AT243323B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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  Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen 
Es sind in der Halbleitertechnik Verfahren zur Erzeugung von Übergängen definierter Grösse zwischen Bereichen unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit bekannt, bei denen Dotierungsstoffe unter Anwendung einer Abdecktechnik in einen Halbleiterkörper eindiffundiert werden. 



  Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein als Oxydmaskierung bezeichnetes Verfahren erwiesen. Bei diesem Verfahren wird   vor Beginn desDiffusionsvorgangs die Oberfläche desHalbleiterkörpers   mit einer Oxydschicht überzogen. Bei Silizium geschieht dies beispielsweise durch eine oxydierende Wärmebehandlung in Gegenwart von Wasserdampf. Diese Oxydschicht wird an den für die Diffusion der Dotierungsstoffe vorgesehenen Stellen durch Ätzen entfernt. Dabei wird die Oxydschicht mit einer Abdeckung aus Lack oder Wachs versehen, die den Angriff des Ätzmittels auf die übrigen Bereiche der Oxydschicht verhindert. Bei dem nachfolgenden Diffusionsvorgang diffundieren dann die Dotierungsstoffe an den freigelegten,   d. h.   nicht mit einer Oxydschicht überzogenen Stellen, in den Halbleiterkörper ein.

   Die Oxydschicht dient bei diesem Verfahren sowohl zur Steuerung des Diffusionsvorgangs, indem durch die Oxydschicht das Eindringen der Dotierungsstoffe in den darunterliegenden Halbleiterkörper ganz oder teilweise unterbunden wird, als auch als Schutzschicht, die das Eindringen von Verunreinigungen aus der Umgebung in den Halbleiterkörper verhindert. 



   Bei diesem Verfahren wirkt es sich nachteilig aus, dass die Freilegung sehr kleiner definierter Flächen   der Halbleiteroberfläche durchAbätzen der Oxydschicht sehr   schwierig ist und dass darüber hinaus eine zusätzliche Verunreinigung durch die verwendeten Ätzmittel nahezu unvermeidlich ist. Hinzu kommt, dass Verunreinigungen, die auf die freigelegten Stellen der Halbleiterfläche fallen, an diesen Stellen Fehldotierungen hervorrufen können. 



   Zur Vermeidung dieser Nachteile ist das Verfahren gemäss der Erfindung zum Herstellen vonHalbleiterbauelementen geeignet, bei dem zur Erzeugung flächenmässig begrenzter Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit in den mit einer Oxydschicht überzogenen Halbleiterkristall Leitungstyp und/oder Leitfähigkeit beeinflussende Diffusionsmaterialien eindiffundiert werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass dann in den für die Diffusion vorgesehenen Bereichen mindestens eine zusätzliche Substanz auf die den Halbleiterkristall bedeckende Oxydschicht aufgebracht wird, dass dabei die Zusatzsubstanz so gewählt wird, dass das System Zusatzsubstanz/Oxyd bei der Diffusionstemperatur eine für das Diffusionsmaterial durchlässige Phase, vorzugsweise eine glasartige Schmelze, bildet, ohne Freilegung der Halbleiteroberfläche. 



   Es ist dabei vorgesehen, dass ein System verwendet wird, das ein bei der Diffusionstemperatur schmelzendes Eutektikum bildet, oder aber dass ein System zur Anwendung gelangt, das eine bei der Diffusionstemperatur schmelzende Verbindung bildet. Zweckmässigerweise wird ein System verwendet, durch das das Halbleitermaterial nicht angegriffen wird. 



   Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bildung der flüssigen Phase ein Zweistoffsystem, beispielsweise das System   SiO/NaO   verwendet wird. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, ein Mehrstoffsystem, vorzugsweise ein Dreistoffsystem, zur Erzeugung der flüssigen Phase zu verwenden. Besonders günstig wirkt sich in diesem Fall aus, dass bei der Verwendung eines aus mehr als zwei Stoffen bestehenden Systems der Temperaturbereich, in dem die flüssige Phase entsteht, besonders genau eingestellt werden kann. 

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   Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halbleiteroberfläche durch anodische oder thermische Oxydation mit einer Schicht aus einem Oxyd des Halbleitergrundmaterials, beispielsweise Silizium mit   Sitz,   überzogen wird. Bei   einer andern Ausführungsform   des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Halbleiteroberfläche mit einer aus einem Fremdoxyd mit ausreichend grossem Haftvermögen bestehenden Schicht überzogen wird, beispielsweise Germanium mit   Sitz.   



  Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Aufdampftechnik erfolgen. 



   Als Zusatzstoff kann ein Material gewählt werden, das keine Dotierung verursacht ; es ist aber in gleicher Weise   möglich,   als Zusatz ein Material zu wählen, das gleichzeitig als Dotierungsstoff wirkt oder aber zur Erzeugung von Rekombinationszentren dient. 



   Ausserdem besteht die Möglichkeit, als Zusatz ein Material zu wählen, das die als Rekombinationszentren wirkenden Schwermetallionen gettert. 



   Für die Verwendung als Zusatz eignen sich in besonderer Weise Oxyde. So können sowohl Oxyde von Elementen aus der Gruppe der Alkalimetalle verwendet werden, beispielsweise   Nazi,   oder aber Schwer- 
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 als Zusatz ist besonders bei der Anwendung von Dreistoffsystemen günstig. Neben den Oxydenist eine Reihe nichtoxydischer Zusatzstoffe für die Erzeugung der flüssigen Phase geeignet. Hiezu zählen vor allem Alkalihalogenide, insbesondere Fluoride,. die sich mit dem Oxyd unter Bildung einer bei der Diffusionstemperatur schmelzenden Verbindung umsetzen. 



   Es ist vorgesehen, dass der Zusatz durch Aufdampfen, insbesondere unter Anwendung einer Abdecktechnik, auf die für die Diffusion der Diffusionsmaterialien vorgesehenen Stellen der Oxydschicht aufgebracht wird oder aber der Zusatz in gelöster Form durch Aufpinseln oder Aufspritzen auf die für die Diffusion der Diffusionsmaterialien vorgesehenen Stellen der Oxydschicht aufgebracht wird. Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass das Diffusionsmaterial gleichzeitig mit dem Zusatz auf die mit einer Oxydschicht versehene Halbleiteroberfläche aufgebracht wird. Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Auftragung des Diffusionsmaterials in einem getrennten Arbeitsgang nach der Aufbringung des Zusatzes auf die mit einer Oxydschicht versehene Halbleiteroberfläche. 



     Nach Beendigung des Diffusionsvorgangs kann   die durchlässige Schicht mit einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise mit Wasser, abgelöst werden. 



   Das Verfahren kann gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden. In diesem Fall ist es in gleicher Weise möglich, dass die durchlässige Schicht zwischen den einzelnen   Diffusionsschritten abgelöst wird oder   aber dass sie durch geeignete Massnahmen aufrecht erhalten und der darunterliegende Bereich weiter oxydiert wird. Das Verfahren ist besonders für die Herstellung von Halbleiterbauelementen aus Silizium geeignet. Es ist jedoch auch auf die Herstellung von Bauelementen aus Germanium oder aus Verbindungshalbleitern,    beispielsweiseausA III B V-oderA B VI-Verbindungen anwendbar.   



   Als besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist die Tatsache zu werten, dass Verunreinigungen, die auf die durchlässigen Stellen der Oxydschicht fallen, gleichmässig über die ganze Fläche des durch-   lässigen Bereichs   verteilt werden, da bekanntlich die durchlässige Schicht aus einer glasartigen Schmelze besteht, so dass auf diese Weise eine Fehldotierung hoher Konzentration an den Stellen, an denen die Verunreinigungen auf die Oberfläche gelangen, vermieden wird. Ausserdem haben die bei der Diffusionstemperatur sich bildenden Schmelzprodukte den Vorteil, dass sie grösstenteils ohne Anwendung von   Flusssäure,   die häufig stark verunreinigt ist, gelöst werden können. 



   Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es wesentlich einfacher ist, eine Aufdampfung auf sehr kleine definierte Bereiche vorzunehmen, als solche Bereiche durch Ätzen freizulegen bzw. bei der Bedampfung derartige kleine Bereiche auszuschliessen. 



   Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung der Fig.   1 - 4   und aus den Ausführungsbeispielen hervor. 



   In Fig. 1 ist einHalbleiterkristall 1 dargestellt, der mit einer Oxydschicht 2 versehen ist. Diese Oxydschicht weist einen für die Diffusionsmaterialien durchlässigen Bereich 3 auf. Die   Grösse dieses   Bereichs lässt sich bei Anwendung eines Verfahrens gemäss der Erfindung genau festlegen und einhalten. 



   Dieser Bereich wird, wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, in der Weise erzeugt, dass auf den Halbleiterkristall 1 eine Oxydschicht 2 aufgebracht wird. Dann wird auf diese Oxydschicht, wie in Fig. 2 dargestellt, eine zusätzliche Substanz 4 aufgebracht. Bei der Diffusionstemperatur bildet sich dann, wie in Fig. 3 dargestellt, im Bereich 3 eine für die   Diffusionsmaterialien durchlässig ? flüssige   Phase 5. 



   Bei der nachfolgenden Diffusion der Diffusionsmaterialien,   z. B.   der Dotierungsstoffe, entsteht dann, 

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 wie in Fig. 4 dargestellt, derDotierungsbereich 6. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem zur Erzeugung der flüssigen Phase ein Zweistoffsystem verwendet wird und bei dem der Zusatzstoff keine Dotierung des Halbleitermaterials verursacht, geht man, wie im folgenden beschrieben, vor. Ein aus einkristallinem n-dotiertem Silizium bestehender Halbleiterkörper wird durch thermische Oxydation mit einer Oxydschicht überzogen. Die Dicke der Oxydschicht beträgt ungefähr   1/l'Dann   wird auf die für die Diffusion der Dotierungsstoffe vorgesehenen Stellen eine annähernd 0,   25/l   dicke Schicht aus   NaO   aufgedampft.

   Die genaueMengedesverwendeten Natriumoxyds richtet sich dabei sowohl nach der Menge des aufzulösenden Siliziumoxyds als auch nach der Temperatur, bei der die Diffusion vorgenommen werden soll und kann mitHilfe der bekannten Schmelzdiagramme des Systems   NaO-SiObestimmt   werden. Das tiefste Eutektikum dieses Systems liegt beispielsweise bei 800 C und   75%   Si02. 



   Wird an Stelle von Na20 K20 verwendet, muss die Menge des aufgedampften Zusatzes dementsprechend gewählt werden. Das tiefste Eutektikum dieses Systems liegt bei 7500C und   68%   Si02. 



   Werden als Zusatzstoffe Oxyde der Erdalkalimetalle verwendet, so ist es auf Grund der sehr hohen eutektischen Temperaturen der Systeme Erdalkalimetalloxyd-SiO2 notwendig, noch einen weiteren Zusatz   hinzufügen.   Dafür geeignet sind beispielsweise Oxyde der Alkalimetalle. Die Verwendung von derartigen Dreistoffsystemen hat den Vorteil, dass sie sehr zahlreiche Variationsmöglichkeiten bietet. 



   Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem der verwendete Zusatz gleichzeitig als Dotierungsstoff vorgesehen ist, wird ein aus n-dotiertem Silizium bestehender Halbleiterkörper in der im vorhergehenden   Ausführungsbeispielbeschriebenen Weise   mit einer ungefähr 1   starken Schicht aus   Si02   überzogen. Darauf wird dann eine   ungefähr 0, 1 p   dicke Schicht aus   BOg   aufgedampft. Bei der Diffusionstemperatur von ungefähr 1000 C bildet sich eine Schmelze. Das Bor dient dabei gleichzeitig als Dotierungsstoff und dringt in den Halbleiterkörper ein. Die Eindringtiefe wird durch die Dauer des Diffusionsvorgangs und durch die verwendete Bormenge bestimmt. 



   Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, das Zusatzmaterial so zu wählen, dass es 
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 zur ErzeugungvonRekombinationszentrenimSystem   MnO-SiO2 beträgt 12000.   Die Zusammensetzung entspricht 37% Si02 und   631o   MnO. 



     BeieinerweiterenAusführungsform   wird   alsZusatzsubstanz   PbO   gewählt,   das zur Getterung etwa vorhandener Schwermetallionen dient. Die Menge des verwendeten PbO richtet sich dabei nach der Diffu-   sionstemperatur   und kann mit Hilfe des Phasendiagrammes des Systems   SiO/PbO   berechnet werden. 



   Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, auf einen mit einer   Si02-Schicht   versehenen Halbleiterkörper (Siliziumkristall) an Stelle eines Oxyds ein Salz, beispielsweise   Na2F2,   aufzudampfen. 



  Beim Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre bzw. an Luft bildet sich eine flüssige Phase, die aus einer Verbindung nach Art der Fluorsilikate besteht. Der Vorzug dieses Verfahrens besteht vor allem in der niedrigen Schmelztemperatur der entstehenden Verbindung. 



   Wird an Stelle von Silizium Germanium oder eine   AIIIBV-bzw. AIIBVI-Verbindung verwendet,   ist es erforderlich, den Halbleiterkristall mit einer Fremdoxydschicht zu versehen. Als günstig hat sich hiebei erwiesen, SiO auf die Halbleiteroberfläche aufzudampfen. Das SiO wird dann entweder selbst als Maske verwendet oder durch eine Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre zu   Si02   aufoxydiert. Bei der Auswahl der zur Bildung der flüssigen Phase zu verwendenden Systeme ist zu beachten, dass die Diffu-   sionstemperaturen   für die Diffusionsmaterialien bei Germanium bzw. bei den Verbindungshalbleitern tiefer liegen und beispielsweise bei Germanium im Bereich von 600 bis 9000C bzw. bei Galliumarsenidz. B. bei 800 bis   9000C   liegen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem zur Erzeugung   flächenmässig   begrenzter Bereiche unterschiedlichenLeitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit in den mit einer Oxydschicht überzogenen Halbleiterkristall den Leitungstyp und/oder die Leitfähigkeit beeinflussende   Diffusionsmaterialieneindiffundiertwerden, dadurch gekennzeichnet,   dass in den für die Diffusion vorgesehenen Bereichen mindestens eine zusätzliche Substanz auf die den Halbleiterkristall bedekkende Oxydschicht aufgebracht wird, welche so gewählt wird, dass das System Zusatzsubstanz/Oxyd bei der Diffusionstemperatur eine für das Diffusionsmaterial durchlässige Phase, vorzugsweise eine glasartige Schmelze bildet, ohne Freilegung der Halbleiteroberfläche. 

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Claims (1)

1. 2. VerfahrennachAnspruch1,dadurchgekennzeichnet,dasseinSystemverwendetwird, <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 das eine bei der Diffusionstemperatur schmelzende Verbindung bildet, beispielsweise Na/SiO.

   4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein System verwendet wird, durch das das Halbleitermaterial nicht angegriffen wird, z. B. Na20/Si02.

   5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zweistoffsystem verwendet wird, beispielsweise das System SiO/NaO. EMI4.2 ein Mehrstoffsystem, vorzugsweise ein Dreistoffsystem, verwendet wird.

   7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteroberfläche durch anodische oder thermische Oxydation mit einer Schicht aus einem Oxyd des Halbleitergrundmaterials überzogen wird, beispielsweise Silizium mit einer Schicht aus Si02.

   8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteroberfläche durch Aufdampfen mit einer aus einem Fremdoxyd bestehenden Schicht überzogen wird, beispielsweise Germanium mit SiOz.

   9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz ein Material gewählt wird, das keine Dotierung des Halbleitermaterials verursacht, beispielsweise Na20. EMI4.3 als Zusatz ein Material gewählt wird, das gleichzeitig zur Erzeugung von Rekombinationszentren dient, beispielsweise MnO.

   12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz ein Material verwendet wird, das die als Rekombinationszentren wirkenden Schwermetallionen gettert, beispielsweise PbO.

   13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz ein Oxyd verwendet wird, beispielsweise ein Oxyd eines Elementes aus der Gruppe der Alkalimetalle, vorzugsweise Na20, verwendet wird.

   14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz ein Oxyd, beispielsweise ein Oxyd eines Elementes aus der in. Gruppe des periodischen Systems, beispielsweise BOg, verwendet wird. EMI4.4 als Zusatz ein Oxyd, beispielsweise ein Schwermetalloxyd, beispielsweise MnO, verwendet wird.

   16. VerfahrennachwenigstenseinemderAnsprüchelbisl2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz ein Salz verwendet wird, vorzugsweise ein Alkalihalogenid wie beispielsweise Na2F2.

   17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dreistoffsystem verwendet wird, dessen einer Bestandteil ein Erdalkalioxyd ist, beispielsweise Si02/ CaO/Na ; 0.

   18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionsmaterial gleichzeitig mit dem Zusatz auf die mit einer Oxydschicht versehene Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

   19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionsmaterial in einem getrennten Arbeitsgang nach Aufbringen des Zusatzes auf die mit einer Oxydschicht versehene Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

   20. VerfahrennachwenigstenseinemderAnsprüchelbisl9, dadurch gekennzeichnet, dass die durchlässige Phase nach Beendigung des Diffusionsvorgangs unter Anwendung eines Lösungsmittels, vorzugsweise Wasser, entfernt wird.

   21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Diffusionsschritte durchgeführt werden und dass dabei zwischen den einzelnen Diffusionsschritten die durchlässige Phase abgelöst wird.

   22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Diffusionsschritte durchgeführt werden, ohne zwischen den einzelnen Diffusionsschritten die durchlässige Phase abzulösen.