DE3418330C2 - Method of manufacturing a semiconductor body - Google Patents

Method of manufacturing a semiconductor body

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing a Semiconductor body according to the preamble of the claim 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung soge­ nannter Silizium(Si-)-Wafer, bei denen z. B. auf einer Scheibe aus Silizium mit einem Durchmesser von ungefähr 100 mm (vier Zoll) sowie einer Dicke von ungefähr 0,4 mm eine mit Dotiermaterial versetzte Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1000 nm aufgewachsen wird. Dieses Aufwachsen erfolgt mit Hilfe eines Molekularstrahlepitaxie-Verfah­ rens, das auch unter der Abkürzung MBE-Verfahren bekannt ist, in einer Ultrahochvakuumanlage bei einem Druck von ungefähr 10-8 Pa. The invention particularly relates to the production of so-called silicon (Si -) wafers, in which, for. B. on a wafer of silicon with a diameter of about 100 mm (four inches) and a thickness of about 0.4 mm, a layer with dopant is added with a thickness of about 1000 nm. This growth takes place with the aid of a molecular beam epitaxy process, which is also known by the abbreviation MBE process, in an ultra-high vacuum system at a pressure of approximately 10 -8 Pa.

In Wiss. Ber. AEG-Telefunken, 1979, Bd. 52, H. 1-2, S. 147-155 ist die Molekularstrahl-Epitaxie eingehend beschrieben. Unter an­ derem ist dort erwähnt, daß bei Einsatz der Elektronenstrahlver­ dampfung des substratbildenden Materials Si neben Si-Atomen im Molekularstrahl auch Ionen, Atomaggregate und Rückstreuelektronen zum Substrat transportiert werden. Durch elektrische Kräfte kann der Eingangkoeffizient geändert werden, durch die Rückstreuelek­ tronen wird die Fremdabsorbat-Bedeckung beeinflußt.In Wiss. Ber. AEG-Telefunken, 1979, Vol. 52, H. 1-2, pp. 147-155 molecular beam epitaxy is described in detail. Under at whose is mentioned there that when using the electron beam ver vaporization of the substrate-forming material Si in addition to Si atoms in the Molecular beam also ions, atomic aggregates and backscattered electrons be transported to the substrate. Due to electrical forces the input coefficient can be changed by the backscatter elec The foreign absorbent cover is influenced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß in kosten­ günstiger Weise eine reproduzierbare Steuerung und/oder Regelung der Konzentration des Dotiermittels in der aufzu­ wachsenden Schicht ermöglicht wird.The invention has for its object a genus to improve the process in such a way that costs favorably a reproducible control and / or Regulation of the concentration of the dopant in the growing layer is made possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Advantage adhesive refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in der aufzu­ wachsenden Schicht Konzentrationsänderungen des Dotier­ mittels dadurch ermöglicht werden, daß lediglich das elektrische Potential des zu beschichtenden Substrates geändert wird. Ein derartiger Vorgang ist in kostengünsti­ ger Weise durchführbar.An advantage of the invention is that in the growing layer changes in concentration of the dopant be made possible by the fact that only that electrical potential of the substrate to be coated will be changed. Such an operation is inexpensive feasible.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine sche­ matische Zeichnung.The invention is based on an embodiment example explained in more detail with reference to a cal matic drawing.

Die Figur zeigt lediglich diejenigen Bestandteile einer MBE ("molecular-beam-epitaxy")-Anordnung, welche zur Erläuterung der Erfindung erforderlich sind. Das beheiz­ bare, zu beschichtende Substrat 1, z. B. eine eingangs erwähnte Si-Scheibe, wird einem ersten Molekularstrahl ausgesetzt, der Si-Atome, Si⁺-Ionen sowie Elektronen enthält. Dieser erste Molekularstrahl ist durch Pfeile dargestellt, welche mit Si, Si⁺, e⁻ bezeichnet sind. Der erste Molekularstrahl wird erzeugt durch eine erste Quelle 3, in der Silizium verdampft wird durch einen mit einem Magnetfeld 6 gebogenen Elektronenstrahl 2, der durch eine Kathode 5 erzeugt wird. Dem ersten Molekularstrahl wird ein zweiter Molekularstrahl hinzugefügt, welcher das gewünschte Dotiermittel enthält, z. B. Antimon (Sb). Der zweite Molekularstrahl, der durch einen Sb-bezeichneten Pfeil dargestellt ist, wird in einer zweiten Quelle 4 erzeugt, die thermisch beheizt wird, z. B. mit einem Wider­ standsofen. Wird nun zwischen dem Substrat 1 und der ersten Quelle 3 eine elektrische Spannung US, vorzugsweise eine Gleichspannung, derart angelegt, daß das Substrat 1 ein negatives elektrisches Potential besitzt gegenüber der ersten Quelle 3, so wird der Einbau des Dotiermittels in die Schicht 1′ durch die angelegte Spannung sowie deren Änderungen bestimmt.The figure shows only those components of an MBE ("molecular beam epitaxy") arrangement which are required to explain the invention. The heatable, to be coated substrate 1 , for. B. a Si disk mentioned above, is exposed to a first molecular beam containing Si atoms, Siome ions and electrons. This first molecular beam is represented by arrows, which are denoted by Si, Si⁺, e⁻. The first molecular beam is generated by a first source 3 , in which silicon is evaporated by an electron beam 2 bent with a magnetic field 6 , which is generated by a cathode 5 . A second molecular beam is added to the first molecular beam, which contains the desired dopant, e.g. B. Antimony (Sb). The second molecular beam, which is represented by an arrow labeled Sb, is generated in a second source 4 , which is thermally heated, e.g. B. with an opposing oven. If an electrical voltage U S , preferably a DC voltage, is now applied between the substrate 1 and the first source 3 such that the substrate 1 has a negative electrical potential with respect to the first source 3 , the incorporation of the dopant into the layer 1 ' determined by the applied voltage and its changes.

Beispielsweise wird bei einer Gleichspannung von 100 Volt und dem Dotiermittel Antimon (Sb) in der Si-haltigen Schicht 1′ eine elektrisch aktive Dotiermittelkonzentra­ tion von ungefähr 10¹⁹ cm-3 erreicht.For example, with a DC voltage of 100 volts and the dopant antimony (Sb) in the Si-containing layer 1 ', an electrically active dopant concentration of approximately 10¹⁹ cm -3 is achieved.

Derartig hoch dotierte Halbleiterschichten sind insbeson­ dere geeignet zur Herstellung von Halbleiter-Metall-Kon­ takten, auf denen Anschlußdrähte angebracht werden, z. B. durch Bonden. Durch eine beispielhafte sprunghafte Änderung der Spannung US wird erreicht, daß sich die Konzentration des Dotiermittels ebenfalls sprunghaft ändert. Bei einer Sb-Dotierung von Silizium wird beispielsweise eine Ände­ rung der elektrisch aktiven Sb-Konzentration von ungefähr 10¹⁶ cm-3 auf ungefähr 10¹⁸ cm-3 auf einer Länge von ungefähr 50 nm erreicht. Such highly doped semiconductor layers are particularly suitable for the production of semiconductor-metal contacts, on which connecting wires are attached, for. B. by bonding. An exemplary abrupt change in the voltage U S ensures that the concentration of the dopant also changes abruptly. With Sb doping of silicon, for example, a change in the electrically active Sb concentration from approximately 10¹⁶ cm -3 to approximately 10¹⁸ cm -3 is achieved over a length of approximately 50 nm.

