DE10260286B4 - Use of a defect generation method for doping a semiconductor body - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Verfahrens, bei dem in einem Halbleiterkörper Defekte erzeugt und mit Wasserstoff korrelierte Defekt-Komplexe ausgebildet werden, und das die folgenden Schritte umfasst:
– (a) die Defekte werden durch Hochenergie-Ionenimplantation von Helium bei einer Energie zwischen 1 und 6 MeV erzeugt,
– (b) sodann wird eine niederenergetische Wasserstoff-Implantation bei einer Energie von etwa 200 keV vorgenommen, und
– (c) schließlich erfolgt eine Temperung bei Temperaturen zwischen 350°C und 500°C für eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten
zum Dotieren des Halbleiterkörpers.Use of a method in which defects are produced in a semiconductor body and hydrogen-correlated defect complexes are formed, and which comprises the following steps:
(A) the defects are generated by high-energy ion implantation of helium at an energy between 1 and 6 MeV,
- (b) then a low-energy hydrogen implantation is performed at an energy of about 200 keV, and
- (c) finally, a tempering at temperatures between 350 ° C and 500 ° C for a period of about 30 minutes
for doping the semiconductor body.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens, bei dem in einem Halbleiterkörper Defekte erzeugt und mit Wasserstoff korrelierte Defekt-Komplexe ausgebildet werden.The The present invention relates to the use of a method in which in a semiconductor body defects generated and formed with hydrogen correlated defect complexes become.

Kompensationsbauelemente sind bekanntlich Hochvoltbauelemente mit einer Spannungsfestigkeit über 300 V, welche sich durch einen um ungefähr eine Größenordnung gegenüber anderen Hochvoltbauelementen reduzierten Einschaltwiderstand auszeichnen und daher äußerst vorteilhaft sind. In solchen Kompensationsbauelementen sind beispielsweise in die n-leitende Driftzone eines n-Kanal-Transistors p-leitende Kompensationsgebiete eingelagert; die Dotierstoffmengen in diesen p-leitenden Kompensationsgebieten sind so eingestellt, dass mit der n-leitenden Umgebung der Driftzone Ladungskompensation besteht.compensation components are known high-voltage components with a dielectric strength over 300 V, which varies by one order of magnitude over others High-voltage components characterized reduced on-resistance and therefore extremely beneficial are. In such Kompensationsbauelementen are, for example, in the n-type drift zone of an n-channel transistor p-type compensation regions stored; the dopant levels in these p-type compensation regions are set to charge compensation with the n-type environment of the drift zone consists.

In einem Vertikalbauelement bestehen die Kompensationsgebiete in bevorzugter Weise aus säulenförmigen Zonen, die in der Driftstrecke im Bereich zwischen der Bodyzone und der Drainzone gelegen sind.In In a vertical component, the compensation areas are more preferred Way of columnar zones, in the drift line in the area between the body zone and the Drainzone are located.

Zur Herstellung eines solchen Kompensationsbauelementes wird derzeit bevorzugt die so genannte Aufbautechnik eingesetzt, die aus einer mehrmaligen Abfolge einer Prozesssequenz mit einer maskierten niederenergetischen Implantation und der Abscheidung einer Epitaxieschicht besteht. Die Aufbautechnik ist aufwändig, was auf diese mehrfache Abfolge der Prozesssequenz zurückzuführen ist.to Production of such a compensation component is currently preferred to use the so-called construction technique, which consists of a repeated sequence of a process sequence with a masked low-energy Implantation and the deposition of an epitaxial layer consists. The construction technique is complex, which is due to this multiple sequence of the process sequence.

Bei der Aufbautechnik werden beispielsweise zur Herstellung eines n-Kanal-Transistors n-leitende Epitaxieschichten abge schieden, in die jeweils nach deren Abscheidung durch Ionenimplantation p-leitende Kompensationsgebiete so eingebracht werden, dass diese eine säulenförmige Struktur annehmen.at the construction technique, for example, for the production of an n-channel transistor n-conducting epitaxial layers abge, in each of which after Deposition by ion implantation p-type compensation regions be introduced so that they assume a columnar structure.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, eine p-leitende Epitaxieschicht abzuscheiden und in diese n-leitende Kompensationsgebiete durch Implantation einzubauen.Of course it is but it is also possible to deposit a p-type epitaxial layer and into this n-type Incorporate compensation areas by implantation.

Nun gibt es neben der Dotierung mit Hilfe von Epitaxie und Ionenimplantation bekanntlich noch weitere Dotierverfahren. Eines dieser Dotierverfahren sieht zur Herstellung einer n-Dotierung eine hochenergetische Protonenbestrahlung im Silizium als Halbleiterkörper vor. Bei einer solchen Protonenbestrahlung mit nachfolgender Temperung entstehen nämlich im Silizium so genannte Defektkomplexe, welche als n-Dotanten wirken. Die Protonenbestrahlung hat dabei den Vorteil, dass die eingestrahlten Protonen auch bei relativ niedrigen Energien tief in den Siliziumkörper eindringen. So sei als Beispiel angegeben, dass eine Implantationsenergie von 1,7 MeV zu einer Eindringtiefe in Silizium von etwa 36 μm führt.Now There are besides the doping with the help of epitaxy and ion implantation as is known, further doping methods. One of these doping methods sees to the production of an n-doping a high-energy proton irradiation in silicon as a semiconductor body. In such a proton irradiation with subsequent annealing namely arise in silicon so-called defect complexes, which act as n-dopants. The Proton irradiation has the advantage that the irradiated Protons penetrate deeply into the silicon body even at relatively low energies. For example, an implantation energy of 1.7 MeV leads to a penetration depth in silicon of about 36 microns.

Im einzelnen ist in der US 6,352,909 B1 ein Verfahren zum Abheben einer dünnen Schicht beschrieben, bei dem sich an eine Heliumimplantation eine Wasserstoffbehandlung anschließt, für die auch eine Wasserstoff-Implantation herangezogen werden kann. Ein letzter Schritt besteht sodann noch in einer Wärmebehandlung.In detail is in the US 6,352,909 B1 describes a method for lifting a thin layer, in which a helium implantation followed by a hydrogen treatment, for which a hydrogen implantation can be used. A final step is then still in a heat treatment.

Die nachveröffentlichte DE 102 45 089 A1 offenbart ein Dotierverfahren, bei dem zunächst Kristallschäden in einem Halbleiterkörper durch Implantation von Heliumatomen erzeugt werden, woran sich eine Dotierung mit Wasserstoffionen und eine Temperaturbehandlung anschließen.The post-published DE 102 45 089 A1 discloses a doping method in which first crystal damage in a semiconductor body are generated by implantation of helium atoms, followed by a doping with hydrogen ions and followed by a temperature treatment.

Weiterhin ist aus der US 5,877,070 A ein Verfahren zum Übertragen von dünnen Schichten auf ein Substrat bekannt, bei dem auf eine Wasserstoff-Implantation zur Erzeugung von Traps noch eine weitere Wasserstoff-Implantation und eine Wärmebehandlung folgen.Furthermore, from the US 5,877,070 A discloses a method of transferring thin films to a substrate, wherein hydrogen implantation to generate traps is followed by further hydrogen implantation and heat treatment.

Aus der US 6,211,041 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer SOI-Anordnung bekannt, bei dem sich an eine Implantation von Wasserstoffionen eine Wärmebehandlung anschließt.From the US 6,211,041 B1 For example, a method for producing an SOI device is known in which a heat treatment is followed by implantation of hydrogen ions.

