DE6609383U - ATOMIZING DEVICE FOR DEPOSITING A LAYER OF SEMICONDUCTOR MATERIAL, E.G. SILICON. - Google Patents
ATOMIZING DEVICE FOR DEPOSITING A LAYER OF SEMICONDUCTOR MATERIAL, E.G. SILICON.Info
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Description
iESYi Il'iC. , Redor.do zseacii, California, V. St.v..Aner:Lk:aiESYi Il'iC. , Redor.do zseacii, California, V. St.v..Aner: Lk: a
^richtung ζυη Mieder schlag er. einer Schlicht von Halbleitermaterial, z.B. Silicium. "O^ direction ζυη bodice he beat. a layer of semiconductor material, e.g. silicon. "O
Priorität: 7. Juli 1i>669 V.St.v.Aneri-kia Priority : July 7th 1i> 66 9 V.St.v.Aneri-kia
Die Neuerung "cetriift eine Yorricr.tung zur Herstellung von
HaloleitereleE.ei.ter., insbesonaere zum Si eder ε oblagen von
ial, beispielsv/eise SiliciuE.The innovation "introduces a directive for the production of halo-conductor elements, in particular for the sake of it being the responsibility of
ial, for example silicon.
Se sind verschiedene Zerstaubun^GVcrricXun^en bekannt, van Halbleitermaterial, beispielsv/eise Siliciun, niederzuscbla^en. Ir. v/esentlichen bes'uehen alle derartigen Yen ichuU£..,en aus einer L&.thode, die aus de:. Liedcrzuoclilagenden Katerial ge— "ciidet ist, und einer innerhalb einer abgeschlossenen 2er-Stäubungskammer gehaltenen Anode. Sine Unterlage$, ί-uf -welcher das zerstäubte Kateri^l niederzuschlagen ist, wird ebenfalls in der Kammer gehalt ei.. Die Kammer isz anfänglich eval-roiert,Se different Zerstaubun ^ ^ GVcrricXun are en known van semiconductor material beispielsv / else Siliciun, niederzuscbla ^ s. Ir. Particularly visit all such yen iuU £ .., en from a L & .thode, which consists of de :. The material to be deposited in the song is contained, and an anode held within a closed two-part dusting chamber. The base on which the atomized material is to be deposited is also kept in the chamber. The chamber is initially eval -roated,
■und ein Gas, beispielsweise Argon, wird darin eingeführt. Das■ and a gas such as argon is introduced therein. That
Gas wird alsdann durch ein ^-enü^end hohes, ζ v/i sehen KathodeGas is then passed through a ^ -enu ^ end high, ζ v / i see cathode
und Anode angelegtes Potential ionisiert. Bei einem entsprc- jand anode ionizes applied potential. With a corresponding j
chenden Gasdruck ho.lt dieses Potential eine Entladung inner- | halb der Kammer aufrecht. Die Entladung ergibt sich aus einem \ Lawineneffekt^ bei welchen1, der Zy.e^y-'Jnewstoss zwischen positiven ί Ionen und Gasatomen mehr positive Ionen und Elektronen erzeugt. jAt the same gas pressure, this potential holds a discharge within | half of the chamber upright. The discharge results from an \ avalanche effect ^ in which 1 , the Zy.e ^ y-'Jnewstoss between positive ί ions and gas atoms generates more positive ions and electrons. j
j Die positiven Ionen werden zur Kathode, die Elektronen zur 1j The positive ions become the cathode, the electrons become the first
Anode angezogen. Auf diesem, Weg stossen die Teilchen wiederum jAnode attracted. In this way, the particles collide with j
mit Gasatomen zusammen, wobei mehr positive Ionen und Elektro- \ together with gas atoms, with more positive ions and electrical \
neu erzeugt werden. Wenn die positiven Ionen schliesslich die | be regenerated. When the positive ions finally reach the |
Kathode erreichen, schlagen sie mit solcher Energie auf, dass | Atome des Kathodenmaterials herausgeschlagen werden und sich ' IReach the cathode, hit them with such energy that | Atoms of the cathode material are knocked out and 'I
auf der Unterlage sammeln. Durch geeignete Steuerung ver- j schiedener Parameter, beispielsweise Temperatur, Druck, Zeitcollect on the pad. Through suitable control, j various parameters, for example temperature, pressure, time
und dergleichen, können verschiedene Kennwerte des Nieder- : schlagens gesteuert werden.and the like, various characteristics of the precipitation can be controlled.
Obgleich die Zerstäubung angewendet werden kann, um für bestimmte Anwendungsfälle geeignete epitaxiale Siliciumschichten
zu erhalten, sind gewisse Eigenschaften der niedergeschlagenen
Schichten für andere Anwendungsfälle tingeeignet. Insbesondere
ergeben Siliciumschichten, welche durch Zerstäubung erhalten
wurden, normalerweise eine schlechte Leitfähigkeit parallel
zur Oberflache, jedoch eine sehr gute Leitfähigkeit senkrecht
hierzu. Obgleich demnach eine Zerstäubung angewendet wurde,
uc die Ionen herzustellen, welche keine gute Leitfähigkeit
parallel zur Oberfläche aufweisen müssen, konnte eine Zerstäubung bisher nicht besonders günstig zur Herstellung beispielsweise
von Transistorbasen verwendet werden, welche eine Leitfähigkeit
sowohl parallel als auch senkrecht zu der Oberfläche
erfordern.Although sputtering can be used to form epitaxial silicon layers suitable for certain applications
to obtain are certain characteristics of the dejected
Layers are not suitable for other applications. In particular
result in silicon layers obtained by sputtering
were, usually poor conductivity in parallel
to the surface, but a very good conductivity perpendicular
For this. Although atomization was accordingly used,
uc to produce the ions, which do not have good conductivity
must have parallel to the surface, sputtering could not be used particularly favorably for the production of transistor bases, for example, which have a conductivity both parallel and perpendicular to the surface
require.
T 22 787/48b Gbm 8.Februar 1972 T 22 787 / 48b Gbm February 8, 1972
Unter Berücksichtigung der vorangehenden Erläuterungen besteht die Aufgabe der Neuerung in der Ausbildung einer Vorrichtung zur Herstellung von Siliciuraschichten durch Zerstäuben, welche sowohl senkrecht als auch parallel zu der Oberfläche eine gute Leitfähigkeit besitzen.Taking into account the preceding explanations, the object of the innovation is the design of a device for the production of Siliciura layers by sputtering, which both perpendicular and parallel to the surface a good Have conductivity.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Neuerung aus von einer Vorrichtung zum Niederschlagen einer Schicht von Halbleitermaterial, z.B. Silicium, auf einer Unterlage auch Atomzerstäubung einer aus dem niederzuschlagenden Material gebildeten Kathode und Sammlung der zerstäubten Atome zur Ausbildung einer Materialschicht auf der Unterlage. Gemäß der Neuerung ist diese Vorrichtung gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse oder eine Kammer aus leitendem Material, beispielsweise- Aluminium, In der eine Anode gehalten und mit dem Gehäuse durch einen leitenden Zapfen verbunden und eine Kathode der Anode gegenüber im Abstand gehalten ist, wobei die Kathode aus einem leitenden Material besteht und mit einer elektrischen Zuführung verbunden ist, die sich durch einen Durchtritt in der Deckwandung des Gehäuses hindurcherstreckt und gegenüber dem Gehäuse mittels einer vakuumdichten Isolierdurchführung isoliert ist, wobei ein Teil des Gehäuses zur Abschirmung der Kathode sowie der Zuführung rund um die Kathode herum nach innen ragt, ferner durch einen weiteren Durchtritt für die Zuführung von Gas in die Kammer hinein.To solve this problem, the innovation is based on a device to deposit a layer of semiconductor material, e.g. silicon, on a base also atomic sputtering of a Cathode formed from the material to be deposited and collection of the sputtered atoms to form a material layer on the pad. According to the innovation, this device is characterized by a cylindrical housing or a chamber made of conductive material, e.g. aluminum, In one anode held and with the housing by one connected conductive pin and a cathode is held opposite the anode at a distance, wherein the cathode consists of a conductive Material consists and is connected to an electrical supply, which is through a passage in the top wall the housing extends through and is isolated from the housing by means of a vacuum-tight insulating bushing, wherein a part of the housing for shielding the cathode and the lead protrudes inwards around the cathode, further through a further passage for the supply of gas into the chamber.
