DE2454714B2 - Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen in einem Substrat mittels Ionenimplantation - Google Patents
Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen in einem Substrat mittels IonenimplantationInfo
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Description
50
Die Erfindung betrifft ein Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen in einem Substrat
mittels Ionenimplantation. Es wird in der Halbleitertechnologic bei der Kristallzucht und bei der Katalyse
angewendet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, periodische Dotierungsstrukturen mit einer
Periode in der Größenordnung von 1 nm in einer Halbleiteroberfläche zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
V/eitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegebenen.
In der herkömmlichen Halbleitertechnologie werden Mikrostrukturen mit Hilfe des Photolithographieverfahrens
hergestellt. Die Grenze des Auflösungsvermögens ist dabei durch die Wellenlänge der zur Belichtung
angewandten Strahlung gegeben. Sie liegt bei etwa 0,5 μπι. Noch kleinere Strukturen (Auflösung etwa
0,1 μιη) 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 Ionenimplantation sind.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß man mit Hilfe
der Ionenimplantation Strukturen erzeugen kann, die um Größenordnungen geringere Abmessungen haben,
als bisher möglich war.
Es wird dabei Gebrauch gemacht vom Phänomen des Channeling (siehe z.B. G. De am ley et al. Ion
Implantation, North Holland 1973, chapter 2, bzw. Umschau, 69. Jahrgang, 1969, Nr. 4, Seiten 119 und 120).
Wenn ein Ionenstrahl auf einen Festkörper auftritt, dann haben die Ionen eine von den Massenverhältnissen
und von der Strahlbeschleunigungsenergie abhängige Eindringtiefe. Diese Tiefe wird unter der Annahme einer
statistischen oder amorphen Verteilung der Atome im Substrat berechnet und ist experimentell bestätigt
(LSS-Reichweite).
Die Eindringtiefe kann jedoch wesentlich erhöht werden, wenn eine bestimmte Vorzugsrichtung eines
Einkristalls genau auf 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
<110> Richtung um den Faktor 3-10 größer. Die Kanäle haben in dieser Richtung einen Durchmesser
von etwa 0,1 nm. Bei Schichten von weniger als 1 μιη
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 kanalförmigen Gitterzwischenräumen gibt es auch
Channeling zwischen schichtförmigen Gitterzwischenräumen, 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 (Be3Al2Si6Oi8) und
andere Silikate, die eine Struktur mit sehr ausgeprägten Kanälen haben. Beryll hat kanalförmige Gitterzwischenräume
mit einem Durchmesser von 0,46 nm. F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch das Kristallgitter von Beryll.
Es gibt auch schichtförmige Gitterzwischenräume, in denen große Abstände zwischen den einzelnen, nur
durch Van der Waals Bindung zusammenhängende Schichten bestehen.
Cdh (F i g. 2) hat einen mittleren Abstand von etwa 0,3 nm zwischen den Schichten. Die Abgabe der Dicke
der Kanäle und Zwischenebenen ist mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, da die Kraftfelder der Atome
kontinuierlich abnehmen.
Der Vorteil dieser zwei letztgenannten Maskierkristalle liegt darin, daß ein wesentlich größerer Teil des
ionenstrahls transmittiert wird. Bei der Anwendung von einfach strukturierten Einkristallen wie von Si oder
Metallen, die bisher für wissenschaftliche Channelversuche 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 aber erwünscht, da die nicht transmittierten Ionen das Gitter durch Stöße zerstören
und dadurch allmählich die Channelwirkung aufheben. Ferner liegen bei Kristallen mit engen Kanälen diese so
nah aneinander, daß bei Austritt praktisch eine kontinuierliche Belegung des Substrats erfolgt.
In F i g. 3 ist eine Anordnung zur Durchführung eines s Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch gezeichnet Der Ionenstrahl 1 trifft auf
den Maskierkristall 2, dessen Kanäle 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 Bündelung erfolgt, werden nur
einzelne Bereiche 5 dotiert Damit eine größere Fläche bestrahlt werden kann, wird der Strahl elektronisch in
Form eines Rasters abgelenkt was durch die Pfeile 6 angedeutet ist Alternativ kann auch die Kombination !5
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 eine äquidistante Reihe von Linien, wenn
schichtförmige Gitterzwischenräume als Maske dienen.
Die so erreichbaren Dimensionen der periodischen Strukturen liegen nur knapp über den atomaren
Dimensionen und eröffnen radikal neue Anwendungsmöglichkeiten. Obwohl das Raster der Dotierung durch
den IMaskierkristall 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 (F i g. 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 Strahlungschädigung durch Implantation im Substrat. Diese Strahlendefekte isind auch durch Channeling von Elektronenstrahlen enteugbar.
Claims (10)
1. Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen in einem Substrat mittels lonenimplantation,
dadurch gekennzeichnet, daß vor die zu implantierende Oberfläche des Substrats (4) ein
aus einem den Channeling-Effekt aufweisenden Einkristall bestehender Maiskierkristall (2) mit einer
hohen Ionentransmission angeordnet wird, dessen den Channeling-Effekt ermöglichende Gitterzwischenräume
in bezug auf den Strahl ausgerichtet und von diesem durchsetzt werden.
2. Maskierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maskierkristall (2) verwendet
wird, dessen den Channeling-Effekt ermöglichende Gitterzwischenräume kanalförtnig ausgebildet
sind.
3. Maskierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maskierkristall (2) verwendet
wird, dessen den Channeling-Effekt ermöglichende Gitterzwischenräuime schichtförmig ausgebildet
sind.
4. Maskierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maskierkristall (2) verwendet
wird, dessen kanalförmige Gitterzwischenräume einen Durchmesser von größer als 3 A aufweisen.
5. Maskierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silicatkristall mit zyklischer
Grundstruktur als Maskierkristall verwendet wird.
6. Maskierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Beryll, Be3AhSi6OIe, als Maskierkristall
(2) verwendet wird.
7. Maskierverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kris lall mit einem Schichtengitter,
bei dem die Zentren der Schichtebenen einen Abstand von mehr als 3 A aufweisen, als
Maskierkristall (2) verwendet wird.
'8. Maskierverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kadmiumjodid, Cdh, als Maskierkristall
(2) verwendet wird.
9. Maskierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Bestrahlung das Substrat (4) gegenüber dem Maskierkristall (2) gekippt wird.
10. Maskierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von
Ionenstrahlen mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird.
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| DE19742454714 DE2454714C3 (de) | 1974-11-19 | 1974-11-19 | Maskierverfahren zur Herstellung periodischer Strukturen in einem Substrat mittels Ionenimplantation |
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Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2454714A1 DE2454714A1 (de) | 1976-05-20 |
| DE2454714B2 true DE2454714B2 (de) | 1978-08-17 |
| DE2454714C3 DE2454714C3 (de) | 1979-04-19 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2454714C3 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999017346A1 (fr) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Tsentr 'analiz Veschestv' | Procede de formation de structures nanometriques monolithiques |
| DE10006523A1 (de) * | 2000-02-15 | 2001-08-23 | Infineon Technologies Ag | Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation |
-
1974
- 1974-11-19 DE DE19742454714 patent/DE2454714C3/de not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1999017346A1 (fr) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Tsentr 'analiz Veschestv' | Procede de formation de structures nanometriques monolithiques |
| DE10006523A1 (de) * | 2000-02-15 | 2001-08-23 | Infineon Technologies Ag | Implantationsmaske für Hochenergieionenimplantation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2454714A1 (de) | 1976-05-20 |
| DE2454714C3 (de) | 1979-04-19 |
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