DE3709448C2

DE3709448C2 -

Info

Publication number: DE3709448C2
Application number: DE3709448A
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Takiguchi; Shinji Nara Jp Kaneiwa; Toshihiko Yoshida; Hiroaki Kudo; Sadayoshi Tenri Nara Jp Matsui
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1992-08-13
Also published as: GB2190541B; US4842679A; DE3709448A1; GB2190541A; GB8706578D0; JPS62222633A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektronischen Halbleiterbauelementen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, wie es aus Journ. Vac. Sci & Technol. B Vol. 4, Jan./Feb. (1986), S. 299-304, bekannt ist.

Aus der japanischen Patentschrift 49 44 788 ist ein Verfah ren zur Herstellung von Halbleitern bekannt, die aus Verbin dungen der III-V-Gruppe unter Verwendung von Organo-Metall- Verbindungen bestehen. Von Nachteil bei diesem Verfahren ist es, daß bei der thermischen Zersetzung der organischen Me talle und der Hydride von V-Gruppen-Verbindungen bei der Herstellung eines, insbesondere P in Form von beispielsweise InP enthaltenden Verbindungshalbleiters, ein Source-Gas, wie beispielsweise PH3, nicht zersetzt wird, sondern mit den or ganischen 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 Temperaturen 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 Zer setzungsenergie 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 Kohlendioxid-Laser bestrahlt, um die Aufwachstemperatur der kristallinen Schichten zu redu zieren. Die Anwendung eines derartigen Verfahrens ist jedoch aus einer Reihe von Gründen extrem schwierig. So ist die Zersetzungsenergie von Source-Gas mit 5-6 eV derart groß, daß Laserlichtquellen mit einer Wellenlänge von 200 nm, oder weniger effektive Zersetzung von Source-Gas dadurch er reichen, daß das Substrat mit Laser-Licht bestrahlt wird, dessen Energie gleich ist zur Zersetzungsenergie des Quel lengases. Um jedoch auf diese Weise eine Zersetzung zu er reichen, müssen Laser-Lichtquellen verwendet werden, die be züglich der Lichtwellenlänge in einem weiten Bereich ein stellbar sein müssen. Dies ist jedoch ausgesprochen schwie rig durchzuführen.

Weiterhin resultiert die Herabsetzung der Aufwachstemperatur unter Verwendung der Strahlung eines Kohlendioxidgas-Lasers in einer Anhebung der Oberflächentemperatur des Substrats, wodurch die angestrebte Reduktion der Aufwachstemperatur vermindert wird.

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

Andererseits wird die Bestrahlung eines Substrats mit Laser licht so ausgeführt, daß selektives Wachstum der Halblei terschichten 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), S. 299-304, vorgeschlagen, Laserlicht durch Elektronenstrahlen zu er setzen. Die dafür verwendete Vorrichtung ist in Fig. 1 dar gestellt, wobei ein innerhalb einer Reaktionsröhre 2 ange ordnetes Halbleitersubstrat 3 direkt mit Elektronenstrahlen 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 Elek tronenstrahlen 5 direkt bestrahlen zu können, müssen die Elektronenstrahlen 5 auf einen Pegel von mehreren 10 keV oder mehr beschleunigt werden, wodurch die Energie der Elektronenstrahlen mehrere 10 keV oder mehr beträgt. Diese Energie ist um ein Vielfaches höher als die Zersetzungs energie der Source-Gase, wodurch die selektive Zersetzung der Source-Gase insofern problematisch wird, als Schwierig keiten bei der Zersetzungssteuerung aufgewachsener Schichten auftreten. Zusätzlich resultiert die direkte Bestrahlung der Substrate mit den besagten Elektronenstrahlen hoher Energie in einer hohen Stoßbelastung der auf dem Substrat aufgewach senen kristallinen Schichten, so daß es mitunter schwierig ist, kristalline Schichten hoher Qualität zu erzeugen.

Zusammenfassend darf also festgestellt werden, daß die di rekte Bestrahlung von Halbleitersubstraten mit hochenerge tischen Elektronenstrahlen mit einer Reihe von Nachteilen behaftet ist.

Aus der Druckschrift "Einführung in die Atomphysik", W. Finkelnburg, Springer-Verlag 1967 11. und 12. Auflage, Seite 492 und 493 sind die notwendigen energetischen Verhältnisse zur Anregung und Erzeugung von Sekundärelektronen bekannt. Dort wird ausgeführt, daß die Emission von Sekundärelektro nen einen maximalen Wert annimmt, wenn die Primärelektronen eine Energie im Bereich von 0,5 bis 1,5 keV aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß die Herstellung hochqualitativer Halbleiter gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wärmebelastung des Substrats herabgesetzt, so daß hochqualitative Kristall schichten auf dem Substrat erzeugt werden können. Weiterhin werden die Source-Gase selektiv zersetzt, womit die Zusam mensetzung bzw. Struktur der Zwischenschichten zwischen den kristallinen Schichten sowie die Struktur innerhalb der Oberfläche jeder kristallinen Schicht erreicht wird, sowie eine Führung der Dotierstoffmengen. Ebenso wird das Ätzen des Substrats in selektiver Weise gewährleistet.

Damit bestehen die wesentlichen Vorteile der Erfindung in der Schaffung

1. eines Verfahrens zur Herstellung von beispielsweise aus Verbindungen der III-V-Gruppe bestehenden Halbleitern, das sich auszeichnet durch die Ausbildung hochqualita tiver kristalliner Schichten, das selektive Aufwachsen von kristallinen Schichten innerhalb der Oberfläche eines Substrats und/oder das selektive Ätzen des Sub strats innerhalb der Substratoberfläche sowie
2. eines Verfahrens zur Herstellung von Halbleitern, bei dem Aktivierungsenergie in das Substrat durch die Strahlung von Elektronenstrahlen eingeführt wird, wo durch die Aufheiztemperatur der Substrate herabgesetzt ist und die selektive Zersetzung der Source-Gase ermög licht wird, was wiederum in hochqualitativen kristalli nen Schichten resultiert oder in einem selektiv geätz ten Substrat, so daß unter der Verwendung hochqualita tiver kristalliner Schichten und/oder des selektiv ge ätzten Substrats Halbleiter erzeugbar sind, die her vorragende Halbleitereigenschaften aufweisen.

Im nachfolgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung nä her erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung von elektro nischen Halbleiterbauelementen unter Verwendung einer Elektronenstrahleinrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Herstellung von elektronischen Halbleiterbauelementen.

Fig. 2 ist bereits eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Her stellung von elektronischen Halbleiterbauelementen. Diese Vorrichtung ist so ausgelegt, daß ein Halbleitersubstrat 3 im Zentrum einer Reaktionsröhre 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 Elektro nenstrahlen 5 von der Elektronenkanone 1 bestrahlt. Das Innere der Reaktionsröhre 2 ist mittels einer Strahlenfüh rungsblende oder Lochblende 7 in zwei Teile geteilt, wobei der eine Teil die Elektronenkanone 1 enthält und durch eine Differenzialvakuumpumpe 6 unter Vakuum gehalten ist, und wo bei der andere Teil das Substrat 3 enthält. Der die Elek tronenkanone 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 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:

Vsub=Veg-A,

wobei A das elektrische Potential ist, das im allgemeinen einen Wert zwischen 0 bis 5 V annimmt und die Elektronen strahlenenergie 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 keV 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 auf weisen, die um einen ausreichenden Betrag größer ist als die Energie von A in Elektronenvolt, wodurch wie einleitend beschrieben, Schwierigkeiten bei der selektiven Zersetzung usw. der Reaktionsgase entstehen. Im Gegensatz hierzu wird in vorliegendem Beispiel das elektrische Potential Vsub der art an das Substrat 3 angelegt, daß die Energie der Elek tronenstrahlen 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 elektrischen Potential des Substrats 3, Vsub. Der Wert von Vsub kann den Erfordernissen entsprechend geändert werden, so daß die Elektronenstrahlen 5 mit der erforderlichen oder gewünschten Energie auf einfache Weise bzw. problemlos auf das Substrat 3 überführt werden können. Da die Elektronen strahl-Bestrahlungseinrichtung 8 die geerdet ist, direkt überhalb des Substrats 3 angeordnet 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 bestim mungsgemäß oder einsatzgemäß fokusiert und/oder abgelenkt werden, und zwar ohne jegliche Beeinflussung vom elektri schen Potential des Substrats 3.

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

Die Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung 8 besteht aus einer dünnen Platte, die mit einem aus der Dampfphase nie dergeschlagenen Film bedeckt ist, das aus Material besteht, das einen hohen Wirkungsgrad an Sekundärstrahlenemission gewährleistet, wie beispielsweise ein GaAs-Dampfnieder schlagsfilm. Die von der Elektronenstrahlenkanone 1 ausge sandten Elektronenstrahlen 5 fallen zunächst auf die Elek tronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung 8, durch welche hin durch einige der einfallenden Elektronenstrahlen 5 in Rich tung auf das Substrat 3 übertragen werden. Dadurch bestrah len die durch die Bestrahlungseinrichtung 8 hindurch über tragene Elektronenstrahlen (d. h. elastisch gestreute Elek tronenstrahlen) dann das Substrat 3. Zur selben Zeit wird durch die Bestrahlungseinrichtung 8 eine große Menge an Sekundärelektronenstrahlen erzeugt, mit welcher das Substrat 3 bestrahlt wird. Obwohl die elastisch gestreuten Elektro nenstrahlen dieselbe Energie aufweisen wie die einfallenden Elektronenstrahlen, ist die Anzahl der Elektronenstrahlen in genügender Weise kleiner als diejenige, der innerhalb der Bestrahlungseinrichtung 8 unelastisch gestreuten Elektro nenstrahlen. Andererseits ist die Anzahl der Sekundärelek tronenstrahlen um mehrere zehnmal größer als diejenige der einfallenden Elektronenstrahlen, wo hingegen die Energie der Sekundärelektronenstrahlen klein ist und insbesondere mehre re Elektronenvolt beträgt. Das elektrische Potential Vta ist mittels der Gleichstromquelle 10 an die Elektronenstrahl-Be strahlungseinrichtung 8 angelegt. Der Wert von Bta ent spricht der Differenz zwischen der Energie der zur Bestrah lung des Substrates 3 einfallenden Elektronenstrahlen und der Energie von der Bestrahlungseinrichtung 8 zu erzeugenden Sekundärelektronenstrahlen. Der Wert von Vta kann, falls erforderlich, leicht bzw. bestimmungsgemäß geändert werden, und zwar in derselben Weise wie anhand des Beispiels 1 be schrieben, so daß das Substrat 3 problemlos mit Elektronen strahlen 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.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von elektronischen Halbleiter bauelementen, wobei selektive Oberflächenreaktionen zum Aufwachsen von kristallinen Schichten auf einem Substrat oder ein Ätzen des Substrates in einer gashaltigen At mosphäre in einer Reaktorröhre bewirkt werden, wobei an das Substrat ein elektrisches Potential angelegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß an eine Elektronenstrahl-Bestrahlungseinrichtung (8) ein elektrisches Potential angelegt wird, das von dem am Substrat (3) anliegenden elektrischen Potential verschieden ist, und
daß die Bestrahlungseinrichtung (8) mit Elektronenstrah len von einer Elektronenstrahlquelle (1) beaufschlagt wird, wodurch das Substrat (3) mit von der Bestrahlungs einrichtung (8) erzeugten Sekundärelektronenstrahlen be strahlt wird oder mit den Sekundärelektronenstrahlen und den durch die Bestrahlungseinrichtung (8) hindurch über tragenen Elektronenstrahlen derart bestrahlt wird, daß die auf das Substrat (3) auftreffenden Primärelektronen und Sekundärelektronen niederenergetisch sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung eine dünne Platte (80) ist, die mit einem Film bedeckt ist, der einen hohen Wirkungsgrad bezüglich der Sekundärelektronenemission aufweist.