DE2262024A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen bzw. halbleiterschaltungen - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 9 70 060

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen bzw?. HalbIeiters chaltungen - ·■--· ~ ~

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen bzw. Halbleiterschaltungen ausgehend von den jeweils vorgesehenen Bauelementen entsprechende Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit enthaltenden Halbleiterkristallen,

Zunächst soll zum besseren Verständnis der Erfindung kurz auf die hiervon betroffenen Gebiete der Halbleiter-Physik eingegangen werden. '

Bekanntlich besitzen halbleitende Substanzen, wie z.B. Silicium, Germanium, Galliumarsenid usw. elektrische Leitfähigkeiten, die, zwischen denen der Metalle und der Isolatoren liegen. So läßt sich die Leitfähigkeit ausdrücken durchs

σ = e(ny_n+pp_p)

Hierin bedeuten;

σ die Leitfähigkeit in 0hm""¹ cm"¹
e die Elektronenladung in Coulomb

309827/0779

η die Konzentration der Leitungselektronen in cm ρ die Löcherkonzentration in cm

2
μ die Elektronenbeweglichkeit in cm JSI . see]

ⁿ 2 ■ '

μ die Löcherbeweglichkeit in cm /[V . see. ]

Ist z.B. Silicium als reiner Kristall vorhanden, dann ist die Anzahl der Leitungselektronen η gleich der Anzahl der Löcher p_f so daß ein Eigenhalbleiter vorliegt. Es ist jedoch bekannt, daß die Halbleiterbauelemente aus Halbleitersubstanzen bestehen, worin die Löcherkonzentration ρ nicht gleich der Leitungselektronenkonzentration η ist. So läßt sich z.B. ein Elektronenüberschuß durch Hinzufügen kleiner Anteile von Donatoren der Gruppe V des periodischen Systems der Elemente wie z.B. P, As oder Sb erzielen. Das Anwachsen der Leitungselektronenkonzentration η ist dabei proportional dem Anwachsen der Donatorkonzentration, und ein solcher Halbleiter wird als N-leitend bezeichnet. Die Leitfähigkeit ist dann proportional n, wie sich aus Gleichung 1 ergibt.

In gleicher Weise läßt sich auch ein Überschuß an Löchern herbeiführen, indem ein entsprechend geringer Anteil von Akzeptoren speziell der Gruppe III des periodischen Systems der Elemente zugefügt wird, in typischer Weise z.B. B, Ga, oder In. Ein Anwachsen der Löcherkonzentration ist dabei proportional dem Anwachsen der Akzeptorkonzentration. Ein solcher Halbleiter wird als P-leitend bezeichnet und besitzt eine Leitfähigkeit, die proportional ρ in Gleichung 1 ist. Halbleiterbauelemente besitzen Zonen, die gleichzeitig Donatoren und Akzeptoren aufweisen. In diesen Zonen füllen die Donatoren verfügbare Akzeptorniveaus auf, wobei die Differenz der Donator- zur Akzeptorkonzentration festlegt, ob der Kristall N-leitend oder P-leitend ist. Wo im Dotierungsprofil die N-Konzentration die P-Konzentration schneidet, d.h. in der jeweiligen Halbleiterfläche, in der die Akzeptorkonzentration gleich der Donatorkonzentration ist, entsteht dabei ein gleichrichtender Übergang.

Fi 970 060 3D9827/0779

Grundsätzlich lassen sich zwei verschiedene Prozesse zur Eingabe von Donatoren und Akzeptoren in einen Halbleiterkristall unterscheiden, nämlich die Hochtemperaturdiffusion von Fremdatomen in den Kristall und die Ionenimplantation von Fremdatomen durch Beschüß mit Hilfe eines Teilchenbeschleunigers. Beide Verfahren jedoch besitzen Nachteile, deren Ausschaltung nur wünschenswert sein kann.

Die Diffusion von Fremdatomen in ein Kristallgitter breitet sich im allgemeinen von Stellen höherer zu Stellen niedrigerer Konzentration aus und läßt sich durch das Fick'sche Gesetz gemäß folgender Gleichung:

J= -DV^-N . 2

ausdrücken, worin:

J der Fluß oder die Anzahl von Atomen ist, die in der Zeiteinheit eine Querschnittseinheit überqueren,

2
D das Diffusionsvermögen in cm /see ist,

Vn der Gradient oder die Geschwindigkeitsänderung der Fremdatomkonzentration N pro Streckeneinheit ist.

Das negative Vorzeichen zeigt dabei an, daß sich die Diffusion von Gebieten oder Zonen höherer Konzentration ausbreitet. Das Diffusionsvermögen D ist ein Maß für die relative Freiheit, mit der sich ein substituierendes Fremdatom im Kristallgitter bewegt; für Hochtemperaturdiffusion ergibt sich:

{-^(Hf^+Hm^)/KT]

D « D_Q exp J -(H_f+H_m)/KTf 3

hierin bedeuten:

D eine Konstante,

° 309827/0779

FI 970 060

H_£ die zur Bildung einer Leerstelle im Kristallgitter erforderliche Energie,
die für die Be

Gitterstelle erforderliche Energie,
die Kristalltemperatur

K die Boltzmankonstante.

H die für die Bewegung einer Leerstelle auf die benachbarte

Gitterstelle erforderliche
T die Kristalltemperatur in ⁰K,

übliche Diffusionsverfahren der hier beschriebenen Art beruhen auf der Hochtemperatur des Kristalls, um die Energie H- bereit zu stellen. Auch hier wiederum ist es wünschenswert, einen Ersatz für dieses Hochenergieverfahren zu finden.

Der Diffusionsmechanismus eines Fremdatoms, das in Substitution Gitterstellen im Kristall einnimmt, schließt seine metastabile Zuordnung zu einer Gitterleerstelle ein, was als Leerstellen-Fremdatompaar bezeichnet wird. Die Paare tauschen zwischen sich und den nächstbenachbarten Atomen im Gitter Substitutionsgitterstellen aus, was sich in der Diffusion der Fremdatome über relativ große Strecken im Kristall auswirkt. Die resultierende Bewegung aller Leerstellen-Fremdatompaare entspricht dem Fick'sehen Gesetz, wie in Gleichung 2 ausgedrückt. Nach einer begrenzten Verschiebung wird die Leerstelle durch ein Zwischenplatz-Siliciumatom besetzt, so daß das Fremdatom zur Ruhe gelangt.

In üblichen Hochtemperaturdiffusionsverfahren kann das Diffusionsvermögen D, wie durch Gleichung 3 ausgedrückt, praktisch brauchbare Werte nur dann erreichen, wenn die Temperatur T des Kristalls für Silicium z.B. oberhalb von 1000 ⁰C angehoben wird. Nur oberhalb dieser Temperatur läßt sich eine ausreichende Konzentration von Leerstellen im Zustand thermodynamisehen Gleichgewichts in den Kristall eingeben, um eine brauchbare Diffusion der Fremdatome über eine Zeitdauer von mehreren Stunden herbeizuführen. Gerade hierin besteht aber der Hauptnachteil dieses üblichen Diffusionsverfahrens. Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß bipolare Transietoren und monolithische integrierte Halbleiterschaltungen Überlagerungen bzw. übersehnei-

309827/0779

FI 970 060

düngen der N- und P-Zonen enthalten. Wenn das Herstellungsverfahren zum Einbringen dieser Zonen eine Folge von Hochtemperaturdiffusionsverfahrensschritten erfordert, dann verwischt ein Temperaturzyklus jedes aufeinanderfolgenden Verfahrensschrittes die in einem vorausgegangenen Verfahrensschritt erzielte definierte Zonenbegrenzung, so daß die Halbleiterstrukturen Gefahr laufen, bei Anwendung mehrerer Verfahrensschritte ineinander überzugehen. Im Ergebnis sind nämlich die P-N-Verbindungen, die hierbei erstehen, nicht hinreichend abrupt oder genau genug örtlich definiert, so daß die Abstände zwischen einzelnen Halbleiterbauelementen oder -schaltungen in einem Halbleiter entsprechend bemessen sein müssen, um die an sich zu erwartenden Auswirkungen in Form des Ineinanderfließens der Zonen ausschalten zu können.

Ein weiterer Nachteil der Hochtemperaturdiffusion besteht in der Notwendigkeit, eine relativ große Anzahl von Diffusionsmasken im Verfahren zum Bilden mehrerer überlagerter Znnen anzuwenden; dies gilt ebensogut für bipolare Transistoren wie für monolithische integrierte Halbleiterschaltungen. Jeder DiffusionsVerfahrensschritt erfordert nämlich eine neue Maske entsprechend den verschiedenen Tiefen der erwünschten Ablagerung und der Fremdatomart. Hierbei kommt noch hinzu, daß bei Anwendung verschiedener Masken nacheinander jeweils für genaue Ausrichtung Sorge getragen werden muß, da sonst die Betriebszuverlässigkeit und Betriebssicherheit des Fertigprodukts in Frage gestellt sein kann bzw. die Ausschußrate untragbar hoch werden kann. " .

Schließlich ergibt sich noch der Nachteil, daß für jeden Diffusionsverfahrensschritt Fremdatome jeweils anderer Art benötigt werden. Da jedoch nur eine Fremdatomart und Oberflächenkonzentration C_Q in einer Diffusionskammer zu einem Zeitpunkt vorhanden sein kann, ergibt sich allein daraus schon die Erfordernis der Anwendung verschiedener Diffusionsverfahrensschritte für jede unterschiedlich zu dotierende Halbleiterzone.

30982 7/0779

FI 97Cf 060

— O ™"

Im Gegensatz zu den üblichen thermischen Diffusionsverfahren stellt die Implantation von Fremdatomen in entsprechende Kristalle mit Hilfe von Ionen eirf^eher labilen Prozeß dar. Das ionisierte Fremdatom wirkt als Geschoß, das in den Kristall unter bekannter Energie hineingetrieben wird und dann innerhalb des Kristalls in vorgegebener Eindringtiefe eingelagert wird. In der Praxis der Prozeßanwendung dient als Kristall z.B. eine sSiliciumscheibe mit einer gleichförmigen Fremdatomgrundkonzentration bei einer Leitfähigkeit von 4 Ohm-cm, welche beispielsweise vom P-leitenden Typ sein kann. Vor Anbringen der Halbleiterscheibe in einem Teilchenbeschleuniger wird eine Beschußmaske angebracht. Zur Strahlerzeugung werden N-leitende Fremdatome, wie z.B. Phosphor, ionisiert und durch Beschleunigung auf eine kinetische Energie von etwa 10 keV bis 2 meV gebracht, in einen Strahl fokussiert und auf die Maskenoberfläche gerichtet. Die Implantation der Fremdatome tritt dann an den durch die Maske freigelassenen Flächenbereichen auf.

Die so in den Kristall eindringenden Ionen werden durch eine Kombination von Energieverlustmechanismen abgebremst bzw. angehalten. Bei relativ kleinen Energien und speziell bei schwereren Ionen geschieht der hierzu erforderliche Energieverlust vorwiegend durch elastische Stöße an Siliciumkernen. Für energiereichere und leichtere Ionen gewinnt das elektronische Abbremsen bzw. Anhalten an Bedeutung, wobei die Energie auf die Elektronen solange übertragen wird, bis die Ionen hinreichend abgebremst sind, so daß der zuerst erwähnte Anhaltevorgang durch Stöße an Kernen überwiegt. Das so zur Ruhe gekommene Ion wird jedoch durch mannigfache Einflüsse von seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt, so daß die Einlagerungstiefe bzw. die vorgesehene Eindringtiefe Rp geringfügig kleiner ist als es der Bahnlänge R entspricht, die das Ion tatsächlich zurücklegt, wie es aus Fig. 1 im einzelnen hervorgeht. Für ein vorgegebenes Ion und Halbleitersubstrat läßt sich die Eindringtiefe vorweg in Abhängigkeit von der Beschleunigungsenergie angeben. Die Wechselwirkungen des Ions mit der Auftreffsubstanz haben eine gewisse statistische Streuung zur Folge, so daß

309827/0779

FI 9 70 060

sich eine Gauss'sehe Verteilung der angehaltenen Ionen über der mittleren vorgegebenen Eindringtiefe R ergibt. Ein P-N-übergang tritt dann beiderseits dieser Eindringtiefe auf und zwar jeweils dort, wo das Konzentrationsprofil der implantierten Fremdatome auf die Grundkonzentration abgefallen ist.

Der Ionenimplantationsvorgang bewirkt die Verschiebung einer Anzahl von Substratatomen, so daß mikroskopisch kleine Schäden in den hierdurch zu bildenden Halbleiterzonen entstehen. Die Anzahl der Substratatome, die auf die Weise verschoben werden, steigt mit anwachsender Atommasse der zum Beschüß dienenden Partikel. In Teilbereichen werden diese Zonen im Falle von Silicium auf über 400 ° aufgeheizt. Bei Implantation unter sehr starker Strahlintensität, nämlich bei mehr als 10 Phosphor-

2
ionen pro cm , überlappen sich diese Bereiche, indem sie eine vollständig amorphe Schicht bilden. Untersuchungen haben ergeben, daß Aufheiztemperaturen von rund 650 ⁰C erforderlich sind, um dies wieder rückgängig zu machen; was dann auch in einem Epitaxievorgang von der darunterliegenden unbeschädigten SiIiciumschicht her geschieht. Dabei läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß viele Kristallfehler weiterhin bestehen bleiben und die Periodizität der Gitterstruktur stören, wodurch dann auch die Beweglichkeit μ der Leitungselektronen und die Beweglichkeit μ der Löcher herabgesetzt wird. Nach Gleichung 1 ist die Wirkung derart, daß die Leitfähigkeit σ des Siliciumkristails ebenfalls herabgesetzt ist. ·

Bei üblichen lonenimplantationsverfahren, bei denen Teilchen mit einer relativen Atommasse 11 oder größer zum Beschüß verwendet werden, besteht deshalb ein prinzipieller Nachteil darin, daß aufgrund der Strahlschäden, herrührend von den relativ schweren Fremdatomen, die mit Siliciumatomen im Kristallgitter zusammenstoßen, ein höherer Restwiderstand hervorgerufen wird. Wie gezeigt, lassen sich die Strahlschäden in ihrer Auswirkung nicht vollständig beheben, ohne die bereits in den Halbleiter vorher

309827/0779

FI 970 060

eingebrachten Strukturen in ihren Zonengrenzen zu verwischen bzw. zu beschädigen.

Eine wirkungsvolle und zuverlässige Betriebsweise bipolarer Transistoren bei Betrlebemit hohen Emitterströmen hängt von einer wirkungsvollen Diffusion von Minoritätsträgern über die Basisbreite und durch den Kollektorübergang ab. Die in die Basiszone injizierten Minoritätsträger befinden sich in einem labilen Zustand, bei dem sie mit Majoritätsträgern rekombinieren, sofern sie nicht die Basisbreite nach der charakteristischen Majoritätsträgerlebensdauer überquert haben. Die Rekombination der Majoritätsträger wird durch etwa vorhandene Kristallgitterfehler in der Basiszone jedoch gefördert. Wie bereits erwähnt besteht ein prinzipieller Nachteil der üblichen Ionenimplantationsverfahren darin, daß bei hiermit hergestellten Halbleiterbauelementen Restgitterfehlerstörungen in der Basis- und Kollektorzone unvermeidlich sind, so daß die Lebensdauer der Minoritätsträger reduziert wird und damit auch ein entsprechend schlechterer Wirkungsgrad vorliegt.

Während bisher Halbleiterdotierungsverfahren unter Anwendung von Fremdatomen zur Erzeugung von Ladungsträgern beschrieben worden sind, folgt nunmehr eine kurze Übersicht über Halbleiterbauelemente, die unter Anwendung dieser Hochtemperaturdiffusions- oder Ionenimplantationsverfahren hergestellt worden sind.

Eines davon ist ein Transistor mit Fußkollektorzone, wie er im üS-Patent 3 312 881 beschrieben ist. Der hier gezeigte Transistor besteht aus einem hochdotierten Substrat mit gleicher Leitfähigkeit wie die des Kollektors. Eine intern eingelagerte Epitaxieschicht befindet sich hierüber. Diese aktive interne Kollektorzone ist dabei durch entsprechende Fremdatomdiffusion von der Halbleiteroberfläche her erzeugt, wobei diese Diffusion bis zum hochdotierten Substrat vordringt. Anschließend werden dann von der Halbleiteroberfläche her Basis- und

309827/0779

FI 970 060

Emitterzonen in dieser Reihenfolge eindiffundiert. Die Basisdiffusion ist dabei so ausgelegt, daß sie außerhalb des betreffenden Halbleiterbauelements nicht an die Substratoberfläche gelangt, sondern hiervon durch das eigenleitende Material getrennt ist. Für viele Anwendungszwecke ist dieses Halbleiterbauelement hervorragend geeignet. ■

Jedoch für Anwendungsfälle mit hohen Stromdichten und hohen Frequenzen müssen Verbesserungen im Kollektorfremdatomniveau vorgenommen werden, insbesondere in bezug auf die Steilheit im Abfall des Dotierungsprofils am Kollektorübergang. Wird hierzu versucht, eine höhere Fremdatomdichte in der Kollektorzone durch Anheben der Oberflächenkonzentration der internen Kollektordiffusion herbeizuführen, dann erhält auch die Basiszone eine um so höhere Fremdatomdichte des Kollektortyps, die dann entsprechend durch die Basisdiffusion kompensiert werden muß. Hinzu kommt, daß die Trägerbeweglichkeit in einem stark kompensierten Halbleiter geringer ist, als es bei nur teilweiser Kompensation der Fall ist, so daß entsprechend auch die Ladungsträger-Geschwindigkeit reduziert ist.

Wird andererseits der Versuch unternommen, eine gleichmäßig hohe Fremdatomdichte vom Kollektortyp in der internen Kollektordiffusion zu erhalten, indem ein lang dauernder Diffusionsprozeß angewendet wird, dann diffundiert die Substratdotierung in die internen Zonen aus. Schließlich ist bei diesen in üblicher Weise diffundierten Kollektorfremdatomprofilen festzustellen, daß sie nicht steil genug sind, und auch nicht eine reproduzierbare geringe Basisbreite besitzen, wie sie für Hoch- und Hochstfrequenzanwendung erstrebenswert sind.

An anderer Stelle ist weiterhin ein Doppelepitaxieverfahren zur Herstellung eines Transistors mit Fußkollektorzone vorgeschlagen worden.

Mit Hilfe üblicher Ionenimplantationsverfahren sind außerdem be-

309827/0779

FI 9 70 060

reits elektrisch leitende Zwischenverbindungen innerhalb von Halbleitern in monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen hergestellt worden. Hierzu werden im allgemeinen zunächst entsprechende Fremdatomzonen in einem Siliciumsubstrat gebildet, um dann später Fremdatome gleichen Leitungstyps in die Halbleiterbereiche zwischen den genannten Fremdatomzonen durch Ionenimplantation einzulagern. Es hat sich hierbei gezeigt, daß zur Bereitstellung von Leitungspfaden relativ hoher Leit-Fähigkeit Hochtemperaturverfahren zur Beseitigung von Strahl-Restschäden angewandt werden müssen. Das Aussetzen jedoch einer bereits teilweise verarbeiteten Oberfläche einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung den erforderlichen Temperaturen, um in hinreichender Weise Strahlschäden, hervorgerufen durch die Fremdatome hoher Atommasse, herabzusetzen, hat aber zur Folge, daß die im Halbleiter vorher eingebrachten Zonenstrukturen in ihren Grenzen verwischen bzw. zerstört werden.

Es sind bereits auch IG-FETs unter Anwendung von Ionenimplantationsverfahren wie z.B. in der US-Patentschrift 3 533 158 gezeigt, beschrieben worden. Die Herstellungsverfahren hierfür bestehen aus folgenden Verfahrensschritten:

Anbringen der Source- und Draindiffusion, Aufwachsen einer isolierenden Oxidschicht, Kontaktieren der S Source- und Draindiffusion durch diese Oxid^r ch»cht hindurch,

Anbringen einer Gateelektrode auf dieser Oxidschicht, Anwendung eines Ionenimplantationsverfahrens, um einen Ausgleich der Source- und Drainzonen über dem Kanal unterhalb der Gateelektrode herbeizuführen und
Beseitigung der Strahlschäden des Kristallgitters.

übliche Ionenimplantationsverfahren jedoch besitzen den Nachteil, daß hohe Beschleunigungsspannungen angewendet werden müssen, um erfolgreich Dotierungsionen hoher Masse durch die

309827/0779

FI 9 70 060

Oxidschicht hindurch implantieren zu können. Auf diese Weise hergestellte FETs besitzen dabei den Nachteil eines relativ hohen Restwiderstands im implantierten Bereich, der sich nicht gänzlich aufheben läßt, ohne die vorher eingelagerten Zonenstrukturen im Halbleiter bezüglich ihrer Grenze zu beschädigen.

In weitgehender Behebung der oben aufgezeigten Nachteile besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Halbleiterbauelemente bzw. elektrisch leitende Zwischenverbindungen in Halbleitern insbesondere in monolithischen integrierten Halbleiterschaltungen bereitzustellen, indem Fremdatome in einen Halbleiter bei relativ geringer Temperatur, ohne den Restwiderstand des Halbleiters zu erhöhen, eingelagert werden, und bei dem die im Halbleiter eingelagerten Fremdatome mit Hilfe eines Ionenixaplantationsverfahrens umverteilt werden, ebenfalls ohne den Halbleiterrestwiderstand zu erhöhen oder die Lebensdauer der Minoritätsträger herabzusetzen. Die Anwendung des Verfahrens selbst ist dabei unschädlich für die Definition bereits vor Anwendung des Verfahrens eingebrachten Zonenstrukturen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils der Halbleiter sowohl einem Strahl beschleunigter Ionen mit einer nicht größeren relativen Atommasse als 4 unter Anwendung einer von der gewünschten loneneindringtiefe in den Halbleiter abhängigen Beschleunigungsspannung zur Bereitstellung von Gitterleerstellen als auch gleichzeitig einer Temperatur von 650 C bis 950 C ausgesetzt wird, um jeweils eine Ausdiffusion der den jeweiligen Ioneneindringtiefen zugeordneten Halbleiterζonen in vorgegebene endgültige Zonengrenzen zu steuern.

Hierbei kann es von Vorteil sein, daß eine zur Ausdiffusion auf Anregung durch den Ionenstrahl vorgesehene hochdotierte Halbleiterzone in den Grenzbereich zwischen zwei Halbleiterzonen einge-^ bettet wird. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schaltet dabei die hauptsächlichen Nachteile der bisherigen

Fi 970 06Q 30 9 827/0779

Verfahren aus, indem nämlich die Anwendung hoher Temperaturen, wie bei thermischer Diffusion, und die Anwendung schwerer Atome, wie bei der Ionenimplantation, vermieden wird.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen, durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses besteht darin, daß zunächst eine Halbleiterscheibe vom ersten Leitungstyp mit zumindest einer Zone eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem entsprechend beschleunigten Strahl von Wasserstoff- oder Heliumionen beschossen wird, wobei gleichzeitig die Halbleiterscheibe auf den angegebenen Temperaturbereich aufgeheizt wird. Dies hat zur Folge, daß innerhalb und in der Nachbarschaft der genannten Zone Gitterleerstellen induziert werden, um so die Diffusionsrate und den Diffusiorisgrad der Fremdatome vom zweiten Leitungstyp an der Entstehungsstelle der Gitterleerstellen zu verstärken bzw. zu stimulieren.

Die Konzentration der durch den Ionenbeschuß hervorgerufenen Gitterleerstellen reicht dabei aus, um das Diffusionsvermögen D bei relativ niedrigen Temperaturen im genannten Temperaturbereich wirksam werden zu lassen, da die in Gleichung 3 genannte Energie H_£, die zum Hervorrufen einer Kristallgitterleerstelle erforderlich ist, unter dieser Bedingung nicht mehr durch die thermische Energie des Kristallgitters bereitgestellt zu werden braucht.

Die Umverteilung der B'remdatome in der Halbleiterscheibe ist dabei unabhängig vom Leitfähigkeitstyp der Fremdatome, so daß ohne weiteres bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gleichzeitige Ausdiffusion von N- und P-Zonen vorgenommen werden kann. Dank der geringen Massen der Wasser- oder Heliumionen, wie sie erfindungsgemäß Anwendung finden, beschränken sich die entstehenden Schäden nur mehr auf örtlich stark begrenzte Erzeugung von Zwischengitterplatzleerstellen, die sich jedoch zugleich mit ihrer Bildung von selbst vernichten, so daß im Ergebnis die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinen

309827/0779

FI 970 060

höheren Resthalbleiterwiderstand zur Folge hat oder auch wesentlich zur Herabsetzung der Minoritätsträgerlebensdauer beiträgt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich ein Transistor mit Fußkollektorzone herstellen, der ein sehr steiles Dotierungsprofil am Kollektorübergang besitzt, das durch den erfindungsgemäßen, unter Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß herbeigeführt worden ist. Die Fußkollektorzone wird dabei z.B. mit Hilfe einer Beschußmaske mit einer Öffnung über der Subkollektorzone gebildet, indem die Halbleiterscheibe mit entsprechend beschleunigten Wasserstoff- oder Heliumionen bombardiert wird, wobei dann die Halbleiterscheibe auf die erwünschte Temperatur im genannten Temperaturbereich aufgeheizt wird. Anstelle der Maske läßt sich natürlich ebensogut auch durch entsprechende Fokussierung des Ionenstrahls die gewünschte Zonenstruktur im Halbleiter erstellen.

Ein weiterer Vorteil in der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich ohne weiteres auch Zonen, die in unterschiedlichen Tiefen des Halbleiters eingelagert sind, ausdiffundieren lassen, indem die Strahleinwirkung entsprechend eingestellt wird. So wird eine relativ starke Strahlung für tiefer eingelagerte Zonen benötigt, die sich jedoch für höher eingelagerte Zonen unter Anwendung entsprechender Abbremsschichten hinreichend abschwächen läßt. Als bevorzugtes Material für diese Abbremsschichten wird Molybdän verwendet, das dann gleichzeitig für das fertiggestellte Bauelement auch als Elektrodenanschluß für hoch liegende Anschlußdiffusionen, die einem Ausdiffusionsprozeß unterworfen worden sind, dienen kann.

Auch elektrische Zwischenverbindungen, die innerhalb des Halbleiters einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung verlaufen, lassen sich in vorteilhafter Weise unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen. Auch hier wiederum·wird der Ionenstrahl zur Ausdiffusion entsprechend der Lage der je-

970 060 3098 27/07 79

weils zu behandelnden Zone eingestellt, um die Zwischenverbindungszonen in ihren Grenzen genau zu definieren.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten IG-FETs besitzen scharf definierte, bis an die Projektion der Gateelektrode heranreichende Source- und Drainzonen, so daß der Kanal frei von unerwünschten Fremdatomen bleiben kann.

Dank der Möglichkeit, bei der Ausdiffusion steil abfallende Dotierungsprofile in gewünschter Lage des betreffenden Halbleiters herbeiführen zu können, ist es insbesondere bei der Transistorherstellung von außerordentlichem Vorteil, reproduzierbar sehr geringe Basisbreiten herbeiführen zu können, so daß die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Transistoren die bisherigen weit überragen.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird im Strahlengang des Ionenstrahls ein Massenspektrometer verwendet, dessen Vorteil darin besteht, daß das zur Anwendung gelangende Gas für die Ionenerzeugung keinen besonderen Reinheitsgrad zu besitzen braucht, da durch die Wirkung des Massenspektrometers die gewünschte Ionenart in vorteilhafter Weise für die Bestrahlung der Halbleiterscheibe ausgeblendet werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Bc jcnreibung von Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

eines Ionenbeschußverfahrens allgemein,

Fig. 2a eine graphische Darstellung, in der die virtuelle Ioneneindrlngtiefe in Abhängigkeit von der

309827/0779

FI 9 70 060

- 15 Protonenenergie aufgetragen ist,

Fig. 2b eine graphische Darstellung,' in der die Standardabweichung von der vorgegebenen Ioneneindringtiefe in Abhängigkeit von der Protonenenergie dargestellt ist,

Fig. 3a eine graphische Darstellung des Diffusionsprofils

zwischen der Halbleiteroberfläche und der Epitaxiegrenzfläche am Substrat,

Fig. 3b einen Querschnitt durch einen typischen Bauelementausschnitt ,

Fign. 4a~f Querschnittausschnitte eines Halbleiterbauele-

ments gemäß der Erfindung für die jeweiligen Verfahrensschritte seiner Herstellung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Protonenbeschuß von Halbleiterscheiben ,

Fig. 6 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein

Halbleiterbauelement zur Erläuterung spezifischer Verfahrensschritte beim Protonenbeschuß gemäß der Erfindung,

Fign. 7a-e ausschnittsweise Querschnitte einer monolithisch

integrierten Halbleiterschaltung jeweils für einen Verfahrensschritt bei ihrer Herstellung,

Fign. 8a-g ausschnittsweise Querschnitte einer monolithisch

integrierten Halbleiterschaltung jeweils für einen Verfahrensschritt zur Herstellung von vergrabenen Zwischenverbindungszonen mit Hilfe

Fi 970 060 30 9827/0779

- 16 des Protonenbeschusses gemäß der Erfindung,

Fign. 9a und 9b ausschnittsweise Querschnitte eines Halbleiterbauelements zur Erläuterung der Herstellung eines IG-FETs gemäß der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst die Theorie des unter Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses kurz umrissen werden.

Wie bereits erwähnt, zeigt die graphische Darstellung nach Fig. 2a die Eindringtiefen-Energie-Relation für siliciumbombardierende Protonen und Fig. 2b die Abhängigkeit der Standardabweichung von der vorgegebenen Eindringtiefe bei der angewandten Protonenenergie. Die dargestellten Kurven sind durch Berechnungen abgeleitet, die auf der Theorie des Abbremsens schwerer Teilchen bei niedriger Energie fußen, die zuerst durch Niels Bohr im Jahre 1948 entwickelt worden ist und später durch J. Lindhard u.a. im Jahr 1963 weitergeführt worden ist. Wie ersichtlich, bleibt die Standardabweichung von der vorgegebenen Eindringtiefe bei ungeführ 1000 A über dem gesamten Energiebereich bei 50 keV bis 1 MeV konstant. Protonen hoher Energie und Heliumionen verlieren durch zwei verschiedenartige Stoßmechanismen im Abbremsprozeß bis zum Anhalten Energie im Siliciumkristall. Der erste beruht auf relativistischen Wechselwirkungen mit den Gitterelektronen und trägt am meisten zum Energieverlust bei, insbesondere bei höheren Energien. Dieser Stoßprozeß jedoch hat keinen großen Anteil an der Ablenkung eines Projektil-Ions von seiner Bahn, noch ruft er Gitterplatzverschiebungen im Siliciumkristall hervor.

Der zweite Mechanismus beruht auf elastischen Stößen mit SiIiciumkernen. Dieser Stoßprozeß verursacht Ablenkungen des Projektil-Ions im relativ weiten Winkelbereich und vermag Siliciumatome aus ihren Gleichgewichtsgitterplätzen zu verschieben. Die-

Fi 970 060 3 0 9827/0779

se elastischen Stöße jedoch sind nur bei niedrigen Energien bedeutsam und können daher lediglich am Bahnende eines Projektil-Ions wirksam werden.

Das Projektil-Ion wird infolge von elastischen Stößen in relativ kurzem Abstand angehalten, indem etwa zehn Verschiebungen verursacht werden, die entsprechend zehn Siliciumgitterzwischenplatz-Leerstellenpaare hervorrufen. Durch die Schaffung dieser Leerplätze wird die Fremdatomdiffusion im Kristall äußerst begünstigt und damit verstärkt. Die Gitterleerstellen neigen zur Paarbildung mit Austauschfremdatomen, wie z.B. Arsen im SiIiciumgitter, und erzeugen zweiatomige Gebilde bei einer Diffusionslänge in der Größenordnung von 1000 S. um eine Gitterleerstelle an einem speziellen Platz bei einem Fremdatom herbeizuführen, ist der Aufwand geringer als an irgendeinem anderen Gitterplatz. D.h. aber, wenn eine Leerstelle unmittelbarer Nachbareines speziellen Fremdatoms wird, findet ein Platzaustausch mit dem Fremdatom oder einem der anderen dem Fremdatom eng benachbarten Atomen statt und zwar sehr viel früher, als die Leerstelle wiederum in das Gitter abwandern kann und damit das Fremdatom hinter sich läßt. Dieser wiederholte Austausch zwischen einem Fremdatom und einer Gitterleerstelle sowie den eng benachbaten Atomen wirkt sich in der Diffusion des Fremdatomleerstellenpaares durch das Gitter aus» Die in den Kristall eingebauten Wasser- und Heliumionen bleiben nicht dort, sondern diffundieren bei Betriebstemperatur des Prozesses in Zwischengitterplätze aus.

Fig. 3a zeigt das Störstellenprofil für einen Transistor, wie er im Ausschnitt in Fig. 3b dargestellt ist. Das Substrat 2 wird aus einem vordotierten P-Halbleiter mit einer Leitfähigkeit von 10 bis 20 0hm·cm dargestellt, worauf eine N-leitende Epitaxieschicht 10 mit einer Leitfähigkeit von 4 0hm·cm aufgewachsen ist, welche aus Silicium mit einer Störstellenkonzentration mit

15 3

2 χ 10 /cm besteht. Ein Subkollektor 8, der in an sich bekannter Weise in das Substrat vor Aufwachsen der Expitaxialschicht

Fi 970 060 3098 27/07 79

-ίδιο eingebracht worden ist, besitzt Arsen als Fremdatome in einer

213
Konzentration von 10 /cm . Während des epitaxialen Aufwachsens diffundiert die Subkollektorzone 8 in die Expitaxiezone aus, so daß hierin eine neue Subkollektorzone 14 entsteht. Die Epitaxieschicht wird in einer Dicke von 3,4 μΐη aufgebracht, so daß die ausdiffundierte Subkollektorzone 14 bis auf etwa 1,6 μΐη an die äußere Oberfläche der Epitaxieschicht 10 heranreicht. Eine Bor-dotierte Basiszone 22 und eine Arsen-dotierte Emitterzone 26 sind in die Oberfläche der Epitaxieschicht IO eingebracht, so daß der Abstand von der Oberfläche für die Basis-

17 zone, bei der die Bor-Fremdatomkonzentration angenähert 10 /cm entspricht, angenähert 0,6 μια ist, und damit der gewünschten Tiefe für den Kollektorübergang entspricht. Das Fremdatomprofil 62 entspricht der Arsendiffusion für den Emitter, wohingegen das Fremdatomprofil 64 der Bordiffusion für die Basis des fertiggestellten Transistors gilt. Der Schnittpunkt 66 des Profils 62 mit dem Profil 64 definiert den Emitterübergang dieses Transistors. Offensichtlich ist für die vorgegebene Struktur das Profil 69 maßgebend für die ausdiffundierte Zone 14 des Subkollektor, welche das Basisfremdatomprofil 64 nicht oberhalb eines Dotierungsniveaus von 2 χ 10 /cm schneidet.

Hier setzt dann die erfindungsgemäße protonenverstärkte Diffusion ein, um eine Kollektorzone oberhalb der auediffundierten Zone 14 des Subkollektors bis zur Grenze der Basiszone direkt unterhalb der Emitterzone 26 auszubilden. Ein Wasserstoff- oder Heliumionen-Strahl läßt sich auf einen Querschnitt von 5 μια fokussieren und auf die Emitterzone 26 der Transistorstruktur in Fig. 3b richten. Andererseits läßt sich auch ein nicht so eng fokussierter Strahl von Wasserstoff- oder Heliumionen auf die Maskenoberfläche einer Halbleiterscheibe richten, die entsprechend den Ausmaßen der Emitterzone 26 ausgeschnitten ist. Gelangt so z.B. ein Wasserstoffionenstrahl mit einer Energie von 325 keV auf die Emitterzone 26 des Transistors, wenn der Halbleiter sich bei einer Temperatur zwischen

Fi 970 060 3 0 9827/0779

650 bis 950 °C befindet, dann ergibt sich unmittelbar eine Leerstellenverteilung an einem Punkt, der 2,0 μπι unterhalb der Halbleiteroberfläche liegt, wie es durch die Verteilungskurve 74' im Diagramm nach Fig. 3a angedeutet ist. Die Gitterleersteilen, die sich im Bereich um dieses 2,0 Mm--Niveau bilden, diffundieren isotropisch unter Aufnahme und Mitführen von aus der Zone 14 ausdiffundierten Arsenfremdatomen aus.

Wird die Beschleunigungsspannung für den Protonenbombardierungsstrahl stufenweise herabgesetzt, dann wandert entsprechend die Entstehungsstelle 33 der Leerstellen-Fremdatompaare in Richtung der Halbleiteroberfläche nach oben, wie in Fig. 6 angedeutet, indem entsprechend das Störstellenprofil, wie durch die Kurve 70 in Fig. 3a angedeutet, abgeändert wird«, Die sich unmittelbar ergebende Gitterleerstellenverteilung läßt sich angenähert durch eine Gauss-Verteilung 74' bzw. 74'' wiedergeben, wobei eine Standardabweichung von 1400 Ä vorliegt. Daraus ergibt sich, daß

17 das bei einer Arsenfremdatomkonzentration von angenähert 10 /cm sowie einem erwünschten Kollektorübergang in 0,6 ym diese die Mittenlage der Gitterleerstellenverteilung 74"' etwas unterhalb des Abstandes von 0,6 pm zu liegen kommen muß, also unterhalb des Kollektorübergangs. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß geforderte und reproduzierbare P-N-übergänge entsprechend eingebracht werden können, wenn die entsprechende Grenze des Mittenbereichs der Gitterleerstellenverteilung 74"' 0,2 ym unterhalb der erwünschten Übergangslage zu liegen kommt. Damit wird aber die Beschleunigungsspannung für die Protonenbombardierung auf einen Wert von 75 keV reduziert, so daß der Grenzwert für R bei 0,8 ym liegt. Bei einer Halbleitertemperatur zwischen 750 und 850 °C und einem Protonenfluß von etwa 6 χ 10¹ /cm ^Sec ergibt eine lineare Verminderung über eine Zeitdauer von zwei Stunden, von einem Wert von 325 keV auf 75 keV, ein Kollektorprofil 70 für die Kollektorzone 36 der Fig. 3b, dank der Einwirkung des Protonenbeschusses.

Die Fign. 4a bis 4f dienen zur Erläuterung der Verfahrensschritte

309827/0779

E¹I 970 060

bei Anwendung eines Maskenverfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Transistors mit Hilfe des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses. So wird ein P-leitendes Substrat 2 (Fig. 4a) einem üblichen thermischen Oxidationsverfahren unterworfen, um seine untere 4 und obere Oberfläche 6 mit Oxidmaskenschichten zu überziehen. Unter Anwendung von Photoresistverfahren wird dann ein Subkollektorfenster in der oberen Oxidschicht 6 eingebracht, um anschließend eine N -leitende Zone 8 als Subkollektor einzubringen, indem ein geeignetes Dotierungs-

21 3 material, wie z.B. Arsen, mit einer Konzentration C_Q von 10 cm Anwendung findet. Eine standardmäßige Eintreibungsdiffusion findet statt.

In Fig. 4b ist die Oxidschicht 6 während des angewendeten oxidierenden thermischen Eintreibungsdiffusionsverfahrens wieder nachgewachsen, so daß die Subkollektorfenster wieder geschlossen worden sind. Allerdings sind andere Fensteröffnungen in Maske 6 eingebracht worden, um eine P -Subisolationszone 9 eindiffundieren zu lassen, wobei ein hierzu geeignetes Material wie Bor mit einer

213

Konzentration P von 10 /cm Verwendung findet.

Wie sich aus Fig. 4c ergibt, ist eine Epitaxieschicht 10 auf das P-leitende Substrat 2 nach Entfernung der Oxidschicht 6 aufgewachsenworden, auf welche dann wiederum eine Oxidschicht 12, bestehend aus Siliciumdioxid, aufgebracht wird. Während des Aufwachs ens der Oxidschicht 10 diffundiert die N⁺-Zone 8 weiter aus, so daß sich eine neugeformte Subkollektorzone 14 bildet. Das gleiche gilt für die P -Zonen 9, die zu den P⁺~Zonen 16 umgeformt werden. Weil Bor schneller diffundiert als Arsen, diffundieren die P -Zonen 16 weiter aus als die N -Subkollektorzone 14. Die Epitaxieschicht 10 wird aus N⁺-leitendem Material mit einer Dicke von 3,4 ym und einem spezifischen Widerstand von 4 0hm·cm gebildet. Dabei ergibt sich eine gleichförmige Konzentration von etwa 2 χ 10 /cm .

In die Oxidschicht 12 werden wiederum Fensteröffnungen einge-

309827/0779

FI 970 060

bracht, um hierüber die P-Zonen 20 und eine P-Basiszone 22 einzudiffundieren, wobei wiederum geeignetes Material für oxidische thermische Eintreibungsdiffusionsverfahren, wie z.B. Bor,

19 3 mit einer Konzentration von C mit 10 /cm Anwendung findet. Das Ergebnis ist in Fig. 4d gezeigt. Die Isolationsdiffusionen 20 und die Basiszone-Diffusion 22 erstrecken sich 0,6 um von der Oberfläche der Epitaxieschicht 10 nach unten, wobei' sich auf diesem Niveau eine Störstellenkonzentration von angenähert 10¹VCm ergibt. Vorgehoben sei, daß der Abstand zwischen der ausdiffundierten Subkollektorzone 14 und der Basiszone 22 angenähert etwa 1 μια beträgt, aber daß die Subisoiationszonen 16 mit den von der Oberfläche eindiffundierten Isolationszonen 20 Anschluß gefunden haben. Die sich hierdurch ergebende Verbindung zwischen den beiden Isolationszonen wird durch die anschließend stattfindenden Diffusionsverfahrensschritte zur Bildung des Emitters noch verstärkt.

Zur Bildung des in Fig. 4e gezeigten Halbleiterbauelements ist zunächst die Oxidmaske 12 thermisch nachgewachsen bei Anwendung des oxidierenden thermischen Eintreibungsdiffusionsverfahrens. Um hierin wieder entsprechende Fensteröffnungen für eine nachfolgende Anwendung eines nächsten DiffusionsVerfahrens einzubringen. Diese Maske 12 dient dann als Protonenbeschußmaske für den durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß. Geeignete Masken für einen Protonenstrah'l von 325 keV können aus einem 2 ym dicken Molybdän- oder Aluminiumüberzug oder aus einem 1,5 ym dicken Gold- oder Siliciumdioxidüberzug bestehen. Im vorliegenden Falle ist eine Siliciumdioxidmaske deshalb verwendet worden, weil sie leicht herzustellen ist und die vorgesehene Dicke von 1,5 pm gut zu realisieren ist.

Es werden also entsprechende Diffusionsfenster in die Oxidmaske 12 eingeätzt, um eine N -Emitterzone 26 sowie eine N⁺-Subkollektoranschlußdiffusion 28 einzudiffundieren, indem ein geeignetes Material, wie z.B. Arsen, mit einer Konzentration C_Q von 10²¹/cm³

Fi 970 060 3 098 27/07 79

Anwendung findet. Die Subkollektoranschlußdiffusionszone 23 und die Emitterzone 26 werden bis zu einer solchen Tiefe eindiffundiert, daß der Abstand zur Halbleiteroberfläche 0,45 pm für diejenigen Stellen beträgt, bei denen die Störstellenkonzentration

18 3
angenähert auf IO /cm abgesunken ist. Dies führt zu einer Basisbreite von 1500 8 im fertiggestellten Transistor.

Es läßt sich zeigen, daß der Abstand zwischen dem Niveau von

18 ^

10 /cm -Niveau der Störstellen der Subkollektoranschlußdiffusion 28 zum obersten Bereich der darunterliegenden ausdiffundierten Zone 14 des Subkollektors angenähert um 1500 Ä größer ist als der Abstand zwischen dem gewünschten Kollektorübergang und ebenfalls der obersten Lage der ausdiffundierten Zone 14 des Subkollektors.

Ein kurzer Rückblick auf das Diagramm nach Fig. 3a zeigt, daß das Profil 62, welches der Subkollektoranschlußdiffusion 2 8 entspricht und das Profil 70, das der Ausdiffusion 34 entspricht, sich am N-Grundstörstellenniveau von 2 χ 10 /cm treffen. Ein Widerstand, bestehend aus einer 1500 A dicken Siliciumschicht mit einem spezifischen Widerstand von 4 Ohmcm und einem Quer-

schnitt von 5 χ 20 cm , wie es für die Subkollektoranschlußdif fusion 28 vorgesehen ist, besitzt einen Wert von etwa 10 0hm. Ein 10-Ohm-Widerstand jedoch im Kollektorkreis kann nicht wesentlich die Betriebseigenschaften eines Transistors nachteilig beeinflussen. Das bedeutet aber, daß durch Anwendung eines einsogen, durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses das Ausdiffundieren der Subkollektorzone 14 in je eine Diffusionsausbuchtung 34 und 36 herbeigeführt wird, wovon die eine unter der Subkollektoranschlußdiffusion liegt und die andere unter der Emitterdiffusion 26 gewissermaßen eine Fußkollektorzone 36 darstellt.

Das Halbleiterbauelement nach Fig. 4f wird einer Bestrahlungskammer 132 des in Fig. 5 schematisch gezeigten Beschleunigers eingebracht, und die Halbleiterscheibenheizung 40 wird eingeschal-

3 09827/0779

FI 970 060

~ 2 3 —

tet. Hiermit wird die Halbleiterscheibe auf eine Temperatur von 800 ⁰C aufgeheizt. Hat sich die Temperatur über der Halbleiterscheibe stabilisiert, dann wird der Strahl 134 des Beschleunigers eingeschaltet, wobei die Beschleunigungsspannung auf einen Wert von etwa 325 jie^ gebracht wird. Bei dieser Beschleunigungsspannung ist die vorgegebene Eindringtiefe R_p des Protonenstrahls auf etwa 2 μΐη unterhalb der äußeren Oberfläche der Epitaxieschicht IO an dem Emitterfenster 26 und an den Isolationszonen 20 anzusetzen.

11 2

Bei einem Protonenfluß von 6 χ 10 /cm see wird die Beschleunigungsspannung linear herabgesetzt und zwar ausgehend von einer Größe von ungefähr 325 keV bis auf einen Wert von angenähert 75 keV während einer Zeitdauer von der GsößenordBung von 2 Stunden. Nach Beendigung dieses Zeitablaufes erreicht die Störstellenkonzentration der Arsenatome in der Subkollektorausweitungszone 34 und in der Fußkollektorzone 36, die je aus dem Subkol-

17 3 lektor 14 ausdiffundiert sind, einen Wert von ungefähr 10 /cm bei Niveaus, die 0,6 pm unterhalb der Halbleiteroberfläche liegen. Da die Störstellenkonzentration für Bor in der Basis-17 3

zone etwa 10 /cm bei Niveaus 0,6 ym unter der Halbleiteroberfläche^ beträgt, bildet sich ein P-N-Übergang unterhalb der Basiszone zur Fußkollektorzone 36.

Bei Beendigung des Protonenbeschusses wird der Strahlstrom 134 des Beschleunigers abgeschaltet und die Temperatur der Halbleiterscheibe 126 auf Raumtemperatur reduziert. Die Halbleiterscheibe 126 wird aus der Beschußkammer 132 entfernt. Anschließend wird dann wieder die Siliciumdioxidmaske 12 geschlossen, so daß das Halbleiterbauelement, wie es sich in Fig. 4f zeigt, bereit ist für den Anschluß elektrischer Kontakte und für die Einsiegelung. Damit ist dann der Herstellungsprozeß beendet.

Der durch Protoneneinwirkung verstärkte Diffusionsprozeß läßt sich in seinen Prozeßparametern über einem weiten Bereich einstellen, je nachdem, welchen Qualifikationen die zu fertigenden

309827/0779

FI 970 060

Halbleiterbauelementen genügen sollen. Für jedwede Anwendung sollte das Produkt aus Teilchenfluß- und Beschußzeit im wesentlichen konstant bleiben, um gleichbleibende Resultate zu erzielen, wenn Teilchenfluß- oder Beschußzeit geändert werden müssen. Wenn der Teilchenfluß zwischen 6 χ 10 bis 6 χ 10

2
Ionen/cm see variieren kann, dann läßt sich die Beschußzeit zwischen einer Minute bis zu hundert Stunden ändern, ohne daß vom Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Die Kriterien für die Wahl eines geeigneten Ionenbeschußteilchens, um brauchbare Ergebnisse für einen solchen durch Protoneneinwirkung verstärkten Oiffusionsprozeß zu erzielen sind:

1. Das Atomgewicht muß klein genug sein, um zu verhindern, daß dem bombardierten Kristallgitter ein wesentlicher spezifischer Restwiderstand erteilt wird,

2. der kovalente Radius muß dabei klein genug sein, um einen freien Durchgang zwischen den Gitterplätzen zum Austritt aus dem Kristallgitter nach Beendigung des Protonenbeschusses zu gestatten,

3. der Aggregationszustand muß gasförmig bei Betriebstemperatur des angewendeten Verfahrens sein, um einen Bruch des Kristalls zu vermeiden.

Quantitativ lassen sich diese Kriterien wie folgt erfüllen:

1. Ionenbeschußteilchen mit einer relativen Atommasse größer verursachen einen nennenswerten verbleibenden Schaden des Wirtskristallgitters. Damit sind jedoch alle Elemente außer Wasserstoff, Helium, Lithium und Beryllium in ihrer Anwendung ausgeschlossen.

2. überschreitet der kovalente Radius des Beschußteilchens angenähert 1 8, dann ist der Freiheitsgrad des Beschußteilchens

309827/0779

FI 9 70 060

aus Zwischengitterplätzen auszudiffundieren/ stark beeinträchtigt. Von der oben genannten Teilchengruppe besitzen lediglich Wasserstoff, Helium und Beryllium einen kovalenten Radius von weniger als 1 Ä.

3. Die aus den Beschußteilchen bestehende Materie darf nicht im Betriebstemperaturbereich zwischen 650 ⁰C bis 950 ⁰C kondensieren. Das bedeutet wiederum, daß nur Wasserstoff und Helium den Anforderungen genügen, da sie allein Siedetemperaturen unterhalb 650 ⁰C besitzen.

Damit ergibt sich, daß allein die Isotope des Wasserstoffes und des Heliums bevorzugte Beschußteilchen darstellen können; nämlich: Wasserstoff -1, Deuterium, zweiatomiger Wasserstoff -1, Tritium, Helium -3 und Helium -4.

Vorteilhafterweise lassen sich auch Mischungen der oben angegebenen Beschußteilchen für spezielle Anwendungen verwenden. Die Anwendung einer Mischung von monoatomarem und zweiatomigem Wasserstoff -1, ohne einer Massenanalyse unterworfen zu sein, führt zu Gitterleerplätzen im Wirtskristall bei zwei verschiedenen, aber aufeinander bezogenen Tiefen. Der zweiatomare Wasserstoff bricht beim Anfangsaufprall auseinander, wobei dann die beiden sich ergebenden monoatomaren Wasserstoffbeschußteilchen jeweils die Hälfte der ursprünglichen Energie weiterführen.

Soll ein durch Protoneneinwirkung verstärkter Diffusionsprozeß gleichzeitig in zwei verschiedenen Tiefen durchgeführt werden, dann kann eine geeignete Mischung von Wasserstoff und/oder Heliumisotopen ausgewählt werden, um in einem einzigen Beschußverfahrensschritt zum gewünschten Ergebnis zu kommen.

Die Betriebstemperatur der,zu bearbeitenden Halbleiterscheibe ist sehr kritisch, denn eine Temperatur, die geringer ist als etwa 650 C, reduziert die Diffusionsmöglichkeit der Fremdatome

Fi 970 060 309827/07 7 9

praktisch auf Null. Außerdem wird die Rate der Zwischengitterdiffusion der implantierten Wasserstoffatome aus dem Kristall ebenfalls herabgesetzt. Eine etwa 950 ⁰C überschreitende Temperatur hingegen hat zur Folge, daß die bereits eingebrachten Halbleiterstrukturen ausdiffundieren, so daß die wohldefinierten Zonen in ihren Begrenzungen verloren gehen, insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit der Basisbreite. Der bevorzugte Betriebstemperaturbereich für die Halbleiterbehandlung liegt dementsprechend zwischen etwa 650 c bis etwa 950 C, wobei Temperaturen zwischen 750 ⁰C bis 850 °c in erster Linie Anwendung findet.

Vorab angebrachte Halbleiterzonen brauchen nicht notwendigerweise durch Anwendung der Hochtemperaturdiffusion hervorgerufen zu sein. So können z.B. die Subkollektorzone 8, die Basiszone 22, die Emitterzone 26 und andere Fremdatomzonen im Halbleiter mit Hilfe üblicher Verfahren durch Ionenimplantation erzeugt sein, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Eine andere Möglichkeit für einen durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß besteht, wie bereits gesagt, darin, einen genau fokussierten Ionenstrahl anzuwenden. Hierbei wird ein Wasserstoff- oder Heliumionenstrahl auf einen Durchmesser von 5 \xm oder weniger fokussiert und dann auf die gewünschten Positionen des Substrats gerichtet, um dort den Diffusionsprozeß anzuwenden. In diesem Falle sind keine Masken erforderlich, um die nicht exponierten Oberflächenbereiche des Halbleiters zu

ohntzen. Die Kombination gut fokussierter Strahlen schwerer Ionen zum Einbauen von Fremdatomen in den Halbleiter zusammen mit der gemäß der Erfindung vorgesehenen Anwendung gut fokussierter Wasserstoff- oder Heliumionenstrahlen, um eine Umverteilung der Fremdatome herbeizuführen, stellt damit ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und Halbleiterschaltungen dar, ohne daß Masken irgendwelcher Art benötigt werden.

Tiefen und Dicken der Halbleiterzonen bei der erfindungsgemäßen

309827/0779

FI 9 70 060

Herstellung von Halbleiterbauelementen und Schaltungen lassen sich ebenfalls, ohne von der Erfindung abweichen zu müssen, in weiten Grenzen variieren. So lassen sich z.B. äußerst flache Planarstrukturen mit dünneren Epitaxieschichten mit großem Vorteil bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit herstellen. Strukturen dieser Art sind wegen der großen Genauigkeit der bei monoenergetischen Ionenstrahlen erreichten Eindringtiefen ohne weiteres realisierbar. Weiterhin erfordern äußerst flache Planarstrukturen energieärmere Ionenstrahlen, die sich zudem mit geringerem Aufwand und wesentlich einfacher erzeugen lassen.

Ein durch Protoneneinwirkung verstärkter Diffusionsprozeß besitzt einige vorteilhafte Betriebscharakteristiken, die gegenüber üblichen Ionenimplantationsverfahren hervorragen und auf die noch nicht hingewiesen worden ist. Der Hauptvorteil liegt darin, daß die Beschleunigungsenergie sehr viel geringer sein kann, wenn eine Fremdatomumverteilung im Halbleiter bei einer vorgegebenen Tiefe mit Hilfe der durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusion herbeigeführt werden soll, als Fremdatome bei diesen Diffusionstiefen mit Hilfe üblicher Ionenimplantationsverfahren einzubauen. So wird z.B. eine Energie von 325 keV benötigt, um eine Eindringtiefe von 2 ym in Silicium für einen Wasserstoffionenstrahl im durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß zu erreichen; demgegenüber sind 1500 keV für Bor und 2000 keV für Phosphor bei Anwendung üblicher Ionenimplantationsverfahren notwendig. Das bedeutet, daß zur Beschleunigung der genannten Partikel in Anwendung üblicher Ionenimplantationsverfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie sie oben beschrieben sind, in Anwendung des üblichen Ionenimplantationsverfahrens 2 Millionen Volt als Beschleunigungsspannung bereitgestellt werden müssen, im Gegensatz zu 325 000 Volt Beschleunigungsspannung in Anwendung des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses gemäß der Erfindung. Der Aufwand für die Beschleunigungsspannung, Strahlenabschirmung und Raumbeanspruchung steigen sehr rasch im Verhältnis zur erforderlichen maximalen Beschleunigungsspannung an.

309827/0779

FI 970 060

Der durch Protoneneinwirkung verstärkte Diffusionsprozeß stellt also ein wesentlich ökonomischeres Herstellungsverfahren in der Halbleiterherstellung dar, als es für übliche Ionenimplantationsverfahren zur Herstellung vergleichbarer Halbleiterelemente der Fall ist. Hinzu kommt, daß Wasserstoff oder Helium als Grundlage für den Partikaistrahl sich leichter ionisieren lassen und zudem jeweils ein reineres Ausgangsgas darstellen, als es für Bor und Phosphor in Anwendung üblicher lonenimplantationsverfahren der Fall ist. Es lassen sich also zuverlässigere und einfachere Ausgangsgaslonisierungseinrichtung in Anwendung des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses anwenden, als es bei üblichen lonenimplantationsverfahren der Fall sein kann·

Wie bereits erwähnt, ist die mit Hilfe des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses zu erhaltende Fußkol- . lektorzone 36 in Fig. 4f ersichtlich. Diese Fußkollektorzone entsteht mit Hilfe eines durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses von Fremdatomen, die aus der Subkollektorzone 14 ausdiffundieren. Der Kollektorübergang liegt in absolut richtiger Lage aufgrund der Unabhängigkeit des Wertes von Rp, von der Epitaxieschichtdicke und der kurzen Leerstellendiffusionslänge.

Üblicherweise eindiffundierte Fußkollektorzonen besitzen jeweils unterschiedliche Basisbreiten, weil die Dotierungsprofile nicht steil genug sind und außerdem der benötigte Zeitraum, um diese Fußzonen einzudiffundieren, proportional zur Epitaxieschichtdicke variiert, deren Gleichförmigkeit sich naturgemäß nur sehr schwer realisieren läßt.

Bei Anwendung des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses gestattet die beschränkte tatsächliche Verteilung der Leerstellen (σ_ν = 1400 8), daß ein abrupt abfallendes Dotierungsprofil so in den Halbleiter eingelagert wird, daß sich eine vorgegebene Niveaulage mit Bezug zur Halbleiteroberfläche einstellt.. Die sich dabei ergebende Fußkollektorzone

3098 27/07 79

ΙΊ 9 70 060

OQ '

gewährleistet eine gleichförmige und reproduzierbare Basisbreite, so daß eine gleichförmige Hochfrequenzcharakteristik für eine Vielzahl solcher Halbleiterbauelemente in einem monolithischen Chip bzw. für verschiedene Halbleiterbauelemente erzielt werden kann. .

Im übrigen sei darauf hingewiesen _f daß übliche lonenimpläntationsverfahren in nicht unbeachtlicher Weise Dauerschäden an den Kristallen herbeiführen können. Der bei Anwendung des durch Krotoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses herbeigeführte, jedoch vernachlässigbare Strahl-Restschäden in der Fußkollektorzone läßt ohne weiteres eine höhere Beweglichkeit und eine längere Minoritätsträgerlebensdauer zu, als es bisher der Fall ist, so daß die Umschaltgeschwindigkeit und das Leitvermögen der Halbleiterschaltung bgw. des Halbleiterbauelementes gegenüber bisher ebenfalls erhöht ist.

Ein gemäß der Erfindung hergestellter Transistor zeigt im einzelnen die Vorteile, daß er gegenüber bisher ein um 20 % höheres Produkt aus Gewinn mit Bandbreite f_, unter engerer Verteilung der f,.-Werte besitzt _s ergibt sich eine Verbesserung von 2 : 1 in der Dichte der Stromverstärkung ß, eine Verbesserung von 5 mV in der Dichte der Vgg-Verteilung, wobei V_ßE die Basisemitterspannung für einen vorgegebenen Wert des Kollek-torstromes ist und eine Herabsetzung von 15 % der Basiskollektorkapazität< > Außerdem lassen sich Vorteile beim Einsetzen der erfindungsgemäß hergestellten Halbleiterbauelemente bzw» Schaltungen durch Herabsetzen des Aufwandes bei den jeweils erstellten Fertigprodukten erzielen.

weben der oben beschriebenen einfachen Art ist es unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem möglich, Fußkollektorzonen unterschiedlicher Höhe gleichzeitig herzustellen«, In Anwendung dieses Verfahrens kontaktiert die Fußkollektorzone die Subkollektorausweitung gleichzeitig mit den Kontaktieren der Basiszone= Um hierbei das Wachsen,der Fußkollek-

309827/0779

£'£ 9 70 060 .■ ' .

torzone und das der Subkollektorausweitung in einem einzigen Beschußverfahrensschritt herbeizuführen, und einen Kontakt geringen Widerstands zwischen Suhkollektoranscnlußdiffusion 28 und Subkollektorausweitungszone 34 zu gewährleisten, wird eine Dämpfungsschicht 30 in aas Fenster oberhalb der Subkollektoranschlußdiffusion 28, wie in Fig. 6 gezeigt, angebracht. Die hier verwendete Dämpfungsschicht besteht aus einer 1500 8 dicken Molybdänlage, deren Bremswirkung für Protonen ausreicht» um eine Differenz in den Werten R herbeizuführen, die der Differenz zwischen der Länge der Fußkollektorzone 36 und der Subkollektorausweitungszone 34 entspricht, die unterhalb der Subkollektoranschlußdiffusion 28 gelegen ist. Die Molybdänlage 30 besitzt außerdem einen 0hm¹sehen Kontakt mit der Subkollektoranschlußdiffusion 28 und kann so als Anschluß dienlich sein. Die Dämpfungsschicht 30 bleibt demnach nach Anwendung des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses als Anschluß für die Subkollektorausweitungszone erhalten.

Heim so die Anfangsbeschleunigungsspannung für die Beschüßionen auf einen solchen Wert eingestellt ist, daß R_p zumindest gleich dem Abstand von der Außenfläche der Dämpfungsschicht 30 zur obersten Lage der ausdiffundierten Zone 14 des Subkollektors in Fig. 6 ist, dann ist bei Verringerung der Beschleunigungsspannung die Höhe der Fremdatomsäule, die unterhalb der Subkollektor anschlußdiffusion 28 wächst höher als die Höhe der Fremdatomsäule, die unterhalb der Emitterzone 26 wächst und zwar um einen Betrag, der für die Dämpfungsschicht 30 angenähert gleich dem Äquivalent der Abbremsdicke ist. Auf diese Weise wird in einem einzigen Beschußverfahrensschritt die Subkollektorausbreitungszone 34 einen Kontakt geringen Widerstandes mit der Subkollektoranschlußdiffusion 28 herbeiführen, so daß der Kollektorbelastungswiderstand für den sich andererseits ergebenden Transistor minimal gehalten wird.

Der durch Protoneneinwirkung verstärkte Diffusionsprozeß unter Anwendung einer Beschußionen-Dämpfungsschicht läßt eich in vor-

3 0 9 8 2 7/0779

FI 9 70 060 ■ , · .

teilhafter Weise zwc- Herstellung von Transistoren der oben ge- · zeigten Art und außerdem von Diffusionskondensatoren ira v£el~ schichtmonolithischeB integrierten Halbleitersehaltuagea asswenden. Die hierzu erforderlichen Verfahrensschritte ergebea sieh aus der Erläuterung der Fign« 7a bis 7e« In Fig» 7 a besitzt

die. ursprüngliche Halbleiterstruktur 150 eine W -Subkollektor-aone 154,. eine P -Subisolafeionssone 151, und eine P -Kondensators üb elektrode 157 unterhalb der Epitaxieschicht. 152_O Die Ober- fläche der Epitaxieschicht 152 weist eine Basissone 158 In einer Lage oberhalb der'Subkollektorzone 154 _r. eine Isolationsdiffusion-153 oberhalb der Subisolationssone 151" und eine Kondensaiorsubelektrode&anschlußdiffusion 155 oberhalb der Subelektrode 15? auf. . - ' '

Eine thermisch ai«fgewachsene Osidmaske ISO von etwa 1,5 ym Dick© befindet sich auf des' Oberfläche -üsr Epitaxieschicht 152„ Diese 1,5 μια dicke Siliciumdioxidsehisfat· dient dabei als undurchdringbare Barriere für 325 keV-Protonen im-angewendetem, ctarqh Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß» Um die Pro-coaenstrahlen einwirken lassen zu können, wird einu FensterSffaraig 162, eine'Emitteröffnung 164 und eine Kondensatorelektrodenöffnung 165 in die Maske 160 mit Hilfe üblicher photolithographischer Verfahren angebracht. Anschließend werden dann eine iüf -Einitterzone 163, eine N -Subkollektoranschlußdiffusion 161 und eine N -Kondensatorelektrode 159 in die Epitaxieschicht 152 mit Hilfe geeigneter Premdatome, wie z.B. Arsen, mit einer Konzentration

21 3
von C von etwa 10 /cm eindiffundiert.

Während des Emitterdiffusionsschrittes diffundieren die Siabisolationszonen 151 und die Kondensatorsubelektrode 157 aufgrund aer relativ hohen Diffusionsfähigkeit der Borfremdatome aus. Die ausdiffundierte Subxsolationszone 151 macht" dabei Kontakt mit der Isolationsdiffusion 153 und die ausdiffundierte Kondensators ubeiektrode 157 macht Kontakt mit der Kondensatorsubelektrodenanschlußdif fusion 155 ■»

309827707?

FI 970 060

2262Q24

Zusätzliche Fensteröffnungen in der Gxidmaske 160 lassen elektrischen Kontakt mit anderen Strukturen in der Epitaxieoberfläche zu. Anschließend erfolgt dann eine Ablagerung einer ersten Metallschicht 160 über die gesamte Oberfläche der Oxidmaske 160 Fig_t 7b. Mit Hilfe üblicher photolithographischer Verfahren wird die Metallmaske 168 selektiv weggeätzt, so daß ein gewünschtes Metallisierungsmuster, wie z.B. der Anschluß 170 und die Leitungszüge. 174 und 176 in Fig. 7c übrig bleiben. Die Anschlußmetallisation 170 kann einem dreifachen Zweck dienen, nämlich Bilden eines 0hm¹sehen Kontaktes mit der Anschlußdiffusion 161, Bilden eines Teils einer Leitungsmetallisierung im ersten Metallisierungsniveaus und Bilden eines Beschußionenbremsmittels. Wie bereits oben in Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben, läßt sich durch Anwenden einer Molybdänlage von 1500 Ä Dicke ein Höhenunterschied zwischen einer Subkollektorausweitungszone und der Fußkollektorzone von 1500 8 bei Wasserstoffionenbeschuß erzielen. Da nun aber Molybdän ebensogut als elektrisches Kontaktmaterial dienen kann, kann die Metallschicht 168 in Form von Molybdän mit einer Dicke von 1500 8 niedergeschlagen werden.

Die Struktur gemäß Fig. 7d wird in eine Bestrahlungskammer eines Beschleunigers eingegeben, wo sie auf eine Temperatur zwischen 750 ⁰C und 850 ⁰C mit Hilfe der Halbleiterheizvorrichtung 184 aufgeheizt wird. Hat sich die Temperatur über dem Halbleiter stabilisiert, dann wird der Strahlstrom de© Beschleunigers eingeschaltet, indem die Beschleunigungsspannung auf einen Wert oberhalbvon 325 keV eingestellt wird. Bei diesem Beschleunigungspotential beträgt die vorgesehene Eindringtiefe R des 325 keV-Protonenstrahls 182 etwa 2 pm gemessen von der Oberfläche, auf die der Strahl auftrifft; hiermit werden dann die Subkollektoraus-* weitungszone 186, die Fußkollektorzone 188, die beide aus der Subkollektorzone 154 ausdiffundieren, und die Kondensatorsubelektrode 169 durch Ausdififundieren von der Subelektrode 157 her, wie bereits beschrieben, geschaffen.

Die Borfremdatome der ausdiffundierten Kondensatorsube&ektrode

309827/0779

FI 970 060

16 7 besitzen höheres Diffusionsvermögen als die Arsenfremdatome des Subkollektors 154, so daß die Kondensatorsubelektrode 169 näher zur Halbleiteroberfläche ausdiffundiert als die Fußkollektorzone 188. Wenn die Fußkollektorzone 188 eine ausreichende Höhe in ihrem Wachstum erreicht hat, so daß sich ein P~N-Übergang mit der Basiszone 158 auf einem 0,6 m-Niveau unterhalb der Halbleiteroberfläche ausbildet, dann hat die Subkollektorausweitungszone 186 auch die Subkollektoranschlußdiffusion kontaktiert, wohingegen die Kondensatorelektrode 169 bis auf 500 A* der Elektrode 159 nahegekommen ist, um so einen überbrückungskondensator -190 zu bilden. -

Zu diesem Zeitpunkt wird der Protonenstrahl abgeschaltet und der Halbleiter auf Raumtemperatur wieder abgekühlt.

Als nächstes wird dann eine Isolationsschicht aus pyrolythischem Glas 187 mit einer Dicke von angenä-hert 1 m auf die Maskenoberfläche und auf das erste Metallisierungsniveau 174 und 176 niedergeschlagen. Hierin werden dann Lochungen eingebracht, um das erste Metallisierungsniveau mit dem zweiten Metallisierungsniveau in Verbindung zu bringen und außerdem alle Punkte, wo das zweite Metallisierungsniveau mit Anschlüssen in der Epitaxieschicht 152 verbunden werden soll.

Die Fensteröffnungen in der Isolierschicht 178 werden mit Hilfe üblicher photolithographischer Verfahren eingebracht, wobei zu beachten ist, daß die über Emittersegmenten 163 vorgesehenen Perforationen in der Isolierschicht 178 größer sein können als entsprechende Perforationen in der Beschußmaske 160, so daß sich die automatische Ausrichtung für die Kontakte in vorteilhafter Weise beibehalten läßt. .

Anschließend wird dann eine zweite Metallisierung 192, 194, 196, 19b und 175 auf die äußere Oberfläche der Isolierschicht 178 aufgetragen. Auch die zweite aus Aluminium bestehende und mit einer Dicke von 2000 8 aufgetragene Metallisierungsschicht wird

FX97UÜ6Ü 309827/0779 '.-,

mit Hilfe üblicher photolithographischer Verfahren selektiv weggeätzt, so daß Zwischenlochverbindungen, wie z.B. der Basisanschluß 194, der Leitungsanschluß 196, Emitterkontakt 192, Isolationsdiffusionskontakt 177, Kondensatorsubelektrodenkontakt 173 und Elektrodenkontakt 175 ergeben.

Die in Fig. 7e gezeigte zusammengesetzte Struktur besteht aus einer vielschichtmonolithischen integrierten Halbleiterschaltung, die Fußkollektorzonen, überbrückungskondensatoren und andere Halbleiterbauelemente besteht, die durch Zwischenverbindungen in einer Zweiniveaumetallisierung, nämlich als erster Molybdän und als zweiter Aluminium ergänzt ist. üer die Elektroden 159 und enthaltende Kondensator 190 besitzt eine Kapazität von etwa 1 Picofarad.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die einzelne kontinuierliche Metallisation 170 als Ohm¹ scher Kontakt zur KoI--lektoranschlußdiffusion, als Zwischenverbindung zwischen der Epitaxieschicht 152 und dem ersten Metallisierungsniveau, als Signalleitung und als Protonenabbremser zur Herbeiführung unterschiedlicher eindiffundierter Zonenhöhen während des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses der Subkollektor ausweit ungs zone 186 dient.

ι ■

Weiterhin ist zu erwähnen, daß die Seitenlage der Fußkollektorzone 188, der Emitterzone 163, des Emitteranschlusses 192 jeweils durch die Emitteröffnung 164 in der Oxidschichtmaske jeweils definiert wird. Die automatische Ausrichtung der Strukturen mit Hilfe einer einzigen Maske 160 stellt sicher, daß die sich ergebende Transistorstruktur einen maximalen Stromwirkungsgrad erreicht. Außerdem wird erzielt, daß die Anordnung des Kollektorübergangs am oberen Ende der Fußkollektorzone 188 mit Bezug auf die äußere Oberfläche der Epitaxieschicht 152 festgelegt wird, da dies ein sich automatisch ergebendes Resultat des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses darstellt. Auf diese Weise hängen die Basisbreiten der sich hier-

309827/0779

FI 970 060

bei ergebenden Transistoren nicht von der Dickenpräzision der Epitaxieschicht 152 ab. Ferner werden vorher abgelagerte Fremdatomstrukturen,, wie z.B. die Basiszone 158 und die Emitterzone 16 3, nicht durch den durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozeß beeinflußt, da dieser Diffusionsprozeß bei geringen Temperaturen stattfindet« Lediglich die Fremdatome in der Subkollektorzone 154 nahe der Fußkollektorzone werden hiervon beeinflußt.

Dank der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gegenüber bisher weniger Herstellungsschritte erforderlich zur Herstellung einer monolithischen integrierten^ Halbleiterschaltungsanordnung, wie in Fig. 7e gezeigt, da die Basiszone 158 und die Segmentzonen 153 und 155 im gleichen Verfahrensschritt erzeugt werden. Es ist lediglich eine Epitaxieschicht erforderlich. Die Emitterfensteröffnungen 164 dienen zur Lagebestimmung der Fußkollektorzone. Die Emitterzone mit. dem Emitteranschluß und die Fußkollektorzone können wahlweise erst aufgewachsen werden, wenn die darüber gelagerten Basis- und Emitterzone^niedergeschlagen sind.

Zusätzlich, zum Transistor mit Fußkollektorzone und zum Diffusionskondensator lassen sich in vielschichtmonolithischen integrierten Halbleiterschaltungen unterhalb der Oberfläche verlaufende, eindiffundierte elektrische Zwischenverbindungen dank der Anwendung des erfindungsgemäßen durch Protoneneinwirkung verstärkten'Diffusionsprozesses herstellen. Auf diese Weise werden elektrische Verbindungsleitungen zwischen Halbleiterbauelementen oder -schaltungen auf einem monolithisch integrierten Chip innerhalb des Halbleiters selbst gelegt und zwar unterhalb der Halbleiterbauelemente. Diese Verbindungsleitungen bestehen aus entartet dotierten pfadförmigen Zonen mit einem jeweiligen Leitungstyp, der dem des umgehenden Substrats entgegengesetzt gerichtet ist. Während die Vorbereitungen zur Herstellung dieser Verbindungspfade bereits vor Herstellen.der HaIb-

970 060 309827/0779

leiterbauelemente und -schaltungen getroffen werden können, werden die tatsächlichen Verbindungsleitungen erst hergestellt, nachdem alle anderen Diffusionen und Epitaxieverfahren abgeschlossen sind. Auf diese Weise läßt sich dank der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine entgültige Bestimmung einer zu erstellenden Halbleiterschaltung in vorteilhafter Weise bis in die Abschlußverfahrensschritte, d.h. bis in die Endphase der Herstellung, verschieben.

Der Aufbau dieser Zwischenverbindungen erfordert, daß eine oder mehrere zusätzliche Epitaxieschichten mit hierin eingebetteten entsprechenden Fremdatompfaden niedergeschlagen werden oder in Alternative eine Hochenergieionenimplantation zur Erstellung dieser Fremdatomzonen herangezogen wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht demgegenüber jedoch aus dem Einbringen einer Matrix entartet dotierter ,Zonen innerhalb des Halbleiters, die elektrisch miteinander erst zu einem viel späteren Zeitpunkt bzw. Verfahrensschritt, mit Hilfe dee durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses verbunden werden. Die hierzu erforderliche Verfahrensschrittfolge läßt sich anhand der Flgn. 6a bis 8e näher erläutern.

In Fig. 8a sind die Fremdatomzonen 216, 218 und 220 in ein P-leitendes Halbleitersubstrat 210 mit einer Konzentration C^

213
von 10 Arsenatomen/cm eindiffundiert. In Fig. 8b ist eine P-leitende Epitaxieschicht 212 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 210 aufgewachsen. Auch hier wiederum zeigt sich, daß aie Fremdatomzonen 216, 218 und 220 während des Epitaxieniederschlagsverfahrens in die dabei aufwachsende Epitaxieschicht 212 ausdiffundiert sind. Anschließend werden dann wiederum Fremdatomzonen 222, 224 und 226 in die äußere Oberfläche der Epitaxieschicht 212 in gleicher Weise wie vorhin eindiffundiert. Gemäß Fig. 8c ist eine zweite P-leitende Epitaxieschicht 214 auf die Oberfläche der ersten P-leitenden Epitaxieschicht 212 aufgewachsen. Auch hier wiederum ist angedeutet, daß die Fremdatomzone

309827/0779

FI 970 060

222, 224 und 226 in die zweite P-leitende Epitaxieschicht 214 während des Epitaxieniederschlagverfahrens ausdiffuniert sind. Anschließend werden dann die Fremdatomzonen 228 und 230 auf gleiche Weise wie vorhin die anderen Fremdatomzonen in die Oberfläche der Epitaxieschicht 214 eindiffundiert. Die Fremdatomzonen 228 und 230 können z.B. eindiffundierte Signalleitungen auf der Oberfläche der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung oder aber auch andere Halbleiterbauelemente darstellen. Da die Fign. 8a bis 8e Längsschnitte durch eine jeweilige Halbleiterscheibe im Ausschnitt zeigen, ist nicht davon auszugehen, daß alle Halbleiterzonen von oben her gesehen unbedingt jeweils in der gleichen Ebene zu liegen kommen.

Eine etwa 2 ym dicke Molybdärimaske 232 wird, wie aus Fig. 8d hervorgeht, auf die Oberfläche der Epitaxieschicht 214 niedergeschlagen, um danach die Fensteröffnungen 217 und 219 über den Fremdatomzonen 218 und 220 einzubringen. Anschließend wird dann die so vorbereitete Halbleiterscheibe in die Bestrahlungskammer eines Beschleunigers für geladene Teilchen eingebracht und auf eine Temperatur zwischen 750 ⁰C und 850 ⁰C aufgeheizt. Nach Stabilisierung der Temperatur wird ein Strahl von Wasserstoffoder Heliumionen auf die Halbleiterscheibe geschossen. Es wird ein Protonenstrahl auf eine äquivalente kinetische'Energie von 325 keV zum Beschüß der Halbleiterscheibe beschleunigt. Bei einer 325 keV entsprechenden kinetischen Energie kommen die die Fenster 217 und 219 durchdringenden Protonen in den Zonen 218 und 220 zur Ruhe, indem sie Gitterplatzfehlstellen erzeugen, die in diese Zonen eindiffundiert sind und verstärken gleichzeitig das Diffusionsvermögen der Arsenfremdatome, die hierin abgelagert sind.

Während der Zeitdauer von etwa einer Stunde wird die kinetische Energie der Beschußprotonen linear auf einen Wert von" etwa 100 keV reduziert, wobei gleichzeitig die Diffusionssäulen 240 und 242 von den Zonen 218 und 220 aus nach oben wachsen, um eine Zwischenverbindung zu den Zonen 224 und.226 bereitzustellen.

309827/0 779

FI 9 70 060

Bei einer 100 keV entsprechenden kinetischen Energie sind die durch die Fensteröffnung 217 und 219 eingedrungenen Protonen innerhalb der Fremdatomzonen 224 und 226 eingebaut. Zu diesem Zeitpunkt wird der Protonenstrahl abgeschaltet/ und die Halbleiterscheibentemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Halbleiterscheibe wird aus dem Beschleuniger entfernt und die Molybdänmaske 232 wird derart überarbeitet, daß die Fensteröffnung 217 geschlossen und die Fensteröffnung 215 über der Halbleiterzone 222 geöffnet wird.

Die Halbleiterscheibe wird dann wiederum in den Beschleuniger eingegeben und auf eine Temperatur von 750 ⁰C bis 850 ⁰C aufgeheizt, wobei der Protonenstrahl auf die Halbleiterscheibe mit einer 100 keV entsprechenden kinetischen Energie auftrifft. Bei 100 keV dringen die Protonen durch die Fensteröffnungen 215 und 219 in die Fremdatomzonen 222 und 226 ein. Die in diesen Fremdatomzonen 222 und 226 induzierten Gitterleerplätze diffundierten in die entsprechenden Zonen aus und verstärkten das Diffusionsvermögen der hierin eingebauten Arsenfremdatome.

Während der Zeitdauer von ungefähr einer Stunde wird die 100 keV entsprechende kinetische Energie des Protonenstrahls auf 25 keV reduziert, wobei in diesem Zeitraum die Diffusionssäulen 244 und 238 von den Zonen 226 bzw. 222 ausgehend wachsen und sich mit den Fremdatomzonen 230 bzw. 228 verbinden. Bei einer kinetischen Energie von 25 keV werden die durch die Fensteröffnungen 215 und 219 eindringenden Protonen in die Fremdatomzonen 228 und 230 eingebaut. Zu diesem Zeitpunkt wird der Protonenstrahl abgeschaltet und die Halbleiterscheibe wieder auf Raumtemperatur zurückgebracht.

Nach Entfernen der Halbleiterscheibe aus dem Beschleuniger wird ihre Molybdänmaske 232 entfernt, um dann eine neue Maske 250 aufzutragen, die ein Fenster 223 besitzt, wie es in Fig. 8e gezeigt ist. Die vertikale Projektion des Fensters 223 überlappt sich mit der Fremdatomzone 218 und der Freiuiatomzone 220 und umfaßt den Bereich, der die gewünschte elektrische Zwischenverbindung

30982 77 0779

FI 970 060

zwischen den Halbleiterzonen 218 und 220 aufnehmen soll.

Die Halbleiterscheibe wird wiederum in den Beschleuniger eingebracht und auf eine Temperatur von 750 ⁰C bis 850 C aufgeheizt, wobei dann wiederum die Protonenenergie auf 325 keV zum Beschüß der Halbleiterscheibe eingestellt wird. Die Protonenstrahlenergie wird bei 325 keV für eine halbe Stunde lang aufrechterhalten, für welchen Zeitraum das Diffusionsvermögen der Arsenatome in den Fremdatomzonen 218 und 220 verstärkt wird, so daß diese Fremdatome zwischen die Fremdatomzonen 218 und 220 ausdiffundieren, um so d"ie gewünschte Zwischenverbindung 248 zu schaffen. Nach ungefähr einer halben Stunde des Beschüsses wird der Strahl abgeschaltet, die Halbleiterscheibe wieder auf Raumtemperatur zurückgebracht und aus dem Beschleuniger entfernt.

Hierauf wird die Maske 250 wieder überarbeitet. Die Fensteröffnung 223 wird geschlossen, wohingegen dann eine Fensteröffnung 221 geöffnet wird. Die Fensteröffnung 221 ist dabei so gelegen, daß ihre vertikale Projektion die Halbleiterzone 22^2 und die Halbleiterzone 224 schneidet und dabei aber vollkommen den Halbleiterbereich umfaßt, worin die elektrische Verbindung zwischen den Zonen 222 und 224 wie erwünscht hergestellt werden soll.

Die Halbleiterscheibe wird dann wieder in den Beschleuniger gebracht, um dort auf eine Temperatur zwischen 750 ⁰C und 850 ⁰C aufgeheizt zu werden und anschließend einem Protonenstrahl, der mit angenähert 100 keV beschleunigt ist, ausgesetzt zu werden. Der durch das Fenster 221 eintretende Protonenstrahl entfaltet seine Wirksamkeit im Bereich zwischen den Halbleiterzonen 222 und 224. Dabei wird das Diffüsionsvermögen der Arsenfremdatome in den Halbleiterzonen 222 und 224 verstärkt, was ebenso für den Bereich zwischen diesen beiden Halbleiterzonen gilt, so daß nach einem Zeitraum von etwa einer halben Stunde unter einem Beschüß mit einer konstanten kinetischen Energie von etwa 100 keV die Zone 246 als leitender Pfad zwischen den beiden

970 060 309827/0779

vorgenannten Zonen 222 und 224 entsteht, so daß zwischen beiden jetzt eine elektrisch leitende Verbindung besteht. Der Protonenstrahl wird dann abgeschaltet, um anschließend den Halbleiter auf Raumtemperatur zurückzubringen; nach Entfernen aus dem Beschleuniger wird auch die Maske 250 entfernt.

Als Ergebnis zeigt sich nun ein im Halbleiter verlaufendes Verbindungssystem zwischen den Anschlußdiffusionen 228 und 2 30, das dank der Anwendung des durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprozesses gemäß der Erfindung entstanden ist', wobei die Zonen 238, 246, 248, 242, 244 und 240, die mit den Zonen 228, 222, 224, 218, 220, 226 und 230 wie in Fig. Se gezeigt, verbunden sind. Das innerhalb des Halbleiters verlaufende Zwischenverbindungssystem, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren, besitzt die verbesserten Eigenschaften eines relativ niedrigen spezifischen Widerstandes, aufgrund des vernachlässigbaren Betrags des Strahlschadens in dem dem Protonenstrahl ausgesetzten Kristall, wobei sich weiterhin der Vorteil ergibt, daß axe bereits existierende Halbleiterstruktur in Form von entspre¹-chenden Zonen trotz Anwendung des erfindungsgemäßen Prozesses ohne Schaden erhalten bleibt, sich also keine Zonenerweiterungen ergeben, da der durch Protoneneinwirkung verstärkte Diffusionsprozeß gemäß der Erfindung bei relativ niedrigen Temperaturen angewendet wird.

Anhand der Fign. 8f und 8g ist das Verbindungssystem der fertiggestellten monolithisch integrierten Halbleiterschaltung ersichtlich, da neben der Ausschnittsdarstellung 8g in senkrechter Richtung auch eine Draufsicht (Fig. 8f) der Halbleiterstruktur gezeigt wird. Hieraus ist ersichtlich, daß die Kalbleiterzonen 260, 262, 264 und 266 Parallelepipede darstellen, die senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 8b verlaufen. Die Halbleiterzonen 268 und 270 stellen ebenfalls Parallelepipede dar, die jedoch senkrecht zu den vorgenannten Zonen verlaufen. Line innere Kalblei terver-bindung kann leicht zwischen dem Bauelement 272 und dem Transistor 2 74 nach Lerstellen aller anderen Diffusionen und Anwendung

309827/0 7 79

FI 9 70 060

der Epitaxieverfahren hergestellt werden. Das bedeutet aber, daß die tatsächliche Kalbleiterschaltung in ihrer Funktion nicht von vorne herein festgelegt zu werden braucht, sondern daß erst vor Anwendung der letzten Verfahrensschritte oder des letzten Verfahrensschrittes diese Entscheidung getroffen werden kann.

Innerhalb des Halbleiters verlaufende¹elektrische Verbindungen einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung, die mittels eines durch Protoneneinwirkung verstärkten Diffusionsprosesses gemäß der Erfindung erstellt sind, besitzen neben dem Vorteil eines geringen spezifischen Widerstandes infolge ihrer hofaea Dotierung noch den Vorzug, daß keine Elektrowanderung auftreten kann, da Silicium als nahezu vollkommener Kristall nur wenig dasu neigt? unter aem Einfluß hoher Elektronenstromdichten Silieiumatome aus den Gitterplätzen verdrängen zu lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt zusätzliche Niveaus für Zwischenverbindungen in monolithischen integrierten Halbleiterschaltungen bereit, ohne daß, wie bisher üblich, Vieischichtmetallisierungen vorgenommen worden müssen. Der größte Vorteil jedoch besteht darin, daß die Zwischenverbindungen bzw. das Zwischenverbindungsnetz erst festgelegt werden müssen, nachdem alle Halbleiterbauelemente in die Halbleiterscheibe eingebracht worden· sind»

In einer Alternativausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gut fokussierter Wasserstoff- oder Heliumionenstrahl zur Verstärkung der Diffusion in ausgewählten Bereichen eines Halbleiters verwendet. Damit wird die Verwendung besonderer Masken vermieden- Zwei beliebige Halbleiterzonen können untereinander verbunden werden, indem einfach der Ionenstrahl entsprechend der gewünschten Verbindung seitlich verschwenkt wird und üie Ionenstrahlenergie so eingestellt wird,, daß eine verstärkte Diffusion in der jeweils erforderlichen Eindringtiefe im Halbleiter erfolgt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich sowohl pi 970 060 * 309827/0779

bipolare als auch unipolare Transistoren herstellen. So zeigt Fig. 9a einen halbfertigen Feldeffekttransistor im Schnitt, der auf einem N-leitenden Halbleitersubstrat 350 aufgebracht ist. Die vorläufige Source Zone 354 und die vorläufige Drain-Zone 352 sind P-leitende Zonen mit einer Borkonzentration C_n von

21 3 ^υ

10 /cm . Nach Niederschlagen einer 0,1 pm dicken Isolationsoxidschicht 356, der Source-Elektrode 360 und der Drain-Elektrode 358 wird die Gate-Elektrode 362 auf die Oxidschicht 356 aufgebracht. Die Gate -Elektrode 362 besteht aus einer 2 pm dicken Molybdänlage. Die Gate-Elektrode 362 bremst Protonen ab, deren Energie höher ist als 325 keV, so daß sie nicht in die Kanalzone 372 unmittelbar unterhalb der Gateelektrode eindringen können. Mach Vornahme dieser Maßnahmen wird die betreffende Halbleiterscheibe in einen Protonenbeschleuniger eingebracht und auf eine Temperatur von 750 ⁰C und 850 °c aufgeheizt, um sie einem Waeserstoff- oder Heiiumionenstrahl auszusetzen. So wird z.B. ein Protonenstrahl von angenähert 50 keV, angewendet, der die Oxidschicht 356 zwischen der Gateelektrode 362 und den Source- und Drain-Elektroden 360 und 358 zu durchdringen vermag. Die Protonen dringen in den Halbleiter 350 bis zu einer Tiefe von 0,5 um ein und verursachen entsprechend Gitterleerplätze innerhalb der Source* und Drain-Zonen 354 und 352 und in den Zonen 368 und 370 in der Nachbarschaft der Gate-Elektrode 362. Das verstärkte Diffusionsvermögen der Borfremdatome in den Zonen 354 und 352 läßt die Boratome aus diesen Zonen in die Zonen 368 und 370 wandern, um so die Source- und Drain-Zone des Halbleiterbauelementes zu vervollständigen und vor allen Dingen hierdurch eine wohldefinierte und selbsttätig ausgerichtete Kanalzone 372 zwischen den zuletzt genannten Zonen bereitzustellen. Das resultierende IG-FET-Halbleiterbauelement, wie es sich aus Fig. 9b ergibt, besitzt einen niedrigen spezifischen Restwiderstand in der Source- und Drainzone. . ' ' ,

970 060 3 0 98 27/0779

Claims (19)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen bzw. Halbleiterschaltungen/ ausgehend von den jeweils vorgesehenen Bauelementen entsprechende Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit enthaltenden Halbleiterkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Halbleiter (126) sowohl einem Strahl (134) beschleunigter Ionen mit einer nicht größeren relativen Atommasse als 4 unter Anwendung einer von der gewünschten Ioneneindringtiefe in den Halbleiter (126) abhängigen Beschleunigungsspannung zur Bereitstellung von Gitterleerstellen als auch gleichzeitig einer Temperatur von 650 ⁰C bis 950 ⁰C ausgesetzt wird, um jeweils eine Ausdiffusion (z.B. 36) der den jeweiligen Ioneneindringtiefen zugeordneten Halbleiterzonen (14) in vorgegebene endgültige Zonengrenzen zu steuern.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Ausdiffusion auf Anregung durch den Ionenstrahl

   - (134) vorgesehene hochdotierte Halbleiterzone (14) in den Grenzbereich zwischen zwei Halbleiterzonen (2. 10) eingebettet wird.
3. 3. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasserstoff- oder Heliumionen.
4. 4. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (126) jeweils einer Temperatur zwischen 750 C und 850 C ausgesetzt wird.
5. 5. Verfahren mindestens nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausdiffusion (Fig. 6) in verschiedenen Niveaus des jeweiligen Halbleiters (126) stufenweise nacheinander von der höchsten zur geringsten Strahlbeschleunigungsspannung übergegangen wird.

   309827/0779
6. 6. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ionenfluß zwischen 6 χ 10 und

   13 2
   6 x 10 Ionen/cm see in einem Zeitraum von einer Minute bis 100 Stunden angewendet wird.
7. 7. Verfahren mindestens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Anwendung eines Ionenflusses von 6 χ 10 Ionen/

   2
   cm sec während 30 Minuten bis 4 Stunden.
8. 8. Verfahren zur Herstellung eines Transistors, ausgehend von einem Halbleitersubstrat mit einer Subkollektorzone und darüberliegender Basiszone, in die eine Emitterzone eingebettet ist, mindestens nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausdiffusion einer an die Basiszone (22) angrenzenden Fußkollektorzone (36) die Eindringtiefe des Ionenstrahls (134) auf die Lage der Subkollektorzone (14) eingestellt wird.
9. 9. Verfahren mindestens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Ionenstrahle (134) in lateraler Hinsicht sowohl zumindest auf einen Teil der Basiszone (22) als auch auf einen von einer isoliert von der Basiszone (22) angebrachten, an die Halbleiteroberfläche angrenzenden, hochdotierten Zone (28) überdeckten Teil der Subkollektorzone (14) beschränkt wird.
10. 10. Verfahren mindestens nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verwendung entsprechend ausgebildeter Masken (12) .
11. 11. Verfahren mindestens nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch entsprechende Fokussierung des Ionenstrahls (134).
12. 12. Verfahren mindestens nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Verwendung von Maskenmaterial, insbesondere Molybdän,

    FI 970 060

    309827/0779

    zur Steuerung der Abbremsung des Ionenstrahls (134).
13. 13. Verfahren mindestens nach Anspruch 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Halbleiteroberfläche angrenzende hochdotierte Zone (28) mit einer sowohl als Ohm'schein Kontakt als auch als Abbremsmittel für den Ionenstrahl (134) dienenden Metallage (30) überdeckt wird.
14. 14. Verfahren mindestens nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine als erste Kondensatorelektrode dienende, hochdotierte, vergrabene Zone (157) , die unterhalb einer hochdotierten, als zweite Kondensatorelektrode dienenden Oberflächenzone (159) gelegen ist und sich außerdem unterhalb einer isoliert von der zweiten Elektrodenzone (157) in den Halbleiter (152) eingebrachten Anschlußdiffusionszone (155) erstreckt, über diese Anschlußdiffusionszone einem Ionenstrahl (134) zur Ausdiffusion des darunterliegenden Teils der vergrabenen Zone (157) ausgesetzt wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Anschlußdiffusionszone (155) lediglich noch die Oberflächenzone (159) der Ionenstrahlung (134) ausgesetzt wird*
16. 16. Verfahren mindestens nach Anspruch 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Herstellung von Viellagen-* Halbleiterschaltungen in einem Halbleitersubstrat*
17. 17. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur IGr-FET~Herstellüng der die Source(354)* und Drain-Halbleiterzonen (352) mit dem Kanal (372) ein*¹ schließende Halbleiterbereich über eine durch die Söurce- und Drain-Halbleiterzonen (352, 354) nur teilweise überdeckende Elektroden (353, 360) zusammen mit der Gate-

    309827/0779

    FI 970 060

    Elektrode (362) gebildete Maske einen Ionenstrahl (134) zur Ausdiffusion der Source- und Drain-Halbleiterzonen (358, 360) in den Kanal (372) bis zum durch die Gate-Elektrode (362) überdeckten Halbleiterbereich ausgesetzt werden.
18. 18. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausdiffusion in oberflächennahen Halbleiterbereichen, die zum Herstellen von Anschlußdiffusionen für aufzubringende Elektroden die Strahlbeschleunigung auf etwa 25 bis 50 keV und zur Ausdiffusion von vergrabenen Halbleiterzonen (14) die Strahlbeschleunigung auf etwa 100 bis 325 keV eingestellt und zumindest für etwa 0,5 Stunden zur Einwirkung auf die betreffende Halbleiteroberfläche gebracht wird.
19. 19. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Massenspektrometer (114) im Strahlengang, um ausschließlich Ionen des gewünschten Elements zur Einwirkung auf den Halbleiter (126) zu bringen.

    309827/0779

    FZ 970 060

    Hl

    Leerseite