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Glüheinrichtung
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Priorität: 9. Oktober 1980 Japan 140475/1980 Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum Glühen von Halbleitern.
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Die Glühtechnik ist für die Halbleiterindustrie aus zwei Gründen.von
Interesse. Der eine besteht in der Kristallisation eines Halbleiterelements und
der Wiederherstellung der Halbleiterkristalle nach Beschädigungen, die durch die
Ionenimplantation eines Fremdstoffelements, beispielsweise Phosphor, unter Verwendung
hoher Energie in ein Siliziumplättchen verursacht worden sind, um ein Halbleiterelement
mit neuen Eigenschaften zu schaffen. Der üblichsts Weg des Glühens ist das Verfahren
in einem elektrischen Ofen, bei dem das Plättchen in einem elektrischen Ofen beispielsweise
bei 1000°C 30 Minuten lang erhitzt wird, während trockener Stickstoff eingeführt
wird. Dieses Verfahren ist zwar einfach, hat jedoch die folgenden Nachteile: (a)
es verursacht "Verzüge" in dem Plättchen, wodurch die Ausbeute bei den folgenden
Schritten verringert wird; (b) da die Erwärmung eine längere Zeit erfordert, besteht
die Gefahr, daß das Innere des Plättchens Änderungen der implantierten Ionen-Verteilung
erfährt; (c) Die @l@che des Plättohens neigt dazu, verunreinigt zu werden, und (d)
@ine l@ngere Zeit ist für das Glühen erforderlich.
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Unter Berücksichtigung dieser Nachteile wird jetzt als eine Alternative
zu diesem Glühverfahren die Anwendung
von Laserstrahlen, denen kurzzeitig
die Plättchen ausge setzt werden, angestrobt. Dieaes Laserglühen hat Jedoch im Falle
der Verwendung eines mpulaoi1atjonnlasers die folgenden Nachteile: (e) die Verteilung
der implantierten Ionen ist wesentlichen Änderungen unterworfen, da dersa Diffusionarate
in der flüssigen Phase sehr hooh ist, obwohl die Wiederherstellung der halbleitorkristalle
nach Beschädigung ausgeführt wird, und zwar wegen des Schmelzens der Plättchenoberfläche
und der Herbeiführung einer Kristallisation durch das flüssige Epitaxialwachsen,
(f) da das ausgestrahlte Licht eine einzelne Wellenlänge hat, entsteht ein Interferenzmuster
in der Schmelzfläche, was zu einer ungleichmäßigen Bestrahlung des Plättchens führt,
(g) im Falle der Verwendung eines kontinuierlichen Oszillationslasers wird das Plättchen
von einem kleinen Strahlenpunkt abgetastet, was dazu führt, daß ein Teil mit ungenügendem
Glühen an den linearen Grenzen zwischen den Abtastlinien erzeugt wird. Wenn der
Raum zwischen den Abtastlinien verringert wird, erfordert die Abtastung viel Zeit,
und es ergeben sich oft überhitzte Teile, womit Nachteile, wie ungleichmäßige Bestrahlung,
verursacht werden, und (h) da das Laserlicht eine einzige Wellenlänge aufweist,
wird ein Interferenzmuster an der Plättchenoberfläche erzeugt, was zu einer ungleichmäßigen
Bestrahlung führt. Als allgemeiner Nachteil des Laserstrahlenglühens sind des weiteren
eine große und genaue einrichtung und aufwendige Betriebstechniken zu nennen.
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Das andere Glühen dient zum Erzeugen beispielsweise eines Siliziumplättchens
durch epitaxiales Wachstum einer Siliziumschicht, die auf einem geeigneten Substrat
mittels Ionenverdampfungstechnik niedergeschlagen wird. Das Glühen wird in einem
solchen Falle bisher auch in derselben Weise, wie oben erwähnt, ausgeführt, d.h.
in einem elektrischen Ofen, oder dadurch, daß das Plättchen Laserstrahlen ausgesetzt
wird. In diesem Falle treten auch dieselben Nachteile, wie oben erwähnt, auf.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Einrichtung zum
Glühen von Halbleiterplättchen zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die
Merkmale des Patent anspruchs.
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Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben,
in der sind Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Blitzentladungslampe
zur Verwendung bei der Erfindung- und Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
der Glüheinrichtung der Erfindung.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Elektrodenpaar, D1 die Bogenlänge und D1
und D2 jeweils den Außen- und Innendurchmesser eines Kolbens 2.
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In Fig. 2 ist die Glüheinrichtung im Schnitt aus der T'.'kngrichtung
der Entladungslampen 3 gezeigt. Ein Halbleiterplättchen 5 wird auf einem Auflagetisch
4 angeordnet und die Blitzentladungslampen 3 werden eng an@inander in einer Ebene
B paraliel und benachbart zu dem Halbleiterplättchen 5 angeordnet. Ein Konkav-kouyexer
Spiegel 6 ist nahe den Blitzentladungslampen 3 @@ dar dem Aufl@@etison 4 gegenüberliegenden
Seite
angeordnet. H1 bezeichnet den Strahlungsabatand und L2 bezeichnet die Strshlux @e.
