CS209199B1 - Zařízení k výrobě polovodičových struktur - Google Patents

Description

(54) Zařízení k výrobě polovodičových struktur

Vynález se týká zařízení k výrobě polovodičových struktur, zejména k vytváření struktur izolačních a elektricky vodivých vrstev na polovodičových substrátech iontovým bombardováním, kde mezi iontovým zdrojem a polovodičovým substrátem je vlažena maska s vytvářenou strukturou a při kterém se vyvolávají lokálně omezené změny v polovodičovém substrátu případně ve vrstvách na tomto substrátu.

Je známé, že při výrobě polovodičových stavebních prvků se k vytváření struktur používá f otooptických zařízení. Přitom se vrstvy, na kterých se mají vytvořit struktury, potáhnou fotolakem citlivým na světlo a potom se pomocí fotooptického zařízení zobrazí na lakové vrstvě fotošablona se žádanými strukturami. Při následujícím vyvolávaní se vrstva fotolaku lokálně omezeně odstraní. Na těchto místech se pak vrstva, která leží pod ním, úplně nebo částečně odstraní kapalným leptacím médiem. Vrstvy, kde se vytvářejí struktury, mohou být polovodičové vrstvy, izolační vrstvy nebo vodivé vrstvy.

Světelně-optická zařízení k fotolitografickému vytváření struktur mají tu podstatnou nevýhodu, že jejich rozlišovací schopnost je teoreticky omezená vlnovou délkou použitého elektromagnetického záření. Fotošablony potřebné pro tato zařízení mají v důsledku nebezpečí znečištění poměrně malou životnost.

Rovněž známá jsou elektronově-optická zařízení, ve kterých elektronový paprsek ze zdroje se zaostřuje na vrstvu fotolaku, ulpívající na povrchu materiálu, a vytváří se rastrový obraz vyráběné struktury. Elektronově-optická zařízení mají tu nevýhodu, že k vytváření struktur jsou nezbytné ulpívající vrstvy citlivé na elektrony.

Existují iontově-optická zařízení k dotování struktur, kde iontový páprsek ze zdroje iontů se zaostřuje na povrchu materiálu a vytváří se rastrový obraz dotované struktury. Při vhodné volbě druhu a energie iontů mohou tato zařízení sloužit i k nanášení nebo odstraňování vrstev z materiálů. Podstatnou nevýhodou je časová náročnost při výrobě struktur, poněvadž k vytváření struktury materiálu je třeba vysokých dávek iontů. Rovněž je známé, že kysličník křemičitý ozářený ionty má oproti neozářenému kysličníku v závislosti na dávce záření a na jakosti kysličníku různou rychlost leptání.

Účelem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody a umožnit bez použití fotolitografie výrobu strukturních metariálů, aby byla rychlá a přesná.

Úkolem vynálezu tedy je vypracovat zařízení k výrobě polovodičových struktur iontovým bom209199

r bardováním, které by zajišťovalo při dobré reprodukovatelnosti parametrů vyšší rozlišovací schopnost a tedy vyšší stupeň integrace než fotooptická zařízení a znemožňovalo vytváření nečistot.

Podle vynálezu je tento úkol vyřešen tím, že maska je mezi iontovým zdrojem a polovodičovým substrátem umístěna tak, že na polovodičovém substrátu nebo na vrstvách ležících na. tomto substrátu se vytvoří paprskem iontů zmenšený obraz masky, a v závislosti na druhu iontů, teplotě substrátu, dávce a energii iontů se vyvolá rozdílná rychlost leptání; na jejím základě lze po následujícím suchém a mokrém leptání vytvořit žádnou polovodičovou strukturu.

Zařízení podle vynálezu, znázorněné na výkrese, sestává z vakuové komory 10 s iontovým zdrojem 11. Iontový zdroj 11 vysílá iontový paprsek 12, například paprsek protonů nebo směsí iontů lehkých prvků s velkým rozptylem.

Iontový paprsek 12 prochází zobrazovanou maskou 13, která je uložena v přední části zařízení a v níž jsou vytvořeny požadované polovodičové struktury, a zaostřuje se iontově optickou soustavou, sestávající ze sběrné čočky 14a, a ze složené čočky 14b, na polovodičový substrát 15 uložený v zadní části zařízení.

Při průchodu iontového paprsku 12 prostorem mezi maskou 13 v přední části zařízení a polovodičovým substrátem 15 v zadní části zařízení se průměr paprsku 12 zmenší desetinásobně.

Polovodičový substrát 15 může být například křemíkový, pokrytý vrstvou 15' z kysličníku křemičitého nebo kovu, případně kysličníku křemičitého a kovu. Polovodičový substrát 15 je upevněn v držáku 16, který lze posouvat pomocí mechanického dopravního ústrojí 17 v zadní části zařízení v rovině rovnoběžné s rovinou masky 13.

