PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69030042T2 12.06.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0417955
Titel Flache Übergangsbildung mittels Ionen-Implantation
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Kase, Masataka, Kawasaki-shi, Kanagawa 211, JP;
Kimura, Mami, 505, Haihoumu Tsurumi, Yokohama-shi, Kanagawa 230, JP;
Kikuchi, Yoshio, Yashio-shi, Saitama 340, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Aktenzeichen 69030042
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 04.09.1990
EP-Aktenzeichen 903096360
EP-Offenlegungsdatum 20.03.1991
EP date of grant 05.03.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.06.1997
IPC-Hauptklasse H01L 21/265

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prozeß zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und speziell einen Prozeß, bei dem ein seichter Übergang durch Ionenimplantation ausgebildet wird.

Die Integration von MOS-strukturierten Si-Halbleitervorrichtungen ist bis zu einem Ausmaß vorangeschritten, so daß das MOS-Transistor-Gate eine Submikronlänge besitzt und demzufolge müssen die mit Fremdatomen diffundierten Schichten für Source und Drain eines Transistors eine Tiefe von weniger als 0,2 µm (200 nm) haben. Es besteht auch ein zunehmender Bedarf nach einer hochintegrierten, hochgeschwindigkeitsbipolaren Si-Halbleitervorrichtung und es ist vorgeschlagen worden, daß die Verwendung einer seichten basisdiffundierten Schicht effektiv die Möglichkeit schafft, eine solche Hochgeschwindigkeits-Bipolarvorrichtung zu realisieren.

Die Ionenimplantation wird weitläufig als Verfahren zur Einführung von Fremdstoffen oder Fremdatomen verwendet, und zwar aufgrund der sich ergebenden hohen Steuerbarkeit und Anwendbarkeit desselben für eine allgemeine Anwendung und wurde als nützlich als Prozeßschritt festgestellt, um die oben erwähnte fremdstoffdiffundierte Schicht auszubilden. Es ist nämlich ein Ionenimplantationsprozeß wichtig, um eine seichte diffundierte Schicht auszubilden.

Die herkömmliche Ausbildung einer seichten diffundierten Schicht durch Ionenimplantation wird gewöhnlich auf die folgenden zwei Wege ausgeführt:

(a) es wird die für die Fremdstoff-Ionenimplantation verwendete Energie reduziert, oder

(b) vor der Implantation der Fremdstoffionen wird die Oberflächenschicht eines Halbleitersubstrats amorph ausgebildet oder amorphisiert, und zwar durch eine Implantation von Siliziumionen (Si&spplus;), Germaniumionen (Ge&spplus;) usw., um eine Mikrokanalbildung der letzteren implantierten Fremdstoffionen zu unterdrücken.

Bei dem Verfahren (a) erfordert die Reduzierung der Implantationsenergie notwendigerweise eine Reduktion der Ionenstrahlquantität. Speziell, wenn die Implantationsenergie auf 10 keV oder weniger reduziert wird, kann ein praktisch erforderlicher Strahlstrom nicht erhalten werden. Daher ist die Anwendbarkeit des Verfahrens (a) eingeschränkt.

Das Verfahren (b) - im folgenden als "Ionen-Vorimplantation" bezeichnet, ist imstande, eine seichte fremdstoffdiffundierte Schicht zu schaffen, und zwar ohne Reduzierung der für das Implantieren von Fremdstoffionen verwendeten Energie. Die Ionen, die vorimplantiert werden, um eine Amorphisierung durchzuführen, können im wesentlichen aus irgendwelchen Ionen bestehen und in der Praxis werden Ionen der Elemente der Gruppen III, IV und V in dem periodischen System als sehr geeignet für diese Zwecke betrachtet, und zwar vom Gesichtspunkt der Kohärenz hinsichtlich des Kristallgitters des Siliziumsubstrats. Unter diesen Elementen ergeben die Gruppe-IV-Elemente keinerlei Probleme, und zwar insofern als diese während einer Wärmebehandlung wie im Falle der Elemente der Gruppen III oder V elektrisch nicht aktiviert werden und ferner einen Vorteil dahingehend haben, daß sie eine gute Kohärenz mit Fremdstoffelementen zeigen, die später implantiert werden. Si und Ge sind besonders als Ionen für die Amorphisierung geeignet, da sie eine feste Lösung mit dem Substrat Si in irgendeinem Verhältnis eingehen. Im Vergleich mit Si hat Ge eine größere Masse und es wird daher angenommen, daß eine kleinere Dosis zur Bewirkung der Amorphisierung erforderlich ist.

Es wurden viele Untersuchungen hinsichtlich der Amorphisierung für diesen Zweck durchgeführt, die wie folgt sind.

M.Y. Tsai und B.G. Streerman haben in "Recrystallization of implanted amorphous silicon layer. I. Electrical properties of silicon implanted with BF&sub2;&spplus; oder Si&spplus; + B&spplus;.", J. Appl. Phys. 50(1) 183(1979) festgestellt, daß eine amorphe Schicht durch eine Si&spplus;-Implantation bei einer hohen Dosis ausgebildet wird und wenn BF&sub2;&spplus; oder B&spplus; dann implantiert wird. Diese Amorphisierung ermöglicht es Brom, bei 550ºC aktiviert zu werden.

A.C. Ajmera und G.A. Rozgonyi haben in "Elimination of end-of-range and mask edge lateral damage in Ge&spplus; preamorphized, B&spplus; implanted Si.", Appl. Phys. Lett. 49(19) 1269 (1986) festgestellt, daß dann, wenn Ge&spplus; implantiert wird, um ein Siliziumsubstrat zu amorphisieren und B&spplus; dann implantiert wird, der Kanalschwanz von B eliminiert wird und Defektstellen an der Zwischenschicht amorph/kristallin nicht induziert werden, obwohl solche Defekte im Falle von einer Si&spplus;-Implantation induziert werden. Obwohl dabei eine Wiederherstellung oder Erholung der Defekte durch eine RTA (plötzliche thermische Temperung) bei 1050ºC für 10 Sekunden vorgeschlagen wird, ist dabei kein klarer Vergleich der Bor-Verteilung mit und ohne einer Ge&spplus;-Ionenimplantation nach der RTA enthalten.

M. Horiuchi, M. Tamura und S. Aoki beschreiben in "Three-dimensional solid-phase-epitaxial regrowth from As&spplus;- implanted Si.", J. Appl. Phys. 65(6) 2238(1989), Kristalldefekte, die während des Wachstums einer amorphen Schicht induziert werden, die durch eine As&spplus;-Implantation gebildet ist. Das Wachstum der Kristall-Störstellen wird korrekter durch einen Mechanismus erläutert, bei dem eine Kristallorientierung beteiligt ist, anstelle eines Mechanismus, der von einer Spannung aufgrund eines niedergeschlagenen Filmes abhängig ist.

E. Landi und S. Solmi haben in "Electrical characteristias of p&spplus;/n shallow junctions obtained by boron implantation into preamorphized silicon.", Solid-State Elecronics 29(11) 1181(1986), einen Leckstrom einer p&spplus;/n-Diode geschätzt, die durch Verwendung einer Amorphisierung ausgebildet wurde, welche durch eine Si&spplus;-Ionenimplantation bewirkt wurde. Es wird kein Leckstrom beobachtet, wenn die Verarmungsschicht keine Fehllokalisierungsschleife enthält, die als ein Defekt oder Störstelle in der Zwischenschicht amorph/kristallin erzeugt wird. Die Diffusion wird durch eine Temperungstemperatur gesteuert, um eine Bedingung oder Zustand zum Erzielen eines niedrigen Leckstromes festzulegen.

D-S. Wen, S.H. Goodwin-Johansson und C.M. Osburn stellen in "Tunneling Leakage in Preamorphized Shallow Junctions." IEEE Trans. on Electron Devices 35(7) 1107(1988), fest, daß eine Ge&spplus;-implantierte Schicht dadurch eingeschätzt werden kann, indem eine Diode vom gategesteuerten Typ verwendet wird, die durch eine Ge&spplus;-Amorphisierung hergestellt wurde. Diese Einschätzung war nicht erfolgreich, da die Konzentration der Fremdstoffe (B, As) in der Diodenzone hoch war und daher ein Tunnelstrom aufgrund eines hohen elektrischen Feldes erzeugt wurde, mehr als ein Leckstrom aufgrund eines Kristalldefektes.

T.O. Sedgwick, A.E. Michel, V.R. Dehne, S.A. Cohen und J.B. Lasky beschreiben in "Transient boron diffusion in ion-implanted crystalline and amorphous silicon.", J. Appl. Phys. 63(5) 1452(1988) den Einfluß der Amorphisierung bei einer Bordiffusion. Die Amorphisierung unterdrückt die Bordiffusion, wenn Bor bis zu einer Tiefe verteilt ist, seich ter als die Amorph/Kristall-Zwischenschicht und Bor hat eine hohe Diffusionsrate, wenn eine Amorphisierung nicht ausgeführt wird.

M.C. Ozturk, J.J. Wortman und R.B. Fair stellen in "Very shallow p&spplus;-junction formation by low-energy BF&sub2;&spplus; ion implantation into crystalline and germanium preamorphized silicon.", Appl. Phys. Lett. 52(12) 963(1988), fest, daß ein seichter Übergang von ca. 100 nm durch eine Ge&spplus;-Voramorphisierung und eine BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation, gefolgt von einer RTA bei einer Temperatur von 950ºC bis 1050ºC ausgebildet wird. Die Beziehung zwischen den Standorten oder örtlichen Lagen, bei denen Fluor ausgefällt wird, und der Position von Kristall-Fehlerstellen, ist ebenfalls beschrieben.

Nichtsdestoweniger verbleibt ein Problem dahingehend, daß, wenn die Ionen-Vorimplantation mit einer Dosis ausgeführt wird, die erforderlich ist, um eine Amorphisierung der Halbleiteroberfläche zu erreichen, die dadurch hervorgerufenen Fehlerstellen in dem Siliziumkristall nicht durch eine spätere Temperung beseitigt werden können, sondern beibehalten werden und somit eine gute Halbleitereigenschaft nicht erzielt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Prozeß zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung anzugeben, bei dem das Beibehalten der Kristall- Fehlerstellen, die durch eine Ionen-Vorimplantation verursacht werden, verhindert wird und bei dem die Mikrokanalbildung von Fremdstoffelementen unterdrückt wird, um dadurch einen flachen oder seichten Übergang ausbilden zu können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Prozeß zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem ein vorbestimmtes Ion vom elektroleitfähigen Typ in ein Halbleitersubstrat implantiert wird, die folgenden Schritte:

vor der Implantation eines vorbestimmten Ions vom elektroleitfähigen Typ wird ein Ion implantiert, welches von dem Ion vom elektroleitfähigen Typ verschieden ist, und zwar in das Halbleitersubstrat, welches eine kristalline Struktur hat, um eine disorientierte Zone auszubilden, und es wird das Ion von dem vorbestimmten elektroleitfähigen Typ in diese disorientierte Zone implantiert;

dadurch gekennzeichnet, daß die Implantation des Ions, welches von dem elektroleitfähigen Typ verschieden ist, eine disorientierte Zone bildet mit einem Grad der Disorientierung in solcher Weise bzw. Ausmaß, daß eine Mikro-Kanalbildung des letzteren implantierten Ions vom elektroleitfähigen Typ im wesentlichen nicht auftritt, und derart, daß die disorientierte Zone die Bestandteilelemente des Halbleiters enthält, die nicht an den regulären Gitterlagen der kristallinen Struktur vorhanden sind, in einer Konzentration von mehr als 17% und weniger als 100%.

Das von dem Ion vom vorherbestimmten elektroleitfähigen Typ verschiedene Ion ist in bevorzugter Weise elektrisch inaktiv.

Noch bevorzugter wird die disorientierte Zone bis zu einer Tiefe ausgebildet, die größer ist als diejenige, bis zu der das Ion von dem vorbestimmten elektroleitfähigen Typ oder der Fremdstoff zu implantieren ist.

Der Grad der Disorientierung wird in bevorzugter Weise so gewählt, daß die disorientierte Zone die Bestandteilelemente des Halbleiters enthält, die nicht an den regulären Gitterlagen der kristallinen Struktur vorhanden sind, und zwar in einer Konzentration von mehr als 30% und weniger als 50%.

Wenn ein Silizium-Halbleitersubstrat als Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird das Ion vom elektroleitfähigen Typ oder das Fremdstoffion gewöhnlich aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Phosphorion, Arsenion, Borion, Antimonion und Ionen besteht, die irgendeines dieser Elemente enthalten, und besteht in allgemeinster Form aus einem Borion oder einem Ion, welches Bor enthält.

Die Ionen-Implantation vor der Implantation des Ions eines elektroleitfähigen Typs wird erfolgreich durch eine Implantation von einem Germaniumion (Ge&spplus;) mit einer Dosis von mehr als 2 x 10¹³ cm&supmin;² in ein Siliziumsubstrat bewirkt, um die disorientierte Zone zu bilden.

Die Ionen-Implantation vor der Implantation des Ions eines elektroleitfähigen Typs wird ebenso erfolgreich mit

Hilfe einer Implantation eines Siliziumions (Si&spplus;) bei einer Dosis von mehr als 5 x 10¹³ cm&supmin;² in ein Siliziumsubstrat bewirkt, um die disorientierte Zone zu bilden. Nach der Implantation des Germanlumions oder des Siliziumions wird eine Implantation von BF&sub2;&spplus;-Ionen bei einer Energie von 15 keV oder weniger durchgeführt oder es wird eine Implantation von Borionen bei einer Energie von 3 keV oder weniger durchgeführt.

Nach der Implantation des Ions vom elektroleitfähigen Typ wird das Halbleitersubstrat bei einer Temperatur niedriger als 800ºC, jedoch bevorzugt höher als 600ºC, wärmebehandelt.

Die Wärmebehandlung wird im allgemeinen zwischen 10 Minuten und 2 Stunden ausgeführt.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine disorientierte Zone ausgebildet, die zurückgebliebene Kristallfragmente enthält, die eine niedrigere Kontinuität haben und die keine Mikro-Kanalbildung des implantierten Ions vom elektroleitfähigen Typ in dem Substrat verursacht und die effektiv als ein Kern (nucleus) für eine Rekristallisation der disorientierten Zone funktioniert.

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, in der Daten gezeigt sind, die durch eine RBS-Messung eines Siliziumsubstrats erhalten wurden, in welches Ge&spplus;-Ionen implantiert wurden;

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, welche die Wiederverteilung von Bor nach einer Hochtemperatur-Temperung veranschaulicht;

Fig. 3a, 3b und 3c sind (a) jeweils eine Draufsicht, die schematisch einen gategesteuerten Typ einer p&spplus;n-Diode zeigen, (b) eine Schnittdarstellung zeigt, die die Beziehung zwischen der Gatespannung und der Verarmungsschicht darstellt, und (c) eine graphische Darstellung zeigt, welche die Beziehung zwischen der Gatespannung und dem Leckstrom angibt;

Fig. 4a und 4b sind graphische Darstellungen, welche die Beziehung zwischen der Gatespannung und dem Leckstrom einer gategesteuerten p&spplus;n-Diode für die Fälle (a) wiedergeben, bei denen eine Amorphisierung nicht bewirkt wurde, und (b), bei denen eine Amorphisierung bewirkt wurde;

Fig. 5a, 5b, 5c und 5e sind Transmissions-Elektron-Mikrographe, bei denen Fig. 5a eine Gate-Endzerstörung in einem Siliziumsubstrat zeigt, welches durch eine Hochenergie- Implantation von Ge&spplus; amorphisiert wurde, Fig. 5b die gleiche Zone zeigt, wenn bei 600ºC getempert wurde, Fig. 5c die gleiche Zone zeigt, wenn bei 800ºC getempert wurde, Fig. 5e eine Gate-Endzerstörung in einem anderen Siliziumsubstrat zeigt, welches nicht amorphisiert wurde, und Fig. 5d schematisch eine Rekristallisation in drei Richtungen veranschaulicht;

Fig. 6a und 6b sind graphische Darstellungen, welche die Beziehung zwischen der Gatespannung und dem Leckstrom einer gategesteuerten p&spplus;n-Diode für die Fälle zeigen, bei denen (a) eine Ge&spplus;-Ionenimplantation gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, und (b) bei denen eine Ge&spplus;- Ionenimplantation nicht durchgeführt wurde;

Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, welche eine Bor-Verteilung (SIMS-Messung) zeigt, wenn eine Ge&spplus;-Ionen implantation durchgeführt worden ist und dann BF&sub2;&spplus;-Ionen implantiert wurden;

Fig. 8 eine graphische Darstellung zeigt, welche die Variation des Leckstromes einer gategesteuerten Diode als eine Funktion des Ionen-Vorimplantationszustandes wiedergibt für die Fälle, bei denen Ge&spplus;- oder Si&spplus;-Ionen implantiert wurden;

Fig. 9 eine graphische Darstellung zeigt, die eine Bor-Verteilung (SIMS-Messung) veranschaulicht, die erhalten wurde, wenn Si&spplus;-Ionen vorimplantiert wurden und dann BF&sub2;+- Ionen implantiert wurden;

Fig. 10 eine graphische Darstellung ist, die die Kern- Anhalteleistung verschiedener Ionen in Silizium als Funktion der Ionenimplantationsenergie veranschaulicht;

Fig. 11 eine graphische Darstellung zeigt, die eine abnormale Diffusion von Bor während der Temperung bei 800ºC wiedergibt, wenn Ge&spplus;-Ionen vorimplantiert wurden;

Fig. 12 eine graphische Darstellung zeigt, welche die Temperungstemperatur-Abhängigkeit der Bor-Verteilung wiedergibt, wenn Ge&spplus;-Ionen vorimplantiert wurden;

Fig. 13 eine graphische Darstellung ist, welche eine örtliche Segregation von Fluor wiedergibt, wenn Ge&spplus;-Ionen vorimplantiert wurden, und zwar vor einer BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation;

Fig. 14 eine graphische Darstellung ist, welche eine as-implantierte Bor-Verteilung entlang einer Tiefe für die Fälle wiedergibt, bei denen eine Vorimplantation ausgeführt wurde und bei denen eine Vorimplantation nicht ausgeführt wurde;

Fig. 15 eine graphische Darstellung zeigt, welche eine Bor-Verteilung nach der Temperung wiedergibt, bei der die Ionen-Vorimplantationsdosis variiert wurde;

Fig. 16 eine graphische Darstellung ist, welche die Tiefe einer disorientierten Zone eines Siliziumkristallsveranschaulicht, bei dem eine Ionen-Vorimplantation mit vielfältigen Dosen bewirkt wurde; und

Fig. 17 eine graphische Darstellung ist, welche eine Fluorin-Verteilung entlang einer Tiefe veranschaulicht, und zwar nach der Temperung, bei der die Ionen-Vorimplantationsdosis variiert wurde.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Halbleiteroberfläche nicht vollständig amorphisiert, wie bei dem herkömmlichen Prozeß, sondern wird disorientiert, so daß Teile der Bestandteilselemente des Halbleiters (Si im Falle eines Si-Halbleiters) sich nicht an den regulären Kristallgitter- Stellen oder -Lagen befinden, um die Mikro-Kanalbildungs- Erscheinung ohne die Ausbildung von schwerwiegenden Kristallgitter-Fehlerstellen zu unterdrücken.

