DE102004004555A1 - Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben Download PDF

Info

Publication number
DE102004004555A1
DE102004004555A1 DE102004004555A DE102004004555A DE102004004555A1 DE 102004004555 A1 DE102004004555 A1 DE 102004004555A1 DE 102004004555 A DE102004004555 A DE 102004004555A DE 102004004555 A DE102004004555 A DE 102004004555A DE 102004004555 A1 DE102004004555 A1 DE 102004004555A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dopants
doping
semiconductor wafer
elements
semiconductor wafers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102004004555A
Other languages
English (en)
Inventor
Erich Dipl.-Ing. Gmeilbauer
Rupert Dr. Krautbauer
Robert Vorbuchner
Martin Dr. Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Priority to DE102004004555A priority Critical patent/DE102004004555A1/de
Priority to KR1020050007065A priority patent/KR100763425B1/ko
Priority to US11/043,574 priority patent/US7341787B2/en
Priority to TW094102541A priority patent/TW200525053A/zh
Priority to CNA200510006833XA priority patent/CN1649092A/zh
Priority to JP2005023905A priority patent/JP2005220013A/ja
Publication of DE102004004555A1 publication Critical patent/DE102004004555A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/24—Alloying of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, with a semiconductor body
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/08—Germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table further characterised by the doping material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/914—Doping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/21—Circular sheet or circular blank

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben, wobei mindestens zwei Dotierstoffe zum Dotieren eingesetzt werden, die elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Halbleiterscheibe, die frei von Versetzungen ist und mit mindestens zwei Dotierstoffen dotiert ist, die Dotierstoffe elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben, bei dem mindestens zwei Dotierstoffe zum Dotieren eingesetzt werden. Gegenstand der Erfindung sind auch versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben.
  • Hoch dotierte Halbleitersubstrate mit einem niedrigen spezifischen Widerstand werden beispielsweise zur Herstellung von Leistungsbauelementen benötigt. In den herkömmlichen Verfahren wird zur Verringerung des Substratwiderstands jeweils ein bestimmtes Element als Dotierstoff in die Halbleiterscheiben eingebaut (Beispiel: B, P, As, Sb in Silizium; typische Dotierstoffkonzentrationen für hoch dotiertes Silizium sind größer als 1e18/cm3). Dies geschieht üblicherweise durch Zugabe des Dotierstoffs zur Schmelze vor oder während des Kristallwachstums oder durch Diffusion des Dotierstoffs in die Halbleiterscheiben, die vom gewachsenen Einkristall abgetrennt werden.
  • Die Diffusionskonstante des Dotierstoffs im Halbleitermaterial ist von großer Bedeutung. Da die Abscheidung von epitaktischen Schichten und die Prozessierung von Halbleiterscheiben üblicherweise bei hohen Temperaturen erfolgen, kann Dotierstoff vom Substrat in die epitaktische Schicht diffundieren. Bei der Verwendung von Dotierstoffen mit großer Diffusionskonstante ist der Übergangsbereich zwischen Substrat und epitaktischer Schicht deshalb breiter als bei der Verwendung von Dotierstoffen mit kleinem Diffusionskoeffizienten. Das führt dazu, dass bei der Verwendung von Dotierstoffen mit großen Diffusionskoeffizienten bis zu einem vollständigen Übergang der Materialeigenschaften dickere epitaktische Schichten nötig sind. In der industriellen Herstellung von Halbleiterelementen führt dies zu höheren Produktionskosten. Ein weiterer Nachteil von Dotierstoffen mit großen Diffusionskoeffizienten entsteht durch das so genannte Autodoping bei der Abscheidung epitaktischer Schichten. Dabei gelangt der Dotierstoff aus dem Substrat über die Gasphase in die epitaktische Schicht und verändert deren spezifischen Widerstand in nicht beabsichtigter Weise. Es werden deshalb bevorzugt Dotierstoffe eingesetzt, die einen kleinen Diffusionskoeffizienten im Halbleitermaterial aufweisen.
