DE102005055172B4 - Verfahren zum Herstellen von Zonenerweiterungen von Kanalanschlusszonen eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Zonenerweiterungen von Kanalanschlusszonen eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mittels Feldeffekt steuerbaren und eine Gate-Elektrode (4, 5) aufweisenden Halbleiterbauelements mit n-dotierten Zonenerweiterungen (9) von n-dotierten Kanalanschlusszonen (8), umfassend die folgenden Schritte:
– Bereitstellen eines Halbleiterbereichs (1) vom p-Dotiertyp mit den an einer Oberfläche des Halbleiterbereichs (1) ausgebildeten Kanalanschlusszonen (8) vom n-Dotiertyp, zwischen denen eine p-dotierte Kanalzone (7) definiert ist, und der Gate-Elektrode (4, 5);
– maskiertes Bestrahlen der Kanalzone (7) in an die Kanalanschlusszonen (8) angrenzenden Kanalzonenabschnitten mit nicht als Elektronendonatoren wirkenden, leichten Ionen unter Verwendung der Gate-Elektrode (4, 5) als Maske zur Erzeugung von strahlungsbedingten Gitterfehlstellen als Primärdefekte, und
– Wärmebehandeln des Halbleiterbereichs (1) zur Bildung von als Elektronendonatoren wirkenden Sekundärdefekten aus den Primärdefekten zur Erzeugung der n-dotierten Zonenerweiterungen (9) ohne laterale Ausdiffusion unter die Gate-Elektrode (4, 5).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von n-dotierten Zonenerweiterungen n-dotierter Kanalanschlusszonen eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements.
  • In der modernen Fertigung von Halbleiterbauteilen werden die Bauteilstrukturen im Zuge einer fortschreitende Miniaturisierung immer kleiner. Hierbei tritt bei mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementen, wie MOSFETs (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistors) oder EEPROM-Speicherzellen (Electrical Erasable Programmable Read Only Memories) das Problem auf, dass Kanalanschlusszonen nicht hinreichend genau hergestellt werden können.
  • Herkömmlicher Weise werden die Kanalanschlusszonen beispielsweise dadurch hergestellt, dass Donator- oder Akzeptor-Ionen (Dotanten) in einen Halbleiterbereich mittels Ionenbestrahlung implantiert werden, gefolgt von einer Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs, um die implantierten Dotanten elektrisch zu aktivieren. Alternativ hierzu können Dotiergebiete auch durch Diffusion aus der Gasphase oder Diffusion aus einem auf dem Halbleiterbereich abgeschiedenen Film, gefolgt von einer Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs zur elektrischen Aktivierung der eindiffundierten Dotanten hergestellt werden. In jedem Fall tritt bei der Herstellung der Kanalanschlusszonen eine Verbreiterung der Dotiergebiete infolge einer thermisch induzierten Diffusion der Dotanten bei der Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs zur elektrischen Aktivierung der Dotanten auf.
  • Es wird nun Bezug auf 1 genommen, worin zur Verdeutlichung der mit der Diffusionsverbreiterung einher gehenden Problematik eine als solche bekannte N-Kanal-EEPROM-Speicherzelle im Schnitt schematisch dargestellt ist.
  • Demnach sind an einer Oberfläche 6 eines beispielsweise aus p-dotiertem Silizium geformten Halbleiterbereichs 1 n+-dotierte Kanalanschlusszonen 2 ausgebildet, welche von nicht dargestellte Elektroden kontaktiert werden. Die n+-dotierten Kanalanschlusszonen 2 sind beispielsweise mittels Donatoren-Implantation (z. B. Phosphor-Ionen) und anschließender Wärmebehandlung zu deren elektrischen Aktivierung geformt. Zwischen den beiden Kanalanschlusszonen 2 befindet sich eine Kanalzone 7, in welcher mittels Feldeffekt ein die beiden Kanalanschlusszonen 2 elektrisch miteinander verbindender Kanal geformt werden kann. Weiterhin ist ein Floating-Gate 4 vorgesehen, welches benachbart zur Kanalzone 7 angeordnet und mittels einer in 1 nicht näher dargestellten dielektrischen Tunnelschicht von dieser elektrisch isoliert ist. Das Floating-Gate 4 ist seinerseits mittels einer in 1 nicht näher dargestellten dielektrischen Schicht von einer Steuerelektrode 5 zur Steuerung des leitfähigen Kanals in der Kanalzone 7 getrennt. EEPROM-Speicherzellen können durch Aufladen (beispielsweise über Channel Hot Electron Injection) bzw. Entladen (Fowler-Nordheim-Tunneling) des Floating-Gates 4 in verschiedene logische Zustände gebracht werden.
  • Wie in 1 in der links abgebildeten Kanalanschlusszone 2 dargestellt ist, setzt sich jede der beiden Kanalanschlusszonen 2 aus einem durch das Implantieren der Donatoren hergestellten Dotierbereich 8 und einem infolge der thermisch induzierten Diffusion der Donatoren bei der Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs entstandenen Erweiterungsbereich 3 zusammen. Der Erweiterungsbereich 3 hat hierbei eine geringere Dotierung als der Dotierbereich 8. Da das Floating-Gate 4 bzw. die Steuerelektrode 5 als Maske bei der Implantation der Kanalanschlusszonen 2 verwendet werden können, weist der Dotierbereich 8 in einer zur Halbleiterbereichsoberfläche parallelen Richtung im Wesentlichen keinen oder nur geringen Überlapp mit dem Floating-Gate 4 auf. Durch die thermisch induzierte Diffusion der Donatoren wandern die Donatoren jedoch in einen Bereich unterhalb des Floating-Gate 4 bzw. der Steuerelektrode 5 ein, so dass sich die Kanalanschlusszonen 2 und das Floating-Gate 4 bzw. die Steuerelektrode 5 in einer zur Halbleiterbereichsoberfläche parallelen (lateralen) Richtung überlappen. Diese Unterdiffusion der Donatoren hat den nachteiligen Effekt, dass zum einen die Länge der Kanalzone verringert wird und zum anderen aufgrund der entstehenden Überlapp-Kapazitäten im dynamischen Betrieb wegen der Notwendigkeit diese Überlapp-Kapazitäten umzuladen, vergleichsweise hohe Verluste auftreten.
  • Im einzelnen ist noch aus DE 102 40 107 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Randabschlusses mit einer n-leitenden Zone in einem Halbleiterkörper durch Protonenbestrahlung und anschließender Temperaturbehandlung bekannt. Es wäre wünschenswert, über ein Verfahren zur Herstellung von Kanalanschlusszonen von mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementen zu verfügen, mit dem eine laterale Ausdiffusion der Donatoren vermieden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen n-dotierter Zonenerweiterungen n-dotierter Kanalanschlusszonen eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements gezeigt, welches die folgenden sukzessiven Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen eines Halbleiterbereichs aus beispielsweise Silizium vom p-Dotiertyp (hierbei kann es sich um ein p-dotiertes Halbleitersubstrat oder um ein n-dotiertes Halblei tersubstrat mit p-dotierten Wannen handeln) mit an einer Oberfläche des Halbleiterbereichs ausgebildeten Kanalanschlusszonen vom n-Dotiertyp, zwischen denen eine p-dotierte Kanalzone definiert ist. Die Kanalanschlusszonen sind in herkömmlicher Weise beispielsweise dadurch hergestellt, dass Donator-Ionen in den Halbleiterbereich mittels Ionenbestrahlung implantiert werden, gefolgt von einer Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs um die implantierten Dotanten elektrisch zu aktivieren. Alternativ hierzu können die Kanalanschlusszonen auch durch Diffusion aus der Gasphase oder Diffusion aus einem auf dem Halbleiterbereich abgeschiedenen Film, gefolgt von einer Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs zur elektrischen Aktivierung der eindiffundierten Dotanten, hergestellt sein.
    • b) Maskiertes Bestrahlen der Kanalzone in den Kanalanschlusszonen angrenzenden Kanalzonenabschnitten mit leichten Ionen, wie Protonen, Helium-Ionen, Silizium-Ionen oder Argon-Ionen, unter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske zur Erzeugung von strahlungsbedingten Gitterfehlstellen als Primärdefekte. Eine Bestrahlung der Kanalzonenabschnitte erfolgt hierbei vorzugsweise mit einer Energie von mindestens 0,3 MeV, insbesondere im Bereich von 0,3 MeV bis 25 MeV. Die Höhe der Energie definiert Umfang und Tiefe der Gitterfehlstellen im Halbleiterbereich. Eine Bestrahlungsdosis der leichten Ionen liegt vorzugsweise im Bereich von 107 bis zu einigen 1015 cm–2. Die leichten Ionen sind elektrisch inaktiv in dem Sinne, dass sie nicht in der Lage sind, ein Elektron im Kristallgitter des Halbleiterbereichs abzugeben und sind demzufolge von den herkömmlicher Weise zur Erzeugung von n-dotierten Dotiergebieten implantierten Donatoren, welche in der Lage sind, ein Elektron im Kristallgitter abzugeben, verschieden. Anders ausgedrückt, die eingebrachten Ionen wirken selbst nicht dotierend.
    • c) Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs zur Bildung von als Elektronendonatoren wirkenden Sekundärdefekten (”Donator zentren”) aus den Primärdefekten zur Erzeugung der n-dotierten Zonenerweiterungen. Donatoren entstehen somit erst durch die Bildung von Zentrenkomplexen.
  • Der Vorgang der Erzeugung von als Elektronendonatoren wirkenden Sekundärdefekten in einem Halbleiterbereich durch Bestrahlen mit leichten Ionen und anschließender Wärmebehandlung ist als solcher bekannt.
  • Hierzu wird beispielsweise auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen:
    • H.-J. Schulze, F.-J. Niedernostheide, M. Schmitt, U. Kellner-Werdehausen, G. Wachutka, Electrochemical Society Proceedings, Vol. 2002-20, High Purity VII, ed. by C. L. Claeys, M. Watanabe, P. Rai-choudhury and P. Stallhofer;
    • R. Siemieniec, H.-J. Schulze, F.-J. Niedernostheide, W. Südkamp, J. Lutz, ”Doping Effects in Heavily Helium-Radiated Silicon”, Proc. ISPS 2004, Praha, Czech Republic;
    • DE 10 2004 039 208 A1 ; und
    • R. Siemieniec, F.-J. Niedernostheide, H.-J. Schulze, W. Südkamp, U. Kellner-Werdehausen, J. Lutz, ”Irradiation-Induced Deep Levels In Silicon”, Proc. 206th Annual Meeting of ECS 2004, Hawaii, USA.
  • Werden beispielsweise Protonen mit einer Energie im Bereich einiger MeV auf ein Si-Substrat geschossen, so verlieren diese durch Ionisierungsprozesse und Kollisionen mit den Targetatomen ihre kinetische Energie und erzeugen Primärdefekte, bestehend aus einer Vakanz und einem interstitiellen Atom. Diese Primärdefekte bilden dann durch thermische Aktivierung bereits bei Raumtemperatur oder darunter diverse Sekundärdefekte wie die Divakanz oder Komplexe mit Verunreinigungen (wie z. B. O2, C) im Halbleiterbereich aus. Durch eine gezielte Festlegung der Ausheiltemperatur lassen sich unerwünschte Sekundärdefekte ausheilen und neue Defektkomplexe bilden, insbesondere hier die als Donatoren wirkenden Komplexe. Im Weiteren kommt es zu einer Stabilisierung der Defektzusammensetzung.
  • Im Falle von eingebrachten Protonen handelt es sich um so genannte wasserstoffkorrelierte flache Donatoren (STD(H)). Im Falle von Helium-, Silizium- oder Argonionen kommt es zur Bildung von so genannten thermischen Doppeldonatoren (TDD).
  • Die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 250°C bis weniger als 550°C. Die vorzugsweise einzuhaltende Maximaltemperatur bei der Wärmebehandlung ergibt sich aus der Tatsache, dass ab ca. 550°C die Donatorzentren im Halbleiterbereich auszuheilen beginnen, so dass die Dotierkonzentration abnimmt. Im Falle von eingebrachten Protonen liegt die Wärmebehandlungstemperatur vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 250°C bis 500°C, während im Falle von eingebrachten Helium-, Silizium- oder Argonionen die bevorzugten Wärmebehandlungstemperaturen im Temperaturbereich von 370°C–500°C liegen. Im letztgenannten Fall liegt die untere Temperaturgrenze also höher als bei Wasserstoffionen. Voraussetzung ist ein ausreichender Sauerstoffgehalt des Siliziums, was im Normalfall durch vorherige Oxidationsschritte gegeben ist.
  • Weiterhin erfolgt die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs vorzugsweise für einen Zeitraum im Bereich von 30 Minuten bis 2 Stunden.
  • Da die als Elektronendonatoren wirkenden Sekundärdefekte ausschließlich an den Gitterfehlstellen gebildet werden können, tritt eine thermisch induzierte Diffusion wie bei den herkömmlicher Weise implantierten Donatoren nicht auf. Vorteilhaft kann somit ein Dotierbereich in exakter Weise herge stellt werden. Die Erzeugung von kurzen Kanalzonenlängen ist auf diese Weise mit einer hohen Reproduzierbarkeit möglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der bereitgestellte Halbleiterbereich mit der benachbart zu der Kanalzone, elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterbereich angeordneten Gate-Elektrode versehen, wobei eine Bestrahlung der Kanalzone mit leichten Ionen unter Verwendung der Gate-Elektrode als Maske erfolgt. Auf diese Weise kann eine Erweiterungszone vorteilhaft selbstjustiert zur Gate-Elektrode hergestellt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor der Bestrahlung mit leichten Ionen eine Passivierungsschicht auf den bereitgestellten Halbleiterbereich aufgebracht, wodurch eine Alterung des Halbleiterbereichs verhindert werden kann. Eine Bestrahlung des Halbleiterbereichs mit leichten Ionen erfolgt dann durch die Passivierungsschicht hindurch, die zu diesem Zweck eine geeignete Schichtdicke aufweisen muss. Ferner kann eine Metallisierungsschicht aufgebracht werden. Üblicher Weise wird eine BPSG-Passierungsschicht (Siliziumdioxid) auf den Halbleiterbereich aufgebracht. Hierbei ist es vorteilhaft, die Energie der leichten Ionen so zu wählen, dass zwar durch das BPSG, letztendlich ein Siliziumoxid, durchgeschossen wird, aber im Gatebereich die Abschirmung des empfindlichen Gateoxides durch das Polysilizium oder das jeweils verwendete Gatemetall weiter ermöglicht ist. Ausgenutzt wird dann die höhere Reichweite der Ionen im Oxid als im Poly-Silizium bzw. als im Metall des Gates.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei der Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren Schaltelements (wie N-Kanal-MOSFET) oder Speicherelements (wie N-Kanal-EEPROM-Speicherzelle) eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer herkömmlichen EEPROM-Speicherzelle;
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß hergestellten EEPROM-Speicherzelle;
  • 3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines durch Protonenimplantation und anschließender Wärmebehandlung erzeugten Dotierprofils;
  • 4 ein Beispiel für ein durch Protonenimplantation und anschließender Wärmebehandlung erzeugten Dotierprofils;
  • 5A–5D ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Zonenerweiterungen.
  • Gleiche bzw. gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
  • Stand der Technik betreffend 1 wurde bereits eingangs erläutert, so dass eine nähere Erläuterung hier nicht mehr erforderlich ist. Es wird nun Bezug auf 2 genommen, worin in schematischer Weise der Aufbau einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten EEPROM-Speicherzelle gezeigt ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur in 1 gezeigten, in herkömmlicher Weise hergestellten EEPROM-Speicherzelle erläutert.
  • Wie in 2 an den beiden abgebildeten Kanalanschlusszonen 2 dargestellt ist, setzt sich jede der beiden Kanalanschlussszonen 2 aus einem durch das Implantieren der Donatoren hergestellten Dotierbereich 8 und einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Zonenerweiterung 9 zusammen. Die Zonenerweiterung 9 hat eine geringere Dotierung als der Dotierbereich 8. Das Floating-Gate 4 bzw. die Steuer elektrode 5 werden als Maske bei der Bestrahlung der Kanalzone 7 mit leichten Ionen zur Erzeugung von Gitterfehlstellen verwendet. Da eine thermisch induzierte Diffusion der als Donatoren wirkenden Donatorzentren nicht stattfindet, liegt in einer zur Substratoberfläche parallelen Richtung kein Überlapp zwischen den Kanalanschlusszonen 2 und dem Floating-Gate 4 bzw. der Steuerelektrode 5 vor. Ein geringfügiger Überlapp von den Kanalanschlusszonen zum Gate lässt sich durch eine oder mehr flache zueinander gedrehte gewinkelte Protonen-Implantationen (z. B. Quadimplant) erzeugen. Dies kann insbesondere auf der Seite der Sourcekanalanschlusszone wichtig sein, um einen niederohmigen Anschluss an das Kanalgebiet zu gewährleisten. Dies wiederum kann die Einsatzspannung des n-Kanal-Bauteils erhöhen. Allerdings kann es dann zu Schäden im Gate-Dielektrikum kommen.
  • Es wird nun Bezug auf 3 genommen, in der eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Halbleiterbauelements dargestellt ist. Bei diesem werden Protonen mit einer Energie im MeV-Bereich auf ein mit einer mit einem schrägen Rand versehenen Hartmaske 10 bedecktes Siliziumsubstrat 11 geschossen. Die einen schrägen Rand aufweisende Dotierung des Siliziumsubstrats 11 gibt dann den Verlauf des schrägen Rands der Hartmaske wieder, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren genau Dotiergebiete ohne eine Ausdiffusion der als Elektronendonatoren wirkenden Donatorzentren erzeugt werden können.
  • Es wird nun Bezug auf 4 genommen, worin ein Beispiel für ein durch Protonenimplantation und anschließender Wärmebehandlung erzeugtes Dotierprofil gezeigt ist, wobei die Nettodotierung K (cm–3) über der Eindringtiefe T (μm) aufgetragen ist. Hierbei wurden Protonen mit einer Energie von 2,08 MeV und einer Bestrahlungsdosis von 3 × 1013 cm–2 auf ein Siliziumsubstrat geschossen. Die dargestellten Kurven unterscheiden sich bezüglich der jeweilig angegebenen Temperatur bei der Wärmebehandlung. Ersichtlich tritt bei einer höheren Wärmebehandlungstemperatur (unterhalb der Ausheiltemperatur der Defekte) eine Homogenisierung der Donatorzentren auf.
  • Es wird nun Bezug auf die 5A–5D genommen, worin ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Kanalanschlusszonenerweiterungen dargestellt ist.
  • Zunächst wird ein Halbleiterbereich 1 aus beispielsweise Silizium vom p-Dotiertyp in Form eines p-dotierten Halbleitersubstrats oder eines n-dotierten Halbleitersubstrats mit p-dotierten Wannen bereitgestellt, an dessen Oberfläche 6 eine durch ein Gate-Dielektrikum (z. B. Oxid) 12 vom Halbeitersubstrat 1 isolierte Gate-Elektrode 14 aus beispielsweise Polysilizium angeordnet ist (5A). Anschließend werden Spacer 13 auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 14 geformt, was durch Abscheiden einer Spacer-Schicht und einem anschließenden geeigneten Ätzprozess erfolgen kann (5B). Dann erfolgt eine Implantation von Donatoren (beispielsweise As-, P-Ionen) zur Erzeugung der n+-dotierten Kanalanschlusszonen 8, welche wegen der Spacer einen lateralen Abstand zur Gate-Elektrode 4 haben (5C). Typischer Weise werden n+-Kanalanschlussgebiete über eine Temperaturbehandlung aktiviert und Implantationsschäden ausgeheilt. Daher ist es wichtig, dass die Temperaturbehandlung und Spacerbreite so aufeinander abgestimmt sind, dass durch Diffusion kein Überlapp der n+-Kanalanschlussgebiete und dem Gate entsteht. Anschließend werden die Spacer 13 wieder entfernt, was mittels eines geeigneten Ätzprozesses erfolgt.
  • Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, kann nun eine Passivierungsschicht auf den Halbleiterbereich 1 aufgebracht werden, welche eine für eine nachfolgende Bestrahlung mit leichten Ionen geeignete Schichtdicke aufweist. Anschließend folgt ein Bestrahlen der Oberfläche 6 des Halbleiterbereichs 1 mit Protonen zur Erzeugung von Gitterfehlstellen im Halbleiterbereich 1, wobei die Protonen eine Energie im Bereich von 0,3 MeV bis 25 MeV haben, bei einer Bestrahlungsdosis der Protonen im Bereich von 107 bis zu einigen 1015 cm–2. Die Protonen wirken hierbei selbst nicht als Donatoren. Dem folgt eine Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs im Temperaturbereich von 250°C bis 500°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 2 Stunden zur Erzeugung von als Donatoren wirkenden Wasserstoff-korrelierten Donatorzentren.
  • Da durch Protonenimplantation üblicher Weise n-Dotierungen im Bereich bis ungefähr 2 × 1016–4 × 1016 cm–3 erzeugt werden können und diese Dotierungen bei Temperaturbelastungen im Bereich ab ca. 550°C wieder ausheilen, muss das für die Kontaktierung des Bauelements erforderliche hochdotierte n+-Gebiet zuvor erzeugt werden, was hier über einen geeigneten Spacer erfolgt. Der Spacerabstand ist dabei so zu wählen, dass eine thermisch induzierte Diffusion der implantierten Donatoren unter die Gate-Elektrode sicher vermieden wird.
  • Nach Entfernung der Spacer können dann die n-Gebiete mittels Protonen erzeugt werden. Durch Verwenden der Gate-Elektrode 14 als Maske können die n-dotierten Zonenerweiterungen 9 selbstjustiert hergestellt werden (5D). Ein lateraler Überlapp zwischen den Zonenerweiterungen 9 und der Gate-Elekrode 14 tritt nicht auf.
  • Die Protonenergie ist entsprechend der Dicke der Gate-Elektrode 14 so zu wählen, dass der Stoppbereich sicher im Polysilizium der Gate-Elektrode liegt, um eine Schädigung des Gateoxides zu verhindern. Die zu erzeugenden Donatorzentren werden hier während der Wärmebehandlung aus den durch Bestrahlung erzeugten Primärdefekten, sowie dem hierbei eingebrachten Wasserstoff erzeugt. Die auf diese Weise erzeugten Dotierungsverläufe folgen zunächst näherungsweise der primären Defektverteilung, werden aber durch den Wärmebehandlungsschritt beeinflusst.
  • Neben den Donatoren werden eine Reihe weiterer Störstellen erzeugt, welche als Rekombinationszentren wirken und somit eine lokale (im Bereich der erzeugten Gittereffekte) Einstel lung der Trägerlebensdauer erlauben. Da die als Rekombinationszentren wirkenden Störstellen bereits im Temperaturbereich um ca. 400°C ausheilen, lässt sich ein eventuell gewollter Einfluss auf die Trägerlebensdauer mit der Wahl der Temperatur des Wärmebehandlungsschritts steuern. Im Unterschied zu üblichen Dotierstoffen erfolgt aber keine Ausdiffusion in umliegende Gebiete, die Dotierung kann nur im protonenbestrahlten Bereich ausgebildet werden, da sowohl die bestrahlungsbedingten Defekte als auch die Wasserstoffatome zur Bildung des als Donator wirksamen Komplexes erforderlich sind.
  • Durch die Wahl der Temperatur lässt sich eine Homogenisierung der Dotierung in Bestrahlungsrichtung (allerdings nur in Richtung zur Oberfläche hin) erreichen, welche sich zunächst hauptsächlich im Bereich der Reichweite der Protonen ausbildet (siehe auch 4). Dabei tritt jedoch aufgrund der Immobilität der bestrahlungsbedingten Defekte keine Unterdiffusion dieser Donatoren auf. Aus demselben Grund ergibt sich auch keine Verbreiterung der protoneninduzierten Donatorpeaks in die Tiefe des Bauelements hin. In der Konsequenz lässt sich die Kanallänge über die Länge der Gate-Elektrode genau definieren, die Kanallänge ist sehr gut kontrollierbar und damit die Gesamtstruktur gut verkleinerbar.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen eines mittels Feldeffekt steuerbaren und eine Gate-Elektrode (4, 5) aufweisenden Halbleiterbauelements mit n-dotierten Zonenerweiterungen (9) von n-dotierten Kanalanschlusszonen (8), umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Halbleiterbereichs (1) vom p-Dotiertyp mit den an einer Oberfläche des Halbleiterbereichs (1) ausgebildeten Kanalanschlusszonen (8) vom n-Dotiertyp, zwischen denen eine p-dotierte Kanalzone (7) definiert ist, und der Gate-Elektrode (4, 5); – maskiertes Bestrahlen der Kanalzone (7) in an die Kanalanschlusszonen (8) angrenzenden Kanalzonenabschnitten mit nicht als Elektronendonatoren wirkenden, leichten Ionen unter Verwendung der Gate-Elektrode (4, 5) als Maske zur Erzeugung von strahlungsbedingten Gitterfehlstellen als Primärdefekte, und – Wärmebehandeln des Halbleiterbereichs (1) zur Bildung von als Elektronendonatoren wirkenden Sekundärdefekten aus den Primärdefekten zur Erzeugung der n-dotierten Zonenerweiterungen (9) ohne laterale Ausdiffusion unter die Gate-Elektrode (4, 5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leichten Ionen zur Bestrahlung der Kanalzonenabschnitte aus Protonen, Helium-Ionen, Silizium-Ionen und Argon-Ionen, gewählt sind.
  3. Verfahren nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalzonenabschnitte mit Ionen einer Energie von wenigstens 0,3 MeV bestrahlt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalzonenabschnitte mit Ionen einer Energie im Bereich von 0,3 MeV bis 25 MeV bestrahlt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalzonenabschnitte mit Ionen einer Bestrahlungsdosis im Bereich von 107 bis zu einigen 1015 cm–2 bestrahlt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs (1) in einem Temperaturbereich von 250°C bis weniger als 550°C erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs (1) im Falle einer Bestrahlung des Halbleiterbereichs (1) mit Protonen in einem Temperaturbereich von 250°C bis 500°C erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs (1) im Falle einer Bestrahlung des Halbleiterbereichs (1) mit Helium-Ionen, Silizium-Ionen oder Argon-Ionen in einem Temperaturbereich von 370°C bis 500°C erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung des Halbleiterbereichs (1) für einen Zeitraum im Bereich von 30 Minuten bis 2 Stunden erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterbereich (1) mit einer benachbart zu der Kanalzone (7), elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterbereich (1) angeordneten Elektrode (14) als Gate-Elektrode versehen ist, wobei eine Bestrahlung der Kanalzone (7) mit leichten Ionen unter Verwendung der Elektrode (14) als eine Maske erfolgt.
  11. Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren Schaltelements, welches ein Verfahren zum Herstellen n-dotierter Zonenerweiterungen n-dotierter Kanalanschlusszonen (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
  12. Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren Speicherelements, welches ein Verfahren zum Herstellen n-dotierter Zonenerweiterungen n-dotierter Kanalanschlusszonen (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
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