PROCESS AND DEVICE FOR MANUFACTURING SEMI-CONDUCTEUR ELEMENTS WITH DEFINITE PHYSICAL PARAMETERS

Abstract: 1. Process for the manufacture of semiconductor elements , especially semiconductor sensors, by radiating the doped semiconductor element (B) with an optical radiation (S1 ) modifying its characteristics, measuring the resistance appearing within the semiconductor element between two measuring points (M, M') attached to said semiconductor element, and using the result for controlling the intensity and duration of the radiation characterized by the fact that for the establishment of a predetermined quantitative dependence of the resistance from a physical quantity of influence (G) acting on the same, one inserts the semiconductor element with its measuring points into an installation for a reproducible setting of a predetermined value of the respective quantity of influence, one sets the two different fixed values of the quantity of influence (G0 , G1 ) and measures the two corresponding resistence values (R0 , R1 ), whereon the semiconductor element is repeatedly subjected to a corresponding intensity of the optical radiation until for the two fixed values of quantity of influence in the element there have been established corresponding values of resistance, the difference (R0 , R1 ) of which represents a predetermined value.

Description: B e s c h r e I b u n g : Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit bestimmten physikalischen Parametern, wobei man das dotierte Bauelement einer intensiven Bestrahlung aussetzt, die innerhalb des Bauelementes auftretende Veränderungen misst und das Messergebnis zur Steuerung der strahlungsintensität und -dauer einsetzt. Ein derartiges Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung werden bereits in der DE-OS 2 837 749 beschrieben. Auf diese Weise lassen sich Veränderungen der elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Schichtwiderstände, von Halbleiterbauelementen gezielt vornehmen. Es ist andererseits auch bekannt, dass sich der Schichtwiderstand und weitere physikalische Eigenschaften, wie z. B. der Temperatur- und der piezoresistive Koeffizient, in Halbleitern allgemein, besonders aber in polykristallinen Schichten von Halbleitern ändern, wenn diese mit intensiver optischer Strahlung, z.B. Laserstrahlung, behandelt werden. Die physikalische Ursache hierfür ist, dass sich unter Einfluss einer solchen Strahlung das Gefüge in einer polykristallinen Schicht ändert, d.h., die Kristallkörner vergrössern sich, die Dichte der mit Korngrössen und anderen Gitterfehlern verbundenen elektrischen Störstellen und Parameter, wie die elektrische Ladungsträgerdichte und die Ladungsträgerlebensdauer, sowie die Beweglichkeit ändern sich. Alle diese Strukturveränderungen sowie weitere, hier nicht erwähnte Erscheinungen führen zu einer Veränderung der oben erwähnten physikalischen Eigenschaften der Bauelemente. Nun ist jedoch mit dem eingangs genannten Verfahren die Einstellung vorbestimmter physikalischer Parameter von Halbleiterelementen nicht oder nur mit einer grossen Toleranz oder Bandbreite möglich. Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung derart auszugestalten, dass sich eine hohe Einstellgenauigkeit der physikalischen Parameter und damit eine gleichbleibend hohe Qualität der hergestellten Halbleiterbauelemente erzielen lässt. Gelöst wird diese Aufgabe gemäss der Ertindung dadurch, dass man bei dem eingangs genannten Verfahren das Bauelement in ein System zur Erzeugung vorbestimmter Umgebungsbedingungen einbettet. Bezüglich bevorzugter Austührungsformen des Verfahrens wird auf die Unteransprüche verwiesen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung umiasst eine erste Strahlungsquelle, eine Einstelleinrichtung für die Strahlungsintensität, eine optische Einstelleinrichtung für die dem Bauelement zugeführte Strahlung sowie am Bauelement angreifende Messspitzen, die mit einer elektrischen Steuerung für die Einstelleinrichtung für die Strahlungsintensität in Verbindung stehen, wobei nach der Ertindung im Bereich des Bauelementes eine Einrichtung zur Einstellung vorbestimmter physikalischer Umgebungsparameter angeordnet ist. Die Einrichtung ist gemäss verschiedenen Austührungsformen so ausgebildet, dass'sich das Bauelement auf eine bestimmte Temperatur, Druckbedingung, Verbiegung, Stömung, Lichtbestrahlung, Feuchtigkeit oder einen anderen Umgebungszu- stand einstellen lässt. Durch die ertindungsgemässe Einbettung des Bauelementes in das genannte System ist es möglich, die pnysikalischen Umgebungsbedingungen an dem Bauelement gezielt und systematisch zu ändern. Entsprechen z. B. die Zustände V1 und V2 zwei unterschiedlichen physikalischen Umgebungsbedingungen, dann entsprechen diesen die physikalischen Messgrössen P1 und P2 des Bauelementes. Zur Steuerung der Intensität 1 wird dann nicht nur der Absolutwert von Pl und P2, sondern insbesondere deren Differenz P1 - P2 herangezogen. Durch das erfindungsgemässe Verfahren mit der entsprechenden Vorrichtung ist es erstmals möglich, physikalische Parameter, die bislang nur mit-grosser Schwenkungsbreite, d. h., mit grossen Fertigungstoleranzen, reproduziert werden konnten, sehr gezielt zu beherrschen. Als besonderes Anwendungsgebiet kommt hierfür die Herstellung eng tolerierter Sen soren für die Messung von Temperatur, Druck, Strömung, Lichteinstrahlung usw. in Frage, wie auch etwa die Her stellung von Widerständen in integrierten Schaltungen mit vorgegebenen Eigenschaften. Die Einstellgenauigkeit bei diesem Verfahren hängt nur von der Reproduzierbarkeit ab, mit welcher sich die physikalischen Parameter von der Bestrahlung beeinflussen lassen und der kostenmässig vertretbaren Bestrahlungszeit. Es lassen sich mit diesem Verfahren physikalische Parameter, die gewöhnlich nur schwer beherrschbar sind, in Toleranzgrenzen von weniger als 1 % einstellen. Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vor richtung zur Durchführung des er#indungs gemässen Verfahrens in allgemeiner Form, Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Vor richtung gemäss Fig 1, etwa zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten oder der Photo empfindlichkeit in schematjscfler Darstellung, Fig. 3 die Vorrichtung zur Einstellung des piezore sistiven Koeffizienten, wobei die Einbettungs einrichtung für das Bauelement schematisch dar gestellt ist, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende andere Ausführungs form der Erfindung, Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung der erfindungsgemässen Ausführungsform zur Ein stellung von Strömungssensoren. Das Verfahren soll zunächst allgemein anhand von Fig. 1 erläutert werden. Der Schichtwiderstand des Bauelementes B wird verändert, indem dieses einer hierauf gerichteten, intensiven Bestrahlung 51 ausgesetzt wird. Die Strahlung, bei der es sich etwa um eine Laserstrahlung handeln kann, wird durch die Strahlungsquelle, wie etwa eine Laserkanone, SQ1 erzeugt. Die Strahlung S1 durchläuft eine Einrichtung I zur Intensitätseinstellung des Strahles. Weiterhin ist innerhalb des Strahlenganges eine optische Einstelleinrichtung 0 etwa zur Erzeugung eines vorbestimmten Musters angeordnet. An einer Testfigur de#s Bauelementes angreifende Messspitzen M nehmen die Veränderung auf und führen sie einer Steuerungseinrichtung EI zu, über welche die Intensität des Strahles S1 eingestellt werden kann. Das Bauelement B ist zusammen mit den Messspitzen M in eine Einrichtung V eingebettet, in welcher sich vorbestimmte physikalische Umgebungsbedingungen einstellen lassen. Mit der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung V lässt sich die Veränderung der Temperatur des Bauelementes B steuern. Einer zweiten Strahlungsquelle SQ2 ist ein Zeit schalter Z vorgeschaltet, der die Zeitdauer der Strahlung 52 zu steuern vermag. Die Strahlung 52 wird über ein Spiegelsystem SP auf das