Beispielsweise ist es auch möglich, weitere Dotiermittel zu verwenden, die in der Halbleitertechnologie geläufig sind und die Spannung US an die Art und/oder Konzentration des Dotiermittels anzupassen.For example, it is also possible to use other dopants that are common in semiconductor technology and to adapt the voltage U S to the type and / or concentration of the dopant.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers, insbe­ sondere durch Beschichtung eines Silizium-Substrates durch Mole­ kularstrahlepitaxie in einer Ultrahochvakuumanlage, bestehend aus einer Substrathalterung, in welcher das beheizbare Substrat gehalten wird, einer durch einen Elektronenstrahl (2) beheizten ersten Quelle (3), in der ein erster Molekularstrahl erzeugt wird, der Moleküle entsprechend dem Material des Substrats (1) enthält, sowie mindestens einer zweiten Quelle (4), in der ein Dotiermaterial enthaltender zweiter Molekularstrahl erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen der ersten Quelle (3) und dem Substrat (1) eine elektrische Spannung (US) anliegt, mit der während der Beschichtung die Konzentration des Dotierma­ terials in der entstehenden Schicht (1′) derart gesteuert und/oder geregelt wird, daß eine bestimmte Konzentration des Do­ tiermaterials in der Schicht (1′) in Abhängigkeit vom Dotiermate­ rial und der Spannung (US) sowie Konzentrationsänderungen des Dotiermaterials innerhalb der Schicht (1) erzeugt werden. 1. A method for producing a semiconductor body, in particular by coating a silicon substrate by molecular beam epitaxy in an ultra-high vacuum system, comprising a substrate holder in which the heatable substrate is held, a first source ( 3 ) heated by an electron beam ( 2 ), in which a first molecular beam is generated, which contains molecules corresponding to the material of the substrate ( 1 ), and at least one second source ( 4 ), in which a second molecular beam containing a doping material is generated, characterized in that at least between the first source ( 3 ) and the substrate ( 1 ) an electrical voltage (U S ) is applied, with which during the coating the concentration of the doping material in the resulting layer ( 1 ') is controlled and / or regulated such that a certain concentration of the animal material in the layer ( 1 ′) depending on the doping material and the voltage ( U S ) and changes in concentration of the doping material within the layer ( 1 ) are generated. 2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (US) als Gleichspannung ausgebildet wird und daß das Substrat (1) bezüglich der ersten Quelle (3) auf einem negativen elektrischen Potential liegt.2. A method for producing a semiconductor body according to claim 1, characterized in that the voltage (U S ) is formed as a DC voltage and that the substrate ( 1 ) with respect to the first source ( 3 ) is at a negative electrical potential. 3. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß für den Betrag der Spannung (US) ein Einstellbe­ reich bis 1000 Volt vorgesehen wird.3. A method for producing a semiconductor body according to one of the preceding claims, characterized in that a setting range is provided up to 1000 volts for the amount of voltage (U S ). 4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf ei­ nem Substrat (1) aus Silizium eine Schicht (1′) erzeugt wird, de­ ren aktive Konzentration in Abhängigkeit vom Dotiermaterial und der Spannung (US) bis zu ungefähr 10¹⁹ cm-3 beträgt.4. A method for producing a semiconductor body according to one of the preceding claims, characterized in that a layer ( 1 ') is generated on egg nem substrate ( 1 ) made of silicon, de ren active concentration depending on the dopant and the voltage (U S ) up to approximately 10¹⁹ cm -3 . 5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf ei­ nem Substrat (1) aus Silizium eine Schicht (1′) erzeugt wird, in welcher in Abhängigkeit vom Dotiermaterial und einer sprunghaften Änderung der Spannung (US) eine elektrisch wirksame Konzentrationsänderung um einen Faktor von ungefähr 100 auf einer Länge von 50 nm erreicht wird.5. A method for producing a semiconductor body according to one of the preceding claims, characterized in that a layer ( 1 ') is produced on egg nem substrate ( 1 ) made of silicon, in which, depending on the doping material and a sudden change in voltage (U S ) an electrically effective change in concentration by a factor of approximately 100 over a length of 50 nm is achieved. 6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß als Dotiermaterial Antimon verwendet wird.6. A method for producing a semiconductor body according to one of the preceding claims, characterized in net that antimony is used as doping material.
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