DE10325011B4 - Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat Download PDF

Info

Publication number
DE10325011B4
DE10325011B4 DE2003125011 DE10325011A DE10325011B4 DE 10325011 B4 DE10325011 B4 DE 10325011B4 DE 2003125011 DE2003125011 DE 2003125011 DE 10325011 A DE10325011 A DE 10325011A DE 10325011 B4 DE10325011 B4 DE 10325011B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
implantation
doping
substrate
shading
dopant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2003125011
Other languages
English (en)
Other versions
DE10325011A1 (de
Inventor
Martin Dr. Knaipp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram AG
Original Assignee
Austriamicrosystems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Austriamicrosystems AG filed Critical Austriamicrosystems AG
Priority to DE2003125011 priority Critical patent/DE10325011B4/de
Publication of DE10325011A1 publication Critical patent/DE10325011A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10325011B4 publication Critical patent/DE10325011B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26586Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation characterised by the angle between the ion beam and the crystal planes or the main crystal surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701Ion implantation
    • H01J2237/31706Ion implantation characterised by the area treated
    • H01J2237/3171Ion implantation characterised by the area treated patterned
    • H01J2237/31711Ion implantation characterised by the area treated patterned using mask
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823493MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the wells or tubs, e.g. twin tubs, high energy well implants, buried implanted layers for lateral isolation [BILLI]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Dotierungsgebiete (DG) in einem Substrat (S),
– bei dem auf dem Substrat eine Dotierungsmaske (DM) erzeugt wird, die im Bereich der zu erzeugenden Dotierungsgebiete Öffnungen (O) aufweist,
– bei dem ein Dotierstoff durch die Öffnungen der Dotierungsmaske in das Substrat implantiert wird, wobei die Dosis kontrolliert wird,
– bei dem der implantierte Dotierstoff anschließend tiefer in das Substrat eingetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet,
– daß die Implantation des Dotierstoffs unter einem gegen die Oberflächennormale des Substrats (S) gemessenen Implantationswinkel α erfolgt, wobei 0° < α <90°,
– daß die Implantation in zumindest einem ersten und einem zweiten Implantationsschritt erfolgt, wobei das Substrat mit der Dotierungsmaske zwischen den beiden Implantationsschritten um einen definierten Drehwinkel β um seine Oberflächennormale (N) gedreht wird, wobei 0° < β < 360°,
– daß die Kontrolle der Dosis über eine Formgebung der Öffnungen (O) der Dotierungsmaske...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat, bei dem auf dem Substrat eine Dotierungsmaske erzeugt wird, die im Bereich der zu erzeugenden Dotierungsgebiete Öffnungen aufweist, bei dem ein Dotierstoff durch die Öffnungen der Dotierungsmaske in das Substrat implantiert wird, wobei die Dosis kontrolliert wird, und bei dem der implantierte Dotierstoff anschließend tiefer in das Substrat eingetrieben wird.
  • Zur Herstellung von Dotierungen insbesondere in Halbleitermaterialien sind Implantationsverfahren geeignet, bei denen die Implantationstiefe beispielsweise durch die kinetische Energie der zu implantierenden beispielsweise ionischen Dotierstoffe bestimmt wird. Alternativ und gegebenenfalls zusätzlich ist es möglich, einen implantierten Dotierstoff durch Einstellen geeigneter Eintreibbedingungen, insbesondere durch Fahren eines geeigneten Temperaturprogramms weiter in das Halbleitermaterial eindiffundieren zu lassen. Durch genaue Abstimmung von Implantationsverfahren und Eintreibbedingungen können auf diese Art und Weise unterschiedliche Dotierprofile hergestellt werden. Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Implantationstiefe zu kontrollieren, besteht in der Kontrolle der Menge des implantierten Dotierstoffs.
  • Bei elektronischen Bauelementen, die für einen Hochvolteinsatz bei beispielsweise 50V geeignet sind, ist die Einstellung optimaler Dotierprofile besonders wichtig, da unter dem Einfluß der hohen am Bauelement anliegenden Spannung besonders leicht elektrische Kurzschlüsse z.B. zum Substrat oder zu anderen Bauelementstrukturen hin auftreten können. Ein solches ungeeignetes Dotierprofil kann außerdem ebenfalls un erwünschte Ströme, z.B. aufgrund von Stoßionisation verursachen.
  • Zur elektrischen Isolierung von Transistorkontakten, insbesondere bei Hochvoltbauelementen, werden üblicherweise ineinander angeordnete Wannen entgegengesetzter Leitfähigkeit eingesetzt, so daß an den Übergängen eines mit einem Dotierstoff eines ersten Leitfähigkeitstyps dotierten Anschlußgebiets zur isolierenden Wanne, die mit einem Dotierstoff eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, sowie am Übergang von der isolierenden Wanne hin zum Substrat, welches wiederum mit einem Dotierstoff des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, zusätzliche Raumladungszonen entstehen, die Ladungsträgerbarrieren darstellen.