Der Ausdruck "Disorientierung", wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß die Bestandteilsatome eines Halbleiters sich nicht an den regulären Gitterstellen befinden.

Für eine Zone eines Halbleiterkristalls wird die Konzentration von Atomen, die sich nicht an den regulären Gitterstellen befinden, als ein "Grad der Disorientierung" für diese Zone bezeichnet. Die Konzentration solcher "Fehllagen"-Atome kann durch den x-Wert (%) ausgedrückt werden, was an späterer Stelle erläutert werden soll. Für einen voll amorphisierten Zustand beträgt der Grad der Disorientierung oder der x-Wert gleich 100%.

Bei dem herkömmlichen Prozeß, bei dem eine vollständige Amorphisierung angewandt wird, wurde eine Ge&spplus;-Ionendosis von ca. 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² verwendet und der Grad der Disorientierung, der dadurch erhalten wurde, wurde hauptsächlich mit Hilfe einer Rutherford-Rückstreuungs-Spektroskopie (RBS) bestimmt. Bei der RBS wird ein leichtqewichtiges Ion, wie beispielsweise He&spplus; oder eine Alphateilchen, welches auf eine hohe Energie von 2 MeV beschleunigt wurde oder auf einen ähnlich hohen Wert beschleunigt wurde, in ein festes Objekt injiziert und es wird die Energie von He&spplus; oder einem Alphateilchen, welches in einem weiten Winkel von dem Kern der Bestandteilsatome des Festkörpers zurückgestreut wurde, analysiert, um Informationen hinsichtlich der Gitterstellen der Verunreinigungen zu erhalten, die in dem Festkörper enthalten sind, und auch Informationen hinsichtlich der Verteilung der Kristall-Fehlerstellen usw.

Ein Beispiel, welches durch eine solche Messung erhalten wurde, ist in Fig. 1 gezeigt, in welcher die Bezugszeichen 1.1 und 1.2 jeweils die Ergebnisse einer Channeling- Messung und einer Zufallsmessung für ein Siliziumkristall angeben, und zwar vor der Ionenimplantation, und wobei die Bezugszeichen 1.3 bis 1.6 die Ergebnisse angeben, die erhalten wurden, wenn das Ge&spplus;-Ion mit einer Energie von 40 keV und unter den folgenden Dosierungsbedingungen implantiert wurde.

Bedingung der Ionenimplantation

1.1 Channeling-Messung des Siliziumkristalls (nicht ionenimplantiert)

1.2 Zufallsmessung des Siliziumkristalls (nicht ionenimplantiert)

1.3 Channeling-Messung einer Siliziumprobe, in die Ge&spplus;-Ionen implantiert wurden, und zwar mit 40 keV und einer Dosis von 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;².

1.4 Channeling-Messung einer Siliziumprobe, in die Ge&spplus;-Ionen mit 40 keV implantiert wurden, bei einer Dosis von 5 x 10¹³ cm&supmin;².

1.5 Channeling-Messung einer Siliziumprobe, in die Ge&spplus;-Ionen implantiert wurden, und zwar mit 40 keV und einer Dosis von 2 x 10¹³ cm&supmin;².

1.6 Channeling-Messung einer Siliziumprobe, in die Ge&spplus;-Ionen mit 40 keV implantiert wurden, mit einer Dosis von 1 x 10¹³ cm&supmin;².

Bei dem zuvor angegebenen Experiment wurde die Ionenimplantation bei einer Raumtemperatur für alle Proben durchgeführt. Es ist allgemein bekannt, daß bei einer hohen Implantationstemperatur eine geringere Disorientierung des Siliziumgitters induziert wird und umgekehrt. Bei einer niedrigeren Implantationstemperatur, beispielsweise bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, wird die Mikro-Kanalbildung bei einer niedrigen Dosis verhindert.

Es wurden 2,275 MeV Heliumionen als das betreffende Ion verwendet und es wurde die Energie des rückgestreuten Ions an einer Position gemessen, die zu dem einfallenden Strahl um 105º geneigt war. Da die Oberflächenschicht der Probe 1.3 im wesentlichen vollstndig disorientiert war, und zwar aufgrund der Ge&spplus;-Ionenimplantation, wurde ein Signal von den Heliumionen, die gegen die Siliziumatome schlugen, und zwar nicht an den regulären Gitterstellen in der Oberflächenschicht, mit dem gleichen Ausmaß gemessen wie demjenigen, welches gemessen wurde, wenn Heliumionen in einer zufallsrichtung eingeführt wurden. Ein Heliumion mit einer hohen Geschwindigkeit hat einen solch kleinen Kern- Streuungs-Querschnitt, daß die RBS solche Ionen gemessen hat, die lediglich einmal in der Probe kernmäßig gestreut worden waren. Der x-Wert ist als der Quotient der Signalhöhe für die Oberfläche geteilt durch die Signalhöhe für die Oberfläche geteilt durch die Signalhhe von der Zufallsmessung definiert. Die herkömmliche Amorphisierung wurde unter einer Bedingung ausgeführt, bei der der x-Wert 100% betrug. Die Tabelle 1 faßt den x-Wert für die Proben 1.1 bis 1.6 zusammen.

Tabelle 1

Diese Ergebnisse zeigen, daß der x-Wert im wesentlichen proportional ist zu dem Dosiswert, bis eine vollständige Amorphisierung erreicht ist. Dies gestattet eine Einschätzung, daß nämlich der Dosiswert für eine vollständige Amorphisierung angenähert 1,2 x 10¹&sup4; beträgt. Die Verteilung des x-Wertes entlang der Tiefe der Probe wird in einer detaillierteren Erläuterung in Betracht gezogen werden. Der x-Wert wird abgesenkt, wenn die Implantationsenergie abgesenkt wird und wird erhöht, wenn die Implantationsenergie erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mehr im einzelnen anhand von Beispielen unter Verwendung eines Si- Halbleiters beschrieben.

Beispiel 1

Es wird zunächst der Einfluß der Temperung erläutert. Nachdem die Ionenimplantationen vervollständigt worden sind, werden die implantierten Fremdstoffe durch Temperung aktiviert. Der Temperungsprozeß ist unverzichtbar, um die Kristalldefekte wiederherzustellen und um gute Halbleitereigenschaften sicherzustellen, jedoch fördert eine übermäßige Temperung, d.h., wenn eine Temperung bei einer extrem hohen Temperatur oder über lange Zeit durchgeführt wird, die Diffusion von Verunreinigungen oder Fremdstoffen und macht es möglich, einen seichten oder flachen Übergang auszubilden. Fig. 2 zeigt eine Bor-Verteilung, die durch eine Temperung verursacht wurde, nachdem eine Ge&spplus;-Ionenimplantation und eine BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation durchgeführt worden war (M.C. Ozturk, J.J. Worttman und R.B. Fair, Appl. Phys. Lett., 52(12) 963(1988), wobei eine übermäßige Diffusion selbst bei einer Temperung bei 950ºC für 10 Sekunden aufgetreten ist. Daher muß die Temperung bei einer niedrigen Temperatur ausgeführt werden, um die Diffusion zu verhindern.

Eine Niedertemperatur-Temperung führt jedoch zu einem ernsten Problem dahingehend, daß die Kristalldefekte, die durch die Ionenimplantation eingeführt werden, nach der Temperung beibehalten werden. Es wurde ein Verfahren zur Beurteilung solcher Kristalldefekte vorgeschlagen, inklusive der Stellen und des Ausmaßes derselben, bei dem ein schnelles Diffusionsion, wie beispielsweise F&spplus;, implantiert wird und die ausgeschiedene Menge des Ions nach der Temperung gemessen wird. Eine große Menge oder Ausmaß des zurückgehaltenen oder verbliebenen Schnell-Diffusionselements zeigt an, daß ein großes Ausmaß von Kristalldefekten zurückgeblieben ist und, wenn das Schnell-Diffusionselement nur bei einer bestimmten Tiefe vorhanden ist, werden Kristalldefekte örtlich bei dieser Tiefe konzentriert. Es ist gut bekannt, daß die Position der Kristalldefekte durch eine SIMS-Schätzung der Verteilung von F bestimmt wird, und zwar eingeführt durch BF&spplus;-Ionenimplantation (siehe beispielsweise M.C. Ozturk, J.J. Worttman und R.B. Fair, Appl. Phys. Lett., 52(12) 963(1988).

