DE6609383U - Zerstaeubungsvorrichtung zum niederschlagen einer schicht von halbleitermaterial, z.b. silicium. - Google Patents
Zerstaeubungsvorrichtung zum niederschlagen einer schicht von halbleitermaterial, z.b. silicium.Info
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Description
iESYi 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
Priorität: 7. Juli 1i>669 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.
ial, beispielsv/eise SiliciuE.
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,
■und ein Gas, beispielsweise Argon, wird darin eingeführt. Das
Gas wird alsdann durch ein ^-enü^end hohes, ζ v/i sehen Kathode
und Anode angelegtes Potential ionisiert. Bei einem entsprc- 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. j
j Die positiven Ionen werden zur Kathode, die Elektronen zur 1
Anode angezogen. Auf diesem, Weg stossen die Teilchen wiederum j
mit Gasatomen zusammen, wobei mehr positive Ionen und Elektro- \
neu erzeugt werden. Wenn die positiven Ionen schliesslich die |
Kathode erreichen, schlagen sie mit solcher Energie auf, dass |
Atome des Kathodenmaterials herausgeschlagen werden und sich ' I
auf der Unterlage sammeln. Durch geeignete Steuerung ver- j
schiedener Parameter, beispielsweise Temperatur, Druck, Zeit
und dergleichen, können verschiedene Kennwerte des Nieder- : schlagens gesteuert werden.
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.
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.
T 22 787/48b Gbm 8.Februar 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.
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.
Die Neuerung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen
näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
a «.ti*
• · · ■ ■
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Zerstäubungsvorrichtung der Neuerung im Axialschnitt,
Pig, 2 einen abgebrochenen Schnitt durch zwei Silieiumsehiehten,
von denen die obere aus isolierten Kristalliten besteht,
Fig. 3 schaubildlich ein Ausführungsbeispiel einer in einem
Induktionsofen untergebrachten Unterlage mit darauf niedergeschlagenem Silicium beim Aufheizen.
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.
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 Deckfrandung
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.
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.
—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.
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-
-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.
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.
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 einer
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 aufrechterhalten
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.
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.
Anspruch:
Claims (1)
- T 22 787/48b Gbm
TRW INC.SCHÜTZANSPRUCH:Vorrichtung zum Niederschlagen einer Schicht von Halbleitermaterial, z.B. Silicium, auf einer Unterlage durch Atomzerstäubung einer aus dem niederzuschlagenden Material gebildeten ilathode und Sammlung der zerstäubten Atome zur Ausbildung einer Materialschicht auf der Unterlagen, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuse oder eine Kammer (14) aus leitendem Material, z.B. Aluminium, in der eine Anode (16) gehalten und mit dem Gehäuse (I1J) durch einen leitenden Zapfen (17) verbunden und eine Kathode (18) der Anode (16) gegenüber im Abstand gehalten ist, wobei die Kathode (18) aus einem leitenden Material besteht und mit einer elektrischen Zuführung (22) verbunden ist, die sich durch einen Durchtritt (24) in der Deckwandung des Gehäuses (14) hindurcherstreckt und gegenüber dem Gehäuse (I1I) mittels einer vakuumdichten Isolierdurchführung (26) isoliert ist, wobei ein Teil (28) des Gehäuses (14) zur Abschirmung der Kathode (18) sowie der Zuführung (22) rund um die Kathode (18) herum nach innen ragt, sowie durch einen weiteren Durchtritt (30) für die Zufuhr von Gas in das Gehäuse (14) hinein.
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| US56348266A | 1966-07-07 | 1966-07-07 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE6609383U true DE6609383U (de) | 1972-07-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE6609383U Expired DE6609383U (de) | 1966-07-07 | 1967-07-07 | Zerstaeubungsvorrichtung zum niederschlagen einer schicht von halbleitermaterial, z.b. silicium. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| DE (1) | DE6609383U (de) |
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|---|---|---|---|---|
| US3894893A (en) * | 1968-03-30 | 1975-07-15 | Kyodo Denshi Gijyutsu Kk | Method for the production of monocrystal-polycrystal semiconductor devices |
| US3599055A (en) * | 1968-11-25 | 1971-08-10 | Trw Inc | Image sensor with silicone diode array |
| JPS5513426B2 (de) * | 1974-06-18 | 1980-04-09 | ||
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1967
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- 1967-07-07 DE DE6609383U patent/DE6609383U/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| GB1190992A (en) | 1970-05-06 |
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