  • In der Prozeßentwicklung bei der Herstellung und Prozessierung solcher Hochvoltbauelemente ist es ein ausdrückliches Ziel, die Bauelemente mit definierten Durchbruchsspannungen und geringen Schaltwiderständen zu realisieren. Dazu ist es insbesondere notwendig, die Raumladungszonen in dem Bauelement bezüglich der geforderten elektrischen Kenngrößen zu optimieren. Da diese jedoch dreidimensionale Abmessungen haben, ist auch eine dreidimensionale Kontrolle der Raumladungszonen und insbesondere eine Kontrolle des dreidimensionalen Dotierprofils erforderlich. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung isolierender Wannen, sogenannter PTUBs oder NTUBs. Solche Wannen müssen in eine Tiefe von bis zu 10 μm eingetrieben werden. Die Breite einer solchen Wanne kann dabei je nach Bauelement von 2 bis 20 μm betragen. Der Breakdown bei Hochvoltbauelementen ist in den isolierenden Wannen meist von der oberflächennahen Dotierungsstärke am Rand der Wannen bestimmt. Aus diesem Grund wird angestrebt, die Dotierungsstärke und damit auch die Tiefe der Dotierung im Randbereich der Wann zu reduzieren.
  • Zur Herstellung von unterschiedlichen tiefen Dotierungen nebeneinander in einem Substrat werden bislang mehrere Dotie rungsschritte mit unterschiedlichen Dotierungsmasken verwendet, um entweder eine unterschiedliche Implantationsdosis oder ein für die Dotierungsschritte unterschiedliches thermisches Budget zum Eintreiben des implantierten Dotierstoffs einsetzen zu können. Dies erfordert bezüglich der notwendigen zusätzlichen Dotierungsmasken und der damit verbundenen zusätzlichen Verfahrensschritte einen erhöhten Aufwand gegenüber der Herstellung eines Dotierungsgebiets mit einheitlicher Dotierungstiefe.
  • Aus der US 5 300 454 A ist es bekannt, bei der Dotierung innerhalb einer Öffnung einer Dotierungsmaske Abschattungselemente vorzusehen, die dort in dieser Öffnung zu einer geringeren Dotierungsstärke führen als in einer Öffnung ohne die genannten Abschattungselemente.
  • Aus der US 5 512 498 A ist es bekannt, eine Implantationsmaske vorzusehen, die Öffnungen mit unterschiedlichen Aspektverhältnissen enthält. Diese Maske wird dazu verwendet, einen ersten Dotierungsschritt unter einem ersten Implantationswinkel und eine zweite Implantation unter einem zweiten, vom ersten verschiedenen Implantationswinkel durchzuführen. Einer der Implantationswinkel kann so gewählt sein, dass aufgrund des hohen Aspektverhältnissses und entsprechendem Implantationswinkel der Dotierstoff die Substratoberfläche nicht erreicht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Dotierverfahren anzugeben, mit dem ein Dotierprofil mit unterschiedlichen Dotierungstiefen einfacher erzeugt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie bevorzugte Anwendungen gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
  • Die Erfindung schlägt vor, in den Öffnungen der Dotierungsmaske Abschattungsstrukturen vorzusehen, um mit Hilfe dieser Abschattungen die Dotierungsdosis zu variieren. Die Abschattungsstrukturen enthalten Abschattungselemente mit langgestreckter Ausdehnung. Bei einer Implantation in zumindest zwei Schritten, die unter einem gegebenen Implantationswinkel α durchgeführt werden, und zwischen denen eine Drehung des Substrats um einen gegebenen Winkel erfolgt, wird so einmal eine maximale und einmal eine minimale Abschattung mit dem gleichen Abschattungselement erzeugt. Im erfindungsgemäßen Verfahren können so in unterschiedlichen Öffnungen in einer einzigen Dotierungsmaske unterschiedlich gemittelte Dosen implantierten Dotierstoffs erzeugt werden. Das Eintreiben des implantierten Dotierstoffs erfolgt für alle Dotierungsgebiete in einem gemeinsamen Schritt. Die unterschiedliche Dosis in den unterschiedlichen Öffnungen führt dazu, dass in Abhängigkeit von der implantierten Dosis eine unterschiedliche Dotierungstiefe erzielt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß nur eine Dotierungsmaske benötigt wird, um für einen Dotierstoff Dotierungsgebiete beliebiger und unterschiedlicher Dotierungstiefe zu erzeugen. Das Eintreiben erfolgt dabei mit ei nem einheitlichen thermischen Budget, welches so eingestellt ist, das es zum Erzielen einer gewünschten Dotierungstiefe in nicht abgeschatteten Öffnungen geeignet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist für unterschiedliche Substrate geeignet, insbesondere jedoch für Halbleitersubstrate. In diesem Fall werden als Dotierstoff Donor- oder Akzeptor-Atome oder -Ionen implantiert und eingetrieben, um in den Dotierungsgebieten eine Leitfähigkeit des entsprechenden Leitfähigkeitstyps zu erzeugen. Einsetzbar ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch für andere Substrate, insbesondere für keramische Substrate, um mit Hilfe des Dotierstoffs eine gewünschte Eigenschaft in der Keramik zu erzeugen oder zu verändern. Möglich ist es beispielsweise, in einer Keramik mit Hilfe eines Dotierstoffs eine elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, die Sintergeschwindigkeit zu erhöhen, oder allgemein die Dielektrizitätskonstante zu verändern. Möglich ist auch, mit Hilfe des Verfahrens optische Eigenschaften in Substraten zu beeinflussen, die z.B. für lichtemittierende oder lichtempfindliche Bauelemente eingesetzt werden. Allgemein ist das Verfahren zum Erzeugen beliebiger Dotierungen in beliebigen Substraten geeignet und erzeugt dort ein gewünschtes dreidimensionales Profil, d. h., Dotierungen mit örtlich definierter einstellbarer Dotierungstiefe.
  • Die Abschattungsstruktur ist eine beliebige Struktur, die die Implantation des Dotierstoffs vermindert oder unterdrückt. Die einfachste Ausführung einer erfindungsgemäßen Abschattungsstruktur besteht in einem einzelnen Abschattungselement, welches insbesondere zentral in einer der Öffnungen der Dotierungsmaske angeordnet wird, in der eine verminderte Dotierungstiefe erzeugt werden soll. Durch das zentrale Abschattungselement wird aus der ursprünglich flächigen Öffnung eine ringförmige Öffnung. Mit diesem zentralen Abschattungselement wird dabei ein ringförmiges implantiertes Gebiet erzeugt. Beim Eintreiben des Dotierstoffes durch Einwirkenlassen eines thermischen Budgets unter Eintreibbedingungen diffundiert dieser gleichmäßig in alle Richtungen, also auch unter das Abschattungselement, wobei sich die ringförmigen Diffusionsfronten unterhalb des Abschattungselementes schließen bzw. vereinigen. Auf diese Weise wird trotz des Abschattungselementes ein Dotierungsgebiet erzeugt, welches ein gleichmäßiges Dotierprofil aufweist. Zwischen den Randbereichen des Dotierungsgebiets und dem zentralen Bereich des Dotierungsgebietes treten nur geringe Unterschiede in der Dotierstoffkonzentration auf. Ein so erzeugtes Dotierungsgebiet hat gegenüber einem mit herkömmlicher großflächiger Öffnung in der Dotierungsmaske erzeugten Dotierungsgebiet den weiteren Vorteil, daß es ein homogeneres Dotierprofil aufweist. Insbesondere in den Randbereichen des Dotierungsgebietes ist es insbesondere zur Herstellung von Halbleiterbauelementen für den Hochvoltbereich optimiert.
  • Bezüglich der flächigen Ausdehnung des Dotierungsgebietes entspricht das erfindungsgemäß erzeugte Dotierungsgebiet einem herkömmlich mit einer gleichgroßen Öffnung in der Dotierungsmaske erzeugten Dotierungsgebiet ohne (z.B. zentral angeordnetes) Abschattungselement.
  • Zur Herstellung großflächigerer Dotierungsgebiete mit gewünschter reduzierter Dotierungstiefe wird vorzugsweise jedoch eine Abschattungsstruktur vorgesehen, welche mehrere Abschattungselemente umfaßt. Diese können gleichmäßig über die Öffnung verteilt sein. Möglich ist es jedoch auch, die Abschattungselemente gemäß einem gewünschten Tiefenprofil des Dotierungsgebietes mit entsprechend angepaßter Verteilung anzuordnen. Die Abschattungselemente sind dann so verteilt, daß die Anordnungsdichte der Abschattungselemente umgekehrt proportional zur gewünschten Tiefe des Dotierungsgebiets vorgenommen wird. Ein höherer Abschattungsgrad und damit eine geringere Dotierungstiefe kann mit größeren Abschattungselementen erzielt werden. Möglich ist es jedoch auch, Abschattungselemente gleicher Größe in unterschiedlicher Dichte anzuord nen. Weiterhin ist es möglich, sowohl Größe als auch Dichte der Abschattungselemente zu variieren.
  • Die Abschattungselemente sind vorzugsweise integraler Teil der Maske und werden zusammen mit dieser in einem Schritt hergestellt. Vorzugsweise besteht die Dotierungsmaske aus einem Resist-Material, insbesondere einem Photo-Resist, welcher als durchgehende Schicht großflächig auf dem Substrat aufgebracht und phototechnisch strukturiert wird. Bei diesem Schritt werden sowohl Dotierungsmaske als auch Abschattungsstrukturen hergestellt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Implantation des Dotierstoffs unter einem gegen die Oberflächennormale des Substrats gemessenen, von Null Grad abweichenden Implantationswinkel α durchgeführt. Eine solche Schrägimplantation hat den Vorteil, daß eine Abschattung nicht nur direkt unter den Abschattungselementen erzielt wird, sondern auch in den schräg abgeschatteten Gebieten seitlich der Abschattungselemente. Diese zusätzlichen abgeschatteten Gebiete sind um so größer, je höher die Schichtdicke der Dotierungsmaske ist und je größer der Implantationswinkel α gewählt wird.
  • Auf diese Weise gelingt es, die implantierte Dosis und damit die Tiefe des so erzeugten Dotierungsgebiets über drei weitere Parameter einzustellen. Die implantierte Dosis und damit die Dotierungstiefe kann durch einen höheren Implantationswinkel α oder durch eine höhere Schichtdicke der Dotierungsmaske oder eine Kombination beider Parameter reduziert werden. Weisen die Abschattungselemente zusätzlich eine zweizählige Symmetrie bzw. eine langgestreckte Ausdehnung auf, so kann auch über die Richtung der Implantation bei gleichbleibendem Implantationswinkel α eine unterschiedlich hohe Abschattung erzielt werden. Ein mit seiner längsten Ausdehnung quer zur Implantationsrichtung angeordnetes Abschattungselement erzeugt eine höhere Abschattung als ein Abschattungsele ment, welches mit seiner größten Abmessung parallel zur Implantationsrichtung ausgerichtet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Implantation in n Teilschritten durchgeführt, wobei die Implantation jeweils unter einem Implantationswinkel α erfolgt, und wobei das Substrat zwischen den einzelnen Teilschritten um einen Drehwinkel β um seine Oberflächennormale gedreht wird. Auf diese Weise erfolgt eine besonders gleichmäßige Implantation und damit eine besonders gleichmäßige Dotierung nach dem Eintreiben des Dotierstoffes. Vorzugsweise werden so viel Teilimplantationen und dazwischenliegende Drehungen durchgeführt, daß die Implantationsrichtungen gleichmäßig über den Vollkreis verteilt sind. Bei n Teilimplantationen erfordert dies (n-1) Drehungen zwischen den Teilimplantationen um jeweils einen Drehwinkel β, der bestimmt ist durch die Beziehung β = 360°/n. Bevorzugt ist ein Schrägimplantationsverfahren, dessen Teilimplantationen in vier Schritten durchgeführt wird, wobei das Substrat zwischen jedem Schritt um einen Drehwinkel β = 90° gedreht wird.
  • Möglich ist es jedoch auch, die Schrägimplantation in beliebig vielen Teilschritten durchzuführen, wobei im Grenzfall eine infinitesimal große Anzahl von Teilimplantationen mit beliebig kleinem Drehwinkel erhalten wird, was einer kontinuierlichen Implantation bei sich drehendem Substrat entspricht.
  • Um beim erfindungsgemäßen Verfahren ein optimales Dotierungsprofil zu erhalten, wird vorzugsweise die Größe der Abschattungselemente in eine bestimmte Relation zur gewünschten Dotierungstiefe gebracht. Ein gleichmäßiges Profil wird erhalten, wenn die Dotierungstiefe größer ist als der Pitch der Abschattungselemente. Unter Pitch oder Schrittweite wird dabei das Raster einer regelmäßigen Abschattungsstruktur verstanden, welches aus der Summe des Durchmessers der Abschattungselemente und der Abstände zwischen den Abschattungsele menten erhalten wird. Bei unregelmäßig geformten Abschattungselementen mit je einem größeren und einem kleineren Durchmesser D wird dieses Verhältnis entlang einer Geraden bemessen, entlang der die kleinsten Durchmesser D der Abschattungselemente ausgerichtet sind. Für die Dotierungstiefe t gilt dann: t » (a + d).
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstand a und die Höhe h der Abschattungselemente so eingestellt, daß bei einer Schrägimplantation entlang einer Implantationsrichtung zwischen den Abschattungselementen eine vollständige Abschattung erzielt wird. Ein solcher Fall wird erhalten, wenn die Höhe h der Abschattungsstrukturen größer ist als der Abstand a mal den Tangens des Implantationswinkels α. Auf diese Weise ist es möglich, gegenüber einer Öffnung in der Dotierungsmaske ohne Abschattungsstruktur einen maximalen Unterschied in der implantierten Dosis bei einer Implantationsrichtung zu erzielen. Vorzugsweise werden in diesem Fall Abschattungselemente mit langgestreckter Ausdehnung, insbesondere streifenförmige Abschattungselemente eingesetzt. Diese haben den Vorteil, daß in der Implantationsrichtung quer zu den Streifen eine maximale Abschattung, bei einer Implantationsrichtung parallel zu den Streifen dagegen eine minimale Abschattung erzielen. Auf diese Weise erhält man bezüglich der gewünschten Implantationsdosis und der davon abhängigen Dotierungstiefe eine maximale Einstellbarkeit, die insbesondere dadurch noch verstärkt werden kann, daß unter unterschiedlichen Implantationswinkeln unterschiedlich lange implantiert wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind zum Beispiel die Abschattungselemente so angeordnet sind, daß bei einer Implantation aus einer ersten Implantationsrichtung eine maximale und bei der Implantation aus einer zweiten Implantationsrichtung eine minimale Abschattung erzielt wird. Die Dosis wird dann bei der Implantation aus der ersten Implantationsrichtung anders gewählt wird als bei der Implantation aus der zweiten Implantationsrichtung. Auf diese Weise gelingt es, bestimmte Abschattungsgeometrien im Effekt noch zu verstärken und so stark variierende Dosenverhältnisse implantierten Dotierstoffs zwischen unterschiedlichen Wannen zu erzielen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung, sind daher schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt.
  • 1 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts die bekannte Herstellung eines Dotierungsgebiets mit unterschiedlichen Dotierungstiefen.
  • 2 zeigt anhand schematischer Querschnitte die Herstellung eines erfindungsgemäßen Dotierungsgebietes mit unterschiedlichen Dotierungstiefen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Dotierungsmaske mit Abschattungselementen.
  • 4 zeigt die Abschattung während der Implantation anhand eines schematischen Querschnitts.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Abschattungsstruktur.
  • 6 bis 8 zeigen beispielhafte Abschattungsstrukturen und damit erzielte Abschattungen.
  • 1a zeigt anhand eines schematisch vereinfachten Querschnitts ein bisher gekanntes zweistufiges Verfahren zur Herstellung eines Dotierungsgebietes mit unterschiedlichen Dotierungshöhen in einem Substrat S. In einem ersten Schritt wird dazu mit Hilfe einer ersten Dotierungsmaske DM1, die eine Öffnung O1 aufweist, eine erste Implantation durchgeführt und dabei ein erstes implantiertes Gebiet IG1 im Substrat 5 erzeugt. Nach Ablösen der Maske DM1 und Aufbringen einer zweiten Dotierungsmaske DM2 mit größerer Öffnung O2 wird ein zweiter Implantationsschritt durchgeführt und dabei ein zweites Implantationsgebiet IG2 erzeugt, welches im angegebenen Beispiel räumlich teilweise mit dem ersten Implantationsgebiet IG1 überlappt.
  • Anschließend werden Eintreibbedingungen eingestellt, bei denen unter einer vorgegebenen Eintreibatmosphäre bei vorgegebenen Druck ein bestimmtes Temperaturprogramm für eine bestimmte Zeit gefahren wird. Dabei diffundieren die in die implantierten Gebieten IG eingebrachten Dotierstoffe tiefer in das Substrat S ein. Im Implantationsgebiet IG1 liegt eine höhere Dotierstoffkonzentration vor, da dieses Gebiet während der ersten und der zweiten Implantation implantiert wurde. Aufgrund der höheren Dotierstoffkonzentration im ersten implantierten Gebiet IG1 diffundieren die Dotierstoffe tiefer in das Substrat ein, so daß unterschiedliche Tiefen von erstem Dotierstoffgebiet DG1 und zweitem Dotierstoffgebiet DG2 erhalten werden. 1b zeigt das so erhaltene dotierte Gebiet DG, das sich aus dem ersten und dem zweiten dotierten Gebiet zusammensetzt und Bereiche unterschiedliche Dotierungstiefe aufweist.
  • Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von isolierenden Wannen, sogenannter PTUBs, NTUBs, PWELLs oder NWELLs für Hochvoltbauelemente verwendet, so werden die Eintreibbedingungen vorzugsweise so gewählt, daß der Dotierstoff bis zu einer Tiefe von ca. 10 μm in den Halbleiter (Substrat) getrieben wird.
  • 2 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts, wie ein ähnliches Profil in erfindungsgemäßer Weise mit Hilfe nur eines einzigen Implantationsschrittes und eines einzigen Eintreibvorgangs erzeugt werden kann. Direkt auf dem Substrat S wird eine Dotierungsmaske DM aufgebracht, die neben einer großen ersten Öffnung O1 verschiedene Abschattungselemente AE aufweist. Durch diese Dotierungsmaske DM wird anschließend eine Implantation durchgeführt, wobei die implantierten Gebiete IG1, IG' und IG " entstehen. Die Abschattungselemente AE führen dazu, daß unter den Abschattungselementen kein implantiertes Gebiet entsteht.
  • Anschließend werden wie im bekannten Verfahren Eintreibbedingungen eingestellt, die den im bekannten Verfahren gewählten Eintreibebedingungen entsprechen können. Durch Diffusion des Dotierstoffs aus den implantierten Gebieten IG in das Substrat S hinein entsteht ein durchgehend dotiertes Gebiet DG, welches unterhalb des Bereichs der Öffnung, in dem die Abschattungselemente AE angeordnet sind, eine geringere Tiefe t2 aufweist als unterhalb des großflächigeren Bereichs O1 der Öffnung ohne Abschattungselemente. 2b zeigt das so erzeugte dotierte Gebiet DG.
