DE1544327A1 - Verfahren zum Herstellen einer dotierten Zone in einem begrenzten Bereich eines Halbleiterkoerpers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer dotierten Zone in einem begrenzten Bereich eines Halbleiterkoerpers

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Description

Tel «funken Fatentvurwertungsgeaellachaf t
to· b( H* Ulm / Donau, Elisabethenstr. 3
Heilbronn, den 11,8.1966 FE/PT-La'/Na HN 46/66
'Verfahren zum Herateilen einer dotierten Zone in einem begrenzten Bereich eines Halbleiterkörper«"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer dotierten Zone in einen begrenzten Dereich eines Halbleiter· körpers. Die Erfindung beateht bei eine« solchen Verfahren darin, daß ror den Herstellen der dotierten Zone ist Halbleiterkörper ein getternder Bereich erzeugt wird, der die zu dotierende Zone uagibt und unerwünschte Stoffe der zu dotierenden Zone gettert. Die dotierte Zone wird nach der Herstellung des getternden Bereiches duroh einen Wärmeprozeß wie z.B. Diffusion oder Legieren hergeatellt. Unerwünschte Stoffe in der su dotierenden Zone sind beispielsweise Gold, Eisen oder Kupfer.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß für den Bereich der dotierten Zone ein von unerwünschten Stoffen freies Gebiet geschaffen wird, waa besondere dann von Bedeutung ist, wenn die dotierte Zone alt deai angrenzenden Bereich des Halb-
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leiterkörpers einen pn-übergang bildet. Durch die Gett«rung nach der Erfindung wird nämlich auch der Bereich des pn-Überganges von unerwünschten Stoffen gesäubert, die meist als Rekombinationszentren wirken. Dadurch entsteht ein pn-übergang mit kleinem Rückstrom. Transistoren, bei denen die Basiszone nach der Erfindung hergestellt worden ist, haben größere Stromverstärkungswerte als die bekannten Transistoren.
Bei der Herstellung eines pn-Überganges »it Hilfe der Erfindung wird der getternde Bereich zwar Möglichst nahe an die dotierte, für den pn-übergang benötigte Zone herangebracht, jedoch nur so nahe, daß die Sperreigenschaften des pn-Überganges durch die getternde Zone nicht beeinträchtigt werden.
Als getternde Stoffe eignen sich beispielsweise die üblichen Dotierungsstoffe, die im Halbleiterkörper den p- oder n-Leitungstyp erzeugen. Der getternde Bereich kann den gleichen oder den entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen wie die von ihm umgebene dotierte Zone·
Der getternde Bereich im Halbleiterkörper wird nach der Erfindung beispielsweise dadurch hergestellt, daü dl· Oberfläche der dotierten Zone mit einer diffusionshemsienden
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-j-
Schicht bedeckt wird und anschließend die Getterstoffe in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden. Nach der Herstellung des getternden Bereiches wird auf der Halbleiteroberfläche eine diffusionshemmende Schicht mit eine« Diffusionsfenster erzeugt, durch das Störstellen in den Halbleiterkörper zur Herstellung der dotierten Zone eindiffundiert werden. Bei diesem Verfahren wird die dotierte Zone durch den getternden Bereich seitlich eingeschlossen. Läßt man die Getterstoffe auch in die der dotierten Zone gegenüberliegende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eindiffundieren, so entsteht im Halbleiterkörper noch ein zusätzlicher gettemder Bereich, der der Vorderfront der dotierten Zone gegenüberliegt und gegebenenfalls an diese angrenzt. Die günstigsten Ergebnisse werden erzielt, wenn die dotierte Zone allseitig von einem getternden Bereich eingeschlossen wird. Der getternde Bereich soll jedoch dabei die dotierte Zone nicht berühren, sondern nur Möglichst nahe an sie heranreichen.