Bei der Amorphisierungstechnologie stellt die Kristallinität nach der Temperung ein vitales Kennzeichen dar und die Positionsbeziehung zwischen den induzierten Kristalldefekten und dem p-n-Übergang ist ebenfalls wichtig. Eine übliche Ionenimplantation verursacht keine Probleme, wie beispielsweise einen erhöhten Leckstrom, da die Fremdstoffionen während der Wärmebehandlung oder Temperung diffundiert werden, was zu einer Trennung eines p-n-Übergangs und der Schicht führt, die durch die Ionenimplantation zer stört wird. Nichtsdestoweniger kann eine Amorphisierung eine Erhöhung des Leckstroms verursachen, da die durch die Amorphisierungs-Ionenimplantation zerstörte Schicht relativ dicht bei dem p-n-Übergang gelegen ist. Die Nach-Temperung- Kristallinität einer amorphisierten Schicht wurde dadurch eingeschätzt, indem der inverse Strom einer p-n-Diode gemessen wurde, die in einer einfachen kreisförmigen oder länglichen Form ausgeführt wurde und eine solche Schätzung führt zu einem Wert von 2 bis 3 x 10¹&sup4; cm&supmin;² als eine optimale Dosis für eine Ge&spplus;-Ionenimplantation für eine Amorphisierung, um den Leckstrom zu minimieren.

Im Falle einer einfachen pn-Diode wie beispielsweise einer n&spplus;p-Diode wird jedoch die Verarmungsschicht nicht im wesentlichen in der zerstörten Schicht ausgebildet, die durch die Amorphisierungs-Ionenimplantation induziert wird, da die n&spplus;-Schicht eine hohe Konzentration aufweist. Dies verursacht eine unrichtige Einschätzung der Kristallinität der zerstörten Schicht, induziert durch die Amorphisierungs-Ionenimplantation.

Um den zuvor erläuterten Nachteil zu beseitigen, wird bei der vorliegenden Erfindung eine gategesteuerte p&spplus;n-Diode verwendet, um die amorphisierte Schicht einzuschätzen. Fig. 3a veranschaulicht schematisch die Anordnung der für diesen Zweck verwendeten Diode. Wenn die Gatespannung VG variiert wird und der entsprechende inverse Strom gemessen wird, wie durch die Fig. 3b(b1) bis 3b(b3) zusammen mit den entsprechenden Fig. 3c(c1) bis 3c(c3) veranschaulicht ist, wird die Verarmungsschicht in die diffundierte Schicht auf der Akkumulationsseite eingeführt, wie in den Fig. 3b(b1) und 3c(c1) gezeigt ist, und demzufolge zeigt die Erhöhung des Leckstroms, wie durch die strichlierte Linie in Fig. 3c angezeigt ist, eine Zunahme der Kristallfehlerstellen in der diffundierten Schicht an und diese ihrerseits eine Erhöhung der Rest-Defektstellen, die durch die Ionenimplantation induziert wurden. Der auf diese Weise gemessene Leckstrom und die Gatespannung haben eine Beziehung, wie dies durch die Fig. 4a und 4b gezeigt ist, woraus ersehen werden kann, daß die herkömmliche vollständige Amorphisierung bei 40 keV mit einer Dosis von 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² (Fig. 4b) zu einem Leckstrom führt, der ca. das dreifache größer ist als derjenige, der beobachtet wird, wenn die Amorphisierung nicht ausgeführt wurde (Fig. 4a).

Eine Querschnittsanalyse mit Hilfe eines Transmissions-Elektronenmikroskops (TEM) stellt eine effektive Maßnahme dar, um die Kristallinität einer kristallinen Struktur einzuschstzen.

Fig. 5a zeigt eine Querschnitts-TEM-Photographie (XTEM), die eine Gate-Endzerstörung eines as-implantierten Siliziumsubstrats zeigt, welches mit Ge&spplus; bei 40 keV mit einer Dosis von 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² implantiert wurde. Der helle Kontrastabschnitt ist die amorphisierte Zone. Es sind kristalline Inseln in der Substratoberfläche zurückgeblieben, und zwar aufgrund der Hochenergieimplantation von Ge&spplus;.

Fig. 5b ist eine XTEM, welche die gleiche Probe nach der Temperung bei 600ºC für 30 Minuten zeigt. Die amorphe Schicht ist durch Rekristallisation beseitigt worden und ein dunkler Kontrastabschnitt ist ein Defekt, wie eine Korngrenze eines polykristallinen Siliziums, und dieser Defekt läßt sich durch Tempern schwer beseitigen.

Fig. 5c ist eine XTEM, welche die gleiche Probe nach der Temperung bei 800ºC für 30 Minuten zeigt. Die kristallinen Defektstellen sind in der gleichen Form zurückgeblieben wie diejenigen, welche in Fig. 5b gezeigt sind. Es kann nämlich der korngrenzenähnliche Defekt selbst dann nicht beseitigt werden, indem man die Temperungstemperatur auf 800ºC erhöht. Ein anderer Kristalldefekt wird ebenfalls bei einer Tiefe von ca. 120 nm ausgebildet, was der Tiefe der Amorph/Kristall-Zwischenschicht entspricht, wodurch angezeigt wird, daß diese Defektstelle ein Amorph/Kristall- Zwischenschichtdefekt ist. Der Mechanismus der Ausbildung dieser korngrenzenähnlichen Defekte ist wie folgt. Bei der amorphen Schicht, die durch Ionenimplantation ausgebildet wurde, ist die Kristallwachstumsrate die höchste in der < 100> -Richtung. Daher ist im Falle einer amorphen Schicht, die an dem Gateende ausgebildet ist, die Festkörperphasen Kristallwachstumsrate in den folgenden äquivalenten drei Richtungen die höchste; der Aufwärtsrichtung von dem Substratkristall, der Abwärtsrichtung von den zurückgebliebenen Kristallinseln auf der anfänglichen Substratoberfläche und die Seitwärtsrichtung von dem Gateende, wie schematisch in Fig. 5d veranschaulicht ist. An Stellen, an denen diese drei Typen von Festkörperphasen-Kristallwachstümern zusammentreffen, kann ein Gitterspalt oder Disorientierung in einfacher Weise ausgebildet werden und das Ausfällen der Fremdstoffe kann ebenfalls einfach auftreten und eine Kombination dieser Erscheinungen verursacht die Ausbildung eines großen Kristalldefekts.

Im Falle von Fig. 5c wirken die kristallinen Inseln, die auf der anfänglichen Oberfläche des Silikonsubstrats zurückgeblieben sind, als Kristallkeim für ein Festkörper phasen-Kristallwachstum, um die Ausbildung eines korngrenzenähnlichen Defekts in einer Tiefe von ca. 50 nm zu verursachen, was vermieden werden kann, indem man die Ge&spplus;-Ionenimplantationsenergie, eine hohe Dosis oder eine Doppelimplantation usw. reduziert. Nichtsdestoweniger kann der Defekt, der an dem Gateende ausgebildet wird, nicht solange vermieden werden, als die Amorphisierung ausgeführt wird.

Fig. 5e ist eine XTEM, die ein Gateende zeigt, bei dem Ge&spplus;-Ionen mit 40 keV und einer Dosis von 5 x 10¹³ cm&supmin;² implantiert wurden, um eine Amorphisierung zu vermeiden und wobei die Temperung bei 600ºC für 30 Minuten durchgeführt wurde. Ein großer Defekt, wie er in Fig. 5b gezeigt ist, wurde nicht gebildet, obwohl starke Flecken in einer Tiefe von ca. 30 bis 50 nm gestreut wurden, was dem mittleren projizierten Bereich (Rp) von Ge&spplus; entspricht. Dies ist hauptsächlich deshalb so, da die Amorphisierung nicht bewirkt wurde.

Selbst wenn eine vollständige Amorphisierung nicht bewirkt wird, wird eine amorphe Zone, gebildet aus einigen zehn bis hunderten von Atomen in dem as-implantierten Substrat durch ein Aufschlagen eines einzelnen Ge&spplus;-Ions auf das Si-Gitter, und zwar in einer mikroskopischen oder Atomgröße. Nichtsdestoweniger fallen in einem Fall, bei dem die Ge&spplus;-Dosis klein ist, die amorphen Zonen nicht aufeinander und es wird eine vollständig amorphisierte Schicht, wie in Fig. Sa gezeigt ist, nicht ausgebildet, das heißt es tritt kein makroskopisches Festkörperphasenwachstum oder das Wachstum einer vollständig amorphisierten Schicht auf. Aus Fig. Se kann ersehen werden, daß das Festkörperphasenwachstum der mikroskopischen amorphen Zonen nicht zu der Ausbildung eines makroskopischen Kristalldefekts führt. Obwohl sowohl das makroskopische Festkörperphasenwachstum als auch das mikroskopische Festkörperphasenwachstum durch den gleichen Mechanismsu verursacht werden, bewirken nichtsdestoweniger die Unterschiede in den Ausfällungen der Fremdstoffe, der Größe der amorphen Phase, der Größe der Defekte usw. den Unterschied in den Defekten, die nach der Temperung vorhanden sind. Daher besteht der Schlüssel zur Verhinderung der Ausbildung von makroskopischen Defekten darin, das makroskopische Festkörperphasenwachstum zu verhindern. Zu diesem Zweck wird in bevorzugter Weise eine Amorphisierung nicht vollstndig bewirkt, sondern stattdessen wird die kristalline Struktur teilweise in einer implantierten Schicht aufrechterhalten. Die teilweise in einer implantierten Schicht beibehaltene kristalline Struktur verhindert das makroskopische Festkörperphasenwachstum.

Um das Ausmaß der zurückgebliebenen Kristalldefekte zu reduzieren und daraus wieder den Leckstrom, ist es effektiv, eine kleine Dosis bei der Ge&spplus;-Ionenimplantation zu verwenden. Fig. 6a zeigt die Eigenschaft einer gategesteuerten Diode, die unter Verwendung einer kleinen Dosis von 5 x 10¹³ cm&supmin;² bei der G&spplus;-Ionenimplantation erzeugt wurde. Die gleiche Eigenschaft wurde wie diejenige beobachtet, die in Fig. 6b (abgeleitet von Fig. 4a) gezeigt ist, wobei die Amorphisierung nicht bewirkt wurde und keine Erhöhung des Leckstroms beobachtet wurde. Es wurden nämliche die Kristalldefekte, die durch die Ionenimplantation hervorgerufen wurden, beseitigt.

Bei einer solch kleinen Dosis oder einer Dosis, die für eine vollständige Amorphisierung unzureichend ist, ist es wichtig, die Mikrokanalbildung zu verhindern. Es wurden Reihen von Experimenten durchgeführt, um diese Frage zu lösen, und zwar gemäß der folgenden Sequenz (i) bis (iii).

Experimentelles Vorgehen

Ein n-Si(100)-Substrat von 10 Ωcm wurde verwendet.

(i) Probe 7.1 Ionen-Vorimplantation*1 nicht bewirkt

Probe 7.2 II Ge&spplus; Ionen-Vorimplantation 40 keV, 1 x 10¹³ cm&supmin;²

Probe 7.3 II Ge&spplus; Ionen-Vorimplantation 40 keV, 2 x 10¹³ cm&supmin;²

Probe 7.4 II Ge&spplus; Ionen-Vorimplantation 40 keV, 5 x 10¹³ cm&supmin;²

Probe 7.5 II Ge&spplus; Ionen-Vorimplantation 40 keV, 2 x 10¹³ cm&supmin;²

(ii) Alle Proben BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantiert gemäß 10 keV 3 x 10¹³ cm&supmin;²

(iii) SIMS*² Messung der Bor-Verteilung entlang der Tiefe

(Hinweis *1: Ionenimplantation vor der gewöhnlichen Ionenimplantation von Fremdstoffen *2: sekundäre Ionen-Massen-Spektroskopie)

Die Bedingung (ii) wurde ausgewählt, so daß eine Selbst-Amorphisierung nicht auftritt. Wesentliche Ergebnisse können nicht erhalten werden, wenn die BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation mit einer hohen Dosis bewirkt wird, die eine Selbst- Amorphisierung bewirkt. Fig. 7 zeigt eine Bor-Verteilung entlang einer Tiefe, die durch die SIMS-Messung erhalten wurde. Bei den Proben 7.1 bis 7.3 wurde eine Tiefenverteilung von Bor beobachtet aufgrund der Mikrokanalbildung, bei den Proben 7.4 und 7.5 haben jedoch die Verteilungen im we sentlichen das gleiche Profil. Dies ist ein Nachweis dafür, daß der gleiche Effekt der Verhinderung der Mikrokanalausbildung erhalten wird durch die Ionenimplantation bei 40 keV mit 5 x 10¹³ cm&supmin;² wie derjenige, der durch eine vollständige Amorphisierung (x = 100%) erhalten wird.

Der gleiche Effekt kann erhalten werden, wenn Si&spplus;- Ionen in einer kleinen Dosis für die Ionen-Vorimplantation verwendet werden. Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Leckstroms von der Ge&spplus;- oder Si&spplus;-Dosis für die Vorimplantation unter variierenden Temperungsbedingungen. Der Leckstrom wird reduziert, wenn die Dosis kleiner ist.

Die gleiche Frage wie im Falle von Ge&spplus; erhebt sich, ob eine kleinere Dosis die Mikrokanalausbildung verhindern kann. Eine Reihe von Experimenten wurden durchgeführt, um diese Frage zu beantworten, und zwar gemäß der folgenden Sequenz (i) bis (iii).

Experimentelles Vorgehen

Ein n-Si(100)-Substrat von 10 Ωcm wurde verwendet.

(i) Probe 9.1 Ionen-Vorimplantation*1 nicht bewirkt

Probe 9.2 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 5 x 10¹³ cm&supmin;²

Probe 9.3 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 9.4 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 4 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 9.5 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 8 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 9.6 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 2 x 10¹&sup5; cm&supmin;²

(ii) Alle Proben BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantiert gemäß 15 keV, 3 x 10¹³ cm&supmin;²

(iii) Es wurde eine SIMS-Messung der Bor-Verteilung entlang der Tiefe durchgefuhrt

(Hinweis *1: Ionenimplantation vor der gewöhnlichen Ionenimplantation von Fremdstoffen)

Fig. 9 zeigt eine Bor-Verteilung entlang einer Tiefe, die durch die SIMS-Messung erhalten wurde. Die Ordinantenachse gibt die Signalintensität für Bor an, was der Borkonzentration entspricht, und die Abszisse der Zerstäubungszeit, die der Tiefe von dem Si-Substrat entspricht.

Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, hat die Probe 9.1 eine Tiefenverteilung von Bor aufgrund der Mikrokanalwirkung. Bei der Probe 9.2, bei der die Siliziumdosis niedrig war, wurde die Mikrokanalbildung nicht ausreichend verhindert. Nichtsdestoweniger wurde bei der Probe 9.3 die Mikrokanalbildung unterdrückt, und zwar im wesentlichen auf das gleiche Ausmaß wie bei den Proben 9.4 bis 9.6, die mit Silizium bei einer hohen Dosis implantiert wurden. Es stellte sich nämlich heraus, daß im wesentlichen der gleiche Effekt der Verhinderung der Mikrokanalbildung durch eine kleinere Si&spplus;- Ionendosis erhalten werden kann, bewirkt bei 40 keV und 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² wie derjenige, der bei einer vollständigen Amorphisierung (x = 100%) erhalten wird.

RBs wurde dazu verwendet, um die Dosis zu bestimmen, die ausreichend für eine Amorphisierung ist, wobei Informationen hinsichtlich der Silizium-Gitterstellen aus dem Kanalbildungsverhalten erhalten werden, und zwar von hochenergetischen Heliumionen, um zu bestimmen, ob eine vollständige Amorphisierung erfolgt ist oder nicht. Das vorhergehende Ergebnis der Probe 1.3, welches in Fig. 1 gezeigt ist, gibt an, daß eine große Menge von Atomen an den Stellen positioniert werden, wo eine Kernstreuung auftritt, selbst wenn hochenergetische Heliumionen in Kanalisierungsrichtung eingeführt werden. Daher werden bei dem Beispiel 1.4 45,2% der Siliziumatome als einen Beitrag zur Kernstreuung der Heliumionen liefernd betrachtet. Unter dieser Bedingung, das heißt, wenn die BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation ausgeführt worden war, bei 15 keV und 3 x 10¹³ cm&supmin;² nachdem Ge&spplus;-Ionen bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;² implantiert worden waren, ergibt sich aus Fig. 7, daß eine Mikrokanalbildung der implantierten Borionen (B&spplus;) nicht auftritt. Dies bedeutet, daß eine Disorientierung des Kristallgitters, die erforderlich ist, um die Mikrokanalbildung bei einer solch niedrigen Energie von B&spplus;-Ionen zu verhindern (in diesem Fall etwa 3 keV), verschieden ist von der Amorphisierung, die erforderlich ist, um eine Kanalbildung der Heliumionen zu verhindern.

Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Wahrscheinlichkeit der Streuung der Ionen durch Atome in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Ionenmasse, der Ionenenergie und dem Typ des Ziels usw. variiert. Fig. 10 zeigt die Kern-Anhalteleistung von Helium-, Bor-, Phosphor- oder Arsenionen, das heißt, den Energieverlust aufgrund der Kernstreuung, wenn sich die Ionen durch den Siliziumgegenstand bewegen, und zwar über eine Einheitsstrecke. Die MeV-Grad Heliumionen, die bei RBS verwendet werden, haben eine nukleare Anhalteleistung, die stark verschieden ist von derjenigen der mehreren keV B&spplus;- Ionen, die bei der BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation verwendet werden; wobei letztere größer ist als erstere. Die energiereichen Heliumionen können nur mit Schwierigkeit in einem so großen Winkel gestreut werden, daß die Kanalbildung vervollständigt wird und es sind daher mehr Siliziumatome nicht an den regulären Kristallgitterstellen erforderlich, um die Kanalbildung von Heliumionen zu unterdrücken als dafür erforderlich sind, um die Kanalbildung von niedrigenergetischen B&spplus;- Ionen zu unterdrücken.

Die Siliziumatome an irregulären Stellen werden durch Ionen-Vorimplantation gebildet. Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Menge an Siliziumatomen an irregulären Stellen, die erforderlich ist, um die Bor-Mikrokanalbildung in dem Falle von BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation zu verhindern, die durch den x-Wert, gemessen durch RBS, definiert ist, nicht notwendigerweise 100% sein muß, wie dies in herkömmlicher Weise erforderlich ist. Dies trifft auch für Ionen zu mit einer Masse, die schwerer ist als diejenige von Bor.

Die Tabelle 2 zeigt Siliziumionendosen und die entsprechenden x-Werte. Die Siliziumdosis gemäß 40 keV und 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² Ionenimplantation verhindert im wesentlichen die Bor-Kanalbildung, wie aus Fig. 9 ersehen werden kann. In diesem Fall liegt der x-Wert bei 32,3% und eine Ionen-Vorimplantation braucht nicht bewirkt zu werden bis zu einem Ausmaß derart, daß der x-Wert gleich 100% wird, wie bei der herkömmlichen Amorphisierung.

Tabelle 2

Die Mikrokanalbildung wird bis zu einem Ausmaß unterdrückt, derart, daß ein pn-Übergang mit einem niedrigen Leckstrom ausgebildet werden kann, und zwar durch eine Ionen-Vorimplantation bei einer kleinen Dosis so niedrig wie beispielsweise 30% derjenigen für eine Amorphisierung, wenn eine RBS-Messung zugrundegelegt wird.

Es wurde auch die Bor-Diffusion aufgrund der Temperung durch SIMS studiert. Fig. 11 zeigt die Bor-Verteilung vor und nach der Temperung, wobei eine Ge&spplus;-Ionenimplantation bei 40 keV und 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² bewirkt oder nicht bewirkt wurde und dann eine BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation bei 10 keV mit 3 x 10¹³ cm&supmin;² durchgeführt wurde. Die ausgezogenen Linien geben die as-Ionenimplantationsverteilung wieder; in Form einer dünnen Linie für den Fall, bei dem die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation nicht bewirkt wurde, und in Form einer dicken Linie für den Fall, bei dem die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bewirkt wurde. Bei den as-Implantationsbedingungen wird die Mikrokanalbildung unterdrückt und es wird eine flache Verteilung von Bor erhalten, wenn die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bewirkt worden ist.

Die unterbrochenen Linien geben die Bor-Verteilungen nach der Temperung bei 800ºC für 30 Minuten wieder; in Form einer dünnen Line für den Fall, bei dem die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation nicht bewirkt wurde, und in Form einer dicken Linie für den Fall, bei dem die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bewirkt wurde. Wenn die Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bewirkt wurde, wurde die Bor-Verteilung nach der Temperung tief, obwohl sie bei der as-Implantationsbedingung seicht war. Es wird angenommen, daß sich dies auf eine abnormale Diffusion zurückführen läßt, die durch den Einfluß einer amorphen Schicht verursacht wird, die durch die Ge&spplus;-Ionenimplantation induziert wurde.

Ein Studium einer solchen abnormalen Diffusion aufgrund der 800ºC-Wärmebehandlung, wie in Fig. 11 gezeigt ist, wurde durchgeführt.

Fig. 12 zeigt die SIMS-Messungen der Bor-Verteilung für den Fall, bei dem eine Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bewirkt wurde, und zwar bei 40 keV mit 5 x 10¹³ cm&supmin;², gefolgt von einer BF&sub2;+-Ionenimplantation bei 10 keV mit 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;² und es wurde dann eine Temperung durchgeführt bei verschiedenen Temperaturen von 800, 700 und 600ºC. Wenn die Temperung bei 800ºC durchgeführt wurde, konnte eine abnorme Diffusion beobachtet werden, und zwar bei einer Bor-Konzentration von ca. 10¹&sup8; cm&supmin;³ oder niedriger, obwohl eine solche abnorme Diffusion nicht auftrat, wenn die Temperung bei 700 oder 600ºC durchgeführt wurde. Dies bedeutet, daß die abnorme Diffusion aufgrund der 800ºC-Wärmebehandlung unterdrückt werden kann, indem die Temperungstemperatur abgesenkt wird.

Fig. 13 zeigt die SIMS-Messungen der Verteilung von Fluorin für den Fall, bei dem eine Ge-Ionen-Vorimplantation durchgeführt wurde, und zwar bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;² gefolgt von einer BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation bei 4 keV und 3 x 10¹&sup5; cm&supmin;² und es wurde dann die Temperung bei verschiedenen Temperaturen von 800, 700 und 600ºC durchgeführt. Wie zuvor beschrieben wurde, ist Fluor örtlich konzentriert an solchen Zonen, in denen Kristalldefekte vorhanden sind. Wie aus Fig. 13 ersehen werden kann, verteilt sich Fluor, wenn die Temperung bei 600ºC durchgeführt wird, über einen weiten Bereich der diffundierten Schicht, um anzuzeigen, daß eine große Menge an Kristalldefekten in der diffundierten Schicht vorhanden ist, wenn jedoch die Temperung bei 700ºC durchgeführt wurde, so wird, obwohl Fluor in der Nähe der Oberfläche zurückgehalten wird, kein Fluor in der Tiefe von 100 nm zurückgehalten, in der der Übergang ausgebildet ist. Es wird nämlich die Kristallinität in der Zone von und um den pn-Übergang herum wieder hergestellt, was zu dem Leckstrom beiträgt. Wenn die Temperung bei 800ºC ausgeführt wurde, hat sich das Fluor offensichtlich zum größten Teil nach außen diffundiert und hat sich nicht örtlich konzentriert, so daß eine gute Kristallinität erhalten wurde.

Nichtsdestoweniger verursacht die 800ºC-Temperung eine abnormale Diffusion, die zu einer Schwierigkeit bei der Ausbildung eines seichten Übergangs führt, wie bereits beschrieben wurde.

Dann, wenn Ge&spplus;-Ionen mit einer Dosis implantiert werden, die kleiner ist als diejenige zum Erreichen einer vollständigen Amorphisierung, verhindert die Temperung bei einer Temperatur niedriger als 800ºC und höher als 600ºC die abnorme Diffusion von Bor und schafft eine gute Kristallinität

Bei dem zuvor erläuterten Experiment wurde die Wärmebehandlung zur Ausführung der Temperung für 30 Minuten durchgeführt. Allgemein kann die Diffusionsstrecke ausgedrückt werden als 2(Dt)(l/²), wobei der Abstand von der Temperungszeit lediglich in Form einer Funktion von hoch 1/2 abhängt und nicht merklich durch die Zeit beeinflußt wird. Im Gegensatz dazu beeinflußt die Temperungstemperatur merklich die Diffusionsstrecke, da diese den Diffusionskoeffizienten in Form einer Exponentialfunktion beeinflußt, ausgedrückt durch D = D&sub0;exp(-E&sub0;/kT), worin E&sub0; eine Aktivierungsenergie ist. In Fig. 12 wird die Diffusionsstrecke ca. um das zweifache größer, wenn die Temperungstemperatur von 700ºC auf 800ºC erhöht wird. Es wird daher als vorteilhaft betrachtet, eine niedrigere Temperungstemperatur zu verwenden, selbst wenn eine vierfach längere Temperungszeit erforderlich ist. Auch kann die Temperungszeit auf ca. 10 Minuten in Einklang mit der Temperatursteuerbarkeit eines zu verwendenden Temperungsgerätes reduziert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine seichte diffundierte Schicht frei von Kristalldefekten durch eine Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bei einem Siliziumhalbleiter bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;² erhalten, was ebenso klein ist wie 1/4 von demjenigen, welches bei der herkömmlichen Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation erforderlich ist. Dies ermöglicht die Herstellung einer Vorrichtung mit einem minimierten Leckstrom bei reduzierten Kosten für die Ionen-Vorimplantation.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine seichte diffundierte Schicht frei von Kristalldefekten durch eine Si&spplus;-Ionen-Vorimplantation bei einem Siliziumhalbleiter bei 40 keV und 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² erhalten, was ebenso klein ist wie 1/10 von demjenigen, was bei der herkömmlichen Si&spplus;-Ionen-Vorimplantation erforderlich ist. Dies ermöglicht auch die Herstellung einer Vorrichtung mit einem minimierten Leckstrom bei reduzierten Kosten für die Ionen-Vorimplantation.

Eine Temperung bei einer Temperatur höher als 600ºC und niedriger als 800ºC führt zu einem pn-Übergang, bei dem eine abnorme Diffusion unterdrückt ist und eine gute Kristallinität sichergestellt ist.

Bei einem Prozeßbeispiel zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde zur Ausbildung der Source/Drain-Zone eines PMOS beispielsweise eine Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation durchgeführt bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;² vor einer BF&sub2; -Ionenimplantation bei 4 keV und 2 x 10¹&sup5; cm&supmin;². Dies führt zu einem MOSFET mit einer guten Kennlinie, bei dem ein kurzer Kanaleffekt reduziert ist, und zwar im Vergleich mit demjenigen eines MOSFET's, der ohne Ionen-Vorimplantation hergestellt wurde. Die oben erwähnte BF&sub2; -Implantationsbedingung von 4 keV und 2 x 10¹&sup5; cm&supmin;² kann zufällig verändert werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung für andere Ionen bei verschiedenen Dosierungen und Energien effektiv, speziell in einem Niedrigenergiebereich.

Bei der Ausbildung der Basis eines Bipolartransistors führte eine Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;², wenn diese vor einer BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation bei 15 keV und 3 x 10¹³ cm&supmin;² bewirkt wurde, zu einem seichten Übergang und einer verbesserten Kennlinie.

Beisipiel 2

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine disorientierte Schicht bis zu einer Tiefe ausgebildet, größer als eine vorherbestimmte Tiefe für eine Implantation eines Fremdstoffions. Die Ausbildung einer disorientierten Schicht mit einer solchen Tiefe stellt sicher, daß die Fremdstoffionen lediglich innerhalb der disorientierten Schicht implantiert werden und es wird dadurch effektiv eine erhöhte Diffusion von Fremdstoffen verhindert, was speziell im Falle einer niedrigen Temperatur-Langzeit-Temperung der Fall ist.

Allgemein werden die Kristalldefekte in einem Halbleiterkristall, die durch eine Ionenimplantation induziert wurden, in drei Typen klassifiziert, und zwar wie folgt:

(1) Ein Defekt in der Oberflächenzone eines Halbleiters.

(2) Ein Defekt an der Zwischenschicht zwischen einer amorphen Zone und einer kristallinen Zone.

(3) Ein Defekt in einer rekristallierten Zone.

Unter diesen Defekten ist der Defekt an der amorphen Zone/Kristall-Zwischenschicht (ac-Zwischenschicht) gemäß (2) sehr bedeutsam. Der Defekt in der Halbleiteroberflächenzone, wenn dieser zurückgeblieben ist, beeinflußt nicht merklich einen pn-Übergang, der an einer Stelle ca. 100 nm tief von der Oberfläche ausgebildet ist. Die Ausbildung des Defektes in einer rekristallisierten Zone gemäß (3) kann dadurch vermieden werden, indem man eine Ge&spplus;-Ionenimplantation oder eine Si&spplus;-Ionenimplantation bei einer niedrigen Dosis verwendet.

Ein Hochtemperatur- und/oder Langzeittempern nach einer Fremdstoff-Ionenimplantation kann das Defektausmaß reduzieren, verursacht jedoch eine Diffusion der Fremdstoffe, was nachteilig für die Ausbildung einer seichten Diffusionsschicht ist.

Es ist bekannt, daß dann, wenn beispielsweise eine Niedrigtemperatur- und Langzeittemperung ausgeführt wird, eine große Menge an Lücken oder offenen Stellen in einer rekristallisierten Zone vorhanden sind und die Ausbildung von Siliziumatomen an irregulären Stellen verhindert, jedoch in der Zone unterhalb der rekristallisierten Zone eine große Anzahl von Siliziumatomen an irregulären Stellen entstehen, um eine erhöhte Diffusion von Fremdstoffen, wie beispielsweise Bor, zu induzieren. Die verstärkte oder erhöhte Diffusion ist ebenso nachteilig hinsichtlich der Ausbildung einer seichten Diffusionsschicht und wird soweit wie möglich in bevorzugter Weise verhindert.

Um die erhöhte Diffusion zu verhindern, wurde in herkömmlicher Weise vorgeschlagen, daß ein Fremdstoffion implantiert wird, so daß es innerhalb einer amorphisierten Zone verbleibt. Bei diesem Verfahren wird jedoch der zuvor erläuterte Defekt bei einer a/c-Zwischenschicht des Typs (2) zwangsläufig zurückbehalten, und zwar in der Nähe eines pn-Übergangs, um einen Leckstrom zu verursachen, und es kann eine gute Übergangsschicht im wesentlichen nicht ausgebildet werden.

Um den Leckstrom zu reduzieren, ist es wirksam, die Dosis der Vorimplantation auf ein Ausmaß zu reduzieren, so daß dem verbliebenen Defekt an der a/c-Zwischenschicht entgegengewirkt wird. Bei einer disorientierten Zone, die durch eine solch niedrige Dosis induziert wurde, werden jedoch Siliziumatome an irregulgären Plätzen oder Stellen ausgebildet, und zwar nach der Temperung, um eine erhöhte Diffusion von Fremdstoffen zu bewirken.

Selbst bei einer reduzierten Dosis werden noch Siliziumatome an irregulären Stellen gebildet und bewirken eine erhöhte Diffusion, die es unmöglich macht, einen seichten Übergang auszubilden.

Es werden Siliziumatome an irregulären Stellen bei tieferen Stellen ausgebildet als der Zone, die durch die Vorimplantation zerstört wurde, um dadurch die erhöhte Diffusion zu bewirken.

Dies bedeutet, daß lediglich eine Steuerung der Dosis der Ionen-Vorimplantation unzureichend ist, um im wesentlichen den Defekt an der disorientierten Zone/Kristall-Zwischenschicht zu beseitigen und die verstärkte Diffusion zu verhindern, so daß eine seichte Diffusionsschicht ausgebildet wird.

Dieses Problem bei einer Niedrigtemperatur- und Langzeittemperung wird gelöst durch die Ausführung einer Ionen- Vorimplantation, so daß eine disorientierte Zone eine Tiefe besitzt, die größer ist als diejenige einer vorbestimmten Tiefe von Implantationsfremdstoffionen. Dies stellt sicher, daß eine Fremdstoffionenbestrahlung auf die disorientierte Zone ausgeführt wird, so daß die Fremdstoffionen lediglich in die disorientierte Zone eingeführt werden.

Die Ionen-Vorimplantationsbedingung zur Ausbildung einer disorientierten Zone mit einer solchen Tiefe wird durch ein vorläufiges Experiment gemäß einer Sequenz bestimmt, und zwar in der folgenden Weise:

Experimentelles Vorgehen

Es wurde ein n-Si(100)-Substrat von 10 Ωcm verwendet.

(i) Probe 1 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 4,0 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 2 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 3,3 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 3 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 3,0 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

Probe 4 Ionen-Vorimplantation Si&spplus; 40 keV, 2,3 x 10¹&sup4; cm&supmin;²

(ii) Alle Proben sind einer Fremdstoff-Ionenimplantation unterzogen gemäß BF&sub2; bei 10 keV, 3 x 10¹³ cm&supmin;²

(iii) Temperung bei 800ºC, 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre

(iv) SIMS-Messung der Bor-Verteilung entlang der Tiefe.

Fig. 14 zeigt die as-implantierte Bor-Verteilung entlang der Tiefe vor der Temperung. Die Proben 1 bis 4 zeigten im wesentlichen die gleiche Verteilung von Bor, wie durch die einzelne Kurve LP wiedergegeben ist. Zum Vergleich zeigt die Kurve LO eine andere as-implantierte Bor- Verteilung entlang einer Tiefe, die erhalten wird, wenn die Vorimplantation von Si&spplus;-Ionen nicht ausgeführt worden war, jedoch die BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation einfach ausgeführt worden war. Die as-Implantationstiefe betrug ca. 100 nm, wenn die Vorimplantation nicht ausgeführt worden war und wurde auf ca. 50 nm oder auf die Hälfte des ersteren Wertes unterdrückt, was zeigt, daß die Mikrokanalbildung verhindert wurde, und zwar für jede Bedingung der Vorimplantation. Fig. 15 zeigt die Bor-Verteilung entlang der Tiefe nach der Temperung. Die Kurve AO entspricht der oben erwähnten Vergleichsprobe, die keiner Ionen-Vorimplantation vor der BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation unterworfen wurde und die Kurven A1 bis A4 entsprechen jeweils den Proben 1 bis 4. Die erhöhte Diffusion wird nicht wesentlich durch eine Vorimplantationsdosis verhindert, wie sie bei dem Beispiel 4 (2,3 x 10¹&sup4; cm&supmin;²) verwendet wurde. Die verstärkte Diffusion wird offensichtlich verhindert, wenn die Ionen-Vorimplantation mit einer Dosis ausgeführt wird, die vergleichbar ist mit oder größer ist als diejenige, die bei dem Beispiel bzw. Probe 3 (3,0 x 10¹&sup4; cm&supmin;²) verwendet wurde. Eine Ionen- Vorimplantation mit dieser Dosis ermöglicht es, eine Fremdstoffdiffusionsschicht auszubilden, die eine wesentliche Tiefe von ca. 200 nm oder weniger hat.

Es ist bekannt, daß die Dosis bei der Si&spplus;-Ionen-Vorimplantation und die erhaltene Tiefe der disorientierten Zone eine Beziehung haben, wie in Fig. 16 gezeigt ist und wie in M. Kase et al., Appl. Phys. Lett., 56(13) 1231(1990), be richtet wird. Es läßt sich aus Fig. 16 ersehen, daß die disorientierte Zonentiefe für eine Si&spplus;-Ionenimplantationsenergie von 40 keV ca. 35 nm beträgt, und zwar für eine Dosis von 2 x 10¹&sup4; cm&supmin;² (Bedingung B) und ca. 50 nm für eine Dosis von 4 x 10¹&sup4; cm&supmin;² (Bedingung C) beträgt.

Es kann aus dem Vergleich zwischen den Ergebnissen der Fig. 15 und 16 verstanden werden, daß die wesentliche Bor- Implantationstiefe innerhalb der disorientierten Zone fällt, und zwar unter den Ionen-Vorimplantationsbedingungen der Proben 1, 2 und 3.

Die Bedingung der Ionen-Vorimplantation sollte auch so festgelegt werden, unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Defekte, die nach der Temperung zurückbleiben. Die zurückgebliebenen Defekte können durch die Fluorin-Verteilung geschätzt werden, wie bereits beschrieben wurde. Fig. 17 zeigt eine Fluorin-Verteilung nach einer Temperung bei 800ºC für 30 Minuten bei verschiedenen Dosen der Si&spplus;-Ionen- Vorimplantation, wobei fünf Werte der Dosen umfaßt sind, inklusive solcher für die Beispiel oder Proben 1 bis 4.

Bei der Probe 1 wurde bei einer Dosis von 4 x 10¹&sup4; cm&supmin;² eine große Menge an Defekten beobachtet.

Die Defektmenge wird merklich reduziert und es werden Defekte lediglich an der disorientierten Zone/Kristall-Zwischenschicht zurückbehalten, wenn die Dosis auf diejenige des Beispiel oder Probe 2 (3,3 x 10¹&sup4; cm&supmin;²) reduziert wird. Diese disorientierte Zone/Kristall-Zwischenschicht ist in einer Tiefe von ca. 50 nm gelegen, was beabstandet von der Tiefe gemäß 100 nm ist, in der ein pn-Übergang ausgebildet ist, und es kann somit ein guter Übergang frei von einem Leckstrom ausgebildet werden.

Bei der Probe 3, bei der die Dosis weiter reduziert wurde, und zwar auf 3,0 x 10¹&sup4; cm&supmin;² wurden im wesentlichen keine Defekte beobachtet und es wurde eine gute Kristallinität erhalten. Dies bedeutet, daß unter diesen Temperungsbedingungen die zurückgebliebenen Defekte vollständig beseitigt werden können, indem die Dosis bei der Si&spplus;-Ionen- Vorimplantation auf 3,0 x 10¹&sup4; cm&supmin;² oder weniger reduziert wird. Betrachtet man eine wahrscheinliche Verbesserung, die erwartet werden kann, wenn man die Temperungsbedingung variiert, so können die Ionen-Vorimplantationsbedingungen oder Dosen der Proben 2 und 3, wie zugelassen, angepaßt werden, und zwar vom Gesichtspunkt der zurückbleibenden Defektstellen.

In einem strikteren Sinn nimmt das Ausmaß der Disorientierung in einer disorientierten Zone von der Oberfläche zu einer bestimmten Tiefe hin zu und nimmt in einem tieferen Bereich ab. Die Ausmaß der Disorientierung (x%), die bei den oben erläuterten Experimenten erhalten wurden, sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Das Ausmaß der Disorientierung bei den Proben 2 und 3 reicht von 30 bis 50%. Die verstärkte Diffusion während einer Niedrigtemperatur- und Langzeittemperung wird effektiv dadurch unterdrückt, indem eine disorientierte Zone mit eine Grad der Disorientierung, der im wesentlichen innerhalb dieses Bereiches liegt, ausgebildet wird.

In der Tabelle 3 sind die x-Werte als ein numerischer Bereich ausgedrückt, da in die Daten unvermeidbar eingehen: die Verteilung entlang einer Tiefe, wie zuvor erwähnt wurde, ein Temperungseffekt eines Ionenstrahls für die Implantation und Schwankungen von Lauf zu Lauf inklusive der Implantationstemperatur usw.

Das Grundprinzip dieser Ausführungsform führt zu einem Vorteil dahingehend, daß je seichter die Diffusionsschicht ist, je höher der Effekt ist. Wenn nämlich eine seichte Implantation von Fremdstoffen, wie beispielsweise Bor, auszuführen ist, um eine seichte Diffusionsschicht zu bilden, kann eine disorientierte Zone, die in ausreichender Weise eine solche geringe oder seichte Tiefe der Fremdstoffimplantation überdeckt, durch eine Ionen-Vorimplantation mit einer geringen Dosis ausgebildet werden, derart, daß keine Defektstellen nach der Temperung zurückbehalten werden und dadurch die verstärkte Diffusion einfacher unterdrückt wird.

Die Ionen-Vorimplantation zur Ausbildung einer disorientierten Zone kann wesentlich durch eine Ionenbestrahlung bei einer niedrigen Dosis beeinflußt werden.

Die Ionen für die Vorimplantation nach der vorliegenden Erfindung sind nicht notwendigerweise auf Siliziumionen und Germaniumionen beschränkt, sondern können solche Ionen umfassen, die elektrisch nicht in einem Halbleitersubstrat aktiviert sind, wie beispielsweise Fluorinionen, Kohlenstoff ionen usw.

Bei einem Prozeß zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um die Source/Drain-Zone eines PMOS beispielsweise herzustellen, wird eine Ge&spplus;-Ionen-Vorimplantation bei 40 keV und 5 x 10¹³ cm&supmin;² vor einer BF&sub2;&spplus;-Ionenimplantation mit 4 keV und 2 x 10¹&sup5; cm&supmin;² durchgeführt. Dies führt zu einem MOSFET mit einer guten Kennlinie, bei dem ein kurzer Kanaleffekt im Vergleich mit demjenigen eines MOSFET's reduziert ist, der ohne die Ionen-Vorimplantation hergestellt wurde. Die oben erwähnte BF&sub2; -Implantationsbedingung von 4 keV und 2 x 10¹&sup5; cm&supmin;² kann fallabhängig variiert werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch bei anderen Ionen bei unterschiedlichen Dosierungen und Energien, speziell in einem niedrigen Energiebereich wirksam.

Wie beschrieben wurde, schafft die vorliegende Erfindung einen Prozeß zur Erzeugung einer Halbleitervorrichtung mit einer seichten Diffusionsschicht, indem das Zurückbleiben von Kristalldefekten verhindert wird, die durch Ionenimplantation induziert werden und wobei die Mikrokanalbildung unterdrückt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert noch vorteilhafter das Zurückbleiben von Kristalldefekten, indem eine disorientierte Zone mit einer Tiefe ausgebildet wird, die größer ist als diejenige einer vorbestimmten Implantation eines Fremdstoffes und diese verhindert somit eine verstärkte Diffusion während einer Niedrigtemperatur- und Langzeittemperung.


Anspruch[de]

1. Prozeß zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem Ionen eines vorbestimmten elektroleitfähigen Typs in ein Halbleitersubstrat implantiert werden, wobei der Prozeß die folgenden Schritte umfaßt:

vor der Implantation eines vorbestimmten Ions vom elektroleitfähigen Typ wird ein Ion implantiert, welches von dem Ion vom elektroleitfähigen Typ verschieden ist, und zwar in das Halbleitersubstrat, welches eine kristalline Struktur hat, um eine disorientierte Zone auszubilden, und es wird das Ion von dem vorbestimmten elektroleitfähigen Typ in diese disorientierte Zone implantiert;

dadurch qekennzeichnet, daß die Implantation der Ionen, welche von dem elektroleitfähigen Typ verschieden sind, eine disorientierte Zone ausbildet, die einen solchen Grad der Fehlorientierung hat, daß eine Mikrokanalbildung der später implantierten Ionen vom elektroleitfähigen Typ nicht merklich auftritt, und derart, daß die disorientierte Zone die Bestandteilelemente des Halbleiters enthält, die sich nicht an den regulären Gitterstellen der kristallinen Struktur befinden, und zwar in einer Konzentration von mehr als 17% und weniger als 100%.

2. Prozeß nach Anspruch 1, bei dem die Ionen, die von den Ionen des vorbestimmten elektroleitfähigen Typs verschieden sind, elektrisch inaktiv sind.

3. Prozeß nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die disorien tierte Zone die Bestandteilelemente des Halbleiters, die sich nicht an den regulären Gitterstellen der kristallinen Struktur befinden, in einer solchen Konzentration enthält, daß die Mikrokanalbildung des letzteren implantierten Fremdstoffes nicht in wesentlicher Form auftritt, während die disorientierte Zone teilweise kristallin verbleibt.

4. Prozeß nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die disorientierte Zone derart ausgebildet wird, daß die disorientierte Zone eine Tiefe aufweist, die größer ist als diejenige, bis zu der die Ionen des vorbestimmten elektroleitfähigen Typs oder Fremdstoffes zu implantieren sind.

5. Prozeß nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Konzentration der Bestandteilelemente, die sich nicht an den regulären Gitterstellen befinden, 30 bis 50% beträgt.

6. Prozeß nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Silizium als Halbleitersubstrat verwendet wird.

7. Prozeß nach Anspruch 6, bei dem die Ionen des elektroleitfähigen Typs oder Fremdstoffes ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus Phosphorionen, Arsenionen, Borionen, Antimonionen und Ionen, welche irgendwelche dieser Elemente enthalten.

8. Prozeß nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Ionenimplantation vor der Implantation der Ionen eines elektroleitfähigen Typs oder Fremdstoffes durch eine Implantation von Germaniumionen mit einer Dosis von mehr als 2 x 10¹³ cm&supmin;² durchgeführt wird oder durch eine Implantation von Si liziumionen mit einer Dosis von mehr als 5 x 10¹³ cm&supmin;² durchgeführt wird.

9. Prozeß nach Anspruch 8, bei dem nach der Vervollständigung der Implantation von Germaniumionen oder Siliziumionen eine Implantation von BF&sub2;&spplus;-Ionen bei einer Energie von 15 keV oder weniger oder einer Implantation von Borionen mit einer Energie von 3 keV oder weniger durchgeführt wird.

10. Prozeß nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach der Vervollständigung der Implantation der Ionen des elektroleitfähigen Typs oder Fremdstoffes das Halbleitersubstrat bei einer Temperatur von weniger als 800ºC wärmebehandelt bzw. getempert wird.

11. Prozeß nach Anspruch 10, bei dem die Temperatur der Temperung höher ist als 600ºC.

12. Prozeß nach Anspruch 10 oder 11, bei dem Temperung für eine Zeit von 10 Minuten bis 2 Stunden durchgeführt wird.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com