NL8003336A - Werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleider- inrichting. - Google Patents

Description

1 * 1.0.29.173 * ,

Werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleiderinrichting

De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleiderinrichtingen van galliumarsenide en andere verwante verbindingen en gemengde kristallen die een elektrisch gedrag vertonen dat overeenkomt met dat 5 van galliumarsenide.

Galliumarsenide en de hierboven genoemde verwante materialen worden steeds belangrijker als halfgeleidermaterialen, meer in het bijzonder voor inrichtingen die werken met frequenties die overeenkomen met het microgolfgebied van het elektromagnetische spectrum, 10 en in optische inrichtingen, zoals licht-uitzendende dioden, lasers en fotodioden.

Toor het vervaardigen van zulke inrichtingen kan het noodzakelijk zijn gebieden met een grote soortelijke weerstand te vormen in een substraat dat in het algemeen een lagere soortelijke weer-1 5 stand bezit. Eén manier om dit te doen is het beschieten van geschikte gebieden van een lichaam van galliumarsenide met protonen door een masker dat is aangebracht op het oppervlak van het lichaam van galliumarsenide met behulp van werkwijzen die in de half-geleidertechniek bekend zijn. Alhoewel de op deze wijze verkregen 20 inrichtingen nuttig zijn tengevolge van de betrekkelijk grote beweeglijkheid van protonen in galliumarsenide, bedraagt de maximale temperatuur waarbij uit galliumarsenide bestaande inrichtingen waarin protonen zijn geïmplanteerd continu kunnen werken ongeveer 300°C. Bij werktemperaturen die in de buurt van deze temperatuur 25 komen worden defecten in het galliumarsenide rooster, waarmede de protonen zijn verbonden, ontlaten,waardoor de opvangplaatsen voor dragers die worden gevormd door de complexen van door protonen veroorzaakte defecten verloren gaan en het specifieke geleidingsvermo-gen toeneemt.Tenslotte werkt de inrichting niet meer.

50 In de op 7 februari 1979 ingediende Nederlandse octrooiaanvrage 7904542 wordt een werkwijze beschreven voor de vorming van gebieden met een hoge specifieke· weerstand in een substraatlichaam van half-geleidermateriaal van het hierboven aangegeven type, waarbij protonen in de genoemde gebieden van het substraat worden geïmplan-55 teerd met energieën met een maximale waarde die overeenkomt met een gewenste doordringingsdiepte van de protonen in het substraat en in de genoemde gebieden van het substraat deuteronen worden geïmplan- 8003336 t 2 teerd met energieën die zodanig zijn dat dezelfde doordringingsdiepte wordt verkregen als bij de protonen.

Ook wordt een soort halfgeleiderinrichting geopenbaard die is vervaardigd van een lichaam van halfgeleidermateriaal dat volgens 5 de uitvinding Is behandeld.

De gebieden met een hoge specifieke weerstand verkregen met de bovengenoemde werkwijze bezitten een uitmuntende temperatuurs-stabiliteit en de inrichtingen zijn derhalve geschikt voor gebruik onder extreme omstandigheden. De werkwijze is echter langdurig en 10 dientengevolge zijn de ermede verkregen inrichtingen duur, hetgeen een belemmering zou kunnen zijn voor de toepassing van deze inrichtingen in huishoudelijke elektronische apparaten waarvan de prijs een belangrijk aspect is en stabiliteit bij hoge temperaturen niet noodzakelijk is.

15 Yolgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor de vorming van gebieden met een hoge specifieke weerstand in een half-geleidezjsubstraat-lichaam van het hierboven aangegeven type, welke werkwijze bestaat uit het in het substraat-lichaam implanteren van uitsluitend deuteronen met energieën met een maximale waarde die 20 overeenkomt met een gewenste doordringingsdiepte in het substraat-lichaam.

De toeneming van de specifieke weerstand houdt verband met de hoeveelheid deuteronen die in het substraat-lichaam zijn geïmplan- 12 16 teerd. Een geschikt doseringstraject ligt tussen 10 en 10 deute- 2 t / 25 ronen per cm ; een de voorkeur verdienende dosis met een enkele 13 14* 2 energie is ongeveer 10 ' tot 10 ^ deuteronen per cm . Yoor het vormen van een gebied met een grote specifieke weerstand en een diepte van ongeveer 10 /urn verdient het de voorkeur een implanteringsdosis toe te passen tot 10 v/cm met energieè'n die variëren van 0,1 tot 1,0 MeY. 30 Alhoewel het met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen materiaal met een grote specifieke weerstand niet exact dezelfde stabiliteit bij hoge temperatuur kan bezitten als het materiaal dat is verkregen met de werkwijze die het onderwerp vormt van de eerdere hierboven genoemde octrooiaanvrage, is het eerstgenoemde materiaal 35 volledig geschikt voor toepassing onder minder extreme omstandigheden en de thans voorgestelde werkwijze is goedkoper dan de vroeger beschreven werkwijze, waardoor goedkopere inrichtingen kunnen worden vervaardigd. Aangezien meer in het bijzonder in de meeste gevallen deuteronendoses kunnen worden toegepast die ongeveer twee grootte-40 orden kleiner zijn dan de overeenkomstige protonendoses, kan een 8003336 5 aanzienlijke vergroting van de produktiesnelheid worden verkregen.

De uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld worden beschreven aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarin fig. i een schematische weergave is van een inrichting waarin 5 de werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast, fig. 2 een andere uitvoeringsvorm weergeeft van een onderdeel van de inrichting van fig. 1, en fig. 3 een grafische voorstelling is waarin de specifieke weerstand van galliumarsenide waarin deuteronen zijn geïmplanteerd 10 wordt vergeleken met de specifieke weerstand van galliumarsenide waarin protonen zijn geïmplanteerd.

In fig. 1 is een lichaam 1 van galliumarsenide getekend waarin een gebied 2 met een grote specifieke weerstand moet worden gevormd tussen twee gebieden 3 met een lage specifieke weerstand, als een 15 deel van de werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleider-inrichting. Het lichaam 1 is opgesteld op een werktafel 4 die door een niet in de tekening weergegeven mechanisme met verschillende snelheden kan worden bewogen. Aan de tafel is boven het lichaam 1 een schaduwmasker 5 bevestigd dat het gebied 2 blootstelt aan de 20 inwerking van een deuteronenbundel 6 afkomstig van een niet in de tekening weergegeven moleculaire bron. Het schaduwmasker 5 is voldoende dik voor het tegenhouden van de deuteronen met de grootste energie in de bundel 6. Een andere wijze van maskeren, die niet in de tekening is weergegeven, bestaat uit het neerslaan van maskerings-25 materiaal op het oppervlak van het lichaam 1, behalve op het gebied 2. Boven de beweegbare tafel 4 is een stationaire wig 7 aangebracht die wordt ondersteund door een dun substraat 8 en is verbonden met een scherm 9 da.t het mogelijk maakt de bundel 6 uitsluitend via de wig 7 naar het lichaam 1 te laten gaan. De dikte van de wig 7 is op 30 verschillende plaatsen verschillend, waardoor deuteronen met een energie van ongeveer 2,0 MeV in de bundel 6} die de wig en het substraat 8 zijn gepasseerd, energieën bezitten die variëren van 1,0 MeV bij het dunste uiteinde van de wig tot 0,1 MeV bij het dikste uiteinde.

35 Als' derhalve het lichaam 1 door de bundel heen beweegt wordt het blootgesteld aan de implantatie van deuteronen met een continu afnemende energie en hierdoor en door het regelen van de snelheid van de beweging van de tafel 4 wordt de gewenste dosis deuteronen geïmplanteerd met energieën die variëren van 0,1 tot 1,0 MeV, zodat 40 een uniform gebied 2 wordt gevormd met een grote specifieke weer- 800 33 36 4 A· i stand en de gewenste dikte, dat wil zeggen ongeveer 10 /um.

De deuteronenbundel 6 bezit een bundel-stroom tot 0,2ƒuA/cm ; deze beperking is noodzakelijk ter voorkoming van een ongeschikte verhitting van het lichaam 1, door welke verhitting de door de 5 straling veroorzaakte defecten die het gevolg zijn van de beschieting en die verondersteld worden de voornaamste oorzaak te zijn van de effecten van de werkwijze volgens de uitvinding, zouden kunnen 15 2 worden ontlaten. Ionendoses van 10 "7cm kunnen in ongeveer 15 mi- 13 2 nuten worden geïmplanteerd en een dosis van 10 vcm in minder dan 10 10 seconden. In een lichaam 1 van galliumarsenide dat is gedoopt tot een concentratie van ongeveer 10 /get kan derhalve een gebied 2 met een grote specifieke weerstand en een diepte van ongeveer 10ƒ urn worden gevormd in ongeveer 15 minuten. Nadat de implantatie in het lichaam 1 is voltooid wordt het uit het apparaat genomen en op de normale wijze bewerkt ter verkrijging van een halfgeleiderinriehting.

In sommige gevallen is een bundel van deuteronen met ée'n enkele energie voldoende voor toepassing van de werkwijze en in zulke gevallen kunnen de wig 7 en het voortbewegen van de tafel 4 komen te vervallen.

20 In enkele geschikte gevallen kan het mogelijk zijn het lichaam 1 te behandelen door het slechts enige seconden aan de deuteronenbundel bloot te stellen. Verschillende enkelvoudige energiewaarden kunnen,als dit noodzakelijk is,worden toegepast.

In een andere inrichting die niet in de tekening is weergegeven, 25 is het lichaam 1 stationair en wordt een wig die overeenkomt met de wig 7, door de bundel bewogen ter verkrijging van dejhierboven beschreven effecten.

lig. 2 geeft een andere wijze weer waarop een verandering van de energie van de te implanteren deuteronen kan worden verkregen.

30 De wig 7 is vervangen door een samenstel 10 van folien met gelijke dikte die in feite een getrapte wig vormen. Deze getrapte wig wordt op precies dezelfde wijze toegepast als de continu veranderende wig 7 die hierboven is beschreven.

Al deze inrichtingen kunnen worden gebruikt bij het behandelen 35 van andere halfgeleidermaterialen dan galliumarsenide en daarmede verwante materialen, en met andere bundels dan deuteronenbundels, en voor het verkrijgen van bundels met meer dan een enkele energie zonder instelling van de versnellingspotentialen.

Men heeft gevonden dat de uiteindelijke specifieke weerstand 40 van het geïmplanteerde materiaal zowel afhankelijk is van de aard 800 3 3 36 5 v als van de concentratie van de doopstof in het uitgangsmateriaal.

Een spreiding van de specifieke weerstand van het geïmplanteerde materiaal kan optreden over 4én orde van grootte, zoals blijkt uit tabel A. Deze tabel vermeldt de oorspronkelijke en de uiteindelijke 5 specifieke weerstand van een aantal verschillende monsters gallium-arsenide. Zelfs de laagste vermelde waarde van de uiteindelijke specifieke weerstand is ongeveer acht grootte-orden groter dan de specifieke weerstand van het uitgangsmateriaal. Dit is voor de vervaardiging van de meeste inrichtingen volledig voldoende. De tabel 10 geeft ook de temperatuur aan waarbij de inrichtingen defect raken.

Men ziet dat ook dit voor de meeste doeleinden voldoende is.

TABEL A

Materiaal GaAs GaAs GaAs GaAs GaAs GaAs GaAs 15 Doopstof Te Ge Te/Co Sn Se S Si

Concentratie (cm^ P 1018 2x1017 1018 6x106 5x1018 5x1016 2x1018

Oorspronkelyke specifieke on weerstand · o o o o i> 1 o (Λ. cm) 10’* 10"* 10”* 10’* 10"* 10’1 10"*

iq13 iq13 iq1J iq1J iq1J iq13 1q1J

Uiteindelyke specifieke 25 weerstand HÜ. cm) 1,6 16,0 25,0 75,0 5,0 86,0 80,0

Ontlaattemperatuur (defect) ( °C) 400 600 500 600 400 600 450 50 In fig. 5 is de verandering van de specifieke weerstand van galliumarsenide weergegeven als een functie van de ionendosis, zowel voor protonen als deuteronen. Men ziet, dat deuteronen een maximale specifieke weerstand geven die ongeveer achtmaal groter is dan de door protonen-implantatie verkregen maximale specifieke weer-55 stand, waarbij de deuteronendosis twee grootte-orden kleiner is dan de protonendosis.

8003336

Claims (8)

1. Werkwijze voor het vormen van gebieden met een grote specifieke weerstand in een halfgeleidersubstraatlichaam van gallium-arsenide of andere verwante verbindingen en gemengde kristallen die 5 eenzelfde elektrisch gedrag vertonen als galliumarsenide, met het kenmerk, dat in het genoemde gebied van het substraat-lichaam (1) uitsluitend deuteronen (6) worden geïmplanteerd met energieën tot een maximum waarde overeenkomende met een gewenste doordringingsdiepte in het substraat-lichaam (1).

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, . dat het substraat-lichaam (1) uit galliumarsenide bestaat.

3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat het aantal in het substraat-lichaam (1) geïmplanteerde deuteronen (6) 10^ - 10^/cm^ bedraagt. 15

4· Werkwijze volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat een totale deuteronen (6) dosis van 10 ?/cm wordt geïmplanteerd met energieën die variëren van 0,1 tot 1,0 MeY.

5. Werkwijze volgens conclusie 4>met het kenmerk, dat de energieën van de deuteronen (6) continu variëren van 0,1 tot 20 1,0 MeY.

6. Werkwijze volgens conclusie^» met het kenmerk, 13 14 2 dat de deuteronen (6) dosis ligt tussen 10 ^ en 10 ycm en dat de deuteronen (é) met één enkele energie worden geïmplanteerd.

7. Werkwijze volgens één van de conclusies 2-6,met het 25 kenmerk, dat het galliumarsenide vóór de implantatie zodanig is gedoopt dat het dan een soortelijke weerstand bezit in de grootte-_2 orde van 10 _n..cm.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deuteronen worden geïmplanteerd in de 2 30 vorm van een bundel (6) met een bundel-stroom van 0,2yuA /cm 800 3 3 36