DE102015103810A1 - Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Erzeugen und Ausheilen von strahlungsinduzierten Kristalldefekten - Google Patents
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- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
Abstract
Die Erzeugung von Hilfskristalldefekten (212) wird in einem Halbleitersubstrat (500) induziert. Dann wird das Halbleitersubstrat (500) bei einer Temperatur oberhalb einer Dissoziationstemperatur vorausgeheilt, bei welcher die Hilfskristalldefekte (212) in Defektkomplexe (219) transformiert sind, welche elektrisch inaktiv sein können. Dann können Protonen in das Halbleitersubstrat (500) implantiert werden, um die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222) zu induzieren. Die Defektkomplexe (219) können die Wirksamkeit der Bildung von partikelkorrelierten Dotierstoffen aufgrund der strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekte (222) steigern.
Description
- HINTERGRUND
- Teilchenstrahlen, die auf ein einkristallines Halbleitersubstrat eingestrahlt sind, erzeugen strahlungsinduzierte Kristalldefekte. Strahlungsinduzierte Kristalldefekte, die mit nicht dotierenden Fremdstoffatomen, wie Wasserstoff und/oder Sauerstoff, dekoriert sind, können als Dotierungszentren wirksam sein. Beispielsweise kann ein Ausheilen eines Siliziumkristalls nach einer Protonenimplantation bei Temperaturen zwischen 270 und 470°C stationäre und stabile wasserstoffkorrelierte Donatoren erzeugen. Es ist wünschenswert, den Bereich von möglichen Anwendungen für strahlungsinduzierte Dotierungszentren zu erweitern und die Wirksamkeit von Verfahren zum Bilden von dotierten Bereichen mittels nicht dotierende Atome enthaltenden Teilchenstrahlen zu verbessern.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Halbleitervorrichtung anzugeben, die jeweils den obigen Forderungen genügen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Induzieren einer Erzeugung von Hilfskristalldefekten in einem Halbleitersubstrat. Dann wird das Halbleitersubstrat vorausgeheilt bei einer Temperatur über einer Dissoziationstemperatur, bei welcher sich die Hilfskristalldefekte in Defektkomplexe transformieren. Dann werden Hauptimplantationspartikel in das Halbleitersubstrat implantiert, wobei ein Implantieren der Hauptimplantationspartikel die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten induziert.
- Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper mit parallelen ersten und zweiten Oberflächen. Der Halbleiterkörper enthält wasserstoffkorrelierte Donatoren. Ein Konzentrationsprofil der wasserstoffkorrelierten Donatoren vertikal zu der ersten Oberfläche umfasst einen Maximalwert von wenigstens 1E15 cm–3 bei einem ersten Abstand zu der ersten Oberfläche und fällt nicht unter 1E14 cm–3 über wenigstens 60% eines Intervalls zwischen der ersten Oberfläche und dem ersten Abstand.
- Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung der Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
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1A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Implantieren von Hilfsimplantationspartikeln. -
1B ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von1A nach Vorausheilen des Halbleitersubstrats. -
1C ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von1B nach Implantieren von Hauptimplantationspartikeln. -
1D ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von1C nach einem Nachausheilen. -
2A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterteiles einer Halbleitervorrichtung mit einer Implantationsschicht einschließlich partikelkorrelierten Dotierstoffen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. -
2B ist ein schematisches Diagramm, das ein vertikales Konzentrationsprofil der partikelkorrelierten Dotierstoffe in der Halbleitervorrichtung von2A veranschaulicht. -
3A ist ein vereinfachtes Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. -
3B ist ein vereinfachtes Flussdiagramm zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einschließlich eines Nachausheilens. - DETAILBESCHREIBUNG
- In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen angegeben, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
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1A bis1D veranschaulichen die Bildung von teilchenkorrelierten Dotierstoffen in einem Halbleitersubstrat500 , wobei eine Erzeugung der teilchenkorrelierten Dotierstoffe ein Induzieren einer Erzeugung von Hauptkristalldefekten durch Implantieren von Hauptimplantationspartikeln211 in einem Hauptimplantationsprozess umfasst. - Das Halbleitersubstrat
500 kann ein Halbleiterwafer, beispielsweise ein Siliziumwafer, ein SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Wafer, z.B. ein SOG-(Silizium-auf-Glas-)Wafer, oder ein Substrat eines anderen einkristallinen Halbleitermaterials, wie beispielsweise Siliziumcarbid SiC, Galliumarsenid GaAs, Galliumnitrid GaN oder ein anderer AIIIBV-Halbleiter, Germanium Ge oder ein Silizium-Germanium-Kristall SiGe sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Halbleitersubstrat500 ein Siliziumwafer, der durch einen Czochralski-Prozess, z.B. einen m:Cz-(magnetischer Czochralski-)Siliziumwafer mit einem Sauerstoffgehalt von 1E17 cm–3, beispielsweise wenigstens 2E17 cm–3, bis 4E17 cm–3 erhalten ist. - Das Halbleitersubstrat
500 kann eine erste Oberfläche101a und eine zweite Oberfläche102a parallel zu der ersten Oberfläche101a haben. Im Folgenden definiert eine Normale zu der ersten Oberfläche101a eine vertikale Richtung, und Richtungen parallel zu der ersten Oberfläche101a sind laterale Richtungen. Das Halbleitersubstrat500 kann nicht dotierende Fremdstoffatome, wie beispielsweise Zwischengitter-Sauerstoffatome, umfassen. - In dem Halbleitersubstrat
500 wird die Erzeugung von Hilfskristalldefekten beispielsweise durch Oberflächenprozesse induziert, die Überschusskristallleerstellen erzeugen. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat500 einem raschen thermischen Ausheilen bzw. Glühen in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur größer als 1000°C und bei einer Kühlungsrate größer als 20°C/min in dem Temperaturbereich zwischen der Maximaltemperatur und 800°C und bei einer Kühlungsrate größer als 5°C/min in den Temperaturbereich zwischen 800°C und 500°C unterworfen sein. - Gemäß dem in
1A veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Hilfskristalldefekte strahlungsinduzierte Defekte, die durch einen Hilfsimplantationsprozess induziert sind. Ein erster Implantationsstrahl210 , der Hilfsimplantationspartikel211 , wie beispielsweise Elektronen, Neutronen, Protonen oder leichte Ionen, z.B. Heliumionen, enthält, fällt auf die erste Oberfläche101a ein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Implantationsstrahl210 Protonen bei einer Beschleunigungsenergie von wenigstens 2 MeV, beispielsweise wenigstens 4 MeV, und einer Implantationsdosis in einem Bereich von 5E13 bis 1E15 cm–2 oder 1E14 bis 5E14 cm–2, z.B. etwa 4E14 cm–2. Die Hilfsimplantationspartikel211 durchqueren eine erste durchquerte Schicht501 des Halbleitersubstrats500 zwischen der ersten Oberfläche101a und einem ersten Partikelbereich pr1 und induzieren die Bildung der strahlungsinduzierten Hilfskristalldefekte212 in der ersten durchquerten Schicht501 . - Nach dem Hilfsimplantationsprozess enthält das Halbleitersubstrat
500 die Hilfskristalldefekte212 in der durchquerten Schicht501 sowie die Hilfsimplantationspartikel211 in der ersten Implantationsschicht511 . Das vertikale Konzentrationsprofil212v der Hilfskristalldefekte212 ist angenähert konstant in einem Teil der ersten durchquerten Schicht501 zwischen der ersten Oberfläche101a und der ersten Implantationsschicht511 , kann eine flache Spitze innerhalb der ersten Implantationsschicht511 haben und kann von der flachen Spitze innerhalb des zweiten Partikelbereiches pr1 abfallen bzw. schwächer werden. Das vertikale Konzentrationsprofil211v der Hilfsimplantationspartikel211 weist angenähert eine Gauss-Verteilung auf, wobei der Maximalwert bei einem ersten Implantationsabstand d1 bestimmt ist durch die Beschleunigungsenergie der Hilfsimplantationspartikel211 . - Weiter in
1B wird das Halbleitersubstrat500 bei einer ersten Ausheiltemperatur T1 größer als die Dissoziationstemperatur TD der Hilfskristalldefekte212 vorausgeheilt. Die Hilfskristalldefekte212 können Kernkomplexe umfassen, die nach einer Dissoziation der Hilfskristalldefekte212 beispielsweise Agglomerate in Kristalldefektkomplexe219 hoher Ordnung transformieren, die Leerstellen und Sauerstoff VnOm enthalten, um dadurch optional bis zu einigem Grad Wasserstoffatome zu beinhalten, die in dem Halbleitersubstrat500 enthalten sind. Die Kristalldefektkomplexe219 können elektrisch inaktiv sein, d.h., sie sind nicht wirksam als Donatoren oder Akzeptoren. Die Wasserstoffatome können die Defektkomplexe stabilisieren. Für Siliziumsubstrate ist die erste Ausheiltemperatur T1 wenigstens 500°C, beispielsweise wenigstens 510°C oder wenigstens 550°C. - Die Wasserstoffatome können intrinsische Fremdstoffe sein oder können durch die vorherige Protonenimplantation eingeführt sein. Wenn der erste Implantationsstrahl
210 nicht Protonen enthält, können Wasserstoffatome in das Halbleitersubstrat beispielsweise durch Eindiffusion von einer Wasserstoffplasmaquelle vor, während oder nach dem Hilfsimplantationsprozess eingeführt sein. -
1B zeigt die Kristalldefektkomplexe219 , die elektrisch inaktiv sein können und die in dem Halbleitersubstrat500 vorhandene Wasserstoffatome gettern können. Die Kristalldefektkomplexe219 können mehr Getterplätze vorsehen als durch die zuvor implantierten Protonen eingenommen sind. Die Konzentration an freien Wasserstoffatomen ist niedriger als vor dem Vorausheilen und kann niedriger sein als vor dem ersten Implantationsprozess. Das Vorausheilen kann wenigstens einen Teil der Hilfskristalldefekte212 von1A oder angenähert alle von diesen in Kristalldefektkomplexe219 umwandeln. Das Vorausheilen kann wenigstens eine Stunde oder wenigstens drei Stunden, beispielsweise wenigstens fünf Stunden, andauern und steigert die Wirksamkeit eines folgenden Dotierungsprozesses. - In dem in
1C dargestellten Hauptimplantationsprozess bestrahlt ein zweiter Implantationsstrahl220 die erste Oberfläche101a des Halbleitersubstrates500 . Der zweite Implantationsstrahl220 umfasst Hauptimplantationsprotonen221 . Ein zweiter Implantationsabstand d2 kann dem ersten Implantationsabstand d1 des ersten Implantationsstrahles210 in1A entsprechen oder kann kleiner sein als der erste Implantationsabstand d1. - Gemäß anderen Ausführungsbeispielen hat ein vertikales Fremdstoffkonzentrationsprofil
221v der implantierten Hauptimplantationsprotonen221 ein Maximum bei einem zweiten Implantationsabstand d2, der größer oder kleiner sein kann als der erste Implantationsabstand d1 in1A . In einer zweiten durchquerten Schicht502 , die durch die implantierten Hauptimplantationsprotonen221 durchquert ist, induzieren die Hauptimplantationsprotonen221 die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten222 . Weitere Implantationen bei verschiedenen Implantationsenergien und/oder Implantationsdosen können folgen. -
1C zeigt die Hauptimplantationsprotonen221 , die in einer zweiten Implantationsschicht512 konzentriert sind, die strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekte222 in der zweiten durchquerten Schicht502 zwischen der ersten Oberfläche101a und einem zweiten Partikelbereich pr2 sowie die Kristalldefektkomplexe219 , die optional durch Wasserstoffatome stabilisiert sind, die während des ersten Implantationsprozesses eingeführt sein können. - Ein Nachausheilen bei einer zweiten Ausheiltemperatur T2 unterhalb der Dissoziationstemperatur TD bildet partikelkorrelierte Dotierstoffe
229 , die an den stationären und stabilen strahlungsinduzierten sowie leerstellenkorrelierten Hauptkristalldefekten222 lokalisiert sind, wie dies in1D gezeigt ist. - Die partikelkorrelierten Dotierstoffe
229 können wasserstoffkorrelierte Donatoren von verschiedenen Spezies, beispielsweise wasserstoffkorrelierte Doppeldonatoren (HDDs), flache wasserstoffkorrelierte Donatoren (SHDs) oder dergleichen sein. Für Siliziumsubstrate ist die zweite Ausheiltemperatur zwischen 300°C und 510°C, beispielsweise zwischen 400°C und 500°C. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Ausheiltemperatur zwischen 470°C und 495°C, und das Ausheilen dauert wenigstens drei, z.B. wenigstens fünf Stunden. - Die wasserstoffkorrelierten Donatoren
229 werden vorwiegend in einer Zone um einen zweiten Implantationsabstand d2 gebildet, wo die Konzentration der implantierten Hauptimplantationsprotonen ein Maximum hat. In der zweiten Implantationsschicht512 ist die Konzentration der Hauptimplantationsprotonen höher als die Konzentration der zweiten strahlungsinduzierten leerstellenkorrelierten Hauptkristalldefekte222 . Die Bildung der partikelkorrelierten Dotierstoffe229 in der zweiten Implantationszone512 ist hauptsächlich durch die Anzahl der strahlungsinduzierten leerstellenkorrelierten Hauptkristalldefekte222 gegeben. Im Fall einer Protonenimplantation sind mehr Wasserstoffatome in der zweiten Implantationsschicht512 verfügbar als Wasserstoffatome für die Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren verbraucht werden können. - Eine hohe Konzentration von überschüssigem freiem Wasserstoff in dem Halbleitersubstrat
500 kann die Bildung von elektrisch inaktiven Kristalldefektkomplexen auf Kosten der Wirksamkeit einer Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren229 derart begünstigen bzw. fördern, dass der überschüssige Wasserstoff die Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren aufwiegt bzw. ausgleicht. Beispielsweise kann überschüssiger Wasserstoff die Überführung bzw. Transformation von wasserstoffkorrelierten Donatoren in zusätzliche elektrisch inaktive Defektkomplexe fördern oder kann einen anderen Prozess induzieren, der mit der Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren konkurriert. - Stattdessen erzeugt das Vorkonditionieren bzw. Vorbehandeln einschließlich einer Erzeugung von Hilfskristalldefekten und deren Tempern über die Dissoziationstemperatur TD Kristalldefektkomplexe
219 , die einige der freien Wasserstoffatome gettern und den überschüssigen Wasserstoffgehalt reduzieren oder sogar zusätzliche als Donatoren wirkende leerstellenwasserstoff-korrelierte Komplexe bilden. - Damit steigert das Vorhandensein der Kristalldefektkomplexe
219 die Wirksamkeit der Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren während des Nachausheilens. Als ein Ergebnis ist eine geringere Gesamtimplantationsdosis ausreichend, um eine n-Typ-Schicht zu bilden, die nicht dotierende Atome enthält. Zusätzlich können höhere Konzentrationen von partikelkorrelierten Dotierstoffen als ohne das Vorkonditionieren erzielt werden. - Die Defektkomplexe
