DE10018371B4 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, insbesondere für ein Halbleiterbauelement, Halbleitermodul, Chip oder dergleichen, bei welchem:
– mindestens ein erster Grundbereich (2) aus einem Halbleiterbasismaterial (6) erzeugt wird,
– mindestens ein erstes Dotiermaterial (8) zumindest in das Halbleiterbasismaterial (6) des ersten Grundbereichs (2) eingebracht wird,
– 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, und
– die Temperatur jeweils erhöht wird, indem in wohldefinierte Erwärmungsbereiche (4) des jeweiligen Grundbereichs (2) lokal begrenzt Wärmemenge durch Beaufschlagen mit Strahlung eingebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
– daß die Strahlung gepulst zugeführt wird, um Wärmedissipation gering zu halten, und
– daß dadurch eine Erhöhung der Temperatur erreicht wird, welche im wesentlichen auf die mit der Wärmemenge beaufschlagten Erwärmungsbereiche (4) im jeweiligen Grundbereich (2) beschränkt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei der Herstellung und Strukturierung von Halbleitersubstraten und/oder Halbleiterbauelementen oder -bauteilen oder dergleichen ist es unter Umständen vorgesehen, nicht nur oberflächennahe Bereiche eines Halbleitergrundmaterials, sondern auch das tieferliegende Volumen als stromführendes oder spannungsbestimmendes Gebiet zu verwenden. Folglich ist es in diesen Fällen u.U. notwendig, in dem zugrundeliegenden Halbleiterbasismaterial das tieferliegende Volumen in tiefreichende strukturierte Dotiergebiete auszubilden oder umzugestalten.
  • Bei herkömmlichen Methoden zum Aufbau und zum Herstellen von Halbleitersubstraten und/oder Halbleiterbauelementen, insbesondere 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 Halbleiterbasismaterial des ersten Grundbereichs ein erstes Dotiermaterial eingebracht. Nachfolgend wird dann gegebenenfalls die Temperatur im ersten Grundbereich zumindest zeitweise derart erhöht, daß eine Änderung der Verteilung zumindest des Dotiermaterials im ersten Grundbereich bewirkt werden kann. Gemäß diesem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und/oder Halbleiterbauelements wird also eine erzeugte hohe lokale Dotierungskonzentration mit einem ersten Dotiermaterial erzeugt und dann nachfolgend durch Temperaturerhöhung und somit durch Erhöhung der Beweglichkeit sämtlicher Teilchenspezies – also auch der Teilchen des ersten Dotierungsmaterials – in der Vorform des Halbleitersubstrats substrats und/oder Halbleiterbauelements die Schärfe der Konzentrationsgrenze aufgeweicht, wodurch zum Beispiel auch eine Verbindung benachbarter lokaler Dotiergebiete in lateraler und/oder vertikaler Richtung erreicht werden kann.
  • Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren zum Herstellen eines 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 Erzielung wohldefinierter und lokal begrenzter sowie dabei im Volumen tiefliegender Dotiergebiete die entsprechenden Halbleitersubstrate und/oder Halbleiterbauelemente schichtartig, zum Beispiel durch mehrere Epitaxieschritte, aufgebaut werden, wobei in jeder Schicht gegebenenfalls an derselben Stelle möglichst exakt das lokal zu definierende Dotiergebiet eingerichtet werden muß und wobei darüber hinaus zur Verbindung der benachbarten und aufeinanderfolgend schichtartig übereinander ausgebildeten Dotiergebiete das gesamte Substrat aufgeheizt werden muß.
  • Aus der DE 39 40 723 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Ladungsträgerlebensdauerprofilen in Halbleitern bekannt. Es wird dort vorgeschlagen, mittels Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen eine Ladungsträgerlebensdauer durch das Erzeugen entsprechender Gitterfehlstellen zu erniedrigen. Durch die Zufuhr von Wärme an vorgegebenen Stellen des zugrunde liegenden Halbleiterkörpers wird dann die Ladungsträgerlebensdauer auf einen vorbestimmten Wert erhöht, wobei dieser Erhöhung der Ladungsträgerlebensdauer ein Vorgang des Ausheilens der erzeugten Fehlstellen mittels Bestrahlung zugrunde liegt.
  • Die DE 195 34 574 C2 betrifft ein Dotierverfahren zur Herstellung von Homoübergängen in Halbleitersubstraten. Bei dem vorgeschlagenen Dotierverfahren dringen die Dotierstoffe mittels Diffusion in das Halbleitersubstrat ein. Es wird dann eine Lichtquelle verwendet, die unter anderem auch UV-Anteile aussendet. Unter der Verwendung unterschiedlicher Masken mit unterschiedlichen transmittiven und absorbtiven Bereichen wird zur endgültigen Diffusionsdotierung des Halbleitersubstrats unter Verwendung der Lichtquelle ein thermischer Diffusionsprozess gesteuert.
