DE2412102A1

DE2412102A1 - Verfahren zur ionenimplantierung

Info

Publication number: DE2412102A1
Application number: DE2412102A
Authority: DE
Inventors: Jun Robert M Ennis
Original assignee: California Linear Circuits Inc
Current assignee: California Linear Circuits Inc
Priority date: 1973-03-14
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-09-19
Also published as: GB1466786A; US3908183A; DE2412102C2; JPS5755206B2; JPS49122966A

Description

PATENTANWÄLTE
Dr. phil. G. B. HAGEN Dipl.-Phys. W. KALKOFF 9 A 1 ? 1

8000 MÜNCHEN 71 (Solin) ^ ** ¹^ '

Franz-Hals-Straße 21
Tel. (0811) 796213/795431

CAL 3297. München, den 12. März 1974

K. /HM

California linear Circuits, Inc. 12741 los Nietos Road
Santa Fe Springs, Calif. 90670 Y. St. A.

Verfahren zur Ionenimplantierung

Priorität: 14. März 1973; V. St. A.; Fr. 341 153

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ionenimplantierung, welches eine Tor- und JTachimplantierungstemperung, eine Ionenimplantierung bei niedriger Energie und mit hoher Ionendichte über eine große Fläche, eine gleichzeitige und/oder nachfolgende Bildung eines ohmischen Kontaktes und die Verwendung von in fester Form vorliegenden Quellenmaterialien einschließlich hochschmelzenden Metallen ermöglicht. Alle Verfahrensschritte werden in derselben Vakuumkammer bei sehr hohem Vakuum durchgeführt.

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Bei der Herstellung von Harbleiterelementen wie Dioden und Transistoren stellt die Herstellung von Übergängen, d. h. aneinandergrenzender Bereiche verschiedener Leitfähigkeit in einem Halbleiterkörper einen wesentlichen Schritt bei der Herstellung dar. Die zu diesem Zweck vorgeschlagene Ionenimplantierung bietet Vorteile, welche bei der Bildung solcher Übergänge mittels Diffusionstechniken nicht erreicht werden können. Z. B. gestattet die Ionenimplantierung eine genauere Steuerung der Übergangstiefe und eine genauere Steuerung des Dotierungsgradienten am Übergang. Ferner können Kanalbildungs- und Blockierungseffekte in vorteilhafter Weise verwendet werden.

Jedoch sind mit den bekannten Ionenimplantierungsverfahren viele Schwierigkeiten verbunden, wie etwa

a) Schwierigkeiten beim Reinigen und bei der Vorbereitung des Substrats vor der I_onenimplantierung;

b) Begrenzungen hinsichtlich der Art des Quellenmaterials, welches für eine Ionenimplantierung verwendbar ist;

c) Schwierigkeiten beim Anordnen des Quellenmaterials in der Aufdampfkammer;

d) Schwierigkeiten bei der Erzielung einer Implantierung über einen großen Flächenbereich, wie das z. B. erwünscht ist zur Herstellung großflächiger Dioden mit kurz unter der Oberfläche liegendem pn-übergang und hoher Stromaufnahmefähigkeit;

e) die Mchtverfügbarkeit eines Implantierungssystems mit niedriger Energie und hoher Ionendichte, welches in einem sehr hohen Vakuum arbeiten kann;

f) Probleme beim Tempern des Halbleitertargets zwecks Behebung von Gitterschäden, welche von dem Ionenbombardement herrühren, und zwecks Überführung von implantierten Ionen aus Zwischengitterplätzen auf Leerstellen des Gitters; und

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g) Komplikationen bei der Bildung der Elektroden, d. h. der ohmischen Kontakte auf den ionenimplantierten Bereichen.

Die Herstellung von Halbleiterelementen beginnt normalerweise mit einem mechanischen Polieren des Halbleiterplättchens und einer darauffolgenden Reinigung, wobei das polierte Plättchen chemisch geätzt wird, um eine einwandfreie Oberfläche zu erhalten. Dabei können restliches Wasser, Ätzmittel oder andere Reinigungsflüssigkeiten an dem Substrat in adsorbiertem Zustand verbleiben, wobei diese Verunreinigungen der Herstellung von Halbleiterelementen höchster Qualität entgegenstehen. Gitterdefekte, wie z. B. Schälstellen oder Versetzungen können in dem Halbleiter vorhanden sein aufgrund des mechanischen Polierens. Eine vor der Implantierung stattfindende Temperung des Substrats ist erwünscht, um das Gitter zu rekristallisieren, Gitterdefekte zu beseitigen und adsorbierte Flüssigkeiten zu verdampfen.

Bisher wurde dieses Tempern durch Aufheizen des Substrats in eine« Ofen auf eine Temperatur zwischen 400 ⁰C und 600 °C durchgeführt. Das Substrat wurde dann von dem Temperofen zu der Ionenimplantierungskammer transportiert. Während des Transports war das Substrat der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt; es konnten daher Oxidbildung und/oder SubstratTerschmutzung auftreten. Ein Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Halbleiterelementen eine Vorimplantierungstemperung und -Reinigung in derselben Hochvakuumkammer durchzuführen, die auch für die Ionenimplantierung benutzt wird. Es wird dadurch der Apparaturaufwand verringert, eine verbesserte nach dem Ätzen durchgeführte Reinigung und Temperung wird erreicht, und das Substrat wird vor der Implantierung nicht mehr berührt oder

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transportiert.

Es "bestanden "bisher Beschränkungen hinsichtlieh der für eine Ionenimplantierung verwendbaren Materialien, und es war eine komplizierte Apparatur erforderlich, derartiges Quellenmaterial in der Implantierungskammer anzuordnen. Bevorzugt wurden gasförmige Quellen verwendet. Mit der Abtrennung eines Ionenstrahl arbeitende Verfahren, wie sie in den US-Patenten 3 341 754 und 3 563 809 beschrieben werden, arbeiten in der ¥eise, daß in der Gasphase befindliche Ionen auf die Implantierungskammer gerichtet werden. Bei solchen Verfahren wird die magnetische Ablenkung von beschleunigten Ionen aus eine.*· gasförmigen Quelle dazu benutzt, Ionen einer ausgewählten Masse oder eines ausgewählten Impulses abzutrennen. Im Gegensatz dazu ist das 2el der Erfindung die Verwendung einer ein expandierendes Plasma enthaltenden Quelle von Implantierungsionen.

Pestkörperquellen sind im allgemeinen nicht benutzt worden wegen der Schwierigkeit des Verdampfens und des Ionisierens des Quellenmaterials in der Implantierungskammer. Die Anwesenheit von verdampften, nicht-ionisierten Atomen des Quellenmaterials in der Implantierungskammer wurde stets als Hindernis angesehen. Die Erfindung bezweckt dagegen, die Verwendung von Eestkörper-Quellenmaterial zu ermöglichen, welches in der zur Ionenimplantierung dienenden Hochvakuumkammer verdampft wird. Kichtionisierte Atome des Quellenmaterials sollen dabei vorteilhafterweise zur Kontaktbildung verwendet werden, und zwar gleichzeitig mit der und/oder nachfolgend auf die Ionenimplantierung.

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Die bisher für die Ionenimplantierung verwendeten Quellenmaterialien umfassen Phosphor, Bor, Antimon und Arsen, die sämtlich für die Bildung von pn-Übergängen bekannt sind. Gemäß dem US-Patent 3 293 084 werden Alkalimetalle für die Ionenimplantierung verwendet wie Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Dieee Materialien sind leicht als gasförmige Quellen erhältlich. Bisher war die Verwendung von hochschmelzenden Materialien wie Nickel und Palladium zur Ionenimplantierung nicht praktikabel. Die sehr hohe Verdampfungstemperatur dieser Materialien machte es schwierig oder unmöglich, sie in gasförmiger Form zu erhalten. Die Erfindung strebt dagegen an, die Ionenimplantierung auch hochschmelzender Materialien zu ermöglichen.

Ionenimplantierung über eine größere Hache ist bisher schwierig gewesen. Die mit einem getrennten Ionenstrahl arbeitenden Verfahren, welche magnetische Massen- oder Impulstrennungsverfahren verwenden, führen zu einem feinen Ionenstrahl, der zur Mikrobearbeitung, d. h. für eine Implantierung in kleinen Flächen geeignet ist. Für eine Implantierung von großen Flächen ist jedoch eine elektrostatische Ablenkung in einem Rastermuster erforderlich. Eine derartige rastermäßige Ablenkung führt jedoch zu einer Komplizierung der Apparatur. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es daher, eine großflächige Ionenimplantierung und damit die Bildung großflächiger Übergänge und/oder das Ionenbombardement vieler Substrate ohne die Notwendigkeit einer Abletfnkung gemäß einem Rastermuster zu ermöglichen. Ein solches Verfahren ist z. B. nützlich bei der Bildung großflächiger Übergänge für Hochleistungsbauelemente, wie etwa Hochspannungsoder Hochstromdioden.

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Die meisten bekannten Implantierungsverfahren arbeiten mit hoher Energie, üblicherweise im Bereich von 10 keV bis 150 keV. Pur eine Phosphor- oder Borimplantierung werden häufig Energien im Bereich von 50 keV verwendet. Ferner sind die Ionendichten besonders bei dem mit abgetrenntem Ionenstrahl arbeitenden Verfahren sehr niedrig, waa relativ lange Implantierungszeiten für eine wirksame Substratdotierung erfordert oder dazu nötigt, eine Ablenkung entsprechend einem Rastermuster vorzusehen. Die Bildung flacher, also nahe der Oberfläche liegender Übergänge ist schwierig. Die Erfindung strebt ein Verfahren an, bei dem ein Ionenbombardement niedriger Energie verwendet wird, welches mit hoher Ionendichte über eine große Fläche zu arbeiten vermag. Die Bildung von flachen Übergängen wird erleichtert, und kurze Implantierungszeiten werden erreicht.

Das Ionenbombardement in kristalline Targets wie z. B. in einen Halbleiter hat eine beträchtliche Beschädigung des Kristallgitters zur Folge. Ferner werden die Ionen gewöhnlich in Zwischengitterplätze injiziert. Eine Temperung ist erforderlich, um die beschädigte Gitterstruktur wieder herzustellen und um es den injizierten Ionen zu ermöglichen, Gitterleerstellen einzunehmen. Ein solches Tempern beinhaltet ein Aufheizen des Substrates entweder während oder nachfolgend auf das Ionenbombardement auf eine Temperatur, bei der das Kristallgitter wieder hergestellt wird und bei der die injizierten Ionen leersteilen innerhalb des Gitters einnehmen. Die Einnahme solcher Gitterleerstellen ermöglicht es den injizierten Ionen, die Rolle des Donators oder Akzeptors zu spielen, wobei diese elektrische Aktivität die Bildung des Überganges herbeiführt.

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Bei einer "bekannten Anordnung wird eine in Kontakt mit dem Targethalter befindliche Heizung dazu "benutzt, das Halbleitersubstrat während der Implantierung auf eine der Temperung dienende Temperatur von etwa 600 ⁰C aufzuheizen. Andere Anordnungen erfordern das Transportieren des Substrats zu einem getrennten Ofen für ein nach dem Implantieren stattfindendes Tempern. Die Erfindung strebt an, die Möglichkeit einer während und/oder nach der Implantierung stattfindenden Temperung zu schaffen unter Verwendung einer Kombination von Wärme- und Elektronenbestrahlung innerhalb der Ionenimplantierungskammer.

Die Bildung von Kontakten für ionenimplantierte Übergänge ist üblicherweise in einer Kammer durchgeführt worden, die von derjenigen getrennt war, in der das Ionenbombardement stattfand. Das heißt> die Substrate wurden zu einer getrennten Vakuumkammer gebracht, in der Aluminium, Gold oder anderes Metall durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen auf das Substrat aufgebracht wurde, um den Kontakt zu bilden. Mit dieser bekannten Verfahrensweise waren viele Schwierigkeiten verbunden. Zunächst stellt der Transport der Substrate von einer Kammer zu einer anderen einen zusätzlichen Arbeitsvorgang dar und setzt das noch unvollendete Halbleitersystem atmosphärischen Verunreinigungen aus. Ferner können eine Diffusion oder eine Wanderung von Elektrodenmaterial in den ionenimplantierten Bereich oder eine Diffusion von implantierten Ionen stattfinden, wenn hohe Temperaturen angewendet werden. Teilweise wegen dieses Problems der Materialwanderung waren gewisse Materialien für eine derartige nachträglich stattfindende Kontaktbildung nicht verwendbar. Ferner ist es schwierig gewesen, Kontakte zu bilden, die ein direktes Fließlöten gestatten und damit die Notwendigkeit der Verbindung mit elektrischen

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Anschlußdrahtchen vermeiden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Elektroden, d. h. die ohmischen Kontakte gleichzeitig mit der Ionenimplantierung und der Bildung des Überganges gebildet werden können. Dies wird erreicht, durch die auf anfänglich erteilter kinetischer Energie beruhende Vakuumniederschlagung τοη hochschmelzendem Metall oder anderen Atomen innerhalb der Ionenimplantierungskammer. Ferner können dadurch, daß Ionenbombardement und Mederschlagung aufgrund anfänglich erteilter kinetischer Energie gleichzeitig durchgeführt werden, verschiedene Materialien übereinandergeschichtet werden einschließlich hochschmelzender Materialien, die normalerweise als nicht miteinander -verträglich betrachtet werden.

Ein weiteres Ziel besteht darin, die Schaffung eines Dotierungs depots in Halbleitern zu verbessern. Bei der Herstellung von diffundierten Übergängen können Oberflächenunregelmäßigkeiten wie Oxidflecken auf dem Substrat vorhanden sein und eine gleichmäßige Diffusion durch die Oberfläche verhindern. Venn daher die übliche Diffusionstechnik verwendet wird, ergeben sich ungleichmäßige Dotierungskonzentrationen. Derartige Ungleichmäßigkeiten können durch Verwendung von Ionenimplantierung verwendet werden, indem in den Oberflächenbereich ein Dotierungsdepot hoher Konzentration gebracht wird und dann das Substrat erhitzt wird, um die Diffusion der implantierten Dotierung zu ermöglichen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet eine niedrigenergetische Ionenimplantierung hoher Dichte von hochschmelzenden oder anderen Materialien statt. Die Vorimplantierungs-Reinigung, die Ionenimplantierung, die

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auf anfänglich erteilter kinetischer Energie beruhende Abscheidung der Elektrodenschicht und die nach der Implantierung durchgeführte Temperung werden sämtlich in derselben Hochvakuumkammer durchgeführt, wobei die Substrate aus der Kammer während dieser Verfahrensschritte nicht entfernt werden. Die Kammer enthält auch eine Elektronenkanone zur Erzeugung eines konischen Elektronenstrahlbündels zur Ionisierung der Quellenmaterialien, wodurch eine Quelle expandierenden Plasmas für das Ionenbombardement und für die Kontaktbildung geschaffen wird. Die Anordnung gestattet die Verwendung von hochschmelzenden Elementen wie Nickel und Palladium für die Halbleiterfertigung.

Die nach dem Ätzen durchzuführende Reinigung und/oder die vor der Implantierung durchzuführende Temperung der Halbleitersubstrate wird in der Hochvakuumkammer in der Weise durchgeführt, daß die Substrate mit Elektronen von einem ringförmigen G-lühdraht aus bestrahlt werden. Dieses Elektronenbombardement heizt die Substrate auf über 100 ⁰C auf, wodurch die Entfernung von Ätzflüssigkeiten und anderen Flüssigkeiten von dem Substrat erreicht wird und G-itterdefekte durch Temperung behoben werden.

Ein hochenergetisches konisches Elektronenstrahlbündel, welches auf ein in einem Schiffchen befindliches eventuell hochschmelzendes Material fokussiert wird, führt zur Verdampfung dieses Quellenmaterials und zur Ionisierung einiger verdampfter Teilchen. Das resultierende expandierende Plasma dient sowohl als Ionenquelle für die Implantierung als auch als Quelle für die Niederschlagung von Atomen aufgrund der ihnen anfänglich erteilten kinetischen Energie. Ohne die Verwendung eines externen magnetischen Feldes beschleunigt

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ein elektrostatisches Feld die Ionen in Richtung auf das Substrat, wodurch eine flache Fiedrigenergie-Implantierung mit hoher Ionenkonzentration über eine große Fläche erreicht wird. Das gleichzeitige Aufdampfen von Atomen aufgrund der ihnen erteilten kinetischen Energie führt zur Bildung einer Schicht aus dem hochschmelzenden Metall auf dem Substrat zwecks Bildung eines ohmischen Kontaktes für den implantierten Bereich. Die Bildung des Kontaktes kann nach Vollendung der Ionenimplantierung fortgesetzt werden, um eine genügende Kontaktdicke zu erzielen. Während der Ionenimplantierung bleiben die Substrate auf einer relativ niedrigen Temperatur. Aus einem Glühdraht austretende Elektronen heben die positive Ladung der implantierten Ionen·auf. Die nach der Implantierung fortgesetzte Elektronenbestrahlung heizt das Substrat auf eine Temperatur auf, die ausreicht, die durch das Ionenbombardement entstandenen Gitterschäden durch Temperung zu beseitigen und die Umlagerung von implantierten Ionen aus Zwischengitterplätzen auf Gitterleerstellen zu fördern.

Ein anderes Material kann nachfolgend auf die vorher gebildete Schicht aufgebracht werden unter Verwendung des kombinierten Ionenimplantierungs- und Aufdampfungsverfahrens. Dies ermöglicht die Übereinanderschichtung von Materialien, die normalerweise nicht miteinander verträglich sind. Z. B. kann Mzckel in Silicium implantiert werden, um einen flachen Übergang zu bilden, wobei gleichzeitig die Bildung einer Mekelelektrode erfolgt. Dann kann Aluminium auf die Nickelsehicht abgeschieden werden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Aluminiumionen in die Bickelschicht implantiert werden, um für ein wirksames Anhaften der Aluminiumatome zu sorgen, die gleichzeitig auf die Mckelschicht aufgedampt werden. Dieses Verfahren gestattet

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die Bildung von Kontakten, die direkt fließgelötet werden können, und ist nützlich für andere Plattierungs- und Elektrodenbildungsvorgänge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher "beschrieben, wobei in den verschiedenen Figuren einander entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch ein typisches HaIbleitersystem, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet worden ist;

Figur 2 eine teilweise längsgeschnittene Ansicht einer bevorzugten Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figur 3 einen Querschnitt durch ein anderes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildetes Halbleitersystem, welches eine Elektrode aufweist, die aus Schichten verschiedener, normalerweise nicht miteinander verträglicher Materialien besteht .

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung versteht es sioh, daß Merkmale, die in der Beschreibung bestimmten Ausführungsformen zugeordnet werden, auch den sonstigen beschriebenen Ausführungsformen zugeordnet werden können, es sei denn, diese Merkmale wären offensichtlich nicht in solcher Weise übertragbar oder würden ausdrücklich davon ausgenommen.

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Das Halbleitersystem 10 von Figur 1 ist in dem als Substrat dienenden Plättchen 11 aus Silicium oder einem anderen Halbleitermaterial gebildet, welches eine relativ dünne epitaxiale Schicht 12 aufweist, die n- oder pvordotiert ist. Innerhalb der Schicht 12 ist ein flacher Bereich 13 anderer leitfähigkeit durch Ionenimplantierung gebildet worden. Die Bereiche 12 und 13 bilden zusammen den gleichrichtenden tibergang 14, dessen Tiefe durch die gestrichelte Linie 15 angedeutet wird. Die elektrische Verbindung mit dem ionenimplantierten Bereich 13 erfolgt mittels eines ohmischen Kontaktes 16, der in erfindungsgemäßer Weise gleichzeitig mit der und/oder nachfolgend auf die Ionenimplantierung gebildet worden ist. Die Fläche des Überganges 14 und des Kontaktes 16 wird durch eine Öffnung 17 in einer z. B. aus SiO₂ gebildeten Schicht 18 definiert, welche als Maske dient.

Üblicherweise wird eine Vielzahl von derartigen Systemen 10 gleichzeitig in dem Plättchen 11 gebildet, welches später zerschnitten werden kann, um die einzelnen Systeme voneinander zu trennen.

Das Halbleitersystem 10 von Figur 1 kann unter Verwendung der Vorrichtung 20 von Figur 2 hergestellt werden. Anfänglich wird jedes Plättchen 11 mechanisch bis auf optische Güte poliert und dann mit einem Ätzmittel gesäubert, um eine einwandfreie Oberfläche zu erhalten. Ein oder mehrere Plättchen 11 werden auf einem Targethalter 21 angeordnet, der in geeigneter Weise in der Vorrichtung 20 nahe der Oberseite der Vakuumkammer 22 angebracht ist. Ein übliches Pumpsystem 23 wird dazu benutzt, die Kammer 22 auf ein sehr hohes Vakuum in der Größenordnung von 10 ' bis 10 Torr zu evakuieren. Die

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Kammer 22 kann mit Argon gespült werden, um Restgase zu entfernen.

Eine Vorimplantierungs-Säuberung und -Temperung der Plättchen 11 wird in der Kammer 22 dadurch erreicht, daß die Targets mit Elektronen von einem ringförmigen Grlühdraht 24 beschossen werden. Der G-lühdraht 24, der ■vorzugsweise aus Niobtantalat besteht, ist ungefähr 8 cm unterhalb des Targethalters 21 angeordnet. Eine einstellbare Stromquelle 25 versorgt den Draht 24 mit Strom. ¥enn die Stromquelle 25 auf einen relativ geringen Wert eingestellt wird, z. B. 400 Watt, dient der Draht 24 in erster linie als Strahlungsheizung. Wenn die Stromquelle 25 auf einen höheren Wert eingestellt wird., z. B. 600 Watt, werden Elektronen aus dem Draht 24 emittiert. Diese Elektronen werden in Richtung auf die die Targets bildenden Plättchen 11 mittels eines elektrischen Feldes beschleunigt, welches dadurch erzeugt wird, daß dem Draht 24 eine Torspannung von etwa -2 kV bezüglich des elektrisch geerdeten Targethalters 21 erteilt wird. Diese Beschleunigungsspannung für den Elektronenbeschuß wird von einer Stromquelle 26 geliefert.

Der auf die Plättchen 11 auftreffende Elektronenstrom wirkt tempernd und reinigend. Die Elektronenenergie wird teilweise direkt an das Gitter übertragen und teilweise als Wärme abgegeben, wodurch die Temperatur der Plättchen 11 beträchtlih ansteigt. Diese kombinierte Wärme- und Energieübertragung hat zur folge, daß sich das Halbmaterial zu einem regelmäßigen Kristallgitter zurückbildet. Fehlstellen, Versetzungen und andere G-itterfehler werden durch die Wärmebewegung ausgeglichen, so daß ein relativ vollkommenes Kristallmaterial mit einer Qualität erhalten wird, die fast dem eines

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theoretischen Modells gleicht. Die Erwärmung führt auch dazu, daß Gase, Wasser und Reste von Ätzflüssigkeit von den Plättchen 11 entfernt werden und darauf aus der Kammer 22 abgepumpt werden. Während dieser Vorimplantierungstemperung werden die Plättchen 11 vorzugsweise auf eine Temperatur über 100 ⁰C aufgewärmt, wobei diese Temperatur mit einem Thermoelement 28 gemessen wird, welches direkt unter dem Targethalter 21 angebracht ist. Diese Temperung kann in 10 bis 20 Minuten durchgeführt werden, wobei ein Elektronenstrom von etwa 10 bis 20 mA/cm mit einer Beschleunigungsspannung von etwa 2 kV verwendet wird.

Die gesäuberten und getemperten Substrate 11 läßt man dann abkühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 25 bis 50 ⁰C. Zur Unterstützung dieser Abkühlung kann Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch eine Kühlleitung 29 zirkulieren, die in Wärmekontakt mit dem Targethalter 21 angebracht ist. Die Plättchen 11 sind dann für die Ionenimplantierung und für die Kontaktbildung vorbereitet; diese Schritte werden in derselben Vorrichtung 20 durchgeführt, so daß die gesäuberten Plättchen nach der Vorimplantierungstemperung weder berührt noch transportiert werden.

Das Material 32, welches als Quelle für die Ionenimplantierung und für die Kontaktbildung verwendet wird, ist in einem Schiffchen 33 enthalten, welches nahe dem Boden der Torrichtung 20 angeordnet ist. Das Material 32 wird verdampft und ionisiert durch einen konischen Elektronenstrahl 34, der von einem ringförmigen Glühdraht 35 geliefert wird. Wie nachstehend noch beschrieben wird, werden die Ionen elektrostatisch in Richtung auf die Plättchen 11 beschleunigt und dort implantiert, um den Bereich 13 (Figur 1) zu bilden, während gleichzeitig und nachfolgend die nichtionisierten

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verdampften Atome des Quellenmaterials 32 aufgrund ihrer kinetischen Anfangsenergie zu den Plättchen 11 gelangen, um dort den Kontakt 16 zu bilden. Der Draht 35 ist in horizontaler Lage etwa 20 cm über dem Schiffchen 33 angebracht und ist in etwa koaxial mit der Tertikaiachse der Kammer 22. Eine Stromquelle 36 versorgt den aus Niobtantalat bestehenden Draht 35 mit genügender elektrischer Leistung, z. B. 600 Watt, um für eine genügende Elektronenemission zu sorgen. Die Elektronen werden in Richtung auf das elektrisch geerdete Schiffchen 33 auf eine Energie von etwa 4 keV beschleunigt, wobei der Draht 35 auf ein entsprechendes negatives Potential mittels der Stromquelle 37 vorgespannt wird. Die Elektronen konvergieren zu dem Quellenmaterial 32 hin in Form eines konischen Bündels, welches zusätzlich von einer ringförmigen elektrostatischen Fokussierelektrode 38 fokussiert wird, die von einer Stromquelle 39 auf einem positiven Potential von etwa 400 V gehalten wird.

Durch die Fokussierung des Elektronenstrahls 34 auf den Mittelpunkt des Quellenmaterials 32 wird die Quelle auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt, vorzugsweise auf 2000 bis 3000 ⁰C, was ausreicht, um schwer schmelzbare Materialien, wie Nickel oder Palladium zu verdampfen. Zusammenstöße von Elektronen des Strahls 34 mit verdampften Atomen haben eine Ionisierung eines Teils - wahrscheinlich weniger als 10 $ der aus dem Quellenmaterial 32 verdampften Teilchen zur Folge. Das verdampfte und ionisierte Quellenmaterial bildet eine Plasmawolke in dem mit 42 bezeichneten Bereich, die vorzugsweise eine Dichte von 1o" Teilchen/cm aufweist. Die von der Quelle verdampften Teilchen können eine kinetische Energie von 4 keV haben, die gleich der Elektronenenergie des Strahls 34 ist. Diese kinetische Energie führt dazu, daß die Woke expandiert, so daß man sagen kann, daß die Vor-

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richtung 20 eiie "Plasmaexpansions"-Quelle aufweist. In der Kammer 22 wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten unter Berücksichtigung der Tatsache, daß bei einer Energie von 4 keV der Minimaldruck zur Erzielung eines Plasmas, welches expandiert, etwa 10 ' Torr beträgt.

