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Dokumentenidentifikation DE69316677T2 30.07.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0581369
Titel Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit durch Implantation mit einer Kohlenstoff-Halogenverbindung erhaltenem Heteroübergang
Anmelder Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder Oostra, Doeke Jolt, c/o INT. OCTROOIBUREAU B.V., NL-5656 AA Eindhoven, NL;
Ottenheim, Jozef J.M., c/o INT. OCTROOIBUREAU B.V., NL-5656 AA Eindhoven, NL;
Politiek, Jarig, c/o INT. OCTROOIBUREAU B.V., NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Hartmann, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 22335 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69316677
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.07.1993
EP-Aktenzeichen 932021249
EP-Offenlegungsdatum 02.02.1994
EP date of grant 28.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.07.1998
IPC-Hauptklasse H01L 21/265
IPC-Nebenklasse H01L 21/331   H01L 29/73   H01L 29/732   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Haibleiteranordnung, wobei in einem Siliciumhalbleiterkörper eine an eine Oberfläche grenzende Oberflächenzone gebildet wird, indem örtlich Kohlenstoff- und Dotierungsatome verschafft werden, wobei die Kohlenstoffatome durch Implantation verschafft werden.

Ein solches Verfahren ist zum Herstellen einer Oberflächenzone geeignet, deren Material nach der Implantation mit den Kohlenstoffatomen einen größeren Bandabstand hat als das Silicium des Halbleiterkörpers. Die Oberflächenzone kann beispielsweise als Emittergebiet in einem Hetero-Bipolartransistor (HBT) oder als Barriere in einem "tunnelling hot electron"-Transistor verwendet werden. Die Dotierungsatome dienen dazu, den Leitungstyp der Oberflächenzone festzulegen. Dem Material der Oberflächenzone wird ein bestimmter Leitungstyp, p oder n, gegeben, indem in üblicher Weise durch Diffusion oder Implantation vor oder nach der Implantation Dotierungsatome des Kohlenstoffs eingebracht werden. Wenn das Material des Halbleiterkörpers jetzt einen entgegengesetzten Leitungstyp hat, wird ein Hetero-pn-Übergang zwischen der Oberflächenzone und dem Halbleiterkörper erzeugt. Ein solcher Übergang kann beispielsweise als Emitter-Basis-Übergang eines HBT fungieren. Mit einem solchen Heteroübergang versehene Transistoren sind schnell und sehr leistungsstark.

US-Patent Nr.4.559.696 beschreibt ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, bei dem die Oberflächenzone durch Implantation mit Arsen- und Kohlenstoffionen bei einer Energie von ungefähr 100 keV in einer Dosis von ungefähr 4 10¹&sup6;/cm² gebildet wird. Es wird dann eine Oberflächenzone aus n-Material mit einem größeren Bandabstand als Silicium erzeugt. Die Oberflächenzone wirkt als Emitter eines HBT.

EP-A-390522 beschreibt ein Verfahren, bei dem Kohlenstoff in einer epitaktischen Si-Schicht ionenimplantiert wird, gefolgt von Ausheilen und einem Schritt zur Implantation von Phosphorionen. Die implantierte epitaktische Siliciumschicht wirkt als Emitter eines HBT.

Wenn ein Transistor mit einem Heteroübergang mit dem bekannten Verfahren hergestellt wird, zeigt sich in der Praxis, daß nach der Kohlenstoffimplantation Wärmebehandlungen notwendig sind, um im Basis-Emitter-Übergang oder im Basisgebiet entstandene Schäden auszuheilen oder um die Dotierungsatome zu aktivieren oder zu diffundieren. Nach einer solchen Wärmebehandlung bleibt jedoch eine Anzahl von Rekombinationszentren in der Oberflächenzone zurück, was die Leistungsstärke und die Schaltgeschwindigkeit des Heterotransistors nachteilig beeinflußt. Weiterhin hat sich gezeigt, daß in der Praxis bei Wärmebehandlungen oberhalb ungefähr 800 ºC die eingebrachten Dotierungsatome aus der Oberflächenzone diffundieren, so daß eine mit Kohlenstoff implantierte Zone und eine mit den Dotierungsatomen implantierte Zone nicht zusammenfallen. So kann es infolge der Diffusion von Dotierungsatomen aus der Oberflächenzone vorkommen, daß beispielsweise ein Übergang zwischen der Oberflächenzone mit größerem Bandabstand und dem Halbleiterkörper mit kleinerem Bandabstand nicht mit einem Übergang zwischen n- und p-Material zusammenfällt. Statt eines Heteroübergangs würde dann im Fall eines Emitter-Basis-Übergangs eines HBT ein normaler pn-Übergang erzeugt. Es hat sich in der Praxis auch als schwierig erwiesen, mit Kohlenstoffatomen eine verhältnismäßig flache Oberflächenzone zu implantieren, weil Kohlenstoffatome wegen ihrer geringen Größe bereits bei einer Implantation mit niedrigen Implantationsenergien tief in ein Material eindringen; so dringt ein Kohlenstoffatom bei einer Implantationsenergie von 100 kev bereits 0,3 um tief in einen Silicium-Halbleiterkörper ein.

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, den genannten Nachteilen entgegenzuwirken.

Gemäß der Erfindung ist das Verfahren hierzu dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit den Kohlenstoffatomen Halogenatome mittels einer Implantation mit Ionen einer Kohlenstoff-Halogen-Verbindung verschafft werden, woraufhin eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, so daß nicht gebundene. Halogenatome aus der Oberflächenzone entfernt werden.

Hierdurch wird erreicht, daß die Anzahl Rekombinationszentren in dem Material der Oberflächenzone nach Wärmebehandlungen oberhalb von ungefähr 800 ºC sehr klein ist. Es hat sich gezeigt, daß während der Implantation freie Bindungen, sogenannte "dangling bonds", in der Oberflächenzone auftreten. Diese "dangling bonds" können Rekombinationszentren für Ladungsträger bilden. Die Halogenatome passivieren diese "dangling bonds" durch die Bildung von Si-Halogen-Verbindungen.

Weil Dotierstoffe eine gewisse Affinität zu Halogenen haben, wird die Diffusion von Dotierungsatomen aus der implantierten Oberflächenzone stark gebremst, so daß die eingebrachten Dotierungsatome praktisch nicht aus der Oberflächenzone diffundieren und ein "scharfes" Dotierungsprofil erzeugt wird. Der Übergang zwischen der Oberflächenzone mit größerem Bandabstand und dem Halbleiterkörper mit kleinerem Bandabstand einerseits und der Ubergang zwischen n- und p-Material andererseits fallen dann zusammen, wodurch ein Hetero-pn-Übergang entsteht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind flache Implantationen möglich, wobei dennoch verhältnismäßig hohe Implantationsenergien verwendet werden können. Bei der Implantation von Ionen von Kohlenstoff-Halogen-Verbindungen dissozueren diese Ionen beim Auftreffen auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers. Die Implantationsenergie wird dann über die Kohlenstoff- und Halogenatome der Verbindung im Verhältnis zu ihren Massen verteilt. Wegen dieser Verteilung der Energie über mehrere Atome wird die Eindringtiefe des Kohlenstoffs und des Halogens geringer als wenn die gesamte Implantationsenergie in einem einzigen Atom konzentriert wäre. Da außerdem diese Verteilung proportional zur Masse von Kohlenstoff und Halogen ist, haben der Kohlenstoff und das Halogen nahezu die gleiche Eindringtiefe, so daß sowohl Kohlenstoff- als auch Halogenatome über die gesamte Oberflächenzone eingebracht werden.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Menge von Halogenatomen kein kritischer Faktor ist. Nicht gebundene Halogenatome, die bei der Passivierung der Oberflächenzone zum Bilden von Si-Halogen-Verbindungen nicht verwendet werden, werden mittels einer Wärmebehandlung aus der Oberflächenzone durch Diffusion zur Oberfläche des Halbleiterkörpers entfernt, wo diese Atome abgeführt werden.

