DE2454714A1

DE2454714A1 - Maskierverfahren zur herstellung periodischer strukturen kleiner dimensionen mittels ionenimplantation

Info

Publication number: DE2454714A1
Application number: DE19742454714
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr Rer Nat Goetzberger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1974-11-19
Filing date: 1974-11-19
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2454714B2; DE2454714C3

Description

'tIaskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen kleiner Dimensionen mittels Ionenimplantation" Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um periodische Dotierungsstrukturen mit Abmessungen in der Größenordnung von 10 A zu erzeugen. Sie hat Anwendungen in der Halbleitertechnologie, der Kristallzucht und der Katalyse.
In der herkömmlichen Halbleitertechnologie werden Mikrostrulturen mit Hilfe des Photolithographieverfallrens hergestellt.
Die Grenze des Auflösungsvermögens ist dabei durch die Wellenlänge der zur Belichtung angewandten Strahlung gegeben. Sie liegt bei etwa 0.5/u. Noch kleinere Strukturen (Auflösung etwa 1000 2 ) erreicht man durch Belichtung mit Elektronenstrahlen. Das Photolithographieverfahren dient dazu, die Dotierung einer Halbleiteroberfläche in bestimmten Bereichen zu ermöglichen, in anderen zu verhindern, wobei die gebräuchlichsten Dotiertechniken die Diffusion oder die lonenimplantation sind, Das hier vorgeschlagene Verfahren zeigt auf, wie man mit Hilfe der Ionenimplantation Strukturen erzeugen kann, die um Größenordnungen geringere Abmessungen haben, als bisher möglich war.
Es wird dabei Gebrauch gemacht mm Phänomen des Channeling (siehe z.B. G. Dearnaley et al. Ion Implantation, North Holland 1973, chapter 2). Wenn ein Ionenstrahl auf einen Festkörper auftritt, dann haben die Ionen eine von den Massenverhältnissen und von der Strahlbesohleunigungsenergie abhängige Eindringtiefe. Diese Tiefe wird unter der Annahme einer statistischen oder amorphen Verteilung der Atome im Target berechnet und ist experimentell bestätigt (LSS-Reichweite).
Die Eindringtiefe kann Jedoch wesentlich erhöht werden, wenn eine bestimmte Vorzugsrichtung eines Einkristalls genau auf den Ionenstrahl ausgerichtet ist. Dann geraten die eindringenden Ionen in Kanäle innerhalb des Kristallgitters und haben eine sehr viel größere Reichweite. In Silizium ist zum Beispiel die Eindringtiefe bei genauer Ausrichtung des Kristalls auf Z 110- Richtung um den Faktor 3 - 10 größer. Die Kanäle haben in dieser Richtung einen Durchmesser von etwa 1 ß. Bei Schichten von weniger als 1 /u Dicke gelang es, Ionen in Channelingrichtung durch eine Si-Schicht zum Austritt auf der anderen Seite zu bringen (Lit. Dearnaley). Neben dem Channeling-Effekt in Gitterkanälen gibt es auch channeling zwischen Gitterebenen, wobei aber die Reichweite geringer ist. Die Reichweite eingeschossener Ionen steigt stark mit dem Durchmesser der Kanäle an. Bekanntlich existieren Kristalle, wie zum Beispiel der Beryll (Be3Al2Si6018) und andere Silikate, die eine Struktur mit sehr ausgeprägten Kanälen haben. Beryll hat einen Kanaldurchmesser von 4.6 R. Abb. 1 zeigt einen Schnitt durch das Kristallgitter von Beryll. Es gibt auch Schichtstrukturen, in denen große Abstände zwischen den einzelnen, nur durch Van der Waals Bindung zusammenhängende Schichten bestehen.
CdI2 (Fig. 2) hat einen mittleren Abstand von etwa 3 R zwischen den Schichten. (Die Angabe der Dicke der Kanäle und Zwischenebenen ist mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, da die Kraftfelder der Atome kontinuierlich abnehmen).
Die vorliegende Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß zur Maskierung ein in bezug auf den Strahl ausgerichteter, den Ghanneleffekt ergebender Einkristall verwandt wird. Der Vorteil dieser Kristalle liegt darin, daß auf diese Weise ein wesentlich größerer Teil des Ionenstrahls transmittiert wird. Bei der Anwendung von einfach Strukturierten Einkristallen wie von Si oder Metallen, bisher für wissenschaftliche Ohannelversuche - die aber nicht für Maskierung verwendet wurden - tritt selbst bei Verwendung von sehr dünnen Proben ein sehr geringer Teil des Ionenstrahls auf der anderen Seite aus. Eine hohe Transmission ist erwünscht, da die nicht tran-smttierten Ionen das Gitter durch Stöße zerstören und dadurch allmählich die Ohannelwirkung aufheben.
Werner liegen bei Kristallen mit engen Kanälen diese so nah aneinander, daß bei Austritt praktisch eine kontinuierliche Belegung des Targets erfolgt, In Fig. 3 ist diese Anordnung schematisch gezeichnet. Der-Ionenstrahl 1 trifft auf den Iafaskierkristall 2, dessen Kanäle in 3 in bezug auf den Strahl ausgerichtet sind. Ein erheblicher Teil der ankommenden Ionen wird auf das Substrat 4 treffen. Da durch die Kanäle eine Bündelungerfolgt, werden nur einzelne Bereiche 5 dotiert. Damit eine größere Pläche anterstrichen werden kann, wird der Strahl elektronisch in Porm eines Rasters abgelenkt was durch die Pfeile 6 angedeutet ist. Alternativ kann auch die Kombination Substrat - Maske mechanisch durch den Strahl bewegt werden.
Als Ergebnis erhält man eine Dotierung des Substrats, die ein periodisches Raster von Punkten darstellt, wenn ein Kristall mit durchgehenden Kanälen verwandt wird oder ein äquidistierte Reihe von Linien, wenn eine Schichtstruktur als Maske dient.
Die so erreichbaren Strukturdimensionen liegen nur knapp über den atomaren Dimensionen und eröffnen radikal neue Anwendungsmöglichkeiten. Obwohl das Raster der Dotierung durch den Maskenkristall vorgegeben ist, hat man die Möglichkeit, die Abstände in einer Dimension zu variieren, indem das Substrat schräg in bezug zur Maske und Ionenstrahl angeordnet wird (Fig. 4).
Bei einer Anwendung dieser Maskiertechnik kann nicht nur von der Dotierung durch Fremdatome Gebrauch gemacht werden, sondern auch von der Erzeugung lokalisierter Bereiche mit Strahlenschädigung durch Implantation im Substrat. Diese Strahlendefekte sind auch durch Ohanneling von Elektronenstrahlen erzeugbar.

Claims

Patentansprüche

1. Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen kleiner Dimensionen mittels Ionenimplantation d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Maskierung ein in bezug auf den Strahl ausgerichteter, den Channeleffekt ergebender Einkristall verwandt wird.

2. Maskierverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Maskierung ein Kristall mit ausgeprägter Kanalstruktur verwandt wird.

3. Maskierverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t, daß zur Maskierung ein Kristall mit ausgeprägter Schichtstruktur verwandt wird,

4. Maskierverfahren nach Anspruch 2, da dur c h g e k e n n z e i c h ne t, daß Kristalle mit Kanaldurchmessern größer als 3 R als Maske verwandt werden.

5. Maskierverfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Silikatkristalle mit zyklischer Grundstruktur als Maske verwandt werden.

Maskierverfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Beryll, Be3Al2Si6018 als Maske verwendet wird.

7. Maskierverfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Sohichtkristalle mit einem Schichtabstand zwischen den Zentren der Ebenen von mehr als 3 R verwendet worden.

8 Maskierverfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß CdI2 (Kadmiumjodid) als Maske verwendet wird.

9. Maskierverfahren nach Anspruch 1 - 7, dadurch gek e n n z e i c h ne t, daß während der Bestrahlung das Target gegenüber der Maske gekippt wird.

10. Maskierverfahren nach Anspruch 1 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß anstelle von Ionenstrahlen mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird,