DE1544295C3

DE1544295C3 - Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern

Info

Publication number: DE1544295C3
Application number: DE19661544295
Authority: DE
Inventors: Shibnarayan 8000 Muenchen Ghosh-Dastidar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-07-19
Filing date: 1966-07-19
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE1544295B2; DE1544295A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern, wobei auf den Halbleiterkörper Phosphorsäureester aufgebracht, thermisch zersetzt und anschließend der freigesetzte Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

Ein Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 247 032), bei dem ein Phosphorsäureester in Dampfform mittels eines Trägergases oder durch Verdampfen in das unter Vakuum gehaltene Reaktionsrohr auf den Halbleiterkörper aufgebracht und dort thermisch zersetzt wird. Anschließend wird der Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert.

Allgemein wird bei Dotierungsverfahren, die auf der Eindiffusion von Aktivatormaterialien in Halbleiterkristallen beruhen, das einzudiflundierende Material häufig durch Aufdampfen auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht und durch eine anschließende Wärmebehandlung in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Das Aufdampfen kann dabei unter Anwendung einer geeigneten Abdecktechnik wie beispielsweise der Fotolithografie oder unter Verwendung von Schablonen erfolgen.

Da diese Verfahren nicht für alle Anwendungsgebiete und Dotierungsmaterialien geeignet sind, ist man dazu übergegangen, das einzudiffundierende Material in flüssiger Form auf die Halbleiteroberfläche aufzubringen und anschließend einzudiffundieren. Man bedient sich in diesem Fall des sogenannten »Paint-on«-Verfahrens, bei dem ein als Tinktur oder »Paint« bezeichnetes flüssiges oder pastöses Gemisch, welches das Aktivatormaterial und gegebenenfalls ein Metall, das die Aufgabe hat. die Halbleitereigenschaftcn. z.B. die Trägcrlebensdaucr in bestimmter Weise zu beeinflussen, in gelöster oder suspendierter Form enthält, auf die Oberfläche des zu dotierenden Körpers aufgetragen wird, was beispielsweise durch Aufsprühen, Aufpinseln- oder Tauchen geschehen kann. ">

Dabei wirkt es sich bei den bisher verwendeten Tinkturen nachteilig aps, daß diese häufig schlechte Benetzungseigenschaften zeigen und außerdem, vor allem bei längerem Stehenlassen, zur Entmischung und damit zur Bildung von Rückständen neigen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird daher gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß Phosphorsäureester als Gemisch aus Phosphorsäuremonoäthylester und

,₅ Phosphorsäurediäthylester in Lösung mit einem Gemisch aus Äthylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol verwendet wird. Durch die Erfindung können sehr hohe Dotierungskonzentrationen erreicht werden. Nach der Dotierung bleiben keine Rückstände zurück.

Vor allem bei großen Eindringtiefen ergibt sich eine kürzere Diffusionszeit. Wegen der guten Benetzungseigenschaften ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf geätzte und polierte Scheiben möglich. Schließlich kleben auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Scheiben nicht zusammen.

Die Anteile der beiden Ester verteilen sich bei einer besonders günstigen Ausführungsform derart, daß 43 Teile Mono- und 53 Teile Diäthylester verwendet werden.

Die Lösung kann dabei neben dem Aktivatormaterial eine lösliche Verbindung eines Metalls, das geeignet ist, durch Bildung von Rekombinationszentren die Trägerlebensdauer herabzusetzen, enthalten. Wird

z. B. Nickel als Metall verwendet, so wird dieses vorteilhafterweise in Form eines Chlorids NiCl₂ ■ 6 H₁O zur Anwendung gebracht. Durch diese Auswahl der Verbindungen des Aktivatormaterials und des Metalls wird bei dem angegebenen Lösungsmittel erreicht, daß sich beide Substanzen vollständig lösen und auch bei längerem Stehenlassen keine Rückstände bilden.

Als besonders günstig hat sich eine alkoholische Lösung erwiesen, die aus 1 g Nickelchlorid NiCl₂-OH₂O, 1,5 ecm Phosphorsäureäthylester (43% Mono- und 53% Diäthylester), 6 ecm Tetrahydrofurfurylalkohol C₄H₇OCH₂OH und 15 ecm Äthylalkohol besteht.

Die auf den Halbleiterkörper aufgetragene, das Aktivatormaterial enthaltende Lösung wird zunächst bei etwa 80—100°C getrocknet. Dann wird das Aktivatormaterial in den Halbleiterkörper eindiffundiert.