Schließlich ist aus der DE 100 25 567 A1 ein Verfahren zum Herstellen von tief eingebrachten n-leitenden Gebieten in einem p-leitenden Halbleiterkörper bekannt, bei dem diese n-leitenden Gebiete mittels einer maskierten Implantation von Protonen und einer anschließenden Temperung bei Temperaturen zwischen 200 und 380°C erzeugt werden. Wird bei diesem bekannten Verfahren mit einer Dosis von 5 E 15 cm–2 und einer Energie von 1,6 MeV gearbeitet, was erforderlich ist, um ein 600 V-Kompensationsbauelement zu erzeugen, so wird mit einem Beamstrom von 8 mA und einer Beamleistung von 7000 W in der Implantationsquelle ein Durchsatz von etwa 2100 Wafer-Starts pro Woche (WSPW) erhalten. Ein Beamstrom von 4 mA und eine Beamleistung von 3500 W führen zu 1800 WSPW, während ein Beamstrom von 2 mA und eine Beamleistung von 1500 W in 1300 WSPW resultieren.Finally, out of the DE 100 25 567 A1 a method for producing deeply introduced n-type regions in a p-type semiconductor body, in which these n-type regions are produced by means of a masked implantation of protons and a subsequent annealing at temperatures between 200 and 380 ° C. Using this known method, with a dose of 5 E 15 cm -2 and energy of 1.6 MeV, which is required to produce a 600 V compensation device, a beam current of 8 mA and a beam power of 7,000 W in the implant source, a throughput of about 2100 wafer starts per week (WSPW). A beam current of 4 mA and a Beam power of 3500 W results in 1800 WSPW, while a beam current of 2 mA and a beam power of 1500 W result in 1300 WSPW.

Die Beamleistung eines üblichen Mittelstrom-Implanters liegt bei etwa 1500 W, während die Beamleistung eines Hochstrom-Implanters mit aktiver Kühlung ungefähr 3000 W beträgt. Mit anderen Worten, auch mit relativ hohen Strömen von 2 mA kann nur ein geringer Durchsatz von ungefähr 1300 WSPW erreicht werden, da eine Erhöhung dieses Durchsatzes nur mit aufwändigen Kühleinrichtungen möglich wäre. Außerdem ist es problematisch, für so hohe Beamleistungen eine zuverlässige Maskierungstechnik mit beispielsweise Stencilmasken vorzusehen.The Beam power of a usual Medium current implanter is about 1500 W, while the beam power of a High current implanter with active cooling approximately 3000 W is. In other words, even with relatively high currents of 2 mA, only a small one can Throughput of about 1300 WSPW can be achieved because an increase in this throughput only with elaborate cooling equipment possible would. Besides that is it is problematic for so high beam powers a reliable masking technique with For example, provide stencil masks.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zum Dotieren eines Halbleiterkörpers mittels Wasserstoff zu schaffen, welche einen hohen Durchsatz speziell an einem Hochenergie-Implanter erlaubt.task The present invention is a possibility for doping a Semiconductor body using hydrogen to create a high throughput specifically allowed on a high-energy implanter.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is achieved by the use of a method having the features of the claim 1 solved. Advantageous developments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird von folgenden Überlegungen zum physikalischen Prinzip der Entstehung von Donatoren durch Implantation von Wasserstoff und nachfolgende Temperung ausgegangen:
Zunächst lässt sich die Dotierung eines Halbleiterkörpers durch Implantation von Wasserstoff in zwei Teilprozesse aufspalten, nämlich einen ersten Teilprozess, bei dem das kristalline Ausgangsmaterial des Halbleiterkörpers, also das kristalline Silizium, durch Protonenbeschuss geschädigt wird, wodurch Defekte generiert werden. In einem zweiten Teilprozess erfolgt dann eine Temperung bei Temperaturen zwischen 400°C und 500°C, um eine Dekoration von Defekten mit dem Wasserstoff vorzunehmen und dotierend wirkende Defekt-Wasserstoff-Komplexe herzustellen.In other words, in the use according to the invention, the following considerations are based on the physical principle of the formation of donors by implantation of hydrogen and subsequent heat treatment:
First, the doping of a semiconductor body can be split into two partial processes by implantation of hydrogen, namely a first partial process in which the crystalline starting material of the semiconductor body, ie the crystalline silicon, is damaged by proton bombardment, whereby defects are generated. In a second sub-process, an annealing then takes place at temperatures between 400 ° C. and 500 ° C. in order to make a decoration of defects with the hydrogen and to produce doping-defect-hydrogen complexes.

