DE19808245C1 - Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiterbauelements - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen HalbleiterbauelementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiter
bauelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Nach der Implantation von Dotanden bei der Herstellung von mikroelektronischen Halblei
terbauelementen weist der Halbleiter im Bereich des implantierten Volumens Strahlenschä
den in Form von Gitterstörungen und Zwischengitteratomen auf. Um die kristalline Ordnung
des Halbleiters wieder zu verbessern und um die implantierten Dotanden elektrisch zu akti
vieren, muß der Halbleiter bei hoher Temperatur ausgeheilt werden. Die Einwirkung von
hohen Temperaturen führt zu erheblichen Diffusionsvorgängen im Halbleiter. Im Falle der
Dotierungen und der Ausheilung der durch die Implantation erzeugten Strahlenschäden ist
dies erwünscht, jedoch sind die Beweglichkeiten aller Konstituenten des Halbleiters bei ho
hen Temperaturen stark erhöht, so daß unerwünschte Diffusionen anderer Komponenten
stattfinden. Um vergrabene dotierte Bereiche freizulegen, wird die Oberfläche des Bauele
ments anschließend mit Ionenätzen und/oder chemischer Behandlung abgetragen, bis das
dotierte Material an die Oberfläche tritt.
In J. Appl. Phys 81 (10), 1997 Seite 6635-6641 wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
beschrieben und das Problem der Gitterstörungen nach
der Implantation von Dotanden behandelt. Es werden zwei Verfahren miteinander vergli
chen. Das eine Verfahren behandelt das Ausheilen der Gitterstörungen durch Erhitzen der
Halbleiter in einem Temperofen. Im zweiten Verfahren werden die Halbleiter mit Hilfe von
Mikrowellen erhitzt. Die Bestrahlung des Halbleiters mit Mikrowellen dient lediglich der
Erhitzung, ein Materialabtrag findet nicht statt.
In dem Artikel von J. Zhang et al. in der Zeitschrift Applied Physics A, Band 64, S. 367-
371, Jahrgang 1997, ist beschrieben, Siliziumkarbid mit einem Excimer-Laser mit einer
Wellenlänge im ultravioletten Bereich durch direktes Photoätzen abzutragen und anschlie
ßend chemisch nachzubehandeln. Das Verfahren ist aufwendig und insbesondere für große
Halbleiterflächen zeitkonsumierend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes und schnelles Verfahren zur Her
stellung eines mikroelektronischen Bauelements aus einem Halbleitermaterial anzugeben,
bei dem ein vergrabener dotierter Bereich im Halbleiter gezielt freigelegt wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterführende
und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung zu
entnehmen.
Die Erfindung besteht darin, den Halbleiter im wesentlichen ganzflächig durch gleichzeiti
ges Einwirken von optischer Strahlung im zur Bestrahlung vorgesehenen Bereich des Halb
leiters zu bestrahlen, zumindest im dotierten Bereich zu erhitzen und gleichzeitig ein einen
vergrabenen dotierten Bereich überdeckendes Halbleitermaterial abzutragen. Der besondere
Vorteil ist, daß mit einem einzigen Verfahren und in einem einzigen Prozeßschritt sowohl
Strahlenschäden im Halbleitergitter ausgeheilt und Dotanden aktiviert werden als auch ein
Freilegen eines vergrabenen dotierten Bereichs erzielt wird.
Ein bevorzugter Strahlungsbereich liegt im Wellenlängenbereich unterhalb der Infrarot
strahlung, besonders bevorzugt im sichtbaren und/oder ultravioletten Spektrum. Dabei ist es
besonders günstig, eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich in einem Bereich zu
wählen, in dem der Halbleiter ein erhöhtes Absorptionsvermögen für die betreffende Strah
lung aufweist.
Geeignete Strahlungsquellen sind Edelgas-Hochdrucklampen oder Metalldampf-
Hochdrucklampen. Besonders geeignet ist eine Xenon-Hochdrucklampe. Günstige Pulslän
gen liegen im Bereich von Millisekunden bis Sekunden. Bei besonders stark erhöhter Ab
sorption der Strahlung und/oder bei besonders energiereicher Strahlung ist eine Pulslänge
von Picosekunden bis Millisekunden günstig.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein ionenimplantiertes Halbleitermaterial in einer
Schutzgasatmosphäre, insbesondere einer argonhaltigen Atmosphäre, bestrahlt. Es ist auch
möglich, ein ionenimplantiertes Halbleitermaterial in einer Vakuumatmosphäre zu bestrah
len. Damit wird vorteilhaft eine unerwünschte Oxidation und/oder Kontamination des er
hitzten Halbleitermaterials vermieden.
Besonders geeignet ist das Verfahren für Halbleiter, die nach einer Ionenimplantation ein
erhöhtes Absorptionsvermögen für einen Bereich von elektromagnetischer Strahlung auf
weisen, während das ungestörte Halbleitermaterial in diesem Bereich keine erhöhte Absorp
tion aufweist, insbesondere Siliziumkarbid. In diesem Fall werden nichtimplantierte und
damit ungestörte Gebiete des Halbleiters nicht so stark erhitzt wie die implantierte Bereiche,
welche ausgeheilt werden sollen. Unterscheidet sich das Absorptionsvermögen in einem
implantierten Bereich nicht oder nur geringfügig von dem Absorptionsvermögen im unge
störten Bereich, ist eine Abdeckung des ungestörten Bereichs vorteilhaft, um die Wärme
einwirkung auf den gewünschten implantierten Bereich zu beschränken.
Die Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläu
tert. Es zeigen
Fig. 1 einen Vergleich elektrischer Materialparameter von gemäß dem Stand der Technik
und gemäß der Erfindung behandeltem Siliziumkarbid mit einer ersten Dotierungs
art, und
Fig. 2 einen Vergleich elektrischer Materialparameter von gemäß dem Stand der Technik
und gemäß der Erfindung behandeltem Siliziumkarbid mit einer zweiten Dotie
rungsart.
Im folgenden ist die Erfindung im wesentlichen anhand von Siliziumkarbid (SiC) als Halb
leitermaterial beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch für andere Halbleitermaterialien,
wie andere Mischkristalle, Silizium oder andere Materialien verwendet werden und ist nicht
auf Siliziumkarbid eingeschränkt.
Um einen gewünschten Leitungstyp in einem Halbleitermaterial zu realisieren, ist es erfor
derlich, einen Halbleiter nach einer erfolgten Ionenimplantation von Dotanden auszuheilen.
Dabei werden die durch die Implantation erzeugten Schäden im Kristallgitter des Halblei
termaterials ausgeheilt, und die gelangen auf elektrisch aktive Gitterplätze. Die nach der
Ausheilung optimal erreichbaren Werte elektrischer Eigenschaften wie spezifischer Wider
stand oder Ladungsträgerkonzentration sind abhängig von der Menge der bei der Implantati
on eingebrachten Dotanden. Dabei spielt zum einen die maximale Löslichkeit der Dotanden
im Halbleitermaterial als auch die Diffusionskonstante der Dotanden bei der Ausheiltempe
ratur eine wichtige Rolle. Sollen möglichst hohe Ladungsträgerkonzentrationen und ein ge
ringer spezifischer Widerstand erzielt werden, so wird zweckmäßigerweise eine Konzentra
tion von Dotanden implantiert, die bei einer vorgesehenen Ausheiltemperatur noch löslich
ist. Ein wesentlicher Überschuß von Dotanden führt dagegen nicht zu einer weiteren Verbes
serung der gewünschten elektrischen Eigenschaften und kann im ungünstigen Fall eher zu
einer Verschlechterung führen, da die überschüssigen Dotanden zumindest zusätzliche
Streuzentren im Kristallgitter des Halbleiters darstellen.
