包括能量过滤器和附加加热元件的离子注入装置制造方法及图纸

提供了一种离子注入装置(20)，其包括具有结构化膜的能量过滤器(25)，其中能量过滤器(25)吸收来自离子束的能量而加热，以及用于加热能量过滤器(26)的至少一个附加加热元件(50a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括能量过滤器和附加加热元件的离子注入装置
[0001]本申请要求于2020年5月15日提交的卢森堡专利申请LU 101808的优先权和权益。卢森堡专利申请LU 101808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，以及其注入方法。

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。此类半导体材料的实例包括但不限于硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓、碲化镉、硒化锌。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。已知的现有技术方法中，可使用结构化能量过滤器产生深度分布，其中当单能离子束穿过微结构能量过滤器部件时，单能离子束的能量會被修改。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)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撞击真空殼體中的结构化能量过滤器25。离子束源5例如可以是产生能量为0.3至3.0MeV/离子的离子的高频线性加速器，但这并不限制本专利技术。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/核子之间。在一个具体实施例中，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和50MeV之间，在一个优选的方面，在4和40MeV之间，在优选的方面在8和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，描述了一种由具有不同离子束能量降低特性的材料层制造的能量过滤器。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
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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的膜与框架27的受热部分之间的热应力之外，对能量过滤器25中的膜的加热也会产生热应力。这在图3B中进行了说明，图3B出示由于膜和框架27的热容量不同，较小的膜的升温速度比较大的框架快得多。这种差异导致膜和过滤器之间的热应力，这可能导致机械变形。
[0015]此外，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，并可能导致能量过滤器25中的膜发生机械变形或损坏。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)，具有结构化膜，其中所述能量过滤器(25)吸收来自所述离子束的能量而加热；以及至少一个附加加热元件(50a
‑
d、55a
‑
d、60、70)，其用于加热能量过滤器(25)的。2.根据权利要求1所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述附加加热元件是电阻组件，其通过电触点(50a
‑
d)连接到电导体(55a
‑
d)。3.根据权利要求2所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述电阻组件是能量过滤膜、块状材料(23)或层(21)中的至少一种，特别是所述电阻组件由硅、碳化硅、碳、复合材料或多层材料制成。4.根据上述权利要求中任一项所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述至少一个附加加热元件能量过滤器(25)是外部加热元件(60、70)。5.根据权利要求4所述的离子注入装置(20)，其特征在于，所述外部加热元件是安装在框架(410；510)中的可加热卡盘(60)或外部光源(70)。6.一种在具有离子深度分布的衬底材料(30)中注入离子的方法，其特征在于，包括：
‑
将能量过滤器(25)预热(500)至至少的预定温度，其中所述能量过滤器(25)包括结构化膜；
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通过所述能量过滤器(25)将离子束(10)引导(510)至所述衬底材料(30)达预定的时间长度；和
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冷却(520)所述能量过滤器(25)。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，冷却(520)所述能量过滤器(25)是...

【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：