DE1816082A1 - Verfahren zum Herstellen von diffundierten Halbleiterbauelementen aus Silicium - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von diffundierten Halbleiterbauelementen aus Silicium

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DE1816082A1 DE19681816082 DE1816082A DE1816082A1 DE 1816082 A1 DE1816082 A1 DE 1816082A1 DE 19681816082 DE19681816082 DE 19681816082 DE 1816082 A DE1816082 A DE 1816082A DE 1816082 A1 DE1816082 A1 DE 1816082A1
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Description

Vorfahren zum Herstollen von diffundierten Halbleiterbauelementen aus Silicium
Mg vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von aus Silicium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen Leitungatyps auf v/eisenden Halbleiterbauelementen, bei dem die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltenden festen Stoffen erfolgt.
Das Belegen von Siliciumkristallsoheiben mit Dotierungsstoff für die Fertigung von Halbleiterbauelementen für eine anschließende Diffusion'wird im allgemeinen in einem Ofen in einer mit dem Dotierstoff erfüllten Atmosphäre durchgeführt. Die Anzahl der Kristallscheiben, die' in einem Arbeitsgang gleichzeitig belegt werden können, ist durch den Abstand, den die Scheiben voneinander haben müssen, nehr'oder weniger begrenzt, je nach dem, wie hoch die Anforderung an die Gleichmäßigkeit der Belegung ist. Für Halbleiterbauelemente mit hoher Leistung, welche relativ große Abmessungen aufweisen, ist dieser Arbeitsgang daher sehr teuer, da nur eine geringe Anzahl an Kristallscheibeh gleichzeitig belegt werden kann.
Aus- der deutschen Patentschrift 1 o46 785 ist unter dem Famen "Paint-on-Verfahren" ein Verfahren bekannt, welches zur Heratellung von großflächigen Halbleiterbauelementen besser geeignet ist, da es billiger durchzuführen ist und keinen zu großen Aufwand erfordert. Bei diesem Ver- fahren wird auf die Halbleiterkristalloberfläche eine an sich bekannte glasbildende Verbindung, welche als Bestand-PA 9/493/959 Edt/Au
IB. Dezomber ,96β om28/1897 BAD0R1Q1NAL -2
toil den Dotierotoff enthält, in Form einer Paste aufgebracht, getrocknet und in die Oberfläche eindiffundier t. Dabei entsteht unter der Glasur eine mit dem entsprechenden Leitungstyp des Dotierstoffes versehene Zone in der Halbloiterkristalloberflache.
Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß auf einer Seite der Halb]öiterkristallscheibe nur eine p-Dotierung oder eine η-Dotierung erzeugt werden kann und nur schlecht eine Kombination beider Dotierungen nebeneinander, wie es ψ ίο -für die Fertigung von Transistoren häufig erforderlich ist. Außerdem erhält man durch unregelmäßige Schichtdicken beim i'aint-on-Verfahren sehr oft Bauelemente mit großer Gtreubreite der elektrischen Parameter.
Die Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, in einfacher und rationoller '.'/eise diffundierte Ciliciumhalbleiterbauelemente, insbesondere Transistoren, mit nebeneinanderliegenden, unterschiedliche leitfähigkeit aufweisenden Bereichen unter Verwendung vjn festen, auf die HalbleiterkristallüberfIac ho aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltendeden Stoffen herzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als fester Stoff mindestens eine mit dem entsprechenden Dotierstoff versehene liickolschicht verwendet wird, da3 diese ITickolscliicht einschließlich des in ihm. enthaltenen Dotierstoffes auf chemischem *,7ege auf die für die Diffusion vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberfläche selektiv oder ganzflächig abgeschieden wird und daß die Zonen unterschiedlichen Leitungstyps unter Verwendung der mit den entsprechenden Dotierstoffen versehenen ITickclschichten als Dotierstoffquelle erzeugt werden.
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BAD ORtQINAL
ΡΛ 9/4 9 3/9 !39 - 3 -
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß mehrere Nickelschichten mit unterschiedlicher Dotierung oder Dicke nebeneinander und/oder in Sehichtenfolge so abgeschieden werden, daß bei der anschließenden Diffusion im Halbleiterkörper nebeneinander in der Konzentration oder im Leitungstyp unterschiedliche Dotierung gleichzeitig erhalten wird.