  • Bei der Herstellung von Einkristallen ist die Verwendung von großen Dotierstoffmengen jedoch mit verschiedenen Problemen verbunden, die die minimalen erreichbaren Substratwiderstände begrenzen: Hohe Dotierstoffkonzentrationen in der Schmelze können zu Ausscheidungen des Dotierstoffs in der Schmelze und zu substitutioneller Unterkühlung führen, was in beiden Fällen das einkristalline Wachstum verhindert. Große Mengen einzelner Dotierstoffe können zudem aus der Schmelze ausdampfen, was die benötigte Menge an Dotierstoff erhöht und zur unerwünschten Bildung giftiger chemischer Verbindungen führen kann. Ein weiteres Problem mit hohen Dotierstoffkonzentrationen besteht darin, dass ab bestimmten Konzentrationen ein Teil der im Halbleitermaterial eingebauten Dotierstoffatome elektrisch inaktiv sein kann. Dies tritt beispielsweise ein, wenn Silizium so stark mit Arsen dotiert wird, dass der spezifische Widerstand unter etwa 5 mOhmcm fällt (Quick Reference Manual for Silicon Integrated Circuit Technology; W.E. Beadle, J.C.C. Tsai & R.D. Plummer; John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane; S.2-70, 1985). Wegen der genannten Effekte ist ein versetzungsfreies Kristallwachstum nur bis zu einem bestimmten minimalen Widerstand möglich, wobei die Grenzkonzentration des Dotierstoffs durch die Prozessführung beim Kristallwachstum und von der Dotierstoffart bestimmt wird.
    •
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, mit dem versetzungsfreie Halbleiterscheiben verfügbar werden, deren spezifischer Widerstand in Bereiche abgesenkt ist, die bisher mit nur einem bestimmten Dotierstoff nicht zugänglich sind. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verfügung, mit dem versetzungsfreie Halbleiterscheiben bestimmter Dotierung (n-Typ oder p-Typ) mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden können bzw. die Herstellung versetzungsfreier Halbleiterscheiben mit niedrigem spezifischen Widerstand vereinfacht wird.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben, bei dem mindestens zwei Dotierstoffe zum Dotieren eingesetzt werden und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dotierstoffe elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Halbleiterscheibe, die frei von Versetzungen ist und mit mindestens zwei Dotierstoffen dotiert ist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dotierstoffe elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören.
  • Die Halbleiterscheibe besteht vorzugsweise aus Silizium oder Germanium oder einer Mischung aus Silizium und Germanium und besitzt einen spezifischen Widerstand von 0,0005 – 0,1 Ohmcm, bevorzugt von 0,0005 – 0,005 Ohmcm und besonders bevorzugt von 0,0005 – 0,002 Ohmcm.
  • Die Verwendung einer geeigneten Kombination von Dotierstoffen des gleichen Typs gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung von Halbleitersubstraten mit verbesserten Materialeigenschaften unter vereinfachten Prozessbedingungen. Dotierstoffe werden hier als vom gleichen Typ betrachtet, wenn sie der gleichen Gruppe des Periodensystems der Elemente angehören. Im Stand der Technik sind zwar Verfahren beschrieben, bei denen auch mit mindestens zwei verschiedenen Dotierstoffen dotiert wird. Diese unterscheiden sich jedoch von der vorliegenden Erfindung maßgeblich dadurch, dass sie zum Teil auf andere Wirkungen gerichtet sind und dass keine Dotierung mit zwei elektrisch aktiven Dotierstoffen aus der gleichen Gruppe des Periodensystems der Elemente vorgenommen wird. Der Begriff "elektrisch aktiver Dotierstoff" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Dotierstoff, der auf Grund seiner Elektronenkonfiguration eine vom Halbleitermaterial abweichende Anzahl freier Elektronen aufweist. Eine Co-Dotierung von mit Phosphor dotiertem Silizium mit Germanium als zweitem Dotierstoff, wie sie beispielsweise in der US 5,553,566 beschrieben ist, zählt nicht zum erfindungsgemäßen Verfahren, da Germanium im Vergleich mit Silizium als elektrisch neutral anzusehen ist.
  • Die US 6,013,129 beschreibt zwar die Herstellung von hoch dotiertem Silizium mit einer Kombination aus zwei Dotierstoffen mit dem Ziel, eine möglichst hohe Leitfähigkeit ("metallisches Silizium") zu erreichen. Bei diesem Verfahren wird jedoch die gesamte Zahl an Ladungsträgern, also Löchern und Elektronen, maximiert, indem jeweils ein Dotierstoff der Gruppe III Elemente (p-Typ, elektrische Donatoren P, As, Sb) mit einem Dotierstoff der Gruppe V Elemente (n-Typ, Akzeptoren B, Al, Ga) kombiniert wird, wobei außerdem darauf geachtet wird, dass ein Element größer und ein Element kleiner als Silizium ist. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass sich die Ladungsträger wegen des unterschiedlichen Dotierstoff-Typs zum Teil kompensieren und deshalb besonders hohe Dotierstoffmengen erforderlich sind, um hoch dotierte Halbleiterscheiben herstellen zu können. Zur Herstellung reiner n-Typ oder p-Typ Substrate ist dieses Verfahren überhaupt nicht geeignet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zum Dotieren zwei Dotierstoffe vom gleichen Typ eingesetzt. Entsprechend wird von jedem Dotierstoff eine deutlich geringere Menge benötigt, als dies der Fall wäre, wenn derselbe spezifische Widerstand mit nur einem Dotierstoff eingestellt werden müsste. Vorteilhafterweise entweicht wegen der geringeren Dotierstoffkonzentrationen auch jeweils weniger Dotierstoff einer Art aus der Schmelze beim Herstellen eines Einkristalls. Zusätzlich wird durch die geringere Menge jedes einzelnen Dotierstoffes auch der elektrisch inaktive Anteil jedes Dotierstoffes geringer. Dadurch kann die insgesamt benötigte Menge an Dotierstoffen weiter gesenkt werden, was zu verringerten Herstellkosten führt. Durch geeignete Wahl der Dotierstoffmengen kann die Konzentration jedes einzelnen Dotierstoffs so reduziert werden, dass keine sub stitutionelle Unterkühlung der Schmelze stattfindet und ein versetzungsfreies Wachstum von Einkristallen mit höherer Dotierung unter Beibehaltung von ansonsten üblichen Bedingungen möglich wird.
  • Die geeignete Wahl der Dotierstoffe und Dotierstoffmengen ermöglicht auch schärfere Übergangsprofile zwischen dem Substrat und einer darauf abgeschiedenen epitaktischen Schicht. Aufgrund von unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten haben die Übergangsprofile zwischen epitaktischen Schichten und Substrat bei bestimmten Dotiergraden mit verschiedenen Dotierstoffen jeweils unterschiedliche typische Breiten. Durch eine geeignete Kombination von Dotierstoffen kann die Breite des Übergangsprofils bei gleichem Dotiergrad (d.h. Substratwiderstand) verringert werden, was die Verwendung dünnerer Schichten, und damit Kosteneinsparungen im Produktionsprozess, ermöglicht.
  • Die Herstellung der Halbleiterscheiben umfasst die dem Fachmann geläufigen Schritte, beginnend mit dem Wachsen eines Einkristalls, beispielsweise durch Ziehen des Einkristalls aus einer Schmelze gemäß der Czochralski-Methode oder dem Kristallisieren eines Einkristalls durch Zonenziehen. Die Schmelze besteht vorzugsweise aus Silizium, gegebenenfalls auch aus Germanium oder einer Mischung der beiden Halbleitermaterialien. Die Dotierstoffe werden vorzugsweise bereits zur Schmelze hinzugefügt und nicht erst durch Diffusion in die vom Einkristall abgetrennten Halbleiterscheiben eingebracht. Die vom Einkristall abgetrennten Halbleiterscheiben werden mindestens einer der ebenfalls üblichen formgebenden Maßnahmen wie Läppen, Schleifen oder Polieren unterzogen und vorzugsweise auf einer Seitenfläche mit mindestens einer epitaktischen Schicht versehen, deren spezifischer Widerstand von dem der hoch dotierten Substratscheibe in der Regel abweicht. Bevorzugt ist auch das Aufbringen einer Struktur von elektronischen Bauelementen auf einer Seitenfläche der Substratscheibe oder auf der epitaktischen Schicht.
  • Die Dotierstoffe für eine p-Dotierung gehören vorzugsweise der Gruppe III des Periodensystems der Elemente an, die für eine n- Dotierung vorzugsweise der Gruppe V des Periodensystems der Elemente. Besonders bevorzugt ist, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente P und Sb, die Elemente As und Sb, die Elemente P und As, die Elemente Sb und N, die Elemente As und N oder die Elemente P und N umfasst.
  • Die Konzentration der Dotierstoffe ist im Fall der Anwesenheit der Elemente B, P oder As vorzugsweise größer als 1·1018cm–3 und im Fall von Sb vorzugsweise größer als 1·1017cm–3. Besonders bevorzugt ist eine Konzentration der Dotierstoffe größer als 1·1019cm–3 im Fall der Anwesenheit der Elemente B, P oder As und im Fall von Sb größer als 1·1018cm–3. Besonders bevorzugt ist auch die Verwendung einer Kombination von Dotierstoffen so, dass die Summe aller Dotierstoffkonzentrationen größer als 3·1019cm–3 ist.
  • Besonders bevorzugt ist eine n-Dotierung, wobei einer der Dotierstoffe Antimon ist, und die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,005 Ohmcm oder kleiner ist. Ebenso bevorzugt ist eine n-Dotierung, wobei einer der Dotierstoffe Arsen ist, und die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,002 Ohmcm oder kleiner ist. Besonders bevorzugt ist auch eine p-Dotierung, wobei die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,05 Ohmcm oder kleiner ist.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren weiter erläutert. 1 zeigt an einem Beispiel, dass durch Dotieren mit zwei Dotierstoffen vom gleichen Typ versetzungsfreie Halbleiterscheiben mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand zugänglich sind, als durch Dotieren mit nur einem der beiden Dotierstoffe.
  • 2 zeigt die Konzentrationsprofile der Dotieratome am Übergang von einem hoch dotierten Substrat zu einer undotierten epitaktisch abgeschiedenen Schicht für verschiedene Kombinationen zweier Dotierstoffe A und B mit unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten bei jeweils gleichem Dotiergrad (Summe der Konzentration der beiden Dotierstoffe).
  • Beispiel (1)
  • Eine versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheibe mit mehr als 150 mm Durchmesser und Arsen als Dotierstoff ist nur bis zu einem spezifischen Widerstand von etwa 0,002 Ohmcm zugänglich. Bei höheren Arsenkonzentrationen bilden sich bei der Herstellung eines Einkristalls mit dem herkömmlichen Czochralski-Verfahren Versetzungen. Demgegenüber sind auch deutlich niedrigere spezifische Widerstände ohne Versetzungsbildung erreichbar, sofern eine Co-Dotierung mit Arsen und Phosphor erfolgt.
  • 2 zeigt die Konzentrationsprofile der Dotieratome am Übergang von einem hoch dotierten Substrat zu einer undotierten epitaktisch abgeschiedenen Schicht für verschiedene Kombinationen zweier Dotierstoffe A und B mit unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten bei jeweils gleichem Dotiergrad (mit dem Nullpunkt an der Grenzfläche und normierten Konzentrationen). Für den Bereich der mit bekannten Verfahren maximal erreichbaren Dotiergrade sind die Übergangsprofile jedoch breiter, da durch das Auftreten von elektrisch inaktiven Dotierstoffkomplexen eine größere Menge eines einzelnen Dotierstoffs benötigt wird. Durch die Co-Dotierung mit einem weiteren elektrisch aktiven Element gemäß der Erfindung wird die Summe der Dotierstoffkonzentrationen, die für das erreichen eines bestimmten Widerstands nötig ist, verringert. Gleichzeitig verringert sich damit die ausdiffundierende Gesamtmenge an Dotierstoff und es wird ein schärferes Übergangsprofil möglich.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben, wobei mindestens zwei Dotierstoffe zum Dotieren eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffe elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitermaterial zur Herstellung der Halbleiterscheiben Silizium oder Germanium oder eine Mischung aus Silizium und Germanium verwendet wird und die Dotierstoffe für eine p-Dotierung der Gruppe III und für eine n-Dotierung der Gruppe V angehören.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente P und Sb umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente As und Sb umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente P und As umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente Sb und N umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente As und N umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Dotierstoffen eingesetzt wird, die die Elemente P und N umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe im Fall der Anwesenheit der Elemente B, P oder As größer als 1·1018cm–3 und im Fall von Sb größer als 1·1017cm–3 ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seitenfläche der Halbleiterscheiben mindestens eine epitaktische Schicht abgeschieden wird.
  11. Halbleiterscheibe, die frei von Versetzungen ist und mit mindestens zwei Dotierstoffen dotiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffe elektrisch aktiv sind und der gleichen Gruppe des Periodensystems der chemischen Elemente angehören.
  12. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens eine, auf einer Seitenfläche der Halbleiterscheibe abgeschiedene epitaktische Schicht.
  13. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Silizium oder Germanium oder einer Mischung aus Silizium oder Germanium besteht und die Dotierstoffe bei einer p-Dotierung der Gruppe III und bei einer n-Dotierung der Gruppe V angehören.
  14. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine n-Dotierung, wobei einer der Dotierstoffe Antimon ist, und die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,005 Ohmcm oder kleiner ist.
  15. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine n-Dotierung, wobei einer der Dotierstaffe Arsen ist, und die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,002 Ohmcm oder kleiner ist.
  16. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine p-Dotierung, wobei die Halbleiterscheibe einen spezifischen Widerstand aufweist, der 0,05 Ohmcm oder kleiner ist.
  17. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine, von elektronischen Bauelementen gebildete Struktur.
DE102004004555A 2004-01-29 2004-01-29 Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben Withdrawn DE102004004555A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004004555A DE102004004555A1 (de) 2004-01-29 2004-01-29 Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben
KR1020050007065A KR100763425B1 (ko) 2004-01-29 2005-01-26 고도로 도핑된 반도체 웨이퍼의 제조 방법 및 변위가 없는고도로 도핑된 반도체 웨이퍼
US11/043,574 US7341787B2 (en) 2004-01-29 2005-01-26 Process for producing highly doped semiconductor wafers, and dislocation-free highly doped semiconductor wafers
TW094102541A TW200525053A (en) 2004-01-29 2005-01-27 Process for producing highly doped semiconductor wafers, and dislocation-free, highly doped semiconductor wafers
CNA200510006833XA CN1649092A (zh) 2004-01-29 2005-01-28 制造重掺杂半导体晶圆的工艺，及无位错、重掺杂半导体晶圆
JP2005023905A JP2005220013A (ja) 2004-01-29 2005-01-31 高度にドープされた半導体ウェハの製造法および転位のない高度にドープされた半導体ウェハ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004004555A DE102004004555A1 (de) 2004-01-29 2004-01-29 Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004004555A1 true DE102004004555A1 (de) 2005-08-18

Family

ID=34801213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004004555A Withdrawn DE102004004555A1 (de) 2004-01-29 2004-01-29 Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7341787B2 (de)
JP (1) JP2005220013A (de)
KR (1) KR100763425B1 (de)
CN (1) CN1649092A (de)
DE (1) DE102004004555A1 (de)
TW (1) TW200525053A (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110220190A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Lee Rong-Ren Solar cell having a graded buffer layer
JP5372105B2 (ja) * 2011-10-17 2013-12-18 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト ｎ型シリコン単結晶およびその製造方法
JP5803722B2 (ja) * 2012-02-14 2015-11-04 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
US10724148B2 (en) 2014-01-21 2020-07-28 Infineon Technologies Ag Silicon ingot and method of manufacturing a silicon ingot
US10337117B2 (en) 2014-11-07 2019-07-02 Infineon Technologies Ag Method of manufacturing a silicon ingot and silicon ingot
CN106222742B (zh) * 2016-09-12 2019-01-29 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种晶体硅及其制备方法
US11757004B2 (en) * 2016-09-30 2023-09-12 Intel Corporation Transistors including source/drain employing double-charge dopants
RU2626359C1 (ru) * 2016-12-02 2017-07-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Способ выращивания монокристаллов германия
US10854503B2 (en) * 2018-07-16 2020-12-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor structure with air gap and method sealing the air gap
KR20200094882A (ko) 2019-01-30 2020-08-10 삼성전자주식회사 에피택셜 웨이퍼 및 그의 제조 방법
CN110202419B (zh) * 2019-05-31 2021-10-19 北京通美晶体技术股份有限公司 锗单晶片、其制法、晶棒的制法及单晶片的用途
CA3175051A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 Umicore Heavily doped n-type germanium
EP3770306A1 (de) 2020-03-12 2021-01-27 Umicore Stark dotiertes germanium des typs n
CN111969039A (zh) * 2020-08-10 2020-11-20 湖南大学 一种改善衬底电阻率的衬底晶圆结构以及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6059875A (en) * 1999-01-11 2000-05-09 Seh America, Inc. Method of effecting nitrogen doping in Czochralski grown silicon crystal
DE19961126A1 (de) * 1999-12-17 2001-06-21 Siemens Solar Gmbh Siliziumkristall, insbesondere für Solarzellen, und Verfahren zur Herstellung
DE10106369A1 (de) * 2000-02-25 2001-11-08 President Of Shinshu Universit Verfahren zur Herstellung von versetzungsfreien Silicium-Einkristallen
WO2002024986A2 (en) * 2000-09-19 2002-03-28 Memc Electronic Materials, Inc. Nitrogen-doped silicon substantially free of oxidation induced stacking faults
DE10207284A1 (de) * 2002-02-21 2003-09-11 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Einkristalls aus Silicium
DE10250822A1 (de) * 2002-10-31 2004-05-19 Wacker Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung eines mit leichtflüchtigem Fremdstoff dotierten Einkristalls aus Silicium

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3059815A (en) * 1960-12-20 1962-10-23 Jr Craig B Parsons Surgeon's powder dispensing machine
US3812519A (en) * 1970-02-07 1974-05-21 Tokyo Shibaura Electric Co Silicon double doped with p and as or b and as
JPS6045016A (ja) 1983-08-22 1985-03-11 Nec Corp 機能素子の形成方法
JPH0397224A (ja) * 1989-09-11 1991-04-23 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP2804455B2 (ja) 1995-03-24 1998-09-24 科学技術振興事業団 温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法
EP0733726A3 (de) 1995-03-24 1997-05-02 Koji Izunome Züchtung von Silizium-Einkristall mit einer einheitlichen Verteilung der Dotierung in der Längs- oder Radialrichtung
US5553566A (en) 1995-06-22 1996-09-10 Motorola Inc. Method of eliminating dislocations and lowering lattice strain for highly doped N+ substrates
US5911737A (en) 1997-02-28 1999-06-15 The Regents Of The University Of California Microfabricated therapeutic actuators
JP3525141B2 (ja) 1997-08-20 2004-05-10 独立行政法人 科学技術振興機構 抵抗率が低いｎ型又はｐ型金属シリコンの製造方法
JP4607304B2 (ja) 2000-09-26 2011-01-05 信越半導体株式会社 太陽電池用シリコン単結晶及び太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ並びにその製造方法
JP2002208596A (ja) 2001-01-09 2002-07-26 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン単結晶ウエハ
JP2003124219A (ja) * 2001-10-10 2003-04-25 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp シリコンウエーハおよびエピタキシャルシリコンウエーハ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6059875A (en) * 1999-01-11 2000-05-09 Seh America, Inc. Method of effecting nitrogen doping in Czochralski grown silicon crystal
DE19961126A1 (de) * 1999-12-17 2001-06-21 Siemens Solar Gmbh Siliziumkristall, insbesondere für Solarzellen, und Verfahren zur Herstellung
DE10106369A1 (de) * 2000-02-25 2001-11-08 President Of Shinshu Universit Verfahren zur Herstellung von versetzungsfreien Silicium-Einkristallen
WO2002024986A2 (en) * 2000-09-19 2002-03-28 Memc Electronic Materials, Inc. Nitrogen-doped silicon substantially free of oxidation induced stacking faults
DE10207284A1 (de) * 2002-02-21 2003-09-11 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Einkristalls aus Silicium
DE10250822A1 (de) * 2002-10-31 2004-05-19 Wacker Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung eines mit leichtflüchtigem Fremdstoff dotierten Einkristalls aus Silicium

Also Published As

Publication number Publication date
CN1649092A (zh) 2005-08-03
US7341787B2 (en) 2008-03-11
JP2005220013A (ja) 2005-08-18
US20050167001A1 (en) 2005-08-04
KR100763425B1 (ko) 2007-10-04
KR20050077754A (ko) 2005-08-03
TW200525053A (en) 2005-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69031753T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstelle für die Schaltung eines Halbleiterbauelementes
DE69313365T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren
DE2823967C2 (de)
DE102008064719B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements in einem Substrat
EP0000897A1 (de) Verfahren zum Herstellen von lateral isolierten Siliciumbereichen
DE102004004555A1 (de) Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben
DE1292256B (de) Drift-Transistor und Diffusionsverfahren zu seiner Herstellung
DE3545040A1 (de) Verfahren zur herstellung einer vergrabenen schicht und einer kollektorzone in einer monolithischen halbleitervorrichtung
DE102004060624B4 (de) Halbleiterscheibe mit epitaktisch abgeschiedener Schicht und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe
EP0005744B1 (de) Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten
DE112018001919T5 (de) Verfahren zum herstellen eines siliziumepitaxialwafers und siliziumepitaxialwafer
EP1701386B1 (de) Verfahren zur Integration von zwei Bipolartransistoren in einem Halbleiterkörper, Halbleiteranordnung in einem Halbleiterkörper und Kaskodenschaltung
DE69511343T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines für IGBT geeigneten Halbleiterplättchens
DE2154386A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird
DE69820940T2 (de) Verfahren zur Herstellung von hochdotiertem Silicium
DE3131875A1 (de) "verfahren zum herstellen einer halbleiterstruktur und halbleiterstruktur"
DE69023582T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes mittels Ionen-Implantation.
DE2439535A1 (de) Verfahren zum eindiffundieren aktiver stoerelemente in halbleitermaterialien
EP2130214B1 (de) Selektives wachstum von polykristallinem siliziumhaltigen halbleitermaterial auf siliziumhaltiger halbleiteroberfläche
DE2732582C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102016125340A1 (de) Verfahren zum Bilden eines Halbleitersubstrats, Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements, Halbleitersubstrat und Halbleiterbauelement
DE102020119781A1 (de) Bipolartransistor mit segmentierten emitterkontakten
DE2049696C3 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen
DE1764765A1 (de) Halbleiter-Bauelement
DE1288197B (de)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee