DE2945854A1 - Ionenimplantationsverfahren - Google Patents
IonenimplantationsverfahrenInfo
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Description
L.Hiß et al 1-1 Fl 1026
Go/bk 09. November 1979
Ionenimplantationsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Ionenimplantationsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
es
Bei einem solchen Verfahren, wie aus der Zeitschrift "'Solid-state-Electronics" (1972) Band 15, Seiten 165 bis 175 bekannt ist, wird eine oberflächlich in einem HaIb-^ leiterkörper angeordnete Substratzone unter Verwendung einer Oxidmaske, welche mit Hilfe einer Lackmaske photolithographisch hergestellt wurde, durch Implantation von Ionen, welche anschließend in die Substratzone tiefer eindiffundiert werden, hergestellt. Bei diesem Verfahren werden im übrigen zur Begrenzung der Zonenflächen bei der Ionenimplantation ausschließlich Oxidmasken verwendet.
Bei einem solchen Verfahren, wie aus der Zeitschrift "'Solid-state-Electronics" (1972) Band 15, Seiten 165 bis 175 bekannt ist, wird eine oberflächlich in einem HaIb-^ leiterkörper angeordnete Substratzone unter Verwendung einer Oxidmaske, welche mit Hilfe einer Lackmaske photolithographisch hergestellt wurde, durch Implantation von Ionen, welche anschließend in die Substratzone tiefer eindiffundiert werden, hergestellt. Bei diesem Verfahren werden im übrigen zur Begrenzung der Zonenflächen bei der Ionenimplantation ausschließlich Oxidmasken verwendet.
Bei Verfahren,bei denen das Dotierungsmaterial einer Mehrzahl
von unterschiedlich dotierten Zonen durch Ionenimplantation aufgebracht wird,ist seitdem die ausschließliche
Verveidung von Oxidmasken üblich. Dies ergibt sich beispielsweise
aus der Zeitschrift "IEEE Journal of Solid-state Circuits" Band SC 14, Nr. 2 (April 1979), Seiten 312 bis
318.
Die ausschließliche Verwendung von Oxidmasken hat den Nachteil, daß nach jeder Implantation die Neubildung einer Oxidschicht,
insbesondere bei einer folgenden Nachdiffusion, erforderlich ist. Die ausschließliche Verwendung von Oxidmasken
ist üblich, obwohl an sich aus der DE-AS 23 41 bekanntist, eine Photolackmaske bei der Ionenimplantation
zu verwenden. Allerdings wird bei diesem Verfahren die
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PhotriLackmaske ausschließlich auf einer die Substratoberflache bedeckenden Isolierschicht und nicht, auch nicht
teilweise, unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht .
Man war in der Fachwelt der Ansicht, daß zur Abgrenzung von Zonenflächen bei der Ionenimplantation Photolackmasken,
die zumindest teilweise unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht werden, wenig geeignet sind, da Photolack,
unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebracht, als alleinige Maskierung gegen Implantation, zumal bei höheren
Dosen, als nicht brauchbar erschien,
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung und Vereinfachung des bekannten Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
Bei der einfachsten und saubersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die Photolackmasken un
mittelbar auf die weitgehend von Isolierschichtteilen, beispielsweise Oxidschichtteilen, befreite saubere Substratoberfläche aufgebracht, die höchstens kurzzeitig dem
Plasmaoxidationsprozeß zur Entfernung einer bereits verwendeten Photolackmaske ausgesetzt war.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kommt also zur Entfernung der Photolackmaske nach jedem Implantationsschritt
ein Plasmaätzschritt zur Anwendung, wobei Ionen eines Oxidationsmittels im Vakuum den Photolack oxidieren und die
Oxidationsprodukte mit sonstigen Verunreinigungen abgesaugt werden. Ein solches Reinigungsverfahren ist aus der Zeitschrift "SCP and Solid-State Technology" (Dezember 1967)
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Seiten 33 bis 38 bekannt. Es wurde festgestellt, daß eine
auf solche Weise erfolgende Reinigung bei der Entfernung der Lackmasken ohne weiteres reproduzierbare und für
die Aufbringung weitere Photolackmasken mit anschließender Implantation ausreichend saubere Oberfläche mit guten
Hafteigenschaften hinsichtlich des Photolacks ergibt und
die Qualität bereits implantierter Zonen nicht beeinträchtigt.
Das Verfahren der Erfindung findet vorzugsweise seine Anwendung
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen mit einer Mehrzahl von Schaltungskomponenten, welche
unterschiedlich dotierte Zonen aufweisen. Unter unterschiedlich dotierten Zonen werden hier Zonen verstanden,
welche in der Dotierungskonzentration und/oder hinsichtlieh des zu erzielenden Leitungstyps unterschiedliche
Dotierungen aufweisen.Das Verfahren der Erfindung kann
natürlich auch insofern weitergebildet werden, als auch unterschiedlich stark dotierte Bereiche an der Substratoberfläche
in gleicher Weise wie pn-übergänge bildende Zone erzeugt werden können.
Das Verfahren nach der Erfindung kann sowohl zur Erzeugung von bipolaren als auch unipolaren Schaltungskomponenten
in monolithisch integrierten Festkörperschaltungen herangezogen werden.
Eine bevorzugte Anwendung zur Herstellung eines Paares von komplementären Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
als Schaltungsteil einer monolithisch integrierten Schaltung, die in der Mehrzahl an einer in die einzelnen integrierten
Festkörperschaltungen zu zerteilenden Halbleiterplatte erfolgt, wird im folgenden anhand der Zeichnung
erläutert, deren Figuren in üblicher Querschnitts-Schrägansicht
die einzelnen das Verfahren der Erfindung
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betreffenden Arbeitsgänge veranschaulichen.
Bei der Herstellung der monolithisch integrierten Schaltung mit Paarehvon komplementären Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
enthaltenden Schaltungsteilen wird, wie die Figuren 1A und 1B veranschaulichen, von einem
plattenförmigen Substrat 2 ausgegangen, in dessen einer Oberflächenseite inseiförmigejje einen sperrenden pn-übergang
bildende Planarzonen 5 zur Aufnahme der Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
des einen Leitungstyps /eingesetzt sind. Zu diesem Zweck wird in bekannter Weise gemäß
der Figur 1A die Oxidmaskierungsmaske 6 mit dem Diffusionsfenster 7 auf das Substrat 2 aufgebracht und bei
Verwendung eines η-dotierten Substrats p-dotierendes Verunreinigungsmaterial,
vorzugsweise Bor, innerhalb des Diffusionsfensters in die Substratoberfläche mit einer solchen
Konzentration implantiert, daß eine schwach p-leitende Planarzone 5 nach dem auf den Implantationsprozeß
folgende Diffusionsprozeß entsteht. Danach hat sich innerhalb
des Diffusionsfensters 7 eine Oxidschicht in einer Dicke weniger als die der Oxidmaskierungsmaske 6 gebildet,
wie die Fig. 1A veranschaulicht.
In Anlehnung an das Verfahren nach der Erfindung wird aber die Verwendung einer Photolackmaskierungsmaske mit einem
Diffusionsfenster zur Begrenzung der Planarzone 5 vorgezogen, welche in gleicher Weise wie bei dem Verfahren nach
der Erfindung unter Anwendung eines Plasmareinigungsprozesses nach dem Einbringen der erforderlichen Dotierungsmaterialmange
in die Substratoberfläche entfernt wird. Nach der Diffusion der Planarzone 5 wird ein Reinigungsprozeß der Substratoberfläche durchgeführt, so daß eine
ebene Fläche erhalten wird, wie die Fig. 1B veranschaulicht
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Eine solche ebene Oberfläche ist als Grundlage für die nach dem Verfahren der Erfindung aufgebrachte Photolackmaske
1 gemäß der Fig. 2B wesentlich besser geeignet als die gemäß der Fig. 2A teilweise über die Oberflächenseite
des Substrats 2 sich erstreckende Isolierschicht der Oxidmaskierungsmaske 6. Die Photolackmaske 1 ist in beiden
Fällen A bzw. B derart strukturiert, daß die Flächen der herzustellenden Zonen 11, nämlich die der Source-Zone und
die der Drain-Zone des η-Kanal-Feldeffekttransistors,
ausschließlich durch die Photolackmaske 1 begrenzt sind.
Nach der Implantation von Phosphoratomen in für die herzustellenden
Zonen ausreichender Menge wird anschließend die Substratoberfläche unter Anwendung eines oxidierenden
Plasmaätzprozesses freigelegt und sorgfältig gereinigt, so daß lediglich der am Ende des Ätzprozesses entstehende
und unvermeidlich durch den Sauerstoffgehalt der Luft bedingte dünne Oxidfilm verbleibt.
