DE1614854A1 - Process for generating transitions in semiconductors - Google Patents
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Description
A 55 963 b 1614854A 55 963 b 1614854
b - X35 ,.b - X35,.
14. Aug, 1967Aug 14, 1967
Texas Instrumenta Incorporated Dallas, Texas, U.S.A.Texas Instrumenta Incorporated Dallas, Texas, U.S.A.
Verfabren aur Erzeugung ψρη. Übergängen inProcess for production ψρη. Transitions in
Die Erfindung betrifft ein Verfahren jfiir Erseugun^ eines Übergangs bestiiomter Gestalt in ©isiem H^l^Jeiterkllrpa^i y@n "Ö«a ein Oberfläcbehbereiöh mit einer PrfmdateiaBefaiefei U^ergo^n wird Inebenondere soll das Verfahren"wir Herateilung Vorrichtungen verwendet werden <,The invention relates to a method jfiir Erseugun ^ a transition bestiiomter shape in © isiem H ^ l ^ Jeiterkllrpa ^ i y @ n "Ö« a a Oberfläcbehbereiöh with a PrfmdateiaBefaiefei U ^ ergo ^ n is Inebenondere to the method "we Herateilung devices are used <,
8»8th"
Zwecken verwendet, Insbesondere auf dem Gebiet. tecbTniXHund ■ der elektronischen SchalCerT*1" Sie stachen. außer or dent lieb flach® BfErtistonsZonen mit komplizierter * int erdigitaler Geometrie erforderüeb* Mit den bekannten V@rfuhren zur Herstellung von Überggn'gen iKßt sieh bei -derUsed for purposes, especially in the field. tecbTniXHund ■ the electronic switch * 1 "They stung. except or dent dear flat® BfErtistonsZonen with complicated * int erdigitalgegeometrie required * With the well-known procedures for the production of transitions you can see both
BAD OR/QiNAL BAD OR / Q iNAL
w : " 00985 2/05.84 w: "00985 2 / 05.84
16U85416U854
A 35 965 bA 35 965 b
b - 135b - 135
14. Aug. 1967Aug 14, 1967
dotierter Zonen keine besondere gute Auflösung ersielen, insbesondere nicht bei den bekannten Diffusionsverfahren; bestenfalfdnEoloi&t die Auflösung in den Bere'icBTVon 1 - 10 ju. Bei der Herstellung dotierter Zonen mit geringer, aber genau vorgegebener Tiefe- ergeben sich mit den bekannten Verfahren aber noch weitere Schwierigkeiten·doped zones did not achieve particularly good resolution, in particular not with the known diffusion processes; BestfalfdnEoloi & t the resolution in the areas of 1 - 10 ju. at the production of doped zones with a small, but precisely predetermined depth, however, result with the known methods even more difficulties
33er Erfindung liegt nun die Aufgabe eugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art eu schaffen, mit dessen Hilfe dotierte Zonen mit größter geometrischer Genauigkeit, d.h» mit einem hohen Auflösungsvermögen hergestellt werden können und bei dem sich auch die Tiefe der dotierten Zone genau einstellen läfit» Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dsJ «in· der Gestalt des Obergangs entsprechende Zone des Oberflächen** berelchs mit einem fokusierten Energiestrahl bestrahlt und dann die PremdatoKsonleht entfernt wird· Da sich Energlestrablen, wie beispielsweise Elektronen- oder Itaserstrahlen,außerordentlich scharf fokusί©ran und räumlich genau steuern lassen, können mit diesem Verfahren dotierte Zonen komplexer Geometrie und, falle dies erwünscht 1st, von ganz geringer Tiefe berge-Btellt^werden. Während des Bestrahlen^diffundieren die Premd-33er invention is now the object of the egrund, a method create eu of the type mentioned at the beginning, with the help of which doped zones with the greatest geometrical accuracy, i.e. with a high resolution can be produced and in which the depth of the doped zone can also be precisely adjusted » According to the invention, this object is achieved in that dsJ «in zone of the surface corresponding to the shape of the transition ** berelchs irradiated with a focused energy beam and then the PremdatoKsonleht is removed such as electron or Itaser beams, extremely sharp focus and precisely controlled spatially, Zones of complex geometry doped with this method and, if this is desired, of very shallow depths can be recovered. During the irradiation ^ the premd-
16U85416U854
A 35 963 bA 35 963 b
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atome in den Halbleiterkörper ein, jedoch nur in den jοweile bestrahlten und echarf begrenzten Bereichen. Wird dann die Premdatomschicht entfernt, so verbleiben die in den Halbleiterkörper eindiffundierten Fremdatome als Donatoren oder Akzeptoren im Halbleiterkörper.Atoms into the semiconductor body, but only in the years irradiated and echarmed areas. Then the Removed Premdatomschicht, so remain in the semiconductor body foreign atoms diffused in as donors or acceptors in the semiconductor body.
Zweckmä&igerweiBe wird die tiberechtiseige^reindatomecbicht durch Erhitzen des Haibleiterkörpers und Ätzen mit einem Ätzmltteldampf entfernt. Dabei kann der Halbleiterkörper in einem Ofen . oder durch Überstreichen mit einem fokuslerten Energieetrahl erhitzt werden; die Verwendung eines fokusierten Energiestrahls hat den Vorteil, daß der Halbleiterkörper jeweils nur in engbegrenzten Bereichen während des Ätzens erhitzt wird.Appropriately, the right to purify the atom is not carried out Heating the semiconductor body and etching with an etchant vapor removed. The semiconductor body can be placed in a furnace. or by sweeping with a focused energy beam be heated; the use of a focused beam of energy has the advantage that the semiconductor body is only heated in narrowly defined areas during the etching.
Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellend« Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüchen und/oder au· der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung einiger Aueführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung dient; diese zeigt in:Further advantageous developments of the invention depicting "features emerge from the patent claims and / or Au to the following description, with reference to the explanation of some of the invention serves Aueführungsbeispiele · the accompanying drawings; this shows in:
Figo 1 einen schem&tischen Schnitt durch ein Silizium-Halbleiter· plättchen;Fig. 1 shows a schematic section through a silicon semiconductor Tile;
— 4 — 009852/0584 - 4 - 009852/0584
16U85416U854
A 35 965 b U A 35 965 b U -Ar--Ar-
b - 135 Ib - 135 I.
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Fremdatomschicht auf der oberen Oberfläche; Fig. 3 die Bestrahlung dee Halbleiterplättebene nit Hilfe einesImpurity layer on the upper surface; 3 shows the irradiation of the semiconductor wafer plane with the aid of a βcharf gebündelten Energiestrahls an vorgegebenen Stellen,β sharply bundled energy beam at specified points,
und in Fig. 4 das Halbleiterplättchen nach der Entfernung der Fremdand in 4 shows the semiconductor wafer after removal of the foreign material atoöBchicht.atoöBchicht.
Die Fig. 1 zeigt ein Halbleiterplättchen 11, das beispielsweise aus Silizium, Germanium oder Galliumarsenid oder einem anderen halbleitenden Material sein kann. Wie es die Fig. 2 erkennen läßt, wird eine dünne Fremdatomschicht 13 auf die Oberfläche des Halbleiterplättebene aufgebracht, um mit diesen Fremdatemen das Halbleitermaterial in bestimmter Weise bu dotieren. Im Falle eines Siliziumhalbleiterplättchens kann dies durch Eindiffundieren in einem Ofen geschehen, beispielsweise »it Bortribromil als Dotiersubetans, wobei dann während einiger Minuten, bei·11 spielßweiee 10 Min. lang in einer leicht oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird; die Fremdatomschicht kanneine Sicke von ungefähr zwei ^ : oder weniger haben,, Es ist aberr1auch möglich, die dünne Fremdatomschicht aufzustreichen. Schließlich könnte sie auch1 shows a semiconductor wafer 11, which can be made of silicon, germanium or gallium arsenide or another semiconducting material, for example. As can be seen from FIG. 2, a thin foreign atom layer 13 is applied to the surface of the semiconductor wafer level in order to dope the semiconductor material in a specific manner with these foreign atoms. In the case of a silicon semiconductor chip this can be done by diffusing in an oven, for example, "Bortribromil as Dotiersubetans, being then heated for a few minutes, at 11 · spielßweiee for 10 min in a slightly oxidizing atmosphere it. the impurity layer, a bead of about two ^: ,, or less have However, it is possible r 1auch, aufzustreichen the thin impurity layer. After all, she could too
009852/0584009852/0584
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A 35 963 bA 35 963 b
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epitaxiech aufgewachsen werden»to be grown up epitaxially »
Nach Aufbringen der Fremdatomschicht wird ein ElektronenstrahlAfter the impurity layer is applied, an electron beam is generated
E oder ein anderer, fokusierter Energiestrahl auf die fremdatomscbicht gerichtet, wie dies sohematiecfa di@ Fig. 3 erkennen läßt. Die streng opalisierte Wirkung dee Strahls® ü±e auf eine von ihm bewirkte, lokale Erhitzung surücksuführgn XBt9 bewirkt eine Diffusion der Fremdatome aus der £remdat©Mctii'©W''iardae Halbleitörplättchen, jedoeh lediglich .. . in ä@n unter den Auftreffpunkten d@s En@rgi*strahls auf die atonschicht liegen. Infolgedessen bildet- aiöte ©lsi® Biffueioae zone 15 im Halbleiterplättchen. Die Tiefe diee®? Zone IMi sich dadurch .variieren, d@S man di@ Besstrablungsssit Intensität des Elektronssaatifafels entsprecheni wlW|o läßt sich die Br@it@ ä®v Biffuaionssone 13 dm^-zt @k® entsprechende Wahl der Br@it@ ätsa El@ktronenstrm!il@ 1 ©iüst@Hdii9 _, Bei-der Verwendung eine© Elektronen« oder !^©©rste&tils kansä dit Aufld&ung dieses Yerfm^ren® ein Bruch-^e-üs- ©in@s |a betragen« Ferner läßt sich der Bn@rgl@gte&til mit einfachen Mitteln längs eines komplexen, vorbesfclsmiten Husters führen, so ά&,β die Diffusionszone und damit Sw übergang ein© bell@big komplizierteE or another focused energy beam directed at the foreign atomic layer, as can be seen in sohematiecfa di @ Fig. 3 . The strictly opalescent effect dee Strahls® u ± e on one caused by him, local heating surücksuführgn XBt 9 causes a diffusion of impurities from the £ remdat © Mctii '© W''iardae Halbleitörplättchen, jedoeh only ... lie in ä @ n under the points of impact of the En @ rgi * beam on the aton layer. As a result, aiote © lsi® Biffueioae zone 15 forms in the semiconductor wafer. The depth diee®? Zone IMi vary by the fact that the intensity of the electron seed table corresponds to the intensity of the electron seed table o can the Br @ it @ ä®v Biffuaionssone 13 dm ^ -zt @ k® appropriate choice of the Br @ it @ ätsa El @ ktronenstrm! il @ 1 © iüst @ Hdii 9 _, when using an © electron « or! ^ © © rste & tils kansä dit the listing of this Yerfm ^ ren® be a fraction- ^ e-üs- © in @ s | a «Furthermore, the Bn @ rgl @ gte & til can be guided by simple means along a complex, pre-owned cough, so ά &, β the diffusion zone and thus Sw transition a © bell @ big complicated
- 6- 6
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A 35 963 ο * ~ ff- A 35 963 ο * ~ ff-
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Gestalt haben kann. Diee tat besonders bei der Herstellung interdigitaler Vorrichtungen mit komplexer Gestalt von Bedeutung.Can have shape. Thee did especially in the production interdigital devices of complex shape matter.
Nach Beendigung der Bestrahlung wird das Halbleiterplättchen 11 in einen Ofen gebracht und auf ungefähr 9000C erbitBt. Sann wird Salzsäuredampf in den Ofen eingeleitet, der bei diesen Temperaturen die Fremdatomschicht 13 abätzt. Dieses Dampfätzverfahren läßt sich hinsichtlich der Xtztiefe besonders präzise steuern, weshalb die Tiefe der Diffusionszone 15 innerhalb des Halbleiterplättchens auf einen vorgegebenen Wert gebracht werden kann, und zwar mit der Genauigkeit eines Bruchteiles eine β ta. After completion of the irradiation, the semiconductor wafer is placed in a furnace 11 and erbitBt to about 900 0 C. Hydrochloric acid vapor is then introduced into the furnace, which at these temperatures etches away the foreign atom layer 13. This vapor etching process can be controlled particularly precisely with regard to the depth of the etch, which is why the depth of the diffusion zone 15 within the semiconductor wafer can be brought to a predetermined value, with the accuracy of a fraction of a β ta.
η .·· V? - -"TSS- η . ·· V? - - "TSS-
Das Endprodukt nach Entfernung der Fremdatomsohioht 13 in Fig*- 4 dargestellt · ·■■» ■ <The end product after removal of the foreign atom 13 shown in Fig * - 4 · · ■■ »■ <
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungegemäßen Verfahrene wird ein fokusierter Snergiestrahl dazu verwendet} die Oberfläche des Halbleiterplättchens lokal zu erhitzen, solange sie sich in einer saHzeäuredampfhaltigen AtmosphäreIn another embodiment of the method according to the invention, a focused radiation beam is used for this purpose} to heat the surface of the semiconductor wafer locally as long as it is in an atmosphere containing acid vapor
- 7- 7th
OSSS2/0S84OSSS2 / 0S84
A 35 963 bA 35 963 b
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befindet; überstreicht der Elektronenstrahl dann die Oberfläche des Halbleiterplättohens, so wird die TreradatcBeohicht an den bestrahlten Stellen abgeätzt. Es läßt eich aber euch ein pulsierender Energiestrahl anwenden. »~--~*~is located; the electron beam then sweeps over the surface of the semiconductor wafer, the TreradatcBeohicht is to the irradiated areas. But it lets you apply a pulsating beam of energy. »~ - ~ * ~
Sie folgenden Beispiele sollen der Erläuterung des erfindungegemäßen Verfahrens dienen.The following examples are intended to explain the process according to the invention.
Ein Silicium- Halbleiterplättehen 11 wurde in üblicher Weise in -einen Ofen gebracht, um auf ihm ei»» ·. 2 iu dicke Bortribromidsohicht zu erzeugen. Me Fremdatomkonzentration in dieserA silicon semiconductor wafer 11 was made in the usual manner put in an oven to put an egg on it »» ·. 2 u thick boron tribromide layer. Me foreign atom concentration in this
POPO
Schicht betrug ungefähr 10 Atome pro Kubikzentimeter. Sann wurde ein Elektronenstrahl auf die Fremdatomsohicht gerichtet. Im folgenden werden die Betriebobedingungen angeführt;Layer was approximately 10 atoms per cubic centimeter. Sann an electron beam was directed onto the foreign atom layer. The operating conditions are listed below;
ffff
•Vakuum 1 χ 10*"^ Torr• Vacuum 1 χ 10 * "^ Torr
Nach der Belichtung wurde festgestellt, daß sich die erzeugte Diffuaionszone ungefähr 18 μ tief in das SiliziumplättchenAfter exposure, it was found that the diffusion zone produced is approximately 18 μ deep into the silicon wafer
- 8 -009852/0584- 8 -009852/0584
A 35 963 b 9A 35 963 b 9
b - 135 ° b - 135 °
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binelnerstreckt, aber nur unter den mit dem Elektronenstrahl beaufschlagten Oberfläcbensteilen. Außerdem hatte die Diffusions* zone außerordentlich scharfe Ränder und im wesentlichen den Durchmesser des Elektronenstrahls. Die Diffusionstiefe wurde in üblicher Welse durch Läppen und Einfärben ermittelt.binelnerstretched, but only under those with the electron beam applied surface parts. In addition, the diffusion * zone extremely sharp edges and essentially the Diameter of the electron beam. The diffusion depth was determined in the usual catfish by lapping and coloring.
Bei diesem Beispiel wurde die Zunähme der Dioden-Durchbruchsspannung einer auf Silicium niedergeschlagenen BortribromldsotrfSTt ermittelt. Vor der Bestrahlung "Te trug die Durchbruohespannung 18 Volt. Die Ergebnisse der Bestrahlung mit Hilfe eines Elektronenstrahls sind im folgenden angegeben:In this example, the increase in the diode breakdown voltage of a silicon-deposited boron tribromomldsotrfSTt was determined. Before the irradiation, the breakdown voltage was 18 volts. The results of the irradiation with the aid of an electron beam are given below:
Bestrahlungszeit Gesamte Erregungsenergie Durchbruohs-(Sekunden) dee Elektronenstrahls SpannungIrradiation time Total excitation energy breakthrough (seconds) of the electron beam voltage
(oal) ^ (Volt) (oal) ^ (volts)
*,.s rO ~~u~~ 18* ,. s rO ~~ u ~~ 18
4 6.5 - ■* 454 6.5 - ■ * 45
8 9.5 708 9.5 70
~δ 14.0 "**~* 100~ δ 14.0 "** ~ * 100
009852/0584009852/0584
16U85416U854
A 35 963 h *) - «f -A 35 963 h *) - «f -
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Einige ferrite und Isolierstoffe wie beispielsweise Tltandiojcyd haben Halbleitereigenschaften, und das erflndungegemäße Verfahren läSt sich auch auf sie anwenden.Some ferrite and insulating materials such as Tltandiojcyd have semiconductor properties, and the method according to the invention can also be applied to them.
Mit Hilfe des angegebenen Verfahrene lassen sich Diffusionszonen _mit einem Durchmesser von einemJBruohteil eines ρ, bei» spieinweise von 10 ρ erzeugen, wenn der Durchmesser dos fokusierten Energiestrahls auf einem vergleichbaren Wert gehalten wird.With the aid of the procedure given, diffusion zones with a diameter of one fraction of a ρ, with » Generate play indications of 10 ρ if the diameter is dos focused energy beam held at a comparable value will.
Selbstverständlich kann das erfindungegemäi© Verfahren ai&sh zur Herstellung von ftehrfachübergängen herangezogen werden« So könnte das in Fig. 4 dargestellte Plättchen mehrere Diffusions= zoneift Ϊ5 haben, die durch dieselbe TecWilp und mit "Of course, the method erfindungegemäi © ai & sh can ftehrfachübergängen used for the preparation of So could in Fig. 4 shown platelets several diffusion = zoneift have Ϊ5 represented by the same TecWilp and
barer komplizierter Geometrie hergeatelli; wiia.®m Hergeatelli without complicated geometry; wiia.®m
Mit Hilfe eines pulsierenden» fokisaisrten Material yon der Oberfläeb© einer Biffusionsson® werden, die mit Hilfe des @rfindungsg@iQäS@n worden ist, ohne daß ein® merkliche, weiter© Diffusion auftritt.With the aid of a pulsating "fokisaisrten material of Oberfläeb yon be © a Biffusionsson® which has been using the rfindungsg @ @ @ n iQäS without appreciable ein® further © diffusion occurs.
Andererseits ist es BUGh möglich, einen fokuei@^t©aOn the other hand, it is possible for BUGh to use a Fokuei @ ^ t © a
16U85416U854
A 35 963 b .A 35 963 b.
b - 135 40 b - 135 40
14. Aug. 1967 .Aug 14, 1967.
niederer Energie während einiger Sekunden auf die Oberfläche einer Diffusionszone oder einer daran angrenzenden ione sulow energy to the surface for a few seconds a diffusion zone or an adjacent ione su
richten, was zur Folge hat, daß sich dieser Oberfläohenbereioh zu einem kleinen Hügel aufwirft, wie dies, in einer anderen Patentanmeldung (amtl. Aktenzelchen.?^^.^^/^^) der Anmelderin beschrieben 1st. Ferner können die beiden Verfahren kombiniert werden, um Ausnehmungen und hügeltthnliohe Erhebungen beliebiger Qeometrie und eine oder mehrere piffusionestmen zu erzeugen. . ■ · * . . ■:/ direct, which has the consequence that this Oberfläohenbereioh raises itself into a small hill, as described in another patent application (amtl. Aktenzelchen.?^^.^^/^^) of the applicant is described. Furthermore, the two methods can be combined in order to produce recesses and hill-like elevations of any geometry and one or more diffusion branches. . ■ · *. . ■ : /
In allen Fällen läßt eich als Energieetrahl sowohl ein EltkisO? ,;n—' als auch ein Laserstrahl verwenden.In all cases both an EltkisO? ,; n— ' as well as a laser beam.
In einigen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Halbleiterkörper zu erhitzen, um die Temperaturgradienten in der Nachbarschaft der bestrahlten .Bereiche zu vermindern. So wurde bei einigen Ausftihrungsbelepielen das jeweilige Halbleiter«· plättchen während der Bestrahlung auf einer Temperatur von on« gefähr 50O0O gehalten. ■In some cases it has proven to be useful to heat the semiconductor body in order to reduce the temperature gradients in the vicinity of the irradiated areas. Thus, the respective semiconductors "· was platelet held during irradiation at a temperature of on" dangerous 50O 0 O in some Ausftihrungsbelepielen. ■
Bei der Herstellung mancher Strukturen mit Hilfe des erflndungsgemäßen Verfahrene kann es wünschenswert sein, einen gone be-When producing some structures with the aid of the method according to the invention, it may be desirable to
- 11 -- 11 -
009852/0584009852/0584
1-6U8541-6U854
A 35 963 b Af A 35 963 b Af
b - 135 l 'b - 135 l '
U. Aug. 1967U. Aug. 1967
stimmten Verlauf der Premdatookonsentration e& erei@l@sts In einigen dieser Fälle kann su diesem Zweck ein Verfahren angewandt werden, wie es in der gleiotee^itig eingereichtenCorrect course of the premdato consentration e & erei @ l @ st s In some of these cases a procedure can be used for this purpose, as it is submitted in the gleiotee ^ itig
der Amoelderin (Amtl. Aktenzeichen JLßj* ^fA0^W^ der Amoelderin (Official file number JLßj * ^ fA0 ^ W ^
ist, bei dem man unter Verwendung eines fokuei@rten Energiestrahle einen Teil der Fremdatome aus dta Halbleitermaterial heraus diffundieren läßt.is where is allowed to diffuse using a fokuei @ rten energy beam a part of the impurity atoms from dta semiconductor material out.
Das in der vorliegenden Anmeldung betiohriebene Verfallen ist nicht auf bestimmte Halbleitermaterialien oder Botiermaterialien beschränkt. . ·The lapse mentioned in the present application has expired not on certain semiconductor materials or promotional materials limited. . ·
- 12 * - 12 *
009852/058A009852 / 058A
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family
ID=24427628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (3)
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-
1967
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- 1967-08-31 GB GB3991267A patent/GB1194049A/en not_active Expired
- 1967-09-28 NL NL6713197A patent/NL6713197A/xx unknown
Also Published As
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