DE2749593A1

DE2749593A1 - Verfahren und einrichtung zur messung der ionenimplantationsdosis

Info

Publication number: DE2749593A1
Application number: DE19772749593
Authority: DE
Inventors: James Anthony Cairns; Allen Lurio; James Francis Ziegler
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-11-05
Publication date: 1978-06-22
Also published as: FR2374738A1; US4110625A; GB1544008A; JPS5376759A; FR2374738B1

Description

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Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Verfahren und Einrichtung zur Messung der Ionenimplantation -dosis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Dosis bei Ionenimplantation.

Die Ionenimplantation wird gerne zur Einführung von Dotierungsstoffen ("Verunreinigungen") in Substrate verwendet, da es sich dabei um eine "kalte" Technologie handelt (bei der anders als im Fall der Diffusion keine für das Material schädliche Wärmebehandlung erforderlich ist) und da auf diese Weise reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden. So hergestellte Geräte sind selbst dann im wesentlichen reproduzierbar, wenn sich der Ionenfluß im Strahl wesentlich mit der Zeit ändert, vorausgesetzt, daß der Strom genau gemessen werden kann, und damit die gesamte implantierte Dosis bekannt ist. Bisher ist es jedoch schwierig, den Strahlstrom für sehr geringe Mengen

12 2 implantierter Verunreinigungen (Dosen ^10 Atome/cm ) zu messen, da in diesem Fall der Strom in der Größenordnung von 10~ Am-

pere liegt. Beispielsweise sind solche geringen Dosen erforderlich, um die Schwelle eines Feldeffekttransistors zu verschieben .

i In anderen Anwendungen sind wiederum sehr hohe Verunreinigungs-j Dosen erforderlich. Einige Beschleunigungseinrichtungen, die für die Ionenimplantation verwendet werden, liefern Ströme von mehr als 10 Ampere, wenn sehr große Mengen von Iroplantierungsmaterial erforderlich sind. Ein ladungsneutraler Strahl wird erhalten, wenn in den Strahl selbst Elektronen eingegeben werden, die verhindern, daß sich der Strahl infolge von Raumladungseffekten aufweitet. Bei diesen Implantierungsvorgängen [mit sehr hohen Strömen können die in den Strahl eingeführten

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Elektronen die Messung der Gesamtdosis jedoch verfälschen. ;

Kürzlich wurde in der Literatur das Problem der Reproduzierbar-^ keit der Dosis implantierter Ionen angesprochen und vorgeschla-t gen, die räumliche Position des Strahls auf dem Substrat mit der Messung des jeweiligen aktuellen Stroms, der auf die Probe ' fällt, zu messen, um damit Korrekturen für solche Gebiete an- ^: zubringen, die eine zu geringe Dosis erhalten haben. Außerdem wurde in der Literatur vorgeschlagen, durch laufende Messung \ der Substrattemperatur die Reproduzierbarkeit der Herstellung j von Halbleiterschaltungen mit Ionenimplantation zu verbessern. ;

Die Untersuchung von Röntgenstrahlen, die als Folge des Aufpralls von beschleunigten Ionen auf ein Substrat erzeugt werden, ist in folgenden beiden Artikeln theoretisch behandelt:

1. W. Beezhold et al in Applied Physics Letters, 21, 592 (1972), wo ein Ladungsaufbau auf einer isolierenden Oberfläche mit ! Hilfe von Röntgenstrahlen untersucht wird, die durch Borabar- . j dierung mit H und He erzeugt werden. j

2. H. Kamada et al in "6th Conference on X-ray Optics and Micronanalysis", Seite 541, University of Tokyo Press 1972, beschreiben die spektrochemische Analyse durch Untersuchung von niederenergetischen Röntgenstrahlen, die durch Ionenaufprall j erzeugt werden. j

Die vorliegende Erfindung stellt sich vor diesem Hintergrund ' die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mit ■ der eine laufende Messung und überwachung der Dosis von implantierten Ionen möglich ist und die zu diesem Zweck die Röntgenstrahlung ausnützt, die von den aufprallenden Ionen oder dem Substrat ausgesandt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete rfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Jnteransprüchen enthalten.

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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Implantationsdosis mit Hilfe von Röntgenstrahlen gemessen werden kann, die durch Wechselwirkung zwischen den Ionen und dem Festkörper beim Aufprall erzeugt wird. Es können dabei Röntgenstrahlen ausgenutzt werden, die entweder von den Ionen oder von dem Substrat ausgesendet werden. Die Anzahl der erzeugten Röntgenstrahlen kann in Beziehung zur Anzahl der auffallenden Ionen gesetzt werden, um damit zu bestimmen, wieviele Ionen in das Substrat implantiert wurden. Werden die Röntgenstrahlen gemessen, die von den Atomen des Substrats selbst ausgesandt werden, genügt ein einziger Detektor, um die Implantierungsdosis von verschiedenen Ionen zu messen.

Es wurden Ionenstrahlen mit B -, P - oder As -Ionen in Si innerhalb eines Ionenenergiebereichs von 20 KeV bis 2800 KeV implantiert und anschließend die Zahl der ausgesandten Röntgenstrahlen mit dem vom Zähler abgedeckten Raumwinkel und der auf den Probekörper auffallenden Ladung in Korrelation gesetzt. Insbesondere wurde festgestellt, daß die Röntgenlinie Si(L) bei 134 S für die Zwecke der Erfindung besonders intensiv ist.

Das Meßprinzip nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere

12 2 für sehr geringe Ionendosen, d.h. im Bereich von^, 10 /cm vorteilhaft, wo keine Ladungsintegration möglich ist und weiterhin für neutrale Implantationsstrahlen mit Strömen von mehr als ungefähr 2 Milliampere. Mit Hilfe der Erfindung können j große Mengen von Halbleiterschaltungen mit im wesentlichen j reproduzierbaren Betriebscharakteristiken erzeugt werden, beispielsweise Bipolar- oder Feldeffekttransistoren in integrierter Technologie auf Siliciumbasls.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigen:

Flg. 1 in den Teilfiguren 1A und 1B ein herkömmliches

System, in das die Erfindung eingebaut werden -kann.

Fig. 1A die wesentlichen Merkmale eines Ionenbeschleunigers zur Erzeugung und Implantierung von Ionen in einem Probekörper,

Fig. 1B Einzelheiten der Implantationskammer,

mit einem Durchflufiproportlonal-Zähler zur Messung von Röntgenstrahlen, die in einem Probekörper entstehen, wenn darin Ionen aus einem Beschleuniger nach Fig. 1A implantiert werden.

Fign. 2 und 3 graphische Darstellungen der tatsächlich

gemessenen Daten von emittierten Röntgenstrahlen, ausgedrückt als Anzahl der Röntgenereignisse pro Millisteradian und pro Mikrocoulomb, als Funktion der Ionenenergie bei der Implan-

' tierung von As⁺, B⁺ und P⁺; die Daten in Fig. j2

gelten für Röntgenstrahlen mit relativ großer

j Energie» Fig. 3 für solche mit relativ ge-

ringer Energie.

Fig. 4 das Reflexionsvermögen als Funktion der Winkelabweichung vom streifenden Einfall, bei ! Röntgenstrahlen, dl· an einem Silberfilm re-

flektiert werden,

Fig. 5 eine Einrichtung zur Auswahl der zu messenden Röntgenstrahlen, z.B. zur bevorzugten

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Auswahl der Si (L)-Röntgenlinie anstelle der Si(K) Linie,

Fig. 6 eine Einrichtung mit einem Röntgendetektor,

der besonders für langwellige Röntgenwellen geeignet ist,

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Systems mit dem so

wohl der Auftreffort als auch die Ionendosis bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen gesteuert werden kann, beispielsweise für den Fall der Emitterregion eines bipolaren Transistors oder der Gateregion eines Feldeffekttransistors.