Zum Zwecke der Ionenimplantierung werden Ionen aus der Plasmawolke durch ein elektrisches Feld beschleunigt, welches von einem zylindrischen Schirm 43 erzeugt wird, der den oberen Teil der Ionenbahn umgibt. Der Schirm 43 wird auf einem hohen negativen Potential, z. B. -10 kV, mittels einer Stromquelle 44 gehalten. Das sich ergebende elektrostatische Feld beschleunigt die positiv geladenen Ionen in^Richtung auf die Plättchen 11 mit einer ausgewählten Energie, die die Summe der durch die Verdampfung erteilten kinetischen Energie und der Beschleunigungsenergie ist. Durch Einstellung der Stromquelle 44 kann also die Implantierungsenergie gesteuert werden, um eine gewünschte Eindringtiefe der Ionen in die das Substrat bildenden Plättchen 11 zu erreichen und damit die Tiefe 15 des pn-tiber ganges zu steuern.

Zur Steuerung der Dauer der Ionenimplantierung ist ein Verschluß 45 in der Ionenbahn zwischen der Quelle 32 und den Plättchen 11 angeordnet. Der Verschluß 45 wird verschlossen gehalten, wenn der Elektronenstrahl 34 gerade eingeschaltet wird, so daß eine gewisse Verdampfung des Quellenmaterials und eine gewisse Plasmabildung vor der eigentlichen Ionenimplantierung auftreten. ¥enn eine geeignete Dichte der Ionenwolke erreicht worden ist, wird der Verschluß 45 mechanisch geöffnet unter Verwendung eines Gestänges 46, welches von außerhalb der Vakuumkammer 22 betätigbar ist. Aufgrund der an dem Schirm 43 anliegenden Spannung werden die Ionen in Richtung auf die Plättchen 11 beschleunigt

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und dringen in diese ein und bilden den ionenimplantierten Bereich 13. Während dieser Implantierung werden die Plättchen 11 von Elektronen aus dem Draht 24 überflutet, um die Ladung der auftreffenden Ionen zu neutralisieren.

Bei einer Beschleunigungsspannung von etwa 5 kV liegt die Ionendichte in der Vorrichtung 20 üblicherweise zwischen

20 und 60/uA/cm . Diese Ionendichte ist relativ konstant über eine recht große Fläche, so daß eine gleichmäßige Implantierung über einen ausgedehnten Targetbereich erzielt werden kann, z. B. über eine kceisförmige Fläche mit einem Durchmesser von 45 cm. In dem Bereich 13 kann eine Implantierung mit einer Tiefe von etwa 200 S. und einer sehr hohen implantierten Ionenkonzentration, z. B. 10 Ionen/cm , gewöhnlich in einigen Sekunden erhalten werden. Natürlich hängt die Eindringtiefe und die implantierte Ionendichte von verschiedenen Parametern ab einschließlich der Ionenbeschleunigungsspannung, der Art des Quellenmaterials, der Ionenwolkendichte und der Behandlungsdauer. Im Fertigungsbetrieb werden die Werte dieser Implantierungsparameter so gewählt, wie das die jeweils gewünschten Eigenschaften des Halbleiterelements verlangen. Die relativ hohe Ionenstromdichte,'typischerweise 20 bis 60 /uA/cm , und die geringe Beschleunigungsspannung, typischerweise, aber nicht notwendigerweise weniger als 10 kV, sollten im Vergleich mit dem Stand der Technik gesehen werden, bei dem

Stromdichten von 1 /uA/cm und Beschleunigungsspannungen von mehr als 50 kV üblich sind.

Gleichzeitig mit der Ionenimplantierung bewegen sich die nichtionisierten Atome, die von der Quelle 32 verdampft aufgrund, ihrer kinetischen Anfangsenergie in

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Richtung auf den Targethalter 21 und lagern sich auf der Oberfläche der Plättchen 11 ab und beginnen so die Bildung der Kontakte 16. Da die Dichte der nichtionisierten Atome beträchtlich größer ist als die Ionendichte, erfolgt ein beträchtlicher Aufbau der Kontaktschicht in einer kurzen Zeitspanne. Dies führt zu dem gewünschten Ergebnis, daß die Kontaktbildung gleichzeitig mit der Ionenimplantierung beginnt.

Da die Bildung des ionenimplantierten Überganges sehr schnell erfolgt, üblicherweise innerhalb weniger Sekunden, ist die Dicke des gleichzeitig mit der Ionenimplantierung aufgebrachten Kontaktmaterials viel geringer als optimal erwünscht. Dementsprechend wird die auf der kinetischen Anfangsenergie beruhende Aufbringung des nichtionisierten Quellenmaterials gewöhnlich eine gaisse Zeitlang fortgesetzt, nachdem die Implantierung beendet ist. Es wird dabei die von der Stromquelle 44 gelieferte Beschleunigungsspannung abgeschaltet, um die Implantierung zu beenden, der Verschluß 45 wird jedoch offengelassen, so daß weitere nichtionisierte Atome auf die Plättchen 11 aufgebracht werden. Wenn eine genügende Dicke des Kontaktes 16, vorzugsweise 2000 bis 3000 S., erreicht worden ist, wird der Verschluß 45 geschlossen, und der Elektronenstrahl 34 wird abgeschaltet, um das Aufdampfen zu beenden.

Einige Faktoren beeinflussen die Dauer der Bildung des Kontaktes 16, Einer dieser Faktoren ist die Energie des Elektronenstrahls 34. Verm, diese erhöht wird, erhöht sich die Aufdampfrate. Daher kann es vorteilhaft sein, die Elektronenstrahlenergie nach der Ionenimplantierung heraufzusetzen und dadurch die Bildung des Kontaktes zu

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beschleunigen. Eine geringere Elektronenstrahlenergie und damit eine geringere Aufdampfrate wird während der Ionenimplantierung bevorzugt, da, wenn die Kontaktschicht sich zu schnell aufbaut, diese Schicht die auftreffenden Ionen blockiert und damit vorzeitig die Ionenimplantierung stoppt, bevor die gewünschte Ionendichte in den Plättchen 11 erreicht worden ist.

Ein anderer Paktor besteht darin, daß die Aufdampfrate exponentiell mit der Zeit anwächst. Daher ist es erwünscht, die Ionenimplantierung durchzuführen, kurz nachdem der Elektronenstrahl 34 zwecks Einleitung der Verdampfung eingeschaltet worden ist, und die Bildung des Kontaktes zu einer späteren Zeit durchzuführen, nachdem eine viel höhere Aufdampfrate erreicht worden ist. Zu diesem Zweck kann der Verschluß 45 für eine gewisse Dauer geschlossen werden, die zwischen der Vollendung der Ionenimplantierung und einem späteren Zeitpunkt liegt, in dem die Aufdampfrate wesentlich angestiegen ist. In diesem späteren Zeitpunkt wird der Verschluß 45 wieder geöffnet, um eine schnelle Bildung des Kontaktes 16 zu gestatten.

