DE10062016C2

DE10062016C2 - Silicon contact mask for ion implantation, use of such a contact mask, method for producing such a contact mask, use of such a production method and method for producing a wafer with such a mask

Info

Publication number: DE10062016C2
Application number: DE2000162016
Authority: DE
Inventors: Friedrich Kroener; Wolfgang Friza
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: ATA18422001A; DE10062016A1; AT410450B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktmaske aus monokristallinem Silizium zur Ionenimplantation mit einer Dicke, die eine Handhabung der Kontaktmaske für herkömmliches Wafer- Alignment- und Bondequipment ermöglicht, eine Ver wendung einer solchen Kontaktmaske, ein Verfahren zur Her stellung einer solchen Kontaktmaske und eine Verwendung eines derar tigen Herstellungsverfahrens und ein Verfahren zur Herstel lung eines Wafers mittels einer solchen Kontaktmaske.The invention relates to a contact mask made of monocrystalline Silicon for ion implantation with a thickness that is one Handling the contact mask for conventional wafer Alignment and bonding equipment enables a ver application of such a contact mask, a method of manufacture provision of such a contact mask and use of a derar manufacturing process and a manufacturing process development of a wafer using such a contact mask.

Die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern lassen sich durch Einfügen von Dotieratomen in die Kristallstruktur in weiten Bereichen beeinflussen. Bei der Herstellung von Halb leitern müssen dabei zum Beispiel längliche, schmale, aber auch runde, vertikal ausgerichtete, als Säulen bezeichnete Dotierbereiche erzeugt werden. Die Ionenimplantation spielt dabei eine zentrale Rolle, denn sie ermöglicht eine gute Kon trolle der Verteilung und Konzentration eines Dotierstoffes im Halbleiter. Der Dotierstoff wird zunächst als ionisiertes Gas, d. h. als Plasma, bereitgestellt und mittels eines elektrischen Feldes zur Halbleiteroberfläche hin beschleu nigt. Dabei erreichen die geladenen Teilchen (Ionen) eine Energie von typischerweise 20 bis 200 keV, und bis zu 40 MeV im Fall von Höchstenergie-Ionen. Die Ionen dringen in das Ma terial ein, verlieren auf Grund von energetischen Wechselwir kungen mit den Halbleiteratomen an Energie und kommen schließlich einige hundert Nanometer tief im Halbleiter zur Ruhe. The electrical properties of semiconductors can be by inserting doping atoms into the crystal structure in affect wide areas. When making half For example, ladders must be elongated, narrow, but also round, vertically aligned, referred to as columns Doping regions are generated. The ion implantation is playing play a central role in this because it enables a good con control the distribution and concentration of a dopant in the semiconductor. The dopant is initially called ionized Gas, d. H. as plasma, provided and by means of a electric field to the semiconductor surface nigt. The charged particles (ions) reach one Energy typically 20 to 200 keV, and up to 40 MeV in the case of high energy ions. The ions penetrate the Ma material, lose due to energetic interaction energy and come with the semiconductor atoms finally a few hundred nanometers deep in the semiconductor Quiet.

Bei der Herstellung von Wafern, beispielsweise zur Gewähr leistung einer einheitlichen Struktur auf der Basis von Mono kristallen, müssen negativ (n) oder positiv (p) dotierte Be reiche erzeugt werden. Einkristalle zeichnen sich durch eine regelmäßige Anordnung ihrer Atome bis an ihre räumlichen Grenzen aus. Die überwiegende Mehrheit aller Halbleiterbau elemente basiert dabei auf monokristallinem Silizium (c-Si).In the manufacture of wafers, for example as a guarantee performance of a uniform structure based on mono crystals, must be negatively (n) or positively (p) doped Be rich are generated. Single crystals are characterized by a regular arrangement of their atoms down to their spatial Borders. The vast majority of all semiconductor manufacturing elements is based on monocrystalline silicon (c-Si).

