DD200769A1 - Verfahren zur herstellung hochohmiger bereiche in halbleiterschichten - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung hochohmiger Bereiche in Halbleiterschichten ist anwendbar bei der Herstellung elektronischer Bauelemente, insbesondere in der VLSI-Technik. Ziel und Aufgabe der Erfindung besteht darin, hochohmige Bereiche in duennen einkristallinen Halbleiterschichten mittels in der Halbleitertechnologie ueblicher Verfahren zeitsparend und in hoher Qualitaet herzustellen sowie die spezifischen Nachteile der bekannten Verfahren zu beseitigen. Erfindungsgemaess wird eine definierte Dosis von Edelgas- oder Ionen des Schichtmaterials in eine duenne einkristalline Halbleiterschicht implantiert. Die Gitterstruktur der Implantation ausgesetzten Bereiche wird ueber die gesamte Dicke gestoert, so dass in diesen Bereichen der spezifische Widerstand vergroessert wird und in der Halbleiterschicht aktive Bereiche durch hochohmige Bereiche voneinander getrennt werden.

Description

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Verfahren zur Herstellung hochohmiger Bereiche'in Halbleiterschichten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von elektronischen Bauelementen und ist speziell auf dem Gebiet der VLSI-Techniken anzuwenden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Einkristalline Materialien, welche durch Implantation von Ionen in ihrer Gitterstruktur modifiziert werden, erfahren eine Änderung ihres spezifischen Widerstandes. Es sind Verfahren bekannt, die aufgebrochenen Bindungen durch den Einbau von Wasserstoff abzusättigen, wodurch noch höhere spezifische Widerstände bei einer geringeren Wärmebehandlungs temperatur möglich werden.

Müller und Kalbitzer /Proc. of the 7 th Int. Conf. on Amorphous and Liquid Semiconductors, Edinburgh, (1977), p. 347 - 351/ haben gezeigt, daß eine Wasserstoffimplantation unmittelbar vor der eigentlichen, die Gitterstruktur zerstörenden Implantation, zu einem spezifischen V/i-·, derstand im Bereich von 10' Ohm cm führt, wenn die Wärmebehandlung bei Temperaturen unter 600 K ausgeführt wird. In. der DE-OS 28 44 070 wird auch eine Absättigung der aufgebrochenen Bindungen durch den Einbau von beispielsweise Bor, Kohlenstoff, Sauerstoff oder Stickstoff vorgenommen.

Elektronische Bauelemente in dünnen einkristallinen Halb-

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leiterschichten auf isolierenden Substraten müssen zur Realisierung bestimmter Schaltungsanordnungen voneinander elektrisch getrennt werden· /O.W· Mueller, P.H· Robinson Proc· IEEE 52 (1964), p. 1487- 1490/.

In der LOSQS-Technologie werden beispielsweise die isolierenden Gebiete durch eine Kombination von Grabenätzen und thermischer Oxydation erzeugt. Dieser komplizierte Prozeßablauf ist notwendig, um bei reduzierter Temperaturbelastung eine planare Oberfläche zu erzeugen. Grundsätzlich sind aber das Ätzen sowie die thermische Oxydation als Isolierverfahren in den genannten Bauelementeanordnungen auch unabhängig voneinander einsetzbar·

In einer Arbeit von A. Capell u. a. /Electronics 50 (1977), 11, p. 99 - 105/ wird die komplette LOSOS-Technologie vorgestellt. Auf Grund des dort beschriebenen technologischen Ablaufs ist mit einer Reihe von Nachteilen zu rechnen. Es ist'bekannt, daß insbesondere naßchemische Ätzprozesse zu Verunreinigungen der Substrate fähren, während Trockenätzprozesse, wie z. B. plasmachemisches Ätzen, ungleichmäßige Kanten mit sich bringen. Weiterhin ist bekannt, daß.thermische Oxydationsprozesse in der SOS-Technik zu Veränderungen im Bereich der Grenzfläche Si/A^O-, führen, die sich nachteilig auf das elektrische Verhalten der Bauelemente anordnung auswirken. Ebenfalls führt die thermische Oxydation im Bereich der Grenzfläche Si/SiO« zu einer Umverteilung der Dotanten. Es ist weiterhin bekannt, daß Oxydationsprozesse mechanische Verspannungen in der Bauelemente anordnung hervorrufen·