  • 3 zeigt eine Dotierungsmaske DM, in deren Öffnung O eine beispielhafte Abschattungsstruktur angeordnet ist, die aus einer Vielzahl hier gleichförmiger und gleichmäßig verteilter Abschattungselemente AE ausgebildet ist. Wird mit dieser erfindungsgemäßen Dotierungsmaske DM eine Implantation durchgeführt, so erhält man gegenüber einer Implantation mit einer Dotierungsmaske ohne Abschattungselemente AE ein implantiertes Gebiet mit einer geringeren Konzentration implantierten Dotierstoffs. Die gleichmäßige Verteilung der Abschattungselemente AE gewährleistet, daß nach dem Eintreiben des implantierten Dotierstoffs ein einheitliches dotiertes Gebiet gleichmäßiger Dotierungstiefe entsteht. Erfindungsgemäß kann die Dichte der Abschattungselemente jedoch auch über die Öffnung 0 variiert werden, so daß ein Dotierungsgebiet mit entsprechendem Tiefenprofil erhalten werden kann. Eine geringere Dichte an Abschattungselementen führt zu einer höheren Dotierungstiefe, die alternativ auch mit kleiner werdenden Abschattungselementen erzielt werden kann.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Schrägimplantation durchgeführt wird. Die Implantationsrichtung IR weist dabei einen Winkel α gegen die senkrecht auf der Oberfläche des Substrats S stehende Normale N auf. Auf der Oberfläche des Substrats sind im Bereich des zu erzeugenden Dotierungsgebietes Abschattungselemente AE angeordnet, die bei einer Höhe h und einem Durchmesser d einen Abstand a aufweisen. In einer Variante kann der Implantationswinkel α nun so groß gewählt werden, daß es im dargestellten Schnitt bei der Implantation zu einer vollständigen Abschattung der zwischen den Abschattungselementen AE liegenden freien Oberfläche des Substrats S kommt. Dieser Fall wird erreicht, wenn die Höhe h größer als das Produkt von a und tan(α) gewählt wird. Diese Schrägimplantation mit einem Winkel α, der zu teilweiser oder vollständiger Abschattung der Gebiete zwischen den Abschattungselementen führt, kann zu einer zusätzlichen Verringerung der Dotierstoffkonzentration in den dotierten Gebieten und nach dem Eintreiben des Dotierstoffs zu einer verringerten Tiefe der dotierten Gebiete DG führen.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Dotierungsmaske DM, die streifenförmige Abschattungselemente AE aufweist. Wird nun eine Schrägimplantation mit einem Grenzwinkel α* durchgeführt, der die oben genannte Bedingung für totale Abschattung erfüllt, so wird nur mit den dargestellten Implantationsrichtungen IR1 und IR2 eine wirksame Dotierung im freien Oberflächenbereich zwischen den Abschattungselementen AE erzielt. Implantationsrichtungen senkrecht zu den dargestellten Implantationsrichtung IR1 und IR2 führen dagegen bei dem dargestellten Dotierungsmaskenausschnitt zu keiner wirksamen Implantation. Wird mit einer solchen Dotierungsmaske DM eine Implantation in vier Schritten entlang von vier Implantationsrichtungen IR1 bis IR4, die sich jeweils um 90 Grad unterscheiden, durchgeführt, so erhält man gegenüber einer Dotierungsmaske DM ohne Abschattungselemente AE eine auf ein Vier tel reduzierte Konzentration an Dotierstoff im implantierten Gebiet.
  • In 6 bis 8 sind nochmals beispielhaft verschiedene Abschattungen beispielhafter Abschattungselemente dargestellt. 6a zeigt ein streifenförmiges Abschattungselement AE, welches an einer Öffnung 0 einer Dotierungsmaske angeordnet ist. Nach einer vierstufigen Schrägimplantation aus den vier Raumrichtungen wird das in 6b dargestellte implantierte Gebiet IG erhalten. Die Höhe h ist so gewählt, daß bei einer Implantation quer zum streifenförmigen Abschattungselements jeweils hinter dem Abschattungselements ein Streifen der Breite b (hier: a = 2b) abgeschattet wird (h = b tan(α)). Bei Implantation aus vier Raumrichtungen wird im implantierten Gebiet IG eine Dosis von 75% derjenigen Dosis ohne Abschattungselement erzielt. Unterhalb des ursprünglichen Abschattungselementes AE wird nach der Implantation ein abgeschattetes Gebiet AG vollständig ohne implantierte Dotierstoffe erhalten. Die Reduktion der Gesamtdosis an implantiertem Dotierstoff ist dann noch vom Verhältnis der Größen b und d abhängig. Für d ≈ a ergibt sich eine zusätzliche Reduktion um ein Drittel. Die gesamte Dosis ergibt sich dann zu 75% mal 2/3 entsprechend 50% der Dosis ohne Abschattungselement. Eine größere Fläche kann nun aus einer Vielzahl der in 6a dargestellten Ausschnitte zusammengesetzt sein. Möglich ist es jedoch auch, die implantierte Dosis durch Variation des Verhältnises der Größen a und b zu variieren. Für a > 2b erhält man eine geringere als die oben angegebene 50% Abschattung. Für a < 2b erhält man höhere Abschattung, ebenso wenn der Implantantationswinkel α kleiner gewählt wird.
  • 7a zeigt ein gleichförmiges Abschattungselement AE, welches hier quadratische Abmessungen aufweist. Nach einer vierstufigen Implantation aus vier Implantationsrichtungen IR wird das in 7b dargestellte Implantationsmuster erhalten. Neben dem vollständig abgeschatteten Gebiet AG werden teilweise abgeschattete Gebiete IG1 neben überhaupt nicht ab geschatteten, implantierten Gebieten IG2 erhalten. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, den Dotierstoff gleichmäßig über die gesamte Öffnung im Bereich der Abschattungsstruktur zu verteilen.
  • 8a zeigt eine Anordnung aus hier vier der in 7a dargestellten Abschattungselemente AE, die im Bereich einer Öffnung O angeordnet sind. Eine Schrägimplantation aus den vier Implantationsrichtungen IR1 bis IR4 ergibt das in 8b dargestellte Implantationsmuster. Neben vollständig abgeschatteten Gebieten AG werden teilweise abgeschattete implantierte Gebiete IG1 und nicht abgeschattete implantierte Gebiete IG2 erhalten. Aus dem dargestellten Muster ist klar ersichtlich, daß sich durch Schrägimplantation aus unterschiedlichen Implantationsrichtungen mit gleichmäßig verteilten Abschattungselementen nach dem Eintreiben des Dotierstoffs aus den implantierten Gebieten IG ein besonders gleichmäßig dotiertes Gebiet DG erhalten läßt.
  • Das dargestellte erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung isolierender Dotierungswannen bei Halbleiterbauelementen, beispielsweise sogenannte P-Tubes oder N-Tubes. Je nach Tiefe des erzeugten Dotierungsgebiets DG unterscheidet man beispielsweise zwischen einer SN-Tube (Shallow N-Tube) und einem DN-Tube (Deep N-Tube), wenn ein Dotierstoff zum Erzeugen einer n-Leitfähigkeit bzw. eines n-dotierten Gebietes implantiert und eingetrieben wird. Die beispielsweise in 2b dargestellten Grenzen dieses Dotierungsgebietes entsprechen dabei der Lage des Halbleiterübergangs zwischen der Dotierung im dotierten Gebiet DG und der im Substrat vorliegenden Grunddotierung. Für andere Substrate, bei denen mit der Dotierung nur eine kontinuierliche Eigenschaftsveränderung im dotierten Gebiet erzielt werden kann, kann die Dotierungstiefe anhand einer frei wählbaren Grenzkonzentration Cg des Dotierstoffs bemessen werden. Die Dotierungstiefe entspricht dabei der Tiefe, oberhalb der für die Konzentration C an Dotierstoff gilt: C > Cg.
  • Obwohl das Verfahren nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, ist es nicht auf diese beschränkt. Variationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere aus der Form der Öffnungen, Anzahl, Größe und Verteilung der Abschattungselemente sowie durch Variation der Anzahl der Teilimplantationsschritte und der entsprechenden Verteilung der Implantationsrichtungen. Auch bezüglich Substrat und Dotierstoff sind neben den genannten Beispielen weitere Variationen möglich.
  • S
    Substrat
    DM
    Dotierungsmaske
    O
    Öffnung in der Dotierungsmaske
    IG
    Implantiertes Gebiet
    DG
    Dotierungsgebiet
    IR
    Implantationsrichtung
    AE
    Abschattungselement
    a
    Abstand zweier Abschattungselemente
    h
    Höhe eines Abschattungselements
    d
    Durchmesser eines Abschattungselements
    α
    Implantationswinkel
    N
    Oberflächennormale über Substrat
    t
    Tiefe des Dotierungsgebiets
    AG
    Abgeschattetes Gebiet

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Dotierungsgebiete (DG) in einem Substrat (S), – bei dem auf dem Substrat eine Dotierungsmaske (DM) erzeugt wird, die im Bereich der zu erzeugenden Dotierungsgebiete Öffnungen (O) aufweist, – bei dem ein Dotierstoff durch die Öffnungen der Dotierungsmaske in das Substrat implantiert wird, wobei die Dosis kontrolliert wird, – bei dem der implantierte Dotierstoff anschließend tiefer in das Substrat eingetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, – daß die Implantation des Dotierstoffs unter einem gegen die Oberflächennormale des Substrats (S) gemessenen Implantationswinkel α erfolgt, wobei 0° < α <90°, – daß die Implantation in zumindest einem ersten und einem zweiten Implantationsschritt erfolgt, wobei das Substrat mit der Dotierungsmaske zwischen den beiden Implantationsschritten um einen definierten Drehwinkel β um seine Oberflächennormale (N) gedreht wird, wobei 0° < β < 360°, – daß die Kontrolle der Dosis über eine Formgebung der Öffnungen (O) der Dotierungsmaske (5, 6; DM) erfolgt, wobei in zumindest einer der Öffnungen eine entlang einer zweiten Implantantionsrichtung (5; IR2) ausgerichtete langgestreckte Abschattungsstruktur (AE) vorgesehen wird, die bei der Implantation im ersten Implantationsschritt mit β = 0 eine maximale Abschattung erzeugt und bei der Implantation im zweiten Implantationsschritt nach der Drehung des Substrats um β eine minimale Abschattung erzeugt, – daß das Eintreiben des implantierten Dotierstoffs für alle Dotierungsgebiete gemeinsam erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einer Öffnung (O) eine Abschattungsstruktur vorgesehen wird, die mehrere gleichmäßig verteilte Abschattungselemente (3, 5, 8; AE) umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Substrat (S) zwischen n Implantationsschritten jeweils um den Drehwinkel β wird, wobei β = 360°/n und 1 < n < 5.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem streifenförmige, zueinander parallel auf der Oberfläche des Substrats (S) angeordnete Abschattungselemente (AE) vorgesehen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem gleichförmige Abschattungselemente (5; AE) vorgesehen werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem gleichförmige Abschattungselemente (5; AE) vorgesehen werden, die so ausgerichtet sind, dass der jeweils kleinste Durchmesser d eines jeden Abschattungselements (AE) parallel zu der gleichen Geraden ausgerichtet ist und bei dem die Abschattungselemente parallel zu dieser Geraden in einem gleichmäßigen Abstand a zueinander angeordnet sind, wobei a und d so gewählt sind, daß die gewünschte Dotierungstiefe t groß ist gegen die Summe aus Abstand a und Durchmesser d: t » (a + d).