Zum Ausheilen des Halbleitermaterials sind hohe Temperaturen erforderlich. Ein Halbleiter
wie Siliziumkarbid wird dazu bei Temperaturen zwischen 1500°C bis zu etwa 1800°C in
einem Ofen getempert. Üblicherweise wird die Temperaturbehandlung in Schutzgasatmo
sphäre durchgeführt, um einer Oxidation des Halbleitermaterials vorzubeugen. Typische
Ausheilzeiten liegen zwischen 5 und 30 Minuten.
Die Löslichkeitsgrenze von Dotanden ist zum einen unterschiedlich für verschiedene Dotan
den und zum anderen abhängig von der Ausheiltemperatur, die beim Ausheilen der Strahlen
schäden angewendet wird. Meist unterscheiden sich die Löslichkeitsgrenzen auch für unter
schiedliche Polytypen eines Halbleitermaterials. Bei Siliziumkarbid sind die Löslichkeits
grenzen für SiC-Polytypen in etwa gleich. Für Aluminium liegt die Löslichkeit in SiC bei
etwa 1 . 1020 cm-3 bei 1700°C und bei etwa 1 . 1021 cm-3 bei 2300°C.
Ein bevorzugtes Halbleiterbauelement weist eine epitaktische Siliziumkarbidschicht des 6H-
Polytyps auf, die auf einem Substrat aus 6H-SiC abgeschieden ist. Ein weiteres bevorzugtes
Halbleiterbauelement weist eine epitaktische Siliziumkarbidschicht des 4H-Polytyps auf, die
auf einem Substrat aus 4H-SiC abgeschieden ist. Ein weiteres bevorzugtes Halbleiterbau
element weist eine heteroepitaktische Siliziumkarbidschicht des 3C-Polytyps auf. Als Sub
strat ist einkristallines Silizium geeignet oder ein SiC-Einkristall des 4H- oder 6H-Polytyps.
Eine günstige Schichtdicke liegt zwischen 0,1 µm und 50 µm. Bei einem weiteren bevor
zugten Bauelement wird ein SiC-Substrat, insbesondere des 4H- oder 6H-Polytyps, unmit
telbar ohne zusätzliche SiC-Schicht verwendet. Einkristallines Siliziumkarbid, welches un
dotiert oder hochkompensiert, insbesondere semiisolierend ist, ist optisch weitgehend trans
parent.
In das SiC-Material werden anschließend Dotanden mittels Ionenimplantation eingebracht,
vorzugsweise Aluminium oder Bor für p-leitendes Material oder Stickstoff oder Phosphor
für n-leitendes Material. Die Implantation wird in einem bevorzugten Temperaturbereich
zwischen Raumtemperatur und 1200°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur und
1000°C durchgeführt. Eine günstige Implantationstemperatur liegt bei etwa 300°C, eine
weitere günstige Implantationstemperatur liegt bei etwa 500°C. Eine weitere günstige Im
plantationstemperatur liegt bei etwa 600°C. Die implantierten Dosen liegen für ein bevor
zugtes Dotiermaterial Aluminium im Bereich etwa zwischen 1018 und 1021 cm-3. Eine maxi
male implantierte Aluminiumkonzentration liegt bei etwa 1,5 . 1021 cm-3. Je nach verwende
ter Implantationsenergie und verwendetem Implantationsprofil kann dabei ein vergrabener
implantierter Bereich unterhalb der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet werden.
Eine niedrige Aluminiumkonzentration von 5 . 1019 cm-3 wird mit einem günstigen Implanta
tionsprofil mit folgenden Implantationsparametern erzielt:
1,7 . 1015 cm-2 bei 450 keV
8 . 1014 cm-2 bei 240 keV
5 . 1014 cm-2 bei 120 keV
2,6 . 1014 cm-2 bei 50 keV.
8 . 1014 cm-2 bei 240 keV
5 . 1014 cm-2 bei 120 keV
2,6 . 1014 cm-2 bei 50 keV.