Tn einer 'Yeiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, den Gehalt an Dotierstoff in der Nickelschicht auf 3 - loc/o einzustellen. Zur Erzeugung einer η-dotierten Zone wird nach der Lehre der Erfindung Phosphor und zur Erzeugung einer p-dotierten Zone Bor mit der ITickelschicht aufgebracht.
Gemäß einer. Ausführungsbeispiel, wird die den Dotierstoff enthaltende Nickelschicht in einer Schichtstärke von un-I^ gefahr ο,2/U■abgeschieden. Durch Verändern der Dicke der Kickelrchicht bzw. -schichten kann auch die abgeschiedene Menge der. Lj tierstof fes (Bor euer.'Phosphor) verändert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll m: auch linger., den DIffusicnsprozeß in zwei Schritten durclizuf uhren, wobei die Krictallscheiben suniichot unter Verwendung :;in(;s Abstandfhiiltorö so lange diffur.üj ort- v/erden, bis keine flüssig·.1 rha.se mehr auf der Siliciumoberfläche Vorhand en i;-t, un:i unr.r: die Restdiffusion mit dichtgepackten Kri- 21} stall scheiben ohne Abstand vcr. einander durchgeführt v/ird. Beim ernten Verfahrensschritt befinden sich die Kristallscheiben in einer Halterung, so daß ein Abstand zwischen deji Scheiten gewährleistet ist und die Scheiben durch die flüssigt !"hase, welche durch die liickelschicht zusammen mit der. Silicium entsteht, nicht zusammenkleben. Die restliche Diffusion kann dann durch Stapelung ohne Abstand zwischen den Scheiben durchgeführt werden: dadurch ist eine wc sent lieh "bessere Ausnutzung der Diffusionsanlage mcglich.
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Für den ersten Diffusionsschritt genügen 6o Minuten bei 125o° C in Inertgasatmosphäre oder an Luft.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gleichzeitig mit der Dotierung eine Nickolbelegung erfolgt, so daß bei nachfolgender Diffusion die Lebensdauer der Minoritutsladungsträger sehr viel höher bleibt als ohne Nickel. Außerdem wird die spätere sperrfreie Kontaktierung der entsprechenden Bereiche wesentlich erleichtert.
In folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen v/eitere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, naher erläutert v/erden.
Zunächst wird auf die Figuren 1-4 Bezug genommen, in welchen der Fertigungsgang eines diffundierten npn-Siliciuntransistors nach der Lehre der Erfindung dargestellt ist. In Fig. 1 wird von einer p-dotierten SiIiciuneinkristallscheibe 1 ausgegangen, welche durch einen gonzflächigen Oxydationsprozeß mit einer SiOg-Schicht 2 überzogen wird. Dann wird die Anordnung, wie in Fig. 2
2c dargestellt, unter Verwendung der bekannten Fotoätztechnik an den Stellen von der SiOp-Schicht befreut, welche mit der Nickelbelegung versehen v/erden sollen. Der p-dotierte Ausgangskristall ist wieder mit dem Bezugszeichen 1, die noch verbliebenen Reste der Oxidschicht mit 2 und die zusätzlich aufgebrachte, mit einer Phosphordotierung (3 - 1o$) versehene Nickelschicht mit auf der Oberseite der Kristallseheibo und mit 4 auf der Unterseite der Kristallscheibe bezeichnet. Das Aufbringen dieser Nickelschicht in einer Schichtstärke von ungefahr o,2 /u erfolgt auf naß-chernisehern 'iVege. Dabei wird die teilweise mit der Oxidschicht versehene Anordnung bei 9o C mit einer ammoniakalisehen Nickelsulfatlösung, welche Zusätze von !Jatriumhypophosphid und Diaminhydrogencitrat
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BAD ORIGINAL
-. PA' 9/493/959 - 5 -
enthält, behandelt, wobei sich nur an den froien ICristall-. oberflächen eine Nickclschicht (3>4) niederschlägt.
