DE10006523A1

DE10006523A1 - Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation

Info

Publication number: DE10006523A1
Application number: DE2000106523
Authority: DE
Inventors: Michael Rueb; Volker Lehmann; Jenoe Tihanyi
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-23
Also published as: WO2001061735A3; WO2001061735A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wiederverwendbare Implantationsmaske (5) aus vorzugsweise Silizium mit speziell strukturierten Gräben und Löchern (2 bzw. 3), die direkt oder im Abstand von einem Devicewafer (7) vorgesehen wird, sowie ein Verfahren zum Justieren einer Weiterbehandlungsebene auf einer Implantationsebene bei einem mit einer solchen Implantationsmaske behandelten Halbleiterwafer (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1 bzw. 2 sowie ein Verfahren zum Justieren ei ner Weiterbehandlungsebene auf eine Implantationsebene nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 3.

Ein grundsätzliches Problem in der Halbleitertechnik besteht darin, Dotierstoff, wie beispielsweise Bor oder Phosphor, in einer vorgegebenen Tiefe in einem Halbleitermaterial, wie insbesondere Silizium, zu deponieren. Zur Lösung dieses Pro blemes gibt es derzeit drei grundsätzlich voneinander ver schiedene Möglichkeiten bzw. Kombinationen dieser drei Mög lichkeiten: (a) Ionenimplantation, (b) Belegung der Oberflä che eines Halbleiterkörpers mit Dotierstoff bzw. Implantation und anschließende Diffusion und (c) schichtweiser Aufbau ei nes herzustellenden Halbleiterbauelementes mittels Epitaxie, wobei die Dotierung in jeder einzelnen Schicht durch die Mög lichkeiten (a) und (b) realisiert werden kann.

Für sehr große Eindringtiefen im Bereich über 10 µm in einen Halbleiterkörper wird derzeit die Variante c bevorzugt: mit dieser kann ein nahezu beliebiges vertikales und/oder latera les Dotierungsprofil eingestellt werden. Abhängig von den An forderungen eines auf diese Weise hergestellten Halbleiter bauelementes kann dabei mehrmaliges, aufwendiges und kost spieliges Abscheiden einer epitaktischen Schicht in Kombina tion mit Implantation und Diffusion notwendig sein. Die Mög lichkeit (b) führt bei den angegebenen großen Tiefen über 10 µm zu vertikalen Dotierungsprofilen mit unter Umständen störenden großen Gradienten und gegebenenfalls großen latera len Ausdiffusionen mit entsprechendem Platzbedarf.

Die Möglichkeit (a) ist nach derzeitigem Stand der Technik nur für Eindringtiefen des Dotierstoffes in Tiefen bis einige µm geeignet. Die Gründe hierfür liegen einerseits darin, daß derzeit keine Ionenimplanter verfügbar sind, die in der Lage sind, Ionen mit ausreichend großer kinetischer Energie zu liefern, und andererseits darin, daß bisher keine befriedi gende Technik entwickelt wurde, mit der Ionen mit Energien von einigen 10 oder 100 MeV kostengünstig maskiert werden können.

Es besteht daher grundsätzlich ein erheblicher Bedarf an ei ner Implantationsmaske, die in der Lage ist, Ionen mit Ener gien im Bereich von einigen 10 oder 100 MeV kostengünstig zu maskieren.

Als Beispiel für die derzeitige Technologie von Implantati onsmasken sei kurz auf die Standard-CMOS-Technik eingegangen. Hier werden relativ geringe Ionenenergien eingesetzt, so daß eine Maskierung von Ionenimplantationen durch strukturierte Schichten aus Photolacken, polykristallinem Silizium, Silizi umdioxid, Siliziumnitrid und ähnlichem vorgenommen werden kann. Sind für die Ionenimplantation höhere Energie notwen dig, so ist es üblich, die Schichtdicken der strukturierten Schichten entsprechend zu erhöhen.

Als konkretes Beispiel zum Stand der Technik sei auf US 5 030 579 verwiesen: dort ist eine halbtransparente Implanta tionsmaske beschrieben, die als Hartmaske in üblicher Weise direkt auf einem Wafer ausgebildet wird.

Insgesamt läßt sich feststellen, daß derzeit Implantations masken wafergebunden sind: sie werden direkt auf einem Wafer oder Halbleiterkörper durch Schichtabscheidung und Struktu rierung hergestellt und definiert und nach der vorgenommenen Ionenimplantation gegebenenfalls wieder abgetragen. Eine Wie derverwendbarkeit dieser Implantationsmasken ist nicht gege ben.

