DE19640212C2

DE19640212C2 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE19640212C2
Application number: DE1996140212
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: DE19640212A1

Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Thyri stors, bei dem in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkör pers eine mit Bor dotierte Schicht eingebracht wird und zum Gettern von Verunreinigungen in die mit Bor dotierte Schicht eine mit Phosphor dotierte Schicht eindiffundiert wird.

Bei der Herstellung von Thyristoren wurden früher Legierungs verfahren angewandt, bei denen beispielsweise anodenseitig auf eine n-dotierte Basiszone zunächst eine mit Bor dotierte Schicht und sodann auf diese eine mit Phosphor dotierte Schicht aufgebracht wurden. Diese mit Phosphor dotierte Schicht wurde sodann aufgeschmolzen, indem auf sie nacheinander eine dünne Aluminiumschicht und eine dickere Molybdänschicht aufgetragen wurden und dann ein Temperaturschritt bei etwa 700°C vorgenom men wurde. Diese Legierungstechnik führt zwar zu einer guten Kontaktierung der mit Bor dotierten Schicht. Die so hergestell ten Bauelemente enthalten aber infolge des relativ unsauberen Legierungsverfahrens viele Schwermetalle, die zu höheren Leck strömen führen, so daß diese Bauelemente oft auch nicht die volle Betriebsspannung auszuhalten vermögen. Außerdem läßt die Reproduzierbarkeit der so hergestellten Bauelemente zu wünschen übrig. Ein weiterer Nachteil der Legierungstechnik besteht dar in, daß sie eine relativ große Eindringtiefe des p⁺-Emitters erfordert.

Aus den oben aufgezeigten Gründen wird bei der Herstellung von Thyristoren in letzter Zeit auf Legierungsverfahren verzichtet. Statt dessen werden Verbindungsverfahren bei niedrigeren Tempe raturen deutlich unterhalb 700°C vorgenommen, oder es wird "floating"-Silizium zur Anwendung gebracht. Diese Verfahren verzichten also auf den bei den Legierungsverfahren im allge meinen als letzten Hochtemperaturschritt durchgeführten Getter prozeß mittels der Phosphordiffusion. Dies gilt für die Anoden seite von Thyristoren und Dioden. Das heißt, in diesem Fall kann ein Getterprozeß nur einseitig und zwar kathodenseitig durchgeführt werden, wo im allgemeinen der n⁺-Emitter durch ei ne Phosphordiffusion erzeugt wird.

Ein derartiger Verzicht auf einen beidseitigen Getterprozeß mittels einer beidseitigen Phosphordiffusion ist aber problema tisch, da bekanntlich Phosphor eine hervorragende Getterwirkung auf Schwermetalle hat und Verunreinigungen praktisch aus dem Halbleiterkörper "herauszieht".

Daher wird bei einem derzeit verwendeten Verfahren zur Herstel lung von Thyristoren nach einer beidseitigen Phosphorgetterung, also beispielsweise dem Erzeugen einer mit Phosphor dotierten Schicht auf einer n-leitende Basiszone, die anodenseitige, mit Phosphor dotierte Schicht durch eine Ätzschritt entfernt. An schließend wird sodann eine hochdotierte p⁺-leitende Emitterzo ne gebildet, was beispielsweise durch eine Bor-Implantation und einen anschließenden Ausheilschritt geschehen kann. Bei dieser Variante wird also die Phosphorgetterung vor Realisierung der p⁺-Emitterzone vorgenommen.

Ein anderes, derzeit zur Anwendung gelangendes Verfahren zur Herstellung von Thyristoren verzichtet vollständig auf die an odenseitige Phosphordiffusion, so daß bei dieser Variante eine Phosphorgetterung nur auf der Kathodenseite vorgenommen wird.

Bei beiden obigen Varianten wird also die Phosphorgetterung nicht als letzter Hochtemperaturschritt durchgeführt, was - wie sich gezeigt hat - zu erheblichen Schwankungen in der Verunrei nigungskonzentration in den Siliziumscheiben führt. Auf die da mit verknüpften Nachteile hinsichtlich höheren Leckströmen, verminderter voller Betriebsspannung und Reproduzierbarkeit wurde bereits hingewiesen.

Aus JP 7-86562 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vier schicht-Triode bekannt, bei dem zunächst eine PNPN- Vierschichten-Anordnung gebildet wird. Zum Gettern von Verun reinigungen wird sowohl in die Anoden- als auch in die Katho den-Emitterschicht eine mit Phosphor dotierte Getterschicht eindiffundiert. Anschließend wird die mit Phosphor dotierte Getterschicht wieder entfernt. Es erweist sich jedoch als schwierig, die Phosphor-dotierte Getterschicht mit der erfor derlichen Genauigkeit zu entfernen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbe sondere eines Thyristors, anzugeben, bei dem die Entfernung der Phosphor-dotierten Getterschicht vereinfacht wird und trotzdem eine hohe Ausbeute bei der Herstellung der Halbleiter- Bauelemente erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der ein gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß die mit Bor dotierte Schicht durch einen zusätzlichen Temperaturschritt direkt nach ihrer Herstellung in ihrer Schichtdicke verstärkt wird, und daß die mit Phosphor dotierte Schicht anschließend zusammen mit einem oberen Bereich der Bor-dotierten Schicht entfernt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also eine beidseitige Phosphordiffusion als letzter Hochtemperaturschritt bei Tempe raturen bei und über 900°C durchgeführt werden, so daß als Re kombinations- und Generationszentren wirksame Verunreinigungen in den diesbezüglich kritischen Basiszonen der die Halbleiter körper bildenden Siliziumscheiben weitgehend vermieden werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren nützt die Tatsache aus, daß im Falle von hohen Dotierungskonzentrationen die Diffusionskon stante von Bor so hoch ist, daß mit diesem Dotierstoff tiefe Dotierungsprofile mit einem über einen großen Tiefenbereich re lativ geringen Gradienten erzeugt werden können. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine relativ dicke, mit Bor dotierte Emitterschicht auf einer n-leitenden Basisschicht zu erzeugen, die über ihrer Schichtdicke eine Dotierungskonzentration mit nur einem schwachen Gradienten hat. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß Bor zunächst in den Oberflächenbereich einer n-leitenden Basiszone mit hoher Dosis implantiert wird und sodann einem Temperaturschritt unterworfen wird, um das Bor tiefer in die n-leitende Basiszone einzudiffundieren.

Da nun die elektrischen Eigenschaften von Thyristoren durch Schichtwiderstandsschwankungen von stark mit Bor dotierten p⁺- Emitterzonen praktisch nicht beeinflußt werden, ist es somit möglich, als abschließenden Temperaturschritt der mit Bor do tierten Schicht eine mit Phosphor dotierte Schicht mit geringe rer Eindringtiefe zu überlagern und letztere nach diesem Get terprozeß wieder zu entfernen, was durch Ätzen geschehen kann. Dabei können auch die oberen Bereiche der mit Bor dotierten Schicht abgetragen werden. Jedenfalls werden hierdurch die Emittereigenschaften der mit Bor dotierten Schicht nicht nach teilhaft beeinflußt.

Die mit Bor dotierte Schicht kann - wie bereits erwähnt wurde - durch Ionenimplantation und einen anschließenden Temperatur schritt erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, die mit Bor dotierte Schicht durch ein "spin-on"-Verfahren und einem an schließenden Eintreibschritt herzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Her stellung von Thyristoren. Es ist aber auch zur Erzeugung von anderen Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise zur legie rungsfreien Herstellung von Dioden, geeignet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er läutert, in deren

Fig. 1 bis 4 Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gezeigt sind.

In Fig. 1 ist eine n-leitende Basiszone bzw. -schicht 1 eines Thyristors gezeigt, die beispielsweise mit Phosphor dotiert ist. Auf die anodenseitige Oberfläche dieser Basiszone 1 wird durch Ionenimplantation mit einer Dosis von beispielsweise 10¹⁷ Boratome/cm² durch Bor-Implantation eine mit Bor dotierte Zone 2 eingebracht. Sodann wird ein Temperaturschritt vorgenommen, um das Bor aus der Zone 2 tiefer in die Basiszone 1 einzudif fundieren, so daß eine mit Bor dotierte Schicht 3 entsteht, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese mit Bor dotierte Schicht 3 kann eine Schichtdicke von beispielsweise 40 µm haben.

Sodann wird durch Diffusion in der mit Bor dotierten Schicht 3 eine mit Phosphor dotierte Schicht 4 erzeugt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Dies geschieht so lange, bis die Schicht 4 z. B. eine Schichtdicke von etwa 15 µm erreicht hat.

Diese Phosphordiffusion erfolgt bei Temperaturen von 900°C oder darüber, wobei durch diesen Hochtemperaturschritt Verun reinigungen in der Basiszone 1 und der als Emitterzone dienen den Schicht 3 weitgehend entfernt werden.

Nach der Getterung mit dem obigen Hochtemperaturschritt wird sodann die mit Phosphor dotierte Schicht 4 durch Ätzen zusammen mit einem oberen Bereich der mit Bor dotierten Schicht 3 wieder entfernt.

Im obigen Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Verfah ren anhand der Anodenseite eines Thyristors erläutert. Es kann aber auch auf der Anodenseite einer Diode zur Anwendung ge bracht werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, ins besondere eines Thyristors, bei dem in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers (1) eine dicke mit Bor dotierte Schicht (3) eingebracht wird und zum Gettern von Verunreinigungen in die mit Bor dotierte Schicht (3) eine mit Phosphor dotierte Schicht (4) eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bor dotierte Schicht (3) durch einen zusätzlichen Temperaturschritt direkt nach ihrer Herstellung in ihrer Schichtdicke verstärkt wird, und daß die mit Phosphor dotierte Schicht (4) zusammen mit einem oberen Bereich der mit Bor do tierten Schicht (3) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Phosphor dotierte Schicht (4) eine Schichtdicke zwischen 5 µm und 20 µm aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die mit Phosphor dotierte Schicht (4) und der obere Bereich der mit Bor dotierten Schicht (3) durch Ätzen entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die mit Bor dotierte Schicht (3) durch Implantation oder ein, "spin-on" Verfahren erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die in ihrer Schichtdicke verstärkte mit Bor dotierte Schicht (3) in einer Dosis von 10¹⁷ Boratome/cm² und mit einer Schichtdicke von etwa 40 µm erzeugt wird.