Es sei bemerkt, daß beim Verschaffen eines Emittergebiets eines HBT in Form einer mittels Abscheidung aus der Dampfphase (chemical vapour deposition; CVD) gebildeten Schicht auf einem Silicium-Halbleiterkörper die Verwendung von Fluor als Mittel zum Ersetzen von Si-H-Verbindungen durch stabilere Si-F-Verbindungen bekannt ist. Siehe "Si Hetero-Bipolar Transistor with a Fluor-Doped SiC Emitter and a Thin, Highly Doped Epitaxial Basis" von T. Sugii et al., IEEE Trans. Electron Devices, Bd. 37, Nr. 11, Nov.1990, S. 2331-2335. Nach dem Verschaffen des Emittergebiets mittels CVD wird eine Schicht mit einem festen Verhältnis aus Silicium, Kohlenstoff, Fluor und Dotierstoff aufgebracht. Diese Schicht wird keinen weiteren Wärmebehandlungen bei einer Temperatur unterzogen, die höher ist als die Temperatur während der CVD. Ein solches Emittergebiet hat eine sehr schwer kontrollierbare Grenzfläche zwischen dem Emitter- und dem Basisgebiet.

Das verwendete Halogen kann beispielsweise Fluor, Chlor oder Brom sein. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß als Halogen Fluor verwendet wird. Die Fluoratome bilden eine stabilere Verbindung mit den Siliciumatomen des Halbleiterkörpers als Chlor- oder Bromatome, so daß das Material der Oberflächenzone bei höheren Temperaturen stabiler ist.

Beispiele für Kohlenstoff-Halogen-Verbindungen, die verwendet werden können, sind: CF&spplus;-, CF&sub2;&spplus;-, CF&sub3;&spplus;-Verbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen, Verbindungen mit Chlor oder Brom als Halogen oder Verbindungen mit anderen Atomen wie beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoffatome. Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn CF&sub3;&spplus;-Ionen als Ionen der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung verwendet werden. Die Implantationsenergie ist dann bei einer bestimmten Beschleunigungsspannung der Implantationsanlage minimal, weil die Verbindung einwertig positiv ist, während diese Energie über ein einziges Kohlenstoffatom und drei Fluoratome verteilt wird, so daß die Energie pro Atom verhältnismäßig klein ist. Zudem sind CF&sub3;&spplus;-Ionen verhältnismäßig leicht herzustellen, so daß Implantation einfach ist.

Vorzugsweise erfolgt die Implantation der Ionen einer Kohlenstoff-Halogen-Verbindung bis zu einer Tiefe von weniger als 0,15 um unterhalb der Oberfläche. Die Tiefe des Heteroübergangs, d.h. die Tiefe der Oberflächenzone, ist dann geringer als 0,15 um. Es ist möglich, den elektrischen Widerstand der Oberflächenzone in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Halbleiters mit einer solchen flachen Oberflächenzone klein zu machen. Somit kann ein Emitter eines HBT hergestellt werden, der einen niedrigen Emitter-Widerstand hat, so daß elektrische Verluste im HBT klein sind. Eine Implantation von CF&sub3;&spplus;-Ionen mit beispielsweise einer Beschleunigungsspannung von 100 keV führt zu einem Heteroübergang und damit einer Oberflächenzone mit einer Tiefe von 0,12 um.

Vorzugsweise wird während der Wärmebehandlung für die Temperatur ein Wert oberhalb von 800 ºC gewählt. Bei solchen Temperaturen wird eine schnelle Verdampfung der überzähligen implantierten Halogenatome gewährleistet. Eine Wärmebehandlung von fünf Minuten bei 900 ºC ist beispielsweise ausreichend, um die überzähligen implantierten Halogenatome zu verdampfen.

