DE19725150A1 - Ionenimplantationsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Ionenimplantation.

Die Ionenimplantation ist einer der Standardprozesse, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden, um die elektrischen Eigenschaften von festgelegten Bereichen eines Substrats eines Halbleitermaterials mittels Dotierung dieser Bereiche mit einer ausgewählten Konzentration eines Fremdstoffatoms zu modifizieren. Die Technik schließt die Erzeugung eines Ionenstrahls, der eine ausgewählte Atomspezies enthält, und das Führen des Strahls in Richtung eines Targetsubstrats ein. Die Tiefe der Implantation der Atomspezies hängt unter anderem von der Energie der Spezies bei der Implantation ab, welche wiederum von der Energie des Ionenstrahls abhängt.

Es besteht ein zunehmender Bedarf nach einer Ionenimplantation, die bei niedrigen Implantationsenergien durchgeführt werden kann, so daß Übergänge zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeitsarten im Halbleitersubstrat in oberflächennahen Tiefen unterhalb der Substratoberfläche ausgebildet werden können. Solche flachen Übergänge erfordern eine Implantation bei Implantationsenergien von weniger als 10 keV und manchmal weniger als 2 keV. Eine Ionenimplantationsanlage, die bis herab zu den geringen Implantationsenergien betrieben werden kann, ist die Applied Materials Precision Implant xR80, die in unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 9522883.9 beschrieben ist.

Wenn Übergänge zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeitstypen in Halbleiterwafern ausgebildet werden, ist es wichtig, daß die Übergänge in einer vorhersehbaren Tiefe unterhalb der Oberfläche des Wafers ausgebildet werden. Bezüglich der Konzentration der Dotierstoffatome ist es oft auch wünschenswert, daß diese im Bereich oberhalb des Übergangs relativ gleichförmig ist und am Übergang selbst so steil wie möglich abfällt.

Ein Problem bei den Ionenimplantationstechniken ist, daß ein Teil der Ionen, die in das Substrat mit der gewünschten Implantationsenergie eintreten, in das Substrat bis in eine Tiefe hinein eindringen, die tiefer liegt als diejenige, die nach den Berechnungen der Wahrscheinlichkeit, mit der eine Kollision mit einem Atom des Substratmaterials auftritt, resultiert. Es wird vermutet, daß dieses Phänomen daher rührt, daß einige der in das Substrat eindringenden Ionen längs Symmetrieachsen und -ebenen im Kristall "kanalisiert" werden. Dieser Kanalisierungseffekt (auch Channeling-Effekt) kann beträchtliche Konzentrationswerte der Dotierstoffspezies über die beabsichtigte Übergangstiefe hinaus erzeugen, so daß die effektive Übergangstiefe größer als die beabsichtigte Tiefe ist.

Fig. 2 der beiliegenden Abbildungen erläutert diesen Effekt. Diese Figur ist eine graphische Darstellung der Atomkonzentration eines gewünschten Dotierstoffs (hier Bor) gegen die Tiefe unterhalb der Oberfläche des Substrats. Bei Abwesenheit des Kanalisierungseffekts, würde ein Übergang bei einer Tiefe d ausgebildet. Aufgrund des Kanalisierungseffekts erstrecken sich jedoch die Boratome in einem "Ausläufer" 10 über die Tiefe d hinaus, so daß der tatsächliche Übergang bei der Tiefe d + Δd liegt.

Dieses Problem ist besonders bedeutsam, falls beabsichtigt ist, unter Verwendung geringer Implantationsenergien den Übergang bei einer relativ flachen Tiefe (oberflächennah) auszubilden, weil das Ausmaß des Kanalisierungseffekts bei geringeren Energien höher ist.

