DE69330986T2

DE69330986T2 - Verfahren zur Bildung implantierter Gebiete mit einem reduzierten Channeling-Risiko in Halbleitern

Info

Publication number: DE69330986T2
Application number: DE69330986T
Authority: DE
Inventors: Chiara Zaccherini
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1992-08-19
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2013-07-28
Also published as: EP0588032A2; IT1256362B; JPH07106275A; ITMI922003A1; ITMI922003A0; DE69330986D1; US5436177A; EP0588032B1; EP0588032A3

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von implantierten Zonen mit verringertem Channelling-Risiko auf Halbleitern.
Insbesondere betrifft der Erfindung ein Verfahren, das bei elektronischen Halbleiterbauelementen angewendet wird, die mindestens eine Polysilizium-Schicht enthalten, die sowohl Trennzonen als auch aktive Bereiche, welche anfällig für Channelling-Phänomene sind, bedeckt. Insbesondere betrifft das Verfahren die Ausbildung von Widerständen in dotiertem polykristallinem Silizium.

2. Diskussion des einschlägigen Standes der Technik

Wie bekannt, wird bei der Fertigung verschiedener elektronischer Halbleiterbauelemente, insbesondere bei der Fertigung von statischen Schreib-/Lese-Speichern (SRAMs) umfangreicher Gebrauch von Ionenimplantationsmethoden beim Dotieren sowohl von vergrabenen Zonen des Halbleiters als auch von dünnen polykristallinen Schichten gemacht.
Dies ist zum Beispiel der Fall bei der Ausbildung von Widerständen in dünnen Polysiliziumfilmen, welche aktive Bereiche und/oder Trennzonen einer SRAM-Speicherzelle bedecken.
Solche Widerstände werden im allgemeinen erzeugt durch Implantation in der polykristallinen Schicht, welche die sogenannten Feldoxidzonen abdeckt, die sich an den Grenzbereichen der aktiven Kanalzone eines die Speicherzelle bildenden Feldeffekttransistors befinden.
Normalerweise werden diese Widerstände dadurch gebildet, daß Bor- Ionen in den dünnen polykristallinen Film implantiert werden. Während des Implantierungsschritts kann es allerdings zu sogenannten Channelling-Phänomenen kommen, bei denen einige Ionen entlang Vorzugsrichtungen, die durch die kristalline Beschaffenheit der Schicht definiert sind, hindurchwandern (Channelling) und in den Halbleiter soweit eindringen, wie das Substrat sich unterhalb der polykristallinen Schicht befindet, wodurch die elektrischen Kennwerte des Bauelements geändert werden.
Das Ausmaß des Channelling-Phänomens steht in Verbindung mit verschiedenen Parametern, so zum Beispiel der Dicke der Dünnschicht, der implantierten Atom-Spezies, der Implantierungsleistung und dergleichen. Tatsächlich handelt es sich bei Bor um eine derjenigen Atom-Spezies, die für das Channelling-Phänomen am anfälligsten sind.
In zahlreichen Fällen wird das Phänomen noch verstärkt durch die Größe der Körner, die die dünne polykristalline Schicht bilden. Die Größe dieser Körner liegt im allgemeinen in einer mit den Dickenabmessungen der Schicht vergleichbaren Größenordnung. Um ein Beispiel zu nennen: Es wurden Channelling-Phänomene in einem Substrat nachgewiesen, welches Bor-Implantationen enthielt, die bei 25 keV in 2000 Angström dickem polykristallinem Silizium gebildet wurden.
Um diesen schwerwiegenden Nachteil zu beheben, wurde im Stand der Technik ein erstes Verfahren vorgeschlagen, bei dem verschiedene Spezies implantiert wurden, die die Wirkung haben, die polykristalline Schicht etwas "amorph" zu machen, und dadurch den Anteil an Dotierstoff zu reduzieren, der von dem Channelling-Phänomen betroffen ist.
Es wurde zum Beispiel herausgefunden, daß ein Implantieren von Borfluorid (BF2) ein doppeltes Ziel erreichen kann: Sie macht das Polysilizium rasch amorph und senkt das Channelling-Risiko, indem es der Wanderung der Bor-Ionen Widerstand entgegensetzt, und es gestattet dennoch die Widerstands-Implantierung.
Ein Beispiel für dieses zum Stand der Technik gehörige Verfahren ist in der europäischen Patentanmeldung 0 524 025 offenbart, wo in einer Schicht aus amorphem Silizium oder Polysilizium BF&sub2; implantiert wird.
Allerdings hat diese bekannte Verfahren den Nachteil, daß Fluor-Ionen, die in der polykristallinen Schicht verbleiben, die elektrischen Kennwerte der dort gebildeten Widerstände abträglich beeinflussen.
Ein zweites bekanntes Verfahren erfordert eine Oxidation des polykristallinen Siliziums vor der Implantierung der Widerstände. Tatsächlich kann die Oxidschicht sich der Wanderung der Ionen, welche in das Substrat aufgrund des Channelling eindringen, entgegenstellen.
Man sieht allerdings, daß dieses zweite bereits vorgeschlagene Verfahren einen zusätzlichen Verfahrensschritt mit sich bringt, was zu einem kostspieligeren Fertigungsprozeß der betreffenden Bauelement führt.
Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren könnte darin bestehen, diejenigen Bereiche des Bauelements, die von dem Widerstands- Implantierschritt nicht zu implantieren sind, unter Verwendung eines Photoresists zu maskieren. Allerdings würde dieses Verfahren einen kostenintensiven zusätzlichen Schritt in den Fertigungsprozeß einbeziehen.
Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden implantierter Zonen mit geringem Channelling-Risiko zu schaffen, wobei das Verfahren spezielle funktionelle Merkmale enthält, mit deren Hilfe in wirksamer Weise die vorerwähnten Nachteile der bekannten Verfahren überwunden werden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen durch Bereitstellen einer selektiven, Polysilizium vorab amorph machenden Schicht, die auf spezifische Bereiche des Halbleiterbauelements beschränkt ist, wie dies im Verfahrensanspruch 1 angegeben ist. Die Merkmale und Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft und ohne Beschränkung und unter Bezugnahme auf die Schritte zum Herstellen eines elektronischen Halbleiterbauelements gemäß beigefügten Zeichnungen präsentiert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 bis 4 Querschnittansichten eines Halbleiterbauelements, die das verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens unterzogene elektronische Halbleiterbauelement zeigen;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Bauelements, und
Fig. 6 eine weitere Ansicht des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Bauelements, wobei ein abschließender Implementierungsschritt für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt ist.