In Pig. 3 ist die Anordnung dargestellt, nachdem die in Pig. 2 mit 2 bezeichnete SiOp-Schicht ganz entfernt worden ist. Anschließend wird die gesarate Anordnung (1»3»4) mit einer zweiten Nickolschicht 5 überzogen, welche als Dotierstoff Bor enthält. Das Aufbringen dieser Nickels chi ent erfolgt ebenfalls auf naß-chemischem \7ege und zwar wird dabei die mit der ersten Nickelschicht 3 und4 versehene Kristallscheibe 1 bei 67 C mit einer ammoniakalischen Nickelsulfatlösung, welche Zusätze von Natriumborat, Natriumborhydrat und Diaminhydrogencitrat enthält, behandelt. Die Dicke der Schicht 5 bzw. der Borgehalt in. diesor Nickelschicht wird so eingestellt, daß bei der anschließenden Diffusion die Zahl der aus der Schicht 5 in den Halbleiterkristall eindiffundierenden Störstellen im Gebiet 6 und 7 (s. Pig. 4) gegenüber den aus der Schicht und 4 eindiffundierenden Störstellen klein ist.
Pig. 4 zeigt die Transistoranordnung nach dem Diffusionsprozeß im Temperaturbereich von looo - 13oo° G unter Verwendung der mit den Dotierungen versehenen Nickelschichten als Diffusionsquellen. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen 1 die p-dotierte Basiszone, 6 und 7 die eindiffundierte η -Emitter-(6) und die Kollektorzone (7) und 8 die aus der mit der Bordotierung versehenen Nickelschicht erzeugte hoher dotierte ρ -Zone, welche ebenso wie die Zonen 6 und 7 die sperrfreie Kontaktmetallisierung der einzelnen Bereiche erleichtert. Nach dem Aufbringen der Metallkontaktewird die Kristallscheibe, auf der eine Vielzahl, von gleichen Anordnungen untergebracht ist, in die einzelnen Systeme zerlegt, welche dann der Montage zugeführt werden.
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Die Figuren 5~8 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung. Dabei wird, wie in Fig. 5 dargestellt, ebenfalls von einer p-dotierten Siliciuinkristallscheibe 11 ausgegangen. Diese Kristallscheibe 11 wird auf naß-chemischem V/ege, also stromlos, gnnzflächig mit einer mit einer Phosphordotierung versehenen Nickelüchicht 12, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, in einer Schichtstärke von o,2ai überzogen.
Dann wird, wie in Fig. 6 dargestellt, mittels' der bekannton VerfahrensEchritte einer selektiven Atzung die mit w der Phosphordotierung versehene Nickelschicht bis auf die für den Emitter- und Kollektorbereich bestimmte Nikkeischicht 13 und 14 entfernt, wobei die über diesen Nickelschichten aufgebrachte Schutzschicht 15? welche beispielsweise aus Fotolack, Y/achs oder Picein oder aus einer Oxid- bzw.· Nitridschicht besteht, zur Maskierung für eine weitere Nickelabscheiduug stehenbleibt.
Fig. 7 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 6, wobei nach zusätzlich auf der freien Oberfläche eine zweite 2o-Nickelschicht 16 aufgebracht ist, welche mit einer i. 5/'igen Bordotierung versehen ist und auf die gleiche ^ ,7ei.se entsteht, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Fig. 8 zeigt die erhaltene Transistoranordnung nach dem Diffusionsprozeß im Temperaturbereich von. looobis 13oo C unter Verwendung der beiden Nickelschichten als Diffusionsquellen. Dabei wird mit 11 die p-dötierte Basiszone, mit 17 die η -dotierte Emitterzone, mit 18 die η -dotierte , Kollektorzone und mit 19 die aus der mit der Bordotierung versehenen Nickelschicht erzeugte höher dotierte p+-Zone, über welche die Basiszone kontaktiert wird, bezeichnet. Die Y/eiterverarbeitung erfolgt wie beim AusführungsbeisDiel 1 beschrieben.
