DE1925969C

DE1925969C - Verfahren zum Niederschlagen einer aus Oxiden von Antimon und Silicium aufgebauten Schicht auf einen Halbleiterkörper

Info

Publication number: DE1925969C
Application number: DE19691925969
Authority: DE
Inventors: Frank Ludwig Allentown Pa. Gittler (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-05-31
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1973-07-26

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 Fesikörperdiffusion 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-Halbleiterbauelemenlen und b«·· Halbleiterbauelementen, bei welchen eine hohe Dutierstoff-Oberflächenkonzentration erwünscht ist. ist die geringere Eindringtiefe eines langsamer eindiffundierenden Dotierstoffes wünschenswert.

Beispielsweise ist bei doppel· 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 Leitungstyp vonen ermöglicht werden. Auch ermöglicht die langsame Bewegun» des Antimons die Anreicherung einer höheren obernachennahen 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 ausgefünrt. Beispielsweise ist Antimontrioxyd (Sb₂O₅) bei gewöhnlichen Temperaturen fest und wird weitverbreitet bei Diffusionswannbehandi'ingen verwen- *o det. 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 80O⁰C 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 ein- «5 kristalline Siliciumscheiben, auf einer sich drehenden heißen Platte 18,19 in der Reaktionskammer 11 angeordnet. Die Reaktionsgase werden der Reaktions kammer 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 s".\ bemerkt, daß diese Avntimonverbindung bei Konze.itrationen oberhalb 5° ₀ bei 14 kg/cm* in Stickstoff allgemein unstabil ist. Das Silan wird bei einem entsprechenden Konzentraiionswert in Stickstoff zugeführt. Ein zusätzliches Leitungssystem ist dargestellt. das eine Sauerstoffquelle 21 über eine Einlaßleitimg. 22 und ein Durchflußmeßgerät 25 mit zwei Einlassen /ur Reaktionskammer verbindet.

Eine Reihe Siliciumscheiben werden auf dem kreisförnveen Drehtisch der heißen Platte angeordnet, die dann in die Reaktionskammer 11 hinein angehoben wird. Die Temperatur der heißen Platte wird auf etwa 360 C gehalten, urd 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 Antimo; osyd (Sb_tO₅), vermischt mit etwas Siliciumdioxyd (SiO₁), 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 Niedei^chlagsprozeß 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 130O⁰C 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 ca	Mittlerer Flächenwidetstand (Ohm/Quadrat)	Übergangstiefe (Mikrometer)
1 2 3 4	1284 1277 1278 1275	12.9 15,3 13.8 17.3	5.89 5.60 6,18 4,86

Das Verfahren läßt sich, obgleich im speziellen Ausführungsfall für Silicium beschrieben., auch bei

anderen HalbleitermateriaJien als Unterlage anwenden. Insbesondere ist es sehr brauchbar bei Germanium und IIi-V-Verbindungshalbleitern, wie Galliumarsenid.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Niederschlagen einer aus Ox'den 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 400C zur Anwendung gelangen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß auf der antimonhalügen Schicht (32) eine im wesentlichen aus Siüciumoxyd bestehende Schicht (33) erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I his λ dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktion·,^, mit Hilfe eines stickstoffhaltigen Trägergases zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Trimeünlantimon und Silan im Trägergas nicht größer aN 5 Volumprozent ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen