DE102008047829A1

DE102008047829A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat und ein Halbleiterelement

Info

Publication number: DE102008047829A1
Application number: DE102008047829A
Authority: DE
Inventors: Luis-Felipe Giles
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2009-04-09
Also published as: US8357995B2; US20090085035A1; US20100127262A1; US7662680B2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat umfasst ein Bilden einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in dem Substrat, ein Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen, ein Ausheilen des Substrats derart, dass zumindest ein Teil der Kristallgitterdefekte unter Verwendung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen beseitigt wird, und bei dem das Halbleiterelement unter Verwendung der Dotierungsatome gebildet wird.

Description

Folgendes bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements und auf ein Halbleiterelement.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren und Halbleiterelemente mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 12 und durch Halbleiterelemente gemäß Anspruch 18 oder 23 gelöst.
In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen allgemein in allen verschiedenen Ansichten auf dieselben Teile. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei stattdessen das Hauptaugenmerk darauf gelegt wird, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat durch Bilden einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in dem Substrat;
2 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat durch Bilden zumindest zweier Bänder einer Mehrzahl von entweder Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen in dem Substrat;
4 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleiterelementen in einem Substrat;
5 ein schematisches Diagramm, das eine herkömmliche Voramorphisierung eines Substrats mit Germaniumionen (Ge⁺-Ionen), einem Bor(B-)Dotierungskonzentrationsprofil, überschüssigen Zwischengitterplätzen und der Richtung eines epitaxialen Nachwachsens in fester Phase (SPER – solid-phase epitaxial regrowth);
6 ein schematisches Diagramm, das die Zwischengitterplätze auf ein Ausheilen hin veranschaulicht;
7a–7d die gemessenen Bordotierungsprofile in einem voramorphisierten Siliziumsubstrat für verschiedene Ausheiltemperaturen;
8a–8d die gemessenen Phosphordotierungsprofile in einem voramorphisierten Siliziumsubstrat für verschiedene Ausheiltemperaturen;
9 in einem Diagramm das herkömmliche Verständnis einer Aufwärtsdiffusion in einem Substrat;
10 ein Diagramm mit einem Interstitialfluss gemäß dem neuen Verständnis einer Aufwärtsdiffusion in einem Substrat;
11 eine Möglichkeit, Siliziumcarbidabscheidungen zu einem Band von Siliziumcarbidabscheidungen innerhalb eines Substrats zu bilden;
12 eine Möglichkeit, Mikroplättchen, Mikrohohlräume und ein Band von Mikrohohlräumen in einem Substrat zu bilden;
13 ein Diagramm, das die Beseitigung von Zwischengitterplätzen anhand eingebrachter Mikrohohlräume und Siliziumcarbidabscheidungen über die amorph/kristallin-Grenzfläche hinaus gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
14 ein Diagramm, das die Beseitigung von Zwischengitterplätzen anhand von eingebrachten Mikrohohlräumen in der Region aus kristallinem Silizium und Siliziumcarbidabscheidungen in der amorphen Region gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
15 ein Diagramm, das die Beseitigung von Zwischengitterplätzen anhand von eingebrachten Mikrohohlräumen in der Region aus kristallinem Silizium und Siliziumcarbidabscheidungen, die in der Nähe einer Bordotierungskonzentrationsspitze in der amorphen Region platziert sind, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
16 ein Diagramm, das die Beseitigung von Zwischengitterplätzen anhand eines Einbringens zweier Bänder von Siliziumcarbidabscheidungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
17 schematisch den Endzustand des Substrats, nachdem die Zwischengitterplätze anhand der Mikrohohlräume und Siliziumcarbidabscheidungen beseitigt wurden;
18a ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem ersten Schritt eines Herstellens eines Feldeffekttransistors mit einer vorausgehenden Gate-Oxid-Ablagerung;
18b als einen weiteren Zustand bei der Herstellung des Feldeffekttransistors (FET) das Bilden eines Mikrohohlraumbandes;
18c als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET eine Implantation von Kohlenstoffionen, die ein Band oberhalb der Mikrohohlräume bilden;
18d als weiteren Zustand bei der Herstellung eines FET das Bilden einer Siliziumcarbidabscheidung;
18e als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET die Voramorphisierung eines Teils des Substrats anhand von Germaniumionen;
18f als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET das Dotieren einer Source- und Drain-Region anhand von Boratomen;
19 einen FET, der anhand des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat hergestellt wurde;
20a als weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat einen ersten Zustand eines Herstellens eines FET mit zwei Bändern von Siliziumcarbidabscheidungen, die vor einem Ablagern eines Gate-Oxids gebildet wurden;
20b als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET das Bilden eines Siliziumcarbidabscheidungsbandes;
20c als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET die Voramorphisierung des Siliziumsubstrats;
20d als weiteren Zustand bei der Herstellung des FET das Bilden einer Source- und Drain-Region an dem Substrat anhand eines Dotierens mit Boratomen; und
21 einen FET, der anhand des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat, das zwei Bänder von Siliziumcarbidabscheidungen aufweist, hergestellt wurde.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1–21 werden nachstehend Erläuterungen und Ausführungsbeispiele, die sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat und auf ein anhand desselben hergestelltes Halbleiterelement beziehen, ausführlich beschrieben.
Derzeitige Techniken zum Erzielen flacher Übergänge bei Halbleiterbauelementen oder -elementen umfassen ein Implantieren von energiearmem Bor (B) oder Borfluorid (BF₂) als Dotierungsmittel in mit Germanium (Ge) voramorphisierte Siliziumschichten. Um den Implantationsschaden auszuheilen und die Dotierungsmittel zu aktivieren, kann der folgende Hochtemperatur-Ausheilschritt (T ≥ 1300°C) unter Verwendung von ultraschnellen Techniken wie z. B. Laser- und Blitzausheilen durchgeführt werden. Diese Verfahren beinhalten üblicherweise eine Dotierungsdeaktivierung während anschließender Tieftemperaturprozesse sowie eine unerwünschte transientengeförderte Diffusion (TED – transient enhanced diffusion).
Mittlerweile ist es weithin akzeptiert, dass sowohl die Dotierungsdeaktivierung als auch die TED durch eine durch den Implantationsvorgang selbst erzeugte Selbst-Interstitial-Übersättigung bewirkt werden.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Begriff „Selbst-Interstitial" auf eine spezifische Art eines eindimensionalen Punktdefekts in einem Kristallgitter. Insbesondere soll Selbst-Interstitial ein Atom bedeuten, das in einer Position zwischen normalen Gitteratomen angeordnet ist, so dass ein Zwischenraum vorliegt. Der Begriff „selbst" weist darauf hin, dass das Zwischengitteratom vom selben Typ wie die normalen Gitteratome ist. Beispielsweise bezieht sich ein Selbst-Interstitial bei einem Siliziumsubstrat auf ein an dem Zwischengitterplatz befindliches Siliziumatom. In der folgenden Beschreibung werden die Begriffe „Selbst-Interstitial", „Zwischengitterplatz bzw. Interstitial" und „Interstitialtypdefekte" austauschbar verwendet.
Hierin sind Interstitialtypdefekte oder Interstitiale beschrieben, die Kristallgitterdefekte bilden.
Zum Herstellen eines Halbleiterelements ist weder die Deaktivierung der Dotierungsatome, beispielsweise Boratome, noch die transientengeförderte Diffusion wünschenswert. Die Dotierungsdeaktivierung bei niedriger Temperatur erfolgt auf Grund der Bildung von unbeweglichen Dotierungsinterstitialclustern. Die Quelle von Zwischengitterplätzen, die zur Bildung von Dotierungsinterstitialclustern erforderlich ist, muss in den Bereichsende-Defekten gesehen werden, die nahe der ursprünglichen Grenzfläche zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats angeordnet sind. Die Tiefe der amorphen Region in einem Substrat hängt von den genauen Bedingungen der Voramorphisierung ab.
Die Interstitialtypdefekte an der Amorphes/Kristallines-Silizium-Grenzfläche werden ebenfalls als Bereichsende-Defekte (EOR – end of range defects) bezeichnet.
Eine Art und Weise, beide oben erwähnten Phänomene, d. h. TED und Dotierungsdeaktivierung, zu eliminieren, besteht darin, die Quelle von Zwischengitterplätzen vollständig zu unterdrücken. Herkömmliche Verfahren zur Verringerung der TED und Dotierungsdeaktivierung umfassen Cocktail-Implantationen von BF₂, Kohlenstoff (C), Fluor (F) in Verbindung mit einer Ge-Voramorphisierung. Da sowohl Fluor als auch Kohlenstoff bekanntlich durch einen Interstitialmechanismus diffundieren, kann das Koppeln von Fluor oder Kohlenstoff mit Zwischengitterplätzen dazu beitragen, die für TED verantwortliche gesamte Selbst-Interstitial-Übersättigung zu verringern. Jedoch ist der Lösungsansatz der Cocktail-Implantation nicht in der Lage, TED vollständig zu unterdrücken, da er die Ursache des Problems, die in der Tat der Überschuss an Zwischengitterplätzen ist, die sich an der amorph/kristallin-Grenzfläche befinden, nicht vollständig beseitigt.
Wie in dem Flussdiagramm der 1 gezeigt ist, umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements ein Bilden (Schritt 100) einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Kohlenstoffabscheidungen in dem Substrat, Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats (Schritt 105), um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausheilen (Schritt 115) des Substrats derart, dass zumindest ein Teil der Kristallgitterdefekte beseitigt wird, unter Verwendung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen, und wobei das Halbleiterelement unter Verwendung der Dotierungsatome gebildet wird.
Die Mikrohohlräume in dem Substrat können auf verschiedene Art und Weise gebildet werden. Beispielsweise kann das Bilden dieser Mikrohohlräume durch ein Implantieren von Ionen in das Substrat erfolgen. Beispielsweise werden durch ein Implantieren von Wasserstoffatomen mit einer Dosis von mehr als 10¹⁶ cm^–2 in ein Siliziumsubstrat Mikrohohlräume in dem selben gebildet. Statt Wasserstoffionen (H₂ ⁺-Ionen) können auch andere Ionen wie beispielsweise Heliumionen (He₂ ⁺-Ionen), Fluorionen (F⁺-Ionen), Neonionen (Ne⁺-Ionen), Chlorionen (Cl⁺-Ionen) oder Argonionen (Ar⁺-Ionen) verwendet werden.
Ein Implantieren von Ionen in das Substrat ist ein unkomplizierter und zuverlässiger Mechanismus zum Bilden von Mikrohohlräumen. Die Mikrohohlräume in dem Substrat können beispielsweise in allen drei Abmessungen eine Größe im Mikrometerbereich umfassen. Die Ausdehnung der Mikrohohlräume kann beispielsweise in einer oder zwei Abmessungen in einem Mikrometerbereich und in der dritten Abmessung im nm-Bereich liegen. Jedoch können die Mikrohohlräume auch in allen drei Abmessungen eine Ausdehnung im nm-Bereich umfassen. Bei 12 wird ein Beispiel für die Bildung von Mikrohohlräumen ausführlicher beschrieben.
Die Mikrohohlräume in dem Substrat können als Senken für Kristallgitterdefekte oder Zwischengitterplätze, die während des Dotierens und Amorphisierens des Substrats erzeugt werden, fungieren. Die in dem kristallinen Gitter des Substrats gebildeten Mikrohohlräume sind sogar durch Anwenden eines Hochtemperaturschritts von mehr als etwa 1000°C nach dem Bilden der Mikrohohlräume temperaturstabil.
Ferner können die Mikrohohlräume die transientengeförderte Diffusion (TED) der implantierten Dotierungsatome verringern, was üblicherweise durch eine mit den Kristallgitterdefekten zusammenhängende Selbst-Interstitial-Übersättigung bewirkt wird.
Carbidabscheidungen können sich auf Siliziumcarbid(SiC)-Abscheidungen beziehen, beispielsweise auf die beta-SiC-Phase, es können aber auch andere Carbidstrukturen oder -phasen beinhaltet sein. Der Begriff Carbidabscheidungen kann auch jegliche Ansammlung von Kohlenstoffatomen in dem Gitter des Substrats, beispielsweise reine Kohlenstoff cluster, umfassen, oder er kann sogar Abscheidungen beinhalten, die Sauerstoffatome umfassen, beispielsweise Silizium-Sauerstoff-Kohlenstoff-Abscheidungen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Siliziumkohlenstoffabscheidungen aus in ein Siliziumsubstrat implantierten Kohlenstoffatomen gebildet. Beispielsweise werden C⁺-Ionen derart in das Substrat implantiert, dass die Mehrzahl von Carbidabscheidungen in dem Substrat gebildet wird. Die Mehrzahl von Carbidabscheidungen kann derart gebildet werden, dass sie ein Carbidabscheidungsband bilden, wobei die Carbidabscheidungen voneinander getrennt sind. Eine ausführlichere Beschreibung des Bildens der Carbidabscheidungen erfolgt im Zusammenhang mit 11.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Substrat Silizium. Das Substrat kann ein Siliziumsubstrat sein, beispielsweise ein (100)-Silizium-Substrat oder ein (111)-Silizium-Substrat. Das Substrat kann ein einkristallines Substrat sein.
Ein Erzeugen einer Amorphisierung (Schritt 105) des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und der Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen kann die Verwendung von Amorphisierungsionen zur Voramorphisierung des Substrats gefolgt von z. B. einer energiearmen Implantation eines Dotierungsmittels vom p-Typ umfassen. Die Amorphisierung des Substrats und das Dotieren des Substrats kann ein Implantieren von Boratomen, Phosphoratomen oder Arsenatomen in das Substrat umfassen. Das Implantieren von Boratomen kann eine Einbringung von Borionen in das Substrat, eine Einbringung von Borfluorid (BF₂) oder ein Einbringen von Borclustern (B_YH_X) umfassen. Ein Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, kann entweder durch Verwendung von Amorphisierungsionen zur Voramorphisierung des Substrats, gefolgt von einem Dotieren mit Dotierungsatomen, oder durch ein Dotieren des Substrats mit Dotierungsatomen, die abgesehen von der Dotierung auch eine Amorphisierung des Substrats bewirken können, bewerkstelligt werden. Als Dotierungsatome können beispielsweise Boratome, Phosphoratome oder Arsenatome verwendet werden. Ionen können zur Voramorphisierung des Substrats verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können Germanium(Ge⁺)ionen oder Silizium(Si⁺)ionen als Voramorphisierungsionen für die Voramorphisierung verwendet werden. Die Voramorphisierung kann derart durchgeführt werden, dass das Substrat zumindest teilweise voramorphisiert wird. Beispielsweise wird gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Oberflächenregion des Substrats beispielsweise bis zu einer Tiefe von etwa 50 nm bis 200 nm, z. B. 100 nm, voramorphisiert. Mit anderen Worten wird eine Oberflächenregion des Substrats, die eine Dicke von etwa 50 nm bis 200 nm, z. B. 100 nm, aufweist, amorphisiert, während eine Substratregion, die unterhalb der amorphisierten Region liegt, kristallin bleibt.
Anhand des Implantierens der Amorphisierungsionen, beispielsweise Germanium(Ge⁺)Ionen, in der kristallinen Region des Substrats werden Kristallgitterdefekte hervorgerufen. So genannte Zwischengitterplätze werden nahe der Grenzfläche zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats gebildet, die die Deaktivierung von Dotierungsatomen bewirken können und zu einer transientengeförderten Diffusion in dem Substrat führen können. Auf Grund der Anordnung in der Nähe der Grenzfläche zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats werden die Zwischengitterplätze auch als „Bereichs-ende"-Defekte (EOR – „end of range" defects) bezeichnet.
Das Ausheilen, d. h. das Erhitzen des Substrats (Schritt 115) wird durchgeführt, um zumindest einen Teil der amorphisierten Region im Anwendungsbereich des epitaxialen Nachwachsens in fester Phase (SPER – solid-phase epitaxial regrowth) zu rekristallisieren. Mittels des SPER kann zumindest ein Teil der Zwischengitterplätze ausgeheilt werden. Jedoch verbleiben normalerweise an der Grenze zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats trotzdem noch Zwischengitterplätze bzw. Bereichsende-Defekte. Trotzdem können bei dem Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements die Bereichsende-Defekte anhand der implantierten Mikrohohlräume und Carbidabscheidungen verringert oder beseitigt werden. Das Ausheilen im Anwendungsbereich des SPER-Prozesses kann beispielsweise bei einer Temperatur durchgeführt werden, die niedriger als etwa 650°C oder niedriger als etwa 580°C ist. Es ist aber auch denkbar, das Ausheilen beispielsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 500°C und 1000°C durchzuführen.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat. Zusätzlich zu den Schritten für das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat umfasst das Flussdiagramm weitere mögliche Prozessschritte. Nach dem Bilden von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in einem Substrat (Schritt 100), wie es oben erklärt wurde, kann eine Oxidschicht (Schritt 102) oben auf das Substrat aufgebracht werden, die als Abschirmoxid verwendet werden kann, um eine gewisse Streuung der Atome in einem nachfolgenden Implantationsschritt und somit eine Verringerung des so genannten Kanalbildungsprozesses während der Implantation zu erreichen. Die Aufbringung einer Abschirmoxidschicht kann bereits vor der Bildung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen in dem Substrat stattfinden. Durch Verwendung beispielsweise eines 10 nm dicken Abschirmoxids kann eine H₂ ⁺-Ionenimplantation zum Bilden der Mikrohohlräume mit einer Implantationsenergie E = 10 keV und einer Implantationsdosis Φ = 10¹⁶ cm^–2 eine Tiefe von etwa 100 nm erreichen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung könnte die Oxidschicht auch als zusätzliche Maske fungieren, um die laterale Ausdehnung der Mikrohohlraum- und Carbidabscheidungsregion und/oder der Amorphisierungs-/Dotierungszone in dem Substrat zu begrenzen. Es ist auch denkbar, dass das Erzeugen der Amorphisierung und der Dotierung des Substrats (Schritt 105) zuerst erfolgt, und dass darauf das Bilden einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in dem Substrat folgen kann. Nachdem eine Amorphisierung und eine Dotierung des Substrats erzeugt wurden (Schritt 105), kann die oben erwähnte aufgebrachte Oxidschicht oder -maske beseitigt werden (Schritt 108), falls geeignet mit herkömmlichen Mitteln.
Es ist denkbar, dass oben auf das Substrat eine amorphe Schicht mit dem Zweck aufgebracht werden kann (Schritt 110), die nahe der Oberfläche des Halbleiterelements befindliche Dotierungsatomkonzentration zu schützen. Wie oben beschrieben wurde, wird ein Ausheilen, Erhitzen des Substrats, oder, mit anderen Worten, eine Wärmebehandlung (Schritt 115) des zuvor amorphisierten Substrats durchgeführt, um eine Rekristallisierung anhand eines epitaxialen Nachwachsens in fester Phase (SPER) zu ermöglichen. Dadurch können die Bereichsende-Defekte oder Zwischengitterplätze durch den implantierten Mikrohohlraum und die gebildeten Carbidabscheidungen verringert oder beseitigt werden. Das Ausheilen des Substrats kann derart durchgeführt werden, dass die amorphe Schicht, die zuvor aufgebracht wurde (Schritt 110), ebenfalls rekristallisiert wird. Ein Herstellen eines Halbleiterelements kann weitere Prozessschritte umfassen, beispielsweise Aufbringen von Tetraethylorthosilikat (TEOS) (Schritt 120) und Aufbringen von Nitrid (Schritt 125), beispielsweise für eine Bildung von Nitrid-Abstandshaltern. Überdies kann die Herstellung eines Halbleiterelements weitere Erhitzungsprozesse des Substrats umfassen (Schritt 130), beispielsweise einen schnellen thermischen Prozess (RTP – rapid thermal process), ein Laser- oder Blitzausheilen oder eine Silizidierung bei niedriger Temperatur. Dies bedeutet, dass zum Herstellen eines Halbleiterelements oder eines Halbleiterbauelements immer noch eine Mehrzahl von Erhitzungsvorgängen notwendig sein kann. Beispielsweise kann ein Laser- oder Blitzausheilschritt bei hoher Temperatur (1200°C < T < 1350°C) in den dokumentierten Vorgang zum Herstellen des Halbleiterbauelements integriert werden. Der Einfachheit halber ist in dem Flussdiagramm der 2 lediglich ein Erhitzungsschritt 130 exemplarisch dargestellt.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat, das ein Bilden zumindest zweier Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder von Carbidabscheidungen, die in dem Substrat in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnet sind (Schritt 101), umfasst.
Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen (Schritt 105). Überdies ein Ausheilen des Substrats derart, dass zumindest ein Teil der Kristallgitterdefekte eliminiert wird, unter Verwendung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen (Schritt 115). Dadurch wird das Halbleiterelement unter Verwendung der Dotierungsatome gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat kann derart durchgeführt werden, dass zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen gebildet werden, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist und später im Zusammenhang mit 12 beschrieben wird. Beide Bänder von Mikrohohlräumen können etwa 0 nm bis etwa 120 nm, vorzugsweise etwa 70 nm bis etwa 120 nm, beispielsweise etwa 80 nm, voneinander beabstandet sein. Die zumindest zwei Bänder können auch durch Carbidabscheidungen gebildet werden, wie im Zusammenhang mit 1 und im Zusammenhang mit 11 beschrieben ist. Die Carbidabscheidungen können durch Implantation von Kohlenstoffionen in das Substrat gebildet werden, wobei die Energie und auch die Dosis für die Implantation variiert werden kann, um zumindest zwei Bänder von Carbidabscheidungen, die in einer bestimmten Entfernung voneinander platziert sind, zu bilden. Die Entfernung zwischen den zwei Bändern von Carbidabschei dungen und dem Substrat kann zwischen etwa 0 nm und etwa 120 nm, vorzugsweise etwa 70 nm und etwa 120 nm, vorzugsweise etwa 80 nm, variiert werden.
Die Erzeugung sowohl einer Amorphisierung als auch einer Dotierung des Substrats (Schritt 105) kann wie oben beschrieben durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass ein Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen die Verwendung von Amorphisierungsionen zur Voramorphisierung des Substrats gefolgt von z. B. einer energiearmen Implantation eines Dotierungsmittels vom p-Typ umfassen kann. Die Amorphisierung des Substrats und das Dotieren des Substrats kann ein Implantieren von Boratomen, Phosphoratomen oder Arsenatomen in das Substrat umfassen. Das Implantieren von Boratomen kann eine Einbringung von Borionen in das Substrat, eine Einbringung von Borfluorid (BF₂) oder ein Einbringen von Borclustern (B_XH_Y) umfassen. Die Amorphisierung kann entweder durch Verwendung von Amorphisierungsionen zur Voramorphisierung des Substrats, gefolgt von einem Dotieren mit Dotierungsatomen, oder durch ein Dotieren des Substrats mit Dotierungsatomen, die abgesehen von der Dotierung auch eine Amorphisierung des Substrats bewirken können, bewerkstelligt werden. Anhand des Implantierens der Amorphisierungsionen, beispielsweise Germaniumionen oder Siliziumionen, in der kristallinen Region des Substrats werden Kristallgitterdefekte hervorgerufen. So genannte Zwischengitterplätze können nahe der Grenzfläche zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats gebildet werden, die eine Deaktivierung von Dotierungsatomen bewirken können und zu der transientengeförderten Diffusion in dem Substrat führen können.
Das Ausheilen des Substrats kann wiederum im Anwendungsbereich eines SPER-Prozesses durchgeführt werden, um zumindest einen Teil der amorphisierten Region des Substrats zu rekristallisieren. Das Ausheilen oder die Wärmebehandlung des Substrats kann beispielsweise bei einer Temperatur un terhalb etwa 650°C oder unterhalb etwa 580°C durchgeführt werden. Die Bereichsende-Defekte beziehungsweise die Zwischengitterplätze können durch die Bildung zumindest zweier Bänder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen in dem Substrat während des Ausheilvorgangs effektiv verringert oder beseitigt werden.