    •
  • 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 Halbleiterbasismaterial mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit und gleichwohl geringem apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand erzeugt werden können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
  • Im folgenden und voranstehend soll unter einem Halbleitersubstrat 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-, Verarbeitungs- oder Endproduktstufe des jeweiligen Halbleitermaterials ist.
  • Das gattungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Halbleitermoduls, Chips oder dergleichen, bei welchem mindestens ein erster Grundbereich aus einem Halbleiterbasismaterial erzeugt wird, mindestens ein erstes Dotiermaterial zumindest in das Halbleiterbasismaterial des ersten Grundbereichs 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, wobei die Temperatur jeweils dadurch erhöht wird, daß in wohldefinierte Erwärmungsbereiche des jeweiligen Grundbereichs lokal begrenzt eine Wärmemenge durch Beaufschlagen mit Strahlung eingebracht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung bepulst zugeführt wird, um Wärmedissipation gering zu halten und daß dadurch eine Erhöhung der Temperatur erreicht wird, welche im wesentlichen auf die mit der Wärmemenge beaufschlagten Erwärmungsbereiche im jeweiligen Grundbereich beschränkt ist.
  • Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, im Gegensatz zu Verfahren aus dem Stand der Technik, bei welchen in der Regel der gesamte Grundbereich oder das gesamte Halbleitersubstrat/-bauelement erhitzt werden, ausschließlich wohldefinierte und/oder lokal begrenzte Erwärmungsbereiche des jeweiligen Grundbereichs in lokal begrenzter Art und Weise mit einer Wärmemenge zu beaufschlagen oder diese dort einzubringen, wobei dadurch eine Temperaturerhöhung erreicht wird, die sich im wesentlichen auf diese wohldefinierten und/oder lokal begrenzten Erwärmungsbereiche im jeweiligen Grundbereich beschränkt. Dieses erfin- Vorgehen hat zur Folge, daß ausschließlich in den wohldefinierten und/oder lokal begrenzten Erwärmungsbereichen die Beweglichkeit 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 Erwärmungsbereichen, weil statistisch gesehen, die Wahrscheinlichkeit des Hinausdiffundierens eines Dotiermaterialteilchens aus einem Erwärmungsbereich gegenüber dem Hineindiffundieren aus den kühleren Umgebungsbereichen außerhalb der Erwärmungsbereiche erhöht ist. Die Teilchen des ersten Dotiermaterials werden, sofern sie den Erwärmungsbereich einmal verlassen haben, in den außerhalb der Erwärmungsbereiche liegenden Umgebungsbereichen, 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 eines aufgeprägten lateralen Temperaturgradienten ein entsprechender lateraler Dotierstpffgradient 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 Diffusionsbeweglichkeit der im erwärmten Bereich befindlichen Teilchen zur Folge hat, ist es besonders vorteilhaft, daß gemäß einer bevorzugten 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 Erwärmungsbereiche dann, wenn die Wärmemenge jeweils durch Beaufschlagen, insbesondere der Erwärmungsbereiche, mit elektromagnetischer und/oder korpuskularer Strahlung erfolgt, insbesondere von elektromagnetischer Strahlung im IR-, sichtbaren und/oder UV-Bereich. Strahlung kann nämlich grundsätzlich sowohl 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 Abbildungsverhältnisse und somit auch die laterale Auflösung des entsprechenden Abbildungsverfahrens weiter wesentlich dadurch erhöhen, daß eine im wesentlichen homogene, parallel ausgerichtete und/oder fokussierte Strahlung verwendet wird. Auch hier bietet sich jeweils der Einsatz entsprechender Optiken an, welche 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 erwärmten 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 Um ein übermäßiges Aufheizen des Gesamtsubstrats zu vermeiden und eine besonders scharf definierte Lokalität der erwärmten Bereiche zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Strahlung gepulst zugeführt wird. Durch das Pulsieren der Strahlung wird dem jeweiligen definierten Erwärmungsbereich jeweils nur eine bestimmte Energie oder Wärmemenge in Paketen zugeführt, so daß einerseits die beaufschlagten Erwärmungsbereiche ihre Temperatur ausreichend ändern, andererseits aber die benachbarten, mit Energie nicht direkt beaufschlagten Bereiche ihrerseits aufgrund Wärmedissipation keine allzu große Temperaturerhöhung erfahren, so daß der Unterschied zwischen Erwärmungsbereich und Nachbarbereich sowohl hinsichtlich der Temperaturunterschiede als auch hinsichtlich der unterschiedlichen Beweglichkeiten der Dotiermaterialteilchen erhalten bleiben.
  • Insbesondere ist zur einfacheren Handhabung des erfindungsgemäßen Verfahrens daran gedacht, beim Zuführen gepulster Strahlung eine feste Pulsdauer und eine feste Pulsrate festzulegen, so daß damit insbesondere der Weg für eine entsprechende Automatisierung des Verfahrens offensteht. Übliche Pulsraten können im Bereich von 100 Hz und/oder übliche Pulsdauern im Bereich von etwa 10 ns liegen, wobei sowohl die Pulsrate als auch die Pulsdauer jeweils von der absoluten Intensität oder Strahlungsdichte, der applizierten Strahlung, als auch von deren spektraler Dichte sowie dem Absorptionsverhalten der beaufschlagten Materialien abhängig gemacht werden wird.
  • Als entsprechende Strahlungsquelle kann beim Einsatz elektromagnetischer 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 Halbleiterbereiche auszubilden, ist es vorteilhaft, daß minde rial 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 geringer sind. Dadurch wird nämlich erreicht, daß in den mit den Wärmemengen beaufschlagten Erwärmungsbereichen sich das eine Dotiermaterial, nämlich das beweglichere, stärker verarmt oder entreichert, als das andere, nämlich das unbeweglichere. Selbst bei einer anfänglich gleichen Konzentration hinsichtlich der Dotierladungen oder Dotierteilchen bewirkt dann ein Beaufschlagen mit Wärmemenge nachfolgend eine Ungleichverteilung, wobei im Idealfall die Konzentration des einen Dotiermaterials verändert wird, während die Beweglichkeit 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 Temperaturerhöhung lateral und/oder vertikal im wesentlichen homogen verteilt sind und/oder werden. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren 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 Dotierverteilung für ein oder mehrere Materialien in einem Grundbereich vorzusehen, wobei dann die Umverteilung und somit 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 Ausbilden aufeinanderfolgender und aufeinander aufbauender mehrerer Grundbereiche durchgeführt werden, wobei jeder Grundbereich separat oder eine Mehrzahl von Grundbereichen übereinandergeschichtet der lokalen Wärmebehandlung und somit Umverteilung der jeweiligen Dotiermaterialien unterzogen wird.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats weiter erläutert. In dieser zeigt
  • 1A, 1B in schematischer Form zwei Zwischenstufen einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2A, 2B in schematischer Form zwei Zwischenstufen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 3A, 3B in schematischer Form zwei Zwischenstufen eines herkömmlichen Mehrfachepitaxieverfahrens aus dem Stand der Technik.
  • Die 1A und 1B zeigen in schematischer Form zwei Zwischenstufen eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen 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 1A ist in das Basismaterial 6 des Grundbereichs 2 bereits ein erstes Dotiermaterial 8 in homogener Verteilung eingebracht. Das Dotiermaterial 8 ist in gestrichelter Schraffur dargestellt.
  • Im ersten Grundbereich 2 des Halbleitersubstrats und/oder Halbleiterbauelements sind auch bereits die vorgesehenen Erwärmungsbereiche 4 angedeutet, und zwar in gestrichelter Form.
  • 1B zeigt nun, wie mittels einer Abbildungseinrichtung 7, hier in Form einer Maske, ein Strahlungsfeld 5 auf die Oberfläche 3 des Grundbereichs 2 derart abgebildet wird, daß gerade die gewünschten Erwärmungsbereiche 4 sowohl an der Oberfläche 3 als auch im Inneren mit der vorzugsweise gepulsten Strahlung 5 beaufschlagt werden, wodurch sich deren Temperatur erhöht.
  • Die 1B zeigt den Grundbereich 2 in einem Zustand, bei welchem die Erwärmungsbereiche 4 bereits am Dotiermaterial 6 verarmt sind, so daß diese Erwärmungsbereiche 4 ausschließlich 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 auszugehen sein, so daß der in 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 Eindringtiefe ergibt sich aus dem exponentiellen Abfall der Strahlungsintensität mit der durchmessenen Schichtdicke und in ähnlicher Weise ist auch die laterale Begrenzung aufgeweicht.
  • Die 2A und 2B veranschaulichen in schematischer Form zwei Zwischenstufen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und/oder Halbleiterbauelements.
  • Auch hier ist wiederum ein einzelner Grundbereich 2 ausgebildet, wobei dieser jedoch mit zwei Dotiermaterialien 8 und 9 in homogener Art und Weise dotiert ist, wobei in den 2A und 2B diese Dotiermaterialien 8 und 9 jeweils durch eine eigene Schraffur gekennzeichnet sind.
  • Das erste Halbleitermaterial 8 – Schraffur von links unten nach rechts oben – ist in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens so gewählt, daß es bei einer gegebenen Temperatur eine höhere Diffusionsbeweglichkeit und/oder Diffusionsrate im Halbleiterbasismaterial 6 des Grundbereichs 2 besitzt. Dagegen ist das zweite Dotiermaterial 9 – gestrichelte Schraffur von rechts unten nach links oben – im Vergleich weniger beweglich.
  • In der 2A ist der Grundbereich 2 im homogen dotierten Zustand vor Anwendung der Wärmebehandlung gezeigt.
  • Die 2B zeigt nun den Zustand des Grundbereichs 2 aus 2A, nachdem die Wärmebehandlung bereits geraume Zeit vorangeschritten ist. Die Wärmebehandlung erfolgt mittels Beaufschlagung des Grundbereichs 2 von dessen Oberfläche 3 her mit vorzugsweise gepulster Strahlung 5. Diese Strahlung 5 wird über eine Abbildungseinrichtung 7, hier als Maske dargestellt, realisiert, wobei gerade die definierten Erwärmungsbereiche 4 mit der entsprechenden Strahlung 5 zu deren Temperaturerhöhung 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 Erwärmungsbereichen 4 in dem in 2B gezeigten Zustand ein Überschuß am zweiten Dotiermaterial 9 gegenüber dem ersten Dotiermaterial 8 vorliegt. Demgegenüber hat sich in den angrenzenden kühleren Bereichen das erste Dotiermaterial 8 über die mittlere Konzentration hinaus angereichert.
  • In den 1A bis 2B ist auch gezeigt, daß jeweils die Volumina der Grundbereiche 2 von der Strahlung 5 jeweils durchdrungen werden können und daß demzufolge auch die tieferen Schichten der Volumina des Grundbereiches 2 jeweils hinsichtlich der Konzentration der Dotiermaterialien 8 und 9 beeinflußbar sind.
  • Insgesamt kann ein doppelter Effekt erzielt werden, bei welchem der Verarmung unterhalb der mittleren Dotierteilchendichte in den Erwärmungsbereichen 4 eine relative Anreicherung oberhalb der mittleren Dotierteilchendichte in den angrenzenden kühleren Bereichen gegenübersteht.
  • Die 3A und 3B zeigen zwei Stufen eines Mehrfachepitaxieverfahrens 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 vertikal 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 Dotiermaterial 38 gegenseitig einen Konzentrationsausgleich hinsichtlich des Dotiermaterials 38 schaffen, wodurch dann der säulenartige 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 Schichtstruktur 40 mit Schichten 32 als Ganzes erhitzt um eine entsprechende Diffusion der einzelnen Dotierbereiche 34 ineinander zu erreichen. Dadurch ist ein erheblicher verfahrenstechnischer Mehraufwand notwendig, und oft ist es auch nicht wünschenswert, 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, insbesondere für ein Halbleiterbauelement, Halbleitermodul, Chip oder dergleichen, bei welchem: – mindestens ein erster Grundbereich (2) aus einem Halbleiterbasismaterial (6) erzeugt wird, – mindestens ein erstes Dotiermaterial (8) zumindest in das Halbleiterbasismaterial (6) des ersten Grundbereichs (2) eingebracht wird, – 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, und – die Temperatur jeweils erhöht wird, indem in wohldefinierte Erwärmungsbereiche (4) des jeweiligen Grundbereichs (2) lokal begrenzt Wärmemenge durch Beaufschlagen mit Strahlung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, – daß die Strahlung gepulst zugeführt wird, um Wärmedissipation gering zu halten, und – daß dadurch eine Erhöhung der Temperatur erreicht wird, welche im wesentlichen auf die mit der Wärmemenge beaufschlagten 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 Temperaturänderung oder die geänderte Temperatur die Diffusionsbeweglichkeit und/oder die Diffusionsrate zumindest des ersten Dotiermaterials (8) in den Erwärmungsbereichen (4) erhöht wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge jeweils durch Beaufschlagen mit elektromagnetischer und/oder korpuskularer Strahlung (5) erfolgt, insbesondere von Strahlung 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 der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mit fester Pulsdauer und Pulsrate zugeführt wird.
  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 Pulsdauer etwa 10 ns beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß mindestens ein zweites Dotiermaterial (9) zumindest in den 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 Temperatur eine Diffusionsbeweglichkeit und/oder Diffusionsrate aufweist, welche sich von denen des ersten Dotiermaterials (8) unter den nämlichen Bedingungen in den Erwärmungsbereichen (4) merklich unterscheiden, insbesondere geringer sind.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dotiermaterial (8) und/oder das zweite Dotiermaterial (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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß mehrere Grundbereiche übereinander geschichtet vorgesehen werden und – daß die mehreren Grundbereiche (2) unabhängig voneinander und/oder gemeinsam dotiert und/oder in ihrer Dotierungsverteilung geändert werden.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 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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