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In don Figuren 9-12 wird der Herstellungsgang eines diffundierten pnp-Transistors beschrieben. Dabei wird, wie in Pig. 9 dargestellt, von einer η-dotierten SiIiciumelnkri-stallscheibe 21 ausgegangen, welche ganzfläcn ig ui id auf beiden Seiten mit einer p-dotierten ITikkolschicht 22 (wie bereits beschrieben) versehen wird. Anschließend wird, wie aus Fig. 1o ersichtlich, durch einen Diffusion:5prosei3 die p-dotierte Zonu 23 erzeugt und die gesamte Anordnung mit einer EiOp-ßchicht 24 verschon, in welche mittels bekannter Verfahrensschritte der Fotoätztechnik im Bereich 25 ein Fenster geätzt wird.
Im Bereich dieses Fensters 25 wird dann die zweite mit der Phosphordotierung versehene liickelschicht 26, wie bereits im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, abgeschieden (s. rig. 11). Ss gelten die gleichen Bezugs-■ zeichen wie in den Figuren 9 und 1o.
Fig. 12 zeigt die Transistf:ranordnung nach dem Diffusionsprozeß (evtl. in zwei "Schrittc.-ji, wenn ein<i maxinale Aus-So nutsunp: der Diffusionsanlagc erforderlich ist) im Temperaturbereich von loco bis 14oo° G. Mit den Bezugsceichen ist äab-'ii die unter Verwendung der mit der phosphoräotiertcn Nickelschicht als Diffusionsquelle gebildete η -Zone bezeichnet. Für die übrigen Bereiche gelten die gleichen BesugGC'jichen v/i α in den Figuren 1o bcw. 11.
Vor der Voiterverarbeitung wird die gesamte Anordnung bis su der. mit den strichpunktierten Linien gekennzeichneten Bereich von der Rückseite her abgeläppt.oder abgeatzt, so daß dir n-aotierte Zone 21 als Kollektorzone an die Oberfläche tritt und mit einer Kcntaktnetallschicht versehen werden kenn. Die 'Weiterverarbeitung erfolgt wie bereits bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben.
7 Patentansprüche
12 Pieuren
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Claims (7)

Pat e η t a_ n_ S1111 j)^ r_ U- C- h e
1. Verfahren zum Herstellen von aus Silicium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterbauelementen, bei dem die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf der Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltenden festen Stoffen-erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Stoff mindestens eine mit dem entsprechenden Dotierstoff versehene Nickelschicht verwendet wird, daß diese Nickelschicht einschließ-
™ lieh des in ihm enthaltenen Dotie.rstoffes auf chemischem V,rego auf die für die Diffusion vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberfläche selektiv oder ganzflächig abgeschieden wird und daß die Zonen unterschiedlichen Leitungstyps unter Verwendung der mit den .entsprechenden Dotierstoffen versehenen Nickelschichten als Dotierstoffquelle erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nickeli-chichten mit unterschiedlicher Dotierung oder Dicke nebeneinander und/oder in Schichtenfolge so abgeschieden werden, daß bei der anschließenden Diffusion im
L Halbleiterkörper nebeneinander in der Konzentration oder im L-3itung.;typ unterschiedliche Dotierung gleichzeitig erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Dotierstoff in der ITickelschicht auf 3
bic Io ;' eingestellt wird.
4. Verführen nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer η-dotierten Zone Phosphor und zur Erzeugung einer p-dotierten Zone D©r'mit der ITickelschicht aufgebracht wird.
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BAD ORIGINAL
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5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die den Dotiefstoff enthaltende Wickelschicht in einer Schichtstärke von ungefähr o,2/u abgeschieden wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusionsprozeß in zwei Schritten durchgeführt v/ird, wobei die Kristallscheiben zunächst unter Verwendung eines Abstandshalters solange diffundiert werden, bis keine flüssige Phase mehr auf der Siliciumoberflache vorhanden ist und dann die Restdiffusion mit dichtgepackten Kristallscheiben ohne Abstand voneinander durchgeführt wird.
7. Halbleiterbauelement, insbesondere pnp- bzw. npn-Siliciumtransistoren, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6.
BAD ORlGiNAL
009 8 26/1997
L e e r s e i f e
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