Eine hohe Aluminiumkonzentration von 1,5 . 1021 cm-3 wird mit einem günstigen Implantati
onsprofil mit folgenden Implantationsparametern erzielt:
5 . 1016 cm-2 bei 450 keV
2,4 . 1016 cm-2 bei 240 keV
1,5 . 1016 cm-2 bei 120 keV
8 . 1015 cm-2 bei 50 keV.
2,4 . 1016 cm-2 bei 240 keV
1,5 . 1016 cm-2 bei 120 keV
8 . 1015 cm-2 bei 50 keV.
Damit ergibt sich jeweils ein vergrabener implantierter Bereich in einer Tiefe von etwa 100-
600 nm unterhalb der SiC-Oberfläche.
Soll dieser hochdotierte Bereich des Bauelements später insbesondere zur ohmschen An
kontaktierung von Elektroden oder für andere Strukturen im Halbleiterbauelement verwen
det werden, ist es notwendig, den vergrabenen Bereich freizulegen. Dies erfolgt dadurch,
daß das Material unmittelbar beim Ausheilschritt abgetragen wird. Es ist günstig, vor einer
Ionenimplantation die Oberfläche der SiC-Schicht mit einer Maskierung zu versehen, so daß
Dotanden nur in gewünschte Bereiche der Schicht implantiert werden, während keine Do
tanden in die durch die Maskierung abgedeckten Bereiche implantiert werden. Die Maskie
rung kann entweder über eine geeignete Abdeckung erfolgen oder durch eine mit üblichen,
insbesondere photolithographischen Mitteln hergestellte, strukturierte Schicht aus Oxid oder
Metall sein, die auf die Schichtoberfläche abgeschieden wurde und nach der Implantation
oder nach der Ausheilung entfernt wird. In einer günstigen Weiterbildung des erfindungs
gemäßen Bauelements ist die Maskierung als Bestandteil des Halbleiterbauelement vorgese
hen, insbesondere als Isolierschicht, und verbleibt auf der SiC-Oberfläche. Die Ionenim
plantation kann bei Raumtemperatur oder bei einer leicht erhöhten Temperatur insbesondere
zwischen Raumtemperatur und 1000°C durchgeführt werden. Der Vorteil einer erhöhten
Implantationstemperatur liegt darin, daß Strahlenschäden zumindest teilweise bereits bei der
Implantation ausgeheilt werden können Insbesondere bei SiC wird die spätere Aktivierung
der Dotanden günstig beeinflußt.
Nach der Implantation zeigt Siliziumkarbid im implantierten Bereich eine Verfärbung, die
auf eine Schädigung des Kristallgitters zurückzuführen ist. Die Verfärbung ist unter anderem
abhängig von der implantierten Dosis und der Implantationstemperatur. n-leitendes, nicht
ausgeheiltes SiC ist bei n++-Dotierung geschwärzt und undurchsichtig, bei n--Dotierung hell
grün und transparent. Wird die Dotierung des Materials gut kompensiert, so daß das SiC
semiisolierend ist, so wird das Material wieder transparent. Bei p-dotiertem, nicht ausge
heiltem SiC ist das Material zeigt SiC bei p++-Dotierung eine bläulich-graue Färbung und ist
trübe, bei nicht ausgeheilter p-Dotierung ist das Material graublau und transparent.
