und des Waferchucks 45 oderWafer- rads 20 sollte so gestaltet sein, dass durch Anwendung des Energiefilters 6 Implantationsprofile derart erzeugt werden, dass die Generation von Punktdefekten, insbesondere im Fall des Halbleitermaterials SiC, reduziert sein soll. (E) The microstructured filter membrane 18 should as far as possible not be exposed to the particle-laden outside air, since the functionality of the energy filter 6 could possibly be limited when particles are deposited. (F) The device for arranging the energy filter 6 and the wafer chuck 45 or wafer wheel 20 should be designed so that by using the energy filter 6 implantation profiles are generated so that the generation of point defects, especially in the case of the semiconductor material SiC, should be reduced ,
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert und werden nach- folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Beschrieben werden insbesondere mögliche Ausgestaltungen einer lonenimplantationsanlage oder von Teilen einer solchen lonenimplantationsanlage und Verfahren zum Betreiben einer lonenimplantationsanlage und von deren Teilen. Diese Anlagen und Verfahren eignen sich für die Implantation von Ionen in Wafer aus einem beliebigen Halbleitermaterial, insbesondere jedoch für Wafer auf Basis von Siliziumkarbid (SiC). Solutions according to the invention are defined in the independent claims and are described in more detail below with reference to the drawings. Described are in particular possible embodiments of an ion implantation system or of parts of such an ion implantation system and method for operating an ion implantation system and its parts. These systems and methods are suitable for the implantation of ions in wafers made of any semiconductor material, but in particular for wafers based on silicon carbide (SiC).
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip eines Energiefilters 6 bei der Ionenimplantation; Fig. 1 shows the basic principle of an energy filter 6 in the ion implantation;
Fig. 2a ist eine Darstellung einer Implantationskammer 13 nach dem Stand der Technik; Fig. 2a is an illustration of a prior art implantation chamber 13;
Fig. 2b ist eine Darstellung eines Strahllinien-Einsatzes 14 mit Filtermembran 18 nach dem Stand der Technik; Fig. 3a und 3b zeigen bekannte Punktdefektkonzentrationsprofile in SiC für diskrete Kettenimplantationen; Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines lonenimplantations-Setups mit fixiertem Substrat, gescanntem lonenstrahl sowie implementiertem Energiefilter mit synchronisierter Pendelbewegung zwischen lonenstrahl und Energiefilter in y-Richtung; Fig. 2b is an illustration of a prior art beamline insert 14 with filter membrane 18; Figures 3a and 3b show known point defect concentration profiles in SiC for discrete chain implantations; Fig. 4 is a cross-sectional view of a fixed substrate ion implant setup, scanned ion beam, and implemented energy filter with synchronized oscillation between ion beam and energy filter in the y direction;
Fig. 5 ist eine Darstellung einer angepassten lonenstrahlablenkung zur Bestrahlung der aktiven Fläche des Energiefilters; Fig. 5 is an illustration of an adapted ion beam deflection for irradiating the active surface of the energy filter;
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Bestrahlung eines Substrates mit i) (Fig. 6 rechts) konstanter Strahl-Pendelgeschwindigkeit in y und z und konstanter Energiefilter-Pendelbewegung in y bei konstantem lonenstrom und ii) (Fig. 6 links) reduzierter Bestrahlungsfläche durch variable Filter-Pendelbewegung in y und variabler lonenstrahlbewegung in y und z bei konstantem lonenstrom; 6 shows a schematic representation of the irradiation of a substrate with i) (FIG. 6, right) of constant beam oscillation velocity in y and z and constant energy filter oscillation in y at constant ion current and ii) (FIG. 6, left) reduced irradiation surface variable filter oscillation in y and variable ion beam motion in y and z at constant ion current;
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Bestrahlung reduzierter Fläche mit variabler Pendelbewegung des Energiefilters; Fig. 7 shows a schematic representation of the irradiation of reduced area with variable pendulum motion of the energy filter;
Fig. 8 zeigt eine separate Filterkammer, die der eigentlichen Waferkammer vorgelagert ist; Fig. 8 shows a separate filter chamber upstream of the actual wafer chamber;
Fig. 9 zeigt eine separate Filterkammer, die der eigentlichen Waferkammer vorgelagert ist, wobei die Vorrichtung zur Halterung des Energiefilters so angeordnet ist, dass sie, bezogen auf den Waferchuck, vorwärts oder rückwärts in die Nähe des Waferchucks gefahren werden kann; Figure 9 shows a separate filter chamber upstream of the actual wafer chamber, the energy filter holding device being arranged so that it can be moved forwards or backwards in the vicinity of the wafer chuck relative to the wafer chuck;
Fig. 10 zeigt eine separate Filterkammer, die innerhalb der Waferkammer angeordnet ist; Fig. 10 shows a separate filter chamber disposed within the wafer chamber;
Fig. 1 1 zeigt eine Energiefilteranordnung in Kombination mit einer heizbaren Waferaufnah- meeinrichtung; Fig. 12 zeigt ein neuartiges Defekt- und Fremdatomprofil (Fall 1 ); FIG. 11 shows an energy filter arrangement in combination with a heatable wafer pick-up device; FIG. Fig. 12 shows a novel defect and impurity profile (Case 1);
Fig. 13 zeigt ein neuartiges Defekt- und Fremdatomprofil (Fall 2); und Fig. 13 shows a novel defect and impurity profile (Case 2); and
Fig. 14 zeigt ein neuartiges Defekt- und Fremdatomprofil, genauer ein von der Oberfläche isoliertes Dotierprofil. Fig. 14 shows a novel defect and impurity profile, more specifically a dopant profile isolated from the surface.