Die Erfindung findet bevorzugt bei der Herstellung der Basiszone eines Transistors Anwendung. Zur Herstellung eines Planartransistors z.B. wird nach der Erfindung die Oberfläche der Basiszone sowie ein daran angrenzender Oberflächenbereich der Kollektorzone mit einer diffusionshemmenden Schicht bedeckt· Anschließend werden Getter-
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stoffe in den Halbleiterkörper "vom Leitungetyp der Kollektorzone eindiffundiert· Nach der Herstellung des getternden Bereiches, der sich in der Kollektorzone des Transietors befindet, wird auf der Oberfläche des Halbleiterkörper« eine diffusionshemmende Schicht mit einem Basisdiffusionsfenster hergestellt, durch das dann die Basiszone in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei der Basisdiffusion einfach die bereits bei der Getterdiffusion auf der Halbleiteroberfläche vorhandene diffusionshemmende Schicht zu verwenden, wenn in diese Schicht ein Basisdiffusionsfenster eingebracht wird. In diesem Fall dringen zwar die Basisdiffusionsstörstellen auch in die Kollektorzone ein, aber wegen der diffusionshemmenden Schicht nicht in den unmittelbar an die Basiszone angrenzenden Bereich, so daß die Diffusion von Basisstörstellen in die Kollektorzone keine negativen Auswirkungen hat. Zur Herstellung der Emitterzone wird auf der gleichen Oberflächenseite eine diffusionsheamende Schicht mit einem Emitterdiffusionsfenster hergestellt und schließlich die Emitterzone durch das Emitterdiffusionsfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert·
Der Oberflächenbereich der Kollektorzone, der zusammen mit der Oberfläche der Basiszone vor der Herstellung des gettern-
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dan Bereiche* mit einer diffusionshetnmenden Schicht bedeckt wird, wird io groß gewählt, daß der getternde Bereich zwar möglich«! nahe an die Basiszone heranreicht, jedoch nur ao nahe, daß durch den gitternden Bereich die Sperreigen»chaften de* Baeia-Kollektor-pn-Überganges nicht beeinträchtigt werden* In dieaen Zusammenhang ist näalioh zu bedenken, daß eine Störstellendiffusion stets auch seitlich unter die diffueioneheosaende Schicht erfolgt· Dies würde für den Fall, daß aan nur die Oberfläche der Basiszone mit einer difiuaionshesnenden Schioht bedecken würde, bedeuten, daß sich der durch Diffusion erzeugte getternde Bereich wegen der seitlichen Diffusion sogar in den Bereich der Basiszone erstrecken würde· In Wirklichkeit darf der getternde Bereich Jedoeh die Baslssone nioht eixusal berühren, sondern er soll von der Basiszone noch einen solchen Abstand haben, daß die Sperreigensohaften des Basis-Kollektor-pn-Überganges duroh dem getternden Bereich nicht beeinträchtigt werden· Beim lindiffundieren der getternden Stoffe sniA deshalb nicht nur die Basiszone, sondern auch noch ein daran angrenzender Bereich der K.0IIektorzone ait einer diffus ionshesHsenden Schicht bedeckt sein, der, wie oben bereits ausgeführt, s· grofl gewählt wird, daß der getternde Bereioh die ist Anschluß an die Getterdiffusion hergestellte Basissone nioht berührt.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeiepiel erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1 vom n-Leitungstyp, in dem nach der Erfindung ein pn-übergang hergestellt werden soll· Zu diesem Zweck muß in den Halbleiterkörper noch eine ρ-Zone eingebracht werden. Vor dem Einbringen der p-Zone erfolgt nach der Erfindung eine Getterdiffusion, die jedoch den Bereich der einzubringenden p-Zone nicht berühren darf. Um bei der Getterdiffusion «in· Eindiffusion in den Bereich der spateren p-Zone zu verhindern, wird auf die Halbleiteroberfläche eine Siliziumdioxydschioht oder eine Siliziumnitridschicht als diffusionsheanende Schicht aufgebracht, die die Oberfläche und den angrenzenden Bereich der späteren p-Zone bedeckt und eine Eindiffusion in den darunter liegenden Bereich verhindert·
Bei der Getterdiffusion werden in die eine Oberflächenseit· des Halbleiterkörpers 1 getternde Stoff· wie z.B. die üblichen, im Halbleiterkörper den p- oder n-Leitungstyp erzeugenden Dotierungsstoffe der III. oder V.Gruppe des periodischen Systems eindiffundiert· Dadurch entsteht ±m Halbleiterkörper 1 der Getterbereich 3, der bei den mit der Diffusion verbundenen Wärmeprozeß unerwünschte Fremdstoff· au· dee übrigen Teil des Halbleiterkörpers 1 und daait auch au· d·»
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Bereich, in den anschließend die Halbleiterzone vom p-Leitungstyp eingebracht wird, gegettert. Die Dotierungsatoffe, die anschließend zur Herstellung einer Halbleiterzone vom p-Leitungstyp in den Halbleiterkörper eingebracht werden, finden somit einen von unerwünschten Fremdstoffen gesäuberten Bereich des Halbleiterkörpers vor.
Um zu verhindern, daß der Getterbereich 3 den Bereich der späteren Zone vom p-Leitungstyp bzw· den pn-übergang berührt, darf die diffusionehemmende Schicht 2 nicht nur die Oberfläche der späteren Zone vom p-Leitungstyp bedecken, sondern auch noch einen entsprechend großen Bereich der daran angrenzenden Halbleiteroberfläche.
Nach Figur 2 wird im Anschluß an die Herstellung des Getterbereiches 3 die Halbleiteroberfläche erneut oxydiert, wobei die Oxydschicht k auf der Halbleiteroberfläche entsteht, die sich auch auf die ursprüngliche Schicht 2 erstreckt. Nach der Figur 2 ist in die diffusionshemaend« Schicht (2,4) bereite ein Diffusionsfenster 5 eingeätztj durch das nach Figur 3 die Halbleiterzone 6 vom p-Leitung«- typ in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert wird. Der Oberflächenbereich der Halbleiterzone 6 ist in Figur 3 bereits wieder mit einer Oxydsohicht 7 bedeckt.
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Die Anordnung der Figur J stellt bereits eine Halbleiterdiode dar. Für eine Diode müßten die beiden Halbleiterzonen 1 und 6 allerdings noch kontaktiert werden· Aus der Anordnung der Figur 3 erhält man nach Figur 4 einen Transistor dadurch, daß in die Halbleiterzone 6, die jetzt die Basiszone des Transistors darstellt, eine Emitterzone 8 durch ein Diffusionsfenster 9 in der Oxydschicht 7 •indiffundiert wird. Die Emitterzone 8, die Basiszone 6 und die Kollektorzone 1 müssen dann nur noch durch Öffnungen in der Oxydschicht mit Hilfe von Metallschichten kontaktiert werden.
Die Anordnung der Figur 3 hat, wenn sie als Diode betrieben wird, gegenüber bekannten Dioden den Vorteil, daß der Rückstrom des pn-Überganges Io wegen des gesäuberten Übergangsbereiches kleiner als sonst üblich ist· Der getternde Bereich 3 reicht nach Figur 3 zwar möglichst nahe an die Halbleiterzone 6, jedoch nur so nahe, daß durch den getternden Bereich die Sperreigenschaften des pn-übergang·· nicht beeinträchtigt werden. Dw Transistor der Figur k hat gegenüber bekannten Transistoren den Vorteil, daß seine Stromverstärkungewerte besser als üblich sind·
Die Anordnung der Figur 5 unterscheidet sich -von der Anordnung der Figur 3 dadurch, daß das Diffusionsfenster 5
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für die Halbleiterzone 6 unmittelbar in die Siliziumdioxydschicht 2 eingebracht worden ist. Nach der Herstellung des Getterbereiohes 3 erfolgt also bei der Anordnung der Figur 5 keine weitere Oxydation mehr, so daß die Oxydschichten k und 7 entfallen.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu dem vorhergehenden Ausführungebeispiel wird bei der Anordnung der Figur 6 der getternde Bereich 3 in die gesamte eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 1 eindiffundiert· In demjenigen Bereich des Halbleiterkörpers, in dem die Halbleiterzone vom entgegengesetzten Leitungstyp in den Halbleiterkörper eingebracht werden soll, wird der getternde Bereich anschließend entfernt, so daß gemäß Figur 7 im Halbleiterkörper 1 eine Ätzvertiefung 11 entsteht, die vom verbleibenden Teil des getternden Bereiches 3 umgeben ist.
Nach Figur 8 wird im Anschluß an die Herstellung der Ätzgrube 11 die eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpere I oxydiert, so daß auf der Halbleiteroberfläche eine Oxydschicht 4 entsteht. Durch ein Fenster 5 in der Oxydschicht wird nun die Halbleiterzone 6 vom p-Leitungstyp in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert. Dabei entsteht zwischen der
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- Io -
Halbleiter zone 1 und der Halbl ext er zone 6 wie im vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiel der pn-übergang Io. Die Halbleiteranordnung der Figur 8 ist in Figur 9 schließlich noch in einen Transistor umgewandelt worden, indem nach erneuter Oxydation und nach Herstellung eines Eeitterdiffusionsfensters 9 die Emitterzone 8 in die Basiszone eindiffundiert worden i3t·
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Claims (12)

Patentansprüche
1) Verfahren zum Herstellen einer dotierten Zone in einem begrenzten Bereich eines Halbleiterkörpere, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Herstellen der dotierten Zone im Halbleiterkörper ein getternder Bereich erzeugt wird, der die zu dotierende Zone umgibt und unerwünschte Stoff· der zu dotierenden Zone gettert·
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierte Zone im Halbleiterkörper durch eine Wärmebehandlung erzeugt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2f dadurch gekennzeichnet, daß die dotierte Zone im Halbleiterkörper durch Diffusion oder durch Legieren erzeugt wird.
4) Verfahren nach einest der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die getternden Stoffe durch Diffusion oder durch Legierung in den Halbleiterkörper eingebracht werden·
5) Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges in einem Halb leiterkörper nach einest der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
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gekennzeichnet, daß der getternde. Bereich zwar möglichst
nahe an die dotierte, für den pn-übergang benötigte Zone herangebracht wird, jedoch nur so nahe, daß die Sperreigenschaften des pn-Überganges durch die getternde Zone nicht beeinträchtigt werden·
6) Verfahren nach einen! der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des getternden
Bereiches Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper eingebracht werden·
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der getternde Bereich den gleichen oder den entgegengesetzten Leitungstyp aufweist wie die vom getternden Bereich umgebene dotierte Zone.
8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der dotierten Zone mit einer diffusionshemmenden Schicht bedeckt wird
und anschließend die Getterstoffe in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden, und daß nach der Herstellung des
getternden Bereiches auf der Halbleiteroberfläche eine
diffusionshemmende Schicht mit einem Diffusionsfenster erzeugt wird, durch das dann Störstellen in den Halbleiterkörper zur Herstellung der dotierten Zone eindiffundiert werden·
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~ 13 -■'■-.
9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gitterstoffe auch in die der dotierten Zone gegönüberJiegende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eingebracht werden.
10) Anwendung des Verfahrene nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Herstellung der Basiszone eines Transis tors.
11) Verfahren zur Herstellung eines Planartransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Basiszone und ein.daran angrenzender Oberflächenbereich der Kollektorzone mit einer diffusionshemmenden Schicht bedeckt uno anschließend Getterstoff e in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden, daß auf der Seite der Basiszone auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine diffusionshemmende Schicht mit einem Basisdiffusionsfenster hergestellt und dann die Basiszone durch das Basisdiffusionsfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, und daß auf der gleichen Oberflächenseite eine diffusionshemmende Schicht mit einem Emitterdiffusionsfenster hergestellt und die Emitterzone durch das Emitterdiffusionsfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.
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12) Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbereich der Kollektorzone, der zusaamen mit der Oberfläche der Basiszone vor der Herstellung des getternden Bereiches mit einer diffusionshemnenden Schicht bedeckt wird, so groß gewählt wird, daß der gitternde Bereich zwar möglichst nahe an die Basiszone heranreicht, jedoch nur so nahe, daß durch den getternden Bereich die Sperreigenschaften des Basis-Kollektor-pn-Überganges nicht beeinträchtigt werden·
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