DE3221180C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung, bei dem man wenigstens einen Teil
der Oberfläche eines Halbleitersubstrats freilegt,
eine Gasatmosphäre einschließlich einer Verunreinigung
über das Substrat leitet und eine Verunreinigungsschicht
auf der freiligenden Oberfläche des Halbleitersubstrats
ausbildet. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE-AS 19 55 130 ist ein Verfahren zum Herstellen
von Halbleiterbauelementen mit eindiffundierten Stör
stellenfronten bekannt. Dort werden zum Herstellen dotier
ter Zonen geringer Tiefe und hoher Oberflächenkonzentra
tion des Dotierungsstoffes in Halbleiterkörpern der zu
dotierende Halbleiterkörper zunächst in einem Trägergas
aufgeheizt. Dem Trägergas werden dann Dotierungsstoffe
zugemischt, das Gemisch wird über den Halbleiterkörper
geleitet, wobei man das Trägergas so auswählt, daß das
Eindringen des Dotierungsstoffes in den Halbleiterkörper
nicht durch eine diffusionshemmende Schicht behindert
wird.
Aus der DE-OS 25 13 034 ist ebenfalls die Herstellung
von dotierten dünnen Halbleiterschichten bekannt, wobei
man in einer Vakuumkammer arbeitet und die Halbleiter
substanz von einer in der Kammer befindlichen Treff
kammer verflüchtigt. Der Halbleiter selbst wird dort
als Treffplatte verwendet, und diese Treffplatte ist
auf ein vorbestimmtes negatives Potential gebracht
und gekühlt worden.
Aus der US-PS 35 40 925 ist es bekannt, bei der Herstellung
einer Halbleitervorrichtung ein Plasma zu benutzen, um
einen Feldeffekttransistor herzustellen. Dazu wird die
dielektrische Schicht unter einer Gitterelektrode einer
Ionenbombardierung ausgesetzt. Schließlich ist aus der
US-PS 41 47 563 die Herstellung von Solarzellen unter An
wendung von Laserstrahl-Verfahren bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren
zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung
zu stellen, bei dem man eine Leitfähigkeitsschicht mit
einer gewünschten flachen Tiefe bei sehr niedrigen Tem
peraturen erhalten kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patent
anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten bevor
zugte Ausführungsformen. Weiterhin wird gemäß Anspruch 5
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt,
wobei die Unteransprüche 6 bis 10 bevorzugte Ausführungs
formen darstellen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, und
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh
rungsform der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Beschreibung einer Vor
richtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
In der Figur schließt ein monokristallines Halblei
tersubstrat 1 eine Isolierschicht 1 a, die an deren
Oberfläche anhaftet und Öffnungen 1 b aufweist, ein.
Ein geschlossenes Gefäß wird innen evakuiert und
eine Verunreinigung, welche die Leitfähigkeit des
monokristallinen Silikonsubstrats 1 ergibt und die
Phosphor, Fluor, Arsen, Bor und/oder Antimon enthält,
wird als Bestandteil der Gasatmosphäre in das ge
schlossene Gefäß 2 eingebracht. Ein Unterstützungs
organ 3 wird in das geschlossene Gefäß 2 eingebracht
und trägt das monokristalline Silikonsubstrat 1. Das
Unterstützungsorgan 3 kann auf etwa 500°C erhitzt
werden und sein Potential kann außerhalb des ge
schlossenen Gefäßes 2 eingestellt werden. Ein Fila
ment 4, das in dem verschlossenen Gefäß 2 angeordnet
ist, wirkt als Elektronenerzeuger und belädt das
monokristalline Silikonsubstrat 1 mit einer negativen
Polarität, wodurch das Substrat 1 ein Eigenpotential
bildet. Hochfrequenzelektroden 5 und 6 wandeln das
in das geschlossene Gefäß 2 eingebrachte atmosphäri
sche Gas in den Plasmazustand um. Eine Elektrode 5
ist in dem verschlossenen Gefäß 2 angebracht und wird
geerdet und die andere Elektrode 6 befindet sich ge
genüber der Elektrode 5 und wird mit einer Hochfrequenz
quelle 8 niedriger Spannung in der Nähe von 100 V ver
bunden. Eine einen Teilchenstrahl abgebende Vorrichtung
7 erzeugt einen Energiestrahl 7 a, z. B. einen Laser-
oder Elektronenstrahl, durch den ein bestimmter Teil des
monokristallinen Silikonsubstrats unter Überwachung
mittels eines Überwachungsorgans 9, wie einem Spiegel,
bestrahlt wird.
Um die vorerwähnte Vorrichtung zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung zu verwenden, wird das mono
kristalline Silikonsubstrat 1 mit dem freiliegenden
Teil 1 b auf das Unterstützungsorgan 3 aufgebracht und
in das Gefäß 2 wird ein atmosphärisches Gas einge
bracht, welches die Verunreinigung enthält und durch
welches die Leitfähigkeit des monokristallinen Sili
konsubstrats 1 bewirkt wird. An die Hochfrequenzquelle
8 wird Energie angelegt und das atmosphärische Gas
zwischen den Elektroden 5 und 6 in ein Plasma überführt.
Gleichzeitig werden am Filament 4 Elektronen erzeugt,
durch welche das monokristalline Silikonsubstrat 1 eine
negative Polarität erhält. Dann werden die Verunrei
nigungen in dem Plasma zwischen den Hochfrequenz
elektroden 5 und 6 zum Mittelteil des verschlossenen
Gefässes 2 diffundiert und scheiden sich an den freilie
genden Teilen 1 b des Substrates 1 ab und haften daran und
eliminieren den Ladungszustand des monokristallinen
Silikonsubstrats 1.
Nach dem Abscheiden und Anhaften der Verunreinigungen
an die Teile 1 b des Halbleitersilikonsubstrats 1 oder
gleichzeitig zusammen mit deren Abscheidung und Anhaftung
wird die Strahlenerzeugungsvorrichtung 7 in Betrieb ge
nommen und ein Energiestrahl 7 a, der mittels der Über
wachungsvorrichtung 9 überwacht wird, bestrahlt eine
gewünschte Oberfläche des Substrats 1. Die an der
Oberfläche des monokristallinen Silikonsubstrats 1
abgeschiedenen und anhaftenden Verunreinigungen reagie
ren und diffundieren durch die Bestrahlung mit dem
Energiestrahl 7 a, wodurch eine Verunreinigungsleitfä
higkeitsschicht mit einer sehr kleinen Tiefe und in
hoher Konzentration innerhalb des Substrats 1 ausge
bildet wird. Durch Inbetriebnahme der Überwachungsvor
richtung 9 kann die Position des Strahls 7 a verändert
werden und infolgedessen kann die Verunreinigungsleit
fähigkeitsschicht an jedem gewünschten Teil des mono
kristallinen Silikonsubstrats 1 ausgebildet werden.
Untersucht man eine auf diese Weise hergestellte Halb
leitervorrichtung, so kann man keine Defekte in der
Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht innerhalb des
monokristallinen Silikonsubstrats 1, die durch die
hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht, die an dem
Substrat anhaftet, gebildet wird, feststellen. Deshalb
ist auch keine Wärmebehandlung zur Behebung solcher
Defekte erforderlich. Die Diffundierung kann bei einer
niedrigen Temperatur erfolgen und die Bildung einer
Lötstelle in einer geringen Tiefe läßt sich sehr ein
fach durchführen. Eine zweite Wirkung besteht darin,
daß die Feinheit der Vorrichtungsstruktur verbessert
wird.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zwei
ten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung. Um das monokristalline
Silikonsubstrat 1 zu beladen wird das Substrat 1 ge
erdet und eine Elektrode 4, die mit einer Gleich
stromquelle verbunden ist, wird oberhalb des Substrats
1 angelegt. Um innerhalb des monokristallinen Silikon
substrats 1 eine Verunreinigungsleitfähigkeitsschicht
auszubilden, unter Anwendung einer auf dem Substrat
1 abgeschiedenen und anhaftenden Verunreinigung, wird
das Trägerorgan 3 erhitzt, wodurch die auf dem Sub
strat 1 abgeschiedene und anhaftende Verunreinigung
einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die Auswahl der
Temperatur des Halbleitersubstrats 1 und die Zeit,
d. h. die Temperatur des Trägerorgans 3 und die Erwärmungs
zeit, ermöglichen die Diffusion einer gewünschten Ver
unreinigungsleitfähigkeitsschicht.
Die unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung
gebildete Halbleitervorrichtung ist die gleiche, wie
man sie auch unter Anwendung der Vorrichtung gemäß
Fig. 1 erhält.
Obwohl eine Hochfrequenzentladung zur Ausbildung des
Plasmas bei den obigen Ausführungsformen angewendet
wird, sind auch andere Systeme, wie Elektronenschauer,
geeignet. Erfindungsgemäß wird ein Halbleitersubstrat
mit einer Oberfläche, die wenigstens zum Teil freiliegt,
in eine gasförmige Plasmaatmosphäre einer Verunreini
gung eingebracht und ein Potentialabfall oder -abstieg
wird an das Halbleitersubstrat angelegt, wodurch sich
eine Verunreinigungsschicht auf den freiliegenden Tei
len der Oberfläche des Substrats bildet und dann hinein
diffundiert. Da Leitfähigkeitsdefekte innerhalb des
Halbleitersubstrats einschließlich der Verunreinigungs
schicht nicht gebildet werden, kann durch die Erfin
dung eine nachfolgende Wärmebehandlung zur Ausbesse
rung der Defekte vermieden werden. Infolgedessen ist
eine Diffundierung bei niedrigen Temperaturen möglich
und man kann Lötstellen in sehr niedrigen Tiefen sehr
leicht bilden und die Feinheit der Vorrichtung wird
erhöht.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
bei dem man wenigstens einen Teil der Oberfläche (1 b) eines
Halbleitersubstrats (1) freilegt und eine Gasatmosphäre
einschließlich einer Verunreinigung über das Substrat
leitet, und eine Verunreinigungsschicht auf der frei
liegenden Oberfläche (1 b) des Halbleitersubstrates (1) aus
bildet, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Atmosphäre in den Plasmazustand bringt und durch Bestrahlen
mit einem Elektronenstrahl oder -schauer eine Veränderung
des Potentials in dem Halbleitersubstrat (1) und dadurch
eine elektrostatische Haftung der Verunreinigung an der
freigelegten Oberfläche (1 b) bewirkt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Verunreinigungen Phosphor,
Fluor, Arsen, Bor und/oder Antimon verwendet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gasatmosphäre, welche die Verun
reinigungen im Plasmazustand enthält, ein Trägergas enthält.
5. Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervor
richtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet
durch ein verschlossenes Gefäß (2) mit einem darin ange
ordneten Halbleitersubstrat (1), wobei in das Gefäß (2) ein
eine Verunreinigung enthaltendes Gas eingeleitet wird;
einer innerhalb des verschlossenen Gefäßes zur Anlegung
eines Potentials an das Halbleitersubstrat installierte
Elektrode (5); Mittel zum Umwandeln des Gases in ein Plasma
und Mittel zur Bestrahlung einer Oberfläche des Halb
leitersubstrats.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Elektrode (5) eine Elektronen
quelle für die indirekte Aufladung des Substrates ist.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, gekenn
zeichnet durch eine an einer Gleichstromquelle an
geschlossene Elektrode und Einrichtung (6, 8) zum Anlegen
eines Potentials an das Substrat von außerhalb des Gefäßes.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Umwandlungsvorrichtung aus
wenigstens einem Elektrodenpaar (5) und einer Hoch
frequenzniedrigspannungsquelle, die an die Elektroden
angeschlossen ist, besteht.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bestrahlungsmittel ein Laser ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bestrahlungsmittel eine
Elektronenstrahlvorrichtung ist.
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