DE10018371A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines HalbleitersubstratsInfo
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Abstract
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats wird in ein Halbleiterbasismaterial (6) ein Dotiermaterial (8) eingebracht. Um eine räumlich begrenzte Änderung der Verteilung des Dotiermaterials (8) zu bewirken, werden durch lokal begrenztes Einbringen von Wärmemenge in wohldefinierten Erwärmungsbereichen (4) die Temperatur und folglich die Diffusionsrate des Dotiermaterials (8) aus den Erwärmungsbereichen (4) heraus erhöht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Halbleitersubstrats gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung und Strukturierung von Halbleitersubstra
ten und/oder Halbleiterbauelementen oder -bauteilen oder der
gleichen ist es unter Umständen vorgesehen, nicht nur ober
flächennahe Bereiche eines Halbleitergrundmaterials, sondern
auch das tieferliegende Volumen als stromführendes oder span
nungsbestimmendes Gebiet zu verwenden. Folglich ist es in
diesen Fällen u. U. notwendig, in dem zugrundeliegenden Halb
leiterbasismaterial das tieferliegende Volumen in tiefrei
chende strukturierte Dotiergebiete auszubilden oder umzuge
stalten.
Bei herkömmlichen Methoden zum Aufbau und zum Herstellen von
Halbleitersubstraten und/oder Halbleiterbauelementen, insbe
sondere von Halbleitermodulen, Chips und dergleichen, wird
dazu zunächst zumindest ein erster Grundbereich aus einem
Halbleiterbasismaterial erzeugt oder hergestellt. Dann wird
durch bekannte Verfahren - zum Beispiel Ionenimplantation,
Diffusion oder dergleichen - zumindest in das Halbleiterba
sismaterial des ersten Grundbereichs ein erstes Dotiermate
rial eingebracht. Nachfolgend wird dann gegebenenfalls die
Temperatur im ersten Grundbereich zumindest zeitweise derart
erhöht, daß eine Änderung der Verteilung zumindest des Do
tiermaterials im ersten Grundbereich bewirkt werden kann. Ge
mäß diesem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines Halb
leitersubstrats und/oder Halbleiterbauelements wird also eine
erzeugte hohe lokale Dotierungskonzentration mit einem ersten
Dotiermaterial erzeugt und dann nachfolgend durch Tempera
turerhöhung und somit durch Erhöhung der Beweglichkeit sämt
licher Teilchenspezies - also auch der Teilchen des ersten
Dotierungsmaterials - in der Vorform des Halbleitersubstrats
und/oder Halbleiterbauelements die Schärfe der Konzentra
tionsgrenze aufgeweicht, wodurch zum Beispiel auch eine Ver
bindung benachbarter lokaler Dotiergebiete in lateraler
und/oder vertikaler Richtung erreicht werden kann.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren zum Herstellen ei
nes Halbleitersubstrats und/oder Halbleiterbauelements ist,
daß zur Erzeugung eines wohldefinierten und lokal begrenzten
Dotiergebietes die Dotierung selbst lokal begrenzt ausgeführt
werden muß. Dies erfordert einen erheblichen apparativen
und/oder verfahrenstechnischen Aufwand. Ferner müssen zur Er
zielung wohldefinierter und lokal begrenzter sowie dabei im
Volumen tiefliegender Dotiergebiete die entsprechenden Halb
leitersubstrate und/oder Halbleiterbauelemente schichtartig,
zum Beispiel durch mehrere Epitaxieschritte, aufgebaut wer
den, wobei in jeder Schicht gegebenenfalls an derselben Stel
le möglichst exakt das lokal zu definierende Dotiergebiet
eingerichtet werden muß und wobei darüber hinaus zur Verbin
dung der benachbarten und aufeinanderfolgend schichtartig
übereinander ausgebildeten Dotiergebiete das gesamte Substrat
aufgeheizt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen eines Halbleitersubstrats, Halbleiterbauelements,
insbesondere eines Halbleitermoduls, Chips oder dergleichen,
anzugeben, bei welchem auf besonders einfache Art und Weise
lokal begrenzte Dotiergebiete in einem Halbleiterbasismate
rial mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit und gleichwohl
geringem apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand er
zeugt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil
hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Im folgenden und voranstehend soll unter einem Halbleitersub
strat auch immer eine Vorform dieses Halbleitersubstrats oder
auch ein Halbleiterbauelement, ein Halbleiterchip, -modul
oder dergleichen verstanden werden, weil das erfindungsgemäße
Grundkonzept unabhängig von der jeweiligen Grund-, Verarbei
tungs- oder Endproduktstufe des jeweiligen Halbleitermateri
als ist.
Das gattungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter
substrats, eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines
Halbleitermoduls, Chips oder dergleichen, bei welchem minde
stens ein erster Grundbereich aus einem Halbleiterbasismate
rial erzeugt wird, mindestens ein erstes Dotiermaterial zu
mindest in das Halbleiterbasismaterial des ersten Grundbe
reichs eingebracht wird und nachfolgend dann die Temperatur
zumindest im ersten Grundbereich zeitweise erhöht wird, um
eine Änderung der Verteilung zumindest des Dotiermaterials im
ersten Grundbereich zu bewirken, ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur jeweils dadurch erhöht
wird, daß in wohldefinierte Erwärmungsbereiche des jeweiligen
Grundbereichs lokal begrenzt eine Wärmemenge eingebracht wird
und daß dadurch eine Erhöhung der Temperatur erreicht wird,
welche im wesentlichen auf die mit der Wärmemenge beauf
schlagten Erwärmungsbereiche im jeweiligen Grundbereich be
schränkt ist.
Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht al
so darin, im Gegensatz zu Verfahren aus dem Stand der Tech
nik, bei welchen in der Regel der gesamte Grundbereich oder
das gesamte Halbleitersubstrat/-bauelement erhitzt werden,
ausschließlich wohldefinierte und/oder lokal begrenzte Erwär
mungsbereiche des jeweiligen Grundbereichs in lokal begrenz
ter Art und Weise mit einer Wärmemenge zu beaufschlagen oder
diese dort einzubringen, wobei dadurch eine Temperaturerhö
hung erreicht wird, die sich im wesentlichen auf diese wohl
definierten und/oder lokal begrenzten Erwärmungsbereiche im
jeweiligen Grundbereich beschränkt. Dieses erfindungsgemäße
Vorgehen hat zur Folge, daß ausschließlich in den wohldefi
nierten und/oder lokal begrenzten Erwärmungsbereichen die Be
weglichkeit des ersten Dotiermaterials erhöht wird, während
sie außerhalb der Erwärmungsbereiche unverändert bleibt.
Folglich führt die an sich statistisch unkorrelierte Bewegung
der Teilchen des ersten Dotiermaterials netto zu einer
Entreicherung oder Verarmung an Dotiermaterial in den Erwär
mungsbereichen, weil statistisch gesehen, die Wahrscheinlich
keit des Hinausdiffundierens eines Dotiermaterialteilchens
aus einem Erwärmungsbereich gegenüber dem Hineindiffundieren
aus den kühleren Umgebungsbereichen außerhalb der Erwärmungs
bereiche erhöht ist. Die Teilchen des ersten Dotiermaterials
werden, sofern sie den Erwärmungsbereich einmal verlassen ha
ben, in den außerhalb der Erwärmungsbereiche liegenden Umge
bungsbereichen, welche eine geringere Temperatur besitzen,
quasi eingefroren und dadurch an einer Rückdiffusion in die
Erwärmungsbereiche hinein gehindert.
Ein zentraler Aspekt der Erfindung ist also, daß infolge ei
nes aufgeprägten lateralen Temperaturgradienten ein ent
sprechender lateraler Dotierstoffgradient erzeugt wird, der
auch in der vertikalen Richtung in die Tiefe ausgebildet sein
kann.
Obwohl jegliche Zufuhr von Wärmemenge, also jegliche bewirkte
Temperaturerhöhung auch eine Änderung in der Diffusionsbeweg
lichkeit der im erwärmten Bereich befindlichen Teilchen zur
Folge hat, ist es besonders vorteilhaft, daß gemäß einer be
vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
die den Erwärmungsbereichen zugeführte Wärmemenge so gewählt
wird, daß durch die zu bewirkende Temperaturänderung und/oder
geänderte Temperatur die Diffusionsbeweglichkeit und/oder die
Diffusionsrate zumindest des ersten Dotiermaterials in den
Erwärmungsbereichen erhöhbar ist. Es kann zum Beispiel daran
gedacht werden, mit der zugeführten Wärmemenge bestimmte
Übergänge zwischen Phasen oder Subphasen des Gefüges des
Halbleiterbasismaterials zu ermöglichen, welche eine spontan
und/oder merklich erhöhte Diffusionsbeweglichkeit und/oder
Diffusionsrate zur Folge haben.
Besonders einfach gestaltet sich das Zuführen von Wärmemenge
in wohldefinierter und lokal begrenzte Bereiche oder Erwär
mungsbereiche dann, wenn die Wärmemenge jeweils durch Beauf
schlagen, insbesondere der Erwärmungsbereiche, mit elektroma
gnetischer und/oder korpuskularer Strahlung erfolgt, insbe
sondere von elektromagnetischer Strahlung im IR-, sichtbaren
und/oder UV-Bereich. Strahlung kann nämlich grundsätzlich so
wohl im Rahmen der geometrischen als auch der Wellenoptik
durch entsprechende Abbildungsverfahren in geeigneter Weise
auf lokal begrenzte Erwärmungsbereiche eines Grundbereichs im
Halbleiterbauelement gerichtet werden.
Besonders einfache Abbildungsverhältnisse ergeben sich bei
der Verwendung von monochromatischer oder monoenergetischer
Strahlung. Darüber hinaus lassen sich die Abbildungsverhält
nisse und somit auch die laterale Auflösung des entsprechen
den Abbildungsverfahrens weiter wesentlich dadurch erhöhen,
daß eine im wesentlichen homogene, parallel ausgerichtete
und/oder fokussierte Strahlung verwendet wird. Auch hier bie
tet sich jeweils der Einsatz entsprechender Optiken an, wel
che sowohl für elektromagnetische, als auch für korpuskulare
Strahlung, insbesondere Elektronen, Neutronen, α-Teilchen
oder dergleichen, bekannt sind.
Aufgrund von Konvektion, also Wärmetransport, einhergehend
mit Materietransport, als auch durch Wärmeleitung wird die
lokale zugeführte Wärmemenge dissipiert, die lokal erzeugte
Temperaturänderung weicht folglich mit der Zeit auf. Die er
wärmten Bereiche kühlen ab und geben dabei Wärmemenge an die
benachbarten Bereiche ab, wodurch sich deren Temperatur zu
einem gewissen Grad erhöht.
Um ein übermäßiges Aufheizen des Gesamtsubstrats zu vermeiden
und eine besonders scharf definierte Lokalität der erwärmten
Bereiche zu gewährleisten, ist es vorgesehen, daß die Strah
lung gepulst zugeführt wird. Durch das Pulsieren der Strah
lung wird dem jeweiligen definierten Erwärmungsbereich je
weils nur eine bestimmte Energie oder Wärmemenge in Paketen
zugeführt, so daß einerseits die beaufschlagten Erwärmungsbe
reiche ihre Temperatur ausreichend ändern, andererseits aber
die benachbarten, mit Energie nicht direkt beaufschlagten Be
reiche ihrerseits aufgrund Wärmedissipation keine allzu große
Temperaturerhöhung erfahren, so daß der Unterschied zwischen
Erwärmungsbereich und Nachbarbereich sowohl hinsichtlich der
Temperaturunterschiede als auch hinsichtlich der unterschied
lichen Beweglichkeiten der Dotiermaterialteilchen erhalten
bleiben.
Insbesondere ist zur einfacheren Handhabung des erfindungsge
mäßen Verfahrens daran gedacht, beim Zuführen gepulster
Strahlung eine feste Pulsdauer und eine feste Pulsrate fest
zulegen, so daß damit insbesondere der Weg für eine entspre
chende Automatisierung des Verfahrens offensteht. Übliche
Pulsraten können im Bereich von 100 Hz und/oder übliche Puls
dauern im Bereich von etwa 10 ns liegen, wobei sowohl die
Pulsrate als auch die Pulsdauer jeweils von der absoluten In
tensität oder Strahlungsdichte, der applizierten Strahlung,
als auch von deren spektraler Dichte sowie dem Absorptions
verhalten der beaufschlagten Materialien abhängig gemacht
werden wird.
Als entsprechende Strahlungsquelle kann beim Einsatz elektro
magnetischer Strahlung vorteilhafter Weise ein, insbesondere
gepulster, Laser verwendet werden. Es bietet sich aber auch
der Einsatz von Synchrotronstrahlung oder dergleichen mit
entsprechenden Wigglern oder Undulatoren an.
Um entgegengesetzt ladungspolarisierte oder dotierte Halblei
terbereiche auszubilden, ist es vorteilhaft, daß mindestens
ein zweites Dotiermaterial zumindest im ersten Grundbereich
eingebracht wird und/oder ist und daß das zweite Dotiermaterial
so gewählt wird, daß es insbesondere in dem Bereich der
in den Erwärmungsbereichen zu bewirkenden Temperaturänderung
oder erhöhten Temperatur eine Diffusionsbeweglichkeit
und/oder Diffusionsrate aufweist, welche sich von denen des
ersten Dotiermaterials unter den nämlichen Bedingungen in den
Erwärmungsbereichen merklich unterscheiden, insbesondere ge
ringer sind. Dadurch wird nämlich erreicht, daß in den mit
den Wärmemengen beaufschlagten Erwärmungsbereichen sich das
eine Dotiermaterial, nämlich das beweglichere, stärker ver
armt oder entreichert, als das andere, nämlich das unbewegli
chere. Selbst bei einer anfänglich gleichen Konzentration
hinsichtlich der Dotierladungen oder Dotierteilchen bewirkt
dann ein Beaufschlagen mit Wärmemenge nachfolgend eine Un
gleichverteilung, wobei im Idealfall die Konzentration des
einen Dotiermaterials verändert wird, während die Beweglich
keit durch die entsprechende Temperaturerhöhung des anderen
Dotiermaterials praktisch unverändert bleibt und sich somit
die Konzentration des zweiten Dotiermaterials sich gar nicht
ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es vorgesehen, daß das erste Dotiermaterial
und/oder das zweite Dotiermaterial im jeweiligen Grundbereich
und/oder in den Erwärmungsbereichen vor der Temperaturerhö
hung lateral und/oder vertikal im wesentlichen homogen ver
teilt sind und/oder werden. Gegenüber den herkömmlichen Ver
fahren hat dies den Vorteil, daß die aufwendigen apparativen
und fertigungstechnischen Vorkehrungen zum lokal definierten
Dotieren entfallen können.
Es ist relativ einfach und übersichtlich, eine homogene Do
tierverteilung für ein oder mehrere Materialien in einem
Grundbereich vorzusehen, wobei dann die Umverteilung und so
mit die strukturierte Umdotierung durch die erfindungsgemäßen
Merkmale des lokalen Aufheizens des Grundbereichs vollzogen
wird.
Wie beim üblichen epitaktischen Verfahren mit mehreren
Schichten kann auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Aus
bilden aufeinanderfolgender und aufeinander aufbauender meh
rerer Grundbereiche durchgeführt werden, wobei jeder Grundbe
reich separat oder eine Mehrzahl von Grundbereichen überein
andergeschichtet der lokalen Wärmebehandlung und somit Umver
teilung der jeweiligen Dotiermaterialien unterzogen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen
Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halb
leitersubstrats weiter erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1A, 1B in schematischer Form zwei Zwischenstufen ei
ner ersten Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens,
Fig. 2A, 2B in schematischer Form zwei Zwischenstufen ei
ner zweiten Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens und
Fig. 3A, 3B in schematischer Form zwei Zwischenstufen ei
nes herkömmlichen Mehrfachepitaxieverfahrens
aus dem Stand der Technik.
Die Fig. 1A und 1B zeigen in schematischer Form zwei Zwi
schenstufen eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungs
gemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats
und/oder Halbleiterbauelements.
