DD200769A1

DD200769A1 - METHOD FOR PRODUCING HIGH-AMOUNT AREAS IN SEMICONDUCTOR LAYERS

Info

Publication number: DD200769A1
Application number: DD23353281A
Authority: DD
Inventors: Michael Arzt; Wolfgang Secknl; Wolfgang Nowick
Original assignee: Michael Arzt; Seckel Wolfgang; Wolfgang Nowick
Priority date: 1981-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1983-06-08

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.The method for producing high-resistance regions in semiconductor layers is applicable in the production of electronic components, in particular in the VLSI technique. The aim and the object of the invention is to produce high-resistance regions in thin monocrystalline semiconductor layers by means of conventional methods used in semiconductor technology in a time-saving manner and in high quality, and to eliminate the specific disadvantages of the known methods. According to the invention, a defined dose of noble gas or ions of the layer material is implanted in a thin monocrystalline semiconductor layer. The lattice structure of the implantation exposed areas is disturbed over the entire thickness, so that in these areas the resistivity is increased and in the semiconductor layer active areas are separated by high-impedance areas.

Description

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Verfahren zur Herstellung hochohmiger Bereiche'in HalbleiterschichtenProcess for producing high-resistance areas in semiconductor layers

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von elektronischen Bauelementen und ist speziell auf dem Gebiet der VLSI-Techniken anzuwenden·The invention relates to the manufacture of electronic components and is particularly applicable in the field of VLSI techniques.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.Single crystal materials which are modified by implantation of ions in their lattice structure undergo a change in their resistivity. There are known methods to saturate the broken bonds by the incorporation of hydrogen, whereby even higher specific resistances at a lower heat treatment temperature are possible.

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.Müller and Kalbitzer / Proc. of the 7th Int. Conf. on Amorphous and Liquid Semiconductors, Edinburgh, (1977), p. 347-351 / have shown that hydrogen implantation just prior to the actual implantation-destroying implantation results in a specific resistivity in the order of 10 ohm-cm when the heat treatment is performed at temperatures below 600K. In. DE-OS 28 44 070 is also a saturation of the broken bonds made by the incorporation of, for example, boron, carbon, oxygen or nitrogen.

Elektronische Bauelemente in dünnen einkristallinen Halb-Electronic components in thin monocrystalline semiconductors

~ — -, j λ η~ - -, j λ η

- 233532- 233532

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/.conductor layers on insulating substrates have to be electrically separated from each other to realize certain circuit arrangements. ····· 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·For example, in LOSQS technology, the insulating regions are created by a combination of trench etching and thermal oxidation. This complicated process is necessary to produce a planar surface at reduced temperature load. In principle, however, etching and thermal oxidation can also be used independently of one another as an insulating method in the component arrangements mentioned above.

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·In a work by A. Capell u. a. / Electronics 50 (1977), 11, p. 99 - 105 / the complete LOSOS technology is presented. Due to the technological process described there, a number of disadvantages can be expected. It is'bekannt that in particular wet chemical etching processes lead to contamination of the substrates, while dry etching processes such. B. plasma chemical etching, uneven edges bring with it. Furthermore, it is known that thermal oxidation processes in the SOS technique lead to changes in the area of the Si / A 2 O 3 interface, which adversely affect the electrical behavior of the component arrangements. Likewise, the thermal oxidation in the region of the Si / SiO.sub. Interface leads to a redistribution of the dopants. It is also known that oxidation processes cause mechanical stresses in the components arrangement ·

Die genannten Nachteile beeinträchtigen die elektrischen Parameter der SOS-Anordnung wesentlich.The disadvantages mentioned significantly affect the electrical parameters of the SOS arrangement.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, hochohmige Bereiche in dünnen einkristallinen Halbleiterschichten mittels inThe object of the invention is to provide high-resistance regions in thin single-crystal semiconductor layers by means of in

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der Halbleitertechnologie üblicher Verfahren zeitsparend und in hoher Qualität herzustellen.To produce the semiconductor technology of conventional methods time-saving and high quality.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to expand the previously known methods for dielectric isolation of electronic components in thin monocrystalline semiconductor layers on insulating substrates and the inherent in the known methods specific disadvantages such. Ä'zzz processes or thermal oxidation processes to work around. A further object of the invention is the preservation of the surface relief present before the isolation step as far as possible.

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-According to the invention, this object is achieved in that a defined dose of noble gas or ions of the layer material is implanted in a thin monocrystalline semiconductor layer on insulating substrate by suitable masks, the lattice structure of the implantation exposed areas is thereby disturbed over the entire thickness, so that In these areas, the specific resistance is increased and active regions in the semiconductor layer are separated from one another by high-resistance regions. The lattice perturbation in thin monocrystalline semiconductor layers may be due to bombardment with ionized particles, e.g. As H ⁺ , Ar, P or Si ions or their ionized compounds can be achieved and leads to an increase in the specific resistance. To achieve effective lattice perturbation, a certain amount of ions is required; The degree of lattice perturbation is also determined by other parameters such as temperature, dose rate and material properties. The implantation energy determines the distribution of lattice perturbations within the semiconductor layer. Depending on the thickness of the semiconductor layer, a multiple implantation with different implantation energies may be required to produce a homogenous gating.

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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·teratörung within the semiconductor layer to achieve. By a suitable treatment of the disturbed areas, such. B. annealing in hydrogen, the specific Y / iderstand can be further increased ·

AuaführungsbeispielAuaführungsbeispiel

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.The production of high-resistance areas will be demonstrated using the example of an SOS structure. The starting material is a 0.5 μm thick (100) -oriented silicon layer with a resistivity of 100 ohm cm deposited on a sapphire substrate. In this monocrystalline semiconductor layer Ar ⁺ ions are implanted with an energy of 220 keV and a dose of 2 x 10 cm. The additional H implantation (10 keV, 10 H ions / cm) leads after annealing at 680 K to a resistivity of 10 ohm cm.

Claims

Invention claim

A method for producing high-resistance regions in semiconductor layers by means of ion implantation, characterized in that a defined dose of noble gas or ions of the layer material is implanted in a thin monocrystalline semiconductor layer on insulating substrate by means of suitable masks, that the lattice structure of the implantation exposed areas over the entire Thickness is disturbed that in these areas, the resistivity is increased and in the semiconductor layer active areas separated by high-impedance areas.

2. Method, according to item 1, characterized in that the concentration of the implanted ions in the semiconductor layer is above 10 ions / cm.

3 «method according to item 1 and 2, characterized in that the implantation energy is above 10 keV.

4 »method according to item 1 to 3, characterized in that the substances which saturate the valences of the disturbed areas, in particular hydrogen, are introduced by means of suitable methods after implantation in the disturbed areas.