DE3221180A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer halbleitervorrichtung

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Description

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HOFFMANN -EITLE & PARTNER
PAT B N TAN WALTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) . DIPL-ING. W. EITLE . DR.RER. NAT. K.HOFFMANN · DIPL.-ING.W. LEHN
DIPL.-ING. K.FOCHSLE . DR. RER. NAT. 8. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MONCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)
37 007 o/wa
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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ~ einerHalbTeXtervcTrrichtung und Insbesondere ein Verfahren zur Ausbildung einer leitfähigen Schicht mit
unterschiedlicher Leitfähigkeit gegenüber der des
Halbleitersubstrats -oder-^tt-unterschledlichem. liisit- _ ■ -fähigkeitstyp aufnsiiser" OBefflache des- Halbleitersubstrats in einer sehr geringen Tiefe.
Für solche Zwecke wird üblicherweise eine Ionenimplantierung angewendet. Bei diesem Verfahren wird die gewünschte Verunreinigung ionisiert und in den Halblei-
implantiert. Obwohl die Implantation bei normalen Behandlungstemperaturen vorteilhaft verläuft, benötigt man doch ein Wärmebehandlungsverfahren von sehr hohen Temperaturen, um die während der Ionenimplantation ausgebildeten Defekte wiederherzustellen. Weiterhin ist es auch schwierig, eine Halbleiterschicht mit einer flachen Tiefe zu erhalten, weil die Verunreinigungen aufgrund der Wärmebehandlung diffundieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zu zeigen, mittels dem man eine Leitfähigkeitsschicht der gewünschten flachen Tiefe bei sehr niedrigen Temperaturen erhalten kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat, das wenigstens zum Teil freiliegt, in ein Gasplasma der gewünschten Verunreinigung gelegt wird. Ein örtlicher Potentialabfall oder -anstieg wird auf das Halbleitersubstrat einwirken gelassen, wodurch sich eine Verunreinigungsschicht hoher Konzentration auf den freiliegenden Teilen des Halbleitersubstrats ausbildet. Nach Ausbildung der Verunreinigungsschicht auf den freiliegenden Teilen des Halbleitersubstrats oder gleichzeitig mit der Bildung der Verunreinigungsschicht, wird das Substrat einer Wärmebehandlung unterworfen, wodurch die Verunreinigung in das Substrat diffundiert und wobei man die Halbleiterschicht erhält.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Beschreibung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. In der Figur schliesst ein monokristallines Halbleitersubstrat 1 eine Isolierschicht 1a, die an deren Oberfläche anhaftet und öffnungen 1b aufweist, ein. Ein geschlossenes Gefäss 2 wird innen evakuiert und eine Verunreinigung, welche die Leitfähigkeit des monokristallinen Silikonsubstrats 1 ergibt und die Phosphor, Fluor, Arsen, Bor und/oder Antimon enthält, wird als Bestandteil der Gasatmosphäre in das geschlossene Gefäss 2 eingebracht. Ein Unterstützungsorgan 3 wird in das geschlossenen Gefäss 2 eingebracht und trägt das monokristalline Silikonsubstrat 1» Das Unterstützungsorgan 3 kann auf etwa 5000C erhitzt werden und sein Potential kann ausserhalb des geschlossenen Gefässes 2 eingestellt werden. Ein FiIament 4, das in dem verschlossenen Gefäss 2 angeordnet ist, wirkt als Elektronenerzeuger und belädt das monokristalline Silikonsubstrat 1 mit einer negativen Polarität, wodurch das Substrat 1 ein Eigenpotential bildet. Hochfrequenzelektroden 5 und 6 wandeln das in das geschlossene Gefäss 2 eingebrachte atmosphärische Gas in den Plasmazustand um. Eine Elektrode 5
ist in dem verschlossenen Gefäss 2 angebracht und wird geerdet und die andere Elektrode 6 befindet sich gegenüber der Elektrode 5 und wird mit einer Hochfrequenzquelle 8 niedriger Spannung in der Nähe von 100 V verbunden. Eine einen Teilchenstrahl abgebende Vorrichtung 7 erzeugt einen Energiestrahl 7a, z.B. einen Laseroder Elektronenstrahl, durch den ein bestimmter Teil des monokristallinen Silikonsubstrats unter überwachung mittels eines'Überwachungsorgans 9, wie einem Spiegel, bestrahlt wird.
Um die vorerwähnte Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu verwenden, wird das monokristalline Silikonsubstrat 1 mit dem freiliegenden Teil 1b auf das Unterstützungsorgan 3 aufgebracht und in das Gefäss 2 wird ein atmosphärisches Gas eingebracht, welches die Verunreinigung enthält und durch . welches die Leitfähigkeit des monokristallinen Silikonsubstrats 1 bewirkt wird. An die Hochfrequenzquelle 8 wird Energie angelegt und das atmosphärische Gas zwischen den Elektroden 5 und 6 in ein Plasma überführt. Gleichzeitig werden am Filament 4 Elektronen erzeugt, durch welche das monokristalline SiIikonsubstrat 1 eine negative Polarität erhält. Dann werden die Verunreinigungen in dem Plasma zwischen den Hochfrequenzelektroden 5 und 6 zum Mittelteil des verschlossenen Gefässes 2 diffundiert und scheiden sich an den freiliegenden Teilen 1b des Substrates 1 ab und haften daran und eliminieren den Ladungszustand des monokristallinen Silikonsubstrats 1.
Nach dem Abscheiden und Anhaften der Verunreinigungen an die Teile 1b des HalbleiterSilikonsubstrats 1 oder gleichzeitig zusammen mit deren Abscheidung und Anhaftung wird die Strahlenerzeugungsvorrichtung 7 in Betrieb genommen und ein Energiestrahl 7a, der mittels der Überwachungsvorrichtung 9 überwacht wird, bestrahlt eine gewünschte Oberfläche des Substrats 1. Die an der Oberfläche des monokristallinen Silikonsubstrats 1 abgeschiedenen und anhaftenden Verunreinigungen reagieren und diffundieren durch die Bestrahlung mit dem Energiestrahl 7a, wodurch eine Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht mit einer sehr kleinen Tiefe und in hoher Konzentration innerhalb des Substrats 1 ausgebildet wird. Durch Inbetriebnahme der'Uberwachungsvorrichtung 9 kann die Position des Strahls 7a verändert werden und infolgedessen kann die Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht an jedem gewünschten Teil des monokristallinen Silikonsubstrats 1 ausgebildet werden.
Untersucht man eine .auf diese Weise hergestellte Halbleitervorrichtung, so kann man keine Defekte in der Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht innerhalb des monokristallinen Silikonsubstrats 1, die durch die . hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht, die an dem , Substrat anhaftet, gebildet wird, feststellen. Deshalb ist auch keine Wärmebehandlung zur Behebung solcher Defekte erforderlich. Die Diffundierung kanh bei einer niedrigen Temperatur erfolgen und die Bildung einer Lötstelle in einer geringen Tiefe lässt sich sehr einfach durchführen. Eine zweite Wirkung besteht darin, dass die Feinheit der Vorrichtungsstruktur verbessert wird.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Um das monokristalline Silikonsubstrat 1 zu beladen wird das Substrat 1 geerdet und eine Elektrode 4, die mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, wird oberhalb des Substrats 1 angelegt. Um innerhalb des monokristallinen Silikonsubstrats 1 eine Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht auszubilden, unter Anwendung einer auf dem Substrat 1 abgeschiedenen und anhaftenden Verunreinigung, wird das Trägerorgan 3 erhitzt, wodurch die auf dem Substrat 1 abgeschiedene und anhaftende Verunreinigung einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die Auswahl der Temperatur des Halbleitersubstrats 1 und die Zeit, d.h. die Temperatur des Trägerorgans 3 und die Erwärmungszeit, ermöglichen die Diffusion einer gewünschten Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht.
Die unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung gebildete Halbleitervorrichtung ist die gleiche, wie man sie auch unter Anwendung der Vorrichtung gemäss Fig. 1 erhält.
Obwohl eine Hochfrequenzentladung zur Ausbildung des Plasmas bei den obigen Ausführungsformen angewendet wird, sind auch andere Systeme, wie Elektronenschauer, geeignet. Erfindungsgemäss wird ein Halbleitersubstrat mit einer Oberfläche, die wenigstens zum Teil freiliegt, in eine gasförmige Plasmaatmosphäre einer Verunreinigung eingebracht und ein Potentialabfall oder -abstieg wird an das Halbleitersubstrat angelegt, wodurch sich
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eine Verunreinigungsschicht auf den freiliegenden Teilen der Oberfläche des Substrats bildet und dann hineindiffundiert. Da Leitfähigkeitsdefekte innerhalb des Halbleitersubstrats einschliesslich der Verunreinigungsschicht nicht gebildet werden, kann durch die Erfindung eine nachfolgende Wärmebehandlung zur Ausbesserung der Defekte vermieden werden. Infolgedessen ist eine Diffundierung bei niedrigen Temperaturen möglich und man kann Lötstellen in sehr niedrigen Tiefen sehr leicht bilden und die Feinheit der Vorrichtung wird erhöht.

Claims (16)

  1. HOFFMANN -EITLE & PARTNER
    PAT E N TANWALTE-
    DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.. ING. W.EITLE . DR.RER. NAT. K.HOFFMANN . DIPL..JNG. W. LEHN
    DIPL.-ING. K.FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 . TELEFON (08?) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)
    37 007 o/wa
    - 1 ■-
    MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN
    Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
    PATE N TANSPR "UCHE
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet , dass man wenigstens einen Teil der Oberfläche eines Halbleitersubstrates freilegt, dass man eine Gasatmosphäre einschliesslich einer Verunreinigung über das Substrat leitet und die Atmosphäre in den Plasmazustand bringt, dass man eine Veränderung des Potentials in dem Halbleitersubstrat bewirkt und eine Verunreinigungsschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Halbleitersubstrats ausbildet.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verunreinigungsschicht in dem Halbleitersubstrat durch Wärmebe- handlung eindiffundieren lässt, unter Ausbildung einer leitfähigen Schicht.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Wärmebehandlung durchgeführt wird, indem man ausgewählte Teile der Verunreinigungsschicht mit einem Energiestrahl, wie einem Laser oder einem Elektronenstrahl, bestrahlt.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung gleichzeitig mit der Adhäsion der Verunreinigungen an den freiliegenden Teilen der Oberfläche des Halbleitersubstrats abläuft.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigung wenigstens Phosphor, Fluor, Arsen, Bor und/ oder Antimon ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer-.Halbleitervor-
    . richtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre, welche
    die Verunreinigungen im Plasmazustand enthält, ein Trägergas zur leichteren Abgabe enthält.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialveränderung in dem Halbleitersubstrat durch die Bildung eines Eigenpotentials bewirkt wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen in einem Strahl oder Schauer zur indirekten Beladung des Halbleiters '■-. bestrahlt werden, wodurch der HaIbleiter negativ geladen wird und die Verunreinigungen im Plasmazustand an dem Halbleiter anhaften.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η 20* zeichnet, dass die Potentialänderung in dem Halbleitersubstrat durch Anlegen eines Potentials daran aus einer äusseren Quelle bewirkt wird.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor-
    richtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Bestrahlung nach der Anhaftung der Verunreinigungen auf den freiliegenden Teilen der Oberfläche des HalbleiterSubstrats abläuft.
  11. 11. Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
    gekennzeichnet durch ein verschlössenes Gefäss (2) mit einem darin angeordneten Halbleitersubstrat (1), wobei in das Gefäss (2) ein eine Verunreinigung enthaltendes Gas eingeleitet wird; einer innerhalb des verschlossenen Gefässes
    zur Anlegung eines Potentials an das Halbleitersubstrat installierte Elektrode (5, 6); Mittel zum Umwandeln des Gases in ein Plasma und Mittel zur Bestrahlung einer Oberfläche des Halbleitersubstrats. 10
  12. 12. Vorrichtung gemäss Anspruch 1i1 / dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Elektronenquelle für die indirekte Aufladung des Substrates ist.
  13. 13. Vorrichtung gemäss Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine an einer Gleichstromquelle angeschlossene Elektrode und Mittel zum Anlegen eines Potentials an das Substrat von ausserhalb des Gefässes.
  14. 14. Vorrichtung gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung aus wenigstens einem Elektrodenpaar und einer Hochfrequenzniedrigspannungsquelle, die an die Elektroden angeschlossen 1st, besteht.
  15. 15. Vorrichtung gemäsß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungsmittel ein Laser ist und dass Mittel zur'Überwachung der Anwendung
    des Laserstrahls vorhanden sind.
  16. 16. Vorrichtung gemäss Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das Bestrahlungsmittel eine Elektronenstrahlvorrichtung ist.
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