Ein weiteres wesentliches Bedürfnis besteht also in einer wiederverwendbaren Implantationsmaske für Hochenergieimplan tationen.

Als Beispiel für Halbleiterbauelemente, bei deren Dotierung hohe Ionenenergien notwendig sind, seien Kompensationsbauele mente (COOLMOS) genannt: wird vorausgesetzt, daß Dünnwafer mit einer Schichtdicke bis etwa 50 µm beherrschbar sind, so bedeutet dies, daß für die Durchdringung von "transparenten" Maskenstellen eine Implantationsenergie von etwa 35 MeV für Bor notwendig ist. Um nun bis in eine Tiefe von etwa 40 µm, die für ein COOLMOS-Bauelement für 600 V gefordert ist, in einem Device- bzw. Bauelementwafer implantieren zu können, ist also eine Gesamtenergie von etwa 50 MeV notwendig. Ener gien im Bereich von 30 bis 60 MeV lassen Sich mit einem al lerdings relativ geringen Teilchenstrom derzeit realisieren.

Die bereits erwähnten COOLMOS-Bauelemente ermöglichen eine erhebliche Reduzierung des Einschaltwiderstandes speziell bei Leistungstransistoren. Sie erfordern aber infolge ihres vom üblichen vollkommen abweichenden Aufbaues besondere Herstel lungsmethoden. Als Vertikaltransistoren ausgeführte COOLMOS- Transistoren haben nämlich vertikal zur Waferoberfläche ange ordnete, tief reichende, exakt strukturierte und einander ab wechselnde p- und n-leitende Gebiete, deren Ladungen sich im Sperrfall des COOLMOS-Transistors exakt kompensieren. Diese abwechselnden p- und n-dotierten Gebiete führen zu der er wünschten Absenkung des Einschaltwiderstandes Ron und sollten sich in vertikaler Richtung in einen möglichst großen Bereich der Raumladungszone erstrecken. Für beispielsweise einen COOLMOS-Transistor für 600 V müssen die p- und n-leitenden Gebiete bis in eine Tiefe von etwa 40 µm strukturiert vorlie gen, wie es bereits oben erwähnt wurde. Mit der obigen Vari ante (c) lassen sich solche Strukturen - allerdings kosten aufwendig - herstellen.

Eine Alternative zu dieser recht kostenintensiven Methode ge mäß der Variante (c) besteht in der Verwendung von sogenann ten Stencilmasken in Kombination mit einer Hochenergieionen implantation, bei der die kinetische Energie von zu implan tierenden Borionen für einen COOLMOS-Transistor für 600 V in der Größenordnung von 35 MeV liegen sollte. Als Stencilmasken werden dabei Implantationsmasken bezeichnet, die meist aus Silizium hergestellt sind und ähnlich wie eine konventionelle Photomaske in der Belichtungsausrichtung zum Halbleiterwafer justiert werden.

Eine Hochenergieionenimplantation wird insbesondere zu Beginn eines Dotierungsprozesses eingesetzt. Es ergibt sich somit ein Problem, nachfolgende Photoebenen auf eine reine Implan tationsebene zu justieren. Das heißt, nachfolgende Dotierun gen müssen genau auf den "Unterbau" der tief liegenden Dotie rungsgebiete ausgerichtet sein.

Da bisher für die Herstellung von Dotierungsgebieten in Halb leiterwafern kaum Energien über 7 MeV eingesetzt wurden, ist die Problematik der Justage von nachfolgenden Photoebenen auf eine reine Hochenergie-Ionenimplantationsebene noch nicht aufgetreten. Mit der fortschreitenden Entwicklung von COOLMOS-Bauelementen besteht aber ein Bedarf an einem Verfah ren, mit dem nachfolgende Photoebenen zu einer wiederverwend baren Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation ju stiert werden können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf einfache Weise herstellbare und wiederverwendbare Implantati onsmaske für Hochenergieionenimplantation zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einer solchen Implantations maske eine Weiterbehandlungsebene auf eine Implantationsebene justiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Implantations maske mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 2 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel zeichnet sich die erfin dungsgemäße Implantationsmaske also durch einen Siliziumwafer aus, der in seinem Querschnitt eine Kammstruktur mit dicken, Ionenstrahlen absorbierenden Bereichen und mit dünnen, Ionen strahlen durchlassenden Bereichen, aufweist. Eine solche Im plantationsmaske ist in der Lage, hochenergetische Ionen über 10 MeV zu maskieren. Der Siliziumwafer kann mit Hilfe der üb lichen Standard-Siliziumtechnologie auf kostengünstige Weise realisiert werden. Die Implantationsmaske ist daher für eine Massenproduktion geeignet. Ein weiterer Vorteil der erfin dungsgemäßen Implantationsmaske ist darin zu sehen, daß das Layout der Maske, also die Anordnung der Ionenstrahlen absor bierenden Bereiche und der Ionenstrahlen durchlassenden Be reiche, praktisch beliebig gestaltet werden kann. Dies gilt für herkömmliche, d. h. durchgeätzte Stencilmasken nicht.