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Beschleunigungseinrichtung nach dem Stande der Technik, mit der eine Ionenimplantation in einen Probekörper erfolgen kann. Die Grundelemente dieser Einrichtung umfassen eine Ionenquelle 12, die am Ende 13 einer Beschleunigungseinheit 14 angebracht ist. Die Ionen 15 treten aus der Beschleunigerröhre 14 aus und durchlaufen einen Magneten 16, in dem sie entsprechend ihrem Impuls sortiert Werden. Der aus dem Analysiermagneten 16 austretende Ionenstrahl 17 durchläuft dann ein Ablenksystem mit Horizontalablenkstufe 18-1 und 18-2 und Vertikalablenkstufe 20-1 und 20-2. Der Ionenstrahl 30 wird nach dem Austritt aus den Ablenkplatten auf den Probekörper 32 gegeben, der auf einer Platte 34 innertialb des Aufbaus 36 angebracht ist.

bie während der Bombardierung der Siliciumscheibe mit Ionen vom Typ B , P und As bei Energien von 20 bis 2800 KeV er-

zeugten Röntgenstrahlen wurden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung experimentell untersucht.

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Die Versuchsanordnung im Bereich des Probekörpers ist in j Fig. 1B genauer dargestellt. Der Ionenstrahl 30 gelangt durch i die öffnung 31-1 in einer geerdeten metallischen Kollimator- i platte 31-2 in einen langen Faradaybecher 38 und trifft auf den Probekörper 32 auf. Der Probekörper 32 auf der Befestigung 34 ist um 45° zum Strahl geneigt, damit keine Kanalisierung der Ionen im Gitter des Probekörpers erfolgt, und da- : mit die Röntgenstrahlen 40 in den Detektor 42 gelangen können. ' Der Probekörper 32 ist über die Verbindungsleitung 34-3 und ! den Ladungsmesser 34-2 mit Masse 34-1 verbunden; der Ladungs- ' messer 34-2 kann z.B. ein Stromintegrator sein. j

Der Detektor 42 für die ausgesandten weichen Röntgenstrahlen j enthält ein Durchflußproportional-Zähler mit Eintrittsfenster ι 44 aus 1 Mikrometer dickem gespanntem Polypropylen und einer j leitenden Aluminiumschicht auf der innerhalb des Detektors 42 j liegenden Oberfläche. Ein derartiger Detektor ist beispiels- i weise in dem Artikel J. A. Cairns et al, Nucl. Instr. and j Math., 88 239 (1o70) beschrieben. Das Fenster 44 ist ausrel- j chend dünn, damit die Si(L) Röntgenlinie mit einer Energie j von 91 eV noch leicht durchgelassen wird. Eine nicht gezeigte Reihe von Filtern kann vor dem Detektor 42 angebracht werden, da der tatsächlich auftretende Röntgenfluß über mehrere Größenordnungen variieren kann, und zwar in Abhängigkeit vom Ionenstrom und dem Streuquerschnitt für Röntgenstrahlen. Die Filter können auch Öffnungen aufweisen, mit denen der Raumwinkel des Detektors 42 von ungefähr 0,05 msr bis 22 msr (Millisteradian) verändert werden kann. Als Detektorgas wird zweckmäßigerweise Methan plus Argon verwendet, das mit Attnosphärendruck oder geringerem Druck und einem Durchsatz von ungefähr einem Liter pro Stunde strömt. Die Spannung am Detektor kann beispielsweise im Bereich von 2 bis 2,2 kV eingestellt werden.

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Das hier verwendete Polypropylenfenster 44 mit einer Dicke von einem Mikrometer hat die meisten der schweren Ionen mit einer Energie von weniger als 500 KeV daran gehindert, in die aktive Region des Detektors 42 einzudringen. Für energiereichere Ionen war es erforderlich, dem Eingangsfenster des Detektors eine weitere Schicht Polypropylen hinzuzufügen. Durch diese zusätzliche Schicht verringerte sich die Anzahl der gemessenen Si(L)-Röntgenstrahlen. Bei diesen Energien war jedoch die Ausbeute an der höher energetischen Linie Si(K) durch die zweite Schicht nicht wesentlich beeinträchtigt und reichte für die meisten Meßvorgänge voll aus.

Für Ionenstrahlen mit mehr als 300 KeV wurden Meßdaten auch mit einem Si(Li) Detektor aufgenommen. Die Linien As(L), Si(K) und P(K) wurden alle deutlich aufgelöst und erlaubten die Extrapolation der nicht aufgelösten Daten des Durchflußproportional -Zählers. Der Durchflußproportional-Zähler trennte diese hochenergetischen Röntgenstrahlen von dem Si (L)-Linien.

Kurven der Röntgen-Ausbeute als Funktion der Ionenenergie für Ionenstrahlen vom Typ B , P und As sind in den Fign. 2 und 3 dargestellt. Diese Ausbeuten für den Fall dicker Probekörper können nicht ohne weiteres auf Streuquerschnitte umgerechnet werden, da sowohl die Selbstabsorption des Siliciums !für seine eigene Si (L)-Röntgenlinie und das Bremsvermögen der schweren Ionen in Silicium nicht genügend bekannt sind. Die Tatsache, daß keine absoluten Streuguerschnitte verfügbar !sind, beeinträchtigt das hier vorgeschlagene Meßverfahren mit Röntgenstrahlen zur überwachung der Ionendosis weder für den Fall großer Ströme noch bei Verwendung geringer Implantier ungs dosen. In beiden Fällen kann die Röntgenausbeute mit der Ionendosis bei mäßigen Strömen (ungefähr 1 Mikroampere) korreliert und danach die Röntgenausbeute bezüglich des tatsächlichen Implantierungsstroms kalibriert werden. Für große

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Ströme muß die öffnung des Detektors 42 verringert werden, damit die Zählrate unter einem Niveau von 5000 pro Sekunde liegt und keine Aufstaueffekte auftreten.

In Fig. 2 sind durch die Kurven 50, 52, 54 und 56 die Meßdaten als Anzahl der festgestellten Röntgen-Ereignisse pro Millisteradian und pro Mikrocoulomb der von dem Probekörper aufgenommenen Ladung dargestellt. Die Kurven gelten für die Linien Si(K) aus (As⁺ - Si), P(K) aus (P⁺ - Si), As(L) aus (As⁺ - Si) und Si(K) aus (P⁺ - Si).

Die Kurven 60, 62 und 64 in Fig. 3 geben die entsprechenden Meßwerte für Si(L) aus (B⁺ - Si), Si(L) aus (As⁺ - Si) und Si(L) + P(L) aus (P⁺- Si). Es handelt sich hier um Ausbeuten !eines dicken Probekörpers, da die Ionenstrahlen innerhalb des 'Probekörpers gestoppt wurden. Da die Selbstabsorption der Röntgenlinie Si(L) durch das Silicium nicht bekannt ist, können diese Ausbeuten nicht als Streuquerschnitte aufgefaßt werden.

Die Messung der Ionendosis ist insbesondere für die Fälle Jsehr geringer und sehr hoher Ionenstrahl-Ströme vorteilhaft.

—9

Sehr geringe Ströme, d.h.^, 10 Ampere mit Ionenimplantationsdosen unterhalb 10 cm eignen sich zum Verschieben und Einstellen der Schwellwerte von Feldeffekttransistoren, sind andererseits aber infolge des Rauschens sehr fehleranfällig. ! _3

Sehr hohe ströme („<,10 A) werden zur Herstellung von bipolaren Emittern verwendet, wobei die Ströme durch Injektion !von Elektronen neutralisiert werden, so daß keine Aufweitung des Strahls durch Raumladungseffekte auftritt. Die Anwesenheit der Elektronen beeinträchtigt jedoch die Genauigkeit der Si-Einrichtung, die auf dem Prinzip der Ladungsintegration !beruht.

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- Vr -

tt.

Während der Ionenimplantation können Strahlungsschaden am Silicium auftreten, die sich auf die Ausbeute der Si(L)-LInIe auswirken können. Dieser Effekt ist jedoch nicht sehr wahrscheinlich, da die Selbstabsorption des Silicium für die Si(L)-Röntgenlinie durch geringe Änderungen der Bindungsenergien nicht wesentlich beeinflußt werden dürfte.

Für die hier interessierenden Dosen bei normaler Ionenimplantation in Silicium, d.h. Dotierungskonzentrationen von^.1% ist nicht zu erwarten, daß die Dosis Auswirkungen auf die Röntgenausbeute hat. Die für die Erfindung besonders wichtigen Röntgenstrahlen sind die des Siliciumssubstrats,und diese ändern sich in ihrer Ausbeute solange nicht, bis Dotierungsniveaus

20 2

von deutlich mehr als 5 χ 10 Ionen pro cm erreicht werden, also ein Wert, der für normale Ionenimplantation ungewöhnlich hoch ist.

Fig. 3 zeigt, daß die Ausbeute der Si (L)-Linie bei Energien von 50 KeV sehr groß ist. Als Beispiel sei der sehr geringe Strom von 0,1 Nanoampere in einem As -Strahl von 50 KeV be-

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trachtet, d. h. ein Strom von 6 χ 10 Atomen/Sekunde; bei dieser Strahlstärke wird das Rauschen des Beschleunigers schon merkbar. Dieser Implantationsstrom erzeugt aber schon leine Si(L)-Röntgenausbeute von 440 Zählern/Sekunde bei einem Detektorraumwinkel von 22 Millisteradian.

|Ein Durchflußproportional-Zähler besitzt eine relativ geringe Energieauflösung. Die Messung der Röntgenstrahlen des Implantationsprozesses wird daher beträchtlich erleichtert, wenn Röntgenfilter verwendet werden, die entweder nur die langen oder die kurzen Wellenlängen durchlassen. Die Wirkungsweise dieser Filter beruht auf der starken Wellenlängenabhängigkeit des Spiegel-ReflexionsVermögens der Metalle für Röntgenstrahlen. Diese Abhängigkeit ist in Fig. 4 für das Reflexionsver-

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mögen von Röntgenstrahlen bei verschiedenen Wellenlängen an einer Silberschicht dargestellt. Die Anwendung dieser Eigenschaft in einem DurchlaBfliter für lange Hellenlängen ist in Fig. 5 dargestellt.

Die Kurven 70, 72, 74, 76, 78 und 80 in Fig. 4 sind Beispiele für typische Literaturdaten des Reflexionsvermögens von Röntgenstrahlen, z.B. der As(L)-Linie (Kurve 78) oder der B(L)-Linie (Kurve 72) an einer Silberschicht. Die Kurve 70 für die ausgesandten Sl(L)-Linien ist deutlich von Kurve 80 für die Si(K)-LInIe zu unterscheiden.

Fig. 5 zeigt eine gleiche Anordnung wie in Fig. 1B aus Ionenstrahl 30, Probekörper 32, ausgesandten Röntgenstrahlen 40 und Detektor 42. Eine zylindrische Quarzröhre 84 ist auf ihrer Innenseite mit einer Silberschicht 82 belegt. Die Quarzröhre 84 ist koaxial zwischen dem Probekörper 32 und dem Detektor 42 in Richtung der ausgesandten Röntgenstrahlen angeordnet. An der Ausgangsöffnung hindert eine Abschirmung 86 die vom Probekörper 32 einfallenden Röntgenstrahlen daran, direkt zum Detektor 42 zu gelangen. Der Einfallswinkel wird mit Hilfe der Parameter von Fig. 4 so gewählt, daß das Reflexionsvermögen der bestimmten im Detektor 42 zu messenden Röntgenstrahlen ein Maximum hat. Diese Anordnung eignet sich besonders zur Messung von langwelligen Röntgenstrahlen und zur Verminderung der Anzahl der kurzwelligen Röntgenstrahlen, die den Detektor erreichen. Solange kurze Wellenlängen selektiv durchgelassen werden, braucht nur der Zylinder 84 durch jeine Berylliumfolie mit einer Dicke von 25 Mikrometer ersetzt zu werden, die zwischen dem Probekörper 32 und dem Detektor I42 angeordnet wird.

|Der Durchflußproportional-Zähler kann auch durch ein Elektro-

nenvervielfächer ersetzt werden, dessen Kathode für den Be-

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reich weicher Röntgenstrahlung eine ausreichende photoelektrische Ausbeute aufweist. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Die hierfür notwendige Elektronik ist einfacher und die Vakuumeigenschaften besser als im Fall eines Durchflußproportional-Zählers. In Fig. 6 ist ein Detektor 90 dargestellt, der besonders für langwellige Röntgenstrahlen geeignet ist. Er umfaßt eine Kammer 92A, in der eine Spiegelfläche 94 aus Silber angeordnet ist. Ein abnehmbares Eingangsfenster 96 aus Polypropylen ist für Röntgenstrahlen 40 durchlässig, die in die Kammer 92A gelangen und an der Silberfläche 94 reflektiert werden. Das Fenster 96 verhindert, daß aus dem Probekörper 32 herausgelöste Atome auf den Spiegel 94 gelangen. Ein Röntgendetektor 98 nach dem Prinzip eines Kanal-Elektronenvervielfachers ist in Kammer 92B angeordnet und vom Spiegel 94 durch ein Gitter 100 getrennt, das alle Ionen abhält, die zusammen mit den zu messenden Röntgenstrahlen ankommen. Der Detektor 98 ist im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in dem Artikel C. S. Weller et al, Applied Optics, VoI, 9, Seite 505, 1970 beschrieben. Er arbeitet nach dem Prinzip der photoelektrischen !Elektronenemission. Der entstehende Strom hängt genau von 'der Anzahl der auftreffenden langwelligen Röntgenstrahlen ab.

Fig. 7 zeigt in schematischer Weise ein Steuersystem 100 für die Ionenimplantation bei der Herstellung von Halbleiterjschaltkreisen. Es umfaßt eine bewegliche Halterung 102 für ί den Probekörper mit beispielsweise zwei montierten Silicium-

I Probekörpern 104 und 106. Ein Ionenstrahl 108 wird zur Imi
plantation auf den Körper 1Ο4 gelenkt. Die Röntgenstrahlen 110 aus dem Probekörper gelangen zum Detektor 112 der für jedes registrierte Röntgenquand einen Stromimpuls auf die Leitung 116 an einen Einkanalanalysator 118 abgibt. Ein einstellbarer Zähler 122 wird von dem Analysator 118 über die Verbindung 120 gesteuert. Ein Schrittmotor 124 wird von dem

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AS

Zähler 122 über die Verbindung 126 beaufschlagt. Nach dem eine vorgegebene Anzahl N von Ausgangsimpulsen registriert sind, gibt die Steuerungseinrichtung 124 für den Schrittmotor über die Verbindung 128 ein Signal an den Schrittmotor 130, der seinerseits über die Achse 132 die Probehalterung 102 so dreht, daß der Probekörper 106 anstelle des Körpers 104 in den Ionenstrahl 108 gelangt. Bei den Halbleiterkörpern 104 und 106 kann es sich beispielsweise um eine Vielzahl von identischen Bipolar- oder Feldeffekttransistoren handeln, in denen die Emitterregionen, bzw. die Gateregionen durch Ionenimplantation hergestellt werden.

Die im folgenden angegebene Tabelle I glut: für die verschiedenen ausgesandten Röntgenstrahlen Wellenlänge und Energie an.

TABELLE I	Energie
λ_	91.5
113 8	1282
31 8	119
104 8	2013
6.2 8	184
67 8	1740
7.1 8

Wellenlänge

Anhand der Kurve 62 aus Fig. 3 soll nun der Fall beschrieben werden, daß As⁺-Ionen in Silicium implantiert werden. Für As⁺-Ionen mit einer Energie von 100 KeV ergibt sich aus Kurve 62 für die Anzahl der Röntgenquanten pro Millisteradian

pro Mikrocoulomb ungefähr 4 χ 10 . Bei einer Dosis von 10 I ο 15

Ionen/cm im Probekörper, bei 4 χ 10 Ereignissen, und der

18 Umrechnung 1 Coulomb gleich 6,25 χ 10 Elernentarladungen

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ergibt sich der Wert 4,5 χ 10 Röntgenquanten.

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Bisher wurden die während der Ionenimplantation auftretenden Si (L)-Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge von 134 8 nicht untersucht, da sie so energiearm sind, daß sie nur in einem sorgfältig konstruiertem Durchflußproportional-Zähler gegenüber dem eigenen Rauschen des Zählers unterschieden werden können. Die Ionenimplantation wird normalerweise im Energiebereich von 30 bis 250 KeV durchgeführt, wo hochenergetische Röntgenstrahlen, z.B. die Si(K)-Linie, so geringe Ausbeuten haben (gemessen in Röntgenquanten/Ion), daß angenommen wurde, zur Messung der Implantationsdosis stünde nicht genug j Röntgenstrahlung zur Verfügung.

Es wurde nachgewiesen, daß die Ausbeute an Si(L)-Röntgenstrahlen, deren Erzeugung durch Bombardierung mit schweren Ionen noch nicht berechnet werden kann, tatsächlich in großer Menge erfolgt. Frühere Röntgenmessungen mit dem Ziel der Unter-* suchung von Siliciumspektren wurden durch Beschüß mit Elektronen oder Photonen angeregt und können so nicht auf den Fall einer Anregung mit schweren Ionen übertragen werden. Diese niederenergetische Röntgenstrahlung hängt nicht von der Ladung (oder Neutralität) des einfallenden Ions ab. Sie ist gleich für einfallende neutrale und vielfachionisierte Teilchen, wie es hier nachgewiesen wurde.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden diese niederenergetischen Röntgenstrahlen zusammen mit geeigneten Filtern verwendet, beispielsweise einem Spiegel und einer Polypropylen-¹ schicht von einem Mikrometer Dicke, um damit die Si(L)-Rönt- j genstrahlung zur Messung der Anzahl der auffallenden Implantationsionen verwenden und um damit reproduzierbare Halblei- | terschaltungen zu erzeugen. j

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Besitzt der einfallende Ionenstrahl eine hohe Energie, d.h. größer ungefähr 300 KeV, so kann zur Messung der Ionendosis auch die Röntgenstrahlung des einfallenden Ions verwendet werden, z.B. die Strahlen P(K), B(K), As(L) oder die Linie Si(K) des Siliciums.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Messung der Dosis von Ionen, die nach Beschleunigung durch ein elektrisches Feld in einen Probekörper, z.B. einen Halbleiter, implantiert werden, ; dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität ausgewähl- ! ter, bei der Implantation erzeugter Röntgenlinien gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Probekörper Silicium und als Ionen eine der Klassen As⁺, B⁺ oder P⁺ verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Intensitätsmessung die Röntgenlinien Si(L) und/oder Si(K) ausgewählt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Intensitätsmessung ausgewählten Röntgenlinien die des Probekörpers Si(L) oder Si(K) und/oder diejenigen der implantierten Ionen sind, also As(L) oder As(K) bzw. Si(L) plus P(L) bzw. B(K).

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation mit Energien im Bereich 20 KeV bis 2800 KeV erfolgt.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Probenkörpers (32, Fig. 1B) schiefwinklig bezüglich des Ionenstrahls (30) ausgerichtet ist und ein Röntgendetektor (42) einen Bruchteil der vom Probenkörper ausgesandten Strahlung empfängt.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Durchflußproportional-Zähler Verwendung findet.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Photovervielfächer eingesetzt wird.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor durch Filter gegen störende Röntgenlinien und Partikelstrahlung geschützt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter, die für langwellige Röntgenstrahlen durchlässig sind, Metallschichten mit streifendem Strahleinfall verwendet werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten auf der Innenfläche eines zylindrischen Rohrs angeordnet werden, das seinerseits

i zwischen Probekörper und Detektor angebracht wird.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch

j gekennzeichnet, daß der Detektor zum Abstoppen der Pari tikelstrahlung mit einem Polypropylenfenster ausgestattet ist.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenkörper j zur Eichung der Röntgen-Meßeinrichtung mit einem Ladungs-Meßgerät (34-2) verbunden ist.

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14. Einrichtung zur Ionenimplantation in Halbleiter, mit einer Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbarer Halter (102) für den Probekörper (104) vorgesehen ist, daß die während der Implantation entstehende Röntgenstrahlung (110, Fig. 7) durch einen Detektor (112) gemessen wird, der für jedes auftreffende Röntgenquant einen Stromimpuls zur Fortschaltung eines einstellbaren Zählers (122) abgibt, und daß nach Erreichen eines vor- I bestimmten Zählerstands der drehbare Probehalter in eine nächste Position gesteuert wird.

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