DE1544273A1 - Verfahren zum Eindiffundieren von aus der Gasphase dargebotenem Dotierungsmaterial in einen Halbleitergrundkristall - Google Patents

Verfahren zum Eindiffundieren von aus der Gasphase dargebotenem Dotierungsmaterial in einen Halbleitergrundkristall

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DE1544273A1 DE19651544273 DE1544273A DE1544273A1 DE 1544273 A1 DE1544273 A1 DE 1544273A1 DE 19651544273 DE19651544273 DE 19651544273 DE 1544273 A DE1544273 A DE 1544273A DE 1544273 A1 DE1544273 A1 DE 1544273A1
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    • Y10S148/122—Polycrystalline

Description

Siemens & Hslske München, den .13; DEZ. 1965
Aktiengesellschaft Wittelsbacherplata 2
65/3198
Verfahren 2um Eindiffundieren von aus der Gasphase dargebotenem Dotierungsmaterial in einen Halbleitergrundkristall
Bei der Planartechnik und anderen Techniken zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, z.B. von Transistoren, wird Dotierungsmaterial aus der Gasphase unter Verwendung einer auf der Oberfläche eines Halbleitergrundkristalles aufgewachsenen Maskierung aus SiO2 mit mindestens einem Diffusionsfenster zum Eindiffundieren in den Halbleitergrundkristall gebracht.
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PA 9/495/784 7.12.1965 ~ *2 -
Bevorzugt gesteht dabei def Halbleitergrundkristall aus Silizium, so daß die maskierende SiOg-Schicht unmittelbar durch Oxydation der KristalloberflUche mit nachfolgendem Einätzen der Diffusionsfenster,vorzugsweise unter Anwendung der bekannten Photolithographie,erzeugt werden kann. Das Dotierungsmaterial kann entweder in elementarer Form oder als chemische Verbindung, insbesondere als Halogenid oder Oxyd, dargeboten sein.
Die Wirksamkeit der den Halbleiter bedeckenden SiO2-Schicht als Maskierung beruht wohl in der Mehrzahl der Möglichkeiten darauf, daß der für die Diffusion verwendete Dotierungsstoff auch bei den hohen bei der Diffusion erforderlichen Temperaturen in der SiOp-Schicht einen um mehrere Größenordnungen kleineren Diffusionskoeffiaienten als in dem Halbleitermaterial besitzt. PUr eine Reihe von Dotierungsstoffen, z.B. Ga, In, P, Sb und Aa,:wäre jedoch eine noch kleinere Diffusionsgeschwindi£- keit im SiO2* als sie in der Tat vorliegt, erwünscht. Will man nämlich solche Dotierungsstoffe unter Verwendung der bekannten SiOprMaskierungstechnik eindiffundieren, so muß man verhältnismäßig dicke und daher aufweiidige SiOg-Schichten als Maskierung verwenden. Die Herstellung solcher dicken Maskierungsschichten führt aber wegen der dabei benötigten langen Zeiten und/oder hohen Temperaturen bei Halbleiterkörpern, die bereits ein Dotierungsprofil besitzen, zu einer unerwünschten Änderung dieses Profiles. . ■
909836/1365 _ % _
Pil 9/493/784 " --3-
Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Eindiffundieren von aus der Gasphase dargebotenem Dotierungsmaterial in einen - insbesondere aus Silizium bestehenden - Halbleitergrundkristall unter Verwendung einer vorzugsweise aus SiOg bestehenden, mit mindestens einem zur eigentlichen Oberfläche deb Halbleitergrundkristalles durchgehenden Diffusionsfenster versehenen Maskierung, bei dem erfindungegemäß eine den einzudiffundierenden Dotierungsstoff enthaltende Halbleiterschicht, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Halbleitergrundkriatäll, mindestens auf der durch das Diffusionsfenster freigelassenen gesamten Oberfläche des Halbleitergrundkristalles aus der Gasphase niedergeschlagen und dann aus dieser HaIbleiterschieht der Dotierungsstoff in den·Grundkristall sum Eindiffundieren gebracht und ggfe. schließlich die aus der Gasphase niedergeschlagene Halbleiterschicht mindestens zum Teil wieder entfernt wird.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nicht notwendig die aus der Gasphase abgeschiedene Halbleiterschicht auf die von dem Diffusionsfenster freigelassene Halbleiteroberfläche beschränkt zu werden braucht. Vielmehr darf die aus der Gasphase abgeschiedene hochdotierte Halbleiterschicht auch die SiOg-Maskierung bedecken.
Indem nämlich das erfindungsgemäße Verfahren den aus der Gasphase dargebotenen Dotierungestoff zunächst in eine feste
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Halbleiterschicht einbaut, bevor er zum Eindiffundieren in den Halbleitergrundkristall kommt, ist es wesentlich schwieriger für den Dotierungastoff in die SiOg-Schicht der Maskierung einzudringen, als wenn der Dotierungsstoff entweder unmittelbar aus der Gasphase oder - wie es bei der Verwendung von BpO, bzw. JppOn ~ a^B Dotierungsmaterial zwangsläufig ist, -aus einer den totierungsstoff enthaltenden glasigen Schicht in das SiO2 der eigentlichen Maskierung eindringen würde. . Effektiv bedingt also die erfindungsgemäße Maßnahme eine
Erhöhung der »Maskierungsfähigkeit1' der SlOg-Maskierung und zwar mindestens etwa um den Faktor 10. Dies gilt insbesondere auch für die oben genannten Dotierungsstoffe. Bine Ausnahme bildet lediglich Bor, für das das Verhältnis etwas ungünstiger
ist. .■■■'· :,':. ■'■■_] "■.-"".'
Wie-bereits bemerkt, besteht die aus der Gasphase niedergeschlagene Schicht bevorzugt aus dem gleichen Halbleiter-
material wie der Grundkristall. Dann hat man die in^Fig. /Γ dargestellte Situations An der Oberfläche des aus Si bestehenden Halbleitergrundkristalles 1 ist in bekannter Weise, a.B. durch thermische Oxydation, eine SiO2^Schicht 2 als Maskierung aufgewachseh, in welche ein zur unmittelbaren Oberfläche des Grundkristalles 1 durchgehendes Fenster 3 eingeät&t wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun der von dem. Diffusiohsfenster 3 freigelassene Teil der Halbleiteroberfläche "und mindestens die angrenzende Maskierung 2 von einer hochdotierten Si-Schicht 4 bedeckt. Diese Si-Schicht 4 grenzt
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in Fenster "an da3 Bi des Grundkristalles. Es wird verständlich", daß unter diesen Bedingungen die Überwindung dieser Grenze durch den Dotierungsstoff der epitaktischen Schicht 4 "besonders leicht wird. Anderseits wird, wie bereits festgestellt, dem Dotierungsstoff bei der Überwindung der Grenze zwischen der upitcJitia'öhbn Si-Schicht 4 und der SiOp-Maskierung 2 ein besonders großer "Widerstand" geboten, was insbesondere für Silizium und Germanium gilt. Hierdurch ist der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich die Tatsache, daß ' die durch die SiOp-Maskierung zu schützenden Teile des Halbleitergrundkristalle s besser gegen den einzudiffundierenden Dotierungsstoff geschützt werden, zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt .sich weitgehend ohne Wechsel der Behandlungsapparatur durchführen, indem man die -epitaktische'Abscheidung der Schicht 4, das Bindiffundieren des Dotierungsstoffes aus dieser Schicht in den Halbleitergrundkristall sowie das Wiederabätzen der Schicht -'4 im gleichen Gefäß mittels entsprechender Reaktionsgase vornimmt« So kann man zur Abscheidung einer Si-Schicht 4 als Reaktionsgas mit Wasserstoff vermischtes, dotierungsstoffhaltigee SiHCl,, verwenden, zur Durchführung der Diffusionsbehandlung mit neutralem Gas oder Wasserstoff arbeiten, während zur Erzielung eines .Abützens der Si-Schicht 3 mit HCl vermischter Wasserstoff verwendet werden kann. Die im einzelnen erforderlichen Bedingungen sind bekannt. Der Abtragungsvorgang läßt sich -
909836/1365 BA0 omenMt
■ — 6 —
insbesondere oberhalb der SiCU-Maskierung, optisch, z.B.
■ d
mittels Infrarotreflexion, verfolgen.
Der räumliche Vorlauf des Profiles der Dotierungskonzentration nach der Diffusion ist gegeben durch
Q-(X, t ) = C1 + ^C-^ erf ( £-==£ ) + erf
mit 0Q = Dotierungskonzentration in der aufgewachsenen
Schicht 4
C, = Dotierungskonzentration im Grundkristall 1
χ =? Entfernung von der Oberfläche im Fenster 5
a s Dicke der aufgewachsenen Schicht 4 im Fenster
D * Diffusionskoeffizient des Dotierungsstoffes
t * Zeit
Durch geeignete Wahl der Großen a, C0 und t lassen sich viel fältige Profile erreichen.
Ggfs. kann 4ie hochdotierte Schicht-4 auch verbleiben, um eine Kontaktierungsmöglichkeit des darunterliegenden Halbleitermaterials zu geben.
5 Patentansprüche
1 Figur
'.·"■■■■ - γ -
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Claims (1)

  1. PA 9/493/784 - 7 -
    Patentansprüche
    1.) Verfahren zum Eindiffundieren von aus der Gasphase dargebotenem .Dotierungsmaterial, in einen Halbleitergrundkristall - insbesondere aus Silizium - unter Verwendung einer s.B. vorzugsweise aus SiOp bestehenden, mit mindestens einem zur eigentlichen Oberfläche des Halbleitergrundkristalle s durchgehenden Diffusionsfenster versehenen Maskierung, dadurch gekennzeichnet, daß eine den einzudiffundierenden Dotierungsstoff enthaltende Halbleiters chicht, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Halbleitergrundkristall, mindestens auf der durch das Diffusionsfenster freigelassenen gesamten Oberfläche des Halbleitergrundkristalles aus der Gasphase niedergeschlagen und dann aus dieser Halbleiterschicht der Dotierungsstoff in den Grundkristall zum Eindiffundieren gebracht wird.
    2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Gasphase niedergeschlagene, dotierungsstoffhaltige Halbleiterschicht mindestens teilweise wieder entfernt wird.
    5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Gasphase niedergeschlagene, dotierungsstoffhaltige Halbleiterschicht alo Kontaktierung des
    909836/1365
    darunterliegenden Halbleitcrmaterials verwendet *d.rd.
    .4.) Verfahren nach einem der .Ansprüche 1 bis. *5» dadurch gekennzeichnet, daß als einzudiffundierender Dotierungßßtoff eines der Elemente Ga, In, As, Sb oder 3? verwendet wird.
    0 Halbleiterbauelemente wie Transistoren, Festkörperschaltkreise und Dioden nach Verfahren nach eineßi der Ansprüche 1 bis 4. .-
    9Q9836/136S
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