Die erfindungsgemäße Implantationsmaske kann neben der Dotie rung von Halbleitern auch für andere Anwendungen in vorteil hafter Weise zur Ionenstrahlimplantation eingesetzt werden. Als Beispiel sei hier die Amorphisierung von kristallinem Ma terial genannt.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich die Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation durch einen Wafer, der mit Porenkanälen versehen ist, aus. Der Wafer kann dabei aus einer Siliziumscheibe bestehen, die in der in DE 37 17 851 beschriebenen Weise hergestellt ist. Der Porendurchmesser kann zwischen 1 und 5 µm liegen, während der Abstand zwischen den Poren 10 bis 50 µm beträgt und die Maske etwa 0,2 mm dick ist. Selbstverständlich sind aber auch andere Abmessungen für Porendurchmesser, Abstand und Masken dicke möglich.

Mit der Implantationsmaske dieses zweiten Ausführungsbei spiels sind beispielsweise auf mehrere Ebenen verteilte ku gelförmige hochdotierte Gebiete des einen Leitungstyps in ei ner epitaktischen Driftzone des anderen Leitungstyps her stellbar, wie sie in durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiter bauelementen vorgesehen sind, welche trotz hoher Sperrspan nung einen niedrigen Durchlaßwiderstand haben (vgl. hierzu DE 196 04 044 A1).

An der erfindungsgemäßen Implantationsmaske ist von besonde rem Vorteil, daß diese nicht auf den Devicewafer durch Schichtabscheidung und Strukturierung aufgebaut wird, sondern getrennt hergestellt ist und ohne weiteres mehrfach verwendet werden kann. Diese separate Implantationsmaske kann gegebe nenfalls auf den Devicewafer geklebt werden, wie dies weiter unten noch näher erläutert werden wird. Jedenfalls ist sie auch als Hartmaske fest mit dem Devicewafer für eine genaue Justierung und Einstellung verbindbar.

Das Verfahren zum Justieren einer Weiterbehandlungsebene auf eine Implantationsebene, bei dem in einem Halbleiterwafer durch Ionenimplantation Dotierungen vorgenommen werden, zeichnet sich dadurch aus, daß mittels einer vom Halbleiter wafer separaten Implantationsmaske, vorzugsweise einer Im plantationsmaske gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungs beispiel, in einem ersten niederenergetischen Implantations schritt in der Oberflächenschicht des Halbleiterwafers eine eine Strukturierung der Oberfläche des Halbleiterwafers er laubende Degradation eingebracht wird, die die Ausbildung von als Justagemarken dienenden Strukturen erlaubt, und daß dann mittels derselben Implantationsmaske in einem zweiten hochen ergetischen Implantationsschritt die Dotierungen des Halblei terwafers vorgenommen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf den folgenden Über legungen:

Schwerionen-Implantationen sehr hoher Dosis können Materiali en, wie beispielsweise Oxide, in ihren Eigenschaften degra dieren. So wird seit längerem der Effekt erhöhter Ätzraten bei Oxiden nach Argonimplantationen mit Dosen über 1,0 × 10¹⁴ Ionen/cm² ausgenutzt.

Ionenimplanter sind abhängig vom Aufbau ihrer Ionisations quellen oft in der Lage, verschiedenste Elemente zu liefern. So ist beispielsweise in einem Ionenimplanter ein Umschalten von Borionen auf Argonionen relativ einfach zu bewerkstelli gen.

Die Ionenenergien sind selbst bei großen Beschleunigern, wie beispielsweise Tandembeschleunigern, in einem weiten Bereich wählbar. Extremfälle der Beschleunigungsspannung in einem Tandembeschleuniger können wie folgt angegeben werden:

In einem niederenergetischen Bereich erfolgt bei abgeschalte ter Terminalspannung eine Ionenbeschleunigung durch eine Ex traktionsspannung aus der Ionenquelle mit Spannungswerten in der Größenordnung von einigen 10 kV.

