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Dokumentenidentifikation DE10206581A1 28.08.2003
Titel Mikroelektronik durch Teilchenstrahltechnik
Anmelder Hora, Heinrich, Prof. Dr. Dr., 85586 Poing, DE
Erfinder Benstetter, Günther, Prof. Dr.-Ing., 94469 Deggendorf, DE;
Ghoranneviss, Mamoud, Prof. Dr., Teheran/Tihrãn, IR;
Hantehzadeh, M. R., Prof. Dr., Teheran/Tihrãn, IR;
Höpfl, Reinhard, Prof. Dr., 93489 Schorndorf, DE;
Hora, Heinrich, Prof. Dr. Dr., 85586 Poing, DE;
Sari, Amir, Dipl.-Ing., Teheran/Tihrãn, IR;
Savalouni, Hadi, Prof. Dr., Teheran/Tihrãn, IR
DE-Anmeldedatum 15.02.2002
DE-Aktenzeichen 10206581
Offenlegungstag 28.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.08.2003
IPC-Hauptklasse H01L 21/328
IPC-Nebenklasse H01L 21/26   H01J 37/317   
Zusammenfassung Zur Herstellung von Tansistorelektronik im Längenbereich unterhalb der optischen bis ultravioletten Wellenlängen werden Elektronen-, Ionen- und Neutralstrahltechniken angewendet in Kombination mit lasergetriebenen Teilchenstrahlquellen.

Beschreibung[de]

Zur Herstellung von Mikroelektronik werden grosse Zahlen von immer kleiner werdenden Transitorelementen auf Silizium- oder ähnlichen Halbleitereinkristallplatten (Chips) verwendet. Dabei wurden immer kleinere Elektronikelemente hergestellt, wobei die Längendimension an die Grenzen der optischen Wellenlängen gestossen ist, da mit optischen Mitteln die Maskierung und Ätztechniken zur Dotierung der Halbleiter und zur Verkabelung der Kontakte bewerkstelligt werden. Um auf noch kleinere Dimensionen zu kommen und eine noch höhere Dichte der Schaltelemente auf einem Chip zu erzielen, werden neuederindgs opitsche Welenlängen aus dem Ultraviolettbreich entwickelt. Mit diesen Welenlängen ist dann eine absolut untere Grenze der Techniken der Chipherstellung gegeben, wenn nicht grundsätzlich andere Mikroelektronik mit Quantencomputer, Einelektronentransistoren etc. einen noch nicht erreichten Ausweg bieten.

Solange mit den verfügbaren Techniken Mikroelektronik erzeugt werden soll, ist eine unterhalb der Lichtwellenlängengrenze mögliche Hestellung erfindungsgemäss mit den im Folgenden beschriebenen Methoden einer wenigstens teilweisen Anwendung von Elektronen- Ionen- und Neutralstahltechniken zu verwirklichen.

Erfindungsgemäss wird die bekannte Technik der Umwandlung von n-leitende in pleitende Halbleitereinkristalle (Silizium, Germanium, Galliumarsenid etc.) auf geometrisch kleinerer Dimensionen als die optische Wellenlänge gehandhabt. Die Umwandlung ist bekannt (Zeitschrift für Angewandte Physik 14, 9 (1962); US Patent 3,206,336; physica status solidi (a) 51, 419 (1970)) und wird zur Herstellung von sehr billigen Solarzellen aus organischen Halbleitern angewendet (Patent DE 24 15 399).

Eine wenigstens teilweise Verwendung der Elektronenstrahlmethode ist in Bild 1 bis Bild 3 beschrieben auf einem n-Siliziumeinkristall wird durch Photoresistmaterial ein Bereich der Länge (oder Druchmesser) a freigelegt, so dass ein Elekronenestrahlpuls von ausgeählter Dauer und Dosis nach Z. Ang. Phys. entsprechend seiner Eindringtiefe einen Bereich in p-Silizium umwandelt. Sodann wird nach Bild 2 ein Goldkontakt in dem vom Photoresist von Bild 2 freigelegten Bereich aufgebracht. Bach Bild 2 wird im Bereich b ein intensiverer Elektronenstrahl nach den Angaben von Z. Ang. Physik eingeschossen, so dass ein Teil des nach Bild 1 erzeugten p-Siliziumbereiches in n-Silizium zurückversandelt wird als ein thermischer (annealing) Prozess oder als ein Plasmonwechselrikungsprozess nach Zaikovskaya et al. (physica status solidi (a) 51, 419 (1979)). Sodann wird ebenfalls mit Photoresistmethode der Goldkontakt aus dem Bereich b von Bild 2 entfernt und nach Bild 3 der Basis- und Kollektorkontakt für den Polartransitor augebracht, wobei der Emitterkontakt am n-Siliziumuntergrund vorgesehen ist.

Bei dem in Bild 1 bis 3 beschriebenen Prozess ist immer noch teilweise mit optischen Mitteln mit Photoresist gearbeit worden, obgleich erfindungsgemässe bereits teiweise Elektronenstrahltechnik in einer bisher unbekannten Weise angewendet wurde. Neben dieser erfindungsgemässen Elektronenstrahlherstellung von Polartransistoren können Zwischenstufen auch durch zusätzliche Ionenimplantation erzeugt werden, wobei die Ausheilung (annealing) zum thermischen Einbau der auf zwischengitterplätzen implantieren Dotieratome in den diamantartigen Halbleiterkristall durch Elektronenstrahlbeschuss mit den durch Z. Angew. Physik gegebenen Spezifikationen erreicht wird unter Umgehung der Schwierigkeiten der Hohlraum(void)-Bildung (Appl. Phys. A 32, 217 (1983), phys. stat. sol. (a) 81, K127 (1984)).

Um zu den noch kleineren als lichtwellenlängenbegrenzten Dimensionen zu gelangen, werden auf die ursprünglich nach Bild 1 auf n-Silizum-Chips in p-Silizium umzuwandelnden Bereiche, die Elektronenstrahlen gemäss ihrer viel kleineren als optischen Wellenlängen durch feine Elektronenstrahlsteuerung fokussiert, so dass die Maskierung mit Photoresist wegfällt. Das Problem der Kontakherstellung wird dadurch gelöst, dass mit ebenfalls feinfokussierten Neutralstrahlen Muster (Verdrahtungen) von Isolatoruntergrund und metallischen Kontakleitungen hergestellt werden. Entscheidend ist, dass für diese Neutralstrahlfokusierung die Neutralstrahlen aus Ionenstrahlen mit anschliessenden Ladungsaustauschfolien hergestellt werden und die Fokusierung elektromagnetisch an den Ionenstrahlen vorgenommen wird. Die dabei notwendige fast punktförmige Ionenquelle wird dadruch erreicht, dass die Ionen mittels feinstfokussierten Laserbeschuss auf das ionenliefernde Target bewerkstelligt wird. Unter Verwendung relativistischer Selbstfokussierung werden dabei sehr intensive Ionenquellen von einem Anfangsdurchmesser im Bereich der Laserwellenlänge erreicht.

Wie im vorangegengenen Beispiel beschrieben, werden in den Ablauf der Chipherstellung gegebenenfalls auch Ionenimplantationsmethoden verwendet. Die beschriebenen Elektronenstrahltechniken können ausser bei den Polartransistoren auch für Feldeffekttransistoren verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Herstellung von Transistoren auf Halbleitereinkristallen gekennzeichnet dadurch, dass mit Elektronen- oder Ionenstrahlen die Umwandlung von n- in p-Leitfähigkeit und umgekehrt erfolgt.
  2. 2. Herstellung von Transistoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass deren Ausdehnung kleiner als die Dimension der optischen Wellenlängen ist.
  3. 3. Herstellung von Transistoren nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens teilweise Teilchenstrahlmethoden angewendet werden.
  4. 4. Herstellung von Transistoren nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass Ionen zur Implantation benützt werden.
  5. 5. Herstellung von Transistoren nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Ionen aus lasererzeugten Ionenquellen kommen.
  6. 6. Herstellung von Transistoren nach Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrischen Kontakte durch feinfokusierte Neutralstrahlen hergestellt werden.
  7. 7. Herstellung von Transistoren nach Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass zur elektromagnetischen Fokusierung der Neutralstahlen Ionenzustände zur elektromagnetischen Steuerung angewendet werden mit Ladungaustausch der Ionen in zwischengeschalteten Materialfolien.






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