Mit der Vorrichtung 20 können sehr hohe Ablagerungeraten bei der Bildung des Kontaktes 16, z. B. mehr als 1000 S. pro Minute, erreicht werden. Die jeweilige Ablagerungsrate hängt nicht nur von den oben erwähnten Paktoren, sondern auch von dem jeweils benutzten Material ab. Z. B. können in einer Aufdampfzeit von 5 Minuten 2000 S. Nickel oder 4000 S. Palladium oder 10000 & Aluminium mit derselben Elektronenstrahlenergie 34 aufgebracht werden.

Während der sehr kurzen Implantierungsdauer bleibt die Temperatur der Plättchen 11 relativ gering, typischerweise

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zwischen 25 ⁰C "bis 50 ⁰C. Diese geringe Temperatur erhöht die Ionenlöslichkeit, wodurch eine sehr hohe implantierte Ionendiehte in kurzer Zeit in den Bereichen 13 erreicht werden kann. Später während der Bildung der Kontakte 16 steigt die Temperatur der Plättchen 11 beträchtlich an aufgrund sowohl der Elektronenbestrahlung als auch des Bombardements mit nichtionisierten Atomen sowie auch aufgrund der Strahlungswärme von dem sehr heißen Quellenmaterial 32. Typiseherweise kann die Temperatur der Plättchen 11 dabei in einen Bereich zwischen 250 ⁰C und 350 ⁰C während der Bildung des Kontaktes ansteigen. Dieser Temperaturanstieg ist nicht unerwünscht, da die Systeme 10 im allgemeinen als nächstes einer Haehimplantierungstemperung bei einer noch höheren Temperatur unterworfen werden.

Die liachimplantierungstemperung der Systeme 10 ist erwünscht, um Gitterdefekte zu beheben, die durch das Ionenbombardement verursacht worden sind, und um die Verlagerung injizierter Ionen aus Zwischengitterplätzen auf Leerstellen des Halbleitergitters zu fördern. In erster Linie können nämlich die injizierten Ionen nur in diesen G-itterleerstellen als Donatoren oder Akzeptoren elektrisch aktiv werden.

Gemäß der Erfindung wird die Nachimplantierungstemperung in der Vorrichtung 20 in der Weise durchgeführt, daß die Plättchen 11 der Elektronenbestrahlung und der von dem Draht 24 kommenden Wärme ausgesetzt werden. Im einzelnen wird so verfahren, daß der Verschluß 45 am Ende der Kontaktbildung geschlossen wird, der Glühdraht 24 jedoch weiterhin mit einer Leistung versorgt wird, die ausreicht, um die Plättchen schnell über die zum Tempern des Substratmaterials erforderliche Mindesttemperatur zu erhitzen. Eür Silicium

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liegt diese Mindesttemperatur bei etwa 350 ⁰C, und der Gltihdraht 24· wird dazu verwendet, die Temperatur der Plättchen schnell auf etwa 450 ⁰C anzuheben. Die Plättchen 11 werden für eine kurze Zeitspanne, typischerweise 1 bis 2 Minuten, auf dieser erhöhten Temperatur gehalten. Diese kurze Zeitspanne ist ausreichend für eine Beseitigung der Gritterdefekte und für die erwähnte Verlagerung der implantierten Ionen, ist jedoch nicht so lang, daß eine Diffusion entweder der implantierten Ionen oder des Kontaktmaterials erfolgen könnte. Der Glühdraht 24 wird dann abgeschaltet, und die Plättchen 11 werden abgekühlt, z. B. dadurch, daß eine Flüssigkeit durch die Kühlleitungen 29 am Targethalter 21 geleitet wird.

Die in der beschriebenen ¥eise verarbeiteten Plättchen 11 können dann aus der Vorrichtung 20 entnommen werden und in einzelne Systeme 10 zerteilt werden. Alternativ können die Plättchen 11 auch weiteren Bearbeitungsschritten in der Vorrichtung 20 unterworfen werden. Z. B. kann in anderen Bereichen des Systems 10 eine Ionenimplantierung mit einem anderen Quellenmaterial durchgeführt werden, oder es kann ein anderes Quellenmaterial auf die vorher gebildeten Kontaktbereiche aufgebracht werden.

Zur Ionenimplantierung in andere Bereiche der Plättchen 11 wird ein (nicht gezeigtes) zweites Schiffchen, welches ein anderes Quellenmaterial enthält, an die Stelle gebracht, an der das konische Elektronenstrahlbündel 34 zusammenläuft. Die Ionenimplantierung und die Kontaktbildung werden in der oben beschriebenen Weise durchgeführt, Jedoch durch eine besondere Maske, die geeignet positioniert ist, um sicherzustellen, daß von diesem nachfolgenden Bombardement Substrat-

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bereiche betroffen sind, die von den vorher behandelten verschieden sind.

Figur 3 zeigt ein weiteres System 1OA, bei dem der ohmische Kontakt 16a Schichten 16' und 16'· verschiedener Materialien aufweist. Der ionenimplantierte Bereich 13 und die darauf befindliehe Kontaktschicht I6^f sind in der oben beschriebenen Weise gebildet worden, außer daß die Kontaktschicht 16¹ relativ dünn ist, z. B. 1000 $.. Die darüber liegende Kontaktschicht 16'' wird mit einem anderen Quellenmaterial gebildet, welches durch das konische Elektronenstrahlbündel 34 verdampft wird, und zwar durch eine mit Ionenimplantierung kombinierte Aufdampfung. Während dieses Vorganges werden Ionen des zweiten Quellenmaterials in die darunter liegende Schicht 16· implantiert und bewirken ein starkes Anhaften der zusätzlich aufgebrachten Schicht 16^T!. Die auf kinetische Energie beruhende Ablagerung wird fortgesetzt, bis die Schicht 16'' eine gewünschte Dicke, z. B. ein /U erreicht hat.

Der gerade beschriebene Prozeß gestattet es, eine ITnterlageschicht mit einem zweiten Material zu überziehen, webhes normalerweise nicht an der ühterlageschicht anhaften würde. Z. B. können der ionenimplantierte Bereich 13 und die Unterlage -Kontakt schicht 16' des Systems 1OA von Pigur 3 aus Hlckel gebildet werden, während die relativ dicke Überzugs-Kontakt schicht 16'' aus Aluminium bestehen kann.

