DD144677A1

DD144677A1 - Arsen-silikatglasschicht zur erzeugung n-leitender halbleitergebiete und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DD144677A1
Application number: DD21402179A
Authority: DD
Inventors: Elli Petter; Martin Pfeil
Original assignee: Elli Petter; Martin Pfeil
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1980-10-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arsen-Silikatglasschicht zur Erzeugung n-leitender Halbleitergebiete und auf ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren. Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von hoch arsendotierten Halbleitergebieten mit defektfreier Oberfläche und damit verbunden in der Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit.einer Arsen-Silikatglasschic'nt als Quellschicht zur Erzeugung n-leitender Halbleitergebiete. Es ist zur Aufgabe gestellt, eine Arsen-Silikatglasschicht zur Verfügung zu stellen, die bei einer Hochteraperaturbehandlung nicht zur Kristallitbildung neigt. Als Lösung wird eine Arsen-Silikatglasschicht mit einem geringen ß2°3’*Anteil und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren angegeben, bei dem dem Reaktionsgemisch eine borhaltige Substanz, insbesondere in Form von Diboran (B2Hg) zugesetzt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Arsen-Silikatglasschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete eine dotierte Silikatglasschicht zu verwenden, die zur kontrollierten, oberflächlichen Dotierung des Halbleitermaterials eine definierte Menge eines leitungstypbestimmenden St orstoffs enthält. Als "Btörstoffe finden Phosphor, Arsen oder Antimon Verwendung, die während der Abscheidung der Silikatglasschicht in gasförmiger oder flüssiger Form, beispielsweise als Phosphin, Arsin, Antimonhydrid, Arsentri-·- . chlorid oder Phosphoroxychlorid zugesetzt werden·

Die Erzeugung von dotierten und undotierten Silikatglasschichten bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen durch "Chemical Vapour Deposition" (CVD) bei niedriger Temperatur durch Silanoxydation und die.Anwendung dieser Silikatglasschichten als Isolations-,' Passivierungs- bzw. Quellschichten zur oberflächlichen Dotierung von Halbleitern sind hinreichend bekannt C\j ·

Zur Eindiffusion des betreffenden Störstoffs in das Halb-

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leitermaterial wird nach der Abscheidung der dotierten Silikatglasschicht auf das Halbleitermaterial eine Hochtemperaturbehandlung durchgeführt.

Arsensilikatglaser neigen während dieser Hochtemperaturbehandlung zur Phasentrennung mit der Bildung kristalliner Gebiete. Dieses Verhalten ist bei hoher As-Konz. im Glas besonders ausgeprägt. Diese kristallinen Defektgebiete, aus der Literatur als "kristallite" /2,3/ bekannt, durchwachsen das Arsensilikatglas während der Temperaturbehandlung bis zur Oberfläche des Halbleitermaterials. Die Kristallitdichte, d. h· die Zahl der Kristallite bezogen auf eine Flächeneinheit auf der Silikatglasoberflache, und die Größe der Kristallite sind abhängig vom Arsenoxidgehalt des Silikatglases und von den Parametern der nachfolgenden Temperaturbehandlung, wie Temperatur, Zeit und Diffusionsatmosphäre. Ist das Arsensilikatglas auf einem mit Oxid maskierten Halbleitermaterial abgeschieden worden, so wachsen die Kristallite während der Temperaturbehandlung bei hohem Arsenoxidgehalt des Silikatglases und bei hoher Temperaturbelastung auch durch die Oxidmaske bis zum Halbleitermaterial hindurch. Durch die Kristallite werden in der Halbleiter-Oberfläche punktförmige Störungen und in der Oxidmaske - beim Ätzen der Arsensilikatglasschicht - Löcher hervorgerufen. Es ist deshalb ohne Zusatzmaßnahmen nicht möglich, aus hochdotierten Arsensilikat-Quellschichten arsendotierte Halbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche herzustellen. Die nachteilige Auswirkung der Kristallite auf die Ausbeute an Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltkreise wurde von Parekh in "Arsenic-doped Polykristalline Silicon Film for Bipolar IC" ß\J durch den eindeutigen Zusammenhang zwischen Kristallitdichte und Zahl der Ausfälle von Bauelementen nachgewiesen. ·

Zur Vermeidung der Kristallitbildung bei der Arsendiffusion aus Arsensilikatglas mit hoher Arsenkonzentration wurde von

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Kirita u. a. in "Improved High-Concentration Arsenic Diffusion in Silicon from Double-Layer Sources" /3/ vorgeschlagen, eine Doppelschicht als Diffusionsquelle zu verwenden. Diese Doppelschicht besteht aus einer dünnen, hoch arsendotierten Poly-Siliziumschicht als Unterlage und einer darauf abgeschiedenen, hoch arsendotierten Silikatglasschicht. Damit werden defektfreie Halbleiteroberflächen erzielt.

Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß zusätzlich eine Poly-Siliziumabscheidung notwendig ist, die erhöhten Kosten- und Anlagenaufwand erfordert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von hoch arsendotierten Ealbleitergebieten mit defektfreier Oberfläche und damit verbunden in der Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen eine Arsen-Silikatglasschicht auf Halbleitermaterial als Quellschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete abgeschieden und einer anschließenden Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arsen-Silikatglasschicht als Quellschicht zur Erzeugung hochdotierter η-leitender Halbleitergebiete, die bei einer· Hochtemperaturbehandlung nicht zur Kristallitbildung neigt, und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren zur Verfugung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Arsen-Silikatglasschicht einen geringen BpO^-Anteil besitzt und somit ein ternäres Mischsilikat mit den Bestandteilen SiO₂» AspO^ und B₂O- darstellt, indem das Boroxid als Glas-

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bildner wirkt.

Da das Boroxid gleichzeitig durch Eindiffusion von Bor in das Halbleitermaterial p-Leitfähigkeit verursacht, ist allerdings der Boroxidanteil so gering zu wählen, daß die durch die Arsendiffusion entstehende η-Leitfähigkeit kaum verändert wird. Dieser Forderung kann dadurch entsprochen werden, daß das Verhältnis der bor- und arsenhaltigen Substanzen während der Abscheidung etwa auf 1 zu 10 eingestellt wird, wenn Diboran und Arsin verwendet werden. Die Konzentration der arsenhaltigen Substanz richtet sich nach der jeweils erforderlichen Leitfähigkeit des entstehenden n-leitenden Halbleitergebietes.

Erfindungsgemäß wird die Arsen-Silikatglasschicht nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren unter Zusatz von Boroxid abgeschieden. Boroxid wird gebildet, indem zum Reaktionsgemische das aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und einer arsenhaltigen Substanz (z. B. AsH^, AsClO besteht, eine borhaltige Substanz (z. B. Diboran) zugesetzt wird. Durch Reaktion mit dem Sauerstoff wird die borhaltige Substanz in Boroxid übergeführt. Nach Abscheidung dieser dotierten Silikatglasschicht auf dem Halbleitermaterial wird bekanntermaßen eine Hochtemperaturbehandlung zur oberflächlichen Dotierung des Halbleitermaterials durchgeführt. Infolge des BpO^-Anteils wird dabei die Bildung von Kristalliten in der Arsen-Silikatglasschicht verhindert und damit wird gleichzeitig die Ursache zur Ausbildung der Oberflächendefekte auf dem Halbleiter beseitigt.

Dieses Verfahren hat gegenüber dem Verfahren nach Kirita u. a. /*2/ zur Vermeidung der Kristallitbildung bei der Arsendiffusion den Vorteil, daß ein zusätzlicher Teilschritt nicht erforderlich ist und damit kein erhöhter Kosten- und Anlagenaufwand erforderlich wird. '

Die in das Halbleitermaterial eindiffundierende Bormenge kann erfindungsgemäß auch dadurch reduziert werden, daß zu-

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nächst eine reine Arsen-Silikatglasschicht auf dem Halbleitermaterial und darauf das ternäre Mischsilikat mit einem BpO^-Anteil abgeschieden wird.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit, die eindiffundierende Bormenge gering zu halten, wird durch die Ausführung der Ho c ht emp er at urb e handl ung in einer Op-Atmo sphäre durch die sich bildende dünne SiOo-Zwischenschicht zwischen Arsensilikatglas und Halbleitermaterial erreicht·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

1. Auf einer Medertemperatur-CVD-Anlage, die zur Abscheidung dotierter Silikatglasschichten durch Silanoxydation bei etwa 450⁰C geeignet ist, wird dem aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und Arsin bestehenden Reaktionsgemisch über einen zusätzlichen Strömungszweig Diboran zugesetzt. Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches richtet sich nach der verwendeten Anlage und der angestrebten Größe der η-Leitfähigkeit, die durch die Hochtemperaturbehandlung in den teilweise mit einer Oxidmaske bedeckten p-Siliziumsubstraten erzeugt werden soll. Das Verhältnis von Arsin zu Diboran wird auf 10 zu 1 eingestellt. Durch Sauerstoffoxydation entsteht das ternäre Mischsilikatglas aus SiO_P, As₂O.. und B₂O^.

Anschließend wird eine Hochtemperaturbehandlung zur Eindiffusion des Arsens in das Siliziumsubstrat vorgenommen. Während dieser Temperaturbehandlung, die bei .1050 , 90 Minuten lang in einer Mischatmosphäre von 25 % 0_P in J₂ durchgeführt wird, findet keine Kristallitbildung im Mischsilikat statt. Defekte auf der Halbleiteroberfläche, hervorgerufen durch die .Kristallitbildung im Mischsilikat und in der Oxidmaske, treten nicht auf. Beträgt die Arsinkonzentratitra 9 "Vo1-% bezogen auf Silan,

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so wird nach dieser Hochtenrceraturbehandlung ein Schichtwiderstand von 32 Ohm/Qu gemessen. Die Änderung des Schichtwiderstandes der n-leitenden As-dotierten Siliziumschicht durch eindiffundiertes Bor beträgt weniger als 10 % gegenüber dem Schichtwiderstandswert ohne Borzusatz.

2. Es wird zunächst unter den gleichen Bedingungen wie im 1. Ausführungsbeispiel auf einen p-leitenden Siliziumsubstrat eine binäre Arsen-Silikatglasschicht abgeschieden. Das Arsin-Silan-Verhältnis beträgt 9 Vol-%. Darauf wird unter Diboranzusatz ein ternäres Mischsilikat in dem der Diborananteil 1:10 bezogen auf Arsin beträgt, abgeschieden. Anschließend wird die gleiche Hochtemperaturbehandlung zur Eindiffusion des Arsen in das Halbleitermaterial durchgeführt.

Die Kristallitdichte im Arsen-Silikatglas ist auf den Wert Null reduziert und der Schichtwiderstandswert der η-leitenden As-dotierten Halbleiterschicht ist gegenüber der Diffusion aus einer reinen Arsensilikatglasschicht unverändert 32 Ohm/Qu.

Je nach erforderlichem Schichtwiderstand sind andere Parameter für die Arsinkonzentration und die Hochtemperaturbehandlung zu wählen. Typischerweise bewegen sich die Arsinkonzentrationen im Bereich 5 "bis 15 Vol-% und die Temperaturen und Zeiten der Eochtemperaturbehandlung zwischen 1000-1100⁰C und 30 min bis 120 min.

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Claims

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Erfindungsanspruch

1. Arsensilikatglasschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche, gekennzeichnet dadurch, daß diese Schicht ein ternäres Mischsilikat darstellt und aus den Bestandteilen SiC^, AS2O0 und BoO~ besteht und der B,
Anteils beträgt,

steht und der Β~0^-Anteil etwa ein Fünftel des
2. Verfahren zur Abscheidung einer Arsensilikatglasschicht als Quellschicht zur Erzeugung hochdotierter n-leitender Ealbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren, bei dem ein Heaktionsgemisch'aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und einer arsenhaltigen Substanz, vorzugsweise Arsin verwendet wird, gekennzeichnet dadurch, daß dem Reaktionsgemisch, eine borhaltige Substanz, insbesondere in Form von Diboran (Β_ηΗ_Λ) zugesetzt wird. Die Diboranzugabe beträgt vorzugsweise etwa /10 der Arsinmenge.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Halbleitermaterial zunächst eine reine Arsensilikatglasschicht und darauf eine ternäre Mischsilikatglasschicht mit einem BoO-,-Anteil abgeschieden wird.

4-. Verfahren nach Punkt 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Hochtemperaturbehandlung in reiner Sauerstoffatmosphäre ausgeführt wird.

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