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben. Für eine ho- mogene Bestrahlung eines Wafers 8 (Substrat) sollte der durch das Implantationsfilter 6 gelei- tete lonenstrahl 2 während der Implantation die gesamte Waferfläche (Substratfläche) überstreichen (scannen). Hierzu ist eine elektrostatische Ablenkung (Scanning) des lonenstrahls 2 in Kombination mit einer mechanischen Bewegung des Filters 6 vorgesehen. Ein möglicher Aufbau ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Bezugszeichen 2 bezeichnet den lonenstrahl, Bezugszeichen 6 bezeichnet das Filter 6, Bezugszeichen 8 bezeichnet das Substrat/den Wafer, Bezugszeichen 26 bezeichnet die synchronisierte Pendelbewegung zwischen Filter und lonenstrahl in y-Rich- tung und Bezugszeichen 28 bezeichnet die Pendelbewegung des lonenstrahls in z-Richtung. In the following, a first embodiment of the invention will be described in more detail. For homogeneous irradiation of a wafer 8 (substrate), the implantation filter 6 should During the implantation, the entire wafer surface (substrate surface) is scanned (scan). For this purpose, an electrostatic deflection (scanning) of the ion beam 2 is provided in combination with a mechanical movement of the filter 6. One possible construction is shown in FIGS. 4 and 5. Reference numeral 2 denotes the ion beam, reference numeral 6 denotes the filter 6, reference numeral 8 denotes the substrate / wafer, reference numeral 26 denotes the synchronized oscillation between filter and ion beam in the Y direction, and reference numeral 28 denotes the pendulum motion of the ion beam in the z direction ,
Das Scanning erfolgt in y- und z-Richtung elektrostatisch, jedoch für jede Richtung auf unterschiedliche Art und Weise. In z-Richtung erfolgt ein schnelles Scanning, sodass das schlitzartige Energiefilter 6 über die gesamte aktive Fläche bestrahlt wird. Das Scanning in y-Richtung geschieht durch eine langsame elektrostatische Pendelbewegung, welche synchron mit einer gekoppelten mechanischen Pendelbewegung des Filters 6 ausgeführt wird. Somit weisen der lonenstrahl 2 und die aktive Fläche des Energiefilters 6 stets Deckungsgleichheit auf, so dass der lonenstrahl 2 stets durch das Filter 6 geleitet wird, bevor er auf den Wafer 8 trifft. In der z-Richtung kann eine Abmessung des Filters 6 der maximalen Abmessung des Wafers 8 in der z-Richtung entsprechen, so dass in der z-Richtung keine mechanische Bewegung des Filters 6 erforderlich ist und nur der lonenstrahl 2 in dieser z-Richtung bewegt wird. In der y-Richtung ist die Abmessung des Filters 6 kleiner als die maximale Abmessung des Wafers 8, so dass in dieser Richtung das Filter 6 synchron mit dem lonenstrahl 2 bewegt wird, um während der Im- plantation sukzessive alle Bereiche des Wafers 8 mit dem durch das Filter 6 geleiteten lonenstrahl 2 zu bestrahlen. Scanning is electrostatic in the y and z directions, but in different directions for each direction. In the z-direction, a fast scanning takes place so that the slit-like energy filter 6 is irradiated over the entire active area. Scanning in the y-direction is done by a slow electrostatic pendulum motion, which is performed synchronously with a coupled mechanical oscillating movement of the filter 6. Thus, the ion beam 2 and the active surface of the energy filter 6 always have congruence, so that the ion beam 2 is always passed through the filter 6 before it strikes the wafer 8. In the z-direction, a dimension of the filter 6 may correspond to the maximum dimension of the wafer 8 in the z-direction, so that in the z-direction no mechanical movement of the filter 6 is required and only the ion beam 2 moves in this z-direction becomes. In the y-direction, the dimension of the filter 6 is smaller than the maximum dimension of the wafer 8, so that in this direction the filter 6 is moved synchronously with the ion beam 2 in order to successively cover all areas of the wafer 8 during implantation to irradiate through the filter 6 guided ion beam 2.
Eine weitere Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform ist im Folgenden dargelegt: Another modification of the embodiment described above is set forth below.
Für eine Durchsatzoptimierung des Energiefilters 6 kann es wünschenswert sein, die bestrahlte Fläche neben dem Wafer 8 (Overscan) möglichst klein zu halten, d.h. möglichst nur den runden Wafer 8, nicht jedoch den Wafer 8 umgebende Bereiche zu bestrahlen. Im einfachsten Fall der Bestrahlung nach Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 rechts ist die Pendelbewegung des lonenstrahls 2 stets gleich, d.h. der lonenstrahl 2 bewegt sich in der z-Richtung stets zwischen zwei gleichen Endpunkten (zO und z1 ) und in der y-Richtung stets zwischen zwei gleichen Endpunkten (yO und y1 ). Das Filter 6 bewegt sich in der y-Richtung synchron mit dem lonenstrahl 2 zwischen den jeweiligen Endpunkten. Dies führt zu einer rechteckformigen Bestrahlungsfläche, d.h. der von dem lonenstrahl 2 überstrichene Bereich ist rechteckig und die Koordinaten seiner Eckpunkte sind durch die Endpunkte der Pendelbewegung des lonenstrahls 2 in y-Richtung und z- Richtung gegeben. Diese Koordinaten sind beispielsweise (zO, yO), (z1 , yO), (zO, y1 ), (z1 , y1 ). Bei einem runden Wafer 8 werden dadurch auch Flächen bestrahlt, die innerhalb des rechteckigen Bestrahlungsbereichs, aber außerhalb des Wafers 8 liegen. Dies ist anhand von Fig. 6 rechts gezeigt, wo die Pendelbewegung des lonenstrahls 2 innerhalb eines rechteckigen Bestrahlungsbereichs und ein runder Wafer 8 veranschaulicht sind. Eine Substrat-optimierte Ablenkung des lonenstrahls 2 in z-Richtung ist in Fig. 6 links und Fig. 7 dargestellt. Fig. 7 zeigt die Bestrahlung reduzierter Fläche mit variabler Filter-Pendelgeschwindigkeit und Strahlgeschwindigkeit, ti und repräsentieren unterschiedliche Bestrahlungszeiten der Strahllinien. Bezugszeichen 34 bezeichnet die variable Pendelbewegung der Filtereinheit 6 und des lonenstrahls 2. Gemäß Fig. 6 links und Fig. 7 wird der lonenstrahl 2 in z-Richtung nur so weit abgelenkt, dass der lonenstrahl 2 im Wesentlichen nur den Wafer 8 trifft. Die Endpunkte der Ablenkung des lonenstrahls 2 in z-Richtung sind hierbei an die Abmessungen des Wafers 8 angepasst. Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, den lonenstrahl 2 in der z-Richtung mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit zu bewegen, um überall dort, wo bestrahlt wird, eine annähernd gleiche Implantationsdosis zu erhalten. Wie lange es hierbei dauert, den Wafer 8 in der z-Richtung einmal oder definiert mehrmals mit dem lonenstrahl 2 zu überstreichen, ist von der Breite des Wafers 8 an der jeweiligen y-Position abhängig. Diese Dauer kann als Verweildauer des Filters 6 an der jeweiligen y-Position bezeichnet werden, wobei sich diese Verweildauer von y-Position zu y-Position ändern kann, wenn sich das Filter 6 synchron zu dem lonenstrahl 2 in der y-Rich- tung bewegt. For a throughput optimization of the energy filter 6, it may be desirable to keep the irradiated area next to the wafer 8 (overscan) as small as possible, ie to irradiate only the round wafer 8 but not the wafer 8 surrounding areas. In the simplest case of irradiation according to FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6 right, the pendulum motion of the ion beam 2 is always the same, ie the ion beam 2 always moves in the z direction between two identical end points (zO and z1) and the y direction always between two equal end points (y0 and y1). The filter 6 moves in the y direction synchronously with the ion beam 2 between the respective end points. This leads to a rectangular-shaped irradiation surface, ie the area swept by the ion beam 2 is rectangular and the coordinates of its vertices are given by the end points of the pendulum movement of the ion beam 2 in the y-direction and z-direction. These coordinates are, for example, (z0, y0), (z1, y0), (z0, y1), (z1, y1). In the case of a round wafer 8, surfaces which are within the rectangular irradiation area but outside of the wafer 8 are also irradiated thereby. This is shown on the right hand side of Fig. 6, where the pendulum motion of the ion beam 2 within a rectangular irradiation area and a round wafer 8 are illustrated. A substrate-optimized deflection of the ion beam 2 in the z direction is shown on the left in FIG. 6 and FIG. 7. Fig. 7 shows the irradiation of reduced area with variable filter pendulum speed and jet velocity, ti, and represent different irradiation times of the beam lines. Reference numeral 34 denotes the variable oscillating movement of the filter unit 6 and the ion beam 2. According to FIG. 6, left and FIG. 7, the ion beam 2 is only deflected in the z direction to such an extent that the ion beam 2 essentially strikes only the wafer 8. The end points of the deflection of the ion beam 2 in the z-direction are adapted to the dimensions of the wafer 8. According to one example, it is provided to move the ion beam 2 in the z-direction at a substantially constant speed in order to obtain an approximately equal implantation dose wherever irradiated. How long it takes in this case to sweep the wafer 8 in the z-direction once or several times with the ion beam 2 depends on the width of the wafer 8 at the respective y-position. This duration may be referred to as the dwell time of the filter 6 at the respective y-position, wherein this dwell time may change from y-position to y-position when the filter 6 moves synchronously with the ion beam 2 in the y-direction ,
Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, dass sich das Filter 6 in der y-Richtung schrittweise bewegt. Gemäß einem weiteren Beispiel ist vorgesehen, dass sich das Filter 6 in der y-Richtung kontinuierlich bewegt. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit der langsamen Pendelbewegung des lonenstrahles 2 und des Energiefilters 6 in der y-Richtung an die Zeit angepasst, die der lonenstrahl 2 benötigt, um den Wafer in der z-Richtung einmal oder mehrmals zu überstreichen, um stets Deckungsgleichheit des lonenstrahls 2 und des Energiefilters 6 zu gewährleisten, d.h. um zu gewährleisten, dass der lonenstrahl 2 stets durch das Filter 6 auf den Wafer trifft. According to one example, it is provided that the filter 6 moves stepwise in the y-direction. According to another example, it is provided that the filter 6 moves continuously in the y-direction. In this case, the speed of the slow oscillation of the ion beam 2 and the energy filter 6 in the y-direction is adapted to the time required for the ion beam 2 to sweep the wafer in the z-direction once or several times to always coincide To ensure ion beam 2 and the energy filter 6, ie to ensure that the ion beam 2 always strikes the wafer through the filter 6.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In the following, further embodiments of the invention will be described.
Der wesentliche Gedanke besteht dabei darin, die Vorrichtungen, die für den Einbau des Ener- giefilterchips in die Bestrahlungsanlage benötigt werden, in einer zur Waferkammer 42 (die auch als Waferendstation, Waferhandlingskammer oder Implantationskammer bezeichnet werden kann) separaten, vakuumtechnisch abschließbaren Einheit (die auch als Filterkammer 36 bezeichnet werden kann) anzuordnen, wie dies beispielsweise in Fig. 8 dargestellt ist. The essential idea is that the devices that are required for the installation of the energy filter chip in the irradiation system, in one to the wafer chamber 42 (which are also referred to as Waferendstation, wafer handling chamber or implantation chamber can) separate, vacuum technically lockable unit (which can also be referred to as filter chamber 36) to arrange, as shown for example in Fig. 8.
Die Filterkammer 36 weist zwei Öffnungen auf, die durch Verschlüsse bzw. Ventile (erstes Vakuumventil 38 und zweites Vakuumventil 40 in Fig. 8) verschlossen werden können. Diese Ver- Schlüsse werden im Bestrahlungsbetrieb geöffnet und sind so angeordnet, dass der lonenstrahl 2 bei geöffneten Verschlüssen vom Beschleuniger kommend ungehindert durch den Filter 6 auf das zu bestrahlende Substrat 8 treten kann. Sind die Öffnungen geschlossen, so ist das Filter 6 in der Filterkammer 36 vor mechanischen äußeren Einflüssen geschützt. Gemäß einem Beispiel sind die Öffnungen durch die Verschlüsse druckdicht verschließbar, so dass nach dem Schlie- ßen dieselben Druckverhältnisse erhalten bleiben, die vor dem Schließen in der Filterkammer 36 geherrscht haben. An die Filterkammer 36 kann eine Vakuumpumpe 41 angeschlossen sein, die bei geschlossenen Öffnungen Druckschwankungen ausgleichen kann, die sich beispielsweise durch nicht hermetisch dichte Verschlüsse ergeben können. The filter chamber 36 has two openings which can be closed by closures or valves (first vacuum valve 38 and second vacuum valve 40 in FIG. 8). These closures are opened in the irradiation mode and are arranged so that the ion beam 2, when the closures are open, can pass unimpeded from the accelerator through the filter 6 onto the substrate 8 to be irradiated. If the openings are closed, the filter 6 is protected in the filter chamber 36 from mechanical external influences. According to one example, the openings can be closed in a pressure-tight manner by the closures so that, after closing, the same pressure conditions prevail, which prevailed before closing in the filter chamber 36. To the filter chamber 36, a vacuum pump 41 may be connected, which can compensate for pressure fluctuations with closed openings, which may result, for example, by non-hermetically sealed closures.
Wenn die Waferkammer 42 z.B. zum Substratwechsel belüftet werden muss, werden vor der Belüftung die Öffnungen geschlossen. Die separate Filterkammer 36 wird weiterhin bepumpt, so dass die Partikelbelastung des Filters 6 minimiert wird und die Druckverhältnisse konstant bleiben. Mechanische Belastung des Filters 6 durch Abpump- oder Belüftungsvorgänge werden auf diese Weise vermieden. If the wafer chamber 42 is e.g. To ventilate the substrate, the openings are closed before the ventilation. The separate filter chamber 36 is still pumped, so that the particle load of the filter 6 is minimized and the pressure conditions remain constant. Mechanical loading of the filter 6 by pumping or venting operations are avoided in this way.
Die separate Energiefilter-Vakuumkammer 36 ist geschlossen während der Waferzuführung und offen während der Implantation. Sie ist getrennt von der Waferkammer 42 mittels wenigstens eines Vakuumventils 38. Die Waferkammer 42 ist als "kommerzielle" Waferkammer 42 nach dem Stand der Technik ausgebildet. Während der Ionenimplantation liegen in ihr Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumbedingungen vor. Der Filter 6 ist befestigt gemäß dem Stand der Technik und/oder gemäß flexiblen Halterungsoptionen. Es können ein gemeinsames oder mehrere unabhängige Vakuumpumpsysteme 41 vorliegen. The separate energy filter vacuum chamber 36 is closed during wafer feed and open during implantation. It is separate from the wafer chamber 42 by means of at least one vacuum valve 38. The wafer chamber 42 is formed as a "commercial" wafer chamber 42 of the prior art. During ion implantation, it has high vacuum or ultrahigh vacuum conditions. The filter 6 is fixed according to the prior art and / or flexible mounting options. There may be one or more independent vacuum pumping systems 41.
In einer weiteren Ausführungsform, siehe Fig. 9, wird das Energiefilter 6 in der vorgelagerten separaten Vakuumeinheit (Filterkammer 36) auf einer beweglichen Vorrichtung (Filterhalterung 44) angeordnet. Diese Vorrichtung 44 dient dazu, das Energiefilter 6, das möglicherweise bedingt durch die Bauart der separaten Vakuumeinheit 36 und des Waferchucks 45 zwischen Sub- strat 8 und Filter 6 einen zu großen Abstand aufweist, näher an das zu bestrahlende Substrat 8 heranzubringen. Dabei kann (muss aber nicht) das Filter 6 auch durch einen der geöffneten Verschlüsse bzw. Vakuumventile (Vakuumventil 38 in Fig. 9) hindurchbewegt werden. Vor Schließen der Filterkammer 36, beispielsweise bei einem Waferwechsel, wird das Filter 6 dann wieder in die Filterkammer 36 zurückbewegt. Die Energiefilterhalterung 44 wird mechanisch zur Waferendstation 42 transferiert, um den Abstand zwischen Wafer 8 und Filter 6 einzustellen. Der Doppelpfeil deutet die vorwärts/rückwärts bewegbare Energiefilterinstallation an. Ansonsten bezeichnen die Bezugszeichen dieselben Elemente mit denselben Eigenschaften wie in Fig. 8. In a further embodiment, see Fig. 9, the energy filter 6 in the upstream separate vacuum unit (filter chamber 36) on a movable device (filter holder 44) is arranged. This device 44 serves to bring the energy filter 6 closer to the substrate 8 to be irradiated, possibly due to the design of the separate vacuum unit 36 and the wafer chuck 45 between the substrate 8 and the filter 6. In this case, the filter 6 can (but does not have to) also be moved through one of the opened closures or vacuum valves (vacuum valve 38 in FIG. 9). In front Closing the filter chamber 36, for example during a wafer change, the filter 6 is then moved back into the filter chamber 36. The energy filter holder 44 is mechanically transferred to the wafer end station 42 to adjust the distance between the wafer 8 and the filter 6. The double arrow indicates the forward / backward movable energy filter installation. Otherwise, the reference numerals designate the same elements with the same characteristics as in FIG. 8.
Bei den in Fig. 8 und 9 gezeigten Beispielen ist die Filterkammer 36 außerhalb der Waferkam- mer 42 vor der Strahlöffnung (Implantationsöffnung) der Waferkammer 42 angeordnet. Die Strahlöffnung ist die Öffnung, durch die der lonenstrahl 2 in die Waferkammer 42 eintritt. Bei einer weiteren Ausführungsform, siehe Fig. 10, ist die oben beschriebene separate vakuum- technische Einheit (Filterkammer 36) zur Aufnahme des Energiefilterchips innerhalb der Waferkammer 42 (Endstation) angeordnet. Auch in diesem Fall kann das mechanische Verfahren des Filters 6 in Richtung Substrat 8 notwendig sein. Ansonsten bezeichnen die Bezugszeichen dieselben Elemente mit denselben Eigenschaften wie in Fig. 8. In the examples shown in FIGS. 8 and 9, the filter chamber 36 is arranged outside the wafer chamber 42 in front of the beam opening (implantation opening) of the wafer chamber 42. The jet opening is the opening through which the ion beam 2 enters the wafer chamber 42. In a further embodiment, see Fig. 10, the above-described separate vacuum technical unit (filter chamber 36) for receiving the energy filter chip within the wafer chamber 42 (end station) is arranged. Also in this case, the mechanical process of the filter 6 in the direction of substrate 8 may be necessary. Otherwise, the reference numerals designate the same elements with the same characteristics as in FIG. 8.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 11 bis 14 beschrieben. Dabei bezeichnen die Achsenbeschriftungen PDC die Punktdefektkonzentration, NC die implantierte lonenkonzentration und d die Tiefe. Bezugszeichen 46 bezeichnet die implantierte lonenkonzentration, Bezugszeichen 48 bezeichnet die linke Achse, Bezugszeichen 50 bezeichnet die rechte Achse, Bezugszeichen 52 bezeichnet die Kaltimplantations-De- fektkonzentration, Bezugszeichen 54 bezeichnet die Heißimplantations-Defektkonzentration, Bezugszeichen 56 bezeichnet Nicht-End-of-Range-Defekte, Bezugszeichen 58 bezeichnet End-of-Range-Defekte 58 und die beiden nach unten gerichteten parallelen Pfeile in Fig. 12 bis 14 deuten die reduzierte Defektkonzentration an. Further embodiments of the invention are described below with reference to FIGS. 11 to 14. The axis labels PDC denote the point defect concentration, NC the implanted ion concentration and d the depth. Reference numeral 46 denotes the implanted ion concentration, reference numeral 48 denotes the left axis, reference numeral 50 denotes the right axis, reference numeral 52 denotes the cold implantation defect concentration, reference numeral 54 denotes the hot implantation defect concentration, reference numeral 56 denotes non-end-of-range Defects, reference numeral 58 denotes end-of-range defects 58, and the two downward parallel arrows in Figs. 12-14 indicate the reduced defect concentration.
Während jeder Ionenimplantation kommt es aufgrund von Kollisionen der eingeschossenen Ionen mit Atomen des Substratmaterials zur Bildung von Punktdefekten. Diese Punktdefekte er- reichen bei ungefilterten Implantationen im End-of-Range-Bereich der eingeschossenen Fremdatome ein Konzentrationsmaximum. During each ion implantation, point defects are formed due to collisions of the injected ions with atoms of the substrate material. These point defects reach a concentration maximum in the case of unfiltered implantations in the end-of-range range of the injected foreign atoms.
Vorgeschlagen wird der Einsatz eines Energiefilters 6 in Kombination mit einem beheizbaren Waferchuck 45, siehe Fig. 1 1. Der "Waferchuck" 45 ist eine Aufnahme für den Wafer 8 in der Waferkammer 42 und hält den Wafer 8 während der Implantation. Mit der in Fig. 1 1 skizzierten neuartigen Anordnung einer heizbaren Waferaufnahme (Waferchuck 45, Waferrad 20 oder einer beliebigen anderen Aufnahme) und einem Energiefilter 6 für Ionenimplantation lassen sich bis- her nicht bekannte Kombinationen von Punktdefekt- und Fremdatomprofilen erzeugen. Eine beheizbare Waferaufnahme 45 eignet sich für Wafer 8 aus SiC, jedoch auch für Wafer 8 aus beliebigen anderen Halbleitermaterialien. Proposed is the use of an energy filter 6 in combination with a heatable wafer chuck 45, see FIG. 1 1. The "wafer chuck" 45 is a receptacle for the wafer 8 in the wafer chamber 42 and holds the wafer 8 during implantation. With the novel arrangement of a heatable wafer holder (wafer chuck 45, wafer wheel 20 or any other holder) outlined in FIG. 11 and an energy filter 6 for ion implantation, it is possible to produce unknown combinations of point defect and impurity profiles. A heatable wafer holder 45 is suitable for wafers 8 made of SiC, but also for wafers 8 made of any other semiconductor materials.
Das Energiefilter 6 kann in jeder Art von Anordnung vorliegen, wie z.B. statisch, bewegbar, in separater Kammer, in derselben Kammerwie derWaferchuck 45, kleiner als derWafer 8, größer als oder gleich groß wie der Wafer 8, rotierend, mit Kollimationsstruktur etc. The energy filter 6 may be in any type of arrangement, such as e.g. static, movable, in separate chamber, in the same chamber as the wafer chip 45, smaller than the wafer 8, larger than or equal to the wafer 8, rotating, with collimation structure, etc.
Profilkombinationen, die sich durch Bestrahlen eines Wafers 8 über ein Energiefilter 6 erreichen lassen, haben beispielsweise folgende Eigenschaften: Profile combinations that can be achieved by irradiating a wafer 8 via an energy filter 6 have, for example, the following properties:
Die Punktdefektkonzentration (PDC) ist im gesamten durch das Energiefilter 6 aufgewei- teten Tiefenbereich der Implantation reduziert. The point defect concentration (PDC) is reduced in the entire depth range of the implantation expanded by the energy filter 6.
Der aufgeweitete Tiefenbereich reicht typischerweise von der Oberfläche bis zu einigen Mikrometern Tiefe, siehe Fig. 12 und 13. The expanded depth range typically ranges from the surface to a few microns depth, see FIGS. 12 and 13.
Die Konzentrationstiefenfunktion der implantierten Fremdatome ist abhängig von der geometrischen und materialtechnischen Ausgestaltung des Energiefilters 6 und somit voll- ständig beinflussbar. Die Defekttiefenprofile folgen der Form der Konzentrationstiefenfunktion der implantierten Fremdatome und sind für ein gegebenes Substratmaterial durch sie bestimmt, siehe Fig. 12 und 13. The concentration depth function of the implanted foreign atoms is dependent on the geometric and material engineering design of the energy filter 6 and thus completely beinflussbar. The defect depth profiles follow the shape of the concentration depth function of the implanted impurities and are determined by them for a given substrate material, see FIGS. 12 and 13.
Die Defektkonzentrationstiefenprofile sind auch davon abhängig, ob es durch den lonen- beschuss in tieferliegenden Gebieten zu ionenstrahlinduzierten Ausheileffekten („Fall 1 ") kommt. Somit sind die Fälle„Fall 1" (Fig. 12) und„Fall 2" (Fig. 13 und 14) zu unterscheiden.„Fall 1 " umfasst ausdrücklich auch den Fall, dass die ionenstrahlinduzierte Ausheilung sehr effizient ist und es somit (bei boxförmigem Fremdatomprofil) zu einem Anstieg der Defektkonzentration mit der Tiefe kommt. The defect concentration depth profiles are also dependent on ion bombardment-induced annealing effects ("Case 1") due to the ion bombardment in deeper areas, so that the cases are "Case 1" (Figure 12) and "Case 2" (Figure 13) "Case 1" explicitly includes the case that the ion beam-induced annealing is very efficient and thus (in the case of a box-shaped impurity profile) an increase in the defect concentration with depth occurs.
Die Fremdatom- und Punktdefekttiefenprofile sind glatt, d.h. sie sind nicht durch peakar- tige Konzentrationsmaxima und -minima entlang der Tiefe charakterisiert. Es resultiert keine„Welligkeit" des Defektprofils. The impurity and point defect depth profiles are smooth, i. they are not characterized by peak-like concentration maxima and minima along the depth. There is no "ripple" of the defect profile.
Der aufgeweitete Tiefenbereich kann auch unterhalb der Oberfläche beginnen und sich z.B. beginnend ab 2μιτι Tiefe bis in eine Tiefe von 6μηι erstrecken, siehe Fig. 14. In diesem Fall ist zu unterscheiden zwischen End-of-Range-Defekten 58 und Nicht-End-of- Range-Defekten 56. Für beide Defektarten gilt, dass eine Reduktion der Konzentration durch die erhöhte Temperatur bei der Implantation erreicht wird. The expanded depth range can also begin below the surface and extend, for example starting from 2μιτι depth to a depth of 6μηι, see Fig. 14. In this case, a distinction between end-of-range defects 58 and non-end-of - Range defects 56. For both types of defects, a reduction of the concentration is achieved by the increased temperature during implantation.
In einer weiteren Ausführungsform liegt der Tiefenbereich bei < 1 μιη. In a further embodiment, the depth range is <1 μιη.
Das implantierte Ion ist beispielsweise Aluminium mit hohen Konzentrationen. - Erhöhter Aktivierungsgrad und reproduzierbare Aktivierung im Vergleich zur Niedertem- peratur-Energiefilterimplantation For example, the implanted ion is high concentration aluminum. - Increased degree of activation and reproducible activation compared to low-temperature energy filter implantation
Die Temperatur des Waferchucks 45 ist ab Raumtemperatur nach oben einstellbar und liegt bevorzugt zwischen T=400°C und T=1.000°C. The temperature of the wafer chuck 45 is adjustable from room temperature upwards and is preferably between T = 400 ° C and T = 1000 ° C.
Die Beanspruchung der neuartigen Defektprofile (bei erhöhter Implantationstemperatur) er- streckt sich auf alle durch Energiefilteranwendung darstellbaren Implantationsprofile und deren dazugehörigen Defektprofile und für alle Fälle von Defektakkumulation oder ionenstrahlinduzier- tes Ausheilen, d.h. insbesondere für die beiden Fälle„Fall 1 " und„Fall 2". The strain on the novel defect profiles (at elevated implantation temperature) extends to all implant profiles and their associated defect profiles that can be represented by energy filter application, and for all cases of defect accumulation or ion beam-induced annealing, i. especially for the two cases "Case 1" and "Case 2".
Der Wafer 8 ist vorzugsweise ein Halbleiterwafer. Es können aber auch andere Wafer, beispielsweise aus optischen Materialien wie LiNb03, bearbeitet werden. In den beschriebenen Ausführungsformen wurde als Implantationsfilter 6 meist beispielhaft ein Energiefilter genannt. Es können aber auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Implantationsfilter im Rahmen der Erfindung verwendet werden. The wafer 8 is preferably a semiconductor wafer. However, other wafers, for example of optical materials such as LiNb03, can also be processed. In the described embodiments, an energy filter has usually been mentioned by way of example as the implantation filter 6. However, other known from the prior art implantation filter can be used in the invention.
Als Waferaufnahme wurden im Rahmen der Beschreibung beispielhaft Waferchuck 45 und Waferrad 20 genannt. Es können aber auch alle anderen herkömmlichen Waferaufnahmen ver- wendet werden. As Wafer recording Waferchuck 45 and Waferrad 20 were mentioned as an example in the description. However, all other conventional wafer recordings can also be used.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 lonenstrahl  2 ion beam
3 erstes Ion  3 first ion
4 zweites Ion  4 second ion
6 Implantationsfilter  6 implantation filters
8 Wafer  8 wafers
10 Rechteck (mit Filter)  10 rectangles (with filter)
12 Gaußverteilung (ohne Filter) 12 Gaussian distribution (without filter)
13 Implantationskammer  13 implantation chamber
14 Strahllinien-Einsatz  14 beamline insert
15 Strahlöffnung  15 beam opening
16 Aufhängung  16 suspension
18 Filtermembran 18 filter membrane
20 Waferrad  20 wafer wheel
22 Welligkeit des Defektprofils  22 waviness of the defect profile
24 Abnahme wegen Summationseffekten  24 Acceptance due to summation effects
26 synchronisierte Pendelbewegung zwischen Energiefilter und lonenstrahl in y-Richtung 28 Pendelbewegung des lonenstrahls in z-Richtung  26 Synchronized pendulum motion between energy filter and ion beam in y-direction 28 Oscillation of the ion beam in z-direction
32 aktive Fläche des Energiefilters  32 active area of the energy filter
34 variable Pendelbewegung der Filtereinheit und des lonenstrahls  34 variable oscillating movement of the filter unit and the ion beam
36 Filterkammer  36 filter chamber
38 erstes Vakuumventil  38 first vacuum valve
39 Vakuumzustand 39 vacuum state
40 zweites Vakuumventil  40 second vacuum valve
41 Vakuumpumpsystem  41 vacuum pumping system
42 Waferkammer  42 wafer chamber
44 Filterhalterung 45 Waferchuck 44 filter holder 45 wafer chuck
46 implantierte lonenkonzentration 46 implanted ion concentration
48 linke Achse 48 left axis
50 rechte Achse  50 right axis
52 Kaltimplantations-Defektkonzentration 52 cold implantation defect concentration
54 Heißimplantations-Defektkonzentration54 hot implant defect concentration
56 Nicht-End-of-Range-Defekte 56 non-end-of-range defects
58 End-of-Range-Defekte  58 end-of-range defects

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren, das aufweist: A method, comprising:
Bestrahlen eines Wafers (8) mit einem durch ein Implantationsfilter (6) gehenden lonen- strahl (2),  Irradiating a wafer (8) with an ion beam (2) passing through an implantation filter (6),
wobei der lonenstrahl (2) in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung elektrostatisch abgelenkt wird, um den lonenstrahl (2) über den Wafer (8) zu bewegen, und  wherein the ion beam (2) is electrostatically deflected in a first direction and a second direction to move the ion beam (2) across the wafer (8), and
wobei das Implantationsfilter (6) in der zweiten Richtung abgestimmt auf die Bewegung des lonenstrahls (2) bewegt wird.  wherein the implantation filter (6) is moved in the second direction in response to the movement of the ion beam (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
bei dem der Wafer (8) in der ersten Richtung eine maximale Breite aufweist und bei dem das Implantationsfilter (6) in der ersten Richtung eine Breite aufweist,  wherein the wafer (8) has a maximum width in the first direction and wherein the implantation filter (6) has a width in the first direction,
wobei die Breite des Implantationsfilters (6) in der ersten Richtung größer oder gleich der maximalen Breite des Wafers (8) in der ersten Richtung ist.  wherein the width of the implantation filter (6) in the first direction is greater than or equal to the maximum width of the wafer (8) in the first direction.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der lonenstrahl (2) an jeder Position in der zweiten Richtung in der ersten Richtung zwischen einem festen ersten Endpunkt und einem festen zweiten Endpunkt bewegt wird. A method according to claim 1 or 2, wherein the ion beam (2) is moved at each position in the second direction in the first direction between a fixed first end point and a fixed second end point.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der lonenstrahl (2) an jeder Position in der zweiten Richtung in der ersten Richtung zwischen einem ersten Endpunkt und einem zweiten Endpunkt bewegt wird, wobei der erste Endpunkt und der zweite Endpunkt variabel und abhängig sind von der Position in der zweiten Richtung. The method of claim 1 or 2, wherein the ion beam (2) is moved at each position in the second direction in the first direction between a first end point and a second end point, wherein the first end point and the second end point are variable and dependent from the position in the second direction.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der lonenstrahl (2) mit einer wenigstens annähernd konstanten Geschwindigkeit über den Wafer (8) bewegt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ion beam (2) with an at least approximately constant speed over the wafer (8) is moved.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Implantationsfilter (6) ein Energiefilter mit einer strukturierten Filtermembran (18) ist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the implantation filter (6) is an energy filter with a structured filter membrane (18).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Wafer (8) ortsfest angeordnet ist. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the wafer (8) is arranged stationary.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Wafer (8) um seinen Mittelpunkt rotiert. 8. The method of claim 7, wherein the wafer (8) rotates about its center.
9. Vorrichtung, die aufweist: eine Ablenkeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen lonenstrahl (2) in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung abzulenken; 9. Apparatus comprising: a deflector configured to deflect an ion beam (2) in a first direction and a second direction;
ein Implantationsfilter (6);  an implantation filter (6);
eine Halterung (44), die dazu ausgebildet ist, das Implantationsfilter (6) aufzunehmen und in der zweiten Richtung abgestimmt auf eine Ablenkung des lonenstrahls (2) durch die Ablenkeinrichtung zu bewegen.  a holder (44) adapted to receive the implantation filter (6) and to move in the second direction in response to a deflection of the ion beam (2) through the deflector.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, die weiterhin aufweist: The apparatus of claim 9, further comprising:
eine Waferkammer (42) mit einer Implantationsöffnung und einer Waferaufnahme (20, a wafer chamber (42) having an implantation opening and a wafer receptacle (20,
45), 45)
wobei die Implantationsöffnung dazu ausgebildet ist, den lonenstrahl (2) in ein Inneres der Waferkammer (42) zu leiten, und  wherein the implantation opening is adapted to direct the ion beam (2) into an interior of the wafer chamber (42), and
wobei die Waferaufnahme (20, 45) dazu ausgebildet ist, einen Wafer (8) aufzunehmen, und ortsfest ist.  wherein the wafer receiver (20, 45) is adapted to receive a wafer (8) and is stationary.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, 1 1. Apparatus according to claim 9 or 10,
bei der das Implantationsfilter (6) ein Energiefilter mit einer strukturierten Filtermembran (18) ist.  in which the implantation filter (6) is an energy filter with a structured filter membrane (18).
12. Vorrichtung, die aufweist: 12. Device comprising:
eine Waferkammer (42), die eine Waferaufnahme (20, 45) aufweist, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Wafer (8) aufzunehmen; und  a wafer chamber (42) having a wafer receiver (20, 45) adapted to receive at least one wafer (8); and
eine Filterkammer (36), die eine Filterhalterung (44) und eine erste und zweite verschließbare Öffnung aufweist.  a filter chamber (36) having a filter support (44) and first and second closable openings.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die erste und die zweite verschließbare Öffnung jeweils druckdicht verschließbar sind. 13. The apparatus of claim 12, wherein the first and the second closable opening are each closed pressure-tight.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die erste und die zweite verschließbare Öffnung und die Filterhalterung (44) auf einer Linie liegen. 14. The apparatus of claim 12 or 13, wherein the first and the second closable opening and the filter holder (44) lie in line.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Filterhalterung (44) in wenigstens einer Richtung bewegt werden kann. 15. Device according to one of claims 12 to 14, wherein the filter holder (44) can be moved in at least one direction.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Filterhalterung (44) über eine von der ersten und zweiten Öffnung aus der Filterkammer (36) hinaus bewegt werden kann. 16. The apparatus of claim 15, wherein the filter holder (44) can be moved beyond one of the first and second openings of the filter chamber (36).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der die Filterkammer (36) in der Waferkammer (42) angeordnet ist. 17. Device according to one of claims 12 to 16, wherein the filter chamber (36) in the wafer chamber (42) is arranged.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der die Filterkammer (36) außerhalb der Waferkammer (42) angeordnet ist. 18. Device according to one of claims 12 to 16, wherein the filter chamber (36) outside of the wafer chamber (42) is arranged.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der die Waferkammer (42) eine Implantationsoffnung aufweist, wobei die Filterhalterung (44), die Implantationsoffnung und die Waferauf- nahme (20, 45) derart auf einer Linie liegen, dass ein lonenstrahl (2) durch ein in die Filterhalterung (44) eingesetztes Implantationsfilter (6) und die Implantationsoffnung auf einen durch die Waferaufnahme (20, 45) gehaltenen Wafer (8) treffen kann. 19. Device according to claim 17 or 18, in which the wafer chamber (42) has an implantation opening, the filter holder (44), the implantation opening and the wafer holder (20, 45) lying in a line such that an ion beam (2 ) by an implantation filter (6) inserted into the filter holder (44) and the implantation opening can strike a wafer (8) held by the wafer holder (20, 45).
20. Filterkammer (36), die aufweist: 20. Filter chamber (36), comprising:
eine Filterhalterung (44), die dazu ausgebildet ist, ein Implantationsfilter (6) aufzunehmen;  a filter holder (44) adapted to receive an implantation filter (6);
eine erste und eine zweite verschließbare Öffnung.  a first and a second closable opening.
21. Verfahren, das aufweist: 21. A method comprising:
Bestrahlen eines Wafers (8) mittels eines durch ein Implantationsfilter (6) gehenden lo- nenstrahls (2),  Irradiating a wafer (8) by means of a ion beam (2) passing through an implantation filter (6),
wobei der Wafer (8) auf eine Temperatur von mehr als 200 °C beheizt wird.  wherein the wafer (8) is heated to a temperature of more than 200 ° C.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem die Temperatur zwischen 400 °C und 1.000 °C beträgt. 22. The method of claim 21, wherein the temperature is between 400 ° C and 1000 ° C.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem das Implantationsfilter (6) ein Energiefilter mit einer strukturierten Filtermembran (18) ist. 23. The method of claim 21 or 22, wherein the implantation filter (6) is an energy filter with a structured filter membrane (18).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem der Wafer (8) ein Halbleiter- wafer ist, der SiC aufweist, und der lonenstrahl (2) Aluminiumionen aufweist. 24. The method according to any one of claims 21 to 23, wherein the wafer (8) is a semiconductor wafer having SiC, and the ion beam (2) aluminum ions.
25. Halbleiterwafer (8), der aufweist: 25. A semiconductor wafer (8) comprising:
eine erste Oberfläche; und  a first surface; and
einen an die erste Oberfläche angrenzenden oder zu der ersten Oberfläche beabstande- ten Implantationsbereich, der implantierte Teilchen und Defekte aufweist,  an implantation region adjacent to the first surface or spaced from the first surface, having implanted particles and defects,
wobei eine Defektkonzentration in dem Implantationsbereich um weniger als 5% von einer maximalen Defektkonzentration in dem Implantationsbereich abweicht. wherein a defect concentration in the implantation region deviates by less than 5% from a maximum defect concentration in the implantation region.
26. Halbleiterwafer (8) nach Anspruch 25, bei dem die Defektkonzentration in dem Implantationsbereich um weniger als 3% oder um weniger als 1 % von der maximalen Defektkonzentration abweicht. The semiconductor wafer (8) of claim 25, wherein the defect concentration in the implantation region is less than 3% or less than 1% of the maximum defect concentration.
27. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 und 26, bei dem eine Abmessung des Implantationsbereichs in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche größer als 2 Mikrometer, größer als 3 Mikrometer, größer als 5 Mikrometer oder größer als 10 Mikrometer ist. The semiconductor wafer (8) of any one of claims 25 and 26, wherein a dimension of the implantation region in a direction perpendicular to the surface is greater than 2 microns, greater than 3 microns, greater than 5 microns, or greater than 10 microns.
28. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem der Implantationsbereich wenigstens 1 Mikrometer zu der Oberfläche beabstandet ist. The semiconductor wafer (8) of any one of claims 25 to 27, wherein the implantation region is spaced at least 1 micron from the surface.
29. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 bis 28, bei dem ein Verlauf der Defektkonzentration in dem Implantationsbereich wenigstens annähernd proportional zu einem Verlauf einer Konzentration der implantierten Teilchen ist. The semiconductor wafer (8) according to any one of claims 25 to 28, wherein a profile of the defect concentration in the implantation region is at least approximately proportional to a profile of a concentration of the implanted particles.
30. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem die Defektkonzentration in dem Implantationsbereich zwischen dem 1 -fachen und dem 3-fachen einer Konzentration an implantierten Teilchen in dem Implantationsbereich liegt. The semiconductor wafer (8) according to any one of claims 25 to 29, wherein the defect concentration in the implantation region is between 1-fold and 3-times a concentration of implanted particles in the implantation region.
31. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 bis 30, bei dem die Defektkonzentration wenigstens zwei lokale Maxima aufweist, deren Abstand in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche wenigstens 0,5 Mikrometer oder wenigstens 1 Mikrometer beträgt. 31. The semiconductor wafer according to claim 25, wherein the defect concentration has at least two local maxima whose distance in the direction perpendicular to the surface is at least 0.5 micrometers or at least 1 micrometer.
32. Halbleiterwafer (8) nach einem der Ansprüche 25 bis 31 , bei dem die implantierten Teilchen Dotierstoffionen sind. A semiconductor wafer (8) according to any one of claims 25 to 31, wherein the implanted particles are dopant ions.
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