-
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