Wie weiter unten näher erläutert werden wird, folgt der Dotierungsverlauf bei einer Protonenimplantation mit nachfolgender geeigneter Temperung zwar näherungsweise dem Verlauf des Schädigungs- bzw. Damage-Profils; allerdings sind die sich ergebenden Dotierungskonzentrationen deutlich geringer als die durch die Implantation erzeugten Primärdefekte.As closer below explained will be followed by the doping process in a proton implantation with subsequent suitable tempering, although approximately the course of Schädigungs- or damage profile; however, the resulting doping concentrations are significantly lower than the primary defects produced by implantation.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens werden nun die obigen beiden Teilprozesse voneinander getrennt und durch vorzugsweise drei unabhängige Einzelprozesse ersetzt:

  • (a) Zunächst wird die Schädigung mit von Protonen verschiedenen, anderen und nicht dotierend wirkenden Ionen durch Ionenimplantation hervorgerufen. Hierfür eignen sich beispielsweise Heliumionen. Damit werden Defekte erzeugt.
  • (b) Es schließt sich sodann eine Implantation von Wasserstoff bzw. Protonen bei vorzugsweise sehr niedrigen kinetischen Energien in einem zweiten Schritt an. Alternativ kann auch eine Wasserstoff-Plasmabehandlung durchgeführt werden.
  • (c) Ein dritter Schritt besteht schließlich in einer Temperung, welcher zu einer Diffusion des Wasserstoffs führt, so dass die Bildung von dotierend wirkenden Wasserstoff-Defekt-Komplexen im durch die erste Implantation vorgeschädigten Bereich erfolgen kann. Dabei wird die rasche Diffusion von Wasserstoff in Silizium ausgenutzt.
In the inventive use of the method, the above two sub-processes are now separated from each other and replaced by preferably three independent individual processes:
  • (a) Initially, the damage is caused by ion implantation with ions other than non-protons and non-doping ions. For example, helium ions are suitable for this purpose. This creates defects.
  • (b) This is followed by an implantation of hydrogen or protons at preferably very low kinetic energies in a second step. Alternatively, a hydrogen plasma treatment can also be carried out.
  • (c) Finally, a third step consists in a heat treatment, which leads to a diffusion of the hydrogen, so that the formation of doping hydrogen-defect complexes can take place in the area previously damaged by the first implantation. Here, the rapid diffusion of hydrogen in silicon is exploited.

Die obigen beiden Schritte (b) und (c) können gegebenenfalls auch durch einen Temperschritt in einer Wasserstoffatmosphäre oder durch eine Wasserstoff-Plasmabehandlung ersetzt werden.The above two steps (b) and (c) may optionally also by an annealing step in a hydrogen atmosphere or by a hydrogen plasma treatment be replaced.

Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens liegen darin, dass mit Heliumionen bei gleicher Dosis eine um einen Faktor von etwa 25 höhere Schädigung im Silizium-Kristallgitter als mit Protonen erzeugt werden kann. Dieser Faktor hat selbst im Bereich des so genannten "Tails" der Implantation, also zwischen der Oberfläche eines bestrahlten Silizium-Halbleiterkörpers und der mit der eingestellten Energie erreichten Tiefe im Halbleiterkörper, noch einen Wert in der Größenordnung von 10, wenn Heliumionen mit Protonen verglichen werden. Dies bedeutet wiederum, dass die implantierte Dosis für die das Kristallgitter schädigende Hochenergieimplantation um einen Faktor 25 bzw. 10 reduziert werden kann.basics Advantages of the use according to the invention of the method lie in that with helium ions at the same dose a factor of about 25 higher damage in the silicon crystal lattice can be generated with protons. This factor has itself in the Area of the so-called "tails" of the implantation, between the surface an irradiated silicon semiconductor body and with the set energy reached depth in the semiconductor body, still a value in the order of magnitude of 10, when comparing helium ions with protons. this means again, that the implanted dose is damaging to the crystal lattice High energy implantation can be reduced by a factor of 25 or 10 can.