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Ein Beispiel der numerischas Werte der Einrichtung ist wie folgt:
Sechzehn Blitzentladungslempen 3, von denen jede einen Außendurchmesser D1 von 10
mm. einen Innendurchmesser D2 von 8 mm und eine Bogenlänge @1 von 160 mm aufweist,
werden eng aneinander in der Ebous $ in einem Abstand von 10 mm von dem Halbleiterplättchen
5 mit einem Durchmesser von 127 mm (H1= 10 mm) angeordnet Die Strahlungsbreite beträgt
160 mm. Der konkav-konvexe Spiegel 6 ist so angeordnet, daß er den Blitzentladungslampen
3 benachbart ist. Der konvexe Teil des Spiegels 6 hat vorzugsweise eine gleichartige
Form wie der Kolben jeder Blitzentladungslampe. Bei dieser Ausführungsform beträgt
die Fläche der Ebene der Lichtquelle durch die Blitzentladungslampen 3 etwa 160x160
mm.
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Unter dem Gesichtspunkt einer effizienten Ausnutzung der Lichtstrahlung
von der Ebene der Lichtquelle ist es bevorzugt, daß der Abstand H1 zwischen den
in der Ebene S angeordneten Blitzentladungslampen 3 und dem parallel und benachbart
dazu angeordneten Halbleiterplättchen 5 und der Abstand H2 zwischen den Blitzentladungslampen
3 und dem konkav-konvexen Spiegel 6 so ausgewählt sind, daß die Belichtungsstärke
auf dem Halbleiterplättchen 5 etwa 70 % oder mehr der Belichtungsstärke in einer
üblichen ebenen Lichtquelle in der Richtung senkrecht zum Mittelpunkt der Lichtquelle
ist.
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Im Falle des Glühens eines Halbleiterplättchens unter Verwendung üblicher
Xenonlampen oder Blitzentladungslampen wird, da die Fläche des Halbleiterplättchens
spiegelpoliert ist, eine wesentliche Menge des einfallenden Lichts durch die Plättchenfläche
reflektiert, so daß es notwendig ist, das Plättchen mit einer sehr großen Lichtmenge
zu bestrahlen. Demgegenüber wird
bei der Erfindung, da das Halbleiterplättchen
5 und der konkav-konvexe Spiegel 6 nahe aneinander angeordnet sind, das durch das
Halbleiterplättchen 5 reflektierte Licht zurück durch den konkav-konvexen Spiegel
6 reflektiert und e ine eine Mehrfachreflexionswirkung wird durch wiederholte Reflexionen
erzeugt, was eine extrem wirksame Ausnutzung des Lichts von den Blitzentladungslampen
3 ermöglicht.
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Mit der oben erwähnten Glüheinrichtung kann ein Siliziumplättchen,
das mit Phosphor in einer Menge von 2x1015 Atom/cm2 durch eine Energie von 100 keV
dotiert ist, ausreichend geglüht werden, nachdem es durch einen elektrischen Ofen
bis zu etwa 400°C vorerwärmt worden ist, indem es der Lichtbestrahlung von Blitzentladungslampen
ausgesetzt wird, die Jeweils so gespeist werden, daß sie eine Strahlungsenergie
von 6000 Joule für eine Impulsbreiten(1/2 Spitzenwert)-Periode von 300/us abgeben.
Die Vorerhitzung auf etwa 400°C erzeugt weder "Verzüge" in dem Halbleiterplättchen
noch läßt sie das Plättchen glühen, auch verursacht sie keine Rediffusion des Dotiermittels.
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Die Vorerhitzung ist somit eine zusätzliche Erwärmung zum Glühen durch
die Blitzentladungslampen. Die Vorerhitzung bis zu Temperaturen oberhalb 4000C dient
als Hilfserhitzung für eine sofortige Erhitzung und Glühung des Halbleiterplättchens
durch die Blitzlichtbestrahlung, ohne das Halbleiterplättchen @@@@@@@@@@@@ @@@@@
@@@@@@ ist @@ A@hängtgkeit @@@ @@@@@@@@@@ @@@@ worden, ob das Halb-@@@@@@@@@@ @@@@@
war oder nicht.
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@@@@ dem @@@@@@ @@@@@@@@ 95 %.
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Die Beziehung zwischen der Belenchtungsstürke und dem @@@@@@@@@ @undert
sich mit der Konsenmation de@ @@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@ @@@@@ @@@ Fall einer Ronzeit@st
@@@@@@ von @@@@@ Atom/om wie oben ecwähnt, ist olne merklich hohe Lichtintensität
zur
Bestrahlung erforderlich. Im Fall einer niedrigen Dotierungsmittelkonzentration
in der Größenordnung von 1014 Atom/cm2 kann jedoch die Strahlungsenergie der Blitzentladungslampe
niedriger sein.
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Der Wert der Strahlungsenergie jeder Blitzentladungslampe und die
Zahl der zu verwendenden Blitzentladungslampen können in Abhängigkeit von der Art
und der Menge des verwendeten Dotierungsmittels und der Energie für dessen Implantation
bestimmt werden.
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Da die Oberfläche des zu glühenden Halbleiterplättchens spiegelpoliert
ist, ist es jedoch in jedem Fall wichtig, daß die Ebene, in der das Halbleiterplättchen
angeordnet wird, die Ebene, in der die Blitzentladungslampen angeordnet sind, und
die Ebene, in der der konkav-konvexe Spiegel angeordnet ist, einander benachbart
sind, um von einer Mehrfachreflexionswirkung durch das Halbleiterplättchen und den
konkav-konvexen Spiegel voll Gebrauch zu machen. Die in einer flachen Ebene eng
angeordneten Blitzentladungslampen bilden im wesentlichen eine ebene Blitzlichtquelle
hoher Intensität,durch die das Halbleiterplättchen mit großer Fläche sofort gleichförmig
über seine gesamte Fläche geglüht werden kann. Die Erfindung vermeidet somit die
Nachteile des Stand der Technik.
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