Im hochenergetischen Bereich liegt dagegen eine volle Termi nalspannung von beispielsweise einigen 10 MV zusammen mit Um ladeeffekten in einem Strippergas vor.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere die folgen den Verfahrensschritte vor:

Zunächst wird eine Implantationsmaske, die beispielsweise ei ne Implantationsmaske nach dem ersten oder zweiten Ausfüh rungsbeispiel oder eine Stencilmaske im Strahlengang des Io nenimplanters positioniert und grob auf den Devicewafer ju stiert. Dann erfolgt eine niederenergetische Schwerionenimplantation, die in einer auf dem Wafer abgeschiedenen Oxidschicht an den implantierten Stellen zu einer Materialde gradation führt. Anschließend wird mit hoher Energie die ei gentliche Ionenimplantation zur Herstellung von tiefen Dotie rungsgebieten vorgenommen. Der nächste Schritt besteht sodann in einer isotropen teilweisen Entfernung der oberflächlichen Oxidschicht. An den Stellen, die dem Schwerionen-Bombardement ausgesetzt waren, erhält die isotrope Ätzung auch eine an isotrope Komponente, d. h., es tritt eine Strukturierung der Oxidschicht ein. Diese Strukturierung kann für nachfolgende Photolithographien als Justagemarken dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine einfache Positionierung der Implantationsmaske im Strahlengang des Io nenimplanters, da eine aus apparativer Sicht aufwendige Vor richtung zur genauen Justage der Implantationsmaske in bezug auf den Wafer nicht mehr erforderlich ist. Vielmehr ist eine Vorjustage mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern vollkommen ausreichend.

Eine weitere Möglichkeit, Implantationsmasken für Hochener gieionenimplantation heranzuziehen, besteht darin, die Im plantationsmasken mit Hilfe einer Rückseiten-Justiereinrich tung auf den Devicewafer aufzukleben. Nachteilhaft an einem solchen Vorgehen ist, daß für jeden Wafer eines Loses eine gesonderte Implantationsmaske benötigt wird. Dennoch ist auch hier das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil, da es eine genaue Justage von Devicewafer und Implantationsmaske er laubt, wobei die Genauigkeit Bruchteile von µm erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient in bevorzugter Wei se die Ebene der Hochenergieionenimplantation als Erstebene, auf die nachfolgende Ebenen justiert werden können. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von COOLMOS-Bauelementen von Vorteil.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei herkömmlichen Lackmasken anwendbar, die aber an sich schon mit guten Justa gesystemen arbeiten, so daß es hier weniger Vorteile mit sich bringt.

An dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zunächst von Bedeu tung, daß entweder eine wiederverwendbare Implantationsmaske, beispielsweise eine Implantationsmaske nach den obigen beiden Ausführungsbeispielen, die nicht auf dem Devicewafer defi niert ist, sondern separat von diesem aufgebaut ist, oder ei ne konventionelle, auf dem Devicewafer definierte Implantati onsmaske aus beispielsweise Lack dazu verwendet wird, zu nächst durch eine niederenergetische Schwerionenimplantation mit hoher Dosis eine Degradation einer oberflächennahen Schicht derart herbeizuführen, daß in den implantierten Ge bieten eine deutlich erhöhte Sensibilität gegenüber ätzenden Medien entsteht und somit eine Strukturierung der Oberfläche eintritt, wobei diese Strukturen so ausgebildet sind, daß sie als Justagemarken für nachfolgende Weiterbehandlungen, wie beispielsweise Photolithographieschritte, dienen können, und sodann durch eine hochenergetische Implantation vorgegebener Dosis durch die gleiche Implantationsmaske die gewünschten tiefliegenden Dotierungsgebiete hergestellt werden, auf die dann aufgrund des obigen ersten Schrittes nachfolgende Wei terbehandlungsebenen justiert werden.

Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wer den zwei aufeinanderfolgende Ionenimplantationen durch eine gemeinsame, gegebenenfalls separate Implantationsmaske vorge nommen, wobei die erste Ionenimplantation den Zweck einer oberflächennahen Materialdegradation hat, weshalb schwere Io nen mit niedriger kinetischer Energie und hoher Dosis einge setzt werden, und die zweite Ionenimplantation schließlich die eigentlichen Dotierungsgebiete festlegt. Wichtig ist da bei auch die Kombination der ersten Ionenimplantation mit ei ner geeigneten isotropen Ätzung zur Strukturierung der ober flächennahen Schicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird so eine reine Im plantationsebene, mit der die Schwerionenimplantation vorge nommen wird, als Erstebene in einem gesamten Prozeßablauf verwendet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen zur Erläute rung eines Herstellungsverfahrens für eine Im plantationsmaske nach dem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläute rung einer kontaktlosen Implantation mittels der Implantationsmaske nach dem ersten Ausführungs beispiel,

Fig. 5 bis 8 schematische Schnittdarstellungen zur Erläute rung einer Ionenimplantation, bei der eine Im plantationsmaske nach dem ersten Ausführungsbei spiel in Berührung mit einem Devicewafer ist,

Fig. 9 bis 11 schematische Schnittdarstellungen zur Erläute rung der Herstellung einer Implantationsmaske nach dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem ein "Ätzstop" verwendet wird,

Fig. 12 eine Anordnung mit einer Implantationsmaske nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 13 bis 16 schematische Schnittdarstellungen von Implan tationsmasken und Devicewafer zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen Siliziumwafer 1, in welchen mittels geeig neter Ätzverfahren Gräben oder Rillen oder Löcher 2, 3 in ei nem gewünschten Muster eingebracht werden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Das heißt, die Gräben oder Rillen bzw. Löcher 2 und 3 können verschiedene Gestalten haben und gerade oder gekrümmt verlaufen. Auch ist es möglich, daß die Löcher 2, 3 unterschiedliche Eindringtiefen haben, obwohl die Figuren nur Beispiele zeigen, bei denen diese Gräben bzw. Löcher 2, 3 ei ne einheitliche Eindringtiefe besitzen.

Alternativ kann anstelle eines Ätzverfahrens die Strukturie rung auch durch selektive Abscheidung auf einem Wafer vorge nommen werden.

In jedem Fall entsteht aber eine Kammstruktur, die, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, "Täler" (vgl. Bezugszeichen 2, 3) und "Berge" in den Bereichen zwischen den Tälern aufweist. Diese Berge sollen die Ionenimplantation abschatten.

Der Höhenunterschied zwischen den Bergen und Tälern ent spricht wenigstens der angestrebten Implantationstiefe.

Nach der Ätzung der Rillen bzw. Löcher 2, 3 wird der Silizi umwafer von seiner Rückseite 4 her auf eine noch handhabbare Dicke rückgedünnt, so daß schließlich die in Fig. 3 gezeigte Struktur erhalten wird.

Damit ist die gewünschte Implantationsmaske fertiggestellt. Voraussetzung für eine befriedigende Maskenfunktion ist al lerdings, daß Ionen vorliegen, die auf so große Energien be schleunigt sind, daß sie das Restsilizium, das sich noch un terhalb der Rillen bzw. Löcher 2, 3, also unterhalb der Täler befindet, durchdringen können.

Für den Einsatz dieser Implantationsmaske gibt es nun zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten: die Implantations maske und ein Devicewafer sind getrennt voneinander vorgesehen (Möglichkeit 1) oder die Implantationsmaske ist in Berüh rung mit dem Devicewafer (Möglichkeit 2)

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine kontaktlose Implantation (Möglichkeit 1): eine Implantationsmaske 5 der in Fig. 3 ge zeigten Art ist mittels einer Justiervorrichtung 6 in Abstand und oberhalb von einem Devicewafer 7 vorgesehen, in welchem implantierte Bereiche 8 erzeugt werden sollen. Die Implanta tionsmaske 5 wird zusammen mit dem Devicewafer 7 und der Ju stiervorrichtung 6 in der Prozeßkammer eines Implanters posi tioniert. Hochenergetische Ionen (vgl. Pfeile 9) werden auf die Implantationsmaske 5 gerichtet. Diese hochenergetischen Ionen durchdringen die Implantationsmaske 5 lediglich an der Stelle der Rillen bzw. Löcher 2, 3, so daß auf der Rückseite der Implantationsmaske 5 maskierte Ionen (vgl. Zeile 10) an der Stelle der Rillen bzw. Löcher 2, 3 erhalten werden. Diese maskierten Ionen 10 erzeugen dann die implantierten Bereiche 8 im Devicewafer 7. Es werden also nur jene Bereiche des De vicewafers implantiert, die entlang der Strahlachse (vgl. Pfeile 9) auf ein "Maskental" schauen.

Anhand der Fig. 5 bis 8 wird im folgenden die Verwendung der Implantationsmaske des ersten Ausführungsbeispiels für eine Implantation erläutert, bei der die Implantationsmaske in Kontakt mit dem Devicewafer 7 ist.

Hier wird zunächst auf der Rückseite der Implantationsmaske 5 eine dünne Oxidschicht 11 aus beispielsweise TEOS (Tetraethy lenorthosilikat) abgeschieden. Auch auf den zu implantieren den Devicewafer 7 wird eine Oxidschicht 12 aufgebracht, was wahlweise durch thermische Oxidation oder durch Abscheidung von beispielsweise TEOS geschehen kann. Damit liegt die in Fig. 5 gezeigte Struktur vor.

Die Implantationsmaske 5 und der Devicewafer 7 werden sodann mittels eines Waferbondverfahrens aufeinander "geklebt", wo durch die in Fig. 6 gezeigte Struktur erhalten wird.

Es ist nun für Ionen, deren Energie ausreichend ist, auch noch die Oxidschichten 11, 12 zu durchdringen, eine maskierte Implantation möglich, um implantierte Bereiche 8 zu erzeugen (vgl. Fig. 7).

Nach Durchführung der Ionenimplantation zur Erzeugung der do tierten Gebiete 8 wird die Implantationsmaske 5 naßchemisch wieder abgelöst, was durch Angriff eines Ätzmittels (vgl. Pfeil 13), wie beispielsweise FAEL, auf die Oxidschichten 11, 12 möglich ist (vgl. Fig. 8). Auf diese Weise kann die Im plantationsmaske 5 für weitere Ionenimplantationen wiederver wendet werden. Sie ist daher als eine "Hartmaske" zu bezeich nen.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Im plantationsmaske mit Hilfe eines "Ätzstops".

Ausgangsbasis ist hier ein Wafer 1 aus beispielsweise Silizi um mit einem Ätzstop 14 aus beispielsweise einer Siliziumdi oxidschicht, die sich in einer definierten Tiefe des Wafers 1 befindet. Es liegt also eine SOI-Struktur vor (SOI = Silicon on Insulator; Silizium-auf-Isolator).

Das Silizium des Wafers 1 kann einkristallin oder polykri stallin sein.

Selbstverständlich können auch andere Materialien als Silizi um verwendet werden. Wichtig ist hier lediglich, daß als Aus gangsmaterial ein Wafer verwendet wird, der in einer ge wünschten Tiefe einen definierten Ätzstop hat.

Der Vorteil eines solchen Ätzstops 14 liegt darin, daß alle geätzten Gräben bzw. Rillen oder Löcher 2, 3 die gleiche Tie fe erreichen. Der für Plasmaätzverfahren bekannte Effekt, daß Strukturen mit großen Öffnungen (vgl. Bezugszeichen 3) tiefer geätzt werden als solche mit kleineren Öffnungen (vgl. Be zugszeichen 2) kann damit umgangen werden. Für die Implanta tion von hochenergetischen Ionen ergibt sich daher für alle Strukturen die gleiche Eindringtiefe.

Der in Fig. 9 gezeigte Wafer 1 wird in gleicher Weise struk turiert wie der Wafer 1 der Fig. 1 und 2. Das heißt, es wer den in ihm die Gräben bzw. Löcher 2, 3 durch Ätzen an defi nierten Stellen bis zu dem Ätzstop 14 eingebracht.

Es schließt sich sodann noch ein Rückdünnen von der Rückseite 4 bis zu dem Ätzstop 14 an, wodurch die in Fig. 11 gezeigte Struktur für die Implantationsmaske 5 erhalten wird.

Für diese Rückseitendünnung ist der Ätzstop 14 von großem Vorteil: die Dicke der Restschicht, also der Implantations maske 5, ist damit weitgehend unabhängig von den Schwankungen des Rückdünnungsprozesses, da der Wafer 1 genau bis zu dem Ätzstop 14 abgeätzt wird.

Schwankungen in der Ioneneindringtiefe von Implantationsmaske zu Implantationsmaske können durch Verwendung der Ätzstops 14 minimiert werden. Restschwankungen in der Eindringtiefe sind dann allein noch auf technisch gut beherrschbare Schwankungen in der Dicke der Ätzstopschicht 14 zurückzuführen.

Für im Handel erhältliches SOI-Material werden Oxidschicht dicken im Bereich von einigem µm angeboten. Es können also in diesem Fall nur Masken-Layouts verwendet werden, die der Im plantationsmaske 5 ausreichende mechanische Stabilität belas sen, da die Oxidschicht (Ätzstop 14) in mechanischer Hinsicht nicht bzw. nur wenig stabilisierend wirkt. Mit den gleichen Einschränkungen ist auch beim Masken-Layout für das Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 eine Reduktion der Rest schichtdicke und damit eine Reduktion der benötigten minima len Implantationsenergie möglich.

Fig. 12 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Implantationsmaske. Dieses Ausführungsbeispiel sieht eine beispielsweise aus Silizium bestehende Implantationsmas ke 5 vor, in der sich Porenkanäle 15 befinden. Der Poren durchmesser kann dabei beispielsweise zwischen 1 bis 5 µm liegen, während der Abstand zwischen benachbarten Poren 15 zwischen 10 und 50 µm betragen kann. Die Dicke der Implanta tionsmaske 5 kann im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm und bei spielsweise bei 0,2 mm liegen.

Mit einer solchen Implantationsmaske 5 ist mittels eines Io nenstrahles 9 in einem schematisch angedeuteten Implanter 16 eine Punkt-Ionenimplantation in einem Devicewafer 7 möglich, welcher sich in einem Target-Magazin 17 befindet. Den Device wafer 7 erreichen nur die maskierten Ionen 10, welche durch die Porenkanäle 15 verlaufen sind.

Mit einer derartigen Implantationsmaske 5 können ohne weite res Strukturen hergestellt werden, wie diese in der bereits genannten DE 196 04 044 A1 beschrieben sind: es ist so die Erzeugung von kleinen kugelförmigen Gebieten des einen Lei tungstyps in beispielsweise einer epitaktischen Schicht mög lich, wobei diese Gebiete den gleichen Leitungstyp wie die epitaktische Schicht oder den hierzu entgegengesetzten Lei tungstyp haben können und im letzteren Fall höher dotiert als die epitaktische Schicht sind. Eine solche Implantationsmaske mit Porenkanälen ist daher besonders dazu geeignet, auf meh reren Ebenen eines Devicewafers in bestimmter Weise dotierte Gebiete, die mehr oder weniger punktförmig gestaltet sind, zu erzeugen.

Die Fig. 13 bis 16 zeigen schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Justie ren einer Weiterbehandlungsebene auf eine Implantationsebene.

Fig. 13 zeigt zunächst einen Devicewafer 7 aus beispielsweise Silizium, auf dem sich eine Oxidschicht 18 aus beispielsweise TEOS befindet. Diese Oxidschicht 18 kann durch thermische Oxidation des Wafers 7 oder durch Oxidabscheidung gebildet werden. Ihre Schichtdicke kann bei einigen 100 nm liegen.

Mit Hilfe einer Implantationsmaske 5, die den oben beschrie benen Aufbau gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2 haben kann, wird sodann Argon mit niedriger Energie und hoher Dosis (über 1,0 × 10¹⁴Argonionen/cm²) implantiert. Dabei sollten die Implantationsmaske 5 und der Devicewafer 7 zumindest auf einige mm genau zueinander justiert sein. Die Energie dieser Ionenimplantation wird so gewählt, daß nur die Oxidschicht 18 maximal geschädigt wird. Das heißt, die Ionen (vgl. Pfeile 9) sollten innerhalb der Oxidschicht 18 vollständig abgestoppt werden.

Auf diese Weise entstehen in der Oxidschicht 18 Degradationen 19.

Es schließt sich eine hochenergetische Implantation zur Her stellung der tiefliegenden Dotierungsgebiete 8 in Devicewafer 7 an. Die Oxidschicht 18 ist dabei so dimensioniert, daß die hochenergetischen Ionen dieser Implantation nicht merklich abgebremst werden. Damit wird die in Fig. 14 gezeigte Struk tur erhalten.

Es folgt sodann ein teilweise isotropes Abätzen der Oxid schicht 18, wobei in den mit Argon implantierten, also in den von der Implantationsmaske 5 nicht abgedeckten Bereichen an der Ätzfront auch eine anisotrope Komponente vorliegt, da an diesen Stellen die Oxidätzrate aufgrund der Degradationen 19 erhöht ist. Damit entsteht eine strukturierte Oxidoberfläche 20, welche mit Vertiefungen 21 an der Stelle der Degradatio nen 19 versehen ist. Diese Vertiefungen 21 können nun als Marken für nachfolgende Weiterbehandlungsprozesse herangezo gen werden. Das heißt, nachfolgende Phototechniken können an den Vertiefungen 21 ausgerichtet werden, wie dies in Fig. 16 schematisch für eine Photolackschicht 22 angedeutet ist.

Die Oxidschicht 18 kann, sofern sie im nachfolgenden Prozeß ablauf nicht benötigt wird, an bestimmten Stellen auch abge löst werden. Jedenfalls können nachfolgende Ebenen mittels der genau definierten Justagemarken, die durch die Vertiefun gen 21 an gewünschten Stellen vorgegeben sind, in bezug auf die tiefen Implantationsprofile der Dotierungsgebiete 8 ju stiert werden.

Anstelle von Argon können auch andere Stoffe zur Ionenimplan tation herangezogen werden. Die Degradation von Materialei genschaften, wie beispielsweise einen verbesserten Ätzan griff, nach Ionenbeschuß liegt bei einer Vielzahl von Mate rialien vor. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auf verschiedenste Schichten, wie etwa Siliziumnitride oder ande re halbleitende Materialien, wie beispielsweise Siliziumcar bid oder A_IIIB_V-Halbleitermaterialien zusätzlich zu Silizium anwendbar.

Bezugszeichenliste

1

Siliziumwafer

2

Graben

3

Loch

4

Rückseite von Siliziumwafer

5

Implantationsmaske

6

Justiervorrichtung

7

Devicewafer

8

Dotierungsgebiet

9

Ionenimplantation mit hochenergetischen Ionen

10

maskierte Ionen

11

Oxidschicht

12

Oxidschicht

13

Angriff von Ätzmedium

14

Ätzstop

15

Porenkanal

16

Implanter

17

Targetmagazin

18

Oxidschicht

19

Degradation

20

strukturierte Oberfläche

21

Vertiefung

22

Photolackschicht

Claims

1. Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantationen, gekennzeichnet durch einen Wafer (1), der in seinem Querschnitt eine Kamm struktur mit dicken, Ionenstrahlen (9) absorbierenden Be reichen und mit dünnen, Ionenstrahlen durchlassenden Be reichen aufweist.

2. Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation, gekennzeichnet durch einen Wafer (1), der mit Porenkanälen (15) versehen ist.

3. Verfahren zum Justieren einer Weiterbehandlungsebene auf eine Implantationsebene, bei dem in einem Halbleiterwafer (7) durch Ionenimplantation Dotierungen (8) vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer vom Halbleiterwafer separaten Implantati onsmaske (5), vorzugsweise ausgebildet nach Anspruch 1 oder 2, in einem ersten niederenergetischen Implantati onsschritt in der Oberflächenschritt (18) des Halbleiter wafers (7) eine eine Strukturierung der Oberfläche des Halbleiterwafers (7) erlaubende Degradation (19) einge bracht wird, die die Ausbildung von als Justagemarken (21) dienenden Strukturen erlaubt, und daß dann mittels derselben Implantationsmaske (5) in einem zweiten hochen ergetischen Implantationsschritt die Dotierungen (8) des Halbleiterwafers (7) vorgenommen werden.

4. Implantationsmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer aus Silizium besteht.

5. Implantationsmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhenunterschied zwischen den dicken, Ionenstrahlen absorbierenden Bereichen und den dünnen, Ionenstrahlen durchlassenden Bereichen mindestens der angestrebten Im plantationstiefe in einem Devicewafer (7) aus dem glei chen Material wie der Wafer (1) der Implantationsmaske (5) entspricht.

6. Implantationsmaske nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dicken, Ionenstrahlen absorbierenden Bereiche und die dünnen, Ionenstrahlen durchlassenden Bereiche durch Lö cher oder Gräben (2, 3) mit unterschiedlichen Strukturie rungen gebildet sind.

7. Implantationsmaske nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher oder Gräben (2, 3) eine im wesentlichen glei che Eindringtiefe im Wafer (1) haben.

8. Verfahren zum Herstellen der Implantationsmaske nach ei nem der Ansprüche 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer (1) in seiner Schichtdicke durch Einbringen von Löchern oder Gräben (2, 3) strukturiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer vor seiner Strukturierung mit einem Ätzstop (14) versehen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantationsmaske auf ihrer den Gräben oder Löchern (2, 3) gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Oxid schicht (11) versehen wird.

11. Verwendung der Implantationsmaske nach einem der Ansprü che 1 und 5 bis 7 für eine Ionenimplantation in Kontakt mit einem Devicewafer (7).

12. Implantationsmaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenkanäle (15) einen Durchmesser von 1 bis 5 µm be sitzen.

13. Implantationsmaske nach einem der Ansprüche 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Porenkanälen (15) 10 bis 50 µm beträgt.

14. Implantationsmaske nach einem der Ansprüche 2, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Implantationsmaske 0,1 bis 0,5 mm beträgt.

15. Implantationsmaske nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Implantationsmaske (5) etwa 0,2 mm beträgt.

16. Verwendung der Implantationsmaske nach einem der Ansprü che 2 und 12 bis 15 für eine Punkt-Implantation.

17. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten niederenergetischen Implantationsschritt Argonionen verwendet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Argonionen mit einer Dosis von über 1,0 × 10¹⁴Io nen/cm² implantiert werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantationsenergie im ersten niederenergetischen Im plantationsschritt derart gewählt ist, daß die Oberflächen schicht (18) des Halbleiterwafers (7) maximal geschädigt wird.