Die Neuerung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.The innovation is shown below with the aid of schematic drawings explained in more detail.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
a «.ti*a «.ti *
• · · ■ ■• · · ■ ■
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Zerstäubungsvorrichtung der Neuerung im Axialschnitt,1 shows an embodiment of an atomizing device of the innovation in axial section,
Pig, 2 einen abgebrochenen Schnitt durch zwei Silieiumsehiehten, von denen die obere aus isolierten Kristalliten besteht,Pig, 2 a broken cut through two silicon lines, the upper one of which consists of isolated crystallites,
Fig. 3 schaubildlich ein Ausführungsbeispiel einer in einem Induktionsofen untergebrachten Unterlage mit darauf niedergeschlagenem Silicium beim Aufheizen.Fig. 3 is a perspective view of an embodiment of one in one Induction furnace placed underlay with silicon deposited on it during heating.
G-emäss Fig. 1 ist die dort gezeigte Vorrichtung 10 zum Niederschlagen von Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, auf einer Unterlage 12 bestimmt, welche (durch nicht gezeigte Bauelemente) innerhalb der Vorrichtung 10 gehalten ist. Vorzugsweise besteht die Unterlage 12 aus einer Anordnung von Halbleiterelementen, von denen beispielsweise die obere Fläche aus Silicium herzustellen ist. Die Unterlage könnte indessen auch andere Strukturen umfassen, beispielsweise eine Scheibe aus Halbleitermaterial oder einem Einkristall aus Saphir.According to FIG. 1, the deposition device 10 shown there is shown of semiconductor material, for example silicon a base 12 determines which (by components not shown) is held within the device 10. The base 12 preferably consists of an arrangement of semiconductor elements, of which, for example, the upper surface is to be made of silicon. The document could also other structures include, for example, a disk of semiconductor material or a single crystal of sapphire.
Die Zerstäubungsvorrichtung 10 besteht aus einem zylindrischen G-ehäuse oder einer Kammer 14 aus leitendem Material, beispielsweise Aluminium«. Eine Anode 16 ist innerhalb der Kammer 14 gehalten und mit dem Gehäuse durch einen leitenden Zapfen 17 verbunden. Eine Kathode 18 ist ebenfalls in dem Gehäuse gegenüber der Anode 15 im Abstand gehalten. Die Kathode besteht aus einem leitenden Material entsprechend dem Wider— standswert, welchen das auf der Unterlage niederzuschlagende Material aufweisen soll. Sine elektrische Zuführung 22 ist mechanisch und elektrisch mit der Kathode 18 verbunden und erstreckt sich durch einen Durchtritt 24 in der DeckfrandungThe atomizing device 10 consists of a cylindrical G-housing or a chamber 14 made of conductive material, for example Aluminum". An anode 16 is within the chamber 14 and held to the housing by a conductive pin 17 connected. A cathode 18 is also held at a distance from the anode 15 in the housing. The cathode is made made of a conductive material corresponding to the resistance value that is to be deposited on the surface Material should have. Its electrical feed 22 is mechanically and electrically connected to the cathode 18 and extends through a passage 24 in the top edge
des Gehäuses 14. Die Zuführung ist gegenüber dem G-ehäuse 1Λ mittels einer vakuumdichten Isolierdurchführung 26 isoliert. Ein leil 28 des Gehäuses ragt rund um die Kathode 18 nach , um die Kathode sowie die Zuführung 22 abzuschirmen.of the housing 14. The feed is opposite the G-ehäuse 1Λ isolated by means of a vacuum-tight insulating bushing 26. A part 28 of the housing protrudes around the cathode 18 to shield the cathode and lead 22.
Bs sei beispielsweise angenoinnen, dass Silicium von besonderer gleitfähigkeit und besonderem spezifis .iei. Widerstand auf der Unterlage 1 2 niederzuschlagen ist. Hierfu±· wird eine Kathode 18 mit der gewünschten Leitfähigkeit und den* g wünschten Widerstandswert ausgewählt. Ein Gas, beispielsweise Argon, wird in die Kammer durch einen Durchtritt 30 eingeleitet, wobei der Druck innerhalb der Kammer im wesentlichen konstant bleibt.Let us assume, for example, that silicon is special gliding ability and special specifis .iei. Resistance on the Document 1 2 is to be put down. A cathode is used for this purpose 18 with the desired conductivity and the * g desired resistance value selected. A gas, for example argon, is introduced into the chamber through a passage 30, the Pressure within the chamber remains essentially constant.
—6 Ein geeigneter Druck kann beispielsweise etwa 40 χ 1 0 Torr betragen. Ein Potential von 2000 YoIt oder darüber wird an die Anode sowie die Kathode gelegt. Dieses Potential bewirkt eine Entladung zwischen der Anode und der Kathode, welche sich aus einem Multiplikationseffekt ergibt, bei dem Zusammen— stösse zwischen positiven Ionen und Gasatomen stattfinden, die mehr positive Ionen und Elektronen erzeugen. Die positiven Ionen werden zu der Kathode gezogen und treffen diese mit genügender Energie, so dass Atome des Kathodenmaterials herausgeschlagen werden, welche sich auf der Unterlage 12 sammeln und eine Schicht des Kathodenmaterials bilden.-6 A suitable pressure may, for example, be about 40 10 Torr be. A potential of 2000 YoIt or above is applied to the anode as well as the cathode. This potential causes a discharge between the anode and the cathode, which results from a multiplication effect when the collisions take place between positive ions and gas atoms, which generate more positive ions and electrons. The positive ones Ions are drawn to the cathode and hit it with enough Energy, so that atoms of the cathode material are knocked out, which collect on the base 12 and form a layer of the cathode material.
Beispielsweise kann Silicium von einer U-leitendcn Siliciumkathode mit 0,01 0hm Zentimeter auf ein poliertes P-leitendes Siliciumpiättchen in einer Atmosphäre avis reinem Argon sowie unter Anwendung eines Potentials von 5000 YoIt von Anode zu Kathode aufgestäubt werden. In einer Stunde kann bei einem Druck von 50 χ 10~° Torr eine SiliciuKschicht mit einer Dicke von 0,8 Mikron niedergeschlagen werden. Obgleich eine derartige Schicht eine gute Leitfähigkeit senkrecht zu der Ober-For example, silicon can be obtained from a U-conductive silicon cathode with 0.01 ohm centimeter on a polished P-conductive silicon plate in an atmosphere of pure argon and using a potential of 5000 YoIt from anode to Cathode can be sputtered. In one hour, at a pressure of 50 10 ~ ° Torr, a silicon layer with a thickness 0.8 microns can be deposited. Although such a layer has good conductivity perpendicular to the upper
-s--s-
fläche (das heisst von der Oberseite zu der Bodenfläche der schicht) aufweist, besitzen typischerv/eise durch Zerstäubung niedergeschlagene Schichten scheinbar keine parallel zur Oberfläche verlaufende Leitfähigkeit. Kies kann bestätigt "..■-irden, indei;. die niedergeschlagene Schicht mit zwei Sonden berührt iv-ird, die in. Längsabstand voneinander angeordnet sind. Eine Batterie und ein Strommesser können in Reihe zwischen die Sonder, geschaltet ^ein. Normalerweise fliesst kein wesentlicher Strom zwischen den Sonden, womit eine sehr schlechte Stro;.ileitft higkeit in Längsrichtung nachgewiesen ist. Dieser t.dm.wert ergibt sich wahrscheinlich daraus, dass die niedergeEc^J-i-jjene Schicht aus isolierten Kristalliten besteht.surface (i.e. from the top to the bottom surface of the layer) are typically obtained by atomization deposited layers apparently no conductivity running parallel to the surface. Kies can be confirmed ".. ■ -irden, indei;. The deposited layer with two probes touches iv-ird, which are arranged in. longitudinal distance from each other. A battery and an ammeter can be connected in series between the special Usually there is no essential flow Current between the probes, which shows that there is very poor current conductivity in the longitudinal direction. This t.dm.wert probably results from the fact that the downEc ^ J-i-jjene Layer consists of isolated crystallites.
Fi0. 2 zeigt eine vergrcseerte Darstellung einer typischen Unterlage 12 mit einer Siliciumschicht 34, welche darauf durch Zerstäubung niedergeschlagen wurde. Es wird angenommen, dass die i.iedergescnlagene Siliciumschicht 34 aus orientierten Xri-Ltullitcn 36 besteht, Vielehe durch Flächen aus Siliciumdioxyd getrennt sind, die als Ergebnis von Säuerstoffverunreinigungen entstehen.Fi 0 . Figure 2 shows an enlarged view of a typical substrate 12 having a silicon layer 34 which has been sputter deposited thereon. The deposited silicon layer 34 is believed to be composed of oriented Xri-Ltullite 36, many separated by areas of silicon dioxide resulting from oxygen contamination.
Die Unterlage 12 sowie die niedergeschlagene Schicht 34 werden ^:ci;«.Ci·. Fig. 5 iii einer sauerstofffreien Umgebung erhitzt, um die Leitfähigkeit parallel zur Oberfläche der Schicht 34 zu verbessern. Die Unterlage 12 kann beispielsweise auf einerThe backing 12 as well as the deposited layer 34 are ^: ci; «. Ci ·. Fig. 5 iii heated to an oxygen-free environment the conductivity parallel to the surface of the layer 34 increases to enhance. The base 12 can, for example, on a
ette 40 liegen, die innerhalb eines cKrch eine Wickbeheizten Induktionsofens 42 angebracht ist. Vorzugsweise sollte der Induktionsofen mit Wasserstoff gefüllt sein, weil sich Wasserstoff mit Restsauerstoff verbindet und eine sauerstofffreie Umgebung sicherstellt. Die Temperatur der niedergeschlagenen Schicht sollte dann unter den Schmelzpunkt von Silicium angehoben und über eine Zeit aufrechterhaltenette 40, which within a cKrch heated a wick Induction furnace 42 is attached. Preferably the induction furnace should be filled with hydrogen, because hydrogen combines with residual oxygen and ensures an oxygen-free environment. The temperature of the The deposited layer should then be raised below the melting point of silicon and maintained over a period of time
werden, welche von dem Temperaturwert abhängig ist. Die Anwendung einer höheren Temperatur über eine kürzere Zeit hat im wesentlichen die gleiche Wirkung wie die Anwendung einer niedrigeren Temperatur über eine längere Zeit.which depends on the temperature value. The application of a higher temperature for a shorter time has essentially the same effect as applying a lower temperature for an extended period of time.
Nachdem die niedergeschlagene Schicht 34 auf beispielsweise 1 0000C über einen Zeitraum von 15 Minuten aufgeheizt wurde, zeigt sich eine auffällige Zunahme der Leitfähigkeit parallel zur Oberfläche. Eine Schicht ohne messbare Leitfähigkeit vor der Aufheizung zeigte beispielsweise danach einen Schichtwiderstand von lediglich 2000 Ohm pro Quadratfläche nach Beendigung des Heizvorganges. Demnach wird durch Verwendung eines Zerstäubungs-Uiederschlagsverfahrens zusammen mit nachfolgender Aufheizung gemäss Figo 3 beispielsweise die Herstellung von Transistorbasen ermöglicht, welche eine gute Leitfähigkeit parallel zur Oberfläche erfordern. Es wird angenommen, dass die Leitfähigkeit als Folge der Beseitigung der Siliciumdioxydschichten 38 mittels einer chemischen Reaktion zwischen dem Siliciumdioxyd und überschüssigem Silicium oder Wasserstoff verbessert wird.After the deposited layer 34 has been heated to, for example, 1000 ° C. over a period of 15 minutes, there is a noticeable increase in conductivity parallel to the surface. A layer without measurable conductivity prior to heating, for example, then showed a layer resistance of only 2000 ohms per square area after the heating process had ended. Accordingly, the use of a sputtering precipitation process together with subsequent heating according to FIG. 3 enables, for example, the production of transistor bases which require good conductivity parallel to the surface. It is believed that conductivity is improved as a result of the elimination of the silicon dioxide layers 38 by means of a chemical reaction between the silicon dioxide and excess silicon or hydrogen.
Anspruch: Claim :
Claims (1)
TRW INC.T 22 787 / 48b Gbm
TRW INC.
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