DE2811414A1 - Verfahren und vorrichtung zur dotierung eines halbleiter-substrats durch implantation von ionen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur dotierung eines halbleiter-substrats durch implantation von ionenInfo
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A 92
Agence Nationale de Valorisation de la Recherche (Anvar)
Neuilly-Sur-Seine (Frankreich)
Verfahren und Vorrichtung zur Dotierung eines Halbleiter-Substrats
durch Implantation von Ionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dotieren eines Halbleiter~Substrats durch Implantation von Ionen»
insbesondere mit geringer9 aber genau definierter Dotierungstiefe„
Die Herstellung zahlreicher Halbleiterbauelemente erfordert eine Dotierung mittels Akzeptor= oder Donator-Verunreinigungen bis
nahe an die Lösliehkeitsgrenze und bis zu einer sehr geringen Tiefe, jedoch mit genau definierter Konzentrationo So muß beispMsweise
bei bestimmten integrierten Schaltungen» bestimmten Dioden? Nuklear ■= Strahlungsdetektoren und vor allem bei foto=
voltaischen Zellen die Oberflächenleitfähigkeit so hoch wie möglich sein,, um die ©fernsehen Umformungsverluste gering zu halteno
Die klassischen Verfahren der Oberflächendotierung durch thermische Diffusion oder Ionenimplantation stoßen auf Schwierigkeiten»
wenn man dieses Ergebnis zu erzielen versucht» insbesondere bei der Herstellung von fotovoltaischen Sonnenzelleno Das zuerst
genannte Verfahren ist nicht auf polykristaMne Substrate anwendbar,
weil die Kornverbindungen die verfügbaren Verunreinigungen konzentrieren^ Eine direkte Ionenimplantation ist dagegen
kostspielig, weil die Einrichtung kompliziert ist und die erzielbaren Xonenströme in der Regel eine zu geringe Dichte aufweisen»
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um in einer annehmbaren Zeit eine größere Oberfläche abzudecken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dotieren eines Halbleiter-Substrats durch
Ionenbestrahlung anzugeben, daß die Herstellung ohmscher Kontakte uad die Erzielung einer hohen und homogenen Konzentration
auf einfache Weise gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß Verunreinigungsdotierungsionen durch eine Entladung
in einer Atmosphäre mit einem Verunreinigungsgas erzeugt werden und daß diese Ionen durch Anlegen einer Spannung extrahiert
und beschleunigt werden, die in Abhängigkeit von der gewünschten Tiefe der Dotierung des Substrats gewählt ist. Obwohl dieses
Verfahren hinsichtlich der Art der Dotierung angenähert mit den klassischen Ionenimplantationsverfahren vergleichbar ist,
unterscheidet es sich doch wesentlich in der Art der Erzeugung des Ionenstrahlbündels, das anschließend in Richtung auf das
Substrat beschleunigt wird.
Sodann ist es nach der Erfindung möglich, um einige Größenordnungen
höhere Ionenstromstärken zu erzielen, als es bei der herkömmlichen Ionenimplantation zulässig ist.
Abhängig von der vorgesehenen Anwendung des Substrats, ist es möglich, nur eine oder beide Seiten des Substrats zu behandeln.
Zu den möglichen Anwendungsgebieten zählt die Herstellung fotovoltaischer
Zellen durch Implantation von Ionen in ein Substrat aus monokristallinem, polykristalinem (der Regelfall) oder
amorphem Silizium. Das Substrat kann in Form eines Bandes vorliegen,
was eine besonders wirtschaftliche Herstellung ermöglicht, oder in Form von Platten, die nacheinander und kontinuierlich
zugeführt werden.
Die Vorrichtung zum Dotieren eines Halbleiter-Substrats durch Implantation von Ionen eines Dotierungsmittels zeichnet sich
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erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Vorrichtung eine Entladungskammer aufweist, die mit Mitteln zur Aufrechterhaltung einer Verunreinigungsatmosphäre
unter ^iem Unterdruck und mit Mitteln
zur Ausbildung einer elektrischen Entladung zwischen zwei Elektroden versehen ist, von denen die eine eine
Ionenaustrittselektrode bildet und von einer öffnung zur Ex=
traktion in eine Kammer durchsetzt ist9 in der das Substrat
angeordnet ist, und daß eine Elektrode zur Beschleunigung der Verunreinigungsionen in unmittelbarer Nähe der Austrittselektrode zwischen dieser und dem Substrat angeordnet isto
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die das Substrat aufweisende
Kammer, die Implantationskammer 0 mit Mitteln zum Zuführen und
Abführen des Substrats sowie mit Mitteln zur Aufrechterhaltung
-2 =4
eines Unterdrucks von etwa 10 bis 10 mm Quecksilbersäule versehen ist. Die Dichte der Xonenströme liegt im allgemeinen
zwischen etwa 0,1 mA/cm bis etwa 1 mA/cm „ zumindest vena, nur
eine Austrittsöffnung vorgesehen isto Es ist jedoch auch möglich, eine Austrittselgktrode vorzusehen 9 die mehrere Aus=
trittsöffnungen aufweist»/daß sich die Gesamtstromdichte erhöhte
Sodann können mehrere Entladungskammern vorgesehen seinp die
jeweils ein Ionenstrahlbündel in die Implantationskammer liefern«,
Die Entladungs- und Beschleunigungsspannungen liegen jeweils
etwa bei einigen Kilovolt und bei einigen 10KV0
Die Ionenquelle ist sehr einfach und hat ein geringes Gewichte
Sie kann so ausgebildet $ein8 daß si® als Ganzes relativ zum
Substrat verschiebbar ist, so daß die Ionen in den wichtigen Flächen des Substrats durch mechanische Auslenkabtastung eingebracht
werden könnexu
Aufgrund der erfindungsgemäßen Art der Ionenerzeugungteomrnt man
ohne jeden Magneten zur Analysierung oder Auswahl der Energie und ohne stabilisierte Hochspamiungsversorgung auso Infolge=
.dessen kann man eine verhältnismäßig einfache oder eine sdbhe
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Hochspannungsversorgungseinrichtung verwenden, bei der sich die Ausgangsspannung so ändern läßt, daß es möglich ist, inhomogene
Implantationsprofile in Abhängigkeit von den Erfordernissen auszubilden.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Behandlung eines Bandes aus
polykristalinem Silizium beschrieben. Die Zeichnung stellt
einen vertikalen Axialschnitt längs der Achse der Vorrichtung dar.
Die dargestellte Vorrichtung weist als wesentliches Element eine Dotierungszelle 10 auf. Diese Zelle 10 kann getrennt verwendet
werden. Es ist jedoch günstiger, insbesondere für eine kontinuierliche Behandlung, verschiedene Zellen für Behandlungen
vor und nach der Implantation anzuschließen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Dotierungszelle weist folgende Teile auf: ein Entladungsrohr zur Erzeugung von Verunreinigungsionen, eine Beschleunigungseinrichtung,
die es gestattet, die Ionen aus dem Rohr abzuziehen und ihnen eine hinreichend hohe Energie über eine kurze Distanz
zu erteilen, und eine Implantationskammer.
An die Dotierungszellen sind Anschlußeinrichtungen angeschlossen,
wie eine Versorgungseinrichtung, eine Regeleinrichtung und eine Verschiebungseinrichtung.
Das Entladungsrohr weist ein isolierendes Gefäß mit einem Rohr 13, zum Beispiel aus durch Abschrecken gehärtetem Glas oder
Quarz, und einen ebenfalls isolierenden Boden auf, der von einer ■Stange 14a zur Lageeinstellung einer Entladungselektrode 14
durchsetzt ist, die aus einem Material besteht, das dem Ladungsträge rbeschuß widersteht, dem es im Betrieb ausgesetzt ist,
Izum Beispiel aus FoIfram, Tantal oder Molybdän. Unten ist das
I s
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Rohr 13 an einer Muffe 15 befestigt, die die zweite Entladungselektrode
16 trägt. Die Entladungselektrode 16 weist ein durchgehendes Loch mit einem Querschnitt von einigen Quadratmillimetern
auf und bildet die Ionenaustrittselektrode0 In
die von dem Gefäß gebildete Kammer 17 mündet eine Zuführeinrichtung für ein n- oder p-leitendes zur Implantation verwendetes
Verunreinigungsgas.
