专利名称：在半导体器件中生成导电通道的工艺和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体器件中生成导电通道的工艺和一种实施该工艺的装置。
US-A-4 159 215公开了一种靠温度梯度区熔化穿透一半导体器件的半导体的工艺，该半导体器件由掺杂硅、镓之类构成，该半导体器件有对置的两顶面，以铝合金作为载体材料，磷、砷或锑作为掺杂剂。该半导体器件放置在一金属蒸汽室中后在该半导体器件的两顶面之一上涂上厚度为0.5μm-25μm的一层铝-锑。用光刻固定迁移区后把如此制备的器件放置在一热迁移装置中。在半导体的温暖底面和冷却顶面之间用一温度梯度作用约50℃的足够长一段时间，该合金就穿透该半导体主体。
然后蚀刻掉或磨去半导体器件底面上的合金区，存下用热迁移生成的再结晶半导体材料和所分离金属的通道。
从一半导体器件的一顶面穿透到对置顶面的这种通道特别用于SMD(表面安装装置)器件，使得该器件的两个电极的触点位于该器件的(后边的)同一顶面上。这种器件可用其后边与其上有合适接触区的电路板连接而无需使用导线或其他连接件。
一个特别应用场合为光-电子传感器件，即把电磁辐射能(光子)转换成电信号、广泛用于测量技术中的辐射线接受器。例如，在象(增量或绝对型)长度和角度测量系统之类的位置测量系统中，在一直角坐标系后方放置若干辐射线接受器(特别是光电元件)。
这种辐射线接受器一般为阻挡层光电检测器。它们包含PN、PIN、MS或MOS结，从而靠光阻挡层作用把电磁辐射能转换成电信号。为了测量、计算该电信号，该辐射线接受器必须有电触点，以便与一合适电开关连接。电开关常常集成在一电路板上，而该辐射线接受器最好构作成一SMD器件。
为从半导体一顶面到对置顶面生成电连接，在半导体器件的p-导电层与后边顶面之间比方说生成一圆柱形p-型半导电通道，该通道的直径最好为30-100μm，除了其他连接工艺，可用热迁移生成。
热迁移的基本原理是，金属掺杂物质在硅之类半导体材料中的溶解性与温度有关，随着温度的提高而提高。如在一足够受热半导体器件的两对置顶面之间生成一温度梯度，同时把一合适的金属掺杂物质加到该器件的冷却顶面上，该金属掺杂物质就会迁移到该半导体器件的对置温暖顶面。通过相应构作掺杂物质加到其上的冷却顶面(例如借助于氧化层)，就可按需要形成这类通道。
本发明的目的是提供一种工艺，该工艺用热迁移特别在一半导体晶片上的半导体器件中生成导电结，该工艺可确保导电结通道穿过半导体晶片上具有固定pn结的半导体器件，该工艺所需时间短，对半导体晶片的加热不影响半导体器件的掺杂，半导体晶片不变形。
按照本发明，用具有权利要求1的特征的工艺实现该目的。
通过在热迁移工艺的整个过程中和在半导体晶片整个面积上进行有目的的温度控制，本发明工艺确保以最短时间、在该工艺进行过程中除去杂质地穿透半导体晶片上的半导体器件的半导体。此外，确保半导体器件的掺杂不因对半导体晶片加热而受到影响，半导体晶片不因对半导体晶片进行热辐射而发生鼓起之类变形。
热迁移工艺的工作温度最好在一定时间中保持不变，以便在达到该工作温度后有足够时间供导电介质形成一从半导体前边到后边的导电通道。
本发明工艺的一优选实施例的特征在于，该半导体置于一最好充满具有良好传热性的惰性气体的封闭系统中，特别是气压为0.1-30mbar的氦气层流区中。
由于半导体放置在一充满惰性气体的封闭系统中，半导体上不会有杂质，此外可最佳地用热流加热半导体的一顶面和冷却另一顶面。
按照本发明另一特征，半导体上热量分布的有效性和可控性提高，即半导体两顶面位于互相隔开的区域中，从而通过具有良好传热性的气体而不是主要比方说通过辐射能耦合用来加热半导体的能量。
本发明工艺另一实施例的特征在于，特别根据在半导体上至少一温度测量点上测得的温度调节/控制输入半导体中的热量的总效率和输入半导体待加热顶面上的热量的效率分布。
本发明工艺一优选实施例的特征在于，半导体既可在热源与冷却装置之间的平面中、又可在与该平面垂直的平面中移动。因此，可控制耦合入半导体中的热量和半导体的冷却，通过把半导体从一装载位置移动到加热位置使得半导体位于热迁移装置中或反过来从中取出半导体。
最好用一高温测量装置经一光测量通道以非接触方式测量半导体的温度。
按照本发明工艺的另一特征，半导体用每单位时间预定温升加热到热迁移工艺的工作温度后以递减的热量辐射冷却到一设定温度或设定温度场，然后在预定时段中自然冷却到取出温度。
本发明的其他优点和实施例见权利要求13-16的特征。
靠热迁移在一盘形半导体两对置顶面之间生成一温度梯度并在冷却顶面上施加导电掺杂物质以在该半导体中生成导电结的一种装置的特征在于，一热源与一冷却装置之间用来安置该半导体的一支撑，该热源把热量均匀辐射到该半导体的与该热源正对的顶面上。
一热源与一冷却装置布置成可精确控制温度，从而在尽可能短时间中最佳地完成该热迁移工艺。还确保高度纯净，对半导体掺杂的影响尽可能小。还确保半导体晶片不因温度变化而发生变形。
本发明装置一优选实施例的特征在于，热源与冷却装置之间的区域被包封住，其中最好充满具有良好传热性的惰性气体、特别是氢气或氦气。
通过使用具有良好传热性的惰性气体，防止气体粒子与半导体和加热装置发生反应，同时确保大量热流用来加热半导体的一顶面，而半导体的另一顶面获得良好冷却，以使热迁移工艺最佳。
该支撑平面中区域的细分使得系统得到划分，以便在热迁移工艺过程中最佳地控制半导体的加热和冷却，防止半导体晶片表面变形。
按照本发明另一特征，控制方式在于气压和/或该区域中的气流/这些区域可变。
本发明装置另一实施例的特征在于，该热源包括一直接或间接的加热炉。通过热源的这一实施例，确保半导体/半导体晶片的与该炉正对的顶面上的热量均匀分布，防止半导体/半导体晶片因加热不均匀发生翘曲。
该炉最好有一与该支撑表面对应的板，该板可使用电阻加热、感应加热、电子束加热或微波加热。该板包括石墨材料，其最好与硝酸硼高温分解地密封，或包括最纯净陶瓷。该板最好置于真空中，以把该板发出的热量只导向半导体，从而使得该热迁移装置的效率最高。因此，为了防止板上区域中的粒子汽化、从而半导体结构变化，可使用化学和物理性质不活泼的密封，或为板选择合适材料。
本发明方案一实施例的特征在于，该热源包括至少伸展在半导体晶片表面上方的一卤素灯场，该卤素灯场最好包括位于两平面中的一十字卤素灯场。
该优选十字卤素灯场可分别控制输入半导体晶片中的热量，对半导体晶片整个表面精确、均匀加热，从而确保对半导体晶片的与卤素灯场正对的顶面进行均匀的热辐射。由于半导体晶片顶面上的温度可控，因此可升高晶片顶面边缘的温度，从而可在整个晶片顶面上设定各温度分布。光的这一可调性、即温度的有效均匀分布确保半导体晶片整个顶面上的状态处处相同，从而用特殊温度测量过程可设定热迁移的最佳条件。
本发明方案一优选实施例的特征是，样本活塞由一样本圆筒构成，一样本头构成样本圆筒的覆盖面而承接半导体晶片，一样本凸缘向外突出在样本圆筒的底面上，一提升板在该底面上气密样本圆筒，从而样本活塞可沿轴向插入一受器中和从中抽出，该受器包括一与卤素灯场正对的受光表面和一石英圆筒。
用圆筒承接样本可确保工作区与周围环境分开，从而通过把惰性气体引入工作区使得热迁移工艺在最纯净条件下进行，从而确保冷却液和工作气体的引入一出于密封原因一离半导体晶片的加热位置足够远，从而通过这一距离，确保获得足够的冷却。
本发明方案一实施例的特征在于，样本活塞的样本圆筒的中央有一高温测量头，它通过一温度测量和气体通道以及该温度测量和气体通道中的一测量窗导向半导体晶片的与样本头正对的顶面，从而高温测量头用一高温计凸缘在样本活塞上固定和调节，其工作波长为2.2μm，有一微调聚焦锥，该微调聚焦锥朝向半导体晶片的顶面，从而在半导体晶片中部形成一测量小点。
高温测量头的固定和调节确保微调聚焦锥只在半导体晶片上形成一小点，从而温度测量不在半导体晶片与样本头之间造成严重干扰。由于可用十字卤素灯场的各可控卤素灯调节半导体晶片顶面上的效率分布，因此该测量点代表半导体晶片整个表面上的温度。
样本头最好包括三个头部平面，样本承接器与第一头部平面连接，第一头部平面包括中央温度测量和气体通道以及若干沿对角线穿过第一头部平面的径向分布气体通道，从而氦气或氢气之类具有良好传热性的气体经这些通道从通道的喷嘴口喷出到半导体晶片底下。气体用来保持工作区的纯净，气流流率最好调节成0.5-50mbar/l，从而气流不会抬起半导体晶片，不造成不均匀。
下面结合附图所示实施例可清楚看出本发明原理，附图中
图1为一光-电子传感器的剖面图，从该半导体器件的前边到后边有一圆柱形半导体通道。
图2a为用热迁移在一盘形半导体中生成导电结的一装置的原理图。
图2b为一半导体晶片的示意图。
图2c为图2a所示装置的剖面图，用销或腹板支撑半导体晶片。
图2d为用一用作热源的灯场在一半导体晶片中生成结通道的一装置的侧视图。
图3为一承接一半导体晶片的外部冷却样本容器的纵向剖面图。
图4为一内部冷却样本容器的一部分的纵向剖面图。
图5为一样本头的各平面的纵向剖面图。
图6为该样本头的第一平面的俯视图。
图7为本发明热迁移工艺的温度-时间曲线图。
作为使用本发明工艺的一个例子，在一半导体器件的半导体中生成导电通道的图1所示的一光-电子传感器的剖面图示出一半导体器件1，其半导体由硅构成，包括一宽n-导电层100(厚300-400μm)，其前边顶面有一薄得多的p-导电层101(约0.55μm)。这两导电层100、101之间有一用作阻挡层的过渡区102。
器件1的前边有一抗反射层穿过比方说由二氧化硅构成的绝缘层109和109′。由p-导电层101一顶面构成的辐射侧顶面区104伸展在两绝缘层109、109′之间。照射在顶面区104上的电磁辐射200穿过p-导电层101进入过渡区102后大部分被过渡区吸收。从而在过渡区102中生成电子-空穴对。这些载流子对在过渡区中分离；电子流向n侧，空穴流向p侧。为了测量光子流即测量辐射效率，器件1必须集成在一合适电开关中。这种电开关通常包括若干光电元件和在一电路板上相对放置的半导体器件。
为了连接器件1与这种电开关，其穿过绝缘层110的后边顶面105上有电极106和107，这些电极的平触点106a和107a用可钎焊材料制成。因此后边顶面105由n-导电层100的顶面本身构成。为尽可能减小接触电阻，n-导电层100的连接电极106位于半导电层100的一低电阻、强掺杂区103上。
为了把p-导电层101的连接电极107也置于器件1的后边顶面105上，该p型的一圆柱形半导体通道111从p-导电层101伸展到器件1的后边顶面105上。p-导电通道111的直径最好为30-100μm，由热迁移生成。
此外，结111的后边端由另一p-导电区112围住，该导电区比方说用离子植入或离子扩散生成，使得p-导电层101经圆柱形区111和电极107实现无故障接触。围住圆柱形区111的顶面部的另一p-导电区112的扩展范围选择成尽可能消除圆柱形区111在生成过程中在该顶面附近造成的电子结构的干扰。该另一p-导电区的厚度在0.6μm范围内。
由于n-导电层100和p-导电层101的电极106/107相间距地位于器件1的后边顶面105上，因此器件1很容易与一电路板连接、从而集成在一电开关中。为此，电极106和107及其触点106a和107a只须在电路板接触表面上并用钎焊或超声波焊接固定。无需在器件1的电极与电路板之间使用其他连接件、例如钎焊桥。
用来生成图1所示一半导体器件的半导体中的导电通道的装置如图2a和2c简示，图2d中还示出一用作热源的灯场。这些装置用来承接一半导体晶片、即其上有多个半导体器件的一板，这些半导体器件按照其目的和应用掺杂和构作。除了图2a、2c和2d所示装置，也可使用其他同类装置承接半导体晶片和生成从半导体晶片上的半导体器件的一顶面到另一顶面的导电通道。
其工作原理如图2a所示、在盘形半导体中用热迁移生成导电通道的装置由一架25构成，该架中有一热源、特别为一炉的一板60和一冷却装置11。在板60和冷却装置11之间区域有一用作支撑的支架3a，该支架在本发明该实施例中可在板60与冷却装置11之间纵向平面和与该纵向平面垂直的平面中如箭头所示调节，即其高度可调节，从而支架3a与板60和冷却装置11之间的距离可改变。从而通过调节热源6和冷却装置11之间的支架3a的高度，在半导体晶片10的加热和冷却过程中输入半导体晶片10中的热量可改变/保持不变。
支架3a的纵向移动主要用来把图2b所示一可插入支架3a中的半导体晶片10放入用热迁移生成导电通道的该装置中，也可用来取出该半导体晶片。
作为用热迁移生成导电通道的一装置的图2所示结构的一种替代方案，半导体晶片10的支架3a比方说为了装载和取出该半导体晶片只可在纵向上移动，而板60和/或冷却装置11的高度可调节，从而改变与支架3a的相对距离。
板60为一未详细示出的炉的一部件，为加热该板60，可用电阻加热、感应加热装置、电子束加热、微波加热等加热该炉。通过用喷射电子、辐射耦合等把相应热量输入板60的与支撑3/支架3a相反的顶面，能量即可输入板60中，该板转而确保热量在该装置整个表面上均匀分布。也可不使用板60，而使用任何其他合适装置实现热量均匀分布。
通过对板60均匀加热，确保与半导体晶片10正对的该顶面上的热量均匀分布。由于热源的热辐射的任何不均匀都会传给半导体晶片10中，因此热量的这一均匀分布特别有利于在半导体晶片的整个表面上生成导电通道，防止半导体晶片/半导体晶片上的各半导体器件发生翘曲。
为了确保板60发出的热辐射导向支撑3a中的半导体晶片10，该炉/板60用真空绝热，最好用氢气或氦气、特别是氦气之类具有良好传热性的惰性气体把热流最佳地导向支撑3a中的半导体晶片10。在这种装置中，氢气或氦气气体粒子在高热板60上加热后输入半导体晶片10中。
为了绝热和把热辐射导向半导体晶片，受热板60放置在真空中。由于粒子汽化会使杂质进入半导体晶片中，因此必须为板60选择不活泼材料。为此，优选使用具有一硝酸硼层的石墨以及最纯净陶瓷板，从而抑制相应反应，使热迁移工艺不受杂质影响。
为冷却插入在支撑3a中的半导体晶片10，使用同样的惰性气体、特别是氦气来设定半导体晶片10底面上热迁移过程的最佳温度。为分开控制半导体晶片10顶面和底面上的温度，支架3高度上的区域最好细分，以便支架3a上方区域和下方区域的气体压力和流速可分开调节。温度的分开控制为热迁移工艺的最佳进行创造了先决条件，从而以最短时间在盘形半导体中生成导电通道，而半导体晶片不发生由热应力造成的翘曲。
图2a所示装置中一典型热分布为板温T1＝1800℃、半导体晶片10与板60正对的顶面的温度T2＝1050℃、冷却装置11顶面上的温度T3＝20℃。
改变板60与支架3a之间的距离a1/支架3a与冷却装置11之间的距离a2以及相应控制支架3a上方和/或下方区域中气体的压力和流速即可控制对支架3a上的半导体晶片10的加热。半导体晶片10顶面与板的底面之间的优选距离为a1＝0.3mm半导体晶片10底面与冷却装置11之间的优选距离为a2＝0.2-0.5mm而半导体晶片上方区域的气体压力设定为约0.1-30mbar。
由于半导体晶片10的热阻比周围气体层的热阻小得多，因此半导体晶片顶面上的温度T2大致可由下式确定T2=a2a1+a2*(T1-T3)]]>，T1为板温，T3为冷却装置的温度。
图2c为另一替代装置的剖面图，该装置不使用热源60与冷却装置11之间一支架3a承接半导体器件10、例如一硅晶片，而是该支撑由支撑在冷却装置11上/插入冷却装置11中的销或腹板构成，从而可改变销或腹板上的半导体晶片10与冷却装置11、从而与热源6之间的距离。因此，使用这种结构，可根据可预先决定的基准曲线改变半导体晶片10加热和冷却过程中输入半导体晶片10中的热量。热辐射W影响半导体晶片10的与热源正对的顶面；它穿过该半导体晶片10后传到冷却装置11上。
图2a和2c所示在盘形半导体中用热迁移生成导电通道的装置的热效率特别高，使得热迁移工艺最优化。
图2d详细示出的用热迁移在盘形半导体中生成导电通道的装置由在一机架20中的样本容器2构成，该样本容器2包括一活动样本活塞3、一固定受器4和一同样固定的外壳5。样本活塞3可在一引导路径201上沿双箭头X方向从一装载位置移动到一处理位置下方的一位置。用一引导装置202，样本活塞3可沿双箭头Z方向从处理位置下方的该位置移入一提升高度H上方的处理位置。供气管、冷却管、测量电缆等的承接装置203与承接样本活塞3的滑车204连接。
受器4的顶端位于一出光孔14处，一热源6下方的样本容器2与该出光孔同心，该热源由两十字卤素灯场61、62构成。十字卤素灯场61、62包括多个可分别控制的卤素灯，从而确保在半导体晶片10的与热源6正对的顶面上的热辐射均匀。由于半导体晶片顶面上的温度型式可调节，因此可提高晶片顶面边缘的温度，以便在晶片顶面上设定某一温度分布。光的这一可调节性、即温度的有效均匀分布确保半导体晶片整个顶面上的状态处处相同，从而通过一特殊温度测量过程可设定热迁移的最佳状态。
热源6上方有一反射镜13，该反射镜与热源6和出光孔14一起用一安装支架15与机架20连接。
一包括一三点提升板37和一引导提升板38的提升板在底端上密封样本活塞3，从而该三点提升板37在正常位置上气密密封样本活塞3。
图3为样本容器2的纵向剖面图，样本容器中有一高温测量头7。
样本容器2包括用冷却管11冷却的外壳5和用一密封17与该外壳连接的受器或样本承接圆筒4以及活动样本活塞3。受器4和外壳5用另一密封18与一固定环19连接、用外壳5的一顶端凸缘50固定在图2d所示出光孔14上。
在图3所示为样本活塞3全部插入在受器4中的工作位置，该样本活塞3以一底部样本凸缘36经一气体密封16气密地位于该固定环上。
受器4的顶面上有一透明表面40，热源6的卤素灯场61、62发出的光经该透明表面照射到样本活塞3顶面上的一样本头30上。该样本头30上有一用来放置待处理半导体晶片10的样本承接器(不详细说明该样本承接器)。通过一三点针式悬挂，确保以200-300μm的精度把半导体晶片10等距放置在样本头30的顶面上。
受器4的透明表面40具有很高光学均质性和对于给定波长具有很高传光性，它最好用石英或蓝宝石制成。
样本活塞3的一样本圆筒35的中央有高温测量头7，该测量头经一温度测量和气体通道9和该温度测量和气体通道9中的一测量窗12导向半导体晶片10的与样本头30/样本承接器正对的顶面。使用2.2μm优选波长的测量头7有一可微调聚焦锥在半导体晶片10上聚焦成一点，从而进行温度测量时半导体晶片10与样本头30之间不发生很大干扰。如上文结合图2d所述，由于可用热源6的十字卤素灯场61、62的可各个控制的卤素灯调节半导体晶片10顶面上的效率分布，因此该测量点代表半导体晶片10整个表面上的温度。
测量窗12最好由优于石英窗的蓝宝石(三氧化二铝)制成，因为它通向宽红外波区。
从图5可见，样本头30有三个样本头平面31、32、33，样本承接器与第一样本头平面31连接。样本头30的第一样本头平面31的中央有温度测量和气体通道9，第一样本头平面31的对角线上有若干径向分布气体通道90，从而氦气或氢气之类具有良好传热性的气体经这些气体通道90从通道9/90的喷嘴口喷出到半导体晶片10底下。气体用来保持工作区的纯净性，该气体的流率最好调节成0.5/50mbar/l，使得半导体晶片10不被气流抬起，不发生不均匀。工作气体从样本圆筒35底部的一出口95排出。
样本头30的第二样本头平面32包括对角线上的气体通道91、中央温度测量和气体通道9和通向冷却件8的冷却水通道81，冷却件包括扩大吸热表面的凹座80。第一样本头平面31与第二样本头平面32之间用液密密封环以及样本头30的第一和第二样本头平面31、32的正对表面上对应孔口上的外部气密密封环连接。
样本头30的第三样本头平面33有一冷却液进口82和一冷却液出口83/第三样本头平面33转动90°时，它有工作气体的一对应进气口92和出气口93。测量窗12装在样本头30的第三样本头平面33的中央，该测量窗12位于光温度测量通道9中。
可从图6所示第一样本头平面31的俯视图中清楚看出气体和冷却液通道以及记录晶片温度的测量孔9的布置。这三个样本头平面31-33最好用最纯净的铝制成。
图3所示围绕在外壳5上的螺旋形冷却管11a从正对热源6的顶端到底端密封区冷却样本容器2，以确保外壳5、受器4和样本活塞3之间的密封正常工作。
图4示出冷却的另一实施例，在该实施例中，样本活塞3中有一冷却圆筒11a，从而样本活塞中伸展有一空心圆筒形的空心区用来承接冷却液。按照另一实施例，图3所示外部冷却管冷却系统可与图4所示内部冷却圆筒冷却系统组合使用。
高温测量头7用一高温计凸缘70固定在样本活塞3上，因此它可调节。高温测量头7的聚焦锥71朝向半导体晶片10的顶面，从而在半导体晶片10上没有半导体器件的中部有一测量小点。
上述热迁移装置确保热量非常精确可控地从半导体晶片10的与热源6的十字卤素灯场61、62正对的后边经半导体晶片10传到半导体晶片10的与受冷却样本头30正对的顶面。半导体晶片10整个表面上的温度差可调节在2℃-10℃内，半导体晶片10的厚度约为300μm，导电(铝)滴的厚度约为2-3μm，此时半导体晶片10/半导体晶片上的半导体器件的较冷顶面上的该液滴流到半导体晶片10的较暖对置顶面上，从而在半导体晶片/触点上的半导体器件的对置顶面上生成所需导电通道。
图7清楚示出用热迁移在一半导体晶片的对置顶面之间生成导电通道的本发明工艺一实施例，图7所示工艺可以各种方式修正。
在该工艺开始即时间为t0时，其上有样本头30的样本活塞3以图2d所示箭头Z方向从受器4/外壳5中抽出后移动到装载点。在把一半导体晶片10放置在样本头30的样本承接器上后，如图2d所示先在X方向上后在Z方向上把样本活塞3移入处理位置、即移入受器4中，然后封闭该系统。然后，排空样本活塞3后把氦气注入样本活塞3在漂洗阶段进行漂洗。在时刻t1冷水注入样本活塞3而结束该制备阶段。
然后，接通热源6的电源，以30℃/秒的温升直到时刻t2把样本加热到300℃-400℃。在此温度上，(用氦气漂洗)进一步净化样本大气约1分钟后到达时刻t3。然后把样本进一步加热到约600℃-700℃(时刻t4)，从而半导体晶片10顶面上的铝滴通过生成小滴与半导体反应(时刻t5)。然后把样本进一步加热到约800℃-1100℃的工作温度，从而发生热迁移过程，即铝滴穿过半导体晶片上的半导体器件的半导体。
因此迁移速度与温度梯度和工作温度成正比而决定着迁移时间(t6-t7)。迁移过程结束后，样本温度以30℃/秒沿斜线下降。在温度约为650℃时(时刻t8)，听由样本自由冷却，样本如此冷却约2-3分钟(时刻t9)。然后从受器4中抽出样本活塞3、把样本活塞3移动到装载点、取出半导体晶片后比方说储藏在一充氮室中。
标号列表1半导体器件100 半导体(n-导电层)101 半导体(p-导电层)102 过渡区103 低阻、强掺杂区104 顶面区105 后边顶面106 电极106a 触点107 电极107a 触点108 防反射层109 绝缘层110 绝缘层111 (半)导电通道2 样本容器3 支撑3a 支架3b 样本活塞3c 腹板，销30 样本头31 第一样本头平面32 第二样本头平面
33 第三样本头平面35 样本圆筒36 样本凸缘37 三点提升板38 引导提升板4 受器40 透明表面41 石英圆筒5 外壳50 外壳凸缘6 热源60 板61 第一卤素灯平面62 第二卤素灯平面7 高温测量头70 高温计凸缘71 聚焦锥8 液体冷却系统80 冷却室81 冷却通道82 冷却液进口83 冷却液出口9 温度测量和气体通道90 气体出口喷嘴91 气体通道92 气体进口93 气体出口95 排气口
10半导体(晶片)11冷却装置11a 冷却管11b 冷却圆筒12测量窗13反射镜14出光孔15安装支架16气体密封17密封18密封19固定环20机架201 水平引导路径202 垂直引导路径203 管承接器21密封环22架
权利要求
1.一种通过在一盘形半导体的两对置顶面之间生成一温度梯度和在较冷顶面上施加一导电掺杂物质用热迁移在该半导体中生成导电通道的工艺，其特征在于，按照一给定加热曲线把该半导体(10)的一顶面均匀加热到热迁移工艺的一给定工作温度后按照一给定冷却曲线冷却到一取出温度；该半导体(10)的另一顶面均匀冷却。
2.按权利要求1所述的工艺，其特征在于，热迁移工艺的该工作温度在给定时间中保持不变。
3.按权利要求1所述的工艺，其特征在于，该半导体(10)放置在一封闭系统(2、3)中，该封闭系统中充满最好具有良好传热性的惰性气体、特别是氢气或氦气。
4.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)的待加热顶面与一热源(6)正对，半导体(10)的待冷却顶面与一冷却装置(11)正对；半导体(10)的待加热顶面与热源(6)之间的距离和/或半导体(10)的待冷却顶面与冷却装置(11)之间的距离可变。
5.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，输入半导体(10)中的热量的总效率和输入半导体(10)的待加热顶面上的热量的效率分布可控制。
6.按权利要求5所述的工艺，其特征在于，热辐射的总效率和/或效率分布根据在半导体(10)上至少一个温度测量点上测得的温度加以调节。
7.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)既可在热源与冷却装置之间平面中、又可在与该平面垂直的平面中移动。
8.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)的两顶面位于互相隔开的两区域中。
9.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，热辐射垂直照射到半导体(10)的待加热顶面上。
10.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)放置在一样本活塞(3)上，该样本活塞可在至少一个平面中移动，从而该样本活塞(3)在一装载位置与一辐射位置之间移动。
11.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)的温度用一光导测量通道(9)上的一高温测量装置(7)以非接触方式测量。
12.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)用每单位时间给定温升加热到热迁移工艺的工作温度，然后降低热辐射而冷却到设定温度或设定温度场，然后在给定时间中自由冷却到取出温度。
13.按权利要求12所述的工艺，其特征在于，按照一斜线函数加热和冷却半导体(10)。
14.按权利要求13所述的工艺，其特征在于，温度的增加和温度的下降小于或等于30°K/秒。
15.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，半导体(10)加热到300℃-400℃的第一给定温度，在半导体(10)达到该温度后，半导体(10)周围区域净化给定时间，然后半导体(10)进一步加热到约600℃-700℃的第二给定温度，从而导电掺杂物质通过形成液滴与半导体的半导电体反应，然后加热到约900℃-1100℃的迁移过程的工作温度，热迁移过程结束后半导体(10)的温度下降到约650℃的第三给定温度，然后半导体(10)经2-3分钟时间冷却到给定取出温度。
16.按上述权利要求中至少一个权利要求所述的工艺，其特征在于，样本活塞(3)移入一取出和装载位置后打开以便承接半导体(10)，半导体(10)装载后样本活塞(3)进入封闭位置，然后样本活塞(3)排空后用惰性气体漂洗，然后把冷却液注入样本活塞(3)后按照给定程序加热和冷却半导体(10)，然后样本活塞(3)重新移入取出和装载位置，然后取出半导体(10)后放置在一最好用氮漂洗的储藏室中。
17.一种通过在一盘形半导体的两对置顶面之间生成一温度梯度和在较冷顶面上施加一导电掺杂物质用热迁移在该半导体中生成导电通道的装置，其特征在于，包括一放置在一热源(6)与一冷却装置(11)之间、用来承接该半导体(10)的支撑(3)，该热源(6)对半导体(10)的与该热源正对的顶面进行均匀热辐射。
18.按权利要求17所述的装置，其特征在于，热源(6)与冷却装置(11)之间区域被包封后最好充满具有良好传热性的惰性气体、特别是氢气或氦气。
19.按权利要求18所述的装置，其特征在于，支撑(3)平面中的区域被细分。
20.按权利要求18或19所述的装置，其特征在于，该区域中的气压和/或气流可变。
21.按上述权利要求17-20之一所述的装置，其特征在于，热源(6)包括一直接或间接的加热炉。
22.按权利要求21所述的装置，其特征在于，该炉有一与支撑(3)表面对应的板(60)，该板(60)可用电阻加热、感应加热、电子束加热或微波加热等加热方式进行加热。
23.按权利要求22所述的装置，其特征在于，该板(60)包括石墨材料，石墨材料最好与硝酸硼高温分解地密封。
24.按权利要求22所述的装置，其特征在于，该板(60)用最纯净陶瓷制成。
25.按权利要求17所述的装置，其特征在于，热源(6)包括至少伸展在半导体(10)表面上方的一卤素灯场(61、62)。
26.按权利要求17或25所述的装置，其特征在于，热源(6)包括位于两平面中的十字卤素灯场(61、62)构成。
27.按上述权利要求17-26中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，反射镜(13)位于热源的与支撑(3)相反的一边上。
28.按上述权利要求17-27中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，支撑(3)包括一支架(3a)，该支架可在一与热源(6)纵向平行的平面中移动。
29.按上述权利要求17-27中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，支撑(3)包括与冷却装置连接的销或腹板(3c)，这些销或腹板(3c)用点或线支撑半导体(10)的与冷却装置(8)正对的顶面。
30.按上述权利要求17-29中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，支撑(3)包括一支撑半导体(10)的一顶面的样本活塞(3)，该样本活塞(3)与冷却装置(11、11a)连接。
31.按上述权利要求17-30中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，支架(3a)、销或腹板(3c)或样本活塞(3b)与热源(6)和/或冷却装置(11)之间的距离可变。
32.按权利要求30所述的装置，其特征在于，样本活塞(3)包括一样本圆筒(35)、形成样本圆筒(35)的覆盖面并承接半导体(10)的一样本头(30)、样本圆筒(35)底面上向外凸起的一样本凸缘和在该底面上气密密封该样本圆筒(35)的一提升板(37、38)。
33.按权利要求32所述的装置，其特征在于，该样本活塞(3)可在轴向(Z方向)上插入一受器(4)中和从中抽出，该受器包括一朝向热源的透明表面(40)和一石英圆筒(41)。
34.按权利要求33所述的装置，其特征在于，该受器(4)被一圆柱形外壳(5)围绕；该圆柱形外壳(5)受冷却和/或该样本活塞(3)中有一冷却圆筒(11a)。
35.按上述权利要求17-34中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，样本活塞(3)的样本圆筒(35)的中央有一高温测量头(7)，该测量头经一温度测量和气体通道(9)以及一位于该温度测量和气体通道(9)中的测量窗(12)导向半导体(10)的与样本头(30)正对的顶面。
36.按权利要求35所述的装置，其特征在于，高温测量头(7)的工作波长最好为2.2μm，它有一微调聚焦锥。
37.按权利要求35或36所述的装置，其特征在于，高温测量头(7)用一高温计凸缘(70)可调节地固定在样本活塞(3)上；高温测量头(7)的聚焦锥(71)导向半导体(10)顶面，从而半导体(10)中部有一测量小点。
38.按权利要求35所述的装置，其特征在于，测量窗(12)包括蓝宝石(Al2O3)。
39.按上述权利要求17-38中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于，样本头(30)有三个样本头平面(31、32、33)，半导体(10)的承接器与第一样本头平面(31)连接，该第一样本头平面中央有温度测量和气体通道(9)，第一样本头平面(31)对角线上有若干径向分布的气体通道(90)，从而具有良好传热性的气体经这些气体通道(90)从通道(9/90)的喷嘴口喷出到半导体晶片(10)底下，然后从样本圆筒(35)底部中的一出口(95)流出；样本头(30)的第二样本头平面(32)包括对角线上的气体通道(91)、中央温度测量和气体通道(9)和通向冷却件(8)的冷水通道(81)；而且样本头(30)的第三样本头平面(33)有一冷却液进口(82)和一冷却液出口(83)以及工作气体的一进气口(92)和一出气口(93)，测量窗(12)装在样本头(30)的第三样本头平面(33)的中央。
40.按权利要求39所述的装置，其特征在于，三个样本头平面(31-33)包括最纯净的铝。
全文摘要
本发明涉及通过在最好放置在一半导体上的半导体器件的两对置顶面之间生成一温度梯度并在较冷顶面上施加导电掺杂位置用热迁移在半导体器件中生成导电通道的一种工艺和一种装置。半导体的一顶面位于一受冷却样本承接器上,相反顶面受热辐射,该热辐射的总效率和在半导体表面上的效率分布可控制。该热辐射的总效率和/或效率分布根据在该半导体/半导体器件上的至少一个测量点上测得的温度加以调节。
文档编号H01L21/768GK1261410SQ98806425
公开日2000年7月26日 申请日期1998年6月22日 优先权日1997年6月20日
发明者贝恩德·克里格尔, 弗兰克·库德拉, 雷内·阿诺尔德 申请人:约翰内斯·海登海因博士有限公司, 硅传感器有限公司