Bauelement B gerichtet, wobei sich die strahlungen S1 und S2 überlagern können. Die Anordnung ist so ausgebildet, dass wahlweise die Strahlungen S1, S2 oder S1 + S2 dem Bauelement B zugeführt werden können. Unterwirft man nun das Bauelement B für eine bestimmte Zeitspanne der Strahlung S2, so wird dort eine Temperaturerhöhung auf T1, ausgehend von einer Ausgangstemperatur TO verursacht. Diesen Temperaturen entsprechend die Werte PTO und PT1 eines physikalischen Parameters des Bauelementes B. Aus der Differenz PTo - #T1 wird ein Steuersignal für die Intensität der Strahlungsquelle SQ1 hergeleitet, d.j., das Bauelement wird so lange mit einer entsprechenden Intensität von SQi bestrahlt, bis sich auf dem Bauelement ein vorgegebener Wert von PTO - PT1 eingestellt hat. Gleiche Temperaturen TO und T1 für wiederholte Beaufschlagung mit der Strahlungsquelle SQ1 werden durch eine gesteuerte Aufheizung mit SQ2 und einer gezielten Abkühlung, z.B. mit einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Presslufstrahl erreicht. Neben der Einstellung eines vorgegebenen Temperaturkoeffizienten ist auf diese Weise ebenfalls eine präzise Einstellung auf den Temperaturkoeffizienten Null möglich. Es ist in diesem Zusammenhang zu betonen, dass es sich bei der Darstellung gemäss Fig. 2 lediglich um eine bevorzugte Ausführungsform handelt. So ist neben der dargestellten Laserbeheizung von B eine Vielzahl anderer Techniken, z. B. Beheizung mittels eines Querstroms durch B,' Beheizung durch äussere Widerstandsheizungen usw., möglich und geeignet. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eignet sich hinsichtlich ihres Aufbaues auch für die Einstellung der Photoempfindlichkeit von Bauelementen. Bei Einschalten der Strahlungsquelle SQ2 erhält man entsprechend einen Parameter PL für das Bauelement unter Lichtbestrahlung, relativ zu einem Parameter PO ohne Lichtbestrahlung. Die Differenz PL PO lässt sich zur Einstellung einer vorbestimmten Lichtempfindlichkeit heranziehen. Für die gezielte Einstellung des piezoresistiven Koeffizienten muss das Bauelement in zwei Zustände versetzt werden, bei denen es unterschiedlich elastisch vorgespannt ist. Die entsprechenden Parameter sind dann Pdl und Pd2 In Fig. 3 ist eine Ausführungsform für die Vorrichtung V dargestellt, wobei zur Vereinfachung die übrigen Elemente, die anhand der Fig. 1 im einzelnen erläutert wurden, weggelassen sind. Das Bauelement B bildet hier die Endabschlusswand eines Behälters, wie etwa eines Rohres R. Durch das Schliessen bzw. Öffnen von an das Rohr R angeschlossenen Ventilen V1 und V2 ist der Innenraum d des Behälters R in verschiedene Druckzustände versetzbar. Somit sind unterschiedlicne und reproduzierbar steuerbare elastische Vorspannungen des Bauelementes B möglich. Gemäss der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform kann das Bauelement B auch einseitig fest eingespannt sein, während man am gegenüberliegenden freien Ende eine mechanische Kraft einwirken lässt, die eine elastische Biegung des Bauelementes bewirkt. Die Einstellung erfolgt der obigen Beschreibung entsprechend. Die schematische Darstellung gemäss Fig. 5 zeigt die Vorrichtung V zur gezielten Einstellung von Strömungssensoren. Dabei ist eine aus Gas oder Flüssigkeit bestehende Strömung entsprecnend den in der Zeichnung dargestellten Zeilen F auf den Strömungssensor B gerichtet. V3 stellt schematisch ein Ventil dar zur Steuerung bzw. Unterbrechung der Strömung F. PFl ist dann der am Bauelement B gemessene Parameter P bei eingeschalteter Strömung, während P der entsprechende Parameter bei ausgeschalteter Strömung ist. Auch hier er folgt die Einstellung analog zu den obigen Ausführungen. Es wird dementsprechend aus dem systematischen Unterschied der gemessenen Parameter über einen speziellen Algorithmus die Intensität der optischen Bestrahiung gesteuert, mit dem Ziel, vorgegebene Werte für den Unterschied der physikalischen Parameter zu erreichen.

Claims: P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen mit bestimmten physikalischen Parametern, wobei man dotierte Bauelemente einer intensiven Bestrahlung aussetzt, die innerhalb des Bauelementes auftretende Veränderungen misst und das Messergebnis zur Steuerung der Strahlungsintensität und -dauer einsetzt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man das Bauelement in ein System zur Erzeugung vorbestimmter Umgebungsbedingungen einbettet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man als Umgebungsbedingungen innerhalb des Systems eine(n) bestimmte(n) Temperatur, Druck, Ver- biegung, Strömung, Lichtbestrahlung, Feuchtigkeit und/oder andere Bedingungen einstellt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass man die Einstellung der physikalischen Umgebungsbedingungen in einer reproduzierbaren Weise ver ändert. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man ein Bauelement verwendet, das aus einer polykristallinen Halbleiterschicht besteht, die zur Erzeugung einer Leitfähigkeit elektrisch dotierbar ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man ein Bauelement verwendet, das aus einer dotierten oder nicht dotierten polykristallinen Siliziumschicht besteht. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a dfu r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die geometrische Form des Bauelementes einer van-der-Pauw-Figur entspricht. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man Bauelemente verwendet, die die geometrischen Abmessungen und Beschaffenheit von Halbleiter-Sensoren haben. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n o z e i c h n e t , dass man die Bauelemente zunächst auf einem Gehäuse montiert und erst kurz vor ihrer Fertigstellung auf vorgegebene physikalische Parameter einstellt. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man jeweils nuj einige Exemplare einer grösseren Anzahl möglichst gleichartiger Bauelemente behandelt, während man die restlichen Bauelemente mit identischen Parametern, jedoch ohne Einzelmessung, behandelt, 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man eine grosse Anzahl von Bauelementen pro Zeiteinheit automatisch an den Bestrahlungsort führt und dort selbsttätig die vorgegebenen physikalischen Parameter einstellt. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer ersten Strahlungsquelle (SQi), einer Einstellbngseinrichtung (I) für die Strahlungsintensität, einer optischen Einstelleinrichtung (o) für den Strahl (S1), am Bauelement (B) angreifenden Messspitzen-(M), die mit einer elektrischen Steuerung (Ei) für die Einstelleinrichtung (I) für die Strahlungsintensität in Verbindung stehen, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t , dass im Bereich des Bauelementes (B) eine Einrichtung (V) zur Einstellung vorbestimmter physikalischer Umgebungsparameter angeordnet ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (V) eine zweite Strahlungsquelle (SQ2), eine Zeitsteuerung (Z) sowie ein Spiegelsystem (SP) zur gesteuerten Beaufschlagung des Bauelementes (B) mit einer zweiten Strahlung umfasst. 13. Vorrichtung nach Ansprucn 11, d a d u r c h g e#k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (V) eine Biegevorrichtung für das Bauelement (B) umfasst. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass innerhalb der Einrichtung (V) das Bauelement (B) einer Fluidströmung aussetzbar ist.

Inventors: SCHAUMBURG, HANNO, PROF. DR.-ING.
Applicants: SCHAUMBURG, HANNO, PROF. DR.-ING.
Application year: 1982
Main classification: H01L21
IPC codes: G01R31, H01L21