具有附加热能耗散表面区域的能量过滤器的离子注入装置制造方法及图纸

一种离子注入装置(20)，包括能量过滤器(25)，能量过滤器(25)具有热能耗散表面区域，其中能量过滤器(25)包括膜，膜包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面，第一表面是结构化表面。结构化表面。结构化表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有附加热能耗散表面区域的能量过滤器的离子注入装置
[0001]本申请要求于2020年5月15日提交的卢森堡专利申请LU 101807的优先权和权益。卢森堡专利申请LU 101807通过引用将其全部内容并入本文。


[0002]本专利技术涉及一种用于离子注入装置的设备，该设备包括用于离子注入的能量过滤器(注入过滤器)及其用途，以及一种注入方法。

技术介绍

[0003]离子注入是一种在材料(如半导体材料或光学材料)中掺杂或产生缺陷分布的方法，其可将深度分布预定义在几纳米至几十微米的深度范围内。这种半导体材料的实例包括但不限于硅、碳化硅、氮化镓。这种光学材料的实例包括但不限于LiNbO3、玻璃和PMMA。
[0004]当前所面临的需求包括为离子注入生成深度分布，其深度分布要比通过单能离子辐射可获得的掺杂浓度峰值或缺陷浓度峰值的深度分布更宽，或者需求包括生成掺杂或缺陷深度分布，且这些掺杂或缺陷深度分布不能由一个或几个简单的单能注入就生成。已知的用于产生深度分布的现有技术方法中，使用结构化能量过滤器，其中当单能离子束穿过微结构能量过滤器部件时，单能离子束的能量被修改。由此生成的能量分布将导致对于材料的离子深度分布的生成。例如，在欧洲专利号:Nr.0014516B1(Bartko)或美国专利申请号:US2019/122850A1中就对此进行了描述。
[0005]如图1所示，其为这种离子注入装置20的示例，其中离子束10撞击结构化能量过滤器25。离子束源5也可以是回旋加速器、串联加速器或单端静电加速器。在其他方面，离子束源5的能量在0.5和3.0MeV/核子之间，或者优选在1.0和2.0MeV/核之间。在一个具体方面，离子束源产生能量在1.3和1.7MeV/核子之间的离子束10。离子束10的总能量在1与50MeV之间，在一个优选的方面，在4与40MeV之间，在优选的方面，在8与30MeV之间。离子束10的频率可以在1Hz和2kH之间，例如在3Hz和500Hz之间，在一个方面，在7Hz和200Hz之间。离子束10也可以是连续的离子束10。离子束10中的离子的实例包括但不限于铝、氮、氢、氦、硼、磷、碳、砷和钒。
[0006]在图1中，可以看出，能量过滤器25由右侧具有三角形横截面形状的膜制成，但这种类型的形式并不限制本专利技术，也可以使用其他横截面形式。由于上离子束10
‑
1通过能量过滤器25的区域25
min
，其是能量过滤器25的膜中的最小厚度，因此上离子束10
‑
1通过能量过滤器25时能量几乎没有减少。换句话说，如果上离子束10
‑
1在左侧的能量为E1，则上离子束10
‑
1在右侧的能量将具有实质上相同的值E1(即仅由于膜的阻止功率，导致离子束10在膜中仅有少许的能量损失)。
[0007]另一方面，下离子束10
‑
2穿过能量过滤器25的区域25
max
，其是能量过滤器25的膜中的最厚处。在左侧的下离子束10
‑
2的能量E2基本上被能量过滤器25吸收，因此在右侧的下离子束10
‑
2能量会减小，并且低于上离子束的能量，即E1＞E2。如此一来，与能量较低的下离子束10
‑
2相比，能量较高的上离子束10
‑
1能够穿透衬底材料30，并达到更大的深度，从
而导致作为晶圆一部分的衬底材料30会有不同的深度分布。
[0008]如图1的右侧所示，其为所述深度分布。散列三角形区域显示在d1和d2之间的深度处的离子穿透衬底材料。高斯曲线显示了不使用能量滤波器25的深度分布，并且在d3深度处具有最大值。应当理解，深度d3大于深度d2，此是因为离子束10
‑
1的一些能量被能量过滤器25吸收。
[0009]在现有技术中，有许多已知的原理可用来制造能量过滤器25。通常，能量过滤器25由块状材料制成，能量过滤器25的表面可被刻蚀以产生所需的图案，例如图1中所示的三角形截面图案。在德国专利DE 102016106119 B4(Csato/Krippendorf)中，描述了一种能量过滤器，由具有不同离子束能量降低特性的材料层制成。在Csato/Krippendorf的专利申请中，其描述能量滤波器所产生的深度轮廓将取决于材料层的结构以及表面的结构。
[0010]在申请人的共同未决申请DE 102019120623.5中，显示了另一种结构原理，其细节通过引用并入本文，其中能量过滤器包括间隔开的微结构层，其通过垂直壁连接在一起。
[0011]对于可通过能量过滤器25吸收的离子束10来说，其最大功率取决于三个因素：能量过滤器25的有效冷却机制；制备能量过滤器25的膜的热机械性能以及制备能量滤波器25的材料选择，其也是有相关的。在典型的工艺中，大约50％的功率被能量过滤器25吸收，但这可以根据工艺条件上升到80％。
[0012]图2中显示了能量过滤器的一个示例，其中能量过滤器25由安装在框架27中的三角形结构膜制成。在一个非限制性示例中，能量过滤器25可以由单片材料制成，例如绝缘体上的硅，其包括绝缘层二氧化硅层22，其例如夹在硅层21(其典型厚度为2至20微米，但也可高达200微米)和块状硅23(约400微米厚)之间，且绝缘层二氧化硅层22包括0.2
‑
1微米的厚度。结构化的膜例如可由硅制成，但也可以由碳化硅或其他碳基材料或陶瓷制成。
[0013]为了针对离子束10的给定离子电流，欲进行对离子注入工艺中的晶圆吞吐量的优化，从而达到有效地使用离子束10，优选地，可以仅照射能量过滤器25的膜，而不照射框架27，其中膜是处在固定位置。实际上，框架27的至少一部分也可能受到离子束10的照射，并因此被加热。框架27也确实有可能完全地被照射到。用来形成能量过滤器25的膜会被加热，但由于膜很薄(即在2微米和20微米之间，但也可高达200微米)，因此具有非常低的导热性。膜的尺寸会在2x2 cm2和35x35 cm2之间，并可对应于晶圆的尺寸。膜和框架27之间几乎没有热传导。因此，整体框架27不会在膜的冷却方面有贡献，膜的唯一相关冷却机制是来自膜的热辐射。
[0014]除了在形成能量过滤器25的膜的与框架的受热部分之间的热应力之外，对能量过滤器25中的膜的局部加热也会产生热应力。由于仅在膜的部分有吸收来自离子束10的能量，对膜的局部加热也会导致膜内产生热应力，并可能导致膜25的机械变形或损坏。膜的加热也会在很短的时间内发生，即不到一秒，通常在毫秒量级。膜的未辐射部分产生的冷却效应将导致能量过滤器25内的温度梯度。这种冷却效应对于脉冲离子束10和扫描离子束10尤其明显，甚至会导致材料的意外改质(此是由于将物种注入而导致)。
[0015]在过去，通过规定在合规的最大离子剂量下使用的安全操作条件，已经克服了缺陷或材料修改的问题，在该条件下不会出现该问题。然而，机械变形和膜损坏的长期影响没有得到解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种离子注入装置(20)，其特征在于，包括能量过滤器(25)，其中所述能量过滤器(25)具有热能耗散表面区域，其中所述能量滤波器(25)包括膜，其具有第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面，所述第一表面是结构化表面。2.根据权利要求1所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述第一结构化表面或所述第二表面具有在其上的微结构，并且形成附加的热能耗散表面区域，其中所述微结构的空间尺寸在所述第一结构表面上的结构的空间维度的3
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5％之间。3.根据权利要求2所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述微结构具有随机排列的结构或具有三角形横截面的结构中的其中一个。4.根据权利要求1所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述能量过滤器(25)包括多个膜(400a
‑
c)，所述多个膜具有第一膜(400a
‑
1c)以及与第一膜(400a
‑
1c)隔开一距离设置的另一膜(400b
‑
c)。5.根据权利要求4所述的离子注入装置(20)，其特征在于，还包括离子束源(5)、衬底材料(30)和设置在所述离子束源5和所述衬底材料(30)之间的多个膜400a
‑
c。6.根据权利要求4或5所述的离子注入装置(20)，其特征在于，还包括定位元件(430)，其用以移动所述多个膜(400a
‑
c)中的其之间的间隔。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：弗洛里安，
申请(专利权)人：MI二工厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：