Die genannten Nachteile beeinträchtigen die elektrischen Parameter der SOS-Anordnung wesentlich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, hochohmige Bereiche in dünnen einkristallinen Halbleiterschichten mittels in

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der Halbleitertechnologie üblicher Verfahren zeitsparend und in hoher Qualität herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bisher bekannten Verfahren zur dielektrischen Isolation von elektronischen Bauelementen in dünnen einkristallinen Halbleiterschichten auf isolierenden Substraten zu erweitern und die den bekannten Verfahren innewohnenden spezifischen Nachteile, wie z. B. Ä'tzprozesse oder thermische Oxydationsprozesse, zu umgehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die weitestgehende Erhaltung des vor dem Isolationsschritt vorliegenden Oberflächenreliefs.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine definierte Dosis von Edelgas- oder Ionen des Schichtmaterials in eine dünne einkristalline Halbleiterschicht auf isolierendem Substrat durch geeignete Masken implantiert, wird» Die Gitterstruktur der der Implantation ausgesetzten Bereiche wird dadurch über die gesamte Dicke gestört, so daß in diesen Bereichen der spezifische Widerstand vergrößert wird und in der Halbleiterschicht aktive Bereiche durch hochohmige Bereiche voneinander getrennt werden. Die Gitterstörung in dünnen einkristallinen Halbleiterschichten kann durch den Beschüß mit ionisierten Teilchen, z. B. H⁺-, Ar -, P - oder Si -Ionen oder deren ionisierten Verbindungen erzielt werden und führt zu einem Anstieg des spezifischen Widerstandes. Um eine wirksame Gitteratörung zu erreichen, ist eine bestimmte Menge an Ionen erforderlich; der' Grad der Gitterstörung wird auch von weiteren Parametern, wie z» B. der Temperatur, der Dosisrate und den Materialeigenschaften bestimmt. Die Implantationsenergie legt die Verteilung der Gitterstörungen innerhalb der Halbleiterschicht fest. In Abhängigkeit von der Dicke der Halbleiterschicht kann eine mehrfache Implantation mit unterschiedlichen Implantationsenergien erforderlich sein, um eine homogene Git-

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teratörung innerhalb der Halbleiterschicht zu erzielen. Durch eine geeignete Nachbehandlung der gestörten Bereiche, wie z. B. Temperung in Wasserstoff, kann der spezifische Y/iderstand weiter erhöht werden·

Auaführungsbeispiel

Die Herstellung hochohmiger Bereiche soll am Beispiel einer SOS-Struktur demonstriert werden. Ausgangsmaterial ist eine 0,5 /um dicke, (lOO)-orientierte Siliciumschicht mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohm cm, die auf einem Saphir-Substrat abgeschieden wurde. In diese einkristalline Halbleiterschicht werden Ar⁺-Ionen mit einer Energie von 220 keV und einer Dosis von 2·10 cm implantiert. Die zusätzliche H -Implantation (10 keV, 10 H -Ionen/cm ) führt nach einer Temperung bei 680 K zu einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm cm.

Claims (4)

Erfindungs anspruch

1· Verfahren zur Herstellung hochohmiger Bereiche in Halbleiterschichten mittels Ionenimplantation, dadurch gekennzeichnet,, daß eine definierte Dosis von Edelgasoder Ionen des Schichtmaterials in eine dünne einkristalline Halbleiterschicht auf isolierendem Substrat durch geeignete Masken implantiert wird, daß die Gitterstruktur der der Implantation ausgesetzten Bereiche über die gesamte Dicke gestört wird, daß in diesen Bereichen der spezifische Widerstand vergrößert wird und in der Halbleiterschicht aktive Bereiche durch hochohmige Bereiche voneinander getrennt'werden.

2. Verfahren, nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der implantierten Ionen in der Halbleiterschicht oberhalb 10 Ionen/cm liegt.

3« Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantationsenergie oberhalb 10 keV liegt.

4» Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen, welche die Valenzen der gestörten Bereiche absättigen, insbesondere Wasserstoff, mittels geeigneter Verfahren nach der Implantation in die gestörten Bereiche eingebracht werden..