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zur Herstellung der Dotierungsmaske (DM) ein Resistfilm auf das Substrat aufgebracht und strukturiert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – bei dem langgestreckte streifenförmige Abschattungselemente (AE) verwendet werden – bei dem die Implantation aus einer ersten Implantationsrichtung quer zu den streifenförmigen Abschattungselementen durchgeführt wird, um eine maximale Abschattung zu erzielen – bei dem eine Implantation aus einer zweiten Implantationsrichtung parallel zu den Streifen durchgeführt wird, wobei eine minimale Abschattung erzielt wird, – bei dem die Dosis bei der Implantation aus der ersten Implantationsrichtung anders gewählt wird als bei der Implantation aus der zweiten Implantationsrichtung.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mit den Implantationen unterschiedlich dotierte Wannen erzeugt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei unterschiedlich dotierte Wannen in Hochvolt-Bauelementen hergestellt werden.
DE2003125011 2003-06-03 2003-06-03 Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat Expired - Fee Related DE10325011B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003125011 DE10325011B4 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003125011 DE10325011B4 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10325011A1 DE10325011A1 (de) 2005-01-05
DE10325011B4 true DE10325011B4 (de) 2007-09-27

Family

ID=33494801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2003125011 Expired - Fee Related DE10325011B4 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10325011B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8129782B2 (en) 2005-09-20 2012-03-06 Austriamicrosystems Ag High-voltage transistor and method for its manufacture
EP3742476A1 (de) * 2019-05-20 2020-11-25 Infineon Technologies AG Verfahren zur implantation von spezies in ein substrat in verschiedene tiefen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300454A (en) * 1992-11-24 1994-04-05 Motorola, Inc. Method for forming doped regions within a semiconductor substrate
US5512498A (en) * 1994-01-28 1996-04-30 Sony Corporation Method of producing semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300454A (en) * 1992-11-24 1994-04-05 Motorola, Inc. Method for forming doped regions within a semiconductor substrate
US5512498A (en) * 1994-01-28 1996-04-30 Sony Corporation Method of producing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
DE10325011A1 (de) 2005-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011003660B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbidhalbleitervorrichtung
DE69515876T2 (de) Leistungsbauelement in MOS-Technologie mit niedrigem Ausgangswiderstand und geringer Kapazität und dessen Herstellungsverfahren
DE112005003893B3 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben
DE69431330T2 (de) Integrierte Schaltung mit einer leitfähigen Überkreuzung und Verfahren zu deren Herstellung
DE112013005062B4 (de) Siliciumcarbid-Halbleitereinrichtung und Herstellungsverfahren einer solchen
DE3237539A1 (de) Mikroelektronisches schattenmaskierverfahren zur verminderung des punchthrough
DE10296953T5 (de) Doppelgatetransistor und Herstellungsverfahren
EP1817792B1 (de) Mehrfachmaske und verfahren zur herstellung unterschiedlich dotierter gebiete
WO2001018870A2 (de) Ladungskompensationshalbleiteranordnung und verfahren zu deren herstellung
DE3011778A1 (de) Feldeffekttransistor
DE102006007096A1 (de) MOSFET mit Kompensationsstruktur und Randabschluss
DE10245608A1 (de) Halbleiterelement mit verbesserten Halo-Strukturen und Verfahren zur Herstellung der Halo-Strukturen eines Halbleiterelements
DE69113673T2 (de) Halbleiterbauelement mit MOS-Transistoren und Verfahren zu dessen Herstellung.
DE10325011B4 (de) Verfahren zur Herstellung unterschiedlich tiefer Dotierungsgebiete in einem Substrat
DE102006012447B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Transistorstruktur
DE69509698T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate und kurzem Kanal, und entsprechender Transistor
DE3115029A1 (de) &#34;verfahren zur herstellung eines integrierten bipolaren planartransistors&#34;
DE19507802C1 (de) Verfahren zum Herstellen eines integrierten Widerstandes
DE19651109B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE4200753A1 (de) Halbleitereinrichtung mit mos-feldeffekttransistor und herstellungsverfahren hierfuer
DE2627307C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE10146933B4 (de) Integrierte Halbleiteranordnung mit Abstandselement und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10338689B4 (de) Widerstandsbauelement und Verfahren zu dessen Abgleich
DE19609229A1 (de) Verfahren zum Herstellen von diskreten elektronischen Elementen
DE10302632B4 (de) Verfahren zum Erzeugen eines definierten Dotierungsgebietes in einem Halbleitermaterial

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee