DD143542A1

DD143542A1 - Quellscheiben zur dotierung von halbleiterscheiben

Info

Publication number: DD143542A1
Application number: DD21271879A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Seckel; Wolfgang Leyffer
Original assignee: Wolfgang Seckel; Wolfgang Leyffer
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1980-08-27

Abstract

Die erfindungsgemäßen Quellscheiben zur Dotierung von Halbleiterscheiben finden in der I-lalbleitertechnik Anwendung. Das Ziel, der Erfindung besteht darin, Quellscheiben zur Dotierung von Halbleiterscheiben mit Hilfe in der Ilalbleitertechnologie bekannter und vorhandener Vorrichtungen und Verfahren kostengünstig herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der unkomplizierten Herstellung von Quellscheiben, welche bei geeigneter Anordnung eine mehrfach wiederholbare Dotierung der Halbleiterscheiben sulassen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem auf eine Trägerscheibe, die bezüglich ihrer Form der zu dotierenden Halbleiterscheibe angepaßt ist und hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, eine dotantenhaltige Schicht abgeschieden wird. Zwischen Trägerscheibe und dotantenhaltiger Schicht kann auch eine Zwischenschicht angeordnet sein.

Description

Quellscheiben zur Dotierung von Halbleiterscheiben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Me Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Quell-.scheiben, die zur Dotierung von Halbleiterscheiben geeignet sind und in der Halbleitertechnik Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Dotierung von Halbleiterscheiben erfolgt gewöhnlich durch Abscheidung einer dotantenhaltigen Oxidschicht auf der Halbleiterscheibe und anschließender oder parallel ablaufender Reduktion der Oxidverbindung unter Freisetzung des Dotanten an der Grenzfläche Oxidschicht-Halbleiterscheibe. Auf Grund des Konzentrationsgefälles kommt es bei hohen Temperaturen zu einer Diffusion dieser Dotanten in die Halbleiterscheibe.

Zur Dotierung von Halbleiterscheiben kommen auch Quellscheiben zum Einsatz. Diese Quellscheiben .sind mehrfach verwendbar. Pur die Erzeugung von p-leitenden Gebieten muß bisher zwischen Bornitrid(BH)-Quellscheiben und Glas-Keramik-Quellscheiben unterschieden werden.

Die Bü-Quellscheiben. .bestehen vorwiegend aus Bor und Stickstoff und müssen zwecks Bildung von B^O- vor ihrem Einsatz thermisch oxydiert werden.

Goldsmith, Olmstead und Scott (RCA Review, 28 (1967) 344) sowie Rupprecht und Stach (Journal of Electrochem. Soc. 120 (1973}No. 9, 1266 - 1271) beschreiben die Verwendung dieser Bltf-Quellscheiben bei der Dotierung von Siliziumscheiben.

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Die Glas-Ke.ramik-Quellscheiben bestehen vorwiegend aus Oxiden, so u. a. aus SiOp? AIpO- und BpO-. Die Zusammensetzung, Herstellung und Eigenschaften derartiger Quellscheiben wird von Rapp in den US-PS 3 962 000 und 3 998 667 beschrieben. In einer Arbeit von Steslow_? Rapp und White (Solid State Technology (1975) 31 - 34) werden die Möglichkeiten des praktischen Einsatzes vorgestellt.

nachteilig ist bei den Bl-Quellscheiben die Forderung, nach bestimmten Zeiten die Quellscheiben durch eine thermische Oxydation zu regenerieren,

Die Präparation der Glas-Keramik-Quellscheiben ist mit einem hohen technischen Aufwand verbunden. Das Prinzip beider Varianten, die Erzeugung einer BpO_-haltigen Atmosphäre im Diffusionssystern, bildet die Grundlage für eine erfolgreiche Dotierung der im Diffusionsrohr vorhandenen Halbleiterscheiben.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin_s Quellscheiben zur Dotierung von Halbleiterscheiben mit Hilfe in der Halbleitertechnologie bekannter und vorhandener Vorrichtungen und Verfahren kostengünstig herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die unkomplizierte Herstellung von Quellscheiben, welche bei geeigneter Anordnung eine mehrfach wiederholbare Dotierung der Halbleiterscheiben zulassen. Als Dotanten kommen die in der Halbleitertechnologie bekannten. Elemente in Frage. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf eine' Trägerscheibe, die bezüglich ihrer Form der zu. dotierenden Kalbleiterscheibe angepaßt ist und hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, eine dotantenhaltige . Schicht abgeschieden wird. Diese Beschichtung kann auch beidseitig erfolgen.

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Durch den Hochtemperaturprozeß kann eine Verbindung zwischen der dotantenhaltigen Schicht infolge deren Aufschmelzens und der Trägerscheibe entstehen.' Das Einbringen einer als Barriere wirkenden Zwischenschicht kann die mit dem Aufschmelzen verbundene Verdünnung der dotantenhaltigen Schicht reduzieren, so daß eine Erhöhung der lebensdauer zu erwarten ist.

Als Zwischenschichten eignen sich u. a. SiOg-s Si-JJ,- und AlpO-5-Schichten, welche durch CVD- oder Zerstäubungsprozesse abgeschieden werden.

Als Trägerscheiben eignen sich Halbleiterscheiben, z. B. Siliziumscheiben, aber auch mit Passivierungsschichten, wie Isolator- oder schwerschmelzenden Metallschichten versehene Siliziumscheiben. Ebenfalls ist die Verwendung von Trägerecheiben möglich, die keine Reaktionen mit den abgeschiedenen dotantenhaltigen Schichten aufweisen Hierzu ist z. B. das von den SOS-Bauelementen bekannte Saphir oder Spinell zu rechnen. Auch Ker-amikecheiben können als Trägerscheiben Verwendung finden. Auf diese Trägerscheiben werden die "dotantenhaltigen Schichten aufgebracht. Als Schichtmaterial dienen " ' SiOo oder Isolatoren, wie z. B. AIpCU oder Si^H₄, denen der entsprechende Dotant, z. B. Bor, Phosphor oder Arsen beigefügt wird. Die Abscheidung von dotantenhaltigen Schichten mit mehreren Komponenten läßt eine Reduzierung der Dotantenkonzentration zu« Es ist ebenfalls möglich, eine Schicht aus einem Dotantenoxid, z. B. BpO^, aufzubringen. Die Dicke der dotantenhaltigen Schicht sollte größer als 100 mn sein. Ihre Quellwirksamkeit ist dabei von der Dicke und den Diffusionsparametern abhängig.

Für die Beschichtung eignen sich CTO-Verfahren unter Verwendung von gasförmigen oder flüssigen Ausgangssubstanzen. Die Abscheidung kann sowohl bei Normaldruck als auch bei niedrigem Druck (LPCVD)' erfolgen* Desgleichen eignen sich Zerstäubungsverfahren, die'vom spin-on-Verfahren bekannten Silica-

filme sowie die Sedimentation geeigneter Dotantenoxide. Tritt eine Verarmung an Dotanten in der abgeschiedenen dotantehhaltigen Schicht auf, so kann diese abgeätzt werden. Danach ist eine erneute Beschichtung der Trägerscheibe möglich. . ; '·.' Die Anordnung Quellscheibe - Halbleiterscheibe wird in einer geeigneten Anlage Temperaturen von TOOO K bis 1500 K ausgesetzt. Bedingung ist, daß das System dotantenhaltige Schicht · Trägerscheibe mehreren Temperaturzyklen widersteht. Die Diffusion kann unter Schutzgas oder im Vakuum ausgeführt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es soll z. B, eine borhaltige Quellscheibe für die Erzeugung einer p-leitenden Schicht in einer Siliziumscheibe hergestellt werden. Die Diffusion erfolgt in der beschriebenen und für Quellscheiben bekannten'Weise.

1. Beispiels

Die Abscheidung tier borhaltigen Schicht auf einer p-leitenden Siliziumscheibe erfolgt durch einen CTO-Prozeß bei ca. 1000 K unter Verwendung von Trimethylborat. Als Trägergas für das bei Raumtemperatur flüssige Trimethylborat kommt Stickstoff zum Einsatz. Diesem in einem speziellen Gefäß mit Trimethylborat angereicherten Gas wird Sauerstoff zugesetzt und das Gasgemisch in den Reaktor geleitet. Durch die Temperaturerhöhung kommt es zur Oxydation des Trimethylboratdampfes, und es entsteht eine BpO^-Schicht auf der Trägerecheibe* .

2. Beispiel:

Auf eine Saphirscheibe wird eine Borsilikatglasschicht beidseitig durch OVD aufgebracht. Diese dotantenhaltige Schicht läßt sich durch eine Abscheidung bei 700 K unter Verwendung von Silan, Diboran, Argon und Sauerstoff herstellen. Die Wahl

des Verhältnisses vor; SiH. zu B H- läßt eine Variation der Dotantenkonzentration zu.

3. Beispiel:

Auf eine Siliziumträgerscheibe wird als Diffusionsbarriere eine SiοN*-Schicht mit einer Dicke von 300 Km durch ein CVD-Verfahren abgeschieden. Weiterhin wird diese Anordnung mit einem Borsilikatfilm beschichtet. Die Beschichtung erfolgt unter Verwendung eines bei Raumtemperatur flüssigen Borsilikatfilmes, indem auf die rotierende Trägerscheibe die Dotaiitenverbindung analog zum Fotolack aufgebracht und das Lo-"sungsmittel durch einen Temperprozeß beseitigt wird«,

4» Beispiel:

Die Abscheidung der dotantenhaltigen Schicht soll durch Sedimentation erfolgen. Ausgangsmaterial ist eine Suspension von Β«0 Die Suspension wird auf die Trägerscheibe aufgetragen und das Lösungsmittel verdampft. Nach geeigneter Temperung steht die BpO~-Schicht als Dotantenquelle zur Verfugung.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Quellscheibe zur Dotierung von Halbleiterscheiben, die bezüglich ihrer Form der zu dotierenden Halbleiterscheibe

angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellacheibe, aus einer temperaturbeständigen Trägerscheibe besteht, die mit einer dotantenhaltigen Schicht oder einer Anordnung von Zwischenschicht und dotantenhaitiger Schicht versehen ist.

2, Quellscheibe nach Punkt 1, dadurch gekenn.zeic.hnet, daß die Trägeracheibe beidseitig beschichtet ist.

3« Quellscheibe nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerscheibe eine Halbleiterscheibe Verwendung findet.
4. Quellschsibe nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerscheibe eine Saphir- oder Spinellscheibe Verwendung findet.
5. Quellscheibe nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet_s daß als Trägerscheibe eine Keramikscheibe Verwendung findet.

6_e Quellscheibe nach Punkt 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtmaterial SiO₂ verwendet wird.
7. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtmaterial eine Isolatorschicht, insbesondere AlgO-j oder Si-JT,, verwendet wird.
8. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schicht ein Dotant, insbesondere Bor, Phosphor oder Arsen beigefügt wird.
9. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Schicht aus einem Dotantenoxid, insbesondere Bp^T
10. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der dotantenhaltigen Schicht durch CVD, vorzugsweise LPGVD, erfolgt»
11. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der dotantenhaltigen Schicht durch Aufbringen von Silicafilraen nach dem cpin-on-Verfahren oder durch Zerstäubung erfolgt.
12. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der dotantenhaltigen Schicht durch Sedimentation erfolgt«
13. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Dotanten in der abgeschiedenen Schicht durch die Wahl der Abscheidebedingungen variiert wird. . -

14*. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dotantenhaltigen Schicht größer als 100 nra ist.
15. Quellscheibe nach Punkt 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht nach Verarmung an Dotanten entfernt und die Trägerecheibe erneut beschichtet wird. ·
16. Quellscheibe nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,' daß als Zwischenschicht eine Passivierungsschicht, vorzugsweise SiO₉, SioS"/- oder Ai₉O-,, verwendet wird.
17. Quellscheibe nach Punkt 1, 2 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Zwischenschicht durch thermische Oxydation, CVD oder Zerstäubung erfolgt«