In Abhängigkeit von der Art der Ionen und ihrer kinetischen Energie dringen die Ionen unterschiedlich tief in das Sub strat ein. Mit Hilfe von hochenergetischen Ionen können sehr große Eindringtiefen in ein Substrat erreicht werden. Zur Herstellung von Wafern mittels Ionenimplantation werden dicke Schichten von Photolack oder photosensitive Folien auf das Grundmaterial des Wafers aufgebracht. Da die Eindringtiefe der Ionen nahezu direkt proportional zu der Dichte des Medi ums ist, werden für Bor-Ionen mit einer kinetischen Energie von 20 MeV Photolacke Dicken von zumindest 50 Mikro meter benötigt. Bei bisherigen in der Halbleitertechnik übli chen Implantationsanlagen sind Beschleunigungsenergien für Bor von bis zu 3 MeV bekannt, in höheren Energiebereichen ab 8 MeV beginnt langsam die Erzeugung von Neutronen, die zu Fertigungsbereichen führt, welche innerhalb einer herkömmli chen Halbleiterfertigung nicht installiert werden können. Da die zu erzielenden kritischen Strukturbreiten, beispielsweise solche von p-dotierten Säulen eines bekannten Kompensations- Bauelements, lediglich etwa 2,7 Mikrometer betragen und mit einer Genauigkeit von 0,1 Mikrometern hergestellt werden müs sen, lassen sich diese bekannten Verfahren für die Hochener gie-Ionenimplantation nicht anwenden.Depending on the type of ions and their kinetic Energy the ions penetrate into the sub at different depths came in. With the help of high energy ions can be very great depth of penetration can be achieved in a substrate. to Manufacture of wafers using ion implantation become thick Layers of photoresist or photosensitive films on top of that Base material of the wafer applied. Because the depth of penetration the ions are almost directly proportional to the density of the medium um is, for boron ions with a kinetic Energy of 20 MeV photoresist thicknesses of at least 50 micro meters needed. With previous übli in semiconductor technology Chen implantation systems are acceleration energies for Boron of up to 3 MeV is known to depend in higher energy ranges 8 MeV slowly begins generating neutrons Manufacturing areas leads, which within a conventional Chen semiconductor manufacturing can not be installed. There the critical structural widths to be achieved, for example those of p-doped columns of a known compensation Component, only be about 2.7 microns and with with an accuracy of 0.1 micrometers sen, these known methods for the Hochener Do not use the technology ion implantation.

Bekannte Masken aus Silizium, die eine Strukturierung mittels Trenchätzung vorweisen, sind in Folienform als beabstandete Masken für Röntgen und Ionenstrahllithographie bekannt. Sol che dünnen Siliziumfolien oder "Stencilmasken" sind jedoch mechanisch nicht mehr stabil und müssen daher mittels Rahmen und verspannenden Schichten abgestützt werden, um die gefor derte ebene Geometrie sicherzustellen. Diesen bekannten Herstellungs- und Verwendungsmethoden von Stencilmasken sind auch durch die steigende Erwärmung durch immer stärker wer denden Ionenbeschuss und damit größeren Wärmedehnungen der Maske im Zusammenhang mit größer werdenden Waferdurchmessern Grenzen gesetzt.Known masks made of silicon, which are structured by means of Show trench etching are in foil form as spaced Masks known for X-ray and ion beam lithography. Sol However, there are thin silicon foils or "stencil masks" mechanically no longer stable and therefore have to be using a frame and bracing layers are supported to the gefor ensure flat geometry. This well-known Manufacturing and use methods of stencil masks are also due to the increasing warming by more and more people end ion bombardment and thus greater thermal expansion of the Mask in connection with increasing wafer diameters Set limits.

Zudem sind bekannte Lacke bisher lediglich für einen einzigen Implantationsvorgang einsetzbar, also nicht wiederverwendbar, und müssen somit immer wieder neu hergestellt werden.In addition, known coatings have so far only been used for one Implantation process usable, i.e. not reusable, and therefore have to be manufactured again and again.

Aus der EP 0 078 336 A1 ist eine Schattenwurfmaske für die Ionenstrahlimplantation und die Ionenstrahllithografie be kannt, die eine dünne Siliziumschicht mit durchgehenden, dem Maskenmuster angepassten Löchern und ein diese Schicht in Be reichen, wo sich keine Löcher befinden, unterstützendes Git ter enthält. Die Löcher haben entlang ihrer Längsachse gleichbleibende Querschnitte.EP 0 078 336 A1 describes a shadow mask for the Ion beam implantation and ion beam lithography be knows that a thin silicon layer with continuous, the Holes adapted to the mask pattern and a layer in Be where there are no holes, supportive git is enough ter contains. The holes have along their long axis constant cross-sections.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorste hend angegebenen Probleme zu lösen und eine einfach herzu stellende Kontaktmaske bereitzustellen, die eine Herstellung kleiner Strukturen mittels Ionenimplantation hoher Energie mit großer Genauigkeit erlaubt, zugleich leicht handhabbar ist und eine Wiederverwendung der Kontaktmaske erlaubt.The invention is therefore based on the object, the first to solve the specified problems and simply create one provide contact mask that manufacture small structures using high energy ion implantation allowed with great accuracy, at the same time easy to handle and allows the contact mask to be reused.

Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktmaske aus monokristalli nem Silizium zur Ionenimplantation gelöst, dadurch gekenn zeichnet, dass zumindest für Hochenergie-Ionen durchlässige Öffnungen zwischen einer dem Ionenstrom zugewandten Oberseite der Kontaktmaske und einer Unterseite der Kontaktmaske vor handen sind, wobei die Öffnungen im Bereich der Unterseite eine vorbestimmte Form und einen Querschnitt mit genauer Randkontur und die Öffnungen im Bereich der Oberseite eine demgegenüber ungenauere Randkontur aufweisen, wobei die Ab schnitte der Öffnungen im Bereich der Oberseite größere Quer schnitte als die Querschnitte der Öffnungen im Bereich der Unterseite haben und die größeren Querschnitte die kleineren Querschnitte in Strahlrichtung der Ionen gesehen im wesentli chen vollständig überdecken.This task is accomplished through a contact mask made of monocrystalline nem silicon for ion implantation solved, characterized thereby records that at least permeable to high energy ions Openings between an upper side facing the ion current the contact mask and an underside of the contact mask are, the openings in the area of the bottom a predetermined shape and a cross section with more accuracy Edge contour and the openings in the area of the top one in contrast have less precise edge contour, the Ab cuts the openings in the area of the upper side larger cross cuts than the cross sections of the openings in the area of the Have the bottom and the larger cross-sections the smaller Cross-sections seen in the beam direction of the ions essentially cover completely.

"Genau" im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass eine be stimmte Formtoleranz und Glattheit der beteiligten Flächen - z. B. des Innenumfangs einer Öffnung - eingehalten wird. Diese kann bei 0,1-0,2 Mikrometern liegen, aber auch darunter, ins besondere zwischen 0,01 und 0,1 Mikrometern. "Ungenau" bedeu tet demgegenüber eine wesentlich höhere Abweichung von der vorbestimmten Form/Gestalt, z. B. zwischen 2 und 20 Mikrome tern."Exactly" in the sense of the invention means that a be correct shape tolerance and smoothness of the surfaces involved - z. B. the inner circumference of an opening - is observed. This can be 0.1-0.2 micrometers, but also below, ins especially between 0.01 and 0.1 micrometers. "Inaccurate" means In contrast, there is a significantly higher deviation from the predetermined shape / shape, e.g. B. between 2 and 20 microns you.

Um eine präzise Maskierung für Hochenergie-Ionen, die einige 10 Mikrometer weit in Silizium eindringen, zu erreichen, aber dennoch eine mechanisch stabile Kontaktmaske aus Silizium zu erzielen, wird eine Kontaktmaske verwendet, die an der Unter seite genau vorgegebene Abschnitte von Öffnungen besitzt, die der Form der später zu dotierenden Gebiete entsprechen. Der verbleibende Abschnitt der Öffnung an der den eindringenden Ionen zugewandten Oberseite kann auch mit Hilfe eines unprä ziseren Verfahrens hergestellt werden. Er muss lediglich ei nen Querschnitt besitzen, der den Querschnitt des Abschnitts der Öffnung an der Unterseite umfasst und somit kein zusätz liches Hindernis für die Ionen darstellt. Die Tiefe dieser Abschnitte entspricht einer Siliziummaterialdicke, die eine Maskierung der Hochenergie-Ionen gewährleistet. Auf diese Weise müssen für die Kontaktmaske keine zusätzlichen, teuren und aufwendigen Konstruktionen zur Stabilisierung einer dün nen Siliziumschicht eingesetzt werden. Zudem ermöglicht die stabilere Ausbildung der Kontaktmaske, dass sie auch dann wiederverwendet werden kann, wenn sie während der Ione nimplantation direkt auf den Wafer, mit diesem unverrückbar verbunden, und von diesem wieder ablösbar, verwendet wird. Die Kontaktmaske muss also nicht unbedingt so dünn wie die Tiefe der die Ionenimplantation maskierenden Abschnitte der Öffnungen sein, sondern sie kann die Dicke eines handhabbaren Siliziumwafers haben, also etwa 250 Mikrometer und mehr. Da die Kontaktmaske keinen zusätzlichen Rahmen zur Stabilisie rung benötigt, kann sie in herkömmlichen Wafer-Aligner- oder Bondmaschinen eingesetzt werden, die man zum Aufbringen der Kontaktmaske verwenden kann. Dies bringt wiederum eine Kos tenersparnis aufgrund einer möglichen Mehrfachnutzung.To provide precise masking for high energy ions, some Penetrate 10 microns into silicon, but reach nevertheless a mechanically stable contact mask made of silicon achieve, a contact mask is used, which on the sub page has precisely specified sections of openings which correspond to the shape of the areas to be doped later. The remaining section of the opening at the penetrating Ions facing top can also with the help of an imprecise risky process. He just has to NEN cross section, the cross section of the section includes the opening at the bottom and therefore no additional is an obstacle to the ions. The depth of this Sections corresponds to a silicon material thickness, the one Masking of the high energy ions guaranteed. To this Way do not need additional, expensive for the contact mask and complex structures to stabilize a thin NEN silicon layer can be used. In addition, the more stable training of the contact mask that they are even then can be reused if used during the ion implantation directly on the wafer, with this immovable connected, and removable from this, is used. The contact mask does not necessarily have to be as thin as that Depth of the sections of the ion implantation masking Openings, but they can be the thickness of a manageable Have silicon wafers, i.e. about 250 micrometers and more. There the contact mask has no additional frame for stabilization tion, it can be used in conventional wafer aligners or Bond machines are used, which one for applying the Can use contact mask. This in turn brings a cos savings due to possible multiple use.

Vorteilhaft ist es, wenn die Öffnungen durchgehend sind. Auf diese Weise könne auch Ionen mit niedrigeren Energien zu der Wafer-Oberfläche hindurch dringen, um beispielsweise Struktu ren nahe an der Wafer-Oberfläche zu dotieren.It is advantageous if the openings are continuous. On this way ions with lower energies can also be added to the Penetrate the wafer surface, for example to structure doping close to the wafer surface.

Wenn die Öffnungen einen länglichen oder einen runden Quer schnitt aufweisen, ermöglicht dies die Erzeugung unterschied licher Formen von Dotierbereichen und zugleich den Beibehalt einer stabilen Kontaktmaske.If the openings have an elongated or a round cross Having a cut, this enables the generation of a difference forms of doping areas and at the same time retention a stable contact mask.

Eine ausreichende Abschirmung der Hochenergie-Ionen und eine sehr gute Genauigkeit der Dotierbereiche ist gewährleistet, wenn der Abschnitt mit den Öffnungen im Bereich der Untersei te zumindest 10 Mikrometer dick und für VLSI-Strukturbreiten genauigkeit ausgelegt ist.Adequate shielding of high energy ions and a very good accuracy of the doping areas is guaranteed, if the section with the openings in the area of the lower part te at least 10 microns thick and for VLSI structure widths accuracy is designed.

Wenn die Öffnungen längliche Querschnitte haben und die Ab schnitte der Öffnungen im Bereich der Unterseite mit Trenchätzmaschinen oder mit Plasmaätzern geätzt werden, kön nen für diese Bereiche Standardvorrichtungen verwendet und dadurch Kosten und Einrichtungszeit eingespart werden. If the openings have elongated cross sections and the Ab cuts the openings in the area of the underside Trench etching machines or with plasma etchers can be etched Standard devices are used for these areas and this saves costs and set-up time.

Eine einfache und kostengünstige Ätzung ist möglich, wenn die Abschnitte der Öffnungen im Bereich der Oberseite mit einem Grobätzverfahren oder mit Micro-Machining-Plasmaätzanlagen geätzt werden.A simple and inexpensive etching is possible if the Sections of the openings in the area of the top with a Coarse etching processes or with micro-machining plasma etching systems be etched.

Eine einfach und genaue Art eines Ätzstops ist gegeben, wenn eine dünne, vorzugsweise vergrabene Oxidschicht parallel zur Oberseite mit einem kleineren Abstand zur Unterseite und ei nem größeren Abstand zur Oberseite vorgesehen ist. Zudem kön nen auf diese Weise auch Dotierbereiche erzeugt werden, die erfordern, dass ein innerer Bereich ohne Verbindung zu einem umgebenden Bereich von Dotier-Ionen frei bleibt, also bei spielsweise ein ringförmiger Bereich. Die diese Ionen dann bremsenden Siliziumformen werden durch die Oxidschicht befes tigt. Diese Oxidschicht kann wiederum dann, wenn sie entspre chend dünn ausgelegt ist, von den Ionen leicht durchdrungen werden.A simple and accurate type of etch stop is given when a thin, preferably buried oxide layer parallel to the Top with a smaller distance to the bottom and egg a larger distance from the top is provided. In addition, In this way, doping regions can also be generated require an inner area without connection to one surrounding area remains free of doping ions, i.e. at for example an annular area. Then these ions braking silicon forms are fixed by the oxide layer Untitled. This oxide layer can in turn, if it corresponds is designed to be thin, slightly penetrated by the ions become.

Darüber hinaus soll die Erfindung ein Verfahren bereitstel len, welches ermöglicht, eine Kontaktmaske aus monokristalli nem Silizium zur Ionenimplantation mit einer Dicke, die eine Handhabung der Kontaktmaske für herkömmliches Wafer- Alignment- und Bondequipment ermöglicht, herzustellen, das einfach handhabbar ist, und das eine genaue Einstellung der Grenzen der Dotierbereiche durch Anwendung präzise Trench- Ätzverfahren erlaubt.In addition, the invention is intended to provide a method len, which enables a contact mask made of monocrystalline nem silicon for ion implantation with a thickness that a Handling the contact mask for conventional wafer Alignment and bonding equipment enables to manufacture that is easy to use, and the exact setting of the Limits of the doping areas by using precise trench Etching process allowed.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst zur Herstellung einer Kontaktmaske aus monokristallinem Silizium zur Ionenim plantation, mit einer Dicke, die eine Handhabung der Kontakt maske für herkömmliches Wafer-Alignment- und Bondequipment ermöglicht, insbesondere einer Kontaktmaske nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Unterseite und einer Oberseite der Kontaktmaske verlaufenden Öffnungen hergestellt werden, die zumindest für Hochenergie-Ionen durchlässig sind, wobei Abschnitte der Öffnungen im Bereich der Unterseite mit einer vorbestimmten Form und einem Quer schnitt mit genauer Randkontur, insbesondere mit einer Tole ranz kleiner 0,1 Mikrometer, hergestellt werden und Abschnit te der Öffnungen im Bereich der Oberseite mit einer ungenaue ren Form hergestellt werden, wobei die Abschnitte der Öffnun gen im Bereich der Oberseite mit größeren Querschnitten als die Querschnitte der Abschnitte der Öffnungen im Bereich der Unterseite derart eingebracht werden, dass die größeren Quer schnitte die kleineren Querschnitte in Strahlrichtung der Io nen gesehen im wesentlichen vollständig überdecken.This object is achieved by a manufacturing process a contact mask made of monocrystalline silicon for ion im plantation, with a thickness that is a handling of the contact mask for conventional wafer alignment and bonding equipment enables, in particular a contact mask according to claim 1 to 7, characterized in that between a bottom and a top of the contact mask extending openings are produced, at least for high-energy ions are permeable, with portions of the openings in the area the bottom with a predetermined shape and a cross cut with a precise edge contour, especially with a tole less than 0.1 micron, and section te of the openings in the area of the top with an inaccurate ren form are made, the sections of the opening in the area of the upper side with larger cross sections than the cross sections of the sections of the openings in the area of Bottom are introduced in such a way that the larger cross cut the smaller cross-sections in the beam direction of the Io Node essentially completely covered.

Auf diese Weise müssen lediglich die Abschnitte der Öffnungen im Bereich der Unterseite mit einem genauen Verfahren herge stellt werden. Dadurch lassen sich Kosten und Einrichtungs aufwand einsparen. Zudem lassen sich die Abschnitte der Öff nungen an der Oberseite mit Hilfe grober Verfahren schneller herstellen, und können größere Tiefen erreicht werden. Zugleich muss nicht auf die Stabilität der Kontaktmaske ge achtet werden, da diese allein durch die Dicke bereits ge währleistet ist.In this way, only the sections of the openings in the area of the bottom with a precise procedure be put. This allows costs and furnishings save effort. In addition, the sections of the public transport Top processes faster with the help of rough procedures produce, and greater depths can be reached. At the same time does not have to ge on the stability of the contact mask be respected, since these are already ge is guaranteed.

Wenn ein Ätzstop für die elektrochemische Ätzung (mit der die gröberen Strukturen von der Oberseite geätzt werden können) mittels einer stark p-dotierten Schicht, in die die Öffnungen im Bereich der Unterseite geätzt werden, hergestellt wird, wird auf diese Weise ein genaues und zugleich einfach hand habbares Verfahren zur Herstellung der Abschnitte der Öffnun gen im Bereich der Oberseite bereitgestellt. Die Dicke der p- dotierten Schicht ist zuverlässig das Ende des Ätzvorgangs unabhängig von der Ätzzeit oder anderen Ätzparametern. Dies erleichtert den Ätzvorgang von der Oberseite.If an etching stop for the electrochemical etching (with which the coarser structures can be etched from the top) by means of a heavily p-doped layer into which the openings be etched in the area of the underside, becomes an accurate and simple hand in this way available method for making the sections of the opening gene provided in the area of the top. The thickness of the p doped layer is reliably the end of the etching process regardless of the etching time or other etching parameters. This facilitates the etching process from the top.

Neben der Verwendung der Kontaktmaske zur Hochenergie- Ionenimplantation kann diese auch als stabile und sichere Kontaktmaske zur Ionenstrahl-Lithographie eingesetzt werden.In addition to using the contact mask for high-energy Ion implantation can also be considered stable and safe Contact mask for ion beam lithography can be used.

Ferner soll die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers mittels Ionenimplantation mit einer Kontaktmaske be reitstellen, bei dem eine Wiederverwendung der Kontaktmaske und zugleich eine genaue Einhaltung von Dotierbereichsgrenzen möglich ist.The invention is also intended to provide a method for producing a Wafers using ion implantation with a contact mask riding, where reuse of the contact mask and at the same time precise adherence to doping range limits is possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kontaktmaske mit tels Klebebonden oder hydrophilem Wafer-Bonding oder Bonding mit Spin-on-Glass auf dem Wafer befestigt wird, der Wafer dann mit Ionen mit hoher kinetischer Energie implantiert wird, die Kontaktmaske sodann mittels Temperatureinfluss, Lö sungsmittel oder Ätzmedien abgelöst, gereinigt und wiederver wendet wird.This task is solved by using the contact mask by means of adhesive bonding or hydrophilic wafer bonding or bonding is attached to the wafer with spin-on-glass, the wafer then implanted with high kinetic energy ions is then the contact mask by means of temperature influence, Lö detergents or etching media removed, cleaned and reused is applied.

Die Befestigung der Kontaktmaske erfolgt somit mit bekannten, kostengünstig anzuwendenden Verfahren. Der Klebstoff kann auf verschiedene Weise abgelöst werden, und die gereinigte Kon taktmaske kann unproblematisch wieder eingesetzt werden.The contact mask is thus attached using known, cost-effective procedures. The glue can stick on be detached in various ways, and the cleaned Kon cycle mask can be used again without any problems.

Vorzugsweise wird die Kontaktmaske mit einer dünnen Polysili ziumschicht vor Angriffen durch verwendete Ätzmittel (z. B. HF) geschützt.The contact mask is preferably made with a thin polysili zium layer against attacks by used etching agents (e.g. HF) protected.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er findung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: A preferred embodiment of the He Finding with reference to the accompanying drawings described. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kontaktmaske mit Öffnun gen; Fig. 1 gene is a cross section through a contact mask with Öffnun;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Aufbaus einer Kontaktmaske auf einem Wafer; Fig. 2 is a side view of a structure of a contact mask on a wafer;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Kontaktmaske mit Oxid schicht; und Fig layer 3 a cross section through a contact mask with oxide. and

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Kontaktmaske mit weitem Ätzbereich. Fig. 4 shows a cross section through a contact mask with a wide etching area.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine vereinfachte Dar stellung einer Kontaktmaske 1 mit einer Dicke 2 von einer O berseite 4 zu einer Unterseite 5. Die Kontaktmaske 1 weist von der Oberseite 4 zu der Unterseite 5 hin durchgehende Öff nungen 3 auf, die einen Abschnitt 6 mit einem kleineren Öff nungsdurchmesser 8 und einen Abschnitt 9 mit einem größeren Öffnungsdurchmesser 11 definieren. Der Abschnitt 6 mit klei nerem Querschnitt 8 ist gleichmäßig ausgebildet und besitzt zur Unterseite 5 hin im wesentlichen vertikale Seitenwände 20. In einer Tiefe 21 ausgehend von der Unterseite 5 der Kon taktmaske geht der Abschnitt 6 der durchgehenden Öffnung 3 in den Abschnitt 9 der durchgehenden Öffnung 3 mit größerem Querschnitt 11 über. Fig. 1 shows a cross section through a simplified Dar position of a contact mask 1 with a thickness 2 from an O top 4 to a bottom 5 . The contact mask 1 has continuous openings 3 from the upper side 4 to the lower side 5 which define a section 6 with a smaller opening diameter 8 and a section 9 with a larger opening diameter 11 . The section 6 with a small cross-section 8 is formed uniformly and has essentially vertical side walls 20 towards the underside 5 . At a depth 21 starting from the underside 5 of the contact mask, section 6 of the through opening 3 merges into section 9 of the through opening 3 with a larger cross section 11 .

Eine Verwendung der Kontaktmaske 1 erfolgt derart, dass diese wie in Fig. 2 gezeigt auf einem Wafer 18 befestigt wird und beschleunigte Ionen, in Fig. 1 durch die in die Abschnitte 9 an der Oberseite 4 hineinragenden Pfeile angedeutet, in die Kontaktmaske 1 injiziert werden. Diese dringen durch die Öff nungen 3 hindurch und werden an den Abschnitten 6 auf den für die Implantation in den Wafer 18 gewünschten, exakten Bereich beschränkt. Die Tiefe 21 des Abschnitts 6 reicht somit zur Abschwächung der Ionen in Silizium aus. Die restliche Tiefe 22 des monokristallinem Siliziums dient im wesentlichen zur Stabilisierung der Kontaktmaske 1.The contact mask 1 is used in such a way that it is attached to a wafer 18 as shown in FIG. 2 and accelerated ions, indicated in FIG. 1 by the arrows protruding into the sections 9 on the upper side 4 , are injected into the contact mask 1 , These penetrate through the openings 3 and are limited at the sections 6 to the exact area desired for implantation in the wafer 18 . The depth 21 of the section 6 is therefore sufficient to weaken the ions in silicon. The remaining depth 22 of the monocrystalline silicon essentially serves to stabilize the contact mask 1 .

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung einer Kon taktmaske 1 gemäß Fig. 1 auf einem Wafer 18. Die Kontaktmaske 1 wird auf dem Wafer 18 mittels einer klebrigen Schicht 17 unter leichter Kraftaufwendung, angedeutet durch den Pfeil F, befestigt. Der Wafer 18 wird dabei von unten von einem Rück seiten-Alignmentgerät, dessen Mikroskop-Paar 19 angedeutet ist, gehalten. Hierdurch können zwei Wafer auf weniger als 1 Mikrometer genau positioniert und dann zusammengedrückt wer den. Bevorzugt erfolgt ein besonders gleichmäßiges Andrücken, um Zerstörungen zu vermeiden. Das Auftreten von Ungleich mäßigkeiten wird jedoch aufgrund der recht großen Dicke 2 der Kontaktmaske 1, die entsprechend einer üblichen Waferdicke bis zu 250 Mikrometer betragen kann, reduziert. Die klebrige Schicht 17 wird durch Aufschleudern auf den Produktwafer auf gebracht. Sie lässt sich nach dem Implantieren durch Tempera tureinfluss, Lösungsmittel oder Ätzmittel wieder entfernen, so dass die Silizium-Kontaktmaske als solche wiederverwendet werden kann. FIG. 2 shows a side view of an arrangement of a contact mask 1 according to FIG. 1 on a wafer 18 . The contact mask 1 is attached to the wafer 18 by means of a sticky layer 17 with a slight application of force, indicated by the arrow F. The wafer 18 is held from below by a rear side alignment device, the microscope pair 19 of which is indicated. This allows two wafers to be positioned to an accuracy of less than 1 micron and then pressed together. A particularly uniform pressing is preferably carried out in order to avoid destruction. However, the occurrence of non-uniformities is reduced due to the quite large thickness 2 of the contact mask 1 , which can be up to 250 micrometers in accordance with a conventional wafer thickness. The sticky layer 17 is spun onto the product wafer. It can be removed after implantation by the influence of temperature, solvents or caustic agents, so that the silicon contact mask can be reused as such.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Kontaktmaske 1 mit einer Oxidschicht 12. Die Oxidschicht 12 befindet sich inner halb der Kontaktmaske 1 mit einem Abstand 14 zur Oberseite 4 und einem Abstand 13 zur Unterseite 5 derselben. Der Abstand 14 zur Oberseite 4 beträgt in der Regel ein Vielfaches des Abstands 13 zur Unterseite 5. Die auf einer der beiden Seiten 4, 5 angewandten Ätzverfahren schreiten dann immer nur bis zur Oxidschicht 12 fort. Diese Oxidschicht 12 stellt eine chemische Grenze für den Ätzvorgang dar. Die Oxidschicht 12 hat bevorzugt eine Dicke 23, die es ermöglicht, dass die be schleunigten Ionen, die bei der Ionenimplantation durch die Öffnungen 3 hindurchtreten, die Oxidschicht 12 nahezu unge bremst durchlaufen. Zugleich muss diese Oxidschicht 12 Stabi lität in diesem Bereich gewährleisten. Zudem wird es auf die se Weise ermöglicht, ringförmige Strukturen in den Wafer 18 zu implantieren. Die Innenbereiche der Ringe werden dann von der Oxidschicht 12 gehalten, wenn sie bestimmte, von den Ei genschaften der Oxidschicht 12 abhängende Ausmaße nicht über schreiten. Fig. 3 shows a cross section through the contact mask 1 with an oxide layer 12. The oxide layer 12 is located within half of the contact mask 1 with a distance 14 to the top 4 and a distance 13 to the bottom 5 thereof. The distance 14 to the top 4 is generally a multiple of the distance 13 to the bottom 5 . The etching processes used on one of the two sides 4, 5 then only progress to the oxide layer 12 . This oxide layer 12 represents a chemical limit for the etching process. The oxide layer 12 preferably has a thickness 23 which makes it possible for the accelerated ions which pass through the openings 3 during ion implantation to pass through the oxide layer 12 almost without braking. At the same time, this oxide layer 12 must ensure stability in this area. In addition, it is possible in this way to implant annular structures in the wafer 18 . The inner regions of the rings are then held by the oxide layer 12 if they do not exceed certain dimensions which depend on the properties of the oxide layer 12 .

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Kontaktmaske 1 mit weitem Ätzbereich. Dieser weite Ätzbereich liegt in dem di ckeren Bereich 10 der Kontaktmaske 1 und umfasst mehrere Ab schnitte 6 im Bereich 7 der Unterseite 5 der Kontaktmaske 1. Um eine derartige Kontaktmaske 1 herzustellen, wird zuerst das monokristalline Silizium auf der Unterseite 5 bis zu ei ner Tiefe 21 p-dotiert. Auf der Oberseite 4 wird ein n- dotierter Bereich 16 der Tiefe 22 in Form eines sogenannten Ritzrahmens erzeugt. Anschließend werden in die p-dotierten Bereiche 15 Abschnitte 6 der Öffnungen 3 in Form runder oder länglicher Querschnittsformen geätzt. Daraufhin wird auf der Oberseite 4 ein Ätzvorgang begonnen, beispielsweise mittels Kalilauge im Micro-Machining-Verfahren. Auf diese Weise wird das ganze aktive Gebiet des Siliziumkristalls derart frei geätzt, dass nur am Ort des Ritzrahmens dickes Silizium ver bleibt, wobei die stark p-dotierten Bereiche 15 als Ätzstop dienen. Als Ätzstop könnte bei dieser Ausführungsform aber auch eine Oxidschicht 12 nach Fig. 3 dienen. Fig. 4 shows a cross section through a contact mask 1 with a wide etch. This wide etching area lies in the thicker area 10 of the contact mask 1 and comprises a plurality of sections 6 in the area 7 of the underside 5 of the contact mask 1 . In order to produce such a contact mask 1 , the monocrystalline silicon on the underside 5 is first p-doped to a depth of 21 mm. On the top 4 , an n-doped region 16 of depth 22 is produced in the form of a so-called scratch frame. Subsequently, sections 6 of the openings 3 are etched in the form of round or elongated cross-sectional shapes in the p-doped regions 15 . An etching process is then started on the upper side 4 , for example using a potassium hydroxide solution in the micro-machining process. In this way, the entire active region of the silicon crystal is freely etched in such a way that thick silicon remains only at the location of the scoring frame, the heavily p-doped regions 15 serving as an etching stop. In this embodiment, however, an oxide layer 12 according to FIG. 3 could also serve as the etching stop.

Claims

1. contact mask ( 1 ) made of monocrystalline silicon for ion implantation, with at least for high-energy ions through casual openings ( 3 ) between an ion current facing top ( 4 ) of the contact mask ( 1 ) and an underside ( 5 ) of the contact mask ( 1 ), characterized in that the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) of the underside ( 5 ) have a predetermined shape and a cross section ( 8 ) with an exact edge contour and the openings ( 3 ) in the region ( 10 ) of the top side ( 4 ) have a less precise edge contour, the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the area of the top ( 4 ) larger cross sections ( 11 ) than the cross sections ( 8 ) of the openings ( 3 ) in the area ( 7 ) of the bottom ( 5 ) and the larger cross-sections ( 11 ) essentially completely cover the smaller cross-sections ( 8 ) when viewed in the beam direction of the ions.

2. Contact mask according to claim 1, characterized in that the openings ( 3 ) are continuous for all ions.

3. Contact mask according to claim 1 or 2, characterized in that the openings ( 3 ) have an elongated or a round cross-section ( 8 ).

4. Contact mask according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) of the underside ( 5 ) are at least 10 micrometers long and are designed for VLSI structure width accuracy.

5. Contact mask according to one of claims 1 to 4, characterized in that the openings ( 3 ) have elongated cross sections ( 8 ) and the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) of the underside ( 5 ) with trench etching machines or are etched with plasma etchers.

6. Contact mask according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 10 ) of the upper side ( 4 ) are etched using a coarse etching method or using micro-machining plasma etching systems.

7. Contact mask according to one of claims 1 to 6, characterized in that a thin oxide layer ( 12 ) parallel to the top ( 4 ) with a smaller distance ( 13 ) to the bottom ( 5 ) and a larger distance ( 14 ) to the top ( 4th ) is provided.

8. Contact mask according to one of claims 1 to 7, characterized characterized that they have a thin polysilicon protective layer having.

9. Use of a contact mask according to one of claims 1 up to 8 for maximum energy ion implantation.

10. A method for producing a contact mask ( 1 ) from monocrystalline silicon for ion implantation, with a thickness ( 2 ) which enables the contact mask ( 1 ) to be handled for conventional wafer alignment and bonding equipment, in particular a contact mask ( 1 ). according to claims 1 to 9, in which between an underside ( 5 ) and an upper side ( 4 ) of the contact mask openings ( 3 ) are made who are permeable to at least high-energy ions, characterized in that sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the area ( 7 ) of the underside ( 5 ) with a predetermined shape and a cross-section ( 8 ) with an exact edge contour, in particular with a tolerance of less than 0.1 micrometer, and sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the area ( 10 ) of the upper side ( 4 ) with an imprecise shape, the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the area of the upper side ( 4 ) having larger cross sections ( 11 ) than the cross sections ( 8 ) of the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the loading area ( 7 ) of the underside ( 5 ) are introduced in such a way that the larger cross sections ( 11 ) the smaller cross sections ( 8 ) seen in the beam direction of the ions in cover substantially completely.

11. The method according to claim 10, characterized in that the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region of the underside ( 5 ) are at least 10 micrometers long and are designed for VLSI structure width accuracy.

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) of the underside ( 5 ) are etched with trench etching machines.

13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) of the underside ( 5 ) are etched with plasma etchers.

14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 10 ) of the top ( 4 ) are etched using a rough etching process.

15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 10 ) of the top ( 4 ) are etched with micro-machining plasma etching systems.

16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the sections ( 9 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 10 ) of the top ( 4 ) are etched with wet-chemical etching processes of micro-machining.

17. The method according to any one of claims 10 to 16, characterized in that an etching stop for the etching of the two sections ( 6 , 9 ) of an opening ( 3 ) by means of an - in particular buried and exposed by the etching - oxide layer ( 12 ) will be produced.

18. The method according to any one of claims 10 to 17, characterized in that an etching stop for the wet chemical etching by means of a heavily p-doped layer ( 15 ) into which the sections ( 6 ) of the openings ( 3 ) in the region ( 7 ) the underside ( 5 ) is etched, is manufactured.

19. Use of a method according to one of claims 10 to 18 for making a contact mask for the tallest energy ion implantation.

20. A method for producing a wafer by means of ion implantation with a contact mask ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the contact mask ( 1 ) by means of adhesive bonding ( 17 ) or hydrophilic wafer bonding or bonding with spin on-glass on the wafer ( 18 ) be fastened, the wafer ( 18 ) is then implanted with ions of high kinetic energy, and the contact mask ( 1 ) is then detached, cleaned and reused by means of temperature influence, solvents or etching media.