Die Dotierungsatome werden in der Oberflächenzone mittels Diffusion oder mittels Implantation und Aktivierung eingebracht. Diffusion und Aktivierung erfolgen bei erhöhter Temperatur. Die Wärmebehandlung zum Entfernen der nicht gebundenen Halogenatome wird vorzugsweise auch zum Diffundieren oder Aktivieren der Dotierungsatome verwendet. Auf diese Weise ist nur eine einzige Wärmebehandlung erforderlich.

Die Dotierungsatome können je nach Wunsch vor oder nach der Implantation der Kohlenstoffatome eingebracht werden. Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn die Dotierungsatome nach der Implantation mit Ionen der Komenstoff-Halogen- Verbindung versehen werden. Durch die Implantation wird das Material der Oberflächenzone praktisch amorph. Die Dotierungsatome können dann durch beispielsweise "Channelling" nicht mehr tiefer als die Oberflächenzone in den Halbleiterkörper eindringen. Zudem werden die Dotierungsatome durch ihre Affinität zu Halogenen außerhalb der Oberflächenzone in ihrer Diffusion gehindert.

Die Oberflächenzone kann beispielsweise mit Hilfe einer Polysiliciumschicht kontaktiert werden. Kontaktieren der Oberflächenzone mit einer Metallschicht ist verhältnismäßig schwierig. Vorzugsweise werden in einem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzenden Gebiet in der Oberflächenzone weniger Kohlenstoff- und Halogenatome eingebracht als tiefer in der Oberflächenzone, wobei nach der Wärmebehandlung eine Metallschicht auf der Oberfläche aufgebracht wird. So wird an der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Gebiet mit verhältnismäßig wenig Kohlenstoff- und Halogenatomen erzeugt. Mit einem solchen Gebiet kann eine bessere elektrische Verbindung mit einer Metallschicht hergestellt werden als mit einem Gebiet, in dem verhältnismäßig viel Kohlenstoff- und Halogenatome vorhanden sind. Die Tiefe dieses Gebiets beträgt beispielsweise ungefahr 10 nm. Als Metallschicht kann beispielsweise eine übliche Doppelschicht mit einer TiW-Adhäsionschicht und einer Al-Kontaktschicht vorgesehen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Stadien der Herstellung einer erfindungsgemäßen Heterodiode und

Fig. 3 bis 6 verschiedene Stadien im Herstellungsprozeß eines erfindungsgemäßen HBT.

Die Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu Gleiche Teile in der Zeichnung haben im allgemeinen gleiche Bezugszeichen.

Fig. 1 zeigt ein Stadium der Herstellung einer Halbleiteranordnung, wobei eine an eine Oberfläche 2 grenzende Oberflächenzone 3 in einem Silicium-Halbleiterkörper 1 durch rtliches Einbringen von Kohlenstoffatomen 4 und Dotierungsatomen gebildet wird, wobei die Kohlenstoffatome durch Implantation eingebracht werden.

Die Oberflächenzone 3 wird wegen der Implantation mit Kohlenstoff- Ionen 4 praktisch vollständig amorph. Das Material der Oberflächenzone 3 hat dann einen größeren Bandabstand als das monokristalline Silicium des Halbleiterkörpers 1. Dotierungsatome werden in üblicher Weise durch Diffusion oder Implantation eingebracht, um den Leitungstyp (n oder p) der Oberflächenzone 3 festzulegen. Die Oberflächenzone 3 wird vor oder nach der Kohlenstoffimplantation mit Dotierungsatomen beispielsweise eines den Dotierungsatomen des Halbleiterkörpers 1 entgegengesetzten Typs versehen. Somit wird zwischen der Oberflächenzone 3 und dem Halbleiterkörper 1 ein Hetero-pn-Übergang 5 erzeugt. Die Kohlenstoff- und die Dotierungsatome werden mit üblichen Techniken, beispielsweise Implantation durch ein in einer Oxidschicht 7 angebrachtes Fenster 6, örtlich eingebracht. Der Hetero-pn-Übergang 5 kann beispielsweise als Emitter-Basis-Übergang eines Hetero-Bipolartransistors (HBT) fungieren. Solche Transistoren sind sehr leistungsstark, weil die in Vorwärtsrichtung injizierten Ladungsträger von dem Heteroübergang durchgelassen und in umgekehrter Richtung injizierte Ladungsträger abgebremst werden.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Kohlenstoffionen 4 relativ tief in den Halbleiterkörper 1 eindringen und am Hetero-pn-Übergang 5 und auch in dem Halbleiterkörper 1 unter dem Übergang 5 Schäden verursachen. So dringt bei einer Implantationsenergle von 100 keV ein Kohlenstoffatom bereits 0,3 um tief in einen Silicium-Halbielterkörper 1 ein und beschädigt dort das Siliciumgitter. Zum Ausheilen dieses verhältnismäßig tiefliegenden Schadens ist daher eine Wärmebehandlung notwendig. Eine Wärmebehandlung kann beispielsweise auch zum Aktivieren implantierter Dotierungsatome notwendig sein. Nach einer soichen Wärmebehandlung bleibt jedoch eine Anzahl Rekombinationszentren erhalten. Die Schaltgeschwindigkeit und die Leistungsstarke eines Transistors mit Heteroübergang liegen daher unter dem Optimum. Weiterhin hat sich in der Praxis gezeigt, daß die eingebrachten Dotierungsatome aus der Oberflächenzone 3 bei Wärmebehandlungen oberhalb ungefähr 800 ºC in den Halbleiterkörper 1 diffundieren, so daß Übergänge zwischen Gebieten mit größerem und kleinerem Bandabstand und zwischen Gebieten mit p- und n-Dotierung nicht zusammenfallen.

Daher werden erfindüngsgemäß gleichzeitig mit den Kohlenstoffatomen Halogenatome mittels einer Implantation mit Ionen einer Kohlenstoff-Halogen-Verbindung eingebracht, woraufhin eine solche Wärmebehandlung ausgeführt wird, daß nicht gebundene Halogenatome aus der Oberflächenzone 3 entfernt werden.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden freie Bindungen, sogenannte "dangling bonds", von Silicium, die Rekombinationszentren bilden können, durch die Bildung von Silicium-Halogen-Verbindungen passiviert. Solche Verbindungen sind bei Temperaturen oberhalb ungefahr 800 ºC sehr stabil, so daß die Anzahl Rekombinationszentren nach einer Wärmebehandlung minimal wird. Diffusion von Dotierungsatomen aus der implantierten Oberflächenzone 3 wird stark gebremst, weil Dotierungsatome eine große Affinität zu Halogenatomen haben. Es entsteht dann ein Dotierungsprofil, das stark durch das Vorhandensein der Halogenatome begrenzt wird, wodurch der Übergang zwischen Gebieten mit größerem und kleinerem Bandabstand mit dem Übergang zwischen Gebieten mit p- und n-Dotierung zusammenfällt und ein Hetero-pn- Übergang 5 erzeugt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind flache Implantationen bei verhältnismäßig großen Implantationsenergien möglich. Die Ionen der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung dissozueren nämlich beim Erhitzen der Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers 1. Die Implantationsenergie wird dann über die Kohlenstoff- und Halogenatome der Verbindung im Verhältnis ihrer Massen verteilt. Der Kohlenstoff und das Halogen haben dann praktisch die gleiche Eindringtiefe, so daß sowohl Kohlenstoffals auch Halogenatome über der gesamten Oberflächenzone 3 eingebracht werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Menge von Halogenatomen kein kritischer Faktor ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß, wenn die Menge von Kohlenstoffatomen und die Menge von Halogenatomen praktisch die gleiche ist, dies ausreicht, um die genannten Vorteile zu erhalten. Bei der Passivierung der Oberflächenzone 3 nicht zum Bilden von Si-Halogen-Verbindungen verwendete Halogenaiome sind praktisch nicht gebunden. Diese Halogenatome werden durch die Wärmebehandlung aus der Oberflächenzone 3 entfernt.

Das verwendete Halogen kann beispielsweise Fluor, Chlor oder Brom sein. Vorzugsweise wird jedoch Fluor als Halogen verwendet. Die Fluoratome bilden eine stabilere Verbindung mit den Siliciumatomen des Halbleiterkörpers als die Chlor- oder Bromatome, so daß das Material der Oberflächenzone bei höheren Temperaturen stabiler ist.

Beispiele für Kohlenstoff-Halogen-Verbindungen, die verwendet werden können, sind: Verbindungen mit einem, zwei oder mehr Kohlenstoffatomen, Verbindungen mit Fluor, Brom oder Chlor als Halogen oder die genannten Verbindungen mit zusätzlich anderen Atomen, wie beispielsweise Stickstoff- oder Sauerstoffatome. Stickstoff- und Sauerstoffatome können auch den Bandabstand des Materials der Oberflächenzone 3 im Vergleich zu Silicium erhöhen. Als Ionen der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung werden vorzugsweise CF&sub3;&spplus;-Ionen verwendet. Die Implantationsenergie ist in diesem Fall für eine bestimmte Beschleunigungsspannung der Implantationsanlage minimal, weil die Verbindung einwertig positiv ist, während diese Energie über ein einziges Kohlenstoffatom und drei Fluoratome verteilt wird, so daß die Energie pro Atom verhältnismäßig klein ist. Zudem ist eine Implantation mit CF&sub3;&spplus;-Ionen verhältnismäßig leicht zu realisieren.

Vorzugsweise erfolgt die Implantation der Ionen der Kohlenstoff-Halogen- Verbindung bis zu einer Tiefe von weniger als 0,15 um unter der Oberfläche. Der Hetero-pn-Übergang 5 liegt dann bei einer Tiefe von weniger als 0,15 um unter der Oberfläche 2. Da der elektrische Widerstand der Oberflächenzone 3 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 2 direkt proportional zur Tiefe der Oberflächenzone 3 ist, kann ein kleiner elektrischer Widerstand der Oberflächenzone 3 mit einer geringen Tiefe der Oberflächenzone 3 realisiert werden. Dies ist besonders wichtig, wenn die Oberflächenzone 3 als Emittergebiet eines HBT verwendet wird. Die elektrischen Verluste im HBT sind dann verhältnismäßig klein. Bei einer Implantation von CF&sub3;&spplus;-Ionen mit einer Beschleunigungsspannung von 100 keV liegt der Heteroübergang 5 beispielsweise in einer Tiefe von 0,12 um unter der Oberfläche 2.

Vorzugsweise wird bei der Wärmebehandlung für die Temperatur ein Wert oberhalb von 800 ºC gewählt. Die nicht gebundenen implantierten Halogenatome können bei solchen Temperaturen verhältnismäßig schnell entfernt werden. Eine Wärmebehandlung von 5 Minuten Dauer bei 900 ºC nach einer Implantation von 3 10¹&sup6; CF&sub3; +/cm² genügt, um die nicht gebundenen Fluoratome zu entfernen und ungefähr 3 10¹&sup6; Fluor/cm² in der Oberflächenzone 3 festzuhalten.

Die Dotierungsatome werden mittels Diffusion oder Implantation und Aktivierung eingebracht. Diffusion und Aktivierung erfolgen bei erhöhter Temperatur. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung zum Entfernen der nicht gebundenen Halogenatome auch zur Diffusion oder Aktivierung der Dotierungsatome verwendet. Die Wärmebehandlung kann in üblicher Weise in einem Ofen erfolgen oder mit Hilfe eines sogenannten schnellen thermischen Ausheilungsprozesses.

Die Dotierungsatome können entweder vor oder nach der Implantation der Kohlenstoffatome eingebracht werden. Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn die Dotierungsatome nach der Implantation mit Ionen der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung eingebracht werden. Die Implantation macht das Material der Oberflächenzone praktisch vollständig amorph. Die Dotierungsatome dringen dann nicht mehr durch Kanäle in dem Siliciumgitter über die Oberflächenzone 3 hinaus in den Halbleiterkörper 1 ein ("Channelling"). Da die Halogenatome bereits beim Einbringen der Dotierungsatome vorhanden sind, werden die Dotierungsatome außerhalb der Oberflächenzone 3 wegen ihrer Affinität zu Halogenen in ihrer Diffusion gebremst.

Vorzugsweise werden in der Oberflächenzone 3 in einem an die Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 grenzenden Gebiet 8 weniger Kohlenstoff- und Halogenatome eingebracht als tiefer in der Oberflächenzone 3, während nach der Wärmebehandlung eine Metallschicht 9 auf der Oberfläche 2 aufgebracht wird (siehe Fig. 2). Dadurch wird an der Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers ein Gebiet 8 mit verhältnismäßig wenig Kohlenstoff- und Halogenatomen erzeugt. Mit einem solchen Gebiet 8 kann eine bessere elektrische Verbindung hergestellt werden als mit einem Gebiet 3, das einen verhältnismäßig großen Bandabstand hat und in dem verhältnismäßig viele Kohlenstoff- und Halogenatome eingebracht sind. Ein Material mit einem verhältnismäßig großen Bandabstand ist nämlich wegen der sogenannten Schottky-Barriere schwierig mit einer Metallschicht zu kontaktieren. Mit einer geeigneten Wahl der Implantationsenergie und Dosis, beispielsweise 5 10¹&sup6;/cm² CF&sub3;&spplus;-Implantation bei 45 keV, kann ein Gebiet 8 mit einer Tiefe von beispielsweise 10 nm gebildet werden. Dieses Gebiet 8 wird nach der Wärmebehandlung polykristallin. Kontaktieren dieses polykristallinen Siliciums ist verhältnismäßig einfach. Die aufgebrachte Metallschicht kann beispielsweise eine herkömmliche Aluminiumschicht 9 sein.

Als Beispiel wird jetzt die Herstellung eines npn-Hetero-Bipolartransistors (HBT) beschrieben. Fig. 3 bis 6 zeigen verschiedene Stadien der Herstellung dieses HBT. Ein n-Siliciumhalbleiterkörper 11 mit einem verhältnismäßig hoch dotierten (n&spplus;)- Substrat 12 und einer auf dem Substrat durch Epitaxie aufgebrachten, weniger hoch dotierten (n&supmin;)-Schicht 13 wird in üblicher Weise durch Implantation von B-Ionen mit einer Basisschicht 14 versehen (siehe Fig. 3). Die Basisschicht 14 bildet das Basisgebiet des Transistors. In einem nächsten Schritt wird mit üblichen Photolithographie- und Ätztechniken eine Mesa-Struktur in der n&supmin;-Schicht 13 und in der Basisschicht 14 (siehe Fig. 4) realisiert. Die Mesa-Struktur von Fig. 4 wird durch Aufbringen einer Oxidschicht 15, beispielsweise durch Dissoziation von Tetraethoxysilan (TEOS) aus der Gasphase abgedeckt (siehe Fig. 5). In diese Oxidschicht 15 wird mit üblichen Techniken örtlich ein Fenster 16 geätzt. Durch dieses Fenster 16 wird durch gleichzeitiges Einbringen von Kohlenstoff- und Fluoratomen in einer Implantation von 5 10¹&sup6;/cm² CF&sub3;&spplus;- Ionen bei einer Energie von 45 keV eine an eine Oberfläche 17 grenzende Oberflächenzone 18 gebildet. Nach der CF&sub3;&spplus;-Implantation wird Phosphor als Dotierstoffatom in einer Implantation von 5 10¹&sup5; P/cm² bei einer Energie von 50 keV eingebracht. Die Oberflächenzone 18 ist dann ungefahr 0,1 um tief, während in einem ungefähr 10 nm tief unter der Oberfläche 17 liegenden Gebiet 20 weniger Kohlenstoff- und Fluoratome als tiefer in der Oberflächenzone 18 vorhanden sind. Die Halbleiteranordnung wird anschließend 30 Minuten lang bei 900 ºC einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Dotierungsatome zu aktivieren, eventuelle Schäden auszuheilen und eventuelle nicht gebundene Fluoratome zu entfernen. Nach der Wärmebehandlung beträgt die Fluorkonzentration in der Oberflächenzone 18 ungefähr 5 10¹&sup6;/cm². Die Oberflächenzone 18 wirkt als Emittergebiet des HBT. In der Oxidschicht wird dann in einem gewissen Abstand vom Emitterkontakt 21 ein Fenster angebracht. Durch dieses Fenster wird mit Hilfe einer B-Implantation in üblicher Weise ein p&spplus;-Gebiet 23 zum Kontaktieren des Basisgebiets 14 vorgesehen. Das Emitter- und das Basisgebiet 21 und 23 werden in üblicher Weise mit Kontaktanschlüssen 21 bzw. 24 versehen, im vorliegenden Beispiel aus Aluminium. Auch die Unterseite des Substrats 12 wird mit einer leitenden Aluminiumschicht 25 versehen, die als Kollektoranschluß dient. Der HBT kann durch Montieren eines Anschlußrahmens und durch Umhüllung mit Kunststoff in üblicher Weise fertiggestellt werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform, sondern kann auch beispielsweise bei IC-Anwendungen oder bei integrierter Injektionslogik (I²L) verwendet werden, wo wegen der höheren Leistungsstarke ein Heteroübergang gewünscht ist. Das Material der Oberflächenzone mit einem Bandabstand größer als der von Silicium kann auch in den Barrieren von "tunnelling hot elektron"-Transistoren verwendet werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Herstellen einer Haibleiteranordnung, wobei in einem Siliciumhalbleiterkörper (1, 14) eine Oberflächenzone (3, 8, 18, 2) gebildet wird, indem örtlich Kohlenstoff- und Dotierungsatome verschafft werden, wobei die Kohlenstoffatome durch Implantation verschafft werden, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit den Kohlenstoffatomen Halogenatome mittels einer Implantation mit Ionen einer Kohlenstoff-Halogen-Verbindung verschafft werden, woraufhin eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, so daß nicht gebundene Halogenatome aus der Oberflächenzone entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fluor als Halogen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß CF&sub3;&spplus;-Ionen als Ionen der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantation der Kohlenstoff-Halogen-Verbindung-Ionen bis zu einer Tiefe von weniger als 0,15 um unter der Oberfläche erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Temperatur während der Wärmebehandlung ein Wert von über 800 ºC gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zur Entfernung der nicht gebundenen Halogenatome auch zum Diffundieren oder Aktivieren der Dotierungsatome verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsatome nach der Implantation mit Ionen der Kohlenstoff- Halogen-Verbindung verschafft werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Oberflächenzone in einem an die Oberfläche (2, 17) des Halbleiterkörpers (1, 14) grenzenden Gebiet (8, 20) weniger Kohlenstoff- und Halogenatome verschafft werden als tiefer in der Oberflächenzone, wobei nach der Wärmebehandlung eine Metallschicht auf der Oberfläche aufgebracht wird.







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