4 zeigt, dass das Verfahren weitere mögliche Prozessschritte zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat umfassen kann. Nach der Bildung der zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder von Carbidabscheidungen in einem Substrat (Schritt 101), wie oben erläutert wurde, kann eine Oxidschicht (Schritt 102) oben auf das Substrat aufgebracht werden, die als Abschirmoxid fungieren kann, um eine gewisse Streuung der Atome bei nachfolgenden Implantationsschritten und somit eine Verringerung der Kanalbildung, die während des Implantationsvorganges auftreten kann, zu erreichen. Wie oben beschrieben wurde, kann das Aufbringen einer Abschirmoxidschicht vor der Bildung der zumindest zwei Bänder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen in dem Substrat stattfinden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung könnte die Oxidschicht auch als zusätzliche Maske fungieren, um die laterale Ausdehnung der zumindest zwei Bänder von Mikrohohlraum- und Carbidabscheidungsregion und/oder der Amorphisierungs-/Dotierungszone in dem Substrat zu begrenzen. Die folgenden Schritte 108 bis 130, die in dem Flussdiagramm der 4 gezeigt sind, können so durchgeführt werden, wie es bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass die Oxidschicht nach der Erzeugung einer Amorphisierung und einer Dotierung des Substrats beseitigt werden kann, falls sie zuvor aufgebracht worden war. Ferner kann eine amorphisierte Schicht, beispielsweise Siliziumoxid, oben auf das Substrat aufgebracht werden (Schritt 110), und danach kann das oben beschriebene Ausheilen bzw. die Wärmebehandlung des Substrats (Schritt 115) durchgeführt werden. Ferner kann ein Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat ein Aufbringen einer TEOS-Schicht (Schritt 120), ein Aufbringen von Nitrid (Schritt 125) oder eine Bilden eines Nitrid-Abstandshalters umfassen oder kann weitere Erhitzungsprozesse des Substrats (Schritt 130) umfassen, beispielsweise einen RTP-Prozess, ein Laserausheilen, ein Blitzausheilen oder eine Silizidierung bei niedriger Temperatur.
5 zeigt die Konzentration von Bor und Germanium in einer logarithmischen Darstellung in einem Siliziumsubstrat. Die Ionenkonzentration ist entlang der Ordinate des Diagramms aufgetragen, und die Ionenkonzentration in Abhängigkeit von der Tiefe in das Substrat hinein ist entlang der Abszisse des Diagramms aufgetragen. Die Hauptverarbeitungsoberfläche des Substrats befindet sich auf der linken Seite (auf der Ordinate) des Diagramms.
Es wird davon ausgegangen, dass die Oberflächenregion 203 des Substrats unter Verwendung von Germaniumionen als Implantationsionen mit einem Konzentrationsprofil, wie es in dem Diagramm durch eine Kurve 204 gezeigt ist, voramorphisiert wurde. Es wird ferner davon ausgegangen, dass nach der Durchführung der Voramorphisierung Boratome in das Substrat implantiert wurden, beispielsweise durch Einbringen von Borionen oder durch Einbringen von Borfluoridionen in das Substrat. Das jeweilige Konzentrationsprofil der Boratome wird durch die Kurve 205 dargestellt. Wie in 5 gezeigt ist, wurde die Implantation von Ge⁺-Ionen in das Substrat derart durchgeführt, dass nach der Implantation sowohl die amorphisierten Regionen 203 als auch die kristalline linke Region 206 des Substrats Germanium enthalten. Während der Implantation der Ge⁺-Ionen in die kristalline Region 206 des Substrats werden kristallographische Schäden, auch als Kristallgitterdefekte oder Zwischengitterplätze bezeichnet, erzeugt. Derartige Interstitialtypdefekte bzw. Zwischengitterplätze werden infolge der Implantation von Germaniumionen in der kristallinen Region 206 des Substrats gebildet. Die Grenzfläche 219 trennt die amorphe Region 203 und die kristalline Region 206, die eine hohe Konzentration an überschüssigen Zwischengitterplätzen aufweist. Ein anschließender Ausheilvorgang, beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb von etwa 650°C oder unterhalb von etwa 580°C wird durchgeführt, um eine Rekristallisierung eines Abschnitts der amorphisierten Region 203 während eines Vorgangs eines epitaxialen Nachwachsens in fester Phase (SPER) zu ermöglichen, wie durch den Pfeil 209 in 5 angegeben ist. Es ist jedoch auch denkbar, das Ausheilen bei einer Temperatur von etwa 500°C bis etwa 1000°C durchzuführen. Manche der durch das implantierte Dotieren gebildeten Zwischengitterplätze werden beseitigt. Jedoch werden nicht alle beseitigt. Insbesondere in einer Grenzregion 208 (siehe 6) an der Grenzfläche 219 zwischen der amorphen Region 203 und der kristallinen Region 206 verbleiben so genannte Bereichsende-Interstitialtypdefekte 210. Mit anderen Worten verbleiben sogar nach dem SPER-Schritt Bereichsende-Interstitialschäden in dem Schweif des Implantationsprofils 201 (siehe 5). 6 zeigt eine Situation im Anschluss an das Ausheilen des Substrats. Nach dem Ausheilen werden die Zwischengitterplätze zu einem Interstitialtypdefekt 210, auch als EOR bezeichnet, kondensiert, wobei derselbe eine transientengeförderte Diffusion und die Deaktivierung der Dotierungsmittel vorantreiben kann.
Die Interstitialtypdefekte 210 können eine transientengeförderte Diffusion von Dotierungsatomen, beispielsweise Boratomen in 6, bewirken, und ferner können sie die Ursache einer unerwünschten Deaktivierung der Dotierungsatome sein. Sowohl die Deaktivierung der Dotierungsatome als auch die TED sind Konsequenzen ein und desselben Mechanismus, nämlich der Übersättigung von durch den Implantationsvorgang verursachten Punktdefekten. Während des anschließenden epitaxialen Nachwachsens in fester Phase beseitigt der Kristallisationsvorgang üblicherweise einen Teil der Zwischengitterplätze, jedoch werden nicht alle derselben ausgeheilt. Insbesondere die Bereichsende-Defekte verbleiben an der Grenze zwischen der amorphen Region 203 und der kri stallinen Region 206. Ferner ist zu beachten, dass die Interstitialtypdefekte 210 teilweise in die Richtung der Hauptoberfläche des Substrats (in 6 zur linken Seite hin) diffundieren.
Als Substrat kann das Siliziumsubstrat verwendet werden, beispielsweise ein (100)-Silizium-Substrat oder ein (111)-Silizium-Substrat.
7a bis 7d zeigen ein gemessenes Sekundärionenmassenspektrometrie-Bordotierungsprofil (gemessenes SIMS-Bordotierungsprofil, SIMS = secondary ion mass spectrometry) in einem Siliziumsubstrat in Abhängigkeit von den Tiefen in dem Substrat für verschiedene Ausheiltemperaturen. Die gezeigten Bordotierungskonzentrationsprofile können typische Kurven sein, da sie zum Herstellen von ultraflachen Übergängen bei bestimmten Halbleiterelementen gebildet werden. Dies bedeutet, dass die gezeigten Konzentrationswerte sowie die Werte für die Tiefen der Borkonzentration typische Werte sein können. 7a zeigt die Bordotierungskonzentration 218 so, wie sie implantiert wurde. Für die weitere Bearbeitung des Halbleiterelements wäre es wünschenswert, dass sich das Dotierungsprofil nicht ändern würde und so bleiben würde, wie es implantiert wurde. Wie in 7b gezeigt ist, ändert sich das Dotierungsprofil in dem Substrat, indem für den anschließenden Ausheilvorgang eine Stunde lang eine Temperatur von etwa 800°C angelegt wird (Kurve 220), um die Rekristallisierung des amorphen Teils des Substrats durchzuführen. Der Mechanismus, der zu der gezeigten Änderung des Bordotierungsprofils führt, ist die so genannte transientengeförderte Diffusion. Die transientengeförderte Diffusion (TED) der implantierten Dotierungsatome, in diesem Fall Bor, wird normalerweise durch Kristallgitterdefekte beziehungsweise Zwischengitterplätze verursacht. Im Vergleich zu der Kurve 218, wie sie implantiert wurde, umfasst die Kurve 220 ein weiteres charakteristisches Merkmal 222, das durch die so genannte Aufwärtsdiffusion der Dotierungsatome bewirkt wird.
Im Gegensatz zu der TED ist die Aufwärtsdiffusion bereits bei einer Ausheiltemperatur von etwa 700°C, die 1 Stunde lang angelegt wird, zu erkennen (siehe 7c). Die Aufwärtsdiffusion führt zu einer Verschiebung der Bordotierungskonzentration in die Richtung der Substratoberfläche, wie aus einem Vergleich einer Kurve 218, die die Bordotierungskonzentration so zeigt, wie sie implantiert wurde, mit einer Kurve 224 nach der Aufwärtsdiffusion der Boratome hervorgeht. Der spezifische Begriff „Aufwärts"-Diffusion wird hier dazu verwendet, die untypischen Phänomene, dass Dotierungsmittel gegen ihren Konzentrationsgradienten diffundieren, zu beschreiben.
In 7d ist gezeigt, dass ein 1 Stunde lang bei etwa 600°C durchgeführter optimierter thermischer SPER-Prozess keine Änderung der Bordotierungsprofilkurve bewirkt. Die Kurve 218 des Bors, wie es implantiert wurde, die Kurve 226 nach dem einstündigen Ausheilen bei etwa 600°C sind fast identisch.
Wie oben erwähnt wurde, ist das Dotieren des Substrats mit Dotierungsatomen nicht nur auf Boratome vom p-Typ beschränkt, sondern kann auch anhand von Dotierungsmitteln vom n-Typ, z. B. Phosphoratomen, durchgeführt werden. Demgemäß zeigen 8a bis 8d gemessene Phosphordotierungsprofile in Abhängigkeit von den Tiefen des Substrats für verschiedene Ausheiltemperaturen. 8a zeigt das Phosphordotierungsprofil 230 wie implantiert in Abhängigkeit von den Tiefen in dem Substrat. Die gezeigten Konzentrationswerte in der Tiefe des Substrats können typische Werte für Halbleiterelemente mit flachen oder ultraflachen Übergängen sein.
8b zeigt die Dotierungsprofilkurve 230 für das Phosphordotierungsmittel, wie es implantiert wurde. Vergleich mit dem Dotierungsprofil 232 nach einem einstündigen Ausheilen des Substrats bei etwa 800°C. Die Dotierungsprofil kurve 232 nach dem Ausheilen weist im Vergleich zu der Kurve 230 wieder eine beträchtliche Veränderung auf, die durch die Aufwärtsdiffusion und die TED bewirkt wird.
Ein einstündiges Ausheilen bei etwa 700°C kann zu einer eindeutigen Aufwärtsdiffusion führen, wie in 8c bei einem Vergleich der Kurve 234 mit 230 erkennbar ist.
8d zeigt deutlich, dass ein einstündiges Ausheilen des Substrats bei etwa 600°C zu keiner bedeutenden Änderung der Kurve 230 des Phosphordotierungsprofils, wie es implantiert wurde, und der Kurve 236 (nach 1 Stunde bei 600°C) führt. Das genaue Diffusionsverhalten der jeweiligen Dotierungsatome hängt von den jeweiligen chemischen und physikalischen Eigenschaften der Dotierungsatome ab. Das Dotieren des Substrats kann mit unterschiedlichen Arten von Dotierungsatomen durchgeführt werden.
Um den durch die Amorphisierungsimplantation und/oder durch die Dotierungsimplantation verursachten Implantationsschaden auszuheilen und um die Dotierungsatome zu aktivieren, wird oft normalerweise ein Hochtemperaturschritt bei einer Ausheiltemperatur von etwa 1100°C bis zu etwa 1350°C angewendet. Dies kann durch ein rasches thermisches Ausheilen bewerkstelligt werden, das eine Lasererhitzung oder Blitzerhitzung umfassen kann. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Deaktivierung der Dotierungsatome während eines anschließenden Ausheilvorgangs bei niedriger Temperatur. Die Deaktivierung der Dotierungsatome bei niedriger Temperatur erfolgt auf Grund der Bildung von unbeweglichen Dotierungsatominterstitialclustern. Die Quelle von Zwischengitterplätzen, die zur Bildung der Dotierungsatominterstitialcluster benötigt werden, sind die oben erwähnten Bereichsende-Defekte.
9 zeigt ein Diagramm des bisherigen Verständnisses einer Aufwärtsdiffusion. Das bisherige Verständnis, beispielsweise in Bezug auf Boratome in Silizium, beruhte auf der Annahme, dass während eines Ausheilens mittels eines epitaxialen Nachwachsens in fester Phase Bor durch die sich bewegende Rekristallisierungsfront aus dem Substrat gedrängt wird. Die sich bewegende Front des epitaxialen Nachwachsens in fester Phase ist in 9 schematisch durch Pfeile 238 und die jeweilige Verschiebung der Bordotierungsprofilkurve 240 in Richtung der Siliziumsubstratoberfläche (auf der linken Seite der 9) gezeigt.
10 zeigt ein Diagramm des neuen physikalischen Verständnisses der Aufwärtsdiffusion, das auf der Erkenntnis beruht, dass Zwischengitterplätze 210, die aus dem Bereichsende-Defektband 208 emittiert werden, die Quelle der Aufwärtsdiffusion sind. Die Interstitialtypdefekte 210 diffundieren teilweise in Richtung der Oberfläche des Siliziumsubstrats, und somit in Richtung der amorphen Region 203. Diese Interstitialtypdefekt-Diffusion ist in 10 als Interstitialfluss 245 gezeigt. Dies bedeutet, dass eine effektive Beseitigung der Zwischengitterplätze an der Grenzfläche zwischen der amorphen Region und der kristallinen Region des Substrats die unerwünschte transientengeförderte Diffusion, die Dotierungsdeaktivierung sowie die Aufwärtsdiffusion verhindern kann.
11 liefert eine exemplarische Übersicht darüber, wie Siliziumcarbidabscheidungen oder ein Band von Siliziumcarbidabscheidungen in einem Siliziumsubstrat gebildet werden bzw. wird. Siliziumcarbidabscheidungen 350 können aus Kohlenstoffatomen 256, die in ein Siliziumsubstrat 255 implantiert werden, gebildet werden. Bei geringen Konzentrationen werden Kohlenstoffatome substitutionell in das Kristallgitter eines Siliziumsubstrats integriert. Da der Atomradius von Kohlenstoff beträchtlich geringer ist als der Atomradius von Silizium (0,77 Angström im Vergleich zu 1,17 Angström), wird das Kristallgitter lokal gestört oder verzerrt sein (das heißt in der Nähe des substituierten Kohlenstoffatoms). Die Festkörperlöslichkeit C_S von Kohlen stoff in Silizium wurde mittels Infrarot-Spektroskopie experimentell gemessen und liegt etwa bei: CS = 3,9 × 1024 exp(–2,3 eV/(kbT))cm–3 wobei T die Temperatur in Kelvin bezeichnet, k_b eine Boltzmannsche Konstante ist und e die Elektronenladung ist.
Gemäß dieser Gleichung liegt die Löslichkeit von Kohlenstoff in Silizium für eine Temperatur von etwa 900°C in der Größenordnung von 10¹⁵ cm^–3. Mit anderen Worten können bei dieser Temperatur etwa 10¹⁵ Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter substitutionell in das Siliziumkristallgitter integriert werden.
Oberhalb der Löslichkeitsgrenze C_S fällt Kohlenstoff hauptsächlich zu einer SiC-Phase aus. Die wichtigsten Voraussetzungen für eine SiC-Ausfällung bzw. -Abscheidung sind eine hohe Kohlenstoffkonzentration und eine hohe Konzentration von Zwischengitterplätzen.
Auf Grund des kleineren Atomradius von Kohlenstoff im Vergleich zu Silizium beinhaltet eine Ausfällung bzw. Abscheidung von SiC die Kontraktion der Struktur um den Faktor 2. Mit anderen Worten ergibt sich aus der Bildung von SiC-Abscheidung eine lokale Volumenverringerung um den Faktor 2. Diese Volumenänderung kann entweder elastisch berücksichtigt werden, d. h. durch eine elastische Verformung der Gitterstruktur, oder durch die Erfassung und Emission von Punktdefekten.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Ansatz einer Cocktailimplantation können die Kohlenstoffionen vor dem Germanium-Voramorphisierungsschritt mit einer sehr hohen Dosis, z. B. etwa 10¹⁶ cm^–2, und einer relativ hohen Energie, z. B. etwa 15 keV, implantiert werden. Das Siliziumsubstrat kann beispielsweise ein Silizium(100-)Substrat oder ein Silizium(111-)Substrat sein. Anhand der implantierten Kohlen stoffionen 250 kann eine hohe Dichte oder Konzentration an Kohlenstoffatomen 256 in einer vorab ermittelbaren Tiefe in dem Siliziumsubstrat 255 unterhalb der Substratoberfläche 258 gebildet werden. Das Konzentrationsmaximum des Implantationsprofils liegt bei einem projizierten Bereich Rp. Mit anderen Worten werden die implantierten Kohlenstoffatome 256 in dem Siliziumsubstrat 255 um das Konzentrationsmaximum herum, den so genannten „projizierten Bereich Rp", verteilt. Rp gewährleistet, dass die Implantationstiefen der Kohlenstoffionen 250 abgestimmt oder, mit anderen Worten, modifiziert werden können, indem beispielsweise die Parameter Implantationsdosis (Φ) und Energie (E) verändert werden. Die Parameter Φ und E können so gewählt werden, dass Siliciumcarbidabscheidungen, die bei einem späteren Prozessschritt gebildet werden, unterhalb einer Kanalregion 365 (19) eines Halbleiterbauelements, beispielsweise eines Transistors, gebildet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte der projizierte Bereich Rp als Mittelwert der Verteilung der jeweiligen Kohlenstoffimplantation definiert sein. Diese Definitionen gelten für Carbidabscheidungen, ein Band von Carbidabscheidungen sowie für Mikrohohlräume und ein Band von Mikrohohlräumen.
Mittels einer hochdosierten Kohlenstoffimplantation können in dem Siliziumsubstrat sowohl eine hohe Konzentration an Kohlenstoffatomen als auch eine hohe Konzentration an Zwischengitterplätzen gebildet werden. Mittels der hohen Konzentration sowohl an Kohlenstoffatomen als auch an Selbst-Interstitialen kann in dem Siliziumsubstrat eine Siliziumcarbidabscheidung (SiC-Abscheidung) eingeleitet werden.
Wie in 11 gezeigt ist, kann ein Ausheilschritt 320 bei einem geringen Wärmebudget bei einer Ausheiltemperatur von T = 900°C und einer Ausheilzeitdauer von z. B. 10 Minuten durchgeführt werden.
Anhand der Wärmebehandlung 320 kann ein Netzwerk oder Band 330 von SiC-Abscheidungen 350 in einer Tiefe in dem Substrat 255 gebildet werden, die dem projizierten Bereich Rp entspricht. Das Abscheidungsband 330 umfasst eine Mehrzahl von getrennten oder isolierten, mit anderen Worten unverbundenen, Siliziumcarbidabscheidungen 350, wobei das Siliziumcarbidabscheidungsband 330 oder die Siliziumcarbidabscheidungsschicht 330 ungefähr parallel zu der Substratoberfläche 258 orientiert ist.
Bei dem implantierten projizierten Bereich Rp wird deutlich ein Band 330 von Siliziumcarbidabscheidungen 350 gebildet, wobei der sich aus der Implantation der Kohlen-stoffionen 250 ergebende implantierte Schaden mittels der Wärmebehandlung 320 vollständig ausgeheilt werden kann und der Siliziumcarbidkeimbildungsvorgang gefördert werden kann.
Die Temperaturwerte T und die Zeitdauer des in 11 gezeigten Ausheilschrittes dienen lediglich als Beispiel und können derart abgestimmt oder optimiert werden, dass beispielsweise die Dichte oder Konzentration und/oder die Größe der Siliziumcarbidabscheidungen 350 vorbestimmbare Schwellwerte nicht übersteigen, so dass beispielsweise eine Delaminierung des Substrats 255 vermieden werden kann.
Die Kohlenstoffionen können mit einer Implantationsdosis von etwa zwischen 10¹⁹ cm^–2 und 10¹⁸ cm^–2, beispielsweise mit einer Implantationsdosis von etwa 10¹⁶ cm^–2, implantiert werden. Die Kohlenstoffionen können derart implantiert werden, dass sie während der Implantation eine Energie von etwa zwischen 10 keV und 100 keV, beispielsweise etwa 50 keV, aufweisen. Das Substrat mit den implantierten Kohlenstoffionen kann einer Wärmebehandlung, mit anderen Worten einem Temper- oder Ausheilschritt, unterzogen werden, so dass die Carbidabscheidung gebildet wird. Die Wärmebehandlung kann unter Verwendung eines geringen Wärmebudgets durchgeführt werden. Das Substrat kann während der Wärmebehandlung auf eine Temperatur zwischen etwa 600°C und etwa 1000°C, bei spielsweise etwa 900°C, erhitzt werden. Die Dauer der Wärmebehandlung kann zwischen etwa 5 Minuten und etwa 4 Stunden, beispielsweise etwa 10 Minuten, betragen. Zumindest eine der Mehrzahl von Carbidabscheidungen kann eine Länge von ungefähr zwischen etwa 4 nm und etwa 120 nm, beispielsweise 10 nm, eine Breite von ungefähr zwischen etwa 4 nm und etwa 120 nm, beispielsweise etwa 10 nm, und eine Höhe von ungefähr zwischen etwa 4 nm und etwa 120 nm, beispielsweise etwa 10 nm, aufweisen. Ferner kann eine der Carbidabscheidungen eine ungefähr sphärische Form aufweisen und beispielsweise einen Radius zwischen etwa 2 nm und etwa 60 nm aufweisen. Das Band der Siliziumcarbidabscheidungen oder, allgemein, der Carbidabscheidungen kann eine Dicke, mit anderen Worten eine Ausdehnung von ungefähr zwischen etwa 20 nm und etwa 200 nm, beispielsweise etwa 100 nm, in Richtung der Oberflächennormalen aufweisen. Die Abscheidungen in der Bandstruktur können beispielsweise eine Größe von etwa 10 nm aufweisen.
12 zeigt exemplarisch Prozessschritte zum Bilden von Mikrohohlräumen in einem Siliziumsubstrat 400. Der Mikrohohlraum kann durch die Implantation von Lichtionen, in diesem Fall beispielsweise H₂ ⁺-Ionen 410, in einem Siliziumsubstrat 400 gebildet werden. Die Implantation der H₂ ⁺-Ionen 410 kann beispielhaft mit der Implantationsdosis Φ = 10¹⁶ cm^–2 und einer Implantationsenergie E = 38 keV durchgeführt werden. Durch das Implantieren der Lichtionen 410 werden kleine Mikrohohlräume oder kleine Mikroscheiben 420 gebildet. Die Mikroscheiben 420 werden mit einem Konzentrationsmaximum, das dem projizierten Bereich Rp der Lichtionen 410 entspricht, in einem schmalen Band 430 verteilt. Der projizierte Bereich Rp und somit die Tiefe des Bandes 430 von Mikroscheiben 420 können verändert werden, indem die Parameter Dosis Φ und Energie E der Implantation verändert werden. Wie in 12 gezeigt ist, sind die Mikroscheiben 420 grob gesagt parallel zu der Substratoberfläche 401 angeordnet. Im Fall einer Verwendung eines (100)-Silizium-Substrats können die Mikroscheiben 420 entlang der (100)-Ebene oder der (111)-Ebene orientiert sein, in der die Länge der Mikroscheiben 420 verteilt sein kann.
Wie in 12 gezeigt ist, kann das Substrat, das die Mikroscheiben 420 umfasst, einer Wärmebehandlung oder einem Erhitzungsvorgang 440 unterzogen werden. Die Wärmebehandlung 440 kann bei einer Temperatur von etwa 700°C, das heißt bei einem geringen Wärmebudget, über eine Zeitdauer von 60 Minuten ausgeführt werden. Durch Erhitzen der implantierten H₂ ⁺-Ionen diffundieren die Ionen aus und bilden dadurch Wasserstoffmoleküle, und die Mikroscheiben 420 bilden ein Band von Mikrohohlräumen 450.
Die Werte der Temperatur T und die Zeitdauer des in 12 gezeigten Ausheilschrittes dienen lediglich als Beispiel und können derart abgestimmt oder optimiert werden, dass beispielsweise die Dichte oder Konzentration und/oder die Größe der Mikrohohlräume 450 vorab bestimmbare Schwellwerte nicht übersteigt, so dass beispielsweise eine Delaminierung des Substrats 400 vermieden werden kann. Anhand einer weiteren Wärmebehandlung 460, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 1100°C, können die kleinen Mikrohohlräume 450 in Mikrohohlräume 470 umgewandelt werden, die in einem Band oder einem Netzwerk 445 angeordnet sind. Die Mikrohohlräume 470 werden in dem Substrat 400 in einer Tiefe gebildet, die dem projizierten Bereich Rp des Mikrohohlraumbandes 445 entspricht, das eine Mehrzahl von getrennten oder isolierten Mikrohohlräumen, mit anderen Worten unverbundenen Mikrohohlräumen, umfasst, wobei das Mikrohohlraumband 445 grob gesagt parallel zu der Substratoberfläche 401 orientiert ist. Während der zweiten Wärmebehandlung 460 findet in dem Substrat 400 ein konservativer Reifungsprozess statt, bei dem die vielen kleinen Mikrohohlräume 450 in größere Mikrohohlräume 470 umgewandelt werden. Die Größe der Mikrohohlräume in dem Substrat kann durch die genauen Implantations- und Ausheilbedingungen abgestimmt werden. Allgemein können die Länge und die Breite der Mikrohohlräume in der Größenordnung von beispielsweise etwa 10 nm lie gen, und die Höhe der Mikrohohlräume kann in der Größenordnung von etwa 0,54 nm liegen. Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Mikrohohlräume eine Breite von etwa 5 nm bis etwa 100 nm oder sogar bis zu mehreren hundert Nanometern sowie eine Länge von etwa 20 nm bis etwa 100 nm oder bis zu mehreren hundert Nanometern und eine Höhe von etwa 10 nm bis etwa 100 nm oder bis zu mehreren hundert Nanometern, beispielsweise etwa 50 nm, aufweisen. Anhand der Implantationsdosis und/oder der Implantationsenergie können die Tiefe und die Ausdehnung der Region, in der die Mikrohohlräume in dem Substrat gebildet werden, beeinflusst werden. Beispielsweise können die Ionen mit einer Energie zwischen 10 keV und 150 keV und mit einer Implantationsdosis von etwa 10¹⁵ cm^–2 und 10¹⁸ cm^–2 implantiert werden. Neben der Implantationsdosis können die Energie und die Wärmebehandlung und die Temperatur der Wärmebehandlung abgestimmt werden, um die Dichte und die Größe der Mikrohohlräume zu optimieren. Durch das Ausheilen des Substrats können die implantierten leichten Ionen, beispielsweise H₂ ⁺-Ionen, als H₂-Moleküle aus dem Substrat heraus diffundieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 13 eine Gesamtansicht des Bordotierungsprofils 205, des durch die Voramorphisierungsimplantation 204 erzeugten Germaniumprofils, der amorphen Siliziumregion 203, der kristallinen Siliziumregion 206, der Bereichsende-Defektzone mit einer hohen Konzentration an überschüssigen Zwischengitterplätzen 208, der Zwischengitterplätze 210, der SiC-Abscheidungen 350 und der Mikrohohlräume 470. Wie in 13 gezeigt ist, können die Mikrohohlräume 470 innerhalb einer lokalen Nähe zu den Zwischengitterplätzen 210 oder vielmehr an der zu erwartenden oder später gebildeten Ende-des-Defekts-Zone 208 gebildet werden, wobei die Mikrohohlräume 470 so nahe an dem später gebildeten Zwischengitterplatz 210 oder vielmehr an der Bereichsende-Defektzone 208 gebildet werden können, um als Senken für den Zwischengitterplatz 210 zu dienen. Die Mikrohohlräume 470 können in der kristallinen Substratregion 206 gebildet werden. Die SiC-Abscheidungen können ebenfalls in der kristallinen Region jenseits der amorph/kristallin-Grenzfläche 219 gebildet werden, das heißt in der zu erwartenden oder später gebildeten Bereichsende-Defektzone 208, wobei die SiC-Abscheidungen als Senken für die Zwischengitterplätze 210 dienen. Mit anderen Worten werden die Interstitialtypdefekte 210 anhand der Mikrohohlräume 470 und der SiC-Abscheidungen 350 aufgelöst. Dieser Vorgang wird durch Pfeile 252 und 254 symbolisiert. Die Mikrohohlräume 470 und die SiC-Abscheidungen 350 bilden eine Quelle von Leerstellen, die durch den Pfeil 252 gezeigt sind, und dienen als Senken für die Zwischengitterplätze, die durch die Pfeile 254 dargestellt sind. Der Beseitigungsvorgang der Zwischengitterplätze 210 mit sowohl den Mikrohohlräumen 470 als auch den SiC-Abscheidungen 350 kann sehr effektiv sein und kann als temperaturunterstützter Vorgang unter Verwendung von raschem thermischem Ausheilen (RTA – rapid thermal annealing) durchgeführt werden. Somit kann ein sehr einfacher Standardmechanismus zum Beseitigen der unerwünschten Interstitialtypdefekte 210 verwendet werden. Die Mikrohohlräume 470 bilden eine Art künstliche Oberflächenregion in dem Substrat. Die Oberflächenregion eines Substrats fungiert als Senke für Zwischengitterplätze, wie bekannt ist. Die durch die Cocktailimplantationen (d. h. Ge+, B) erzeugten Interstitialtypdefekte 210 erhalten eine hohe Übersättigung von Zwischengitterplätzen unterhalb der Oberfläche eines Substrats aufrecht. Diese Interstitial-Übersättigung wird durch das Vorhandensein von Mikrohohlräumen, die als effektive Senken für Zwischengitterplätze fungieren, stark reduziert. Wie oben erwähnt wurde, führt die Bildung der Siliziumcarbidabscheidungen 350 zu einer lokalen Volumenverringerung des Substrats. Diese Volumenverringerung kann dann entweder durch eine elastische Verformung oder durch die Erfassung und Emission von Punktdefekten berücksichtigt werden. Mit anderen Worten können die Siliziumcarbidabscheidungen 350 Leerstellen (V – vacancies) freigeben, und sie können als Senken für Interstitialtyp-Punktdefekte oder Zwischengitterplätze 210 (I) dienen. Die Siliziumcarbidabscheidungen 350 können in einer lokalen Nähe der Interstitialtypdefekte 210, die erwartet oder später gebildet werden, gebildet werden. Wobei die Siliziumcarbidabscheidungen 350 so nahe an den später gebildeten Zwischengitterplätzen 210 gebildet werden, dass sie als Senke für die Zwischengitterplätze 210 dienen.
Wie in 13 gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von Mikrohohlräumen 470 und SiC-Abscheidungen 350 an einem bestimmten projizierten Bereich Rp angeordnet sein. Die Entfernung zwischen dem Rp der SiC-Abscheidungen 350 und dem Rp der Mikrohohlräume 470 kann zwischen etwa 0 nm und etwa 120 nm, beispielsweise zwischen etwa 70 nm und etwa 100 nm, beispielsweise etwa 80 nm, variieren. Das Mikrohohlräume-Band sollte tiefer in dem Substrat oder bei derselben Tiefe wie das SiC-Abscheidungsband angeordnet sein. Tiefer bedeutet tiefer relativ zu der Hauptbearbeitungssubstratoberfläche. Beide Bänder sollten sich in der kristallinen Region jenseits der amorph/kristallin-Grenzfläche 219 befinden, beispielsweise können sich die SiC-Abscheidungen in der Bereichsende-Defektzone (EOR) 208, und die Mikrohohlräume jenseits der EOR-Zone, jedoch trotzdem noch in lokaler Nähe der Zwischengitterplätze 210, oder vielmehr an der zu erwartenden oder später gebildeten Bereichsende-Defektzone 208 befinden.
Bei 14 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die SiC-Abscheidungen 350 in einer Entfernung von etwa 10 nm von der amorph/kristallin-Grenzfläche 219 in einer amorphen Region 203 des Substrats gebildet werden, während sich die Mikrohohlräume 470 in der kristallinen Region 206 des Substrats befinden können. Die Mikrohohlräume 470 und die SiC-Abscheidungen 350 dienen wiederum als Quellen von Leerstellen in dem Substrat und dienen dadurch als Senken für die Zwischengitterplätze 210, durch die Pfeile 252 und 254 gezeigt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat ist in 15 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die SiC-Abscheidungen vor der Voramorphisierung, beispielsweise mit Germaniumionen, erzeugt werden. Die SiC-Abscheidungen 350 oder ein durch die SiC-Abscheidungen gebildetes Band können bzw. kann in der Nähe des Maximums der später zu bildenden Bordotierungsspitze platziert werden, während Mikrohohlräume oder ein durch die Mikrohohlräume gebildetes Band in der kristallinen Region 206 des Substrats gebildet werden können bzw. kann. Die SiC-Abscheidungen können in der Nähe der später zu bildenden Bordotierungsatomspitze platziert werden, was bedeutet, dass das SiC-Abscheidungsband beispielsweise etwa 50 nm bis etwa 250 nm, auch etwa 100 nm bis etwa 200 nm in Richtung der Substratoberfläche 401 von der amorph/kristallin-Grenzfläche 219 entfernt platziert werden kann.
Die Mikrohohlräume 470 und die Siliziumcarbidabscheidungen 350 können wiederum als effektive Senken für die unerwünschten Zwischengitterplätze 210 dienen, indem sie eine Quelle einer V bilden bzw. Leerstellen 252 freigeben.
Man sollte beachten, dass die Mikrohohlräume 470 bzw. das Mikrohohlraumband zuerst gebildet werden können bzw. kann und dass darauf das Bilden des SiC-Abscheidungsbandes in dem Substrat folgt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das SiC-Abscheidungsband zuerst gebildet wird und dass darauf das Bilden der Mikrohohlräume 470 in dem Substrat folgt. Es sollte vermieden werden, die Mikrohohlräume 470 in der amorphen Region 203 des Substrats zu platzieren, da sie den Rekristallisationsvorgang (SPER), der auf die Voramorphisierung des Substrats folgt, stören können.
In 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Bänder einer Mehrzahl von Carbidabscheidungen 350, die in einer gewissen Entfernung zueinander platziert werden, in dem Substrat gebildet. Die zwei SiC-Abscheidungsbänder können in der kristallinen Region jenseits der amorph/kristallin-Grenzfläche 219 des Substrats gebildet werden. Die Entfernung zwischen den zwei Bändern kann zwischen etwa 0 nm und etwa 120 nm oder zwischen etwa 70 nm und etwa 100 nm variieren, beispielsweise etwa 80 nm betragen. Die zwei SiC-Abscheidungsbänder können in lokaler Nähe zu den Zwischengitterplätzen 210 oder vielmehr der Bereichsende-Defektzone 208, deren Bildung später erwartet wird, gebildet werden, wobei die zwei Bänder von SiC-Abscheidungen so nahe an den später gebildeten Zwischengitterplätzen 210 gebildet werden, um als Senken für die Zwischengitterplätze 210 zu dienen. Mit anderen Worten werden die Interstitialtypdefekte mittels der zwei Bänder, die durch die SiC-Abscheidungen gebildet werden, effektiv aufgelöst. Dieser Vorgang wird wiederum durch Pfeile 252 und 254 symbolisiert. Wie oben erwähnt wurde, bilden die SiC-Abscheidungen eine Quelle von Leerstellen, die durch die Pfeile 252 gezeigt sind und als Senken für die Zwischengitterplätze 210 dienen, wie durch die Pfeile 254 gezeigt ist.
Die durchschnittliche Entfernung zwischen dem projizierten Bereich Rp der SiC-Abscheidungen 350 und der Untergrenze der amorphen Region 203 in Richtung der Tiefe des Substrats kann beispielsweise ungefähr etwa 10 nm bis etwa 20 nm für das erste SiC-Abscheidungsband betragen, und das zweite SiC-Abscheidungsband kann beispielsweise in einer Entfernung von 80 nm angeordnet sein.
Man sollte beachten, dass es ebenfalls denkbar ist, dass zwei Mikrohohlraumbänder oder -regionen auf die oben beschriebene Art und Weise in dem Substrat gebildet werden, oder dass es ebenfalls denkbar ist, dass mehr als zwei Bänder von SiC-Abscheidungen oder Mikrohohlräumen in dem Substrat gebildet werden. Außerdem ist es ebenfalls denkbar, dass die zwei Bänder von SiC-Abscheidungen gemäß der Be schreibung im Zusammenhang mit den 14 und 15 in dem Substrat angeordnet sind.
Man sollte beachten, dass die sich Beschreibung der Position der SiC-Abscheidungen und der SiC-Abscheidungsbänder und der Mikrohohlräume und der Mikrohohlraumbänder im Zusammenhang mit den beschriebenen Figuren jeweils auf den projizierten Bereich Rp bezieht. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass Mikrohohlräume und Carbidabscheidungen, die in dem Substrat gebildet werden, bezüglich ihrer Tiefe in dem Substrat eine gewisse Verteilung aufweisen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die zwei SiC-Abscheidungsbänder zueinander beabstandet. Zueinander beabstandet kann sich auf die Entfernung zwischen der Halbwertsbreite der jeweiligen vertikalen SiC-Verteilung in dem Substrat beziehen.