Die Zuführeinrichtung v/eist ein mit einem lecksicheren Regelventil
18 versehenes Rohr auf, das im unteren Teil der Muffe mündet. In der Dotierungszelle v/ird ein Unterdruck von etwa
o,1 mm Quecksilbersäule durch Pumpwirkung aufrechterhalten 9
sei es direkt und/oder, wie dargestellt, über die Elektrode 16„
Das zugeführte Gas ist im wesentlichen ein Verunreinigungshalogenid, zum Beispiel BF^ oder PCIc ο Eine Gleichspannungsquelle 19 ermöglicht die Aufrechterhaltung einer Spannung
zwischen den Elektroden 14 und 16, die bei dem in der Kammer
herrschenden Druck eine elektrische Entladung bewirkte Hierbei kann der gesamte Bereich ausgenutzt werden;, der zwischen einem
einfachen Auffangen der Ladungen (bei entsprechend schwachen Strömen) und einer Bogenentladung liegt (die eine rasche Abnutzung
des Geräts und Instabilitäten aufgrund der negativen Widerstandscharakteristik von Lichtbogen zur Folge hat)0 In
der Regel wird man jedoch den Bereich der Bogenentladung wählen, in dem sich leicht höhere Ionenstromstärken von mehr
als 10 mA erzielen lassen0 Hierfür genügt eine Spannungsquelle
19 von einigen Kilovolt„ Die Elektrode 14 ist mit Hilfe der
Stange 14a zur Vermeidung von Zündschwierigkeiten verstellbare
Vorzugsweise ist ein Strombegrenzungswiderstand 20 zum Schutz der Spannungsquelle 19 vorgesehen,,
Die lonenbeschleunigungsvorrichtung wird über die Elektrode
an Spannung gelegte Sie waist einen Isolator 21 zwischen der Muffe 15 und einem Halter für eine Absaug= und Beschleunigungselektrode 22 auf* Zur Abdichtung sind Dichtringe vorgesehene
Die Elektrode 22 ist konisch und endet in unmittelbarer
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Nähe der Elektrode 16, und zwar in einem Abstand von etwa
10 mm. Eine Hochspannungsquelle 23 von einigen 10 KV liefert
die Beschleunigungsspannung zwischen den Elektroden 16 und 22. Die Abmessungen der Löcher in den Elektroden bestimmen die
Divergenz des Ionenstrahlenbündels.
Wie man sieht, werden die aus der Kammer 17 austretenden Ionen über eine kurze Strecke beschleunigt, so daß ein Anschlußgerät,
wie ein Magnet, entfallen kann. Dennoch kann, falls eine Fokussierung zweckmäßig ist, ein magnetisches oder elektrostatisches
Linsensystem vorgesehen sein.
Die Implantationskammer wird durch die Elektrode 22, ihren Halter und einen Kasten 24, durch den das Substrat in Form
eines Bandes 25 hindurchlaufen kann, begrenzt.
Der Kasten 24 ermöglicht einen kontinuierlichen Durchlauf des Substratbandes senkrecht zu den Ionenstrahlen. Zu diesem Zweck
weist er einen Roll en aufweisenden Bandförderer 26 auf. Das Substrat 25 tritt in die Kammer durch eine Zuführöffnung ein,
die mit einer Lippendichtung 27 zur Leckminderung versehen ist. Die Eintrittsseite des Kastens 24 ist dicht an einer Hilfskammer
28 angeschlossen, die eine Pufferkammer bildet, in die das Substrat 25 ebenfalls durch eine Lippendichtung 29 hindurch
eintritt.
In ähnlicher Weise tritt das Substrat aus dem Kasten 24 in eine Hilfskammer 29a über eine Lippendichtung 30 ein.
Die Implantationskammer enthält ferner eine Blende 31, die in
unmittelbarer Nähe des Substrats (in einem Abstand von einigen Millimetern) angeordnet und mittels eines Halters 32 und eines
Isolators 32a zur Messung des Blendenstroms an der Wand des Kastens 24 befestigt ist.
Der Kasten 24 ist mit einem Rohr 33 für den Anschluß einer
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Vakuumpumpe zur Aufrechterhaltung eines Unterdrucks von etwa
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10 bis etwa 10 torr versehen. Da die Entladungskammer 17
an der Implantationskammer über das Loch in der Elektrode 22 angeschlossen ist, braucht sie keine Mittel zur Ausbildung
des Unterdrucks zu enthalten.