Toto mechanické dopravní ústrojí 17 umožňuje vysunutí držáku 16 z vakuové komory 20, aby se substrát 15 mohl nahradit novým, a dá se použít také k definovanému místnímu posunutí polovodičového substrátu 15 v rovinně kolmé k ose iontového paprsku 12. Takové posouvání umožňuje například provádět postupp^,st|jké jžobrázení v různých oblastech polovodičového substrátu 15 a tím vytvářet několik identických obrazů. Při nehybném držáku 16 lze k vytvoření stejných zobrazení na různých místech polovodičového substrátu 15 posouvat iontový paprsek 12 pomocí deflektoru 18 ve tvaru magnetu, který je napájen rozdílovým proudem z regulačního obvodu 19. Tento způsob posouvám místa zobrazení na polovodičovém substrátu 15 však vyžaduje poměrně dlouhou cestu dopadajícího záření, aby byly chyby zobrazení dostatečně malé.

Maska 13 je upevněna v jednoduchém nosiči 20, který se dá vyjímat z vakuové komory 10, aby se z něj daly masky 13 snímat a nahrazovat jinými.

Ve speciálních případech může iontový paprsek 12 sestávat především z protonů (H⁺) s energií 60 až 100 ke V, přičemž se dosáhne rozlišovací schopnosti asi 10“⁴ nm.

Dávka potřebná k vytváření struktury v lokálně omezených oblastech termických vrstev kysličníku křemičitého, případně napařených hliníkových vrstev suchým nebo mokrým leptáním, je 10~¹⁶ až 10¹⁸ protonů/cm².

Aby bylo možno polovodičový substrát zpracovávat různým způsobem, používá se dílčích masek uložených lineárně nebo do kruhu; tyto dílčí masky se ukládají v předběžně nastavené poloze do dráhy iontového paprsku 12 v přední části vakuové komory 10 a umožňují vyrobit konečnou polovodičovou strukturu jednotlivými po sobě následujícími pochody ozáření.

V zařízení podle vynálezu lze použít masky s nepřesnými detaily. Tyto masky se neznečišťují a neopotřebují a mají delší životnost než fotoligrafické masky (fotošablony).

Claims (6)

1. PREDMET

   1. Zařízení k výrobě polovodičových struktur, zejména k vytváření struktur na polovodičových substrátech nebo na nich uložených izolačních anebo vodivých vrstvách iontovým bombardováním, kde mezi iontovým zdrojem a polovodičovým substrátem je vložena maska s vytvářenou strukturou a při kterém se vyvolávají lokálně omezené změny v polovodičovém substrátu případně ve vrstvách · nacházejících se na tomto substrátu, vyznačující j;e tím, že ve vakuové komoře (10) je maska (l3), na níž jsou oblasti propouštějící a nepropouštějící ionty upraveny podle struktury vytvářené na polovodičovém substrátu a rozměry detailů mají pevné zvětšené měřítko než rozměry detailů vytvářené polovodičové struktury, umístěna v přední části zařízení mezi iontovým zdrojem (11), vytvářejícím silně rozbíhavý iontový svazek s vysokou hustotou, a iontově optickou soustavou,

   VYNALEZU která je vůči iontovému zdroji (11) jemně nastavena a zaostřuje iontový paprsek (12) mezi přední a zadní částí zařízení, přičemž v zadní části zařízení je posuvně uložen polovodičový substrát (15) a před ním iontově optická soustava tak, že povrch polovodičového substrátu (15) je vystaven působení tvarovaného iontového paprsku (12).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahuje nastavovací soustavy ke znemožnění chybného nastavení polovodičového substrátu (15) a iontového paprsku (12) mezi jednotlivými operacemi iontového ozařování.
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že nastavovací soustavy zahrnují ústrojí (17) k posoujápí držáku (16) materiálu v rovině polovodičového substrátu (15) rovnoběžné s rovinou masky (13) a kolmé k oSe iontového paprsku (12).

   '
4. 4. Zúřížení podle boud 2, vyznačující se tím, že nastaýóýafcí soustavy zahrnují deflektor (18) záření h^js^M Íniezi iontovým zdrojem (11) v přední části zatíženi a:polovodičovým substrátem (15) v zadní části zařízení. i
5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že průměr iontového paprsku (12) mezi maskou (13) v přední Části zařízení a polovodičovým substrátem (15) v zadní části zařízení odpovídá poměru 10:1.
6. 6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna maska (13) je uložena v nosiči (20), případně v polohově nastaveném měniči.