DE1966237C3 - Verfahren zur Erhöhung des Gradienten von elektrisch aktiven Störstellenkonzentrationen - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung des Gradienten von elektrisch aktiven StörstellenkonzentrationenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Gradienten der Konzentration von elektrisch aktiven
Störsteilen an der Grenze einer durch Ionenimplantation zu dotierenden Halbleiterzone.
Bei der Herstellung von Transistoren mit hohen Schallgeschwindigkeiten iu es erforderlich, die Basisweite der Transistoren sow'u die Kapazitäten der PN-Übergänge
klein zu halten. Um dies beiden Forderungen zu erfüllen, muß der Gradient der Störstellendichte
an den Übergängen im Transistor möglichst groß gemacht werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Dotierung von HaIbleitcr/oncn
ist die Ionenimplantation. Hiermit lassen sich gegenüber dem üblichen Diffusionsverfahren Zonen
mit sehr hoher und auch konstanter Dotierungskonzentration herstellen. Die Änderung der Siörsteilendichtc
zwischen zwei verschieden dotierten Halbleiterzonen ist somit wesentlich größer, wenn die Dotierung
mit Hilfe der Ionenimplantation an Stelle der Diffusion erfolgte. Für spezielle Anwcndungsfälle ist jedoch
auCh der durch normale Ionenimplantation crzielbarc Gradient der Störstcllendichte nicht ausreichend.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine stärkere Änderung
der Konzentration von Dotierungsmaterialien erzielt wird, als dies mit den bckannien Doticrungsverfiihrcn
möglich ist. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelö&t, daß vor dem Implantieren elektrisch aktiver
Frcmdatome Störstellen mittels Ionenimplantation von elektrisch inaktiven Fremdatomen im Grenzbercich erzeugt
werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels, das mehrere
Störstcllenprofile zeigt, näher erliiuteri. Die Abszisse in der Figur gibt die Entfernung von der Halbleiteroberfläche
an. Ein Halbleiterkristall ist mit einer Grunddotierung versehen, die durch den konstanten
Wert 175 der Störstellenkonzentration angezeigt wird. Es wird eine erste Ionenimplantation mit einer elektrisch
inaktiven Verunreinigung mit konstanter Ionenenergie vorgenommen, wodurch sich das Siörstellenprofil
166 im Innern des Halbleiterkritalls ergibt. Als elektrisch inaktive Verunreinigungen können Edelgase,
wie z. B. Helium, verwendet werden. Durch die Implantation der inaktiven Verunreinigung werden die Zwischengitterplätze
und Substitionsplätze innerhalb des zugeordneten Kristallbereichs besetzt, wobei gleichzeitig
auch ejne leichte Veränderung der Kristallstruktur in Richtung auf den amorphen Zustand eintritt. Fin derart
dicht gepacktes, leicht amorphes Wirtsmaterial wird dabei bei der nachfolgenden Ionenimplantation mit
einer entsprechenden Energie eingebrachte elektrisch aktive Verunreinigungen, wie z. B. Phosphor oder Arsen,
in einem wesentlich schmaleren Bereich aufhalten und einbauen als ein Kristall, der dem vorhergehenden
Bombardement elektrisch inaktiver Verunreinigungen nicht ausgesetzt war. Man erhält somit eine Dichte von
elektrisch aktiven Störstellen, die durch das strichlierte Profil 167 gegeben ist. Sowohl die Änderung der Störstellendichte
als auch die maximale Störstellendichte selbst sind größer als bei einem mit Ionen aktiver Verunreinigungen
gleicher Energie beschossenen Halbleiterkristall, der in dem betreffenden Bereich keine
elektrisch inaktiven Verunreinigungen enthält.
Der mit den elektrisch aktiven Verunreinigungen versehene Bereich kann nach einer Seite hin ausgedehnt
werden, indem die Implantationsenergie für diese Verunreinigungen stufenweise erhöht bzw. erniedrigt
wird. Man erhält dann mehrere nebeneinanderliegende und sich teilweise überlappende, dem gezeigten entsprechende
Störsteiienprofile, so daß sich in der so hergestellten
Halbleiterzone eine im wesentlichen konstante Dotierungskonzentration ergibt.
Zur Dotierung einer bestimmten Zone in einem Halbleiterkörper muß eine selektive Ionenimplantation vorgenommen werden. Hierzu bieten sich eine Reihe von Methoden an, das Gebiet, welches für die Ionenimplantation vorgesehen ist, zu definieren. Da die Ionen durch magnetische und elektrische Felder beeinflußbar sind, kann der Ionenstrahl in einer soichen Weise elektrostatisch fokussiert und abgelenkt werden, daß er genau auf die Fläche fällt, unterhalb welcher der HaIblciterkristali mit bestimmten Störstellen versetzt werden soll. Eine zweite Methode besteht in der Anbringung einer Maske innerhalb eines kollimierten lonenstrahls, welche nur Ionen durchtreten läßt, die in der gewünschten Ebene auf der Oberfläche des Kristalls auftreffen.
Zur Dotierung einer bestimmten Zone in einem Halbleiterkörper muß eine selektive Ionenimplantation vorgenommen werden. Hierzu bieten sich eine Reihe von Methoden an, das Gebiet, welches für die Ionenimplantation vorgesehen ist, zu definieren. Da die Ionen durch magnetische und elektrische Felder beeinflußbar sind, kann der Ionenstrahl in einer soichen Weise elektrostatisch fokussiert und abgelenkt werden, daß er genau auf die Fläche fällt, unterhalb welcher der HaIblciterkristali mit bestimmten Störstellen versetzt werden soll. Eine zweite Methode besteht in der Anbringung einer Maske innerhalb eines kollimierten lonenstrahls, welche nur Ionen durchtreten läßt, die in der gewünschten Ebene auf der Oberfläche des Kristalls auftreffen.
Eine dritte Methode zur Bestimmung der Flächen,
5c auf die der Ionenstrahl auftrifft, besteht darin, die Oberfläche
des Halbleiterkristalls mit Hilfe eines geeigneten Photolack-Maierials zu maskieren. Durch bekannte
Verfahren können polymere Photolackc auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe ausgebreitet werden und
an definierten Stellen geöffnet werden. Die Dicke einer derartigen Photolackschicht, welche über den nicht mit
Ionen zu bombardierenden Obcrflächenstellcn des Kristalls
ausgebreitet wird, hängt von der Strahlcnencrgic des loncnstrahls ab. Auch andere Materialien, die in
Form dünner Schichten über der Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgebreitet werden können und ein Hindernis
für die einfallenden Ionen darstellen, können zur Maskierung des Halbleiters zur Verwendung gelangen.
Insbesondere seien hierbei Metallschichten zu erwähnen.
Der große Vorteil bei der Verwendung von Photolacken
als Maskierungsmalerial beim Verfahren der Ionenimplantation bezieht sich auf die niedrigen Tem-
peratureri, bei welchen die Photolackschicht auf der
Oberfläche ausgebildet werden kann. Früher wurden amorphes Silizium-Dioxyd oder ähnliche Verbindungen
benutzt, um das Eindringen verschiedener Ionen beim Herstellen von PN-Obergängen durch thermische Diffusion
zu verhindern. Silizium-Dioxyd oder ähnliche Verbindungen werden im allgemeinen durch Oxydation
von Silizium bei sehr hohpn Temperaturen in Gegenwart von Wasserdampf oder Sauerstoff hergestellt Auf
Grund der auftretenden hohen Temperatur erfolgt eine
Ausweitung der bereits vorher eingebauten Ionen innerhalb des Kristallgitters, wodurch die Charakteristiken
der Anordnung wesentlich verändert werden können. Die Verwendung von Photolacken oder anderen
maskierenden Schichten auf der Oberfläche des HaIbleiterkristalls,
welche bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden können, ergeben nicht eine derartige
Diffusion der bereits eingebauten Ionen innerhalb des Kristalls.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Erhöhung des Gradienten der Konzentration von elektrisch aktiven Störstellen an
der Grenze einer durch Ionenimplantation zu dotierenden Halbleiterzone, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Implantieren elektrisch aktiver Fremdatome Störstellen mittels Ionenimplantation
von elektrisch inaktiven Fremdatomen im Grenzbereich erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß elektrisch inaktive Edelgasatome implantiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Grenzbereich zwischen
zwei verschieden dotierten Gebieten eines Transistors implantiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bjs 3, dadurch gei?nnzeichnet, daß mit einer als Maske
dienenden nirt entsprechenden Öffnungen versehenen Photolackschicht auf der Halbleiteroberfläche
eine selektive Ionenimplantation durchgeführt wird.
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