DE2500728A1 - Verfahren zur verbesserung der dotierung eines halbleitermaterials - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der dotierung eines halbleitermaterials

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DE2500728A1 DE19752500728 DE2500728A DE2500728A1 DE 2500728 A1 DE2500728 A1 DE 2500728A1 DE 19752500728 DE19752500728 DE 19752500728 DE 2500728 A DE2500728 A DE 2500728A DE 2500728 A1 DE2500728 A1 DE 2500728A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. B E ETZ sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ jr.
8 München QS1 Fteinsdorfstr. 10 Tel. (089)22723:.·227244/295910
TeIt-E1I. Allpatent München Telex 522048
410-23..642P
10. 1. 1975
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris (Frankreich)
AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE ANVAR Neuilly (Frankreich)
Verfahren zur Verbesserung der Dotierung eines Halbleitermaterials
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Dotierung eines' Halbleitermaterials.
Genauer ausgedrückt handelt es sich um ein Dotierverfahren, das das Erhalten eines endgültigen Profils der Verunreinigungskonzentration eines gegebenen Leitungstyps ermöglicht, das man nach bereits bekannten Verfahren überhaupt nicht oder nur sehr schwierig erhalten konnte.
410-(B 5197.3)-T-r (8)
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Um einen Einkristall aus Halbleitermaterial zu dotieren, gibt es bereits verschiedene Techniken. Es sind hierzu insbesondere die Diffusion bei erhöhter Temperatur, die Ionenimplantation und die "beschleunigte Diffusion" zu nennen.
Die Diffusion ist das älteste dieser Verfahren und für den Fachmann gut bekannt. Man weiß, daß dieses Verfahren das Erhalten eines Konzentrations prof ils der diffundierten Atome der Art ermöglicht, daß diese Konzentration mehr und mehr abnimmt, wenn man sich von der Oberfläche des Einkristalls entfernt, von der aus man die Diffusion vornimmt. Andererseits ist es bei diesem Verfahren erforderlich, den Kristall einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur auszusetzen. Um ein brauchbares Ergebnis zu erzielen, muß man hierzu Temperaturen von mindestens 1000 C erreichen, was das kristalline Gefüge verändert. Insbesondere verringern, wenn mehrere aufeinanderfolgende Diffusionsvorgänge zum Erzeugen der verschiedenen Zonen des gewünschten Bauelements erforderlich sind, die aufeinanderfolgenden Erhitzungsvorgänge die genaue Festlegung jeder Dotierung und neigen dazu, die während der vorausgehenden Verfahrensschritte erhaltenen Gefügeschichten zu vermischen.
Die Verfahren zur Ionenimplantation sind ebenfalls gut bekannt. Das ionisierte Verunreinigungsatom (Bor, Phosphor ...) wird mit einer bekannten Energie beschleunigt, um den Kristall damit zu beschießen und es darin in einer voraussehbaren Tiefe einzulagern. Hierzu verwendet man fokussierte, auf eine kinetische Energie in der Größenordnung von 10 keV bis 2 MeV beschleunigte Ionenbündel. Diese Implantation bewirkt die Versetzung einer gewissen Anzahl von Atomen des
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Kristalls und die Bildung von mikroskopischen geschädigten Bereichen. Daher läßt man auf die eigentliche Implantation einen Ausgleichsglühvorgang bei einer Temperatur unterhalb derjenigen folgen, die bei der gasförmigen Diffusion angewandt wird. Auch diese Verfahren ergeben ein Konzentrationsprofil der implantierten Verunreinigungen, das eine gleichmäßige Konzentrationsabnahme in dem Maß zeigt, in welchem man sich von der Oberfläche des Kristalls entfernt, an der man die Implantation vornimmt (wenn man die oberflächliche Schicht ausschließt)
Um eine vergrabene Schicht zu erzeugen, muß man von sehr hohen Energien Gebrauch machen, und die erzeugte Schicht ist wenig tief.
Das dritte Verfahren ist die beschleunigte Diffusion. Diese Technik wird in der älteren FH-Patentanmeldung 72 43 292 vom 29. 11. 1972 mit dem Titel "Verfahren zur verbesserten Diffusion durch Protonen und nach diesem Verfahren erhaltene Halbleiteranordnungen" erläutert.
Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, in einem HaIbleiterplättchen einen p-n-Übergang dadurch zu verschieben, daß man das Plättchen, das auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird, mit einem beschleunigten Ionenbündel beschießt, um Gitterzwischenräume in den Bereich des zweiten Leitungstyps einzuführen.
Dieses Verfahren ermöglicht eine "Abflachung" oder "Verbreiterung" des Konzentrationsprofils der Verunreinigungen eines der beiden Dotierstoffe, jedoch erhält man dabei noch immer eine als Funktion der Eindringtiefe abfallende Konzentration, falls man nicht vorab
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durch Implantation oder durch aufeinanderfolgende Epitaxialschritte eine vergrabene Schicht erzeugt.
Nun ist es für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert, einen Wiederanstieg des Konzentrationsprofils einer Verunreinigung eines gegebenen Typs in einer gegebenen Tiefe im Halbleiterkristall zu erzeugen .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Dotierverfahren anzugeben, womit sich dieses Ergebnis erreichen läßt.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Verbesserung der Dotierung eines Halbleitermaterials mit Verunreinigungen eines bestimmten Leitungstyps, mit dem Kennzeichen, daß man in einem ersten Schritt das Halbleitermaterial in bekannter Weise mit den Verunreinigungen in einem gegebenen Konzentrationsprofil dotiert und daß man in einem zweiten Schritt beim Halten des Halbleitermaterials auf erhöhter Temperatur dieses mit einem Bündel gegebener Stärke von mit einer gegebenen, zum Eindringen in das Halbleitermaterial ausreichenden Energie beschleunigten Teilchen während einer bestimmten Zeit derart bestrahlt, daß man unabhängig vom Vorzeichen des anfänglichen Konzentrationsgradienten eine zu einer Erhöhung der Konzentration an Verunreinigungen führende Wanderung der Verunreinigungen in einer der Anhaltezone der Teilchen nahen Zone bewirkt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Energie des Bün- ·
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dels von nicht-dotierenden Ionen so bemessen, daß die Anhaltezone der Teilchen nahe dem Bereich liegt, wo man den Anstieg der Konzentration an Verunreinigungen zu erhalten wünscht.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist die Flußmenge des Bündels von nicht-dotierenden Teilchen so bemessen, daß man den gewünschten Wert des Anstiegs der Konzentration erhält.
Vorzugsweise liegt, wenn man Protonen als Teilchen verwendet, die Beschleunigungsenergie im Bereich von 200 bis 700 keV. Die Temperatur, auf die ma das Halbleitermaterial bringt, liegt in der Größenordnung von 700 bis 1000 C. Die Flußmenge des Bestrahlungsteil-
15 2 19
chenbündels liegt vorzugsweise im Bereich von 10 p/cm bis 10
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls die Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wovon verschiedene Beispiele noch erläutert werden.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 Kurven zur Veranschaulichung des Bestrahlungseffekts gemäß der Erfindung auf ein homogenes Halbleitermaterial,
Fig. 2, 3 und 4 Kurven zur Veranschaulichung des Bestrahlungseffekts gemäß der Erfindung auf ein Halbleitermaterial mit nicht homogener Dotierung,
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Fig. 5 und 6 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors in massivem Silizium,
Fig. 7a, 7'a, 7b, 7'b ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Dioden auf einer isolierenden Unterlage,
Fig. 8 a und 8b ein Beispiel zur Herstellung von Verarmungs-MOS-Transistoren , und
Fig. 9 a, 9b und 9c ein Beispiel zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit vergrabener Elektrode.
Wie bereits ausgeführt wurde, sieht das Verfahren zur verbesserten Dotierung gemäß der Erfindung in einem ersten Schritt die Durchführung einer Dotierung des Halbleiterkristalls (ζ. Β. aus Silizium) mittels einer bekannten Maßnahme zur Schaffung eines p-n-Übergangs vor.
Man kann z. B. von einer Silizium unterlage vom p-Typ ausgehen, in der man eine η-Zone erzeugt. Diese η-Zone kann durch jedes bekannte Mittel wie z. B. durch Ionenimplantation oder Diffusion erhalten werden. Dann unterwirft man die Teilzonen der Unterlage, wo man eine Änderung des Konzentrationsprofils an n~ Verunreinigungen hervorrufen will, der Einwirkung eines Bündels von geladenen, nicht-dotierenden Teilchen, z. B. Protonen oder molekularen H -Ionen, wobei diese Teilzonen durch eine Maske begrenzt werden. Während dieses Verfah-
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rensschrittes hält man die Halbleiterunterlage auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur in der Größenordnung von 850 C.
Bei diesem Verfahren spielen verschiedene physikalische Größen eine Rolle: Das Konzentrationsprofil und die Dosis der Anfangsdotierungsverunreinigungen; die Bestrahlungsdauer der Unterlage und die zum Bestrahlen verwendete Flußdichte des Bündels, die Energie des Bündels und die Art der für die Bestrahlung verwendeten Teilchen.
Es sei bereits an dieser Stelle präzisiert, daß man die Flußdich-
2 te von zum Bestrahlen verwendeten Teilchen in p/cm /s mißt und daß man, wenn man auf eine Unterlage eine gegebene Flußdichte während
2 einer gegebenen Zeitdauer einwirken läßt, eine (in p/cm ausge-
2
drückte) Flußmenge hat, die die je cm angewandte Dosis angibt. Hauptsächlich von der Flußmenge des Bündels und weniger von dessen Flußdichte werden Angaben in der folgenden Beschreibung gemacht.
Es sollen nun Ergebnisse beschrieben werden, die durch Behandlung von vorab dotierten Silizium unterlagen mittels einer Bestrahlung gemäß der Erfindung erhalten wurden.
Beispiel 1
Es bezieht sich auf eine homogene Probe.
Diese während des Wachsens mit Bor dotierte Probe hatte einen Nennwiderstand von 0,0012 Ohm -cm und somit eine Konzentration von 1020 B/cm3.
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Die Bestrahlung wurde mit einem Bündel von Protonen einer
2 Energie von 250 keV mit einer Stromdichte von etwa 6 yuA/cm
13 2
(3,7 χ 10 p/cm /s) während einer Dauer von drei Stunden und
17 2
8 Minuten vorgenommen,· die Flußmenge war also 4 χ 10 p/cm .
Die Temperatur der Probe wurde auf 860 C gehalten j unter Berücksichtigung des Aufheizens auf diese Temperatur und von Unterbrechungen des Bündels entsprach die Dauer der Wärmebehandlung bei dieser Temperatur 13 000 s unter einem besseren Vakuum als 10 Torr.
Die bestrahlte Zone war ein Kreis mit einem Durchmesser von 6,1 mm, der durch eine Öffnung in einer mit der Probe verbundenen Tantalmaske bestimmt wurde.
Nach der Bestrahlung zeigt das in Fig. 1 dargestellte Konzentrationsprofil des Bors erhebliche Abweichungen im Vergleich mit dem ursprünglichen gleichmäßigen Profil. In Fig. 1 sind als Abszissenwerte die Tiefen in ium und als Ordinatenwc t te die Verunreinig ung skonzentra-
3
tion N je cm nach der Bestrahlung dargestellt.
