Neuartige Methode zur ladungsunabhängigen Dosismessung bei Ionenimplantation

Abstract:
Moderne Verfahren der Ionenimplantation, wie etwa der Microdegrader-Fertigungsprozess sind Schlüsseltechnologien für die Produktion hocheffizienter Leistungshalbleiterbauelemente. Infolge der komplexen Änderung des ursprünglich definierten Ladungszustandes sind konventionelle, allein auf der Messung der Ionenladung beruhende, Konzepte zur Ionenstrahldiagnostik nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit anwendbar. Daran anknüpfend werden in dieser Arbeit LET-abhängige, ionenstrahlinduzierte Modifikationen von Polymeren im Hinblick auf den Einsatz in der Prozesskontrolle bei der Ionenimplantation systematisch untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung potenzieller Sensormaterialien im Hinblick auf die Entwicklung eines ladungsunabhängigen In-situ-Sensors für die Prozesskontrolle bei Hochenergie-Ionenimplantationen. Dafür wurden 12 MeV N(exp 4+)-Ionen mit Dosen zwischen 1 x 10¹² cm(exp −2) und 1 x 10¹³ cm(exp −2) mit und ohne Microdegrader in Polycarbonat (PC) und Glykol-modifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG) implantiert. Es wurde mit Stromdichten von bis zu 14 nA/cm² implantiert, was einer Implantationszeit von ~10 min für die Zieldosis von 1 x 10¹³ cm(exp −2) auf einem 6“ Wafer entspricht. Der spektrale Transmissionskoeffizient und die Volumendegradation wurden als die beiden vielversprechendsten Messgrößen für die indirekte Bestimmung der Ionendosis ausgewählt. Die grundsätzliche Einsatzfähigkeit der jeweiligen Polymer-Messmethoden-Paarung wurde anhand der Zielvorgabe für die Dosisgenauigkeit von ±5 % evaluiert. Eine etwaige Kombination mehrerer Sensormaterialien für die Erschließung eines breiteren Dosisband wird diskutiert. Darüber hinaus wurde der Einfluss der limitierten Transmission des Microdegraders und der funktionsbestimmenden Änderung der Energieverteilung auf die Materialmodifikationen und Dosisrichtigkeit betrachtet. Geplante weitergehende Untersuchungen werden vorgestellt.