; Bei Verwendung von Silicium beträgt die Diffusionstemperatur 1000—1300⁰C, bei Germanium 500 bis 700° C. Die Eindringtiefe des Diffusionsmaterials wird im wesentlichen durch die Diffusionszeit bestimmt.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnungen können ohne Schwierigkeiten direkt zu Halbleiterbauelementen, wie Transistoren, Gleichrichter oder dergleichen, mit wenigstens einem /j-dotierten Bereich verarbeitet werden. Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem an Hand der Fig. 1,2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispiel hervor.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird auf einen scheibenförmigen Halbleiterkörper 1. z.B. eine einkristalline Siliciumscheibe, eine Lösung, die 1 g Nickelchlorid. 1,5 ecm Phosphorsäureester (43% Mono- und 53",, Diäthylester) in einem Gemisch aus 6 ecm Tetrahydrofur-

furylalkohol und 15 ecm Äthylalkohol enthalt, aufgebracht. Dieses Lösungsmiitclgeniisch hat neben guten Benetzungseigenschaften den Vorteil, daß es als Lösungsmittel sowohl für die verwendete Phosphorverbindung als auch für das Nickelchlorid geeignet ist und eine Lösung dieser Stoffe ergibt, die auch bei längerem Stehenlassen keine Entmischung zeigt.

Das Aufbringen der Lösung erfolgt beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufpinseln. Man erhält so einen dünnen Film 2 in den dafür vorgesehenen Bereichen 3 und 4 des Halbleiterkörpers 1. Die Lösung wird dann durch eine Wärmebehandlung bei etwa 80—100⁰C getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampft. Der dünne Film 2 besteht im wesentlichen aus einem Gemisch aus der Phosphorverbindung und dem Metall bzw. dessen Verbindung. Daran anschließend wird der mit dem dünnen Film 2 versehene SiIiciumkörperl einer Wärmebehandlung bei 1000 bis 1300⁰C unterworfen. Dabei zersetzt sich sowohl die organische Phosphorverbindung als auch das Nickelchlorid. Der freie Phosphor diffundiert in das Siliciumgitter ein und bildet die «-dotierten Bereiche 5, wie in Fig. 2 angedeutet.

Der Vorteil des Verfahrens ist vor allem darin zu sehen, daß sehr gleichmäßige Diffusionsfronten, d.h. eine gleichmäßige Eindringtiefe über den gesamten diffundierten Bereich, erhalten werden. Dies rührt in erster Linie daher, daß es sich bei der verwendeten Lösung um eine echte Lösung des Dotierungsmatcrials handelt, wodurch bei den guten Benetzungseigenschaften dieser Lösung ein gleichmäßiger Auftrag der Lösung ohne technische Schwierigkeiten möglich ist. Neben der leichten Handhabung ist als weilerer Vorteil anzusehen, daß bei kürzerer Diffusionszeit eine höhere Dotierungskonzentration erreicht werden kann, was auf die hohe Löslichkeit der verwendeten Phosphorverbindung in der angegebenen Lösung zurückzuführen ist.

Das als Chlorid in Lösung befindliche Nickel wird zu metallischem Nickel reduziert und diffundiert ebenfalls in den Halbleiterkörper ein.

Bringt man die Lösung nicht nur auf einzelne Bereiche der Halbleiteroberfläche auf, sondern bestreicht die verwendeten Halbleiterscheiben einseitig vollständig mit der das Dotierungsmaterial enthaltenden Lösung, so bekommt man, wie in Fig. 3 dargestellt, eine gleichmäßige Diffusionsschicht 6, deren Dicke 7 in erster Linie durch die Diffusionszeit bestimmt wird.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich vor allem dann mit Erfolg anwenden, wenn eine Vielzahl von Halbleiterscheiben gleichzeitig mit n-dotierten Bereichen versehen werden soll. Wird an Stelle von Silicium Germanium verwendet, so gelten analoge Verhältnisse mit der Ausnahme, daß die Diffusion bei wesentlich tieferen Temperaturen, nämlich bei etwa 500—700⁰C, durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern, wobei auf den Halbleiterkörper Phosphorsäureester aufgebracht, thermisch zersetzt und anschließend der freigesetzte Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet,daß Phosphorsäureester als Gemisch aus Phosphorsäuremonoäthylester und Phosphorsäurediäthylester in Lösung mit einem Gemisch aus Äthylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol, verwendet wird. '>

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zusätzlich eine lösliche Verbindung eines Metalls enthält. '

3. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Nickel verwendet wird, das in Form seines Chlorids (NiCl₂-OH₂O) zur Anwendung kömmt. _; . ; '.. ^;

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine alkoholische Lösung, bestehend aus 1 g Nickelchlorid NiCl₂-OH₂O, 1,5 ecm Phosphorsäureäthylester (43% Mono- und 53% Diäthylester), 6 ecm Tetrahydrofurfurylalkohol C₄H₇OCH₂OH und 15 ecm Äthylalkohol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Halbleiterkörper aufgetragene Lösung bei etwa 80 bis 10O⁰C getrocknet wird.