SiC-Abscheidungsbänder können zwischen etwa 0 nm und etwa 120 nm oder zwischen etwa 70 nm und etwa 100 nm, beispielsweise etwa 80 nm, beabstandet sein. Diese können auch für Mikrohohlräume und jeweilige Mikrohohlraumbänder gelten.
Mit anderen Worten kann sich der Begriff voneinander beabstandet auf die Entfernung bei der Halbwertsbreite der jeweiligen vertikalen Verteilungen beziehen.
17 zeigt den schematischen abschließenden Zustand eines Substrats nach Beseitigung der Interstitialtypdefekte 210 mittels SiC-Abscheidungen 350 und Mikrohohlräumen 470. Es wird angenommen, dass die Mikrohohlräume 470 und die SiC-Abscheidungen 350 nach der Beseitigung der Interstitialtypdefekte noch in dem Substrat verbleiben. Das Dotierungsprofil der Bor-205- und der Germaniumionen 204 sowie die amorphisierte Zone 203 und die kristalline Zone 206 sind in 17 immer noch gezeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird während des oben erwähnten konservativen Reifungsvorgangs ein Mikrohohlraumband mit einer Dicke von etwa 20 nm bis etwa 100 nm gebildet, wobei die Mikrohohlräume ungefähr eine Größe von etwa 40 nm aufweisen. Die Dichte der Mikrohohlräume kann etwa 10¹¹ cm^–3 betragen.
Ein in einem Substrat gemäß dem Verfahren hergestelltes Halbleiterelement kann beispielsweise zumindest einen flachen Übergang in dem Substrat umfassen, wobei der flache Übergang Dotierungsatome aufweist. Unter dem flachen Übergang werden die oben erwähnten Mikrohohlräume und die Carbidabscheidungen in dem Substrat gebildet. Der flache Übergang ist relativ zu der Hauptsubstratoberfläche positioniert. Dies bedeutet, dass die Dotierungsatome von der Hauptsubstratoberfläche her zum Bilden des flachen Übergangs implantiert werden. Die Prozessabfolge des Herstellens eines Halbleiterelements in einem Substrat kann in einen herkömmlichen Komplementär-Metalloxid-Halbleiter(CMOS – complementary metal Oxide semiconductor)-Prozess integriert werden. Als Dotierungsatome können im Prinzip verschiedene Arten von Dotierungsatomen verwendet werden, beispielsweise Boratome, Phosphoratome oder Arsenatome. Ferner können zusätzlich oder als Alternative Fluoridatome oder Kohlenstoffatome verwendet werden. Diese Dotierungsatome können beispielsweise in das Substrat implantiert werden, oder es ist auch denkbar, dass die Dotierung auf eine andere Art und Weise, die bei der Halbleiterbearbeitung verwendet wird, durchgeführt wird. Zumindest eine Region des Halbleiterelements, in der Regionen der Dotierungsatome in das Substrat implantiert werden, können einen flachen Übergang oder einen ultraflachen Übergang des Halbleiterelements relativ zu der Hauptsubstratoberfläche bilden. Das Halbleiterelement kann als Transistor, beispielsweise als Feldeffekttransistor (FET – field effect transistor) gebildet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zumindest eine Region, in der die Region der Dotierungsatome in das Substrat implantiert wird, eine Source-Region oder eine Drain-Region des Feldeffekttransistors bilden. Somit kann eine erste Region, in der die Dotierungsatome in das Substrat implantiert werden, als Source-Region des Feldeffekttransistors gebildet werden, und eine zweite Region, in der die Dotierungsatome in das Substrat implantiert werden, kann als Drain-Region des Feldeffekttransistors gebildet werden. Das Substrat kann ein Siliziumsubstrat, beispielsweise ein (100)-Silizium-Substrat oder ein (111)-Silizium-Substrat, sein. Es ist denkbar, dass im Zusammenhang mit der Herstellung eines Feldeffekttransistors nach Bildung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen eine Gate-Isolierung oder vielmehr ein Gate-Dielektrikum gebildet werden kann, beispielsweise eine Gate-Oxid-Schicht auf der Kanalregion des Feldeffekttransistors. Jedoch ist es auch denkbar, dass das Gate-Dielektrikum zuerst gebildet wird, und die Mikrohohlräume und Carbidabscheidungen danach. In diesem Fall kann das Gate-Dielektrikum als Maske fungieren, und sogar nach Bilden der Mikrohohlräume durch Implantieren von Ionen oder Bilden von Carbidabscheidungen durch Implantieren von z. B. Kohlenstoffatomen kann die Region unterhalb des Gate-Dielektrikums frei von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen bleiben.
18a zeigt in einem schematischen Diagramm ein Substrat mit Mikroplättchen 420, die als kleine Platten gebildet sind, wohingegen eine Gate-Struktur 300 gebildet wurde, bevor die Mikroplättchen 420 gebildet wurden, und somit vor der H₂ ⁺-Ionenimplantation 310 gebildet wurde. Die H₂ ⁺-Ionen 310 können exemplarisch mit einer Implantationsdosis Φ = 2 × 10¹⁶ cm^–2 und mit einer Implantationsenergie E = 20 keV oder alternativ mit einer Implantationsdosis Φ = 1,3 × 10¹⁶ cm^–2 und einer Implantationsenergie E = 120 keV implantiert werden. Die Gate-Strukturen 300 können in einem herkömmlichen Prozessschritt durch Oxidieren der Oberfläche des Siliziumsubstrats und durch Aufbringen von beispielsweise Po lysilizium gebildet werden. Anhand eines Strukturierens der Polysiliziumschicht und der Siliziumoxidschicht kann die Gate-Struktur mit dem Gate-Oxid und einer Gate-Elektrode gebildet werden. Die Region unterhalb der Gate-Struktur 300 bleibt sogar nach der H₂ ⁺-Ionenimplantation frei von H₂ ⁺-Ionen, da die Gate-Struktur 300 während der H₂ ⁺-Ionenimplantation als eine Art Maske fungieren kann.
18b zeigt das Halbleiterelement, nachdem dasselbe beispielsweise eine Stunde lang bei einer Temperatur von 700°C ausgeheilt wurde, um die H₂ ⁺-Ionen herauszudiffundieren, und beispielsweise nachdem größere Mikrohohlräume 470 gebildet wurden, indem die kleinen Mikroplättchen 420 beispielsweise eine Sekunde lang bei 1100°C ausgeheilt wurden. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit 12 ausführlicher beschrieben. Der das Mikrohohlraumband 445 bildende Parameter kann derart gewählt werden, dass die Position des Mikrohohlraumbandes 445 in lokaler Nähe zu Zwischengitterplätzen 210 oder vielmehr der Bereichsende-Defektzone 208, deren Bildung für später erwartet wird, liegt (siehe 13).
Bei 18c ist die Implantation von Kohlenstoffionen 250 in das Halbleiterelement beispielsweise unter Verwendung einer Implantationsdosis Φ = 10¹⁶ cm^–2 und einer Implantationsenergie E = 50 keV gezeigt. Anhand der implantierten Kohlenstoffionen 250 wird in einer vorab bestimmbaren Tiefe in dem Halbleiterelement unterhalb der Halbleiteroberfläche 401 eine hohe Dichte oder Konzentration von Kohlenstoffatomen 256 gebildet. Das Konzentrationsmaximum des Implantationsprofils kann in dem so genannten projizierten Bereich Rp liegen. Mit anderen Worten sind implantierte Kohlenstoffatome 256 in dem Halbleiterelement um das Konzentrationsmaximum herum verteilt. Anhand einer hochdosierten Kohlenstoffimplantation können sowohl eine hohe Konzentration an Kohlenstoffatomen als auch eine hohe Konzentration an Zwischengitterplätzen in dem Siliziumsubstrat oder dem Halbleiterelement gebildet werden. Anhand der hohen Konzentra tion sowohl an Kohlenstoffatomen als auch an Selbst-Interstitialen kann in dem Siliziumsubstrat eine Siliziumcarbidabscheidevorgaung eingeleitet werden. Die Gate-Struktur 300 kann wiederum als Maske für die Kohlenstoffimplantation gebildet werden.
18d zeigt das Halbleiterelement nach einer beispielsweise 10 Minuten andauernden Wärmebehandlung 320 bei einer Temperatur T = 900°C. Wie im Zusammenhang mit 11 beschrieben ist, wird anhand der Wärmebehandlung ein Netzwerk oder Band 330 von SiC-Abscheidungen 350 in dem Halbleiterelement in einer Tiefe, die dem projizierten Bereich Rp entspricht, gebildet. Das Abscheidungsband 330 umfasst eine Mehrzahl von getrennten oder isolierten, mit anderen Worten unverbundenen, Siliziumcarbidabscheidungen 350. Das Siliziumcarbidabscheidungsband kann an einer amorph/kristallin-Grenzfläche 219 in der Bereichsende-Defektzone 208, deren Bildung für später erwartet wird, gebildet werden. Die Entfernung zwischen dem Siliziumcarbidabscheidungsband 330 und dem Mikrohohlraumband 445 kann zwischen etwa 0 nm und etwa 120 nm variiert werden, bei diesem Ausführungsbeispiel kann sie beispielsweise etwa 80 nm betragen.
In 18e wird das Halbleitersubstrat in der Oberflächenregion bis zu einer Tiefe von etwa 50 nm bis etwa 200 nm, beispielsweise bis zu der Tiefe von etwa 100 nm, amorphisiert, indem Ge⁺-Ionen 321 implantiert werden, so dass die formale kristalline Region des Halbleiterelements eine amorphe Region 203 umfasst, die sich etwa, bis zu dem SiC-Abscheidungsband 330 erstrecken kann. Die ungefähre Entfernung. zwischen dem SiC-Abscheidungsband 330 und der Untergrenze der amorphen Region 203 kann etwa 10 bis etwa 20 nm betragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Germaniumionen 321 mit einer Implantationsenergie von E = 120 keV und einer Implantationsdosis von Φ = 10¹⁵ cm^–2 implantiert werden.
Eine Source-Region 360 und eine Drain-Region 370 können durch Verwendung der Gate-Struktur 300 als Maske für eine nachfolgende Borimplantation 380 in der amorphen Region 203 des Halbleiterelements gebildet werden (siehe 18f). Somit umfasst ein Feldeffekttransistor (FET) weniger Zwischengitterplätze als üblicherweise hergestellte FETs, da die Zwischengitterplätze mittels der Siliziumcarbidabscheidungen und der Mikrohohlräume aufgelöst werden. Zusätzliche transientengeförderte Diffusion, die Bordeaktivierung und die Aufwärtsdiffusion sind bei dem FET verringert oder beseitigt, wie oben erläutert wurde.
Es ist zu beachten, dass gemäß dem in 18a–18f gezeigten Ausführungsbeispiel das Bilden der Mikrohohlräume 470 und der Siliziumcarbidabscheidungen 350 vor der Voramorphisierung des Substrats, bzw. bevor das Halbleiterelement gebildet wird, durchgeführt wird.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Siliziumcarbidabscheidungsband in einer p-Ausdehnung integriert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Implantationsbedingungen der Kohlenstoffionenimplantation dahin gehend gewählt werden, dass sie eine Implantationsdosis von beispielsweise etwa 10¹⁶ Kohlenstoffionen pro cm² und eine Implantationsenergie von z. B. etwa 50 keV sowie eine Temperatur von z. B. etwa T = 900°C und eine Zeitdauer von z. B. etwa 10 Minuten für den nachfolgenden Ausheilschritt umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Implantationsbedingungen für den Germanium-Voramorphisierungsschritt eine Implantationsdosis von z. B. etwa 10¹⁵ Germaniumionen pro cm² und eine Implantationsenergie von z. B. etwa 60 keV umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Implantationsbedingungen für die Implantationen von Bor als Dotierungsatome eine Implantationsdosis von z. B. etwa 10¹⁵ Boratomen pro cm² und eine Implantationsenergie von z. B. etwa 0,5 keV umfassen.
19 zeigt ein Halbleiterelement, in diesem Fall einen Feldeffekttransistor, das bzw. der mit dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat hergestellt wurde. Der FET 500 umfasst eine Gate-Struktur 300, die eine Gate-Elektrode 307, die aus Polysilizium hergestellt sein kann, und ein Gate-Oxid 308 aufweist. Überdies umfasst das Halbleiterelement eine Source-Region 360 und eine Drain-Region 370. Die Source- und die Drain-Region können als flache Übergänge oder als ultraflache Übergänge gebildet sein, die Dotierungsatome, beispielsweise Bor-, Phosphor- oder Arsenatome, aufweisen. Zwischen der Source 360 und dem Drain 370 des Feldeffekttransistors kann eine Kanalregion gebildet werden. Der Feldeffekttransistor kann in einer ausreichend großen Entfernung zu der Source 360, dem Drain 370 und der Region des Kanals 365 des Feldeffekttransistors Siliziumcarbidabscheidungen aufweisen, so dass diese keine negative Auswirkung bezüglich der Leistungsfähigkeit des Feldeffekttransistors haben. In einer Entfernung von ungefähr beispielsweise etwa 70 nm tiefer in dem Substrat des Halbleiterelements kann sich ein Band von Mikrohohlräumen 470 befinden. Der Feldeffekttransistor kann im Vergleich zu herkömmlichen Feldeffekttransistoren weniger Interstitialtypdefekte aufweisen. Auf diese Weise wird auch eine Aufwärtsdiffusion. eine transientengeförderte Diffusion der Dotierungsatome und des gebildeten Feldeffekttransistors und die Dotierungsatomdeaktivierung im Vergleich zu herkömmlichen Feldeffekttransistoren verringert oder eliminiert.
Je nachdem, ob die Siliziumcarbidabscheidungen und die Mikrohohlräume vor oder nach der Bildung der Gate-Struktur 300 gebildet werden, können das Siliziumcarbidabscheidungsband und das Mikrohohlraumband eine unterbrochene Bandstruktur aufweisen, da Teile des Halbleiterelements unterhalb der Gatterstruktur während der Ionenimplantation, um Carbidabscheidungen zu bilden, maskiert sein können, so dass unterhalb der Gate-Struktur keine Carbidabscheidungen oder Mikrohohlräume gebildet werden.
In 20a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das die Bildung zweier Siliziumcarbidabscheidungsbänder, die zueinander beabstandet sind, zeigt. Die Bildung der Siliziumabscheidungsbänder kann beispielsweise vor dem Gate-Oxidationsvorgang integriert werden, das heißt, dass die Implantation der Kohlenstoffionen 250 und der anschließende Ausheilschritt, um das Siliziumcarbidabscheidungsband zu bilden, vor dem Gate-Oxidationsvorgang durchgeführt werden. Es ist jedoch auch denkbar, die Gate-Oxidation zuerst durchzuführen. Das Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors gemäß dem in den 20a bis 20d beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 19a bis 19f gezeigten Ausführungsbeispiel dahin gehend, dass der Feldeffekttransistor beispielsweise zwei Bänder von Siliziumcarbidabscheidungen 330a und 330b umfasst, die in dem Feldeffekttransistor gebildet sind, und dass die Gate-Struktur 300 nach der Bildung des Siliziumcarbidabscheidungsbandes 330a, 330b gebildet wird.
20a zeigt die Implantation von Kohlenstoffionen mit verschiedenen Implantationsparametern, um zwei Bänder 256a und 256b zu bilden, die in einer bestimmten Entfernung Rp1 und Rp2 voneinander beabstandet platziert sind und eine hohe Konzentration an Kohlenstoffatomen und eine hohe Konzentration an in dem Siliziumsubstrat gebildeten Zwischengitterplätzen aufweisen.
Wie in 20b gezeigt ist, werden durch Anwenden einer Wärmebehandlung, beispielsweise durch ein Anlegen einer Temperatur von etwa 900°C über etwa 10 Minuten hinweg zwei Bänder 330a und 330b von SiC-Abscheidungen in einer Tiefe in dem Halbleiterelement gebildet, die dem projizierten Bereich Rp der jeweiligen Kohlenstoffionenimplantation entspricht. Die Entfernung zwischen den zwei Siliziumcarbidabscheidungsbändern 330a und 330b kann beispielsweise etwa 80 nm betragen.
Nach der Bildung der SiC-Abscheidungsbänder wird die Gate-Struktur 300 beispielsweise derart gebildet, dass die Hauptverarbeitungsoberfläche 401 des Halbleiterelements oxidiert wird und auf derselben eine Polysiliziumschicht gebildet wird. Anhand eines Strukturierens der Polysiliziumschicht und der Siliziumoxidschichten kann die Gate-Struktur 300 mit dem Gate-Oxid 308 und der aus Polysilizium hergestellten Gate-Elektrode 307 gebildet werden. Wie in 20c gezeigt ist, wird das Halbleiterelement anschließend einer Voramorphisierungsimplantation unterzogen. Das Halbleiterelement wird in seiner Oberflächenregion beispielsweise bis zu einer Tiefe von etwa 50 nm bis etwa 200 nm, z. B. etwa 100 nm, anhand eines Einbringens von Germaniumionen 321 derart amorphisiert, dass das Siliziumsubstrat bzw. das Halbleiterelement, das ursprünglich ein einkristallines Substrat ist, nun eine kristalline Region 206 und eine amorphe Region 203 aufweist, die sich etwa bis zu dem ersten Siliziumcarbidabscheidungsband 330a erstreckt. Eine ungefähre Entfernung zwischen den Siliziumcarbidabscheidungen 350 und der Untergrenze 219 der amorphen Region 203 in Richtung der Tiefe des Substrats kann beispielsweise etwa 10 nm bis etwa 20 nm betragen. Die Germaniumionen 321 können unter Verwendung einer Implantationsdosis von z. B. Φ = 10¹⁵ cm^–2 und einer Implantationsenergie von z. B. E = 60 keV implantiert werden.
Anschließend können durch Verwendung der Gate-Struktur 300 als Maske eine Source-Region 360 und eine Drain-Region 370 in der amorphen Region 203 neben der Gate-Struktur 300 anhand eines Implantierens von z. B. Boratomen in die amorphe Region 203 gebildet werden. Die Implantation von Bor kann durch Verwendung von B⁺-Ionen 380 als Implantationsionen während der Implantation durchgeführt werden. Wenn man die Source-/Drain-Regionen 360, 370 in der amorphen Region 203 hat, wird zweifellos ein Feldeffekttransistor 500, wie er in 21 zu sehen ist, bewerkstelligt. Im Vergleich zu herkömmlichen Feldeffekttransistoren weist der anhand des beschriebenen Verfahrens hergestellte Feldeffekttransistor weniger Interstitialdefekte auf. Somit können die transientengeförderte Diffusion, die Bordeaktivierung und die Aufwärtsdiffusion der Boratome im Vergleich zu herkömmlichen Feldeffekttransistoren verringert oder eliminiert werden.
Da die Gate-Struktur 300 nach dem Erzeugen der SiC-Abscheidungsbänder 330a und 330b gebildet wurde, zeigen die Bänder im Vergleich zu denen in 18a bis 18f keine Unterbrechung der Bandstruktur. Somit umfasst ein wie beschrieben hergestellter Feldeffekttransistor kontinuierliche Bandstrukturen von Siliziumcarbidabscheidungen in dem Halbleiterelement.
21 zeigt wiederum ein Halbleiterelement, in diesem Fall einen Feldeffekttransistor, das bzw. der anhand des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat anhand von SiC-Abscheidungsbändern hergestellt ist. Im Gegensatz zu dem in 19 gezeigten Halbleiterelement umfasst der Feldeffekttransistor in 21 zwei Bänder 330a und 330b von SiC-Abscheidungen, die in einer gewissen Entfernung voneinander, z. B. im Abstand von etwa 80 nm, platziert sind. Der Feldeffekttransistor umfasst wiederum eine Source- und eine Drain-Region 360, 370 und eine Gate-Struktur, wie sie im Zusammenhang mit 19 beschrieben wurde. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „kontinuierlich" dahin gehend zu verstehen, dass die SiC-Abscheidungen 350 nicht nur in Regionen unterhalb der Source-/Drain-Regionen 360, 370 gebildet sind, sondern auch in einer Region unterhalb der Gate-Struktur 300. Somit liegt im Gegensatz zu dem in 18a bis 18f gezeigten Ausführungsbeispiel keine Störung der Gesamtbandstruktur der zwei SiC-Abscheidungsbänder 330a und 330b vor.
Es versteht sich, dass es möglich ist, auf dieselbe Art und Weise ein Halbleiterelement bzw. einen Feldeffekttransistor mit weniger Zwischengitterplätzen im Vergleich zu herkömmlichen Feldeffekttransistoren herzustellen, indem zumindest zwei oder mehr Bänder von Mikrohohlräumen derart gebildet werden, wie dies im Zusammenhang mit dem Bilden von Mikrohohlräumen beschrieben ist. Die Verwendung zweier Bänder von Mikrohohlräumen und/oder Siliziumcarbidabscheidungen ermöglicht es, die Übersättigung von Zwischengitterplätzen effektiv zu eliminieren.
Bisher wurde eine Bor-Aufwärtsdiffusion von Dotierungsatomen, beispielsweise Boratomen, als inhärenter Nachteil des SPER-Prozesses behandelt. Somit besteht ein Aspekt der Erfindung darin, eine Aufwärtsdiffusion, eine transientengeförderte Diffusion und eine Dotierungsdeaktivierung während einer Bearbeitung bei niedriger Temperatur effektiv zu unterdrücken und zu gewährleisten, dass alle diese nachteiligen Phänomene auch während einer weiteren Wärmebearbeitung des Halbleiterelements nicht auftreten. Eine Aufwärtsdiffusion ist dem SPER-Prozess insofern nicht inhärent, als es unter bestimmten Bedingungen möglich ist, sie vollständig zu unterdrücken. Es wurde gezeigt, dass der physikalische Vorgang, der zu einer Aufwärtsdiffusion führt, die Migration von Selbst-Interstitialen von den Bereichsende-Regionen, den Bereichsende-Defektzonen zu der Oberfläche des Substrats ist. Da beispielsweise Bor hauptsächlich durch eine Paarbildung mit Zwischengitterplätzen diffundiert, ermöglicht ein starker Fluss von Zwischengitterplätzen hin zu der Oberfläche, dass die Boratome, die sich an dem Schweif der Konzentration befinden, gegen den Gradienten der Borkonzentration diffundieren. Ferner sind der Ursprung und der Mechanismus zur Bordeaktivierung und TED ebenfalls auf die bezüglich der Aufwärtsdiffusion identifizierte Quelle bezogen. Deshalb ist eine vereinheitlichte Lösung zum Unterdrücken der Aufwärtsdiffusion, Bordeaktivierung und zum Vermeiden der transientengeförderten Diffusion möglich. Dies kann effektiv erzielt werden, indem die kombinierte Verwendung von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in dem Substrat eingeführt wird, wie bei Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben ist.
Die Bedeutung der Unterdrückung einer Aufwärtsdiffusion und, als direkte Folge, eines Borverlustes, ist ziemlich hoch, da dadurch ein Instabilitätselement des Prozesses eliminiert wird, was besonders wichtig ist, wenn ein Technologietransfer in Betracht gezogen wird. Beispielsweise durch ein Verringern des Borverlustes kann der Vorgang einer Implantation einer großen Menge Bor dazu verwendet werden, das hochdotierte p⁺ zu erzeugen, und ultraflache Übergänge könnten verringert werden, und als direkte Konsequenz könnte eine beträchtliche Durchsatzerhöhung erzielt werden. Insbesondere wenn eine Niedrigenergieimplantation, beispielsweise für Bor 0,5 keV, benötigt wird, werden starke Elektronenstrahlen üblicherweise nicht ohne weiteres erzielt, und somit hat eine Verringerung der Dosis um einen Faktor 10 eine beträchtliche Auswirkung auf die Gesamtimplantationszeit. Wie oben gezeigt ist, kann ein Unterdrücken von Aufwärtsdiffusion, transientengeförderter Diffusion und Bordeaktivierung durch Eliminierung der Quelle von Zwischengitterplätzen, die sich an der Bereichsende-Region befinden, nämlich der Bereichsende-Defekte, dadurch erzielt werden, dass die oben erwähnten Senken von Zwischengitterplätzen gebildet werden. Die völlige Eliminierung von Bereichsende-Defekten kann durch die Kombination von Mikrohohlraumtechnik und Siliziumcarbidtechnik oder die Verwendung zumindest zweier Bänder einer Mehrzahl von entweder Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen, die in einer gewissen Entfernung voneinander in dem Substrat platziert sind, erzielt werden.
Allgemein kann das Verfahren zum Herstellen eines halbleitenden Elements in einem Substrat nach dem Erzeugen sowohl der Mikrohohlräume als auch der Carbidabscheidungen eine Voramorphisierung beispielsweise mit Germanium, gefolgt von beispielsweise einer Implantation von Dotierungsmitteln vom p-Typ mit niedriger Energie umfassen. Die implantierten Spezies könnten entweder Bor-, BF₂- oder B_XH_Y-Cluster sein. Ferner kann das Verfahren ein Beseitigen eines aufgebrachten Abschirmoxids, gefolgt von einer Aufbringung, bei nied riger Temperatur, einer dünnen amorphen Siliziumschicht bei einer Temperatur von etwa 450°C umfassen, wobei die Schicht eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 100 nm aufweisen kann und mit dem Ziel aufgebracht wird, die Dotierungsspitzenkonzentration, beispielsweise die Borspitze, nahe der Oberfläche des halbleitenden Elements, zu schützen. Das Verfahren kann ein epitaxiales Nachwachsen in fester Phase (SPER) bei niedrigen Temperaturen (T ≤ 600°C) oder bei einer Temperatur 600°C < T < 1000°C umfassen, was die Rekristallisierung der amorphen Schicht ohne einen beträchtlichen Borverlust, gefolgt von beispielsweise einer herkömmlichen Wenig-TEOS- und Nitridabstandshalteraufbringung, ermöglicht. Ein Laser- oder Blitz-Ausheilen bei hoher Temperatur (1200°C < T < 1350°C) kann in den dokumentierten Prozess integriert werden, ohne dass eine zusätzliche Spike-Ausheilbehandlung nötig ist. Der Vorteil des Unterdrückens der Quelle von Zwischengitterplätzen besteht darin, dass dadurch ermöglicht wird, dass die Gleichgewichtslöslichkeit rasch erreicht wird, ohne während des Laser-/Blitz-Ausheil- oder jeglichen anschließenden Temperaturvorganges beispielsweise Borinterstitialcluster zu erzeugen. Die effektive Unterdrückung von Selbst-Interstitialen durch die kombinierte Verwendung von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen kann ermöglichen, ein Laser-/Blitz-Ausheilen beim Erzeugen von hochaktivierten Lasern vollständig auszunutzen, ohne dabei während nachfolgender Niedrigtemperaturprozesse die bekannten Phänomene einer Bordeaktivierung zu bewirken.
Dies bedeutet, dass eine Aufwärtsdiffusion, TED und Bordeaktivierung während allen Temperaturprozessen bei einer Bauelementeherstellung unterdrückt werden kann. Derartige Temperaturprozesse könnten beispielsweise während des Nitridabstandshalteraufbaus, der RTP-Prozesse, Laser-/Blitz-Ausheilprozesse oder Niedrigtemperatur-Silizidierung notwendig sein. Durch Unterdrücken einer Interstitialwanderung in Richtung der Oberfläche anhand einer kombinierten Verwendung von Mikrohohlräumen und Siliziumcarbidabscheidungen oder der Verwendung zumindest zweier Bänder entweder der Mikrohohlräume oder der Siliziumcarbidabscheidungen ist eine vereinheitlichte Lösung zum Unterdrücken der Aufwärtsdiffusion, der Bordeaktivierung und zum Vermeiden der transientengeförderten Diffusion möglich. Der Fluss von Zwischengitterplätzen hin zu der Oberfläche wird durch die Einführung großer Senken für Zwischengitterplätze in der Region einer hohen Zwischengitterplatzkonzentration mittels Mikrohohlraumtechnik und Siliziumcarbidtechnik eliminiert. Das selbe Verhalten wie das oben beschriebene kann dazu verwendet werden, eine Phosphor-Aufwärtsdiffusion, eine transientengeförderte Diffusion von Phosphor und eine Phosphordeaktivierung zu unterdrücken. Dies bedeutet, dass die oben erwähnten Ausführungsbeispiele der Erfindung auch auf Halbleiterelemente angewendet werden können, die eine Dotierung mit Phosphoratomen aufweisen.
Ferner kann das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements oder das beschriebene Halbleiterelement in einem anderen Substrat als Silizium gebildet werden. Es kann in einem Galliumnitrid-, einem Siliziumcarbid-, einem Indiumphosphid-, einem Galliumarsenid- oder einem beliebigen anderen Halbleitersubstrat gebildet werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, sollten sich Fachleute darüber im Klaren sein, dass verschiedene Veränderungen an der Form und an Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie bzw. er durch die angehängten Patentansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird somit durch die angehängten. Patentansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Patentansprüche liegen, sollen darin enthalten sein.

Claims

Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements in einem Substrat, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden einer Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen in einem Substrat (100); Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen (105); Ausheilen des Substrats (115) derart, dass zumindest ein Teil der Kristallgitterdefekte unter Verwendung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen eliminiert wird; und Bilden eines Halbleiterelements unter Verwendung der Dotierungsatome.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen (100) ein Implantieren von Ionen in das Substrat umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem bei dem Schritt des Bildens der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und der Carbidabscheidungen in dem Substrat (100) H₂ ⁺-, He⁺-, F⁺-, Ne⁺-, Cl⁺- or Ar⁺-Ionen zum Implantieren der Mikrohohlräume verwendet werden und C⁺-Ionen zum Implantieren der Carbidabscheidungen verwendet werden, wobei Dosen, die zum Implantieren bei dem Schritt des Bildens der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und der Carbidabscheidungen in dem Substrat (100) verwendet werden, zwischen 10¹⁵/cm² and 10¹⁸/cm² liegen und die Energien, die zum Implantieren bei dem Schritt des Bildens der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und der Carbidabscheidun gen in dem Substrat (100) verwendet werden, zwischen 5 keV und 150 keV liegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen derart gebildet werden, dass sich ein Band von Mikrohohlräumen und ein Band von Carbidabscheidungen ergeben, wobei das Band von Mikrohohlräumen und das Band von Carbidabscheidungen in Bezug aufeinander vertikal getrennt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bildung der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen derart durchgeführt wird, dass die Carbidabscheidungen in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen (206) und einer amorphen (203) Region des Substrats, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt, gebildet werden, und die Mikrohohlräume in der kristallinen Region (206) des Substrats gebildet werden, beide in lokaler Nähe zu Kristallgitterdefekten, die durch die Amorphisierung gebildet wurden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bildung der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen derart durchgeführt wird, dass die Mehrzahl von Mikrohohlräumen tiefer in dem Substrat angeordnet ist als die Mehrzahl von Carbidabscheidungen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Bildung der Mehrzahl von Mikrohohlräumen und Carbidabscheidungen derart durchgeführt wird, dass die Mehrzahl von Carbidabscheidungen in einer amorphen Region (203) in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen Region (206) des Substrats und einer amorphen Region des Substrats, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt, gebildet werden, und die Mikrohohlräume in der kristallinen Region des Substrats gebildet werden, beide in lokaler Nähe zu den durch die Amorphisierung des Substrats gebildeten Kristallgitterdefekten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Dotierung des Substrats so durchgeführt wird, dass sich ein Maximum einer Dotierungsatomkonzentration in lokaler Nähe zu den Carbidabscheidungen befindet, die in einer amorphen Region (203) in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der kristallinen Region (206) und der amorphen Region (203) des Substrats gebildet werden, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt und bei der die Mikrohohlräume in einer kristallinen Region (206) in lokaler Nähe zu durch die Amorphisierung des Substrats gebildeten Kristallgitterdefekten angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Region, in der das Dotieren des Substrats mit Dotierungsatomen durchgeführt wird, einen flachen Übergang des Halbleiterelements bildet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Halbleiterelement einen Feldeffekttransistor umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem eine Region, in der eine Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen durchgeführt wird, eine Source-Region (360) oder eine Drain-Region (370) des Feldeffekttransistors bildet.
Verfahren zum Bilden eines Halbleiterelements, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden zumindest zweier Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder von Carbidabscheidungen (101), die in einem Substrat vertikal voneinander beabstandet sind; Erzeugen einer Amorphisierung des Substrats, um Kristallgitterdefekte zu bilden, und einer Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen (105); Ausheilen des Substrats (115) derart, dass zumindest ein Teil der Kristallgitterdefekte unter Verwendung der Mikrohohlräume und der Carbidabscheidungen eliminiert wird; und Bilden eines Halbleiterelements unter Verwendung der Dotierungsatome.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die Bildung der zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder von Carbidabscheidungen derart durchgeführt wird, dass zumindest ein Band entweder der Mikrohohlräume oder der Carbidabscheidungen in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen und einer amorphen Region (203) des Substrats gebildet wird, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt, und zumindest ein zweites Band einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder von Carbidabscheidungen in der kristallinen Region (206) des Substrats gebildet wird, beide in lokaler Nähe zu den durch die Amorphisierung des Substrats gebildeten Kristallgitterdefekten.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem die zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen Carbidabscheidungen sind und die Bildung derart durchgeführt wird, dass zumindest ein Band von Carbidabscheidungen in einer amorphen Region (203) in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen Region (206) des Substrats und einer amorphen Region des Substrats, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt, gebildet wird, und zumindest ein zweites Band der Carbidabscheidungen in der kristallinen Region des Substrats gebildet wird, beide in lokaler Nähe zu den durch die Amorphisierung des Substrats gebildeten Kristallgitterdefekten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen Carbidabscheidungen sind und das Dotieren derart durchgeführt wird, dass eine maximale Konzentration der Dotierungsatome in lokaler Nähe zu zumindest einem Band von Carbidabscheidungen in einer amorphen Region in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen Region und einer amorphen Region des Substrats, die sich aus der Amorphisierung des Substrats ergibt, gebildet wird, und bei dem zumindest ein zweites Band von Carbidabscheidungen in der kristallinen Region des Substrats in lokaler Nähe zu den durch die Amorphisierung des Substrats gebildeten Kristallgitterdefekten gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem das Erzeugen der Amorphisierung des Substrats derart durchgeführt wird, dass das Substrat lediglich teilweise in einer vertikalen Richtung amorphisiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem das Halbleiterelement einen Feldeffekttransistor mit einer Region umfasst, in der die Dotierung des Substrats mit Dotierungsatomen eine Source-Region (360) und eine Drain-Region (370) des Feldeffekttransistors bildet.
Halbleiterelement, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat; zumindest einen in dem Substrat gebildeten flachen Übergang, wobei Dotierungsatome in dem flachen Übergang angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Carbidabscheidungen und Mikrohohlräumen, die in dem Substrat unterhalb des zumindest einen flachen Übergangs angeordnet sind.
Halbleiterelement gemäß Anspruch 18, bei dem die Mehrzahl von Carbidabscheidungen in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen und einer amorphen Region des Substrats angeordnet sind und die Mehrzahl von Mikrohohlräumen in der kristallinen Region des Substrats gebildet sind.
Halbleiterelement gemäß Anspruch 18 oder 19, bei dem die Mehrzahl von Mikrohohlräumen vertikal tiefer in dem Substrat angeordnet ist als die Mehrzahl von Carbidabscheidungen.
Halbleiterelement gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Mehrzahl von Carbidabscheidungen in einer amorphen Region in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer amorphen und einer kristallinen Region des Substrats angeordnet ist und die Mehrzahl der Mikrohohlräume in der kristallinen Region des Substrats gebildet ist.
Halbleiterelement gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der die Mehrzahl von Carbidabscheidungen in einer lokalen Nähe zu einer maximalen Konzentration der Dotierungsatome in einer amorphen Region angeordnet ist und die Mehrzahl der Mikrohohlräume in der kristallinen Region des Substrats angeordnet ist.
Halbleiterelement, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat; zumindest einen in dem Substrat gebildeten flachen Übergang; Dotierungsatome in dem flachen Übergang; und zumindest zwei Bänder einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen, die in dem Substrat unterhalb des zumindest einen flachen Übergangs gebildet sind.
Halbleiterelement gemäß Anspruch 23, bei dem der zumindest eine flache Übergang in einer amorphen Region des Substrats gebildet ist.
Halbleiterelement gemäß Anspruch 23 oder 24, bei dem die zumindest zwei Bänder der Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer kristallinen und einer amorphen Region des Substrats angeordnet sind und zumindest ein zweites Band einer Mehrzahl entweder von Mikrohohlräumen oder Carbidabscheidungen in der kristallinen Region des Substrats angeordnet ist.