Nach dem Stand der Technik ist ein Verfahren zum Reduzieren der Auswirkung des Kanalisierungseffekts auf das Konzentrationsprofil des Dotierstoffions das Durchführen einer Vorimplantation mit Siliciumionen mit relativ höherer Energie. Diese Siliciumvorimplantation hat die Wirkung, daß das kristalline Silicium des Substrats an und in der Nähe der Oberfläche des Substrats amorphisiert wird. D.h., im Bereich der eindringenden Siliciumionen wird das kristalline Material des Substrats in ein amorphes Material umgewandelt, so daß während der nachfolgenden Implantation von Dotierstoffionen der Kanalisierungseffekt reduziert wird. Die Energie der Siliciumvorimplantation wird so ausgewählt, daß sich ein geschädigter Bereich 11, der durch das implantierte Silicium hervorgerufen wird, über die beabsichtigte Übergangstiefe hinaus erstreckt, um einen Schaden im dotierten Bereich oberhalb des Übergangs zu minimieren.

Ein Problem dieses Verfahrens liegt jedoch darin, daß sich der geschädigte Bereich 11, der sich bis in den Bereich des Substrats unterhalb des Übergangs hinein erstreckt, nicht vollständig durch eine nachfolgende Wärmebehandlungen des Substrats für eine Dotierstoffaktivierung repariert werden kann, so daß eine Restbeschädigung von der Siliciumvorimplantation zurück bleibt, welche die Funktion der resultierenden Bauteile vermindern kann. Die Notwendigkeit, eine Vorimplantation mit einem anderen Material durchführen zu müssen, kann ebenfalls die Produktivität der Implantationsanlage erheblich reduzieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden von Bereichen verschiedener Leitfähigkeitstypen in einem Substrat, bei dem ein scharf abgegrenzter Übergang in einer gewünschten Tiefe erzeugt wird und bei dem das Substrat wenig geschädigt wird.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1, 13, 16 bzw. 18 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dabei sieht die Erfindung ein Verfahren zum Implantieren von Ionen, die eine ausgewählte Atomspezies enthalten, durch eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats vor, um zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeitstypen im Substrat in einer gewünschten Tiefe unterhalb der Oberfläche einen Übergang auszubilden, wobei das Verfahren die Schritte des Auswählens einer maximalen Implantationsenergie der ausgewählten Atomspezies in Abhängigkeit der gewünschten Tiefe sowie des Auswählens der Gesamtdosis der Atomspezies, um eine gewünschte Konzentration der Spezies, die im Bereich vor dem Übergang implantiert wird, zu erreichen, und des Implantierens eines Teils der Dosis mit der Atomspezies mit weniger als der maximalen Implantationsenergie aufweist, bevor die Dosis mit der maximalen Energie abgeschlossen wird vor.

Mit diesem Verfahren wird ein Teil der beabsichtigten Dosis der Dotierstoffionen zuerst bei einer relativ niedrigeren Energie implantiert, bei der sich kein Kanalisierungsausläufer bis über die Übergangstiefe hinaus erstreckt. Jedoch verursacht dieser Anfangsteil der Dosis mit geringer Energie eine Amorphisierung der Oberflächenschicht des Substrats. Wenn die Dosis mit voller Implantationsenergie abgeschlossen wird, um die gewünschte Übergangstiefe zu erreichen, werden folglich diese Ionen mit höherer Energie durch eine bereits amorphisierte Zone implantiert, so daß ihre Kanalisierungswahrscheinlichkeit erheblich reduziert ist.

Die Wirkung dieses Verfahrens ist es, daß die Kanalisierungsausläufer der implantierten Ionenkonzentrationsprofile erheblich reduziert werden, so daß flache Übergänge zuverlässiger ausgebildet werden können. Wichtig ist dabei, daß keine Beschädigung des Substrats außerhalb des beabsichtigten Targetbereichs verursacht wird.

Die erforderliche Dosis kann in mindestens zwei Schritten bei verschiedenen Implantationsenergien für die Atomspezies implantiert werden. Tatsächlich können drei oder mehr diskrete Energieschritte verwendet werden, wobei die Energie eines jeden Schritts bis zur maximalen Energie des letzten Schritts erhöht wird.

Statt dessen kann die Implantationsenergie zunehmend bis zum Maximum erhöht werden, entweder durch kontinuierliches Erhöhen der Implantationsenergie mit fortschreitender Implantation oder durch Heraufsetzen der Energie in einer großen Anzahl von relativ kleinen Schritten.

Vorzugsweise wird am Anfang mindestens 5% der Dosis mit weniger als 50% der Maximalenergie implantiert. Tatsächlich können anfänglich zwischen 5 und 20% der Dosis bei weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30%, der maximalen Energie implantiert werden.

Bis zu 50% der Dosis kann anfänglich mit bis zu 70% der Maximalenergie implantiert werden.

Das Verfahren ist für Implantationen mit relativ niedriger Energie besonders nützlich, z. B. dort, wo die Maximalenergie nicht größer als 10 keV ist, oder in manchen Fällen nicht größer als 5 keV ist.

Neben dem Auswählen der Energien, bei denen die Dosis implantiert wird, um die Anzahl der implantierten Ionen, die in das Substrat über die gewünschte Tiefe hinaus eindringen, zu reduzieren, kann die Verteilung der Energie ebenfalls ausgewählt werden, um ein Profil der Konzentration der implantierten Ionen in einem Bereich des Substrats vor dem Übergang herzustellen, das einem gewünschten Profil besser entspricht. Typischerweise kann das gewünschte Profil eine Konzentration sein, die über die Tiefe gleichförmig ist.

Die Erfindung kann auch als ein Verfahren angesehen werden, um mittels Ionenimplantation in einem Halbleitersubstrat einen Übergang zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeit in einer gewünschten Tiefe unterhalb einer Oberfläche des Substrats auszubilden, bei der das Verfahren das Implantieren von Ionen durch die Substratoberfläche mit einer ersten Energie, um das Halbleitermaterial unterhalb der Oberfläche vor der gewünschten Übergangstiefe zu amorphisieren, und dann das Implantieren von Ionen mit einer höheren Energie durch den amorphisierten Halbleiter aufweist.

Die Energie der Implantation der ausgewählten Atomspezies kann geändert werden, indem die Beschleunigungs- oder Abbremsparameter der Ionenimplantationsanlage so eingestellt werden, daß der gleiche Ionenstrahl bei verschiedenen Endenergien verwendet wird.

Jedoch kann der Anfangsteil der Dosis mittels Implantation von Ionen mit einem im Vergleich zu den Ionen, die zum Abschließen der Dosis implantiert werden, höheren Masse/Ladungsverhältnis implantiert werden. Dann können die Ionen mit dem höheren Masse/Ladungsverhältnis mit der gleichen Energie implantiert werden, wie die Ionen, die zum Abschließen der Dosis implantiert werden. Z. B. kann Bor zuerst unter Verwendung eines Strahls von BF₂⁺-Ionen und einem anschließenden Wechsel zu B⁺-Ionen implantiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt, sieht die Erfindung ein Verfahren zum Implantieren von Ionen, die eine Atomspezies eines ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, durch eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats vor, um einen Übergang in einer gewünschten Tiefe unterhalb der Oberfläche zwischen einem oberen Bereich, der mit der Atomspezies dotiert wird, so daß er den ausgewählten Leitfähigkeitstyp aufweist, und einem unteren Bereich eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auszubilden, wobei das Verfahren einen ersten Schritt des Implantierens von Ionen, die eine erste Atomspezies des ersten ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, mit einer ersten Implantationsenergie, die nicht größer als die Energie ist, die bei der ersten Atomspezies erforderlich ist, um in die gewünschte Tiefe einzudringen, und einen nachfolgenden Schritt des Implantierens von Ionen aufweist, die eine zweite Atomspezies des ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, die ein geringeres Atomgewicht aufweist, als die erste Spezies, bei einer zweiten Implantationsenergie, mit der die zweite Atomspezies so eindringt, um den Übergang bei der gewünschten Tiefe auszubilden.

Die Ionen, die bei dem ersten und dem nachfolgenden Schritt implantiert werden, weisen die gleiche Energie auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung eines Beispiels des Implantationsverfahrens der Erfindung und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Tiefenverteilung der Konzentration von implantierten Atomen in einem Siliciumsubstrat bei den Implantationsverfahren nach dem Stand der Technik.

In Fig. 2 ist die Auswirkung eines Ionenkanalisierungs­ effekts während eines Implantationsprozesses nach dem Stand der Technik erläutert. Falls z. B. Borionen kontinuierlich bei einer festgelegten Energie implantiert werden, weist die Tiefenverteilung des Konzentrationsprofils von Boratomen im Siliciumsubstrat die Form der Kurve 12 in Fig. 2 auf. Anstatt des Konzentrationsabfalls auf einen Hintergrundswert bei der gewünschten Übergangstiefe d innerhalb des Substrats, wird eine beträchtliche Konzentration von Borionen in größere Tiefen implantiert, so daß die effektive Übergangstiefe um Δd erhöht ist. Das resultierende Profil der Borkonzentration weist einen sogenannten Kanalisierungsausläufer 10 auf.

Nach dem Stand der Technik wurde diese Wirkung abgeschwächt, indem eine Vorimplantation von Siliciumionen bei relativ hoher Energie durchgeführt wurde. Der Zweck der Siliciumvorimplantation ist, die Kristallstruktur des Siliciums unterhalb der Oberfläche des Substrats zu amorphisieren, d. h. amorph zu machen. Jedoch versetzt und beschädigt das implantierte Silicium ebenfalls die Kristallstruktur über einen Bereich, der in Fig. 2 in Kurve 11 dargestellt ist.

Als Folge der Amorphisierung des Siliciumsubstrats, wird der Kanalisierungseffekt des nachfolgend implantierten Bors verringert, so daß der unerwünschte Kanalisierungsausläufer 10 ebenfalls verringert wird.

Jedoch kann der Grad der Kristallbeschädigung, die im Bereich 11 erzeugt wird, sehr beträchtlich sein und, was wichtig ist, dergestalt sein, daß sie sich weit über den beabsichtigten Borimplantationsbereichen hinaus bis in tiefere Bereiche des Substrats erstreckt.

Es ist ein Standardverfahren, die Beschädigung im implantierten Wafer mittels Wärmebehandlung bei Temperaturen typischerweise zwischen 500°C und 700°C auszuheilen. Nachfolgend findet eine Aktivierungsbehandlung bei Temperaturen typischerweise zwischen 900°C und 1000°C statt. Selbst dann können jedoch Restbeschädigungen, die durch die Siliciumvorimplantation verursacht wurden, übrig bleiben, mit der Wirkung, daß die Leistung der im Substrat ausgebildeten Bauteile verringert wird.

Nimmt man nun auf Fig. 1 Bezug, so wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Borimplantation ausgeführt, indem bei zwei oder mehreren verschiedenen Energien implantiert wird, wobei mit einer Energie begonnen wird, die weit unterhalb der beabsichtigten maximalen Implantationsenergie, welche in Abhängigkeit der gewünschten Übergangstiefe festgelegt wurde, liegt. Statt dem Auswählen einer Implantationsenergie, die so berechnet ist, um eine gewünschte Übergangstiefe vorzusehen, und statt dem Ausführen der vollständigen Implantation bei dieser ausgewählten, maximalen Implantationsenergie, wird daher beim Ausführungsbeispiel der Implantationsprozeß in einer Abfolge von Schritten ausgeführt, indem mit einer Implantation bei geringeren Energien begonnen und am Ende mit der Implantation bei der maximalen Energie abgeschlossen wird.

Das Endresultat des Ausführens einer abgestuften Implantationsreihe bei jeweils verschiedenen Energien ist in Fig. 1 dargestellt. Bei einem ersten Schritt werden die Borionen mit einer Energie weit unterhalb der maximalen Implantationsenergie für die gewünschte Übergangs tiefe implantiert, um ein Anfangsprofil der Konzentration von Boratomen im Substrat entsprechend Kurve 15 zu erzeugen. Im Verlauf dieses Anfangsschritts werden jegliche Ionen, die aufgrund des Kanalisierungseffekts in größere Tiefen eindringen, immer noch vor der gewünschten Übergangstiefe absorbiert. Wichtig ist, daß der erste Implantationsschritt bei niedrigen Energien trotzdem eine Amorphisierung der Kristallstruktur des Siliciumwafers in einem Oberflächenbereich des Siliciumwafers erzeugt, der ungefähr der Konzentrationskurve 15 entspricht, die durch die Schraffur der Fläche unter dieser Kurve in Fig. 1 dargestellt ist. Diese erste Implantation bei niedriger Energie wird vorzugsweise mit dem höchstmöglichen Strahlstrom ausgeführt, um die dabei verursachte Amorphisierung zu maximieren.

Nach dem ersten Schritt der Implantation, kann ein zweiter Schritt bei einer Zwischenenergie ausgeführt werden, der ein zusätzliches Konzentrationsprofil erzeugen würde, das der Kurve 16 in Fig. 1 entspricht. Es ist offensichtlich, daß die Kurve 16 nur der Konzentration von den Ionen, die beim zweiten Zwischenenergieschritt implantiert wurden, und nicht der akkumulierten Gesamtkonzentration der Ionen, die sowohl beim ersten als auch beim zweiten Schritt absorbiert wurden, entspricht.

Weil während des zweiten Schritts die implantierten Ionen durch den Schädigungsbereich, der durch den ersten Implantationsschritt verursacht wurde, implantiert werden, ist die Wahrscheinlichkeit des Kanalisierungseffekts bei Ionen, die während des zweiten Schritts implantiert werden, beträchtlich verringert. Der zweite Schritt selbst erzeugt etwas tiefer innerhalb des Substrats eine zusätzliche Amorphisierung. Dieser zweite Schritt sollte ebenfalls bei einem hohen Strahlstrom ausgeführt werden.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dann ein Abschlußimplantationsschritt bei voller Implantationsenergie, die zum Erreichen der gewünschten Tiefe d des Übergangs erforderlich ist, ausgeführt. Die mit voller Implantationsenergie implantierten Ionen müssen durch die amorphisierten Bereiche, die durch die beiden ersten Implantationsschritte erzeugt wurden, hindurchgehen und folglich wird die Wahrscheinlichkeit dieser Ionen, über die erforderliche Übergangstiefe hinaus kanalisiert zu werden, beträchtlich verringert. Die Zunahme der Konzentration durch die im dritten Implantationsschritt implantierten Atomen ist durch die Kurve 17 dargestellt.

Die resultierende Gesamtkonzentration der durch alle drei Schritte implantierten Ionen ist durch die durchgezogene Kurve 18 dargestellt. Weil die Kanalisierungs­ wahrscheinlichkeit für die mit voller Implantationsenergie implantierten Ionen erheblich verringert ist, ist kein wesentlicher Kanalisierungsausläufer vorhanden und die gewünschte Übergangstiefe wird erreicht. Wichtig ist, daß dies erreicht wird, ohne eine beträchtliche Beschädigung der Kristallstruktur über den gewünschten Übergang hinaus zu verursachen.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste Implantationsschritt, der das Profil 15 in Fig. 1 hervorruft, bei ungefähr 20% der gewünschten maximalen Implantationsenergie und bei Implantation von etwa 10% der für den zu implantierenden Bereich erforderlichen Gesamtionendosis durchgeführt werden. Die zweite Implantation bei der Zwischenenergie kann bei etwa 60% der maximalen Energie ausgeführt werden und etwa 20% der Gesamtdosis betragen. Der Abschlußimplantationsschritt bei der maximalen Energie sieht etwa 70% der Gesamtdosis vor.

Ein zusätzlicher Vorteil dieses schrittweisen Implantationsverfahrens ist, daß das Profil 18 der Gesamtkonzentration von Atomen im implantierten Bereich idealer ausgestaltet werden kann, indem auf geeignete Weise die Energien und Dosen der unterschiedlichen Implantationsschritte gesteuert werden. Beim in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist das Profil der Konzentration relativ gleichförmig über den wesentlichen Teil der Gesamttiefe des implantierten Bereichs ausgestaltet.

Vorteile erzielt man, wenn der Implantationsprozeß in nur zwei Schritten durchgeführt wird, mit einem einzigen Anfangsimplantationsschritt bei einer geringen Energie, so daß der zweite Implantationsschritt mit voller Energie mittels einer Implantation von Ionen durch den Schädigungsbereich, der durch den ersten Schritt verursacht wurde, ausgeführt wird. Jedoch können mehrere Implantationsschritte bevorzugt werden, um die hervorgerufenen Kanalisierungsausläufer zu minimieren und um das gewünschte Konzentrationsprofil im implantierten Bereich zu erhalten.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Implantationsenergie während eines Implantationsprozesses im wesentlichen kontinuierlich verändert werden, wobei die Energie bei einem relativ geringen Wert startet und entweder in einer großen Anzahl von kleinen Schritten oder kontinuierlich bis zur maximalen Implantationsenergie zunimmt. Gleichzeitig kann der Strahlstrom variiert werden, um bei jeder Energie die gewünschte Dosisrate zu erhalten. Softwareanpassungen, die zur Automatisierung der beschriebenen Verfahren notwendig sind, sind für den Fachmann einfach auszuführen.

Der oben beschriebene Prozeß ist besonders nützlich für Implantationen mit relativ niedriger Energie zum Ausbilden von Übergängen in oberflächennahen Tiefen im Halbleitersubstrat. Typische, maximale Implantationsenergien für den Prozeß liegen unter 10 keV und können 5 keV oder weniger betragen.

Bezugnehmend auf Fig. 1: Falls die maximale Implantationsenergie 5 keV beträgt, kann der erste Schritt bei einer Energie von 1 keV und der zweite Schritt bei einer Energie von 3 keV durchgeführt werden. Vorzugsweise sollte der verwendete Strahlstrom, selbst für den Anfangsschritt bei 1 keV, mindestens 1 mA betragen, günstiger jedoch 2 mA oder mehr.

Beim oben beschriebenen Beispiel, wird die Energie der implantierten Atomspezies (hier Bor) durch Ändern der Energie des Ionenstrahls eingestellt, wobei angenommen wird, daß der Ionenstrahl bei allen drei Schritten des Implantationsprozesses die gleichen Ionen enthält. Es wäre jedoch auch möglich, die Energie der Implantation einer ausgewählten Atomspezies dadurch einzustellen, daß ein Strahl mit unterschiedlichen Ionen verwendet wird. Falls z. B. der erste Implantationsschritt unter Verwendung von einfach geladenen BF₂-Ionen bei einer Energie von ungefähr 5 keV durchgeführt wird, so beträgt die effektive Energie des Boratoms, das bei der Implantation in das Substrat hinein vom Fluor dissoziiert, weniger als 1 keV. Die Energie des BF₂-Ions wird beim Aufprall auf das Substrat auf die verschiedenen Atome, die das Ion bilden, in Abhängigkeit von ihrer Atommasse aufgeteilt.

Falls dann der Ionenstrahl auf einen Strahl von einfach geladenen Boratomen mit ebenfalls 5 keV umgeschaltet wird, so werden diese Borionen anschließend mit der vollen Strahlenergie von 5 keV implantiert.

Unter bestimmten Umständen kann es bequemer sein, die verschiedenen Schritte des Implantationsprozesses durch Auswählen von verschiedenen Ionenmassen auszuführen, während die Strahlenergie bei der Implantation konstant gehalten wird. Den Fachleuten auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß Ionenstrahlimplantationsvorrichtungen normalerweise eine Massenselektionsmöglichkeit einschließen, um nur Ionen eines bestimmten Masse/Ladungsverhältnisses im Strahl zur Implantation durchzulassen. Im Falle der Borimplantation ist es ebenfalls allgemein üblich, BF₃-Gas als Ausgangsstoff in der Ionenquelle zu verwenden, so daß der extrahierte Ionenstrahl typischerweise eine Anzahl von Ionenmassen einschließt, einschließlich B⁺ und BF₂⁺.

Ein weiterer Vorteil des Ausführens des Anfangsimplantationsschritts mit niedriger Energie unter Verwendung von Ionen mit einem höheren Masse/Ladungsverhältnis ist, daß solche relativ schweren Ionen dazu neigen, beim Stoß eine höhere Amorphisierung des Substrats hervorzurufen, so daß die Vorteile dieses Verfahrens größer sein können. Im allgemeinen kann die Anfangsimplantation mit niedriger Energie unter Verwendung von Ionen mit einem hohen Masse/Ladungsverhältnis durchgeführt werden und neben solchen Verbindungen, wie BF₂, können ebenfalls Clusterionen, die eine Anzahl von aneinander haftenden Boratomen mit einer einzigen Ladung enthalten, ebenfalls verwendet werden.

Obwohl sich die obige Beschreibung speziell auf die Implantation der Atomspezies Bor, die verwendet wird, um eine P-Typ Dotierung vorzusehen, bezogen hat, kann das Verfahren ebenfalls für die Implantation anderer Spezies verwendet werden. Z. B. können Arsen oder Phosphor implantiert werden, um eine N-Typ Dotierung vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel der N-Typ Dotierung kann die Anfangsimplantation unter Verwendung von Arsen mit einer relativ hohen Atommasse (ungefähr 75) durchgeführt werden und dann kann der nachfolgende Implantationsschritt unter Verwendung von Phosphor mit einer Atommasse von ungefähr 31 durchgeführt werden. Die Implantationsenergie eines jeden dieser Atome kann so ausgewählt werden, daß eine Anfangsimplantation mit Arsen maximale Amorphisierung der Oberfläche des Substrats hervorruft, wobei die Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß Arsenatome über die gewünschte Übergangstiefe hinaus eindringen, und die nachfolgende oder abschließende Implantation mit Phosphor bei einer ausreichenden Energie ausgeführt wird, um den Übergang in der gewünschten Tiefe auszubilden.

Ein Vorteil könnte selbst dann erreicht werden, wenn sowohl Arsen als auch Phosphor mit der gleichen Energie implantiert werden, indem diejenige Spezies zuerst implantiert wird, die eine geringere Eindringwahrscheinlichkeit oder zumindest eine größere Neigung, eine Amorphisierung zu bewirken, aufweist.

Für die P-Typ Dotierung kann es vorteilhaft sein, anfänglich Gallium oder Indium für eine bessere Amorphisierung bei geringeren Energien zu verwenden.

Nachdem die Implantation abgeschlossen ist, kann das implantierte Substrat mit dem RTP Centura^TM von AMAT getempert werden.

Claims (19)

1. Verfahren zum Implantieren von Ionen, die eine ausgewählte Atomspezies enthalten, durch eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats, um in einer gewünschten Tiefe unterhalb der Oberfläche einen Übergang zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeitstypen im Substrat auszubilden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Auswählen einer maximalen Implantationsenergie der ausgewählten Atomspezies in Abhängigkeit von der gewünschten Tiefe,
Auswählen der Gesamtdosis der Atomspezies, um eine gewünschte Konzentration der im Bereich vor dem Übergang implantierten Spezies zu erreichen, und
Implantieren eines ersten Teils der Dosis der Atomspezies mit einer Energie, die unterhalb der maximalen Implantationsenergie liegt, bevor diese Dosis mit der maximalen Energie abgeschlossen wird.

2. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 1, bei dem die Dosis in mindestens zwei Schritten bei unterschiedlichen Implantationsenergien für die Atomspezies implantiert wird.

3. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 1, bei dem die Implantationsenergie zunehmend bis zum Maximum erhöht wird.

4. Verfahren zum Implantieren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem am Anfang mindestens 5% der Dosis bei weniger als 50% der maximalen Energie implantiert wird.

5. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 4, bei dem am Anfang zwischen 5% und 20% der Dosis mit weniger als 50% der maximalen Energie implantiert wird.

6. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 5, bei dem am Anfang zwischen 5% und 20% der Dosis mit weniger als 30% der maximalen Energie implantiert wird.

7. Verfahren zum Implantieren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem am Anfang bis zu 50% der Dosis bei bis zu 70% der maximalen Energie implantiert wird.

8. Verfahren zum Implantieren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die maximale Energie nicht höher als 10 keV ist.

9. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 8, bei dem die maximale Energie nicht höher als 5 keV ist.

10. Verfahren zum Implantieren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Energien, mit denen die Dosis implantiert wird, so ausgewählt sind, daß die Anzahl der in das Substrat über die gewünschte Tiefe hinaus eindringenden, implantierten Ionen verringert wird.

11. Verfahren zum Implantieren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Energien, mit denen die Dosis implantiert wird, so ausgewählt sind, daß ein Profil der Konzentration von implantierten Ionen in einem Bereich des Substrats vor dem Übergang erzeugt wird, das mit einem gewünschten, idealen Profil besser übereinstimmt.

12. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 11, bei dem das gewünschte, ideale Profil ein Konzentrationsprofil ist, das über die Tiefe gleichförmig ist.

13. Verfahren zum Ausbilden eines Übergangs zwischen Bereichen verschiedener Leitfähigkeit in einer gewünschten Tiefe unterhalb einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats durch eine Ionenimplantation in das Substrat, wobei das Verfahren aufweist:
Implantieren von Ionen durch die Substratoberfläche mit einer ersten Energie, um das Halbleitermaterial unterhalb der Oberfläche vor der gewünschten Übergangstiefe zu amorphisieren, und dann
Implantieren von Ionen mit einer höheren Energie durch den amorphisierten Halbleiter.

14. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil der Dosis implantiert wird durch Implantieren von Ionen mit einem gegenüber den Ionen, die zur Vervollständigung der Dosis implantiert werden, höheren Masse/Ladungsverhältnis.

15. Verfahren zum Implantieren nach Anspruch 14, bei dem die Ionen mit dem höheren Masse/Ladungsverhältnis mit der gleichen Energie implantiert werden, wie die Ionen, die zum Vervollständigen der Dosis implantiert werden.

16. Verfahren zum Implantieren von Ionen, die eine Atomspezies eines ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, durch eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats, um in einer gewünschten Tiefe unterhalb der Oberfläche einen Übergang zwischen einem oberen Bereich, der mit der Atomspezies dotiert wird, so daß der obere Bereich den ersten ausgewählten Leitfähigkeitstyp aufweist, und einem unteren Bereich eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auszubilden, wobei das Verfahren aufweist:
einen ersten Schritt des Implantierens von Ionen, die eine erste Atomspezies des ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, mit einer ersten Implantationsenergie, die nicht größer als die Energie ist, die erforderlich ist, damit die erste Atomspezies in die gewünschte Tiefe eindringt, und
einen nachfolgenden Schritt des Implantierens von Ionen, die eine zweite Atomspezies des ausgewählten Leitfähigkeitsdotierungstyps enthalten, die ein geringeres Atomgewicht als die erste Spezies aufweist, mit einer zweiten Implantationsenergie, bei der die zweite Atomspezies so eindringt, daß der Übergang in der gewünschten Tiefe ausgebildet wird.

17. Verfahren zum Implantieren von Ionen nach Anspruch 16, bei dem die beim ersten und nachfolgenden Schritt implantierten Ionen die gleiche Energie aufweisen.

18. Halbleiterbauteil mit einem implantierten Bereich, der mit einem Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet wurde.

19. Integrierte Schaltung, die ein Halbleiterbauteil nach Anspruch 18 aufweist.