219 können auch freie Sauerstoffatome gettern, die in dem Halbleitersubstrat500 vorhanden sind. Beispielsweise enthalten m:Cz-Siliziumwafer (magnetische Czochralski-Siliziumwafer) bis zu einem gewissen Grad freie Zwischengittersauerstoffatome. Während eines Herstellens von Halbleitervorrichtungen aus dem Halbleitersubstrat500 können die freien Sauerstoffatome langkettige thermische sauerstoffkorrelierte Donatoren mit einer gewissen Erzeugungsrate bilden. Die Kristalldefektkomplexe219 können bis zu einem gewissen Grad die Zwischengittersauerstoffatome gettern. Das Gettern von Sauerstoffatomen bei den Defektkomplexen219 konkurriert mit der Bildung von sauerstoffkorrelierten Donatoren und reduziert damit die Bildung von sauerstoffkorrelierten Donatoren. Als ein Ergebnis kann eine höhere Konzentration an Zwischengittersauerstoff in einem jungfräulichen Halbleitersubstrat, beispielsweise in einem m:Cz-Siliziumwafer, toleriert werden. Beispielsweise kann das oben beschriebene Vorkonditionieren auf Siliziumsubstrate mit einer Sauerstoffkonzentration von wenigstens 1E16 cm–3, beispielsweise wenigstens 1E17 cm–3 oder wenigstens 2E17 cm–3, angewandt werden. - Nach der Hilfsimplantation und vor oder nach dem Vorausheilen oder dem Nachausheilen kann das Halbleitersubstrat
500 von der zweiten Oberfläche102 bis zu einer Hilfsebene bei einem Target- bzw. Zielabstand td zu der ersten Oberfläche101 gedünnt werden, um das vertikale Dotierstoffprofil der finalen bzw. endgültigen Vorrichtung zu formen bzw. zu gestalten. Der Zielabstand td kann dem ersten Partikelbereich pr1 von1A , dem zweiten Partikelbereich pr2, dem ersten Implantationsabstand d1 von1A oder dem zweiten Implantationsabstand d2 entsprechen oder kann kleiner sein als der zweite Implantationsabstand d2 derart, dass die zweite Implantationsschicht512 stark oder vollständig entfernt ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Zielabstand td derart gewählt, dass ein Bereich einer hohen Dotierstoffkonzentration nahe zu oder direkt angrenzend an die finale Rückseitenoberfläche, erhalten durch den Dünnungsprozess, gebildet werden kann. - Die
2A und2B beziehen sich auf einen Halbleiterkörper100 einer Halbleitervorrichtung550 . Die Halbleitervorrichtung550 kann eine Halbleiterdiode oder eine Halbleiterschaltvorrichtung, beispielsweise ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder ein Thyristor sein. Der Halbleiterkörper100 beruht auf einem einkristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium Si, Germanium Ge, Silizium-Germanium SiGe, Siliziumcarbid SiC, Galliumarsenid GaAs bzw. GaS, Galliumnitrid GaN, einem anderen AIIIBIV-Verbindungshalbleiter, Germanium Ge oder einem Silizium-Germanium-Kristall SiGe. - Der Halbleiterkörper
100 kann eine erste Oberfläche101 , die planar sein kann oder die koplanare Oberflächenabschnitte umfassen kann, sowie eine zweite Oberfläche102 parallel zu der ersten Oberfläche101 haben. Der Halbleiterkörper100 umfasst eine Implantationsschicht152 , die wasserstoffkorrelierte Donatoren enthält, wobei eine Implantationsdosis einer Protonenimplantation zum Erzeugen der wasserstoffkorrelierten Donatoren größer ist als 1E14 cm–2, beispielsweise größer als 4E14 cm–2. Längs einer vertikalen Richtung senkrecht zu der ersten Oberfläche101 nimmt die Konzentration der wasserstoffkorrelierten Donatoren stetig zwischen einem Maximalwert innerhalb der Implantationsschicht152 und der ersten Oberfläche101 sowie der zweiten Oberfläche102 , also beiden Oberflächen, ab. - Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Maximalwert des Konzentrationsprofils der wasserstoffkorrelierten Donatoren wenigstens 1E15 cm–3, beispielsweise wenigstens 3E15 cm–3 oder 1E16 cm–3.
- Eine weitere Implantationsschicht
151 kann direkt an die Implantationsschicht152 angrenzen, wobei die Konzentration an wasserstoffkorrelierten Donatoren in der Implantationsschicht152 wenigstens viermal, beispielsweise wenigstens zehnmal so hoch ist wie in der weiteren Implantationsschicht151 . Eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der weiteren Implantationsschicht151 kann wenigstens zweimal so groß wie die vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Implantationsschicht152 sein. In den Implantationsschichten151 ,152 können die wasserstoffkorrelierten Donatoren zu einer gleichmäßigen oder gestuften Hintergrunddotierung von Donatoren, wie Phosphor-P- oder Arsen-As-Atomen beitragen. - Die Implantationsschichten
151 ,152 können Kombinationen einer Driftzone und einer Feldstoppschicht, einer Barriereschicht, von Rekombinations- oder Injektionszonen oder Teilen hiervon als Beispiel bilden. -
2B zeigt erste Konzentrationsprofile281 , die aus einem Prozess resultieren, der das oben beschrieben Vorkonditionieren verwendet, sowie zweite Konzentrationsprofile282 für wasserstoffkorrelierte Donatoren, die gemäß Vergleichsbeispielen ohne Vorkonditionieren für hohe Implantationsdosen von wenigstens 2E14 cm–2 gebildet sind. - Gewöhnlich gleicht nach einer Protonenimplantation die hohe Wasserstofffremdstoffkonzentration in und um die Implantationsschicht
152 lokal die Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren aus. Als eine Folge überschreitet in einer herkömmlichen Implantationsschicht152 ein Maximalwert der Konzentration der wasserstoffkorrelierten Donatoren nicht 1E15 cm–2. Weiterhin ist aufgrund des höheren Wasserstoffüberschusses in und nahe zu der Implantationsschicht152 die Bildung der wasserstoffkorrelierten Donatoren weniger wirksam als in einem größeren Abstand zu der Implantationsschicht152 . Damit zeigen bei hohen Implantationsdosen von wenigstens 2E14 cm–2 die zweiten Konzentrationsprofile282 Minima zwischen der Implantationsoberfläche und dem Konzentrationsmaximum. Für das in2B dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Minima in dem Bereich von 60 µm bis 70 µm, d.h. nahe zu dem Dotierungsmaximum um das Ende des Bereichs bzw. um End-of-Range der Protonenimplantation. Da dagegen das Vorkonditionieren lokal den Überschuss an Wasserstoff derart vermindert, dass der ausgleichende Effekt an überschüssigem Wasserstoff teilweise angepasst ist, zeigen die ersten Konzentrationsprofile281 , die aus dem oben beschriebenen Vorkonditionieren gemäß den Ausführungsbeispielen resultieren, keine lokalen Minima selbst bei hohen Implantationsdosen von wenigstens 2E14 cm–2 oder wenigstens 4E14 cm–2. - Stattdessen fällt für einen Maximalwert der wasserstoffkorrelierten Donatorenkonzentration von wenigstens 1E15 cm–3, beispielsweise wenigstens 3E15 cm–3, oder gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel 1E16 cm–3 bei einem ersten Abstand dA zu der ersten Oberfläche
101 die wasserstoffkorrelierte Donatorenkonzentration nicht unter 1E14 cm–3 über wenigstens 60%, beispielsweise wenigstens 75%, eines Intervalls zwischen der ersten Oberfläche101 und dem ersten Abstand dA, wobei der erste Abstand dA größer als 40 µm, beispielsweise größer als 60 µm, sein kann. Die ersten Konzentrationsprofile281 können stetig über wenigstens 60% des Intervalls zwischen der ersten Oberfläche101 und dem ersten Abstand dA mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Abstand dA abnehmen. - Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten Konzentrationsprofile
281 ein oder mehrere weitere lokale Maxima zwischen der ersten Oberfläche101 und dem ersten Abstand dA aufweisen, wobei die lokalen Maxima Werte niedriger als der Maximalwert bei dem ersten Abstand dA haben. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel nehmen die ersten Konzentrationsprofile281 stetig von dem Maximalwert bei dem ersten Abstand dA mit abnehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche101 ab. Zusätzlich können die ersten Konzentrationsprofile281 stetig von dem Maximalwert bei dem ersten Abstand dA mit abnehmendem Abstand zu der zweiten Oberfläche102 abnehmen. -
3A bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Die Erzeugung von Hilfskristalldefekten wird in einem Halbleitersubstrat induziert (302 ). Das Halbleitersubstrat wird vorausgeheilt bei einer Temperatur oberhalb einer Dissoziationstemperatur, bei welcher die Hilfskristalldefekte in elektrisch inaktive Kristalldefektkomplexe transformiert werden (304 ). Hauptimplantationspartikel werden in das Halbleitersubstrat implantiert, um die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten zu induzieren (306 ). Ein Nachausheilen kann die Erzeugung von partikelkorrelierten Donatoren aufgrund der Hauptkristalldefekte und der vorausgeheilten Hilfskristalldefekte induzieren. - Das Verfahren von
3B ist ähnlich zu dem Verfahren von3A und umfasst weiterhin ein Nachausheilen bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur für die Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren aufgrund der strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekte (308 ). - Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.
