DE102015103810B4 - Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Erzeugen und Ausheilen von strahlungsinduzierten Kristalldefekten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:
Erzeugen von Hilfskristalldefekten (212) in einer durchstrahlten Schicht (501) eines Halbleitersubstrats (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) durch die erste Oberfläche (101a) in das Halbleitersubstrat (500), wobei das Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (221) die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222) induziert, und
Nachausheilen des Halbleitersubstrats (500) nach dem Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (221) bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur, wobei an den strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222) und den vorausgeheilten Hilfsdefekten (212) partikelkorrelierte Dotierstoffe ausgebildet werden.

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 °C 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.
  • Die DE 10 2006 002 903 A1 und DE 10 2007 033 873 A1 bilden in einem Czochralski-Substrat eine präzipitatarme oberflächennahe erste Halbleiterzone aus. Dazu werden in einer zweiten Halbleiterzone, die durch die erste Halbleiterzone von der ersten Oberfläche des Czochralski-Substrats beabstandet ist, Kristallschäden erzeugt. Bei Temperaturen über 600 °C werden die Kristallschäden in der zweiten Halbleiterzone zu Leerstellen/Sauerstoffkomplexen umgeformt, die als Getterzentren für Gitterleerstellen dienen, so dass Gitterleerstellen aus der ersten Halbleiterzone in die zweite Halbleiterzone wandern. In die erste Halbleiterzone werden Protonen implantiert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 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 wasserstoff korrelierte 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.
  • Figurenliste
    • 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 von 1A nach Vorausheilen des Halbleitersubstrats.
    • 1C ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 1B nach Implantieren von Hauptimplantationspartikeln.
    • 1D ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 1C 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 von 2A 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
  • 1A bis 1D veranschaulichen die Bildung von teilchenkorrelierten Dotierstoffen in einem Halbleitersubstrat 500, wobei eine Erzeugung der teilchenkorrelierten Dotierstoffe ein Induzieren einer Erzeugung von Hauptkristalldefekten durch Implantieren von Hauptimplantationspartikeln 211 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 Halbleitersubstrat 500 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 Oberfläche 101a und eine zweite Oberfläche 102a parallel zu der ersten Oberfläche 101a haben. Im Folgenden definiert eine Normale zu der ersten Oberfläche 101a eine vertikale Richtung, und Richtungen parallel zu der ersten Oberfläche 101a sind laterale Richtungen. Das Halbleitersubstrat 500 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 Halbleitersubstrat 500 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 Implantationsstrahl 210, der Hilfsimplantationspartikel 211, wie beispielsweise Elektronen, Neutronen, Protonen oder leichte Ionen, z.B. Heliumionen, enthält, fällt auf die erste Oberfläche 101a ein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der erste Implantationsstrahl 210 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 Hilfsimplantationspartikel 211 durchqueren eine erste durchquerte Schicht 501 des Halbleitersubstrats 500 zwischen der ersten Oberfläche 101a und einem ersten Partikelbereich pr1 und induzieren die Bildung der strahlungsinduzierten Hilfskristalldefekte 212 in der ersten durchquerten Schicht 501.
  • Nach dem Hilfsimplantationsprozess enthält das Halbleitersubstrat 500 die Hilfskristalldefekte 212 in der durchquerten Schicht 501 sowie die Hilfsimplantationspartikel 211 in der ersten Implantationsschicht 511. Das vertikale Konzentrationsprofil 212v der Hilfskristalldefekte 212 ist angenähert konstant in einem Teil der ersten durchquerten Schicht 501 zwischen der ersten Oberfläche 101a und der ersten Implantationsschicht 511, kann eine flache Spitze innerhalb der ersten Implantationsschicht 511 haben und kann von der flachen Spitze innerhalb des zweiten Partikelbereiches pr1 abfallen bzw. schwächer werden. Das vertikale Konzentrationsprofil 211v der Hilfsimplantationspartikel 211 weist angenähert eine Gauss-Verteilung auf, wobei der Maximalwert bei einem ersten Implantationsabstand d1 bestimmt ist durch die Beschleunigungsenergie der Hilfsimplantationspartikel 211.
  • Weiter in 1B wird das Halbleitersubstrat 500 bei einer ersten Ausheiltemperatur T1 größer als die Dissoziationstemperatur TD der Hilfskristalldefekte 212 vorausgeheilt. Die Hilfskristalldefekte 212 können Kernkomplexe umfassen, die nach einer Dissoziation der Hilfskristalldefekte 212 beispielsweise Agglomerate in Kristalldefektkomplexe 219 hoher Ordnung transformieren, die Leerstellen und Sauerstoff VnOm enthalten, um dadurch optional bis zu einigem Grad Wasserstoffatome zu beinhalten, die in dem Halbleitersubstrat 500 enthalten sind. Die Kristalldefektkomplexe 219 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 Kristalldefektkomplexe 219, die elektrisch inaktiv sein können und die in dem Halbleitersubstrat 500 vorhandene Wasserstoffatome gettern können. Die Kristalldefektkomplexe 219 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 Hilfskristalldefekte 212 von 1A oder angenähert alle von diesen in Kristalldefektkomplexe 219 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 Implantationsstrahl 220 die erste Oberfläche 101a des Halbleitersubstrates 500. Der zweite Implantationsstrahl 220 umfasst Hauptimplantationsprotonen 221. Ein zweiter Implantationsabstand d2 kann dem ersten Implantationsabstand d1 des ersten Implantationsstrahles 210 in 1A entsprechen oder kann kleiner sein als der erste Implantationsabstand d1.
  • Gemäß anderen Ausführungsbeispielen hat ein vertikales Fremdstoffkonzentrationsprofil 221v der implantierten Hauptimplantationsprotonen 221 ein Maximum bei einem zweiten Implantationsabstand d2, der größer oder kleiner sein kann als der erste Implantationsabstand d1 in 1A. In einer zweiten durchquerten Schicht 502, die durch die implantierten Hauptimplantationsprotonen 221 durchquert ist, induzieren die Hauptimplantationsprotonen 221 die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten 222. Weitere Implantationen bei verschiedenen Implantationsenergien und/oder Implantationsdosen können folgen.
  • 1C zeigt die Hauptimplantationsprotonen 221, die in einer zweiten Implantationsschicht 512 konzentriert sind, die strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekte 222 in der zweiten durchquerten Schicht 502 zwischen der ersten Oberfläche 101a und einem zweiten Partikelbereich pr2 sowie die Kristalldefektkomplexe 219, 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 Hauptkristalldefekten 222 lokalisiert sind, wie dies in 1D 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 Implantationsschicht 512 ist die Konzentration der Hauptimplantationsprotonen höher als die Konzentration der zweiten strahlungsinduzierten leerstellenkorrelierten Hauptkristalldefekte 222. Die Bildung der partikelkorrelierten Dotierstoffe 229 in der zweiten Implantationszone 512 ist hauptsächlich durch die Anzahl der strahlungsinduzierten leerstellenkorrelierten Hauptkristalldefekte 222 gegeben. Im Fall einer Protonenimplantation sind mehr Wasserstoffatome in der zweiten Implantationsschicht 512 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 Donatoren 229 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 Kristalldefektkomplexe 219 können auch freie Sauerstoffatome gettern, die in dem Halbleitersubstrat 500 vorhanden sind. Beispielsweise enthalten m:Cz-Siliziumwafer (magnetische Czochralski-Siliziumwafer) bis zu einem gewissen Grad freie Zwischengittersauerstoffatome. Während eines Herstellens von Halbleitervorrichtungen aus dem Halbleitersubstrat 500 können die freien Sauerstoffatome langkettige thermische sauerstoffkorrelierte Donatoren mit einer gewissen Erzeugungsrate bilden. Die Kristalldefektkomplexe 219 können bis zu einem gewissen Grad die Zwischengittersauerstoffatome gettern. Das Gettern von Sauerstoffatomen an den Kristalldefektkomplexen 219 konkurriert mit der Bildung von sauerstoffkorrelierten Donatoren und reduziert damit die Bildung von sauerstoffkorrelierten Donatoren. Im 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 Oberfläche 102a bis zu einer Hilfsebene bei einem Target- bzw. Zielabstand td zu der ersten Oberfläche 101a gedünnt werden, um das vertikale Dotierstoffprofil der finalen bzw. endgültigen Vorrichtung zu formen bzw. zu gestalten. Der Zielabstand td kann dem ersten Partikelbereich pr1 von 1A, dem zweiten Partikelbereich pr2, dem ersten Implantationsabstand d1 von 1A oder dem zweiten Implantationsabstand d2 entsprechen oder kann kleiner sein als der zweite Implantationsabstand d2 derart, dass die zweite Implantationsschicht 512 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 und 2B beziehen sich auf einen Halbleiterkörper 100 einer Halbleitervorrichtung 550. Die Halbleitervorrichtung 550 kann eine Halbleiterdiode oder eine Halbleiterschaltvorrichtung, beispielsweise ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder ein Thyristor sein. Der Halbleiterkörper 100 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 Oberfläche 101, die planar sein kann oder die koplanare Oberflächenabschnitte umfassen kann, sowie eine zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101 haben. Der Halbleiterkörper 100 umfasst eine Implantationsschicht 152, 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 Oberfläche 101 nimmt die Konzentration der wasserstoffkorrelierten Donatoren stetig zwischen einem Maximalwert innerhalb der Implantationsschicht 152 und der ersten Oberfläche 101 sowie der zweiten Oberfläche 102, 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 Implantationsschicht 152 angrenzen, wobei die Konzentration an wasserstoffkorrelierten Donatoren in der Implantationsschicht 152 wenigstens viermal, beispielsweise wenigstens zehnmal so hoch ist wie in der weiteren Implantationsschicht 151. Eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der weiteren Implantationsschicht 151 kann wenigstens zweimal so groß wie die vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Implantationsschicht 152 sein. In den Implantationsschichten 151, 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 Konzentrationsprofile 281, die aus einem Prozess resultieren, der das oben beschrieben Vorkonditionieren verwendet, sowie zweite Konzentrationsprofile 282 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 Implantationsschicht 152 ein Maximalwert der Konzentration der wasserstoffkorrelierten Donatoren nicht 1E15 cm-2. Weiterhin ist aufgrund des höheren Wasserstoffüberschusses in und nahe zu der Implantationsschicht 152 die Bildung der wasserstoffkorrelierten Donatoren weniger wirksam als in einem größeren Abstand zu der Implantationsschicht 152. Damit zeigen bei hohen Implantationsdosen von wenigstens 2E14 cm-2 die zweiten Konzentrationsprofile 282 Minima zwischen der Implantationsoberfläche und dem Konzentrationsmaximum. Für das in 2B 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 Konzentrationsprofile 281, 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 Oberfläche 101 und dem ersten Abstand dA, wobei der erste Abstand dA größer als 40 µm, beispielsweise größer als 60 µm, sein kann. Die ersten Konzentrationsprofile 281 können stetig über wenigstens 60 % des Intervalls zwischen der ersten Oberfläche 101 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 Oberfläche 101 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 Konzentrationsprofile 281 stetig von dem Maximalwert bei dem ersten Abstand dA mit abnehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 ab. Zusätzlich können die ersten Konzentrationsprofile 281 stetig von dem Maximalwert bei dem ersten Abstand dA mit abnehmendem Abstand zu der zweiten Oberfläche 102 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 von 3A und umfasst weiterhin ein Nachausheilen bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur für die Bildung von wasserstoffkorrelierten Donatoren aufgrund der strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekte (308).

Claims (22)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von Hilfskristalldefekten (212) in einer durchstrahlten Schicht (501) eines Halbleitersubstrats (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) durch die erste Oberfläche (101a) in das Halbleitersubstrat (500), wobei das Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (221) die Erzeugung von strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222) induziert, und Nachausheilen des Halbleitersubstrats (500) nach dem Implantieren der Hauptimplantationsprotonen (221) bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur, wobei an den strahlungsinduzierten Hauptkristalldefekten (222) und den vorausgeheilten Hilfsdefekten (212) partikelkorrelierte Dotierstoffe ausgebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vorausheilen die Hilfskristalldefekte (212) in elektrisch inaktive Kristalldefektkomplexe (219) transformiert.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem ein Induzieren einer Erzeugung der Hilfskristalldefekte (212) ein Implantieren von Hilfsimplantationspartikeln umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Hilfsimplantationspartikel aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Protonen, Heliumionen, Neutronen und Elektronen besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, weiterhin umfassend: Entfernen wenigstens eines Teiles des Halbleitersubstrats (500) zwischen einer End-of-Range-Spitze der Hauptimplantationspartikel und einer zweiten Oberfläche (102a) entgegengesetzt zur ersten Oberfläche (101a), durch welche die Hilfsimplantationspartikel implantiert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Induzieren einer Erzeugung der Hilfskristalldefekte (212) ein rasches thermisches Ausheilen umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Halbleitersubstrat (500) einen Siliziumkristall umfasst und die partikelkorrelierten Dotierstoffe wasserstoffkorrelierte Donatoren sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Halbleitersubstrat (500) einen Siliziumkristall umfasst und das Vorausheilen bei einer Temperatur größer als 500 °C ausgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halbleitersubstrat (500) einen Siliziumkristall umfasst und das Nachausheilen bei einer Temperatur zwischen 270 °C und 500 °C ausgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Implantationsdosis der Hauptimplantationspartikel größer als 1E14 cm-2 ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Implantationsdosis der Hauptimplantationspartikel größer als 4E14 cm-2 ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Hilfsimplantationspartikel Protonen sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein Implantieren der Hilfsimplantationspartikel wenigstens zwei verschiedene Implantationsprozesse bei verschiedenen Implantationsenergien umfasst.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Halbleitersubstrat (500) ein magnetischer Czochralski-Wafer ist, der Zwischengitter-Sauerstoff bei einer Konzentration von wenigstens 1E17 cm-3 enthält.
  15. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin umfassend: Diffundieren von Wasserstoff in das Halbleitersubstrat (500) vor dem Nachausheilen.
  16. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (100) mit parallelen ersten und zweiten Oberflächen (101, 102) und enthaltend wasserstoffkorrelierte Donatoren und elektrisch inaktive Kristalldefektkomplexe (219), 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 über wenigstens 60 % eines Intervalls zwischen der ersten Oberfläche (101) und dem ersten Abstand nicht unter 1E14 cm-3 fällt.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Konzentrationsprofil stetig mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Abstand über wenigstens 60 % des Intervalls zwischen der ersten Oberfläche (101) und dem ersten Abstand abfällt.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Konzentrationsprofil stetig von dem ersten Abstand zu der ersten Oberfläche (101) abnimmt.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Konzentrationsprofil stetig von dem ersten Abstand zu der zweiten Oberfläche (102) abnimmt.
  20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der der erste Abstand größer als 50 µm ist.
  21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der der Maximalwert des vertikalen Konzentrationsprofils der wasserstoffkorrelierten Donatoren wenigstens 3E15 cm-3 ist.
  22. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei der der Maximalwert des vertikalen Konzentrationsprofils der wasserstoffkorrelierten Donatoren bei einem Abstand von höchstens 1 µm zu der zweiten Oberfläche (102) ist.
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