Gemäß der Erfindung wird der das implantierte Bauelement anschließend an die Implantati
on mit einem Lichtpuls bestrahlt. Eine besonders günstige Bestrahlungsquelle stellt dabei
eine Bitzlichtlampe mit im wesentlichen weißen Licht dar, insbesondere Edelgas-
Hochdrucklampen oder Metalldampf-Hochdrucklampen, besonders bevorzugt wird Strah
lung von einer oder mehrerer Xenon-Hochdrucklampen verwendet. Die Bestrahlung erfolgt
vorzugsweise mit einem einzigen Puls von 10-100 ms Dauer. Eine günstige Leistung liegt
oberhalb von etwa 10 J/cm2. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Blitz einer Xe-
Hochdrucklampe von etwa 20 ms Dauer und einer integrierten Energie pro Puls von etwa
100 J/cm2 verwendet. Die Energiedichte wurde dabei aus Schmelztestversuchen von Silizi
um unter Berücksichtigung des Reflexionsfaktors für das einfallende Licht abgeschätzt.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Lichtquelle mittels geeigneter optischer Mittel so aufge
streut werden kann, daß das Bauelement über seine gesamte Fläche gleichzeitig ausgeleuch
tet werden kann. Bei SiC ist eine Energiedichte um etwa 100 J/cm2 sehr günstig. Mit einem
Lampenarray von mehreren Xe-Hochdrucklampen können Flächen bis zu 4" Durchmesser
mit einem einzigen Lichtpuls von etwa 20 ms ausgeheilt werden. Größere Flächen können
bestrahlt werden, indem mehr Lampen zusammengefaßt werden, so daß eine kritische Ener
giedichte an jedem Punkt im Strahlungsfeld, welches auf eine zu bestrahlende Fläche trifft,
über einer kritischen Grenze der Energiedichte liegt, welche bei SiC nach der bereits be
schriebenen Bestimmungsmethode unterhalb von 100 J/cm2 liegt. Die günstigste Energie
dichte hängt dabei auch von der Temperatur ab, welche das Bauelement bei der Bestrahlung
aufweist wie auch von der Dicke der zu bestrahlenden Schicht und/oder der Tiefe der
Schicht im Halbleiter im Falle von vergrabenen dotierten Schichten. Die Bestrahlungspara
meter werden zweckmäßigerweise an diese Bedingungen angepaßt.
Neben der vorteilhaften Zeitersparnis beim Ausheilen gemäß der Erfindung entfällt auch
eine aufwendige Anordnung zum lateralen Verschieben eines Lichtstrahls, um eine Bauele
mentfläche gleichmäßig mit einem Lichtstrahl abzurastern, wie dies z. B. mit einem Laser
notwendig ist. Auch ist es nicht einfach, jeden Bereich der Oberfläche mit gleicher Lichtin
tensität und Energie zu bestrahlen, wenn ein Licht- und/oder Laserstrahl zeilenweise über
eine zu bestrahlende Fläche geführt wird, da insbesondere an Überlappungsgebieten von
bestrahlten Zeilen auf der Oberfläche keine definierten Energieeinträge durch den Raster
strahl erfolgen kann. Dies gilt insbesondere für bestrahlte Materialien, die bei höheren Tem
peraturen einen Materialverlust durch Sublimation oder Abdampfen von Konstituenten er
leiden. Weiterhin werden unerwünschte Effekte vermieden, die an Rändern des jeweils be
leuchteten, lokal begrenzten Gebiets in Zonen mit abnehmender Lichtintensität entstehen
können und eine Ausheilung des Halbleitergitters und eine Aktivierung der Dotanden er
schweren.
Bevorzugt wird das Bauelement zur Bestrahlung in eine Schutzgasatmosphäre eingebracht,
um eine Oxidation des Halbleitermaterials zu vermeiden. Je nach Halbleitermaterial besteht
eine geeignete Schutzgasatmosphäre insbesondere aus Argon, Stickstoff, Wasserstoff oder
Formiergas. Zweckmäßigerweise wird die Atmosphäre so gewählt, daß eine unerwünschte
Kontamination des Halbeiters aus dem Schutzgas vermieden wird. Die Bestrahlung kann bei
Raumtemperatur durchgeführt werden. Das Bauelement wird nicht gezielt weiter erhitzt.
Eine besonders günstige Ausführung ist, das Bauelement auf eine Kühlfläche zu montieren,
um die nichtimplantierten Bereiche des Bauelements vor Wärmeeinwirkung beim lokalen
Ausheilen zu schützen.
Eine weitere günstige Ausführung ist, das Bauelement beim Ausheilschritt auf eine relativ
geringe Temperatur zwischen Raumtemperatur und 600°C zu erwärmen. Die maximale
Temperatur liegt jedenfalls wesentlich unterhalb der sonst zur Ausheilung üblichen Tempe
ratur von bis zu 2000°. Dies ist ganz besonders dann vorteilhaft, wenn das Bauelement un
mittelbar anschließend an die Implantation der Dotanden mit dem Licht bestrahlt wird und
die Implantation bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere zwischen 400°C und 700°C,
durchgeführt wird. Dazu ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn das SiC vor der Implantati
on mit einer Maskierung versehen und demnach strukturiert implantiert wird. Der besondere
Vorteil ist, daß sowohl für die Implantation, welche bei moderat erhöhten Temperaturen
durchgeführt wird, als auch für die Ausheilung des implantierten Bauelements kein separater
Ofen notwendig ist. Gegebenenfalls kann die Bestrahlung direkt in der Implantationskam
mer durchgeführt werden, welche vorzugsweise vor der Ausheilung mit einer geeigneten
Atmosphäre auf einen vorgegebenen Druck geflutet wird. Eine eigene Bestrahlungskammer
ist dann nicht notwendig. Damit sind erhebliche Einsparungen an Prozeßzeit und Anlagen
kosten möglich.
Je nach Lichtquelle und Intensität kann eine Bestrahlungsdauer zwischen einigen Sekunden
und Picosekunden eingestellt werden. Dabei können mehrere Pulse hintereinander oder län
gere Pulse zur Bestrahlung eingesetzt werden. Die Parameter sind für verschiedene Halblei
termaterialien und Dotanden sowie für die jeweilige Bestrahlungsquelle anzupassen. Vor
zugsweise ist die Bestrahlung möglichst kurz, da dann die thermische Belastung des Bau
elements insgesamt vorteilhaft verringert ist.
Der elektromagnetische Strahlungspuls kann die SiC-Oberfläche des Bauelements ganzflä
chig bestrahlen. Besonders vorteilhaft ist, eine Lichtquelle mit einem Spektrum zu wählen,
das eine erhöhte Intensität in dem Wellenlängenbereich aufweist, in dem die optische Ab
sorption des Halbleitermaterials hoch ist, insbesondere nach der Implantation. Bei SiC zeigt
die Verfärbung des Materials nach der Implantation eine erhöhte optische Absorption wegen
der Strahlenschäden an. Falls keine Unterschiede in der optischen Absorption eines gestörten
und ungestörten Halbleiters vorliegen, ist es vorteilhaft, die gewünschten Bereiche mit einer
geeigneten Maskierung zu versehen, so daß nur die auszuheilenden Bereiche des Halbleiters
bestrahlt werden.
Der implantierte SiC-Bereich ist nach der Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung
wieder klar und transparent. Aus Aktivierungs- und Beweglichkeitsmessungen der La
dungsträger wird geschlossen, daß die kurzzeitige Bestrahlung im implantierten Bereich der
SiC-Schicht kurzzeitig und lokal wirkende effektive Temperatur von bis 2000°C verursacht,
obwohl das Bauelement selbst nicht auf diese Temperatur erhitzt wurde oder allenfalls auf
einer erheblich niedrigeren Temperatur unter 1000°C, bevorzugt nahe der Implantationstem
peratur, gehalten wurde.
In Fig. 1 ist einen Vergleich elektrischer Materialparameter von gemäß dem Stand der Tech
nik und gemäß der Erfindung behandeltem Siliziumkarbid mit einer Aluminiumdotierung
für zwei Konzentrationen von 5 . 1019 cm-3 und 1,5 . 1021 cm-3 dargestellt. Als Materialparame
ter sind jeweils Löcherkonzentration, spezifischer Widerstand und Löcherbeweglichkeit als
Funktion der Temperatur dargestellt. Die Ausheilung des Vergleichs-Bauelements gemäß
dem Stand der Technik erfolgt in einer zehnminütigen Ofentemperung in Argonatmosphäre
bei einer Ausheiltemperatur von 1650°C.