Claims (23)
- Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Induzieren einer Erzeugung von Hilfskristalldefekten (
212 ) in einem Halbleitersubstrat (500 ), dann Vorausheilen des Halbleitersubstrats (500 ) bei einer Temperatur oberhalb einer Dissoziationstemperatur, bei welcher die Hilfskristalldefekte (212 ) in Kristalldefektkomplexe (219 ) transformieren, und dann Implantieren von Hauptimplantationsprotonen (221 ) in das Halbleitersubstrat (500 ), wobei das Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (221 ) die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222 ) induziert. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vorausheilen die Hilfskristalldefekte (
212 ) in elektrisch inaktive Kristalldefektkomplexe (219 ) transformiert. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: Nachausheilen nach einem Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (
221 ) des Halbleitersubstrats (500 ) bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur, um partikelkorrelierte Dotierstoffe bei den strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222 ) und den vorausgeheilten Hilfsdefekten (212 ) zu bilden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Induzieren einer Erzeugung der Hilfskristalldefekte (
212 ) ein Implantieren von Hilfsimplantationspartikeln umfasst. - Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Hilfsimplantationspartikel aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Protonen, Heliumionen, Neutronen und Elektronen besteht.
- Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend: Entfernen wenigstens eines Teiles des Halbleitersubstrats (
500 ) zwischen einer End-of-Range-Spitze der Hauptimplantationspartikel und einer Oberfläche (102a ) entgegengesetzt zu einer Oberfläche (101a ), durch welche die Hilfsimplantationspartikel implantiert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Induzieren einer Erzeugung der Hilfskristalldefekte (
212 ) ein rasches thermisches Ausheilen umfasst. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Halbleitersubstrat (
500 ) einen Siliziumkristall umfasst und die partikelkorrelierten Dotierstoffe wasserstoffkorrelierte Donatoren sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Halbleitersubstrat (
500 ) einen Siliziumkristall umfasst und das Vorausheilen bei einer Temperatur größer als 500°C ausgeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Halbleitersubstrat (
500 ) einen Siliziumkristall umfasst und das Nachausheilen bei einer Temperatur zwischen270 und 500°C ausgeführt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Implantationsdosis der Hauptimplantationspartikel größer als 1E14 cm–2 ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Implantationsdosis der Hauptimplantationspartikel größer als 4E14 cm–2 ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Hilfsimplantationspartikel Protonen sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem ein Implantieren der Hilfsimplantationspartikel wenigstens zwei verschiedene Implantationsprozesse bei verschiedenen Implantationsenergien umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Halbleitersubstrat (
500 ) ein magnetischer Czochralski-Wafer ist, der Zwischengitter-Sauerstoff bei einer Konzentration von wenigstens 1E17 cm–3 enthält. - Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 15, weiterhin umfassend: Diffundieren von Wasserstoff in das Halbleitersubstrat (
500 ) vor dem Nachausheilen. - Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (
500 ) mit parallelen ersten und zweiten Oberflächen (101a ,102a ) und enthaltend wasserstoffkorrelierte Donatoren, wobei ein Konzentrationsprofil der wasserstoffkorrelierten Donatoren vertikal zu der ersten Oberfläche (101a ) einen Maximalwert von wenigstens 1E15 cm–3 bei einem ersten Abstand zu der ersten Oberfläche (101a ) hat und nicht unter 1E14 cm–3 über wenigstens 60% eines Intervalls zwischen der ersten Oberfläche und dem ersten Abstand fällt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Konzentrationsprofil stetig mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Abstand über wenigstens 60% des Intervalls zwischen der ersten Oberfläche (
101a ) und dem ersten Abstand abfällt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Konzentrationsprofil stetig von dem ersten Abstand zu der ersten Oberfläche (
101a ) abnimmt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Konzentrationsprofil stetig von dem ersten Abstand zu der zweiten Oberfläche (
102a ) abnimmt. - Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der der erste Abstand größer als 50 µm ist.
- Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei der der Maximalwert des vertikalen Konzentrationsprofils der wasserstoffkorrelierten Donatoren wenigstens 3E15 cm–3 ist.
- Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der der Maximalwert des vertikalen Konzentrationsprofils der wasserstoffkorrelierten Donatoren bei einem Abstand von höchstens 1 µm zu der zweiten Oberfläche (
102a ) ist.
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