DD232138A1

DD232138A1 - Verfahren zur getterung von verunreinigungen und kristallstoerungen in halbleiterbauelementestrukturen

Info

Publication number: DD232138A1
Application number: DD26985084A
Authority: DD
Inventors: Claus Ascheron; Heinz Klose
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1984-11-23
Filing date: 1984-11-23
Publication date: 1986-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Getterung von Fremdatomen, Fremdatomkomplexen und elektrisch aktiven Kristallstoerungen in der Naehe von Raumladungszonen elektronischer Halbleiterbauelementestrukturen mit pn-, pnp-, pnpn-, MIS- oder Schottky-Uebergaengen durch einen hochenergetischen, der Lage der Raumladungstiefe angepassten Ionenbeschuss, vorzugsweise mit leichten Ionen wie Protonen und a-Teilchen oder mit Edelgasionen, derart, dass die Ionenimplantation mit einer solchen Dosis und Energie durchgefuehrt wird, dass das Maximum des Implantationsprofils und damit das am meisten getternde Schadensgebiet einige Diffusionslaengen der Minoritaetsladungstraeger tiefer als die Grenze der Raumladungszone entsteht und eine anschliessende Temperung in inerter Atmosphaere zur Bindung schnell diffundierender Verunreinigungen und Kristallstoerungen in elektrisch inaktive Komplexe bei mittleren Temperaturen fuehrt, wobei diese fuer Si, GaAs und GaP beispielsweise bei etwa 600C, 300C bzw. 450C liegen.

Description

gegeben und von Halbleiter zu Halbleiter verschieden ist (z.B. für Cu in GaAs erreicht man schon für 250⁰C und für Au in Si schon für 700⁰C technologisch gut realisierbare Migrations- und damit Temperzeiten t_m).

Der Nachteil der bekannten Lösungen ist also die durch den langen Migrationsweg L bedingte hohe Temperatur, was insbesondere auch für die Rückseitengetterung im Schadensgebiet, die durch Ionenimplantation, Laserbestrahlung, mechanische Aufrauhung oder Ultraschalleinfluß erzeugt werden, zutrifft. Als nachteilig werden die hohen Gettertemperaturen bei bekannten Lösungen insbesondere dann empfunden, wenn sie zur Oberflächenkorrosion sowie zu Stöchiometrieänderungen (bei GaAs und GaP z. B. schon ab etwa 500°C), zur Umverteilung von Konzentrationspröfilen, die für die Funktionsweise der Bauelemente erzeugt wurden, und zu Kontaktveränderungen führen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, schnell diffundierende Atome, Störstellen und elektrisch aktive Komplexe in der Nähe von Raumladungszonen in elektrisch inaktive Komplexe zu binden und somit bauelementeunwirksam zu machen, um die Generations-Rekombinationsströme zu senken, die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger und die Effizienz optoelektronischer Halbleiterbauelemente zu erhöhen und die Kontakteigenschaften zu verbessern. Dabei sollen hohe Tempertemperaturen und lange Temperzeiten vermieden werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Getterung von Verunreinigungen und Kristallstörungen in Halbleiterbauelementestrukturen, indem durch Herabsetzung des Migrationsweges L die Gettertemperatur wesentlich gesenkt werden soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ionenimplantation durch schon vorhandene Bauelementestruktur von der Vorderseite, bei dünnen Basisgebieten auch von der Rückseite und bei bestimmten Zyklen auch von der Vorderseite vor Beginn des technologischen Durchlaufes erfolgen, wobei die Energie so gewählt wird, daß die projizierte Reichweite R_p einige Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger tiefer als die Grenze der Raumladungszone des künftigen Bauelementes im elektrischen Betrieb liegen muß, aber immer noch R_p <!d gelten sollte. Eine nachfolgende Temperung wird bei einer solche Temperatur durchgeführt, die Temperzeiten t_m von maximal 1 bis 2 h gemäß χ = W und χ = R_p(x = 0 entspricht der Oberfläche) zu L = Rp - W ergeben und eine hohe Gettereffizienz erwarten lassen. Dabei kann die Dosis nach dem gewünschten Getterziel in einem großen Bereich geändert werden, um stabile, gut getterwirksame Defektkomplexe niedriger Konzentration (niedere Dosen) oder gegebenenfalls stark gestörte bzw. amorphe Getterzonen (mittlere und hohe Dosen) zu schaffen. Gewöhnlich erfolgt die Implantation durch die Struktur; es können nach diesem Verfahren aber auch elektrisch im Kristall inaktive Atome wie Edelgasionen implantiert werden, bevor der technologische Zyklus I beginnt. Die Temperung erfolgt erfindungsgemäß in inerter Atmosphäre, oder, bei verschlossenen und bei Si-Bauelementen unter Umständen auch im Vakuum oder an Luft.

Ausführungsbeispiel

Das Verfahren soll anhand der Damageerzeugung in GaP infolge einer Protonenimplantation näher erläutert werden. In der Figur 1 ist das Wasserstoffprofil nach einer Protonenimplantation mit E = 300 keV und einer Dosis von D = 3 10¹⁷cm~² dargestellt, wobei die Wasserstoffkonzentration gemäß der Reaktion ¹H (¹⁹F, αγ)¹⁶0 bestimmt wurde. Das Schadensprofil [siehe Figur 2) wurde mittels Rutherfordrückstreuung (⁴He⁺, E = 1,7MeV) ermittelt, hat eine geringere Tiefe als das i/Vasserstoffprofil und weist einen Oberflächenausläufer auf. Bei Tempertemperaturen T_a ^300⁰C und t_m = 30min geht das Maximum der Damagezone um etwa den Faktor 2 zurück und der Oberflächenausläufer heilt stärker aus. Damit ist ein getterfähiges Gebiet vorhanden.

Die in diesem Beispiel gewählte hohe Dosis ist allein durch die Nachweisempfindlichkeit der verwendeten Meßmethoden bedingt und kann zur Anwendung des Verfahrens wesentlich niedriger sein.

Entsprechend diesem Schadensgebiet erfolgt die Getterung bei 300⁰C (bis 400⁰C mitt_m = 30min für pn-Tiefen um 1 μτη, was Für diffundierte Lichtemitterdioden mit diesen Parametern eine anwendbare Gettertechnologie darstellt. Für tieferliegende Übergänge kann die Energie erhöht werden, um dann über 1 MeVT_p-Werte über 10/xm zu erreichen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Getterung von Verunreinigungen und Kristallstörungen in Halbleiterbauelementestrukturen mittels Ionenimplantation ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von getterfähigen Schadensgebieten die Implantation mit vorzugsweise in Halbleitern elektrisch inaktiven Ionen der Elemente H, He, Ne, Ar, Kr und Xe durch die schon vorhandene Bauelementestruktur von der Vorderseite, bei dünnen Basisgebieten auch von der Rückseite oder/und vor Beginn des technologischen Durchlaufs zur Erzeugung der Bauelementestruktur erfolgt, wobei die Energie so gewählt wird, daß die projizierte Reichweite R_p einige Diffusionslängen der Minoritätsträger tiefer als die Grenze der Raumladungszone der Bauelementestrukturen liegt, aber noch R_p < d gilt, die Implantation vorzugsweise in Kanalrichtung erfolgt und sich eine Temperung im Vakuum oder in inerter Atmosphäre bei Temperaturen unter 600⁰C anschließt.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Getterung von tiefen Störstellen nahe der Raumladungszone von elektronischen Halbleiterbauelementestrukturen zur Verbesserung der elektronischen Parameter wie z.B. der Erhöhung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger, der Senkung der Generations-Rekombinationsströme und der Verbesserung der Effizienz von optoelektronischen Bauelementen wie Licht- und Strahlungsemittern bzw. wie Photodioden und -transistoren oder Solarzellen. Es zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß es am Ende des technologischen Durchlaufs einsetzbar ist und die Bauelementestruktur sowie den technologischen Fluß nur unwesentlich stört und kann daher in der Fertigung diskreter Halbleiterbauelemente sowie in der Mikro- und Mikrooptoelektronik universell genutzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Da in- Halbleitermaterialien eine relativ große Anzahl schnell diffundierender Verunreinigungen wie zum Beispiel Au, Cu und Fe in Si vorhanden ist, und da deren Konzentration im technologischen Durchlauf noch zunimmt und durch elektrisch aktive Kristallstörungen vermehrt wird, sind zur Senkung der elektrisch aktiven Störstellen, die die Generations-Rekombinationsströme, die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und die Kompensation erhöhen, die Effizienz optoelektronischer Halbleiterbauelemente und die Minoritätsladungsträgerlebensdauer aber begrenzen bzw. senken, zusätzliche Getterschritte notwendig. Derartige Verfahren sind in der Regel mit einer Hochtemperaturbehandlung nach der Erzeugung eines Schadensgebietes (Damagegetterung), mit einer Ablagerung der schnell diffundierenden Verunreinigungen im Spannungsgebiet zwischen Planarschicht und Halbleitervolumen (Glasgetterung) bei Temperaturen nahe der Diffusionsbzw. Planaroxidation und mit einer Komplexbildung an Sauerstoffpräzipitaten im Si-Volumen (Intrinsicgetterung) bei relativ hohen Temperaturen und mit langen Temperzeiten verbunden. In all diesen Fällen muß die Temperung bei technologiebedingten Temperaturen (wie z.B. bei etwa 1100⁰C bei der Bildung bor-bzw. phosphorhaltiger Gläser auf Si), die entweder zur Herstellung von Gettergebieten oder durch die Diffusion der Verunreinigungen bedingt sind, erfolgen. Die Diffusion der Verunreinigungen durch die Probe der Dicke L zur Getterschicht verlangt mit dem elemente- bzw. komplexspezifischen Diffusionskoeffizienten D eine Migrationszeit t_m, die durch