Danach wird in beiden Fällen die Photolackmaske 1· unter
Verwendung einer Photomaske entsprechend der üblichen photolithographischen Technik mit den beiden für die
erforderlichen Zonen 12 benötigten öffnungen, welche die
Begrenzung der Zonenflächen ergeben, aufgebracht und die freiliegenden Substratoberfläche durch die Öffnung der
Photolackmaske 1' mit p-dotierenden Verunreinigungsionen
in einer bestimmten Menge bestrahlt, wobei der außerhalb der Flächen der Zonen liegende Oberflächenteil der Substratoberfläche
von der Photolackmaske 1' maskiert ist. Danach sind in die Substratoberfläche an den erforderlichen
Stellen die Dotierungen für die Zonen der Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
unterschiedlichen Leitungstyps eingebracht, wie die Fig. 3 veranschaulicht.
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Durch das wiederholte Aufbringen von unterschiedlich
strukturierten Photolackmasken können nach jedem Ionenimplantationsprozeß und danach erfolgender Abtragung des
Photlacks durch einen oxidierenden Plasmaätzprozeß, bei S dem eine lacht oxidierte Substratoberfläche mit sehr guten
Hafteigenschaften hinsichtlich des Photolacks gewährleistet ist, beliebig viel Zonenstrukturen beliebiger Konzentration
und beliebigen Leitungstyps nacheinander insofern vorbereitet werden, als lediglich abschließend ein einziger
Diffusionsprozeß bei den relativ hohen zur Diffusion der Dotierungen erforderlichen Temperaturen zur Anwendung
kommt. Da erfahrungsgemäß nur bei derartigen Hochtemperatur prozessen . sich kristallschädigende Störungen über das
Substrat ausbreiten können, ist eine maximale Ausbeute gewährleistet, die über 90% liegt.
Nach der Diffusion der in Form von Ionen implantierten Verunreinigungsatomen werden monolithisch integrierte Festkörperschaltungen
mit Strukturen gemäß der Fig. 4 erhalten.
Anhand der Fig. 5 wird nun eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Ionenimplantationsverfahrens nach der
Erfindung beschrieben. Die Substratoberfläche wird nach dem erwähnten letzten Ionenimplantationsprozeß mit einer
bei der Temperatur des erforderlichen Diffusionsprozesses beständigen Isolierschicht 3, vorzugsweise aus Siliciumdioxid,
bedeckt, die aus der Gasphase abgeschieden wird. Anschließend werden die über den Bereichen der Kanalzonen
liegenden Isolierschichtteile entfernt und die Diffusion der Verunreinigungsatome in oxidierender Atmosphäre
, beispielsweise in einer mit einem Trägergas verdünnten Wasserdampfatmosphäre durchgeführt. Dabei werden
die Prozeßparameter, insbesondere die Zusammensetzung der oxidierenden Atmosphäre derart gewählt, daß während
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A-
der zur Bildung der Zonen erforderlichen Diffusionszeit die Gate-Oxidschichten 4 bzw. 4' in der erforderlichen
Dicke zwischen den Zonen der Zonenpaare ausgebildet werden. Anschließend können auf diese Gate-Oxidschichten
4 bzw. 4' die Gate-Elektroden aufgebracht werden.
Obwohl das Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise seine Anwendung bei integrierten Festkörperschaltungen mit
nebeneinander liegenden Zonenstrukturen seine Anwendung findet, wie es bei Festkörperschaltungen mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
der Fall ist, kommt auch eine Anwendung bei ineinander eingesetzten Zonenstrukturen
in Frage, wie es bei monolithisch integrierten Festkörperschaltungen mit bipolaren Transistoren der Fall ist. Wiederum
werden in mehreren Ionenimplantationsprozessen mit unterschiedlich strukturierten Photolackmasken die erforderlichen
Dotierungsmengen an den erforderlichen Stellen in die Oberfläche des Substrats eingebracht, wobei jeweils
vor dem Aufbringen einer neuen Photolackmaske die bereits verwendete durch einen oxidierenden Plasmaätzprozeß entfernt
wurde und erst abschließend der eigentliche Diffusionsprozeß für sämtliche Dotierungen zum Herstellen der
Zonen durchgeführt wird. Die relativen Einbringtiefen der Zonen können natürlich nicht durch Wahl der Temperatur
und der Zeit eingestellt werden, da nur ein einziger Hochtemperaturprozeß zur Anwendung kommt. Durch Wahl der Dotierungselemente
und/oder der Ionenstrahlenergie können jedoch die relativen Eindringtiefen der einzelnen Zonenstrukturen
in insbesondere für logische Schaltungen ausreichenden Grenzen variiert werden.
Das Verfahren der Erfindung hat den Vorteil eines sehr geringen apparativen Aufwands mit geringen Arbeitszeiten,
da erst abschließend der eigentliche Diffusionsprozeß
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durchgeführt wird und davor stets die gleichen Arbeitsgänge des Aufbringens des Photolacks, der Belichtung,
des Auslösens des Photolackmaterials innerhalb der Photolackmaskierungsfenster,
anschließender Implantation unterschiedlicher Dotierungen und danach erfolgenden Plasmaätzprozeß
zur Anwendung kommt.
Da zwischen den einzelnen Dotierungsschritten keine maskierenden Siliciumdioxid-Schichten verwendet werden, wird
beim Verfahren der Erfindung in vorteilhafter Weise ein unterschiedliches Höhenniveau über verschiedenen Bereichen
des Substrats vermieden. Abgesehen von den Kontaktöffnungen kann eine völlig plane Oberfläche erzielt werden, auf die
die Leiterbahnen aufgebracht werden. Dies hat den Vorteil, daß Fehler durch Unterbrechungen von Leiterbahnen an Kanten
weitgehend ausgeschlossen sind.
1 Blatt Zeichnung mit 5 Figuren
1Ί0021/·4Ι·
Claims (4)
- L.Hiß et al 1-1 Fl 1026PatentansprücheIonenimplantationsverfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit Zonen unterschiedlicher Dotierung in einem Halbleitersubstrat, in dessen ebener Oberfläche die Zonen eingesetzt sind, bei welchem Verfahren unter Verwendung einer Photolackmaske die außerhalb eines ersten Zonenbereichs liegenden Oberflächenteile der Substratoberflache gegen eine Implantation von Ionen maskiert und weitere Zonen an der Oberfläche des Substrats erzeugt werden, gekennzeichnet - durch die Begrenzung der außerhalb der Flächen der Zonen (11, 12) liegenden Oberflächenteile ausschließlich durch Photolackmasken (1),die auf einer zumindest teilweise über die Oberflächenseite des Substrats (2) sich erstreckende Isolierschicht und/oder unmittelbar auf die Oberfläche des Substrats (2) aufgebracht werden und- durch die wiederholte Aufbringung von unterschiedlich strukturierten Photolackmasken (1) auf die außerhalb der Flächen der Zonen (11, 12) unterschiedlicher Dotierung liegenden Oberflächenteile der Substratoberfläche, jeweils anschließender Bestrahlung der frei-. liegenden Substratoberfläche durch die öffnungen der betreffenden Photolackmaske (1;1') mit bestimmten Ionen in einer bestimmten Menge und jeweils erfolgenden Abtragung des Photolacks durch einen Plasmaätzprozeß.
- 2. Ionenimplantationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem letzten Plasmaätzprozeß die in Form von Ionen implantierten Verunreinigungsatome in das Halbleitersubstrat (2) diffundiert werden.130021/OASOL.Hiß et al 1-1 * Fl 1026
- 3. loneniraplantationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Diffusion der Verunreinigungsatome die Oberfläche des Substrats mit einer bei der Diffusionstemperatur der Verunreinigungsatome beständigen Isolierschicht (3) bedeckt wird.
- 4. Ionenimplantationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Begrenzung von Zonenpaaren (11, 12) erster Dotierung einer Mehrzahl von Isolierschicht-Feldeffekttransistoren mittels einer ersten Photolackmaske (1), durch eine Begrenzung von Zonenpaaren zweiter Dotierung einer Mehrzahl von weiteren Isolierschicht-Feldeffekttransistoren mittels einer zweiten Photolackmaske (1') nach Entfernung der ersten Photolackmaske (1), durch die Bedeckung der mittels eines Plasmaätzprozeß freigelegten Oberfläche des Substrats (2) mittels einer aus der Gasphase aufgebrachten Isolierschicht (3), durch die Entfernung des zwischen den Zonen der Zonenpaare (11, 12) liegenden I solierschichtteile und durch eine Diffusion der Verunreinigungsatome in oxidierender Atmosphäre derart, daß Gate-Oxidschichten (4, 4') erforderlicher Dicke zwischen den Zonen der Zonenpaare (11, 12) gebildet werden.130021/0450
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