Die Menge der vom Substrat aufgefangenen Ionen kann mit Hilfe
eines Milliampe'remeters 34 gemessen werden, das zwischen Substrat und Masse liegt. Ein zweites Milliampdremeter 35
kann zwischen Blende 31 oder Halter 32 und Masse geschaltet sein«,
Die von der Entladungskammer und der Beschleunigungsvorrichtung
gebildete Anordnung ist nicht starr mit dem Kasten 24 verbunden, sondern über ein Wellrohr 36, das eine Verschiebung der
Anordnung relativ zum Kasten 24 ermöglicht. Diese Verschiebung kann mit herkömmlichen Mitteln bewirkt werden, zum Beispiel
mittels des schematisch dargestellten Exzenters 37»
Die Dotierungsvorrichtung kann einen einzigen Kasten 24 aufweisen,
vorzugsweise weist sie jedoch zwei seitliche Kästen beziehungsweise
Kammern 28 und 29a, die Leckverluste zur Atmosphäre hin verringern, auf. Häufig muß das Substrat auch einer Vorbehandlung
unmittelbar vor der Implantation und/oder einer Erweichungsbehandlung nach einer Implantation unterzogen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden alle Behandlungen kontinuierlich in derselben Vorrichtung ausgeführt»
So muß das Substrat häufig unmittelbar vor einer Ionenimplantation dekapiert (gebeizt) werden. Zu diesem Zweck besitzt die
dargestellte Vorrichtung eine Dekapiereinheit 11, die einen dem Kasten 24 sehr ähnlichen Kasten 38 aufweist, der wie dieser
mit einem Förderer 39 und einer Lippendichtung 40 versehen ist. Auf diesem Kasten ist ein lonenerzeuger 41 dicht angebaut5 der
über ein äußerst leckarmes Ventil 42 mit Argon und aus einer geeigneten Spannungsquelle 43 versorgt wirdo Anstelle eines
Argonionenerzeugers kann auch eine ähnliche Entladungskammer wie die Implantationskammer oder ein anderes Dekapierverfahren
angewandt werden.
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Wenn das Substrat aus polykristallinen! Silizium besteht, muß
die Oberfläche, bei einer Temperatur von etwa 8000C bis 9000C,
angelassen werden, um den Oberflächenwiderstand bis auf einen so geringen Wert zu verringern, wie er für eine fotovoltaische
Zelle erforderlich ist.
Dieses Anlassen oder Weichmachen geschieht mittels einer Hilfseinheit 12, die einen den anderen ähnlichen Kasten 44
aufweist, der mit einem Elektronenerzeuger 45 zur Bestrahlung des bandförmigen Substrats 25 versehen ist. Der Elektronenerzeuger
(auch Elektronenkanone genannt) kann durch einen Langwellen-Laser oder sogar eine Glühlampe oder einen elektrischen
Heizfaden ersetzt werden.
Schließlich weist die Vorrichtung zwei Abschlußkästen 46 auf, deren einziger Zweck darin besteht, für einen möglichst
leckdichten Abschluß zu sorgen.
Alle dargestellten Kästen oder Kammern sind mit eiiem Anschlußrohr
für eine Saugpumpe versehen. In bestimmten Fällen ist es möglich, diese Anschlüsse wegzulassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren braucht nicht mehr ausführlich beschrieben zu werden, da es äch bereits im wesentlichen aus
der Beschreibung der Vorrichtung ergibt. Sobald in der Vorrichtung der erforderliche Unterdruck ausgebildet worden ist,
werden die Argonionenerzeugungseinrichtung, die Anlaß-Elektronenerzeugungseinrichtung,
die Implantationseinrichtung und die Förderer eingeschaltet, die Entladung durch Annäherung der
Elektroden 14 und 16 gezündet, anschließend die Elektroden
wieder bis auf den erforderlichen Abstand voneinander entfernt und die Ionenerzeuger durch Regulierung der Hochspannungsquelle
19 eingestellt, wobei die Einstellung mittels des Milliampe1 reine ters 34 überwacht werden kann.
Unter den zahlreichen Anwendungsgebieten der Erfindung sind
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die folgenden besonders hervorzuheben:
Ausbildung von pn-Übergängen durch Implantation von Donatoroder Akzeptor-Ionen in ein Material mit n- oder p-Leitfähigkeit.
Ausbildung ohmscher Kontakte durch Implantation eines n- oder p-Dotierungsmittels in ein Substrat, das bereits n« oder p-Leitfähigkeit
besitzt.
Dies ist bei der Herstellung eines pn-Übergangs durch An schließen
einer oder mehrerer Hilfseinrichtungen an die Substrat-Förderstrecke der Anlage möglich.
Sodann ist es möglich, durch eine Ionenimplantation Legierungen oder chemische Oberflächenverbindungen mit einem Metall zu
bilden, um dessen Korrosionsfestigkeit oder mechanische Widerstandsfähigkeit zu verbessern»
Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich besonders zur
Herstellung fotovoltaisches Sonnen2ellen9 auch Foto-Spannungszellen
oder Foto-Elemente genannt, durch Implantation von Oberflechenverunreinigungen oder Dotierung mit Verunreinigungen
mit einem Gehalt, der die Löslichkeitsgrenze einer Verunreinigung oder von Verunreinigungen in einem monokrista]3inen9 polykristallinen oder sogar amorphen bandförmigen oder plattenförmigen
Silizium-Substrat erreicht.
So sind beispielsweise fοtovoItaische Sonnenzellen mit pnübergang
in einer Atmosphäre aus BF^ und PF^ mit einer Entladungsspannung
von 9 kV hergestellt worden., Die Dosis betrug
jeweils 10 und 7 (mA/cm ) χ mno Die auf diese Weise herge-
stellten Zellen lieferten bei einer Bestrahlung mit 100 mW/cm ι
im Falle der in einer Atmosphäre aus BF, dotierten Zelle; V- = 500 bis 530 mV?
OC
S09838/09U
I = 32 bis 35 mA/cm
SC
und im Falle der in der PF,--AtmoSphäre dotierten Zelle:
γ = 500 bis 510 mV;
OC Q
I = 28 bis 29 mA/cm .
Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels liegen im
Rahmen der Erfindung. So können mehrere aufeinanderfolgende Behandlungen (Dekapierung, Implantation und Anlassen) im
selben Gefäß bei Unterdruck durchgeführt werden.
- * 80:98 38/091
Claims (16)
- PatentansprücheVerfahren zum Dotieren eines Halbleiter-Substrats durch Implantation von Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß Verunreinigungsdotierungsionen durch eine Entladung in einer Atmosphäre mit einem Verunreinigungsgas erzeugt werden und daß diese Ionen durch Anlegen einer Spannung extrahiert und beschleunigt werden, die in Abhängigkeit von der gewünschten Tiefe der Dotierung des Substrats gewählt ist.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen durch Entladung in einer verunreinigungshalogenhaltigen Atmosphäre unter einem Druck von etwa OS1 bis etwa 10 Quecksilbersäule erzeugt werdeno
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet 9 daß durch das Substrat ein Strom mit einer Stärke von etwa 0,1 mA/cmbis etwa 1 mA/cm geleitet wird»
- 4. Vorrichtung zum Dotieren eines Halbleiter-Substrats durch Implantation von Ionen eines Dotierungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Entladungskammer aufweist, die mit Mitteln zur Aufrechterhaltung einer Verunreinigungsatmosphäre unter einem Unterdruck und mit Mitteln zur Ausbildung einer elektrischen Entladung zwischen zwei Elektroden (14, 16) versehen ist, von denen die eine (16) eine Ionenaustrittselektrode bildet und von einer809838/0914Öffnung zur Extraktion in eine Kammer durchsetzt ist, in der das Substrat (25) angeordnet ist, und daß eine Elektrode (22) zur Beschleunigung der Verunreinigungsionen in unmittelbarer Nähe der Austrittselektrode (16) zwischen dieser und dem Substrat angeordnet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode (22) auf dem gleichen Potential wie das Substrat liegt und in einem Abstand von diesem angeordnet ist, der wesentlich größer als ihr Abstand von der Austrittselektrode (16) ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode (22) von der Austrittselektrode einen Abstand in der Größenordnung von 1 cm hat und auf einem Potential von mehreren 10 kV relativ zu dieser liegt.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Substrat aufweisende Kammer, die Implantationskammer, mit Mitteln zum Zuführen und Abführen des Substrats sowie mit Mitteln (33) zur Aufrechterhaltung eines Unterdrucks von etwa 10 bis 10 mm Quecksilbersäule versehen ist.
- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Entladungskammern aufweist, die jeweils ein Ionenstrahlbündel erzeugen, das auf das Substrat in der Implantationskammer gerichtet ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungskammer und die Elektroden eine Anordnung bilden, die an der Implantationskammer durch Mittel befestigt ist, die ihr eine Verschiebung gestatten, und daß Mittel vorgesehen sind, die es gestatten, dieser Anordnung eine Schwenkbewegung zu erteilen, um eine Auslenkabtastung des Substrats zu bewirken.809838/0914281HH
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Befördern eines kontinuierlichen Bandes des Substrats (25) durch die Kammer senkrecht zur Richtung des Ionenstrahlbündels, das von der Beschleunigungselektrode (22) gelMert wird.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Hilfsmittel, die in der Bahn des Bandes stromoberhalb der Implantationskammer angeordnet und mit Mitteln zum Dekapieren (Beizen) der Oberfläche des Substrats durch kathodische Pulverisierung oder Entladung versehen sind.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch stromunterhalb der Implantationskammer in der Bahn des Bandes angeordnete Hilfsmittel (38, 41) mit einer Vorrichtung zum Weichmachen der Oberfläche des Substrats durch Elektronen- oder Fotononenbestrahlung oder durch Erwärmung.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmittel in Kammern vorgesehen sind, die von der Implantationskammer durch Dichtungen (25) getrennt sind, die von dem Substrat durchlaufen werden und einen leckarmen Weg zur Atmosphäre bilden, wobei die Kammern (28, 29a) mit Pumpmitteln versehen sind.
- 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode mit eine Parallelverschiebung zur Substratoberfläche gestattenden Mitteln (37) versehen ist.
- 15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» zur Herstellung eines pn-übergangs durch Implantation von n-p-Verunreinigungen in einem Material, vorzugsweise in p- oder η-leitendem polykristallinem Silicium.809838/0914
- 16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von fotovoltaischen Sonnenzellen in einem Substrat, vorzugsweise einem Silizium-Band, durch Implantation von Verunreinigungen in der Oberfläche in einer Konzentration nahe der Löslichkeitsgrenze von Verunreinigungen in Silizium.809838/09U
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7708138A FR2383702A1 (fr) | 1977-03-18 | 1977-03-18 | Perfectionnements aux procedes et dispositifs de dopage de materiaux semi-conducteurs |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
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NL (1) | NL188669C (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3310545A1 (de) * | 1982-03-24 | 1983-10-06 | Hitachi Ltd | Nicht-massenalalysiertes ionenimplantationsverfahren |
DE3314375A1 (de) * | 1982-04-29 | 1983-11-03 | Energy Conversion Devices, Inc., 48084 Troy, Mich. | Gasschleuse |
US4987102A (en) * | 1989-12-04 | 1991-01-22 | Motorola, Inc. | Process for forming high purity thin films |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2475069A1 (fr) * | 1980-02-01 | 1981-08-07 | Commissariat Energie Atomique | Procede de dopage rapide de semi-conducteurs |
US4385946A (en) * | 1981-06-19 | 1983-05-31 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Rapid alteration of ion implant dopant species to create regions of opposite conductivity |
JPS59119830A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
EP0221897A1 (de) * | 1985-05-17 | 1987-05-20 | J.C. Schumacher Company | Ionenimplantierung mittels alkali- oder erdalkalitetrafluorboraten als borionlieferant |
DE3521053A1 (de) * | 1985-06-12 | 1986-12-18 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Vorrichtung zum aufbringen duenner schichten auf ein substrat |
US4721683A (en) * | 1987-05-21 | 1988-01-26 | American Cyanamid Company | Use of alkylphosphines and alkylarsines in ion implantation |
JP2650930B2 (ja) * | 1987-11-24 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 超格子構作の素子製作方法 |
GB9515090D0 (en) * | 1995-07-21 | 1995-09-20 | Applied Materials Inc | An ion beam apparatus |
JP2006278213A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Seiko Epson Corp | 電子デバイス用基板、電子デバイス、電子デバイスの製造方法および電子機器 |
US8153513B2 (en) * | 2006-07-25 | 2012-04-10 | Silicon Genesis Corporation | Method and system for continuous large-area scanning implantation process |
US7820460B2 (en) * | 2007-09-07 | 2010-10-26 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Patterned assembly for manufacturing a solar cell and a method thereof |
KR101915753B1 (ko) * | 2010-10-21 | 2018-11-07 | 삼성디스플레이 주식회사 | 이온 주입 시스템 및 이를 이용한 이온 주입 방법 |
US9437392B2 (en) | 2011-11-02 | 2016-09-06 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | High-throughput ion implanter |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2787564A (en) * | 1954-10-28 | 1957-04-02 | Bell Telephone Labor Inc | Forming semiconductive devices by ionic bombardment |
US3507709A (en) * | 1967-09-15 | 1970-04-21 | Hughes Aircraft Co | Method of irradiating dielectriccoated semiconductor bodies with low energy electrons |
US3901183A (en) * | 1973-06-12 | 1975-08-26 | Extrion Corp | Wafer treatment apparatus |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3520741A (en) * | 1967-12-18 | 1970-07-14 | Hughes Aircraft Co | Method of simultaneous epitaxial growth and ion implantation |
US3583361A (en) * | 1969-12-18 | 1971-06-08 | Atomic Energy Commission | Ion beam deposition system |
JPS4914102A (de) * | 1972-05-16 | 1974-02-07 | ||
US4021675A (en) * | 1973-02-20 | 1977-05-03 | Hughes Aircraft Company | System for controlling ion implantation dosage in electronic materials |
US3908183A (en) * | 1973-03-14 | 1975-09-23 | California Linear Circuits Inc | Combined ion implantation and kinetic transport deposition process |
JPS5148097A (en) * | 1974-10-23 | 1976-04-24 | Osaka Koon Denki Kk | Iongen |
US4082636A (en) * | 1975-01-13 | 1978-04-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Ion plating method |
JPS5181100A (de) * | 1975-01-13 | 1976-07-15 | Inoue Japax Res | |
FR2298880A1 (fr) * | 1975-01-22 | 1976-08-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif d'implantation ionique |
US4013891A (en) * | 1975-12-15 | 1977-03-22 | Ibm Corporation | Method for varying the diameter of a beam of charged particles |
US4074139A (en) * | 1976-12-27 | 1978-02-14 | Rca Corporation | Apparatus and method for maskless ion implantation |
-
1977
- 1977-03-18 FR FR7708138A patent/FR2383702A1/fr active Granted
-
1978
- 1978-03-15 US US05/887,076 patent/US4187124A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-03-15 NL NLAANVRAGE7802828,A patent/NL188669C/xx active Search and Examination
- 1978-03-16 DE DE19782811414 patent/DE2811414A1/de active Granted
- 1978-03-16 JP JP3047878A patent/JPS53130975A/ja active Pending
- 1978-03-16 CH CH285078A patent/CH622383A5/fr not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2787564A (en) * | 1954-10-28 | 1957-04-02 | Bell Telephone Labor Inc | Forming semiconductive devices by ionic bombardment |
US3507709A (en) * | 1967-09-15 | 1970-04-21 | Hughes Aircraft Co | Method of irradiating dielectriccoated semiconductor bodies with low energy electrons |
US3901183A (en) * | 1973-06-12 | 1975-08-26 | Extrion Corp | Wafer treatment apparatus |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z.: Solid-State Technology, Bd. 18, H. 12, 1975, S. 41-45 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3310545A1 (de) * | 1982-03-24 | 1983-10-06 | Hitachi Ltd | Nicht-massenalalysiertes ionenimplantationsverfahren |
DE3314375A1 (de) * | 1982-04-29 | 1983-11-03 | Energy Conversion Devices, Inc., 48084 Troy, Mich. | Gasschleuse |
US4987102A (en) * | 1989-12-04 | 1991-01-22 | Motorola, Inc. | Process for forming high purity thin films |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2383702A1 (fr) | 1978-10-13 |
FR2383702B1 (de) | 1982-04-02 |
DE2811414C2 (de) | 1990-01-18 |
NL7802828A (nl) | 1978-09-20 |
CH622383A5 (de) | 1981-03-31 |
JPS53130975A (en) | 1978-11-15 |
NL188669C (nl) | 1992-08-17 |
US4187124A (en) | 1980-02-05 |
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DE3709448C2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |