[发明专利]用于将粒子注入衬底的设备和方法

说明书

用于将粒子注入衬底(12)的设备包括粒子源(2)和粒子加速器(4)，用于产生包括带正电离子的离子束(10)。设备还包括衬底支架(30)和能量过滤器(20)，其设置在粒子加速器(4)和衬底支架(30)之间。能量过滤器(20)是具有预定的结构轮廓的微结构化膜，用于设定在衬底(12)中由注入工艺产生的掺杂物深度分布和/或缺陷深度分布。设备还包括用于离子束(10)的无源制动元件(22)，所述元件设置在所述粒子加速器(4)和衬底支架(30)之间并且与能量过滤器(20)间隔设置。

技术领域

本发明涉及一种用于将粒子注入衬底的设备和方法。

背景技术

为了改变半导体材料的材料特性，例如电导率或载流子寿命，使用高能的离子束。离子的典型的初级能量高于500keV，典型的半导体材料是硅、碳化硅、砷化镓、碲化镉、硒化锌、氮化镓等。然而，借助于高能的离子束也可以改变非半导体材料例如石英玻璃、铌酸锂、磷酸氧钛钾或设置塑料如PMMA的特性。

近年来，市场上创建了一种新的高能注入工艺，即所谓的能量过滤注入。在面向商业的微工程生产工艺中，其构思是利用离子注入(掩蔽或不掩蔽)在半导体或非半导体材料中产生掺杂或点缺陷，其预定深度分布在从几纳米到几十微米的深度范围内。用于离子注入的所谓能量过滤器用于实现这种掺杂深度分布。

在这类系统中，在特殊的离子源中产生的离子通过复杂的高能加速器被带至所需的初级能量。这些系统通常是非常复杂并且占据大量空间。这导致建造所需的建筑物时的高成本和加速器机器的高采购价格。将每种类型的离子束的能够调节至正确的能量值也很复杂，而且通常难以重现。

此外，到目前为止，在大多数情况下使用的用于高能晶圆注入的静电串列加速器或串联加速器中，还必须在低能侧注入负离子。这限制了对于某些元素(例如铝)的可用电流。

发明内容

本发明的目的是提出用于将粒子注入衬底的设备和方法，其是特别紧凑且可靠的。

根据本发明的一个方面，用于将粒子注入衬底的设备包括用于产生带正电离子的离子束的粒子源和粒子加速器，以及衬底支架。此外，所述设备包括能量过滤器，其设置在粒子加速器和衬底支架之间，其中能量过滤器是具有预定的结构轮廓的微结构化膜，用于设定在衬底中的通过注入产生的掺杂物深度分布和/或缺陷深度分布。所述设备还包括用于离子束的至少一个无源制动元件，其中所述至少一个制动元件在粒子加速器和衬底支架之间并且与能量过滤器间隔设置。

通过所述设置，能够有效地从离子束提取能量进而获得用于将粒子注入衬底的期望能量。

在一个优选的实施例中，无源制动元件是平坦的膜。

平坦的膜的厚度优选在0.5μm和100μm之间，更优选在2μm和30μm之间，并且特别优选在4μm和15μm之间。

平坦的膜的材料优选选自如下材料之一：硅、钨、碳、钛。这些材料特别适合于获得高能量耗散以及获得具有高机械稳定性的膜。也可考虑使用复合材料，例如用于获得高制动效率的包含铅的复合材料，或由具有类似热膨胀特性的多个层构成的多层材料。

在一个优选的实施例中，无源制动元件设置在粒子加速器和能量过滤器之间。以这种方式保证，仅能量降低的离子束射到能量过滤器上从而在能量过滤器中仅消耗最大所需功率。无源制动元件和能量过滤器之间的间距优选在0.5cm和50cm之间，更优选在0.7cm和10cm之间，并且特别优选在1cm和2cm之间。

优选地，可枢转地或可滑动地支撑无源制动元件。以这种方式能够使无源制动元件在任意所需时间移动到离子束中或离开离子束。尤其当存在多个无源制动元件时，由此能够以简单的方式调节离子束的期望的能量降低。

一种将粒子注入衬底中的方法，利用上述设备，包括如下步骤：

利用离子源和粒子加速器产生带正电离子的离子束；和