DE3709448A1

DE3709448A1 - Verfahren zur herstellung von halbleitern

Info

Publication number: DE3709448A1
Application number: DE19873709448
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Takiguchi; Shinji Kaneiwa; Toshihiko Yoshida; Hiroaki Kudo; Sadayoshi Matsui
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1987-10-08
Also published as: DE3709448C2; GB8706578D0; JPS62222633A; GB2190541B; GB2190541A; US4842679A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe nen Art.

Aus der japanischen Patentschrift 49 44 788 ist ein Ver fahren zur Herstellung von Halbleitern bekannt, die aus Verbindungen der III-V-Gruppe unter Verwendung von Organo-Metall-Verbindungen bestehen. Von Nachteil bei diesem Verfahren ist es, daß bei der termischen Zerse tzung der organischen Metalle und der Hydride von V-Gruppen-Verbindungen bei der Herstellung eines insbe sondere P in Form von beispielsweise InP enthaltenden Verbindungshalbleiters, ein Source-Gase wie beispiels weise PH₃ nicht zersetzt wird, sondern mit den orga nischen Metallen reagiert und polymere Zwischenprodukte wie beispielsweise (-InMePH-)n bildet. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß P aus dem Verbindungshalbleiter herausgelöst wird, wenn der Verfahrensschritt zur Bildung der kristallinen Schicht bei hohen Temparaturen ausgeführt wird.

Zur Überwindung dieser Nachteile ist es beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift 59 87 814 bekannt, ein Verfahren anzuwenden, bei dem ein Substrat mit Laserlicht bestrahlt wird. Dabei wird das Substrat mit Laserlicht einer Energie bestrahlt, die gleich oder höher ist als die Zersetzungsenergie der organischen Metalle und/oder von PH₃, um die Zersetzung des Source- Gases zu beschleunigen. Darüberhinaus wird das Substrat mit Infrarot-Laserlicht beispielsweise von einem Kohlen dioxid-Laser bestrahlt, um die Aufwachstemparatur der kristallinen Schichten zu reduzieren. Die Anwendung eines derartigen Verfahrens ist jedoch aus einer Reihe von Gründen extrem schwierig. So ist die Zersetzungs energie von Source-Gase mit 5-6 eV derart groß, daß Laserlichtquellen mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger verwendet werden müssen. Darüberhinaus läßt sich die effektivste Zersetzung von Source-Gas dadurch erreichen, daß das Substrat mit Laser-Licht bestrahlt wird, dessen Energie gleich ist zur Zersetzungsenergie des Quellengases. Um jedoch auf diese Weise eine Zerse tzung zu erreichen, müssen Laser-Lichtquellen verwendet werden, die bezüglich der Lichtwellenlänge in einem weiten Bereich einstellbar sein müssen. Dies ist jedoch ausgesprochen schwierig durchzuführen.

Weiterhin resultiert die Herabsetzung der Aufwachstem paratur unter Verwendung der Strahlung eines Kohlen dioxidgas-Lasers in einer Anhebung der Oberflächentem paratur des Substrats, wodurch die angestrebte Reduktion der Aufwachstemparatur vermindert wird.

Zusammengefaßt muß also festgestellt werden, daß der übliche Einsatz von Bestrahlung unter Verwendung von Laserlicht nicht dazu geeignet ist, die oben ausgeführ ten Nachteile zu beseitigen.

Andererseits wird die Bestrahlung eines Substrats mit Laserlicht so ausgeführt, daß selektives Wachstum der Halbleiterschichten auf dem Substrat erreicht wird, basierend auf der selektiven Zersetzung von Source-Gasen innerhalb der Substratoberfläche sowie derart, daß selektives Ätzen des Substrats mit der Einführung des Ätzgases in das Substrat erreicht wird. Diese Vorgänge oder Prozesse erfordern jedoch eine aufwendige Apparatur für die Ablenkung von Laserlicht, wodurch die praktische Ausführung dieser Prozesse auf Schwierigkeiten stößt. Für besagtes selektives Aufwachsen sowie das selektive Ätzen wurde beispielsweise von S. Matsui et al., Jour. Vac. Sci & Technol. B vol. 4, Jan.-Feb., (1986) vorge schlagen, Laserlicht durch Elektronenstrahlen zu ersetzen.

Die dafür verwendete Vorrichtung ist in Fig. 3 darge stellt, wobei ein innerhalb einer Reaktionsröhre 2 angeordnetes Halbleitersubstrat 3 direkt mit Elektronen strahlen 5 aus einer Elektronenkanone 1 bestrahlt wird, und wobei Source-Gase über einen Gaseinlaß 4 in die Reaktionsröhre 2 eingeführt werden. Um jedoch das Substrat 3 mit den Elektronenstrahlen 5 direkt bestrah len zu können, müssen die Elektronenstrahlen 5 auf einen Pegel von mehreren 10 Elektronenvolt oder mehr beschleu nigt werden, wodurch die Energie der Elektronenstrahlen mehrere 10 Elektronenvolt oder mehr beträgt. Diese Energie ist um ein Vielfaches höher als die Zersetzungs energie der Source-Gase, wodurch die selektive Zerse tzung der Source-Gase insofern problematisch wird, als Schwierigkeiten bei der Zersetzungssteuerung aufgewach sener Schichten auftreten. Zusätzlich resultiert die direkte Bestrahlung der Substrate mit den besagten Elektronenstrahlen hoher Energie in einer hohen Stoßbe lastung der auf dem Substrat aufgewachsenen kristallinen Schichten, so daß es mitunter schwierig ist, kristalline Schichten hoher Qualität zu erzeugen.

Zusammenfassend darf also festgestellt werden, daß die direkte Bestrahlung von Halbleitersubstraten mit hoch energetischen Elektronenstrahlen mit einer Reihe von Nachteilen behaftet ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nach teile der bekannten Verfahren zur Herstellung von Halb leitern zu beseitigen und das eingangs genannte Verfah ren so auszugestalten, daß die Herstellung hochqualita tiver Halbleiter gewährleistet ist.

Erreicht wird dieses Ziel ausgehend von dem eingangs ge nannten Verfahren dadurch, daß an das Substrat ein elek trisches Potential angelegt wird, daß an eine direkt über dem Substrat angeordnete Elektronenstrahl-Bestrah lungseinrichtung ein elektrisches Potential angelegt wird, das verschieden ist von dem am Substrat anlie genden elektrischen Potential, und daß die Bestrah lungseinrichtung mit Elektronenstrahlen von einer Elek tronenstrahlquelle beaufschlagt wird, wobei das Substrat mit den von der Bestrahlungseinrichtung erzeugten Sekun därelektronenstrahlen und/oder mit den durch diese Be strahlungseinrichtung hindurch übertragenen Elektronen strahlen bestrahlt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wärmebe lastung des Substrats herabgesetzt, so daß hochqualita tive Kristallschichten auf dem Substrat erzeugt werden können. Weiterhin werden die Source-Gase selektiv zer setzt, womit die Zusammensetzung bzw. Struktur der Zwischenschichten zwischen den kristallinen Schichten sowie die Struktur innerhalb der Oberfläche jeder kri stallinen Schicht erreicht wird, sowie eine Führung der Dotierstoffmengen. Ebenso wird das Ätzen des Substrats in selektiver Weise gewährleistet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Bestrahlungseinrichtung aus einem fein maschigen Gitter.