Detailliere Beschreibung

Bezüglich Fig. I ist allgemein und schematisch bei 1 ein elektronisches Halbleiterbauelement dargestellt, das auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat oder -wafer 2 ausgebildet ist. In diesem speziellen Fall ist das Bauelement 1 ein Feldeffekttransistor, vorgesehen zur Bildung einer Zelle eines statischen Lese-/Schreib-Speichers, beispielsweise vom Typ SRAM (Static Random Access Memory).
Der Transistor 1 wird auf einer N-dotierten Epitaxieschicht 3 gebildet, die das Substrat 2 bedeckt. Eine Kanalzone 4 wird in der Epitaxieschicht 3 ausgebildet, sie ist durch gegenüberliegende Trennzonen 5 aus sogenanntem Feldoxid begrenzt.
Verständlicherweise enthält der Transistor 1 sogenannte aktive Drain- und Source-Bereiche, hier nicht dargestellt, weil diese Bereiche nur in einer anderen Vertikal-Schnittebene als der in Fig. 1 bis 6 gezeigten Ebene sichtbar wären.
Gemäß Fig. 2 wird durch Wachstum auf der Kanalzone 4 eine dünne Schicht Gateoxid 6 mit einer Dicke im Bereich von 100 bis 200 Angström (10-20 nm) gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht an dieser Stelle einen Implantierschritt für die Kanalzone 4 vor. Es ist dies ein konventioneller Schritt, der unter Einsatz eines Dotierstoffs 9 vom N- Typ, zum Beispiel Phosphor, durchgeführt wird.
Bezug nehmend auf Fig. 3 wird die soweit beschriebene Grundstruktur von einer polykristallinen Siliziumschicht 7 mit einer Dicke von einigen tausend Angström, zum Beispiel 2000 Angström (200 nm) bedeckt.
Oberhalb der Kanalzone 4 bildet diese polykristalline Schicht 7 den Gate- Anschluß für den Transistor 1.
Insbesondere und abhängig von den zur Fertigung von SRAM- Speicherbauelementen eingesetzten Verfahren kann die polykristalline Schicht 7 verschiedenen Funktionen dienen. Anzumerken ist beispielsweise, daß die über dem Gateoxid 6 liegenden Bereiche normalerweise zur Ausbildung der Gateelektrode vorgesehen sind, während Bereiche oberhalb des Feldoxids 5 Widerstände bilden, und andere Zonen über aktiven Bereichen zur Schaffung lokaler Zwischenverbindungen dienen können.
Bezug nehmend auf Fig. 4 sieht das erfindungsgemäße Verfahren nun den Schritt der Ionenimplantation in vorbestimmten Bereichen 8 der polykristallinen Schicht 7 oberhalb des Feldoxids 5 vor. Diese Bereiche sind vorgesehen zur Bildung von P-dotierten Widerständen.
Erreicht wird dies, indem man zunächst einen Maskierschicht über die Bereiche 8 aufbringt, in denen die Widerstände auszubilden sind. Das Maskieren dieser Bereiche kann in konventioneller Weise mit Hilfe einer Photoresistschicht erfolgen.
Im Anschluß daran erfolgt erfindungsgemäß eine starke Implantation der unmaskierten Bereiche unter Verwendung einer Dotierstoff-Spezies 11 vom N-Typ mit hohem Atomgewicht, beispielsweise Arsen oder Phosphor. Vorzugsweise wird die Implantierungs-Dosierung so gewählt, daß sie in einem Bereich zwischen 1 · 10¹&sup5; und 1 · 10¹&sup6; Ionen/cm² liegt.
Allerdings wird im Rahmen der Erfindung auch eine Implantierungsdosierung höherer oder anderer Konzentrationen für möglich angesehen, beispielsweise im Bereich von 5 · 10¹&sup4; bis 1 · 10¹&sup6; Ionen/cm².
Bezug nehmend auf Fig. 5 verursacht dieser starke Implantationsschritt, daß die polykristalline Schicht 7, die über der Kanalzone 4 des Bauelements 1 liegt und von dem Photoresist 10 nicht geschützt wird, amorph wird.
Auf diese Weise wird im wesentlichen eine amorphe Zone 12 in der polykristallinen Schicht direkt oberhalb der Kanalzone 4 gebildet. Dieser Implantierschritt ermöglicht auch die Dotierung der Gatezone des Bauelements 1.
Demzufolge hält also das erfindungsgemäße Verfahren die zur Ausbildung der Speicherzelle in MOS-Technologie erforderliche Anzahl von Schritten unverändert. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlicher als die bekannten Verfahren.
Der abschließende Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Schritt des Dotierens der Widerstände 8 durch Implantation, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Allerdings geht diesem Schritt die Entfernung des Photoresists 10 voraus, welches die für diese Widerstände reservierten Bereiche geschützt hat.
Der Dotierschritt wird mit mittlerer oder geringer Dosierung eines Dotierstoffs 13 vom P-Typ, beispielsweise Bor, durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Dosierung für das Implantieren zwischen 1 · 10¹² und 1 · 10¹&sup5; Ionen/cm² gewählt. Der Dotierstoff wird ohne Maskierschritt über dem gesamten Wafer ausgeführt.
Im Grunde genommen liefern die zwei letztgenannten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eine selektive Vorab-Amorphmachung genau solcher Bereiche, die möglicherweise von dem Channelling- Phänomen beeinflußt werden, anschließend die gesteuerte Implantierung der polykristallinen Schicht zur Ausbildung der Widerstände.
Es sei hervorgehoben, daß das vorab erfolgende Amorphmachen der polykristallinen Schicht nur in solchen Zonen erfolgt, die über aktiven Bereichen liegen, wo das Channelling-Phänomen Schaden hervorrufen könnte.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die den bekannten Verfahren anhaftende Probleme und bietet eine Reihe von Vorteilen.
Beispielsweise wird das Channelling-Risiko während der Widerstands- Implantierung minimiert, ohne das Verfahren mit zusätzlichen Schritten zu belasten. Außerdem vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren das Einbringen von Atom-Spezies in das Halbleiterbauelement, welche nicht wirklich zur Ausbildung der verschiedenen diskreten aktiven Bereiche erforderlich sind.
Natürlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren abändern und modifizieren im Rahmen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Insbesondere könnten die in den beiden diskreten Implantierschritten verwendeten atomaren Spezies auch Phosphor und Antimon sein.
Nachdem eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, sind dem Fachmann verschiedene Abänderungen, Modifikationen und Verbesserungen leicht zugänglich. Solche Abänderungen, Modifikationen und Verbesserungen sind Bestandteil der vorliegenden Offenbarung und sind vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung umfaßt.
Deshalb ist die obige Beschreibung lediglich beispielhaft ohne beschränkende Absicht.

Claims

1. Verfahren zur Bildung von implantierten Zonen mit verringertem Channelling-Risiko in einer polykristallinen Siliziumschicht auf elektronischen Halbleiterbauelementen, bei dem die elektronischen Halbleiterbauelemente Trennzonen (5), aktive Bereiche (4) und mindestens eine Schicht (7) aus Polysilizium enthalten, welche sowohl Trennzonen (5) als auch aktive Bereiche (4) bedeckt, wobei die aktiven Bereiche (4) anfällig für Channelling-Phänomene sind, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende sequentielle Schritte umfaßt:

- diejenigen Abschnitte (8) der polykristallinen Siliziumschicht (7), welche die Trennzonen (5) bedecken, werden maskiert (10), wobei die für Channelling anfälligen aktiven Bereiche unmaskiert bleiben;

- eine erste Dotierstoff-Spezies (11) mit amorph machenden Eigenschaften für polykristallines Silizium wird einer amorph machenden Schwelle des polykristallinen Siliziums in dessen unmaskierten Bereichen implantiert;

- die Maske wird entfernt, und es wird eine zweite Dotierstoff- Spezies (13) mit bezüglich der ersten Dotierstoff-Species entgegengesetztem Leitungstyp über dem gesamten Wafer implantiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Implantierschritt unter Einsatz eines N-Dotierstoffs durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Implantierschritt unter Verwendung eines P-Dotierstoffs durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantierungs-Dosierung für den ersten Implantierschritt im Bereich von 5 · 10¹&sup4; bis 1 · 10¹&sup6; Ionen/cm² liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantierungs-Dosierung für den zweiten Implantierschritt im Bereich von 1 · 10¹² bis 1 · 10¹&sup5; liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maskieren unter Einsatz eines Photoresists (10) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Implantierschritt mit Hilfe von Arsen-, Phosphor-, Antimon-Ionen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Implantierschritt unter Einsatz von Bor-Ionen durchgeführt wird.