Infolge der mit Helium im Vergleich zu Wasserstoff bei gleicher Dosis zu erzielenden, erheblich höheren Schädigung des Kristallgitters, können mit Helium Dotierprofile mit einer wesentlich größeren Welligkeit als mit Wasserstoff erzeugt werden. Solche welligen Dotierprofile begünstigen die Avalanchefestigkeit von Kompensationsbauelementen und sind sogar eine wichtige Voraussetzung für diese.Due to the significantly higher damage of the crystal lattice compared with hydrogen at the same dose compared to hydrogen, helium doping profiles with a much larger waviness than be generated with hydrogen. Such wavy doping profiles favor the avalanche resistance of compensation components and are even an important prerequisite for this.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 den Verlauf eines Profils von Primärdefekten und den Verlauf von dekorierten und dotierend wirkenden Wasserstoff-korrelierten Defekten, wobei jeweils die Konzentration K(cm–3) in Abhängigkeit der Tiefe d (μm) in einem Siliziumkörper aufgetragen ist, 1 the course of a profile of primary defects and the course of decorated and doping-acting hydrogen-correlated defects, wherein in each case the concentration K (cm -3 ) is plotted as a function of the depth d (μm) in a silicon body,

2 den Verlauf eines Profils von Primärdefekten in einem Siliziumkörper, in den Wasserstoff mit 1,6 MeV implantiert wird, wobei hier die Anzahl der Kollisionsereignisse pro Ion (Proton) und Schichtdicke in Abhängigkeit von der Eindringtiefe d im Siliziumkörper aufgetragen ist, und 2 the course of a profile of primary defects in a silicon body is implanted in the hydrogen at 1.6 MeV, here the number of collision events per ion (proton) and layer thickness is plotted as a function of the penetration depth d in the silicon body, and

3 den Verlauf eines Profils von Primärdefekten bei einer Implantation von Helium mit 6,0 MeV in einen Siliziumkörper, wobei hier wie in 2 die Anzahl der Kollisionsereignisse pro Ion und Schichtdicke in Abhängigkeit von der Eindringtiefe d im Siliziumkörper aufgetragen ist. 3 the course of a profile of primary defects in an implantation of helium 6.0 meV in a silicon body, here as in 2 the number of collision events per ion and layer thickness is plotted as a function of the penetration depth d in the silicon body.

In 1 veranschaulicht eine Kurve (a) den Verlauf von erzeugten Silizium-Leerstellen in einem Siliziumkörper, wenn dieser mit Wasserstoff beschossen wird. Wenn mit einem solchen Beschuss in einer Eindringtiefe d zwischen etwa 0,5 und 12 μm eine Schädigung des Silizium-Kristallgitters derart erzeugt wird, dass hier Leerstellen zwischen 1 E 19 und etwa 7 E 20 vorliegen, wobei der Peak (Spitzenwert) in der Tiefe von etwa knapp 12 μm liegt, dann wird nach einer Temperung bei 400°C bis 500°C die Ausbildung von dotierend wirkenden Wasserstoff-Defekt-Komplexen erreicht, welche einen Verlauf entsprechend einer Kurve (b) haben. Diese Kurve (b) für die Konzentration K der dotierend wirkenden Wasserstoff-Defekt-Komplexe, also der Dotierung, folgt weitgehend der Kurve (a) für das Damageprofil.In 1 Fig. 10 illustrates a curve (a) of the trajectory of generated silicon vacancies in a silicon body when it is bombarded with hydrogen. If such a bombardment at a penetration depth d between approximately 0.5 and 12 μm produces damage to the silicon crystal lattice such that there are vacancies between 1 E 19 and approximately 7 E 20, the peak (peak value) in the depth is about 12 microns, then the annealing at 400 ° C to 500 ° C, the formation of doping acting hydrogen-defect complexes is achieved, which have a curve corresponding to a curve (b). This curve (b) for the concentration K of the doping hydrogen-defect complexes, ie the doping, largely follows the curve (a) for the damage profile.

Durch den Ionenbeschuss mit Wasserstoff werden im kristallinen Silizium-Ausgangsmaterial zunächst Primärdefekte erzeugt. In einem sich anschließenden Temper-Schritt werden dann dotierende Wasserstoff-Defekt-Komplexe gebildet, wobei die hier relevanten Defekte nicht notwendigerweise mit den Primärdefekten (insbesondere Leerstellen und in geringen Maße höhere Leerstellenkomplexe) übereinstimmen müssen, nach heutigem Kenntnisstand wohl aber aus diesen durch Reaktionen mit weiteren Primärdefekten und/oder im Kristall vorhandenen Atomen, wie z. B. Sauerstoff oder Kohlenstoff, entstanden sind.By the ion bombardment with hydrogen become in the crystalline silicon starting material initially primary defects generated. In a subsequent Temper step then become doping hydrogen defect complexes formed, with the relevant defects here not necessarily with the primary defects (in particular Blanks and to a lesser extent higher Space complexes) have to, according to current knowledge, but from these by reactions with further primary defects and / or atoms present in the crystal, such as. B. oxygen or Carbon, have arisen.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens werden nun die Schädigung des Halbleiterkörpers entsprechend der obigen Kurve (a) und die Bildung von dotierend wirkenden Wasserstoff-Defekt-Komplexen entsprechend der obigen Kurve (b) durch drei voneinander unabhängige Einzelprozesse ersetzt:
Die Schädigung wird mit anderen, nicht dotierend wirkenden Ionen, also beispielsweise durch Helium, mittels Ionenimplantation erzeugt, woran sich eine Implantation von Wasserstoff bei niedrigen kinetischen Energien anschließt. In einem letzten Schritt wird eine Temperung vorgenommen, welche dann die Ausbildung der dotierend wirkenden Wasserstoff-Defekt-Komplexe bewirkt. Die Implantation von Wasserstoff und die zuletzt genannte Temperaturbehandlung können gegebenenfalls auch durch eine Wasserstoff-Plasmabehandlung zwischen 200–300°C mit nachfolgender Temperung zwischen 400–500°C oder durch eine Wasserstoff-Plasmabehandlung zwischen 400–500°C ohne nachfolgende Temperung ersetzt werden.In the use of the method according to the invention, the damage to the semiconductor body according to the above curve (a) and the formation of doping hydrogen-defect complexes according to the above curve (b) are now replaced by three independent individual processes:
The damage is generated by means of ion implantation with other non-doping ions, for example by helium, followed by implantation of hydrogen at low kinetic energies. In a final step, a heat treatment is carried out, which then causes the formation of the doping acting hydrogen-defect complexes. The implantation of hydrogen and the last-mentioned temperature treatment may also be replaced by a hydrogen plasma treatment between 200-300 ° C with subsequent annealing between 400-500 ° C or by a hydrogen plasma treatment between 400-500 ° C without subsequent annealing.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Verfahrens nutzt in vorteilhafter Weise aus, dass die Effektivität einer Gitterschädigung in beispielsweise Silizium für Helium und Wasserstoff vollkommen verschieden ist. Dies wird aus den Darstellungen der 2 und 3 sofort ersichtlich.The inventive use of the method exploits advantageously that the effectiveness of a lattice damage in, for example, silicon for helium and hydrogen is completely different. This is from the representations of 2 and 3 immediately apparent.

Wie nämlich ein Vergleich der 2 für ein Damageprofil bei einer Implantation von Wasserstoff mit 3 für ein Damageprofil bei einer Implantation mit Helium zeigt, ist die Peakkonzentration der mit Helium erzeugten Schädigung (vgl. 3) bei gleicher Dosis um einen Faktor 25 höher als im Falle von Wasserstoff. Selbst im Tailbereich unterhalb des Spitzenwerts liegt die Schädigung für Helium noch um einen Faktor 10 höher als für Wasserstoff. Allerdings ist die Energie bei der Heliumimplantation mit 6,0 MeV deutlich höher als bei der Implantation von Wasserstoff mit 1,6 MeV, was auf dem erheblich größeren Atomradius von Helium im Vergleich zu Wasserstoff zurückzuführen ist. Diese höhere Energie wird benötigt, um ungefähr die gleiche Eindringtiefe d für Helium und Wasserstoff zu erhalten.How a comparison of the 2 for a damage profile with an implantation of hydrogen with 3 for a damage profile when implanted with helium, the peak concentration of helium-induced damage (cf. 3 ) at the same dose by a factor of 25 higher than in the case of hydrogen. Even at the tail below the peak, the damage to helium is still a factor of 10 higher than for hydrogen. However, the 6.0 MeV helium implantation energy is significantly higher than that of 1.6 MeV hydrogen, which is due to the significantly larger atomic radius of helium compared to hydrogen. This higher energy is needed to get approximately the same penetration depth d for helium and hydrogen.

Durch die Schädigung des Kristallgitters mittels einer nicht dotierend wirkenden Implantation von beispielsweise Helium lässt sich so die implantierte Dosis für die schädigende Hochenergieimplantation um einen Faktor 25 im Peakbereich bzw. um einen Faktor 10 im Tailbereich reduzieren.By damaging the crystal lattice by means of a non-doping-acting implantation of at For example, helium can reduce the implanted dose for damaging high-energy implantation by a factor of 25 in the peak area or by a factor of 10 in the tail area.

Weiterhin ist zu beachten, dass bei einer Heliumimplantation zur Schädigung des Kristallgitters das Peak/Tailverhältnis bei Helium erheblich größer ist als bei Wasserstoff, was sofort aus einen Vergleich der 2 und 3 folgt: Bei gleichen Spitzenwerten ist bei einer Wasserstoffimplantation die Schädigung im Tailbereich erheblich größer als bei einer Heliumimplantation. Dieses größere Peak/Tailverhältnis bei Helium ermöglicht eine erheblich gesteigerte Welligkeit von Dotierprofilen, als diese mit einer Wasserstoffimplantation zu erzielen sind. Wellige Dotierprofile steigern aber die Avalanchefestigkeit speziell von Kompensationsbauelementen, sofern durch die eingebrachten Kompensationsgebiete noch keine Sättigungseffekte hervorgerufen werden.Furthermore, it should be noted that in helium implantation to damage the crystal lattice, the peak / tail ratio for helium is significantly greater than for hydrogen, which is immediately apparent from a comparison of the 2 and 3 follows: At the same peak values, injury in the tail area is significantly greater in a hydrogen implantation than in a helium implant. This larger helium peak / tail ratio allows for significantly increased ripple of dopant profiles than can be achieved with hydrogen implantation. However, wavy doping profiles increase the avalanche resistance especially of compensation components, provided that the introduced compensation areas do not cause any saturation effects.

Aus der folgenden Tabelle sind die Vorteile der reduzierten Dosis einer Heliumimplantation gegenüber einer Wasserstoffimplantation ersichtlich:

Figure 00090001
The following table shows the benefits of the reduced dose of helium implantation versus hydrogen implantation:
Figure 00090001

2100 WSPW ist hier als Referenz hergenommen, da diese Zahl ungefähr dem Durchsatz eines Bor-Ultrahochenergie-Implanters entspricht.2100 WSPW is taken as a reference here because this number is about the throughput of a boron ultra-high energy implanter.

Die wesentlichen drei Schritte der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens können beispielsweise in folgender Weise vorgenommen werden:
Zunächst wird nach einer üblichen Fototechnik eine maskierte Helium-Hochenergieimplantation mit einer Dosis von 4 E 13 cm–2 und einer Energie zwischen 1 und 6 MeV vorgenommen. Die Dosis ist hier erheblich niedriger als bei einer Wasser stoffimplantation, bei welcher eine Dosis von 1 E 15 cm–2 erforderlich wäre.The essential three steps of the use of the method according to the invention can be carried out, for example, in the following manner:
First, a masked helium high energy implantation with a dose of 4 E 13 cm -2 and an energy between 1 and 6 MeV is made according to a conventional photographic technique. The dose is considerably lower here than with a hydrogen implantation in which a dose of 1 E 15 cm -2 would be required.

Es schließt sich sodann eine maskierte niederenergetische Implantation von Wasserstoff mit einer Energie von beispielsweise 200 keV und einer Dosis von 5 E 15 cm–2 als zweiter Schritt an.This is followed by a masked low-energy implantation of hydrogen with an energy of, for example, 200 keV and a dose of 5 E 15 cm -2 as a second step.

Schließlich folgt noch eine Temperung bei etwa 350°C bis 500°C für eine Zeitdauer von ungefähr 30 Minuten.Finally follows another annealing at about 350 ° C up to 500 ° C for one Duration of about 30 minutes.

Die Vorteile der obigen Helium-Hochenergieimplantation ergeben sich für einzelne Energiestufen aus der folgenden Tabelle:

Figure 00100001
The advantages of the above high-energy helium implantation arise for individual energy levels from the following table:
Figure 00100001

Die Erfindung ist auch auf andere Halbleitermaterialien als Silizium anwendbar. Ebenso können anstelle von Helium auch andere Elemente zur Schädigung des Kristallgitters angewandt werden.The Invention is also applicable to semiconductor materials other than silicon applicable. Likewise instead of helium also other elements for damaging the crystal lattice be applied.

Claims (3)

Verwendung eines Verfahrens, bei dem in einem Halbleiterkörper Defekte erzeugt und mit Wasserstoff korrelierte Defekt-Komplexe ausgebildet werden, und das die folgenden Schritte umfasst: – (a) die Defekte werden durch Hochenergie-Ionenimplantation von Helium bei einer Energie zwischen 1 und 6 MeV erzeugt, – (b) sodann wird eine niederenergetische Wasserstoff-Implantation bei einer Energie von etwa 200 keV vorgenommen, und – (c) schließlich erfolgt eine Temperung bei Temperaturen zwischen 350°C und 500°C für eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten zum Dotieren des Halbleiterkörpers.Use of a method in which in one Semiconductor body Defects generated and hydrogen-correlated defect complexes be formed, and which includes the following steps: - (a) the Defects are caused by high energy ion implantation generated by helium at an energy between 1 and 6 MeV, - (b) then is a low-energy hydrogen implantation at an energy of about 200 keV made, and - (c) after all An annealing takes place at temperatures between 350 ° C and 500 ° C for a period of time of about 30 minutes for doping the semiconductor body. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Dosis bei der Implantation von Heliumionen im Bereich von 1 E 13 cm–2 und 1 E 14 cm–2 liegt.Use according to claim 1, characterized in that in the method, the dose in the implantation of helium ions in the range of 1 E 13 cm -2 and 1 E 14 cm -2 . Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren das Dotieren in einem Siliziumkörper vorgenommen wird.Use according to claim 1 or 2, characterized in the method, the doping is carried out in a silicon body becomes.
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