Man bemerkt vor allem nach einem Plateau I bei einem N-Wert
19
von 7 χ 10 eine Verarmung II an Bor ab 2,4 um Tiefe, worauf eine
20 3
Anreicherung mit einem Höchstwert III bei 1,2 χ 10 B/cm in einer Tiefe von 2,95 um folgt. Die Konzentration nimmt dann wieder einen
20 3
gleichmäßigen Wert nahe 10 B/crn an. Die projektierte Weglänge der Protonen von 250 keV ist 2,5 um.
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Beispiel 2
Es bezieht sich auf eine nicht homogen vordiffundierte Probe.
Die Unterlage aus η-Silizium (Widerstand 5 Ohm ■ cm) wurde einer Vorabscheidung von Bor in Trägergas während 180 min bei 1150 C unterworfen. Diese Behandlung liefert eine Nennoberflächen-
20 -3
konzentration C = 2 χ 10 cm und eine näherungs weise durch die
folgende Beziehung wiedergegebene Verteilung:
C = C erCc — mit 2VrT t = 1,6 um
s „λ/τ:—P 'oo /
Dieses Profil wird durch die Kurve I der Fig. 2 dargestellt. Der anfängliche Übergang liegt bei 3,7 um.
Die Kurve II stellt das neue Konzentrationsprofil nach einer Bestrahlung gemäß der Erfindung dar.
Es wurde ein Protonenbündel von 250 keV während zwei Stunden
17 verwendet. Die Flußmenge lag in der Größenordnung von 4 χ 10 p/cm . Die Temperatur war in der Größenordnung von 880 C. Die normale Eindringtiefe der Protonen (R1) ist 2,4 um. Man stellt fest, daß man eine Konzentrationsspitze P bei einer Tiefe von 2,8 um und ein "Tal" V für eine ziemlich genau R entsprechende Tiefe erhält.
Die Kurve III in Fig. 2 veranschaulicht das Ergebnis, das unter den gleichen experimentellen Bedingungen, jedoch mit einer Energie
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von 400 keV erhalten wurde, der ein R -Wert von 4,3 um zukommt. Man stellt auf dieser Kurve III fest, daß eine Konzentrationsspitze P für eine Tiefe von 4,5 um auftritt und es ein "Tal" V gibt, das ziemlich genau R entspricht. Man sieht also, daß die Beschleunigungs-
Ct
energie eine Steuerung der Tiefe der Konzentrationsspitze, d. h. der Lage des Wieder anstieg s des Konzentrationsgradienten auf einen Wert etwas über dem der entsprechenden Anhaltetiefe der Protonen ermöglicht .
Beispiel 3
Die Proben sind Siliziumunterlagen vom η-Typ mit einem Widerstand zwischen 0,7 und 1,2 Ohm * cm und mit Vor vordiffundiert. Diese Proben wurden bei 880 C mittels Protonen einer Energie von 250 keV bis zur Erzielung unterschiedlicher Flußmengen bestrahlt. In Fig. sind die durch diese verschiedenen Bestrahlungen erhaltenen Ergebnisse dargestellt.
Die Kurve I in Fig. 3 gibt das Anfangsprofil vor der Bestrahlung wieder. Die Kurve II stellt das nach Bestrahlung mit einer Flußmenge von 10 p/cm erhaltene Profil dar \ die Kurve III entspricht einer
17 2
Flußmenge von 4 χ 10 p/cm , und die Kurve IV gilt für eine Fluß-
17 2
menge von 6 χ 10 p/cm .
Man stellt fest, daß die Minima der Kurven II, III und IV praktisch genau einer und derselben Tiefe (2,4 yum) entsprechen, was normal ist, da man in allen drei Fällen die gleiche Energie für die Pro-
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tonen anwandte. Im Gegensatz dazu stellt man fest,' daß die Breite des Konzentrationsmaximums mit der Flußmenge wächst und daß das Verhältnis Konzentrations spitze/Tal ebenfalls mit der Flußmenge ansteigt. Die Gesamtmenge von Boratomen, die sich zum ungeordneten Bereich verlagert haben, wächst alsp mit der Flußmenge.