Zusätzliche Schichten verschiedener Materialien können durch Wiederholung des beschriebenen Prozesses aufgebracht werden. Dies ist nützlich bei der Bildung von Kontakten, die direkt fließgelötet werden können. Das Anschließen von Drähtchen an die Aluminiumkontakte kann ohne weiteres durchgeführt werden,

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aber das Fließlöten solcher Kontakte ist schwierig, weil durch Einwirkung der Atmosphäre auf das System Aluminiumoxid gebildet wird, welches ein lließlöten verhindert. Diese'Oxidbildung kann durch Aufbringen einer sehr dünnen (z. B. 1000 &) Schicht aus Nickel oder Palladium auf die Aluminiumschicht 16'' gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert werden. Da die obere Schicht ohne Entfernung des Plättchens aus der Vakuumkammer 22 gebildet wird, bilden sich keine Oxide zwischen der Aluminiumschicht und der Nickel- oder Palladiumschicht. Das Nickel bzw. das Palladium selbst oxidiert nicht so leicht und dient als Schutzschicht, welche die Oxidation des Aluminiums verhindert, wenn das System 10 später aus der Vorrichtung 20 entnommen wird. Das direkte Fließlöten solcher Kontakte wird daher erleichtert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher mit Vorteil verwendbar zur Bildung übereinanderliegender Schichten aus verschiedenen Materialien wie aus hochschmelzenden Metallen, die normalerweise nicht in einwandfreier Weise übereinandergeschichtet werden können. Die besondere Wirkung der Erfindung liegt darin, daß ein Ionenbombardement niedriger Energie und hoher Dichte kombiniert wird mit einer· Ablagerung der nichtionisierten Atome desselben Materials aufgrund deren kinetischer Anfangsenergie. Die Ionen werden in die Unterlageschicht injiziert und sorgen damit für eine gute Verbindung zwischen dieser Unterlageschicht und den aufgrund kinetischer Anfangsenergie beförderten Atomen des zweiten Materials, welches zur Bildung der folgenden Schicht abgelagert wird.

Es wird betont, daß alle beschriebenen Verfahrensschritte bei sehr hohem Vakuum und damit in sehr sauberer Umgebung ausgeführt werden. Dies stellt sicher, daß keine Oxidation

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und keine Verunreinigung des Halbleiters und der metallischen und anderen dabei verarbeiteten Materialien auftreten, und ermöglicht es ferner, in den Systemen pn-Übergänge hoher Qualität zu bilden und Schichten verschiedener Materialien übereinander aufzubringen. Einige hochschmelzende Materialien sind oben angegeben worden; es können jedoch auch andere Materialien, gleichgültig ob diese hochschmelzend sind oder nicht, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren implantiert und aufgebracht werden.

Eine andere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Bilden von Dotierungsdepots in Halbleitersystemen. Zu diesem Zweck wird die Ionenimplantierung unter Verwendung der Vorrichtung von Figur 2 bei Energien bis zu etwa 60 keV durchgeführt. Die hohe Ionendichte hat eine hohe implantierte Ionenkonzentration bei Tiefen bis zu etwa 1000 2. zur Folge. Gleichzeitig werden nicht ionisierte Teilchen des Quellenmaterials aufgrund ihrer kinetischen Anfangsenergie auf der Substratoberfläche abgelagert. Nach dieser Bildung eines Dotierungsdepots werden die Substrate auf eine Temperatur aufgeheizt, die ausreicht, die implantierten Ionen und falls erwünscht, die auf der Oberfläche abgelagerten Teilchen - in die Substrate einzudiffundieren. Die so erhaltenen Halbleitersysteme haben sehr gleichmäßige Diffusionsbereiche, die frei sind von irgendwelchen Unregelmäßigkeiten der Dotierungskonzentration. Eine solche gleichmäßige Diffusion wird sogar durch Oberflächenverunreinigungen und -Unregelmäßigkeiten hindurch erreicht, die sich vor der Bildung des Dotierungsdepots auf dem Substrat befinden können. Vorzugsweise folgt eine solche Aufbringung eines Dotierungsdepots auf ein Elektronenbombardement, welches in der oben beschriebenen Weise zur Reinigung

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dient. Zusätzlich kann eine auf kinetischer Anfangsenergie "beruhende Ablagerung von Material nach der Ionenimplantierung jedoch vor der Diffusionsaufheizung durchgeführt werden, um zusätzliches Material zwecks Diffusion in das Substrat hinein bereitzustellen.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Ionenimplantierung und zur Vakuumabscheidung von Materieteilchen aufgrund deren kinetischer Anfangsenergie, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Pestkörper-Quellenmaterial in einer hochevakuierten Kammer unter Verwendung eines Elektronenstrahlbündels verdampft wird derart, daß das Ilektronenstrahlbündel auch einen Teil der verdampften !Teilchen des Quellenmaterials ionisiert und somit.ein expandierendes Plasma gebildet wird,

und daß die Ionen dieses Plasmas elektrostatisch in Richtung auf ein Target zwecks Implantierung in dasselbe beschleunigt werden, während gleichzeitig eine Ablagerung von Atomen aus dem Plasma aufgrund deren kinetischer Anfangsenergie auf dem ionenimplantierten Bereich des Targets ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Target aus einem Halbleitersubstrat besteht und die implantierten Ionen einen Übergang in dem Substrat bilden und die abgelagerten Atome eine Elektrode für diesen Übergang bilden, dadurch gekennzeichne t , daß anschließend an die Ionenimplantierung und die Ablagerung von Atomen aufgrund deren kinetischer Anfangsenergie das Substrat innerhalb der Kammer durch Elektronenbestrahlung getempert wird und dabei das Substrat über eine zur Temperung des Halbleiters erforderliche Mindesttemperatur erhitzt wird für eine Zeitspanne, die ausreicht, G-itterstörungen durch Warme-

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■bewegung zu beheben und die implantierten Ionen von Zwischengitterplätze auf Gitterleerstellen zu "bringen, die jedoch kurz genug ist, um eine Diffusion von implantierten Ionen zu verhindern, daß das Substrat dann schnell abgekühlt wird und daß die Temperatur des Substrats während der Ionenimplantierung unterhalb der genannten zur Temperung erforderliehen Mindesttemperatur gehalten wird.

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d ur c h gekennzeichnet, daß anschließend ein gleicher Prozeß bestehend aus Ionenimplantierung und Ablagerung von Atomen aufgrund kinetischer Anfangsenergie mit einem anderen Quellenmaterial durchgeführt wird, so daß die Ionen dieses anderen Quellenmaterials in die vorher abgelagerte Schicht implantiert werden und eine gute Haftung der aufgrund ihrer kinetischen Anfangsenergie beförderten Atome des anderen Quellenmaterials an der Torher gebildeten Schicht bewirken, wobei mindestens eins der Materialien ein hochschmelzendes Metall ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Ionenimplantierung zwecks Erhöhung der Dicke der Schicht die Ablagerung von Atomen aufgrund ihrer kinetischen Anfangsenergie fortgesetzt wird, daß während der Ionenimplantierung die Verdampfungsrate relativ gering gehalten wird, daß die fortgesetzte Atomablagerung später durchgeführt wird, wenn die Verdampfungsrate beträchtlich angestiegen ist, und daß die Ablagerung aufgrund der kinetischen Anfangsenergie der Atome während einer Zeitspanne blockiert wird, die zwischen der Zeit liegt, in der die Implantierung erfolgt, und der Zeit,

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in der die Ablagerung nichtionisierter Atome fortgesetzt wird.

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TM 1 rh

flach

eines für diesen bestimmten ohmischen Kontaktes in einem Halbleiter sy s tem, dadurch gekenn z>-e lehnet, daß ein Halbleiterplättchen in eine Vakuumkammer gebracht wird, daß die Vakuumkammer auf ein holies Vakuum ausgepumpt wird, daß ein konisches Elektroneiistrahlbündel zur Verdampfung von Quellenmaterial innerhalb der evakuierten Kammer angewendet wird und gleichzeitig zur Ionisierung eines Teils des verdampften Quealenmaterials dient und daß die ionisierten Teilchen des/Quellenmaterials elektrostatisch in Richtung auf das/Halbleiterplättchen mit genügender Energie beschleunigt werden derart, daß die Ionen in einen flachen Bereich des Halbleiterplättchens implantiert werden, und daß ni^htionisierte verdampfte Teilchen des Quellenmaterials'auf der Oberfläche des genannten Bereiches des Halbleiterplättchens gleichzeitig mit der Ionenimplantierung abgeschieden werden zwecks Beginns der Kontaktbildung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnret, daß die Beschleunigungsspannung für die Ionen unt/r 10 kV liegt und die Ionenstromdichte über 1 mA/cm lritegt, so daß die Bildung flacher Übergänge mit hoher implantierter Ionenkonzentration ermöglicht wird, daß die Abscheidung nichtionisierter Partikel des Quellenmaterials liach der Beendigung der Ionenimplantierung fort-' gesetzt vrLrd, um die Bildung eines Kontaktes ausreichender Dicke wo- ermöglichen, und daß in derselben Hochvakuumkammer eine/Elektronenbestrahlung zwecks Temperung des Halbleiter- ;chens aurcngeiunrt

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PATENTANWÄLTE

Dr. phil. G. B. HAGEN DiPl-PIiYS-W-KALKOFF

MÜNCHEN 71 (SoUn) * * ** 2412102

Franz-Hals-Straße 21 '
TeL (0811) 796213/795431

CAL 5297 München, den 1. Juli 1974

K. /st

Aktenzeichen P 24 12 102.6
California Linear Circuits, Inc.

Eeue Patentansprüche

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Target ein HaIbleiterplättchen verwendet wird, um darin einen flachen Übergang und einen für diesen bestimmten ©hämischen Kontakt zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein konisches Slektronenstrahlbündel angewendet wird und daß das elektrostatische Beschleunigungspotential so gewählt wird, daß die ionisierten Teilchen des Quellenmaterials in Richtung auf das Halbleiterplättchen mit solcher Energie beschleunigt werden, daß die Ionen in einem flachen Bereich des Halbleiterplättchens implantiert werden, und daß die gleichzeitig mit der Ionenimplantierung abgeschiedenen nichtionisierten verdampften Teilchen des Quellenmaterials auf der Oberfläche des genannten Bereiches des Halbleiterplättchens den Anfang eines ohmischen Kontaktes bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsspannung für die Ionen unter 10 kV liegt und die Ionenstromdichte über 1 mA/cm liegt, sodaß die Bildung flacher Übergänge mit hoher implantierter Ionenkonzentration ermöglicht wird, daß die Abscheidung nichtionisierter Partikel des Quellenmaterials nach der Beendigung der Ionenimplantierung fortgesetzt wird,

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um die Bildung eines Kontaktes ausreichender Dicke zu ermöglichen, und daß in derselben Hochvakuumkammer eine Elektronenbestrahlung zwecks Temperung des Halbleiterplättchens durchgeführt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

•7

daß die Vakuumkammer auf einen Druckwert zwischen 10 und 10 Torr evakuiert wird,

daß eine ringförmige Elektronenkanone innerhalb der evakuierten Kammer dazu verwendet wird, ein j?estkörper-Quellenmaterial zu verdampfen, welches sich in einem Schiffchen am Scheitelpunkt eines von der Elektronenkanone erzeugten konischen Slektronenstrahlbündels befindet, wobei die Energie des konischen .Slektronenstrahlbündels geringer ist als etwa 5 keV, jedoch groß genug zur Verdampfung hochschmelzenden Materials ist,

daß das Plättchen mit Elektronen von einem ringförmigen Glühdraht bestrahlt wird, der innerhalb der Kammer angeordnet ist, zwecks Neutralisierung der Ladung der beschleunigten Ionen,

und daß nach Beendigung der Ionenimplantierung die Abscheidung von nichtionisierten Partikeln fortgesetzt wird, um die Dicke der aus dieser Abscheidung resultierenden Schicht zu erhöhen.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

daß das Halbleiterplättchen vor der Implantierung durch •Elektronenbeschuß von dem ringförmigen G-lühdraht auf über 100 ⁰C aufgeheizt wird, um Verunreinigungen davon zu entfernen,

daß nach der Ionenimplantierung das Halbleiterplättchen durch Elektronenbeschuß von dem ringförmigen Glühdraht getempert wird

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und daß dann das Halbleiterplättchen mittels einer durch eine Kühlleitung an dem Plättchenträger zirkulierenden Kühlflüssigkeit abgekühlt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die anschließend durchgeführten Verfahrensschritte,

daß in der ausgepumpten Vakuumkammer eine expandierende Plasmaquelle geschaffen wird, die sowohl Ionen als auch nichtionisierte Atome eines zweiten Quellenmaterials enthält ,

daß die Ionen dieses zweiten Quellenmaterials von dem Plasma in Richtung auf das Halbleiterplättchen elektrostatisch beschleunigt werden zwecks Implantierung in die vorher aus dem ersten Festkörper-Quellenmaterial gebildete Schicht, und zwar mit einer Eindringtiefe, die geringer ist als die Dicke dieser Schicht,

und daß es gleichzeitig nichtionisierten Atomen des zweiten Quellenmaterials ermöglicht wird, aufgrund ihrer kinetischen Energie aus dem Plasma in Richtung auf das Halbleiterplättchen zu gelangen zwecks Beginns der Bildung einer Schicht des zweiten Quellenmaterials auf dem ionenimplantierten Bereich der ersten Schicht, sodaß die vorherige Ionenimplantierung die Bindung der zweiten Schicht an die erste Schicht verbessert.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Target ein Halbleitersubstrat verwendet wird, um darin ein Dotierungsdepot zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrostatische Beschleunigungsspannung bis zu etwa 60 kV verwendet wird zwecks Implantierung der Ionen mit einer hohen Konzentration in einen oberflächennahen Bereich des Halbleitersubstrats, wobei nichtionisierte verdampfte Partikel des Quellenmaterials gleichzeitig mit der Ionenimplantierung auf der Oberfläche des genannten Substratbereiches abgeschieden werden,

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und daß das Halbleitersubstrat auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ausreicht, die implantierten Ionen in dem Halbleitersubstrat weiter zu diffundieren, um so einen diffundierten Bereich gleichmäßiger Konzentration zu erhalten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet,

daß vor der Ionenxmplantierung das Halbleitersubstrat durch Elektronenbeschuß in der evakuierten Vakuumkammer gesäubert

wird

und daß die zwecks Diffusion erfolgende Aufheizung ebenfalls in der Vakuumkammer durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß nach Beendigung der Ionenimplantierung zusätzliches verdampftes Quellenmaterial aufgrund der kinetischen Anfangsenergie der Teilchen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats abgeschieden wird und dieses Material in das Substrat durch den Aufheizvorgang eindiffundiert wird.

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