Weiterhin ist es vorteilhafterweise vorgesehen, die Bestrahlungseinrichtung als dünne Platte auszuführen, die mit einem Film bedeckt ist, der bezüglich der Sekundärstrahlenemission einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Damit bestehen die wesentlichen Vorteile der Erfindung in der Schaffung

1) eines Verfahrens zur Herstellung von beispielsweise aus Verbindungen der III-V-Gruppe bestehenden Halb leitern, das sich auszeichnet durch die Ausbildung hochqualitativer kristalliner Schichten, das selek tive Aufwachsen von kristallinen Schichten innerhalb der Oberfläche eines Substrats und/oder das selek tive Ätzen des Substrats innerhalb der Substrat oberfläche sowie
2) eines Verfahrens zur Herstellung von Halbleitern, bei dem Aktivierungsenergie in das Substrat durch die Strahlung von Elektronenstrahlen eingeführt wird, wodurch die Aufheiztemparatur der Substrate herabgesetzt ist und die selektive Zersetzung der Source-Gase ermöglicht wird, was wiederum in hoch qualitativen kristallinen Schichten resultiert oder in einem selektiv geätzten Substrat, so daß unter der Verwendung hochqualitativer kristalliner Schichten und/oder des selektiv geätzten Substrats Halbleiter erzeugbar sind, die hervorragende Halb leitereigenschaften aufweisen.

Im nachfolgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Vorderansicht einer Vorrich tung zur erfindungsgemäßen Herstellung von Halbleitern unter Verwendung einer Elektronen strahleinrichtung;

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht einer weiteren Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung von Halbleitern unter Verwendung einer Elektro nenstrahleinrichtung und

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer Vorrich tung nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Halbleitern.

Fig. 3 ist bereits eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstel lung von Halbleitern. Dieses Verfahren besteht darin, ein Halbleitersubstrat mit niederenergetischen Elektro nenstrahlen zu bestrahlen, sobald Source-Gase, Ätz-Gase und/oder Source-Gase in das Substrat eingeführt werden, um Halbleiterschichten aufzuwachsen und/oder das Substrat zu ätzen. Die Source-Gase, Source-Moleküle usw. unter liegen unter Einwirkung der Elektronenstrahlen-Energie einer chemischen Reaktion, so daß die Reduktion der Aufheiztemparatur des Substrats unter kontrollierten Bedingungen ebenso ausgeführt werden kann, wie die Ver hinderung der Ausbildung von Zwischenprodukten, das selektive Aufwachsen von Halbleiterschichten innerhalb der Substratoberfläche sowie das selektive Ätzen des Substrats usw.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung von Halbleitern. Diese Vorrichtung ist so ausgelegt, daß ein Halbleitersubstrat 3 im Zentrum einer Reaktonsröhre 2 zu liegen kommt, welche am oberen Ende mit einer Elektronenkanone 1 und an einer Seite mit einem Gaseinlaß 4 versehen ist. Das genau unterhalb der Elektronenkanone 1 angeordnete Substrat 3 wird mit Elek tronenstrahlen 5 von der Elektronenkanone 1 bestrahlt. Das Innere der Reaktionsröhre 2 ist mittels einer Strah lenführungsblende oder Lochblende 7 in zwei Teile ge teilt, wobei der eine Teil die Elektronenkanone 1 ent hält und durch eine Differenzialvakuumpumpe 6 unter Vakuum gehalten ist, und wobei der andere Teil das Substrat 3 enthält. Der die Elektronenkanone enthaltende obere Teil 1 wird durch die die Abgrenzung zwischen dem oberen und dem unteren Röhrenteil bildenden Blende 7 auf einem Hochvakuum-Niveau gehalten. Eine Elektronenstrahl- Bestrahlungseinrichtung 8, beispielsweise in Form eines feinmaschigen Gitters oder Metallnetzes ist auf dem Pfad eingesetzt, entlang welchem die Elektronenstrahlen 5 von der Elektronenkanone 1 das Substrat 3 bestrahlen. Ein elektrisches Potential Vsub ist an das Halbleitersubstrat 3 mittels einer Gleichstromquelle 9 angelegt. Unter der Voraussetzung daß das am Filament der Elektronenkanone 1 anliegende Potential Veg ist, läßt sich der Wert für Vsub durch folgende Gleichung bestimmen:

sub=Veg-A,

wobei A das elektrische Potential ist, das im allgemeinen einen Wert zwischen 0 bis 5 V annimmt und die Elektronen strahlenergie zur Bestrahlung des Substrats 3 veranlaßt.

Wenn das Substrat 3 mit den Elektronenstrahlen 5 von der Elektronenkanone 1 bestrahlt wird, ist es erforderlich, den Wert von Veg auf einige 10 Elektronenvolt oder mehr einzustellen, da andernfalls ein ausreichend starker Elektronenstrahl nicht erreicht werden kann.

Aus diesem Grunde ist es beim Verfahren nach dem Stand der Technik vorgesehen, das Substrat 3 Elektronenstrahlen 5 auszusetzen, die eine Energie Veg in Elektronenvolt aufweisen, die um einen ausreichenden Betrag größer ist als die Energie von A in Elektronenvolt, wodurch wie einleitend beschrieben, Schwierigkeiten bei der selek tiven Zersetzung usw. der Reaktionsgase entstehen. Im Gegensatz hierzu wird in vorliegendem Beispiel das elektrische Potential Vsub derart an das Substrat 3 an gelegt, daß die Energie der Elektronenstrahlen 5 zur Bestrahlung des Substrats 3 den Wert einer elektrischen Potentialdifferenz, Veg-Vsub (d.h. A in Elektronenvolt) einnimmt, also zwischen dem elektrischen Potential des Filaments der Elektronenkanone 1, Veg, und dem elek trischen Potential des Substrats 3, Vsub. Der Wert von Vsub kann den Erfordernissen entsprechend geändert werden, so daß die Elektronenstrahlen 5 mit der erfor derlichen oder gewünschten Energie auf einfache Weise bzw. problemlos auf das Substrat 3 überführt werden können. Da die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung 8 die geerdet ist, direkt überhalb des Substrats 3 ange ordnet ist, in ähnlicher Weise wie beim Verfahren nach dem Stand der Technik bei dem das Substrat 3 geerdet ist, können die von der Elektronenkanone 1 ausgesandten Elektronenstrahlen 5 darüberhinaus bestimmungsgemäß oder einsatzgemäß fokusiert und/oder abgelenkt werden, und zwar ohne jegliche Beeinflussung vom elektrischen Potential des Substrats 3.

Während das Substrat 3, an welches das elektrische Po tential Vsub angelegt ist, mit den Elektronenstrahlen 5 von der Elektronenkanone 1 durch die geerdete Bestrah lungseinrichtung 8 bestrahlt werden, werden Source-Gase, Ätz-Gase oder Source-Moleküle über den Gaseinlaß 4 in die Reaktonsröhre 2 eingeführt, um kristalline Schichten auf dem Substrat 3 aufzuwachsen oder um das Substrat 3 zu ätzen. Durch die Weiterverarbeitung der daraus resul tierenden Substrate, die mit den kristallinen Schichten oder den geätzten Abschnitten versehen sind, läßt sich ein Halbleiter mit gleichmäßigen Halbleitercharakteris tiken schaffen.

Beispiel 2

Fig. 2 zeigt eine weitere Vorrichtung zur erfindungsge mäßen Herstellung von Halbleitern. Gleiche Teile der Vorrichtungen von Fig. 1 und 2 sind mit denselben Be zugszeichen versehen. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungs einrichtung 80 besteht aus einer dünnen Platte, die mit einem aus der Dampfphase niedergeschlagenen Film bedeckt ist, der aus Material besteht, das einen hohen Wirkungs grad an Sekundärstrahlenemission gewährleistet, wie beispielsweise ein GaAs-Dampfniederschlagsfilm. Die von der Elektronenkanone 1 ausgesandten Elektronenstrahlen 5 fallen zunächst auf die Elektronenstrahl-Bestrahlein richtung 80, durch welche hindurch einige der einfallen den Elektronenstrahlen 5 in Richtung auf das Substrat 3 übertragen werden. Dadurch bestrahlen die durch die Bestrahlungseinrichtung 80 hindurch übertragene Elek tronenstrahlen (d.h. elastisch gestreute Elektronenstrah len) dann das Substrat 3. Zur selben Zeit wird durch die Bestrahlungseinrichtung 80 eine große Menge an Sekundär elektronenstrahlen erzeugt, mit welcher das Substrat 3 bestrahlt wird. Obwohl die elastisch gestreuten Elek tronenstrahlen dieselbe Energie aufweisen wie die einfallenden Elektronenstrahlen, ist die Anzahl der Elektronenstrahlen in genügender Weise kleiner als diejenige, der innerhalb der Bestrahlungseinrichtung 80 unelastisch gestreuten Elektronenstrahlen. Andererseits ist die Anzahl der Sekundärelektronenstrahlen um mehrere zehnmal größer als diejenige der einfallenden Elektronen strahlen, wo hingegen die Energie der Sekundärelektronen strahlen klein ist und insbesondere mehrere Elektronen volt beträgt. Das elektrische Potential Vta ist mittels der Gleichstromquelle 10 an die Elektronenstrahl-Bestrah lungseinrichtung 80 angelegt. Der Wert von Vta ent spricht der Differenz zwischen der Energie der zur Be strahlung des Substrats 3 einfallenden Elektronenstrah len und der Energie von der Bestrahlungseinrichtung 80 zu erzeugenden Sekundärelektronenstrahlen. Der Wert von Vta kann, falls erforderlich, leicht bzw. bestimmungs gemäß geändert werden, und zwar in derselben Weise wie anhand des Beispiels 1 beschrieben, so daß das Substrat 3 problemlos mit Elektronenstrahlen der gewünschten Energie beaufschlagt werden kann.

Darüberhinaus besteht nur ein geringer Einfluß auf die einfallenden Elektronenstrahlen, da der Wert von Vta klein ist, und im allgemeinen einen Wert zwischen 0 bis 10 Volt einnimmt.

Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Modifika tionen von einem Fachmann durchgeführt werden können, ohne daß der Schutzumfang und das Wesen der Erfindung verlassen werden. Entsprechend sei darauf hingewiesen, daß der Schutzumfang der Patentansprüche nicht durch die obige Beschreibung eingeschränkt wird und daß die Patentansprüche alle patentfähigen Merkmale der vor liegenden Erfindung enthalten, einschließlich all diejenigen Merkmale, die von dem Fachmann des vorlie genden Gebietes als Äquivalente angesehen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleitern bei dem Source-Gase, Ätzgase oder Source-Moleküle in ein Substrat eingeführt werden, um auf dem Substrat kristalline Schichten aufzuwachsen, oder um das Substrat zu ätzen, wodurch ein Halbleiter erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß an das Substrat ein elektrisches Potential angelegt wird, daß an eine direkt über dem Substrat angeordnete Elektro nenstrahl-Bestrahlungseinrichtung ein elektrisches Potential angelegt wird, das verschieden ist von dem am Substrat anliegenden elektrischen Potential, und daß die Bestrahlungseinrichtung mit Elektronen strahlen von einer Elektronenstrahlquelle beauf schlagt wird, wobei das Substrat mit den von der Bestrahlungseinrichtung erzeugten Sekundärelektro nenstrahlen und/oder mit den durch diese Bestrah lungseinrichtung hindurch übertragenen Elektronen strahlen bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung ein auf Erde ge legtes, feinmaschiges Gitter ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung eine dünne Platte ist, die mit einem Film bedeckt ist, der einen hohen Wirkungsgrad bezüglich Sekundärstrahlenemis sion aufweist.