Dargestellt ist dort jeweils ein einzelner Grundbereich 2,
welcher im wesentlichen aus einem Halbleiterbasismaterial 6
gefertigt ist. In der Fig. 1A ist in das Basismaterial 6 des
Grundbereichs 2 bereits ein erstes Dotiermaterial 8 in homo
gener Verteilung eingebracht. Das Dotiermaterial 8 ist in ge
strichelter Schraffur dargestellt.
Im ersten Grundbereich 2 des Halbleitersubstrats und/oder
Halbleiterbauelements sind auch bereits die vorgesehenen Er
wärmungsbereiche 4 angedeutet, und zwar in gestrichelter
Form.
Fig. 1B zeigt nun, wie mittels einer Abbildungseinrichtung 7,
hier in Form einer Maske, ein Strahlungsfeld 5 auf die Ober
fläche 3 des Grundbereichs 2 derart abgebildet wird, daß ge
rade die gewünschten Erwärmungsbereiche 4 sowohl an der Ober
fläche 3 als auch im Inneren mit der vorzugsweise gepulsten
Strahlung 5 beaufschlagt werden, wodurch sich deren Tempera
tur erhöht.
Die Fig. 1B zeigt den Grundbereich 2 in einem Zustand, bei
welchem die Erwärmungsbereiche 4 bereits am Dotiermaterial 6
verarmt sind, so daß diese Erwärmungsbereiche 4 ausschließ
lich noch das Halbleitergrundmaterial 6 enthalten, wogegen
das Dotiermaterial 8 aus diesen Erwärmungsbereichen 4 hinaus
diffundiert ist und sich vorzugsweise in den angrenzenden
kühleren Bereichen angereichert hat.
Generell wird natürlich von einer gewissen Restkonzentration
an Dotiermaterial 8 auch in den Erwärmungsbereichen 4 auszu
gehen sein, so daß der in Fig. 1B dargestellte Zustand einen
extremen Grenzfall darstellt.
Die gestrichelt dargestellten Grenzen der Erwärmungsbereiche
4 sind in den gesamten Figuren nicht als scharfe Grenzen,
sondern als fließende Übergänge aufzufassen. Die Eindring
tiefe ergibt sich aus dem exponentiellen Abfall der Strah
lungsintensität mit der durchmessenen Schichtdicke und in
ähnlicher Weise ist auch die laterale Begrenzung aufgeweicht.
Die Fig. 2A und 2B veranschaulichen in schematischer Form
zwei Zwischenstufen einer zweiten Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersub
strats und/oder Halbleiterbauelements.
Auch hier ist wiederum ein einzelner Grundbereich 2 ausgebil
det, wobei dieser jedoch mit zwei Dotiermaterialien 8 und 9
in homogener Art und Weise dotiert ist, wobei in den Fig. 2A
und 2B diese Dotiermaterialien 8 und 9 jeweils durch eine ei
gene Schraffur gekennzeichnet sind.
Das erste Halbleitermaterial 8 - Schraffur von links unten
nach rechts oben - ist in dieser Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens so gewählt, daß es bei einer gegebe
nen Temperatur eine höhere Diffusionsbeweglichkeit und/oder
Diffusionsrate im Halbleiterbasismaterial 6 des Grundbereichs
2 besitzt. Dagegen ist das zweite Dotiermaterial 9 - gestri
chelte Schraffur von rechts unten nach links oben - im Ver
gleich weniger beweglich.
In der Fig. 2A ist der Grundbereich 2 im homogen dotierten
Zustand vor Anwendung der Wärmebehandlung gezeigt.
Die Fig. 2B zeigt nun den Zustand des Grundbereichs 2 aus
Fig. 2A, nachdem die Wärmebehandlung bereits geraume Zeit
vorangeschritten ist. Die Wärmebehandlung erfolgt mittels Be
aufschlagung des Grundbereichs 2 von dessen Oberfläche 3 her
mit vorzugsweise gepulster Strahlung 5. Diese Strahlung 5
wird über eine Abbildungseinrichtung 7, hier als Maske darge
stellt, realisiert, wobei gerade die definierten Erwärmungs
bereiche 4 mit der entsprechenden Strahlung 5 zu deren Tempe
raturerhöhung beaufschlagt werden.
Aufgrund der höheren Beweglichkeit des ersten Dotiermaterials
8 sind die mit Strahlung 5 beaufschlagten Erwärmungsbereiche
4 an diesem ersten Dotiermaterial 8 verarmt, wogegen aufgrund
der geringeren Beweglichkeit des zweiten Dotiermaterials 9 im
Halbleiterbasismaterial 6 in den Erwärmungsbereichen 4 keine
Verarmung stattgefunden hat, so daß in den Erwärmungsberei
chen 4 in dem in Fig. 2B gezeigten Zustand ein Überschuß am
zweiten Dotiermaterial 9 gegenüber dem ersten Dotiermaterial
8 vorliegt. Demgegenüber hat sich in den angrenzenden kühle
ren Bereichen das erste Dotiermaterial 8 über die mittlere
Konzentration hinaus angereichert.
In den Fig. 1A bis 2B ist auch gezeigt, daß jeweils die Volu
mina der Grundbereiche 2 von der Strahlung 5 jeweils durch
drungen werden können und daß demzufolge auch die tieferen
Schichten der Volumina des Grundbereiches 2 jeweils hinsicht
lich der Konzentration der Dotiermaterialien 8 und 9 beein
flußbar sind.
Insgesamt kann ein doppelter Effekt erzielt werden, bei wel
chem der Verarmung unterhalb der mittleren Dotierteilchen
dichte in den Erwärmungsbereichen 4 eine relative Anreiche
rung oberhalb der mittleren Dotierteilchendichte in den an
grenzenden kühleren Bereichen gegenübersteht.
Die Fig. 3A und 3B zeigen zwei Stufen eines Mehrfachepitaxie
verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements aus dem
Stand der Technik ebenfalls in schematischer Form.
Zur Erzielung einer strukturierten Dotierung mit lateraler
Auflösung sind hier in sukzessiv epitaktisch aufgewachsenen
Grundbereichen 32 in lateraler Auflösung bereits Bereiche 34
im Halbleiterbasismaterial 36 vorgesehen, welche mit einem
Dotiermaterial 38 vordotiert sind. Es ist der Einfachheit
halber zwar nur ein Dotierbereich 34 grafisch dargestellt,
aber die Dotierbereiche sind generell lateral und/oder verti
kal räumlich voneinander getrennt, d. h. zwischen ihnen liegen
Bereiche mit geringer oder verschwindender Konzentration an
Dotiermaterial 38.
Um nunmehr einen in vertikaler Richtung durch das Volumen des
gesamten Grundbereichs 40 verlaufenden dotierten Bereich 41
mit entsprechendem Dotiermaterial 38 auszubilden, wird die
gesamte vorgefertigte Schichtstruktur mit Schichten 32 als
Ganzes erhitzt, wodurch durch Ausdiffundieren die zunächst
räumlich vertikal getrennten Bereiche 34 mit dem Dotiermate
rial 38 gegenseitig einen Konzentrationsausgleich hinsicht
lich des Dotiermaterials 38 schaffen, wodurch dann der säu
lenartige Charakter des in die Tiefe gehenden Dotierbereichs
41 entsteht.
Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren muß beim
Stand der Technik zunächst die Gesamtstruktur schichtweise in
Schichten 32 aufgebaut werden, wobei jede Schicht 32 einzeln
vordotiert werden muß. Danach wird dann die gesamte Schicht
struktur 40 mit Schichten 32 als Ganzes erhitzt um eine ent
sprechende Diffusion der einzelnen Dotierbereiche 34 ineinan
der zu erreichen. Dadurch ist ein erheblicher verfahrenstech
nischer Mehraufwand notwendig, und oft ist es auch nicht wün
schenswert, die gesamte Schichtstruktur 40 als Ganzes erneut
einer Wärmebehandlung zu unterziehen.
1
Halbleitersubstrat
2
Grundbereich
3
Oberfläche Grundbereich
4
Erwärmungsbereich
5
Strahlung
6
Halbleiterbasismaterial
7
Abbildungseinrichtung, Maske
8
erstes Dotiermaterial
9
zweites Dotiermatrial
32
Grundbereichschicht
34
Dotierbereich
36
Halbleiterbasismaterial
38
Dotiermaterial
40
gesamter Grundbereich
41
gesamter Dotierbereich
Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, insbe
sondere für ein Halbleiterbauelement, Halbleitermodul, Chip
oder dergleichen, bei welchem:
- - mindestens ein erster Grundbereich (2) aus einem Halblei terbasismaterial (6) erzeugt wird,
- - mindestens ein erstes Dotiermaterial (8) zumindest in das Halbleiterbasismaterial (6) des ersten Grundbereichs (2) eingebracht wird, und
- - nachfolgend die Temperatur zumindest im ersten Grundbereich (2) zeitweise erhöht wird, um eine Änderung der Verteilung zumindest des Dotiermaterials (8) im ersten Grundbereich (2) zu bewirken,
- - daß die Temperatur jeweils erhöht wird, indem in wohldefi nierte Erwärmungsbereiche (4) des jeweiligen Grundbereichs (2) lokal begrenzt Wärmemenge eingebracht wird, und
- - daß dadurch eine Erhöhung der Temperatur erreicht wird, welche im wesentlichen auf die mit der Wärmemenge beauf schlagten Erwärmungsbereiche (4) im jeweiligen Grundbereich (2) beschränkt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Erwärmungsbereichen (4) zugeführte Wärmemenge
derart gewählt wird, daß durch die zu bewirkende Tempera
turänderung oder die geänderte Temperatur die Diffusionsbe
weglichkeit und/oder die Diffusionsrate zumindest des ersten
Dotiermaterials (8) in den Erwärmungsbereichen (4) erhöhbar
ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmemenge jeweils durch Beaufschlagen, insbesondere
der Erwärmungsbereiche (4), mit elektromagnetischer und/oder
korpuskularer Strahlung (5) erfolgt, insbesondere von Strah
lung im UV-, sichtbaren und/oder IR-Bereich.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine im wesentlichen monochromatische Strahlung verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine im wesentlichen homogene, parallel ausgerichtete
und/oder fokussierte Strahlung (5) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlung gepulst zugeführt wird, insbesondere mit
fester Pulsdauer und Pulsrate, um Wärmeidssipation gering zu
halten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Strahlungsquelle ein, insbesondere gepulster, Laser
verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsrate etwa 100 Hz beträgt und/oder daß die Puls
dauer etwa 10 ns beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß mindestens ein zweites Dotiermaterial (9) zumindest im ersten Grundbereich (2) eingebracht wird und/oder ist und
- - daß das zweite Dotiermaterial (9) so gewählt wird, daß es insbesondere in dem Bereich der in den Erwärmungsbereichen (4) zu bewirkenden Temperaturänderung oder erhöhten Tempe ratur eine Diffusionsbeweglichkeit und/oder Diffusionsrate aufweist, welche sich von denen des ersten Dotiermaterials (8) unter den nämlichen Bedingungen in den Erwärmungsberei chen (4) merklich unterscheiden, insbesondere geringer sind.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Dotiermaterial (8) und/oder das zweite Dotier
material (9) im jeweiligen Grundbereich (2) und/oder in den
Erwärmungsbereichen (4) vor der Temperaturerhöhung lateral
und/oder vertikal im wesentlichen homogen verteilt sind
und/oder werden.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß mehrere Grundbereiche übereinander geschichtet vorgese hen werden und
- - daß die mehreren Grundbereiche (2) unabhängig voneinander und/oder gemeinsam dotiert und/oder in ihrer Dotierungsver teilung geändert werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlung über ein Abbildungsverfahren, insbesondere
gemäß der geometrischen und/oder Wellenoptik, insbesondere
mittels einer Maske (7) oder dergleichen, zugeführt wird.
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DE10018371A DE10018371B4 (de) | 2000-04-13 | 2000-04-13 | Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats |
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DE (1) | DE10018371B4 (de) |
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- 2000-04-13 DE DE10018371A patent/DE10018371B4/de not_active Expired - Fee Related
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CN101989553B (zh) * | 2009-08-07 | 2012-09-05 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 超级结mos管的纵向区的制造方法 |
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