Die Parameter für beide Ausheilarten unterscheiden sich bei einer geringen Aluminiumdotie
rung von 5 . 1019 cm-3 praktisch nicht voneinander. Die Ladungsträgerkonzentration (Löcher)
ist für beide Verfahren unterhalb der Löslichkeitsgrenze von 1 . 1020 cm-3 bei 1700°C und
steigt mit der Temperatur in einer dem Fachmann bekannten Weise an. Die erfindungsge
mäße Behandlung erlaubt jedoch eine beträchtliche Einsparung von Prozeßzeit und Aufwand
gegenüber einer Zeit- und energieaufwendigen Ofenbehandlung. Außerdem ist die thermi
sche Belastung des Bauelements insgesamt schonender als bei einer Ofenbehandlung.
Dagegen sind Löcherkonzentration und spezifischer Widerstand bei einer sehr hohen Dotie
rung von 1,5 . 1021 cm-3 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich überlegen. Die ge
messene Löcherkonzentration des erfindungsgemäß behandelten Bauelements ist eine Grö
ßenordnung höher; der spezifische Widerstand ist um einen Faktor fünf geringer als bei der
Vergleichsprobe mit Ofenbehandlung. Im Gegensatz zu der gemäß dem Stand der Technik
behandelten Vergleichsprobe zeigt sich sogar ein metallisches Verhalten bei der erfindungs
gemäß behandelten Probe. Die Löcherkonzentration entspricht darüber hinaus im wesentli
chen der maximal möglichen Konzentration an der Löslichkeitsgrenze. Eine solche hohe
Löcherkonzentration ist mit üblichen Ofenbehandlungen im thermodynamischen Gleichge
wicht nicht erzielbar.
In Fig. 2 sind Ergebnisse für eine weitere Dotierungsart in SiC dargestellt. Als Dotand wur
de Bor in vergleichbarer Konzentration und Fluenz wie in Fig. 1 für Aluminium verwendet.
Wie die Kennlinien zeigen, gibt es keine signifikanten Unterschiede zwischen erfindungs
gemäß ausgeheiltem SiC-Material und mit üblicher Ofenbehandlung ausgeheiltem SiC. Die
Ausheilung gemäß der Erfindung ist hinsichtlich der Ausheilung und Aktivierung der Do
tanden dem bekannten Verfahren zumindest gleichwertig.
Weitergehende Untersuchungen von Tiefenprofilen von ausgeheilten SiC-Proben mit Se
kundärionen-Massenspektrometrie zeigen, daß insbesondere die Aluminiumkonzentration
sowohl nach der Blitz- als auch nach der Ofenbehandlung keine signifikanten Verlagerungen
zeigt.
Bevorzugt wird die Ausheilung von implantierten Dotanden in SiC im Vakuum durchge
führt. SiC erleidet bei Temperaturen oberhalb von etwa 1200°C einen mit der Temperatur
stark ansteigenden Silizium- bzw. SiC-Verlust durch Sublimation. Zur Freilegung des ver
grabenen dotierten Bereichs wird das Bauelement während des Ausheilschritts vorzugsweise
in eine Vakuumumgebung eingebracht, deren Gesamtdruck vorzugsweise geringer als 10-3
Pa ist. Der SiC-Abtrag durch Sublimation ist temperaturabhängig und läßt sich durch Par
tialdruck und Temperatur steuern. Bei der Bestrahlung kann auch durch eine Variation der
Wellenlänge und der Pulsdauer der elektromagnetischen Strahlung die Abtragsrate beein
flußt und ein definierter Abtrag von der Oberfläche ermöglicht werden. Damit gelingt ein
gezieltes Freilegen eines vergrabenen dotierten Bereichs. Der besondere Vorteil ist, daß die
Ausheilung und das Freilegen des dotierten vergrabenen Bereichs in einem einzigen Prozeß
schritt möglich ist. Siliziumkarbid, welches mit einem Puls von 20 ms Dauer einer Xe-
Hochdrucklampenstrahlung in Argonatmosphäre bestrahlt wurde, zeigt typischerweise einen
Oberflächenabtrag von etwa 100 nm, wobei die Substrattemperatur des Siliziumkarbids bei
der Bestrahlung lediglich 600°C beträgt.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiter-Bauelementes, insbe
sondere aus Siliziumkarbid, bei dem im Halbleiter vergrabene dotierte Bereiche durch
Ionenimplantation hergestellt und Strahlenschäden im Halbleiter anschließend durch
Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ausgeheilt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiter im wesentlichen ganzflächig durch Einwirken von optischer Strah
lung bestrahlt wird, wobei jeder Ort der mit Strahlung beaufschlagten Oberfläche des
Halbleiters zur gleichen Zeit bestrahlt wird, und gleichzeitig durch die optische
Strahlung zumindest ein den vergrabenen dotierten Bereich überdeckendes Halb
leitermaterial abgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiter mit Strahlung von Edelgas- und/oder Metalldampf Hochdrucklampen
bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiter mit einem optischen Puls mit einer Dauer in der Größenordnung zwi
schen Millisekunden und Sekunden bestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Bauelement ein Halbleiter-Mischkristall verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Halbleiter Siliziumkarbid verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Bauelement Silizium verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterbauelement in eine Bestrahlungskammer eingebracht wird, dort auf
eine vorgegebenen Heiztemperatur gebracht und gehalten wird, daß dann Dotierstoffe
mit Ionenimplantation in das Halbleiterbauelement eingebracht werden, daß das Halb
leiterbauelement anschließend bei einer vorgegebenen Heiztemperatur mit optischer
Strahlung beaufschlagt wird, wobei die dotierten Bereiche ausgeheilt und vergrabene
dotierte Bereiche durch Einwirken optischer Strahlung freigelegt werden, wobei eine
obere Heiztemperatur von 1200°C nicht überschritten wird, und daß das Bauelement an
schließend aus der Bestrahlungskammer entfernt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterbauelement nach der Ionenimplantation in eine Bestrahlungskammer
eingebracht wird, dort auf eine vorgegebenen Heiztemperatur gebracht und gehalten
wird, daß dotierte Bereiche des Halbleiterbauelements ausgeheilt und vergrabene do
tierte Bereiche des Halbleiterbauelements freigelegt werden, indem das Halbleiterbau
element mit optischer Strahlung beaufschlagt wird, wobei eine obere Heiztemperatur
von 1200°C nicht überschritten wird, und daß das Halbleiterbauelement anschließend
aus der Bestrahlungskammer entfernt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine obere Heiztemperatur von 800°C nicht überschritten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine obere Heiztemperatur von 650°C nicht überschritten wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterbauelement vor der Implantation und/oder vor der optischen Bestrah
lung mit einer entfernbaren Maskierung versehen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterbauelement vor der Implantation und/oder vor der optischen Bestrah
lung mit einer festen Maskierung versehen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiter bei einem Druck unterhalb von Atmosphärendruck bestrahlt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die optische Bestrahlung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998108245 DE19808245C1 (de) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiterbauelements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998108245 DE19808245C1 (de) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiterbauelements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19808245C1 true DE19808245C1 (de) | 1999-06-24 |
Family
ID=7859066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998108245 Expired - Lifetime DE19808245C1 (de) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiterbauelements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19808245C1 (de) |
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1998
- 1998-02-27 DE DE1998108245 patent/DE19808245C1/de not_active Expired - Lifetime
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Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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Owner name: CREE, INC., DURHAM, N.C., US |
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Representative=s name: KLUIN, J., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 405 |
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R071 | Expiry of right |