DE1925969B2 - Verfahren zum niederschlagen einer aus oxiden von antimon und silicium aufgebauten schicht auf einen halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zum niederschlagen einer aus oxiden von antimon und silicium aufgebauten schicht auf einen halbleiterkoerper

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Niederschlagen einer aus Oxiden von Antimon und Silicium aufgebauten Schicht auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus der Gasphase, wobei der Körper bei erhöhter Temperatur einem Reaktionsgas ausgesetzt wird, aus dem sich bei der erhöhten Temperatur Antimon bildet.
Die Festkörperdiffusion verschiedener Dotierstoff-Elemente sowohl direkt aus der Dampfphase als auch aus einem Festkörper zur Änderung oder Umwandlung der Leitfähigkeit von Teilen eines Halbleiterkörpers ist eine allgemein bekannte Methode. Der Donator-Dotierstoff Antimon ist als ein Diffusionsmittel bevorzugt, und zwar wegen seiner relativ niedrigen Diffusionsgeschwindigkeit, speziell im Vergleich zu der von Bor, einem brauchbaren Akzeptor. Für viele Anwendungsfälle, beispielsweise bei HF-Halbleiterbauelementen und bei Halbleiterbauelementen, bei welchen eine hohe Dotierstoff-Oberflächenkonzentration erwünscht ist, ist die geringere Eindringtiefe eines langsamer eindiffundierenden Dotierstoffes wünschenswert.
Beispielsweise ist bei doppelt diffundierten Halbleiterbauelementen, wie PNP-Siliciumtransistoren für Hochfrequenz, die Bewegung einer Antimon-Diffusionsfront während einer gegebenen Diffusionserhitzungszeit ein Minimum im Vergleich zu anderen Dotierstoffen, insbesondere Phosphor, wodurch flachere Leitungstypuszonen ermöglicht werden. Auch ermöglicht die langsame Bewegung des Antimons die Anreicherung einer höheren oberflächennahen Dotierstoffkonzentration, eine weitere vorteilhafte Eigenschaft, speziell für gewisse Aspekte bei der Herstellung integrierter Schaltungen.
Bei der Basiszone eines Transistors wurde die Diffusion von Antimon im allgemeinen unter Verwendung fester Antimonverbindungen als Quellen ausgeführt. Beispielsweise ist Antomontrioxyd (Sb2O3) bei gewöhnlichen Temperaturen fest und wird weitverbreitet bei Diffusionswarmbehandlungen verwendet. Jedoch haben sowohl feste als auch flüssige Quellen, insbesondere die festen Quellen, relativ niedrige Dampfdrücke, wodurch der in einer gegebenen Warmbehandlungszeit erhältliche Wert der Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs reduziert wird. Darüber hinaus erfordern selbst flüssige Quellen Temperaturen von etwa 800° C oder darüber.
Diese Schwierigkeiten werden für das Verfahren der einleitend beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß ein Reaktionsgas verwendet wird, das aus Sauerstoff, Trimethylantimon und Silan besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei niedrigen Temperaturen einen Niederschlag von vergleichsweise großen Dotierstoffmengen in kurzen Zeiten, so daß wünschenswert hohe Oberflächenkonzentrationen von Antimon erhalten werden.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Apparatur zum Durchführen des Oxidniederschlags und
F i g. 2 eine Schnittansicht eines Halbleiterkörpers mit einem dotierten Oxidfilm und einem Oxid-Schutzfilm hierauf.
Bei der Apparatur nach F i g. 1 werden die Halbleiterkörper, im vorliegenden speziellen Fall einkristalline Siliciumscheiben, auf einer sich drehenden heißen Platte 18,19 in der Reaktionskammer 11 angeordnet. Die Reaktionsgase werden der Reaktionskammer 11 über die Einlaßleitung 26 zugeführt. Eine Glasfritte (nicht dargestellt) kann im oberen Teil der Kammer zur Verteilung der Gase vorgesehen sein. Sowohl Trimethylantimon als auch Silan werden in Stickstoff als Trägergas verdünnt von den Vorratsbehältern 13 bzw. 14 über die Zuführleitungen 15 und 16 zugeführt. In beiden Leitungen sind geeignete Druckregler, magnetgesteuerte Ventile und Nadelventile, ebenso auch Durchflußmeßgeräte 23 und 24 vorgesehen. Trimethylantimon wird bei niedrigen Konzentrationen, etwa 1% in Stickstoff, zugeführt. Bezüglich der zu beachtenden Vorsichtsmaßnahmen sei bemerkt, daß diese Antimonverbindung bei Konzentrationen oberhalb 5 °/o bei 14 kg/cma in Stickstoff allgemein unstabil ist. Das Silan wird bei einem entsprechenden Konzentrationswert in Stickstoff zugeführt. Ein zusätzliches Leitungssystem ist dargestellt, das eine Sauerstoff quelle 21 über eine Einlaßleitung 22 und ein Durchflußmeßgerät 25 mit zwei Einlassen zur Reaktionskammer verbindet.
Eine Reihe Siliciumscheiben werden auf dem kreisförmigen Drehtisch der heißen Platte angeordnet, die dann in die Reaktionskammer 11 hinein angehoben wird. Die Temperatur der heißen Platte wird auf etwa 3600C gehalten, und die drei Gasmischungen der Vorratsbehälter 13, 14 und 21 werden kurze Zeit lang geöffnet. Nach etwa 5 Minuten wird ein etwa 40 Ä dicker Oxidfilm erzeugt. Die Zufuhr des Reaktionspartners Trimethylantimon wird dann gesperrt, und Silan wird zusammen mit Sauerstoff zugeführt, um eine zusätzliche dicke Schicht hauptsächlich aus Siliciumdioxid zu erzeugen.
Eine Querschnittsansicht der oxidbeschichteten Oberfläche einer Scheibe zu diesem Verfahrenszeitpunkt ist in F i g. 2 dargestellt. Auf der Oberfläche der Siliciumunterlage 31 befindet sich eine dünne Schicht 32, die weitgehend aus Antimonoxyd (Sb2O6), vermischt mit etwas Siliciumdioxyd (SiO2), besteht. Der Anteil des letzteren bestimmt sich hauptsächlich aus der in das System eingeblasenen Silan-Menge (SiH4). Aus der Schicht 32 kann Antimon in die Siliciumunterlage 31 eindiffundiert werden. Um eine Abdampfung dabei zu verhindern, wird eine relativ dicke Deckschicht 33 aus weitgehend reinem Siliciumoxid auf die Antimonoxidhaltige Oxidschicht32 aufgebracht.
Auf den Niederschlagsprozeß folgend, werden die Scheiben entfernt und in einen Diffusionsofen verbracht, wo sie über eine längere Zeitspanne hinweg, etwa 1 Stunde lang, auf Temperaturen im Bereich von 1250 bis 13000C erhitzt werden.
Das Niederschlagen kann auch auf teilweise maskierte Unterlagen erfolgen.
Die Resultate einer Reihe Versuche bei verschiedenen Temperaturen, wobei für jeden Versuch mehrere Scheiben verwendet wurden, sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Versuch Temperatur Mittlerer
Flächenwiderstand		 Übergangstiefe
(0C) (Ohm/Quadrat) (Mikrometer)
1 1284 12.9 5,89
2 1277 15,3 5,60
3 1278 13,8 6,18
4 1275 17,3 4,86
Das Verfahren läßt sich, obgleich im speziellen Ausführungsfall für Silicium beschrieben, auch bei
anderen Halbleitermaterialiea als Unterlage anwenden. Insbesondere ist es sehr brauchbar bei Germanium und Ill-V-Verbindungshalbleitern, wie Galliumarsenid.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Niederschlagen einer aus Oxiden von Antimon und Silicium aufgebauten Schicht auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus der Gasphase, wobei der Körper bei erhöhter Temperatur einem Reaktionsgas ausgesetzt wird, aus dem sich bei der erhöhten Temperatur Antimon bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas verwendet wird, das aus Sauerstoff, Trimethylantimon und Silan besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die erhöhte Temperatur etwa 300 bis etwa 4000C zur Anwendung gelangen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der antimonhaltigen Schicht (32) eine im wesentlichen aus Siliciumoxyd bestehende Schicht (33) erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas mit Hilfe eines stickstoffhaltigen Trägergases zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Trimethylantimon und Silan im Trägergas nicht größer als 5 Volumprozent ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19691925969 1968-05-31 1969-05-21 Verfahren zum Niederschlagen einer aus Oxiden von Antimon und Silicium aufgebauten Schicht auf einen Halbleiterkörper Expired DE1925969C (de)

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DE1925966A1 (de) 1969-12-04
FR2009704B1 (de) 1974-06-14
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