Beispiel 4
In diesem Beispiel verwendet man eine η-Silizium unter lage, die mit p-Verunreinigungen unter Erzielen einer Übergangstiefe von 1,7 um vordiffundiert wurde. Die Bestrahlung erfolgte bei 850 C mit einer
17 2
Flußmenge von 4 χ 10 p/cm und einer Energie von 350 keV (Fig. 4). Da anfangs die Vor diffus ionstiefe (Kurve I) nur 1,7 um beträgt, ist der Konzentrationsgradient sehr groß, und in der Anhaltetiefe der Protonen (2,4 um) ist die Anfangskonzentration an Bor sehr gering (weit unterhalb von 10 B/cm ). Man stellt indessen an der Kurve II von Fig. 4, die das Profil nach der Bestrahlung zeigt, fest, daß man zwischen 2,2 um und 4 um eine (im Relativwert) sehr erhebliche Anreicherung und eine Konzentrations spitze nahe 3 yum erhält.
Alle diese Beispiele zeigen klar, daß man dank dem erfindungsgemäßen Dotierverfahren eine Umkehr des Verunreinigungskonzentrati onsgradienten in einer der Anhaltezone der zum Bestrahlen verwendeten Teilchen nahen Zone erhalten kann, welche Umkehr sich durch die Bildung einer Konzentrationsspitze bemerkbar macht, wenn man eine nicht homogene Konzentration der Verunreinigung hat.
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Falls man von einer konstanten Konzentration ausgeht, erhält man eine Konzentrations spitze, der ein Tal vorausgeht.
Mit anderen Worten erhält man nach dem Verfahren, der "beschleunigten Diffusion" eine Ausbreitung des anfänglichen Konzentrationsprofils; dagegen ergibt sich mit dem neuen Dotierverfahren gemäß der Erfindung eine örtliche "Konzentrationsanreicherung". Diese beiden Verfahren sind daher durchaus verschieden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren dienen die Teilchen nur zur Verlagerung der bereits im Kristall vorhandenen Verunreinigungen.
In den bisher erläuterten Beispielen machte man nur von einem einzigen Bestrahlungsvorgang Gebrauch. Selbstverständlich kann es in bestimmten Fällen von Vorteil sein, mehrere Bestrahlungsvorgänge mit unterschiedlichen Energien und Flußmengen ablaufen zu lassen, um z.B. einen breiteren oder erweiterten Konzentrationsspitzenbereich zu erzeugen.
Die bisherige Beschreibung bezog sich vor allem auf die Verwendung von Protonen als "Beschüß "-Teilchen zum Erzielen .der Verlagerung der Verunreinigungen; man kann auch zahlreiche andere geladene oder nichtgeladene Teilchen hierzu verwenden: Moleküle, Atome, Ionen. Beispielsweise könnte man sich sehr gut der Edelgase sowie der Atome von Silizium, Kohlenstoff oder Germanium bedienen.
Es ist jedoch auch möglich, dotierende Teilchen für die Bestrahlung zu verwenden. Man kombiniert dann das vorstehend beschriebene Verfahren mit einem bekannten Ionenimplantationseffekt.
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""* J. O
Andererseits wird die anfängliche Dotierung vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, mit Hydrogenoid-Verunreinigungen, d. h. mit Verunreinigungen.vorgenommen, die ein wenig tiefes Energieniveau haben. Dies sind insbesondere die Stoffe der Gruppen III und V des periodischen Systems von Mendelejew, wie z. B. Arsen, Phosphor, Bor ...
Es sollen nun mehrere Anwendungsfälle des erfindungsgemäßen Dotierung s verfahr ens beschrieben werden.
Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen ein Anwendungsbeispiel zur Herstellung eines Bipolartransistors in. massivem Silizium.
Fig. 5 stellt im Schnitt einen bekannten Bipolartransistor dar. Man erkennt hier die den Emitter 2 bildende N~Zone mit dem elektrischen Kontakt 4, die die Basis 6 bildende P-Zone mit dem elektrischen Kontakt 8 und die den Kollektor 10 ergebende N-Zone mit dem N -Anschlußkontaktbereich 12, wobei das Ganze in einer durch Epitaxie erzeugten Silizium schicht 24 ausgebildet ist. Um den inneren Eingangswiderstand zum Kollektor zu verringern, kann man eine starke Dotierung des Kollektors anwenden, doch steigert man dann die parasitäre Kapazität Kollektor-Basis, was die Funktionseigenschaften der hergestellten Schaltung begrenzen kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen, erzeugt man €?ine vergrabene, jedoch stark dotierte N-Zone 14. Diese Zone wird mm nach dem erf iridungsgemäßen Dotierungsverfahren hergestellt. Man bestimmt die zu bestrahlende Zone 14 mit Hilfe einer Maske geeigneter "Form und steuert die Energie des Protonenbündels und seint Flußinemje in dor Weise, «laß man die gewünschte Zone 14 schafft.
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Fig. 6 stellt die Konzeiitrationsprofile nach der Schnittebene a-a' in Fig. 5 dar. Die Profile 16 und 18 des Emitters 2 bzw. der Basis 6 sind nicht verändert. In eier Kollektorzone 10 hatte man anfänglich eine Konstante, punktiert dargestellte Konzentration 20. Nach der Bestrahlung erhält man hier das Profil 22. Man hat somit eine starke Dotierung in der Zone 14 und viel schwächere Dotierungen in den Kontaktzonen mit der Basis und der Unterlage 24. Man verringert also die parasitäre Kapazität Basis/Kollektor und Kollektor/Unterlage in einem einzigen technologischen Verfahrensschritt, wobei man in erster Annäherung den Eingangs widerstand zum Kollektor konstant hält.
Analoge Probleme ergeben sich im Fall der Verwendung von auf einer isolierenden Unterlage abgeschiedenen Siliziumschichten, soweit man im Volumen Kontaktmthmen zu schaffen hat. Es ist möglich, diese Probleme unter Anwendung des erfindungsgemäßen Dotierungsverfahrens zu lösen.
Bei einem solchen Aifbau beobachtet man aufgrund der Anwesenheit von Oberflächerizuständen eine erhebliche Rekonibinationsgeschwindigkeit, insbesondere an der Grenzfläche Silizium/Isolierstoff. Verschiedene Bauelemente können in diesen Schichten erzeugt werden, und es ist wünschenswert, eine Abschirmung für die Minoritätsladungsträger gegenüber dieser Oberfläche (Minoritätsladungsträgeranordnungen) erzeugen zu können. Dies läßt sich erreichen, indem man einen starken Dotierungsgradienten schafft, mit dem ein elektrisches Feld verbunden ist, das die Minoritätsladungsträger abstößt.
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Die Fig. 7 a, 7'a, 7b und 7'b veranschaulichen den Fall einer P NN -Diode auf einer isolierenden Unterlage.
Die Fig. 7 a zeigt einen Schnitt durch eine solche Diode. Man erkennt die isolierende Unterlage 26, die P -Zone 28, die N-Zone 30, die N -Zone 32 und die (z.B. aus SiO hergestellte) Isolierschicht Durch Pfeile sind der Diodenstrom I_ und die Rekombinationsströme I und I0 an den Grenzflächen I und I angedeutet. Hl Rd 1 &
Die Fig. 7b stellt das Dotierungsprofil längs der Schnittebene a-a' dar, das gleichmäßig ist.
In der Fig. 7'a ist die gleiche Diode, jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, veranschaulicht. Diese Diode unterscheidet sich von der nach Fig .7a durch die innerhalb der N-Zone 30 liegende Zone 36, die sehr stark dotiert ist. Dies wird durch die Fig. 7'b genauer veranschaulicht. Nahe der Grenzfläche Silizium/ Isolierstoffunterlage liegt die stark dotierte Zone 36 mit einer Dicke e. Diese Dotierung läßt sich vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vornehmen. Die Rekombinationsgeschwindigkeit ist an dieser Grenzfläche I0 höher als an der Grenzfläche I . Der Dotierung sgradient an der Grenzfläche I schafft im Silizium ein elektrisches Felde, das die Minoritätsladungsträger abstößt und so eine merkliche Rekombination für schwache Injektionsniveaus vermeidet.
Dieses Ergebnis läßt sich nach den bekannten Verfahren unter Einhalten einer sehr geringen Dicke e im Verhältnis zur Dicke der Silizium schicht nicht erreichen. Man bewirkt nämlich unvermeidlich
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den gleichen Dotxerungsvorgang an der Grenzfläche I zwischen dem Silizium und der Siliziumdioxidschicht.
Die gleiche Technik läßt sich auch zur Herstellung eines seitlich aufgebauten Siliziumtransistors auf einer isolierenden Unterlage
anwenden- Hierbei werden die P -, N- und N -Zonen 28 bzw. 30 bzw. 32 nach Fig. 7'a durch N -, P- und N oder P -, N- und P -Zonen ersetzt, je nachdem, ob man einen P- oder einen N-Transistor herzustellen wünscht.
In den Fig. 8 a und 8 b ist ein anderes Beispiel zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall der Herstellung von Verarmungs-MOS-Transistoren veranschaulicht.
Die Fig. 8 a stellt einen Schnitt durch einen solchen Transistor dar. Man erkennt die P -Zonen entsprechend der Senke 38 und der Quelle 40 sowie den leitenden Kanal 42.
Die ununterbrochen gezeichnete Kurve (Kurve l) der Fig. 8b gibt das Verunreinigungskonzentrationsprofil längs der Schnittebene a-a' wieder, das durch eine Ionenimplantatianstechnik erhalten wurde. Man hat danach eine Dotierung N in der Nähe der Oberfläche des HaIb-
Dl
leiters und eine Dotierung N_o (Nno » N ) in der Mitte des Kanals
ΏΔ οΔ Dl
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Dotierungsverfahrens erhält man für den Kanal 42 das punktiert (Kurve 2) dargestellte Konzentrationsprofil. Dies ermöglicht es, sehr viel schroffer abgestufte Profile zu haben. Durch besseres Verteilen der Verunreinigungen im
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Kanal 42 vermindert man den Maximalwert N und verbessert so die
Β 2
Oberflächenbeweglichkeit des MOS-Transistors. Zum Erhalten dieses Profils führt man mehrere Bestrahlungsvorgänge mit unterschiedlichen Energien durch.
Die Fig .9a, 9 b und 9 c beziehen sich auf die Herstellung eines Feldeffekttransistors mit vergrabener Elektrode. In einem ersten Verfahrensschritt erzeugt man den in Fig. 9a im Schnitt dargestellten Aufbau. Durch Diffusion schafft man den Kontakt 44 vom P-Typ in der N-Unterlage 46. In Fig. 9b erkennt man die Kurve 1, die den Unterschied der Konzentrationen an Akzeptoren und Donatoren (N - N) als Funktion der Tiefe längs der Schnittebene a-a' zeigt.
Um den in Fig. 9c dargestellten Aufbau zu verwirklichen, d. h. um die vergrabene Elektrode 48 vom P-Typ zu erzeugen, bestrahlt man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberfläche der Unterlage 46 in einer Ausdehnung entsprechend dem Kontakt 44. Man erhält so das durch die punktierte Kurve 2 in Fig. 9 b wiedergegebene Konzentrationsprofü mit einer starken Konzentration spitze für den Bereich der Elektrode 48.
Allgemeiner ermöglicht das erfindungsgemäße Dotierungsverfahren, leicht und mit einer großen Genauigkeit vergrabene Elektroden herzustellen. Dies findet eine besonders vorteilhafte Anwendung für die Herstellung τοη bei mehreren Lichtwellenlängen empfindlichen Fotodioden.
Es genügt tatsächlich, nach diesem Verfahren in einer und derselben Unterlage (z. B. vom N-Typ) vergrabene Elektroden in verschiedenen Tiefen zu erzeugen.
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Claims (18)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung der Dotierung eines Halbleitermaterials mit Verunreinigungen eines bestimmten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Schritt das Halbleitermaterial in bekannter "Weise mit den Verunreinigungen in einem gegebenen Konzentrations profil dotiert und daß man in einem zweiten Schritt bei Halten des Halbleiter materials auf erhöhter Temperatur dieses mit einem Bündel gegebener Stärke von mit einer gegebenen, zum Eindringen in das Halbleitermaterial ausreichenden Energie beschleunigten Teilchen während einer bestimmten Zeit derart bestrahlt, daß man unabhängig vom Vorzeichen des anfänglichen Konzentrationsgradienten eine zu einer Erhöhung der Konzentration an Verunreinigungen führende Wanderung der Verunreinigungen in einer der Anhaltezone der Teilchen nahen Zone bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Bündels von nicht-dotierenden Ionen derart gewählt wird, daß die Anhaltezone der Teilchen nahe dem Bereich liegt, wo man den Anstieg des Verunreinigungskonzentrationsgradienten zu erhalten beabsichtigt .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmenge des Bündels von nicht-dotierenden Teilchen derart gewählt wird, daß man den gewünschten Wert des Anstiegs des Konzentrationsgradienten erhält.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be schleunigungs energie im Bereich von 200 bis 700 keV liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man das Halbleitermaterial im Temperaturbereich von 700 bis 1000 °C hält.
6» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilchen aus der Gruppe der Moleküle, der Atome und der Ionen auswählt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die nicht-dotierenden Teilchen aus der Gruppe der Protonen und molekularen H -Ionen -wählt..
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen für das Halbleitermaterial dotierend sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen für das Halbleitermaterial nicht-dotierend sind.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man als nicht-dotierende Teilchen Protonen verwendet und daß die
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Flußmenge des Protonenbündels im Bereich von 10 bis 10 p/cm liegt.
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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dotierverunreinigungen unter den einfachen Stoffen mit einem wenig tiefen Energieniveau auswählt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verunreinigungen unter den einfachen Stoffen der Gruppen III und V des Mendelejew-Periodensystems auswählt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung im ersten Schritt des Verfahrens homogen' erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung im ersten Schritt des Verfahrens ein beliebiges Konzentrationsprofil ergibt.
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis . 14 zur Herstellung eines Bipolartransistors, dadurch gekennzeichnet, daß man nach diesem Verfahren in der Kollektorzone (lO) zwischen der Basis (6) und dem Kollektorkontaktbereich (12) eine Zone (14) mit einer der Konzentration des Restes der Kollektorzone (10) überlegenen Konzentration an Verunreinigungen erzeugt.
16. Anwendung des Verfahrens nach einem der. Ansprüche Ibis 14 zur Herstellung einer Diode auf einer isolierenden Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß man nach diesem Verfahren in der N-Zone (30) der Diode (26 bis 34) an der Grenzfläche (i ) dieser Zone (30)
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zur Unterlage (26) eine dünne Zone (36) mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als der des Restes dieser Zone (30) erzeugt.
17. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung eines Verarmungs-MOS-Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß man nach diesem Verfahren in der den Senkenkontakt (38) vom Quellenkontakt (40) trennenden Leitkanalzone (42) einen Bereich mit einem sehr steil abgestuften Dotierungsprofil erzeugt.
18. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit vergrabener Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Elektrode (48) nach diesem Verfahren erzeugt.
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