DE1539851C3 - Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von innerhalb eines Halbleiterkörpers angeordneten Kapazitätsdioden - Google Patents

Description

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koeffizient der Dotierungsstoffe des ersten Leitfähig- ganges bestimmenden Dotierung relativ großen keitstyps aufweisen und daß nach der Herstellung Diffusionskoeffizienten, aber praktisch nicht mehr der pn-Übergänge eine Nachdiffusion der Dotierungs- eine Diffusion der Dotierung kleineren Diffusionsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb des in koeffizienten, die den Dotierungsgradienten im Halboxydierender Atmosphäre angeordneten Halbleiter- 5 leiterkörper bestimmt, stattfindet. Die sich bei der körpers bei einer Temperatur erfolgt, bei der die Oxydation des Halbleiterkörpers bildende Oxyd-Dotierungsstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps prak- schicht hat den Vorteil, daß der Halbleiterkörper tisch nicht diffundieren. gegen Aus- bzw. Eindiffusion geschützt ist. Außer-

Bei der thermischen Oxydation wird also die Kon- dem bleibt die bereits vorhandene Oxydschicht unzentration der Dotierung mit größerem Diffusions- io beschädigt, da keine Reaktion mit Dotierungskoeffizienten abgesenkt und das Konzentrationsprofil materialien erfolgen kann, wenn mit der Oxydschicht abgeflacht. Vor der Einstellung ist somit die Kapazi- reaktionsfähige Dotierungsmaterialien verwendet wertät größer. den. Durch derartige Reaktionen können nämlich in

Aus der französischen Patentschrift 1 290 783 ist der Oxydschicht Löcher entstehen, die zu Kurz-

zwar ein Verfahren zur Herstellung von Kapazitäts- 15 Schlüssen oder unstabilen Kennlinien Anlaß geben,

dioden bekannt, bei dem Dotierungsstoffe eines Die Einstellung in oxydierender Atmosphäre nach

zweiten Leitfähigkeitstyps in eine Zone eindiffundiert dem Verfahren der Erfindung hat noch folgenden

werden, in der ein Gradient von Dotierungsstoffen Vorteil gegenüber einem Verfahren der Einstellung

des ersten Leitfähigkeitstyps herrscht, wobei die durch Nachdiffusion in dotierender Atmosphäre: Bei

Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps den ao dem Verfahren der vorliegenden Erfindung entstehen

größeren Diffusionskoeffizienten aufweisen. Bei im Gegensatz zum zuletzt genannten Verfahren keine

diesem Verfahren sind aber vor der Nachdiffusion glasartigen Schichten. Da die üblichen Photolacke

Zwischenmessungen notwendig. auf diesen Glasschichten schlecht haften und die bei

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung soll im der ersten Diffusion eindiffundierten Zonen der folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels er- 35 Einzelelemente zur elektrischen Messung und zur Beläutert werden. messung von Zeit und Temperatur der Einstellung

Zum Herstellen einer Mehrzahl von Kapazitäts- freigelegt werden müssen, erlaubt das Verfahren der dioden in Planarausführung wird von einem platten- vorliegenden Erfindung die Anwendung der photoförmigen Si-Halbleiterkörper von etwa 10 möcm mit lithographischen Technik zur Freilegung der einzeleiner epitaktischen Schicht von etwa 1 öcm ausge- 30 nen Zonen, da die üblichen Photolacke sehr gut auf gangen. Der Halbleiterkörper wird thermisch oxydiert einer Siliciumoxydschicht haften,
und die Siliciumoxydschicht in bekannter Weise mit Schließlich wird die Oxydschicht an den für eine Hilfe der photolithographischen Technik mit je einem Kontaktierung erforderlichen Stellen enfternt, Kon-Durchbruch für jede einzelne Kapazitätsdiode ver- taktmaterial in einem geeigneten Verfahren aufgesehen. Dann erfolgt die Diffusion des Dotierungs- 35 bracht, beispielsweise durch Aufdampfen, die Halbgradienten durch die Durchbrüche unter Verwendung leiterplatte in Einzelelemente zerteilt, die Einzelvon Dotierungen vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie elemente werden kontaktiert und verkappt,
derjenige des Hablleiterkörpers und der Epitax- Durch das Verfahren nach der Erfindung wird beischicht. Bei einem η-leitenden Halbleiterkörper wird läufig eine wesentliche Verbesserung des Oxydes erbeispielsweise Phosphor als Dotierung für den Do- 40 reicht. Die Stromspannungskennlinien ändern sich tierungsgradienten verwendet. Darauf erfolgt durch nicht während der weiteren Behandlung, wie Kondie gleichen Fenster die Diffusion des pn-Überganges taktierung und Verkappung. Die Zahl der Doppeibis annähernd zur gewünschten Tiefe mit Dotierun- knicke in den Stromspannungskennlinien wurde gen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie der des wesentlich herabgesetzt.

Halbleiterkörpers bzw. der Epitaxschicht, beispiels- 45 Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auch

weise mit Bor. Für die Diffusion des pn-Überganges anwendbar auf andere Halbleitermaterialien, z. B.

werden allgemein nach der Erfindung Dotierungen Germanium und halbleitende Verbindungen. Als

mit größeren Diffusionskoeffizienten verwendet, als gegen Diffusionen maskierende Schichten werden im

ihn die Dotierung des Dotierungsgradienten aufweist. Falle des Germaniums bekanntlich ebenfalls Silicium-

Darauf erfolgt eine thermische Oxydation bei einer 50 oxydschichten verwendet, die durch den bekannten

Temperatur und über eine Zeit, bei der zwar noch Silanprozeß, durch Aufdampfen oder durch reaktive

eine merkliche Diffusion der die Lage des pn-Über- Kathodenzerstäubung erzeugt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 gegengesetzten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise Bor, Patentansprüche: diffundiert. Die Oberflächenkonzentration des den pn-übergang ergebenden Dotierungsmaterials mit

1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl dem Konzentrationsverlauf 4 muß selbstverständlich von innerhalb eines Halbleiterkörpers ange- 5 größer gewählt werden als die Oberflächenkonzenordneten Kapazitätsdioden mit je einem pn-Über- tration c„ der den Dotierungsgradienten ergebengang, bei dem in einen hochohmigen Halbleiter- den Dotierung. Durch die Lage des pn-Übergangs körper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps im Dotierungsgradienten 3 werden die Abbruch-Dotierungsstoffe desselben Leitfähigkeitstyps ein- spannung, die Anfangskapazität und der Kapazitätsdiffundiert werden, so daß sich eine Zone mit 10 verlauf mit anliegender Sperrspannung bestimmt. Für einem Dotierungsgradienten bildet, wonach in den Anwender derartig hergestellter Kapazitätsdiese Zone Dotierungsstoff des zweiten, entgegen- dioden sind möglichst geringe Exemplarstreuungen gesetzten Leitfähigkeitstyps derart eindiffundiert bezüglich Anfangskapazität und Kapazitätsverlaufs wird, daß ein pn-übergang entsteht, dadurch der Kapazitätsdioden erwünscht. Das Einstellen gekennzeichnet, daß die Dotierungsstoffe 15 dieser beiden Größen kann so erfolgen, daß zunächst des zweiten Leitfähigkeitstyps einen größeren der pn-übergang nur so tief diffundiert wird, daß die Diffusionskoeffizienten als der Diffusionskoeffi- Anfangskapazität größer ist als gefordert. Durch zient der Dotierungsstoffe des ersten Leitfähig- weitere kurze Nachdiffusionen wird dann die Kapazikeitstyps aufweisen und daß nach der Herstellung tat dem gewünschten Wert angenähert. Zur Beder pn-Übergänge eine Nachdiffusion der 20 messung der Nachdiffusionen sind Zwischenmessun-Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps gen der Kapazität erforderlich. Diese technisch naheinnerhalb des in oxydierender Atmosphäre ange- liegende Methode hat jedoch mehrere Nachteile, ordneten Halbleiterkörpers bei einer Temperatur wenn die Vorteile der bekannten Planartechnik auserfolgt, bei der die Dotierungsstoffe des ersten genutzt werden.

Leitfähigkeitstyps praktisch nicht diffundieren. 25 Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Anwendung

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dieser Methode bei der Planartechnik durch mehrkennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper aus faches Freiätzen der Siliciumoberfläche zum Messen Silicium verwendet wird. des Anfangswertes und der Spannungsabhängigkeit

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch der Kapazität die Beschaffenheit des Oxydes negativ gekennzeichnet, daß die Diffusion der pn-Über- 30 beeinflußt wird. Der pn-übergang wird teilweise freigänge durch Durchbrüche in einer Siliciumoxyd- geätzt, es lassen sich Löcher im Oxyd nicht verschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers meiden. Auf Grund dieser Fehler ergeben sich nach in den Halbleiterkörper erfolgt. der Kontaktierung unstabile Sperrkennlinien oder

Kurzschlüsse. Fehler können auch dadurch hervor-

35 gerufen werden, daß bei mehrfacher Nachdiffusion

in dotierender Atmosphäre Reaktionen des Dotierungsmaterials mit dem Oxyd stattfinden.

Es wurde ferner festgestellt, daß sehr oft nach kurzzeitigen Nachdiffusionen in der Sperrkennlinie

Kapazitätsdioden mit einem diffundierten pn-Über- 40 der Dioden mehrere Doppelknicke auftreten. Durch

gang in einem Dotierungsgradienten innerhalb eines diesen Effekt wird der nutzbare Aussteuerbereich

Halbleiterkörpers sind bekannt. Sie weisen eine wesentlich erniedrigt.

wesentlich stärkere Abhängigkeit der Kapazität von Schließlich wurde festgestellt, daß selbst einwand-

der angelegten Sperrspannung auf als Dioden, bei freie Sperrkennlinien sich nach der Kontaktierung

denen der pn-übergang in einen homogen dotierten 45 verschlechtert hatten. Die Abbruchspannung nach

Halbleiterkörper eindiffundiert ist. Das Verfahren der Kontaktierung lag tiefer als vorher,

zum Herstellen von Dioden mit einem diffundierten Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für

pn-übergang innerhalb eines Dotierungsgradienten die reproduzierbare Herstellung einer Mehrzahl

ist allgemein bekannt und soll kurz zum Verständnis von innerhalb von Halbleiterkörpern angeordneten

des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden 50 Kapazitätsdioden mit je einem pn-übergang anzu-

Problems an Hand der Zeichnung erläutert werden. geben, bei dem einmal eingestellte Werte der

Zunächst wird gemäß der F i g. 1 in einen homogen Spannungsabhängigkeit und des Anfangswertes der

dotierten Halbleiterkörper 1, beispielsweise n-Siiicium, Kapazität ohne Zwischenmessungen eingehalten wer-

eine η-dotierende Verunreinigung, beispielsweise den können.

Phosphor, eindiffundiert. Dabei entsteht an der Ober- 55 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herfläche eine η+-dotierte Zone 2 mit einem Dotierungs- stellung einer Mehrzahl von innerhalb eines Halbgradienten. Die F i g. 2 zeigt die Konzentrations- leiterkörpers angeordneten Kapazitätsdioden mit je abnähme des Dotierungsmaterials von der Ober- einem ρη-Übergang, bei dem in einen hochohmigen flächenkonzentration c„ bis zu einer Tiefe x„ auf den Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps Wert der Grunddotierung c_r des Halbleiterkörpers. 60 Dotierungsstoffe desselben Leitfähigkeitstyps ein-Der Wert der Oberflächenkonzentration c„ und der diffundiert werden, so daß sich eine Zone mit einem Konzentrationsverlauf bis zur Tiefe x„ können durch Dotierungsgradienten bildet, wonach in diese Zone Anwendung eines geeigneten Diffusionsverfahrens Dotierungsstoff des zweiten, entgegengesetzten Leiteingestellt werden. Dazu ist das sogenannte Pulver- fähigkeitstyps derart eindiffundiert wird, daß ein diffusionsverfahren unter Verwendung von dotiertem 65 pn-übergang entsteht. Die vorstehend erwähnte Auf- und pulverisiertem Halbleitermaterial besonders ge- gäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eignet. In die Zone mit dem Dotierungsgradienten Dotierungsstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps einen wird nun gemäß Fig. 3 Dotierungsmaterial ent- größeren Diffusionskoeffizienten als der Diffusions-