DE2007685A1

DE2007685A1 - Verfahren zum Herstellen von diffun dierten Halbleiterbauelementen unter Ver Wendung von festen DotierstofTquellen

Info

Publication number: DE2007685A1
Application number: DE19702007685
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Chem Dr 8000 München Sohlbrand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1971-09-09
Also published as: AT318006B; SE360024B; NL7102178A; CH519248A; GB1288907A; FR2080611A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 1 9. FEB. 1970

Berlin und München . Witteisbacherplatz 2

YPA 70/1028

Verfahren zum Herstellen von diffundierten Halbleiterbauel ementen_ unt er^ Verwendung^ von_ festen_ Optier st off quellen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von insbesondere aus Silicium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterbauelementen, bei dem die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltenden festen Stoffen erfolgt.

Das Belegen von Siliciumkristallscheiben 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, mehr oder weniger begrenzt, je nachdem, wie hoch die Anforderung an die Gleichmäßigkeit der Belegung ist. Für Halbleiterbauelemente mit hoher Leistung oder für Halbleiterbauelemente, von denen eine Vielzahl auf einer Kristallscheibe untergebracht sind, ist dieser Arbeitsgang daher sehr teper, da nur eine geringe Anzahl an Kristallscheiben gleichzeitig belegt werden kann."

Aus der deutschen Patentschrift 1 o46 785 ist unter dem Namen "Paint-on-Verfahren" ein Verfahren bekannt, welches zur Herstellung von großflächigen Halbleiterbauelementen besser geeignet ist, da es billiger durchzuführen ist und keinen zu großen Aufwand erfordert. Bei diesem Verfahren wird auf die

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Halbleiterkristiilloberfläche eine an sich bekannte glasbildende Verbindung, welche als Bestandteil den Dotierstoff enthält, in Form einer Paste aufgebracht, getrocknet und in die Oberfläche eindiffundiert. Dabei entsteht unter der Glasur eine mit dem entsprechenden Leitungstyp des Dotierstofies versehene Zone in der Halbleiterkristalloberfläche .

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß auf einer Seite der • Halbleitorkristallscheibe nur eine p-Dotierung oder eine ^ η-Dotierung erzeugt werden kann und nur schlecht eine |- Korabination beider Dotierungen nebeneinander, wie es für die Fertigung von Transistoren und integrierten Schaltkreisen häufig erforderlich ist. Außerdem erhält man durch unregelmäßige Schichtdicken beim "Paint-on-Verfahren" durch die Verwendung der Paste sehr oft Bauelemente mit großer Streubreite der elektrischen Parameter.

Die Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, in einfacher und rationeller Weise diffundierte Halbleiterbauelemente, insbesondere aus Silicium, mit nebeneinanderliegenden, unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisenden Bereichen unter Verwendung von festen, auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltenden Stoffen herzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als fester Stoff mindestens eine mit der entsprechenden Dotierstoffverbindung versehene Nickelschicht verwendet wird, daß die als Dotierstoff wirkende Nickel-Dotierstoff-Verbindung unter Verwendung eines Lacks, der die Nickel-Dotierstoff-Verbindung gelöst enthält, auf die für die Diffusion vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberfläche aufgesprüht wird, daß das Lösungsmittel des Lacks durch Tempern verdampft und der Lack mittels thermischer Zersetzung entfernt wird, v/obei

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sich unter gleichzeitiger Pyrolyse der. Nickel-Dotierstoff-Verbindung auf der Halbleiterkristalloberfläche eine feste Lösung von Nickel mit Dotierstoff bildet, und daß die Zonen unterschiedlichen Leitungstyps durch einen anschließenden Diffusionsprozeß unter Verwendung der mit dem entsprechenden Dotierstoff versehenen Nickelschicht als Dotierstoffquelle erzeugt werden.

Es liegt im üjahmfin der Erfindung, als Dotierstoffverbindüe Verbindungen · ⁶'

düngen,der Elemente Bor, Phosphor, Arsen und Antimon mit der liicfcelschicht aufzubringen. Vorteilhafterweise v/erden als Dotierstoffe zur Erzeugung einer η-dotierten Zone Nickelphosphinkomplexe, z. B. Nickeldicarbonylbistributylphosphin Ii(CO) ₂(P(G_/,Hg)₅)₂ und zur Erzeugung einer p-dotierten Zone Wiekelboralkylkomplexe Ni(CO)₂G-^H-JqN₂B verwendet. Dabei hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn der Gehalt an Dotierstoff in der Nickelschicht so eingestellt wird, daß er nicht mehr als 5 i° beträgt.

In einer ?/eiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, als Lacklösung eine in Butylacetat-Äther gelöste Nitrocellulose zu verv/enden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der die Mekeldotierstof fverbindung enthaltende Lack in einer Schichtstärke im Bereich von 1 - 5 /U aufgebracht.

Anstelle der Verwendung des Nitrocelluloselacks läßt sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenso ein Fotolack verwenden, wodurch nach Belichtung und Entwicklung des Fotolacks eine beliebige Strukturierung der zu diffundierenden Zonen im Halbleiterkörper erreicht werden kann. ■

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die thermische Zersetzung des Lacks bzw. die Pyrolyse der Nickel-Dotierstoff-Vertindting be., .mindestens 15o° 0 während einer Zeitdauer von mindestens fünf Minuten in einer Sauerstoff und Argon enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.

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Durch das Verfahren .nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, zwei apparativ und zeitlich sehr aufwendige Arbeitsgänge, nämlich die Belegung der Halbleiterkristalloberfläche mit dem Dotierstoff und die Dotierung des Halbleiterkörpers selbst, zusammenzulegen. Außerdem werden die Dotierzeiten erheblich verkürzt, was sich günstig auf die elektrischen Parameter der herzustellenden Halbleiterbauelemente auswirkt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gleichzeitig mit der Dotierung eine Nickelbelegung erfolgt, so daß bei nachfolgender Diffusion die Lebensdauer I» der Minoritätsladungsträger sehr viel höher bleibt qls ohne * Nickel. Außerdem wird die spätere sperrfreie Kontaktierung der entsprechenden Bereiche wesentlich erleichtert.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen wietere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, näher erläutert werden.

Die Figuren 1 - 4 zeigen den Herstellungsgang einer diffundierten Zone in einem aus Silicium bestehenden Halbleiterkörpersubstrat.

In Figur 1 wird die Belegung der Oberfläche mit dem die " Nickeldotierstoff-Verbindung enthaltenden Lack dargestellt j

Figur 2 zeigt die Strukturierung der Lackschicht unter Verwendung der Fototechnik.

Figur 3 -und, ;4 Eeigt< den>4iochtompt;ratur.pr,Dzüß soi'/ie den Verfahrensschritt der eigentlichen Diffusion.

In Figur 1 wird von einer p-dotierten Siliciumkristallscheibei ausgegangen. Auf die Oberfläche dieser Siliciumkristallscheibe 1 wird eine Fotolackschicht 2 aufgespritzt, welche Nickeldicarbonylbistributylphosphin in hoher Konzentration gelöst

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(ungefähr 15 i°) enthält. Nach dem Abschleudern des überschüssigen Lacks erfolgt ein kurzer Temperprozeß bei 1oo - 12o° C, bei dem der Lack von. Lösungsmittelresten befreit wird. Ss hinterbleibt dann auf der Oberfläche des Substrats T eine Lackschicht 2 von ungefähr 1 /u Schichtstärke.

Die Anordnung wird dann, wie in Figur 2 dargestellt, unter Verwendung der bekannten Fotoätztechnik in einem bestimmten Bereich 3 von der Fotolackschieht 2 befreit.

Im Anschluß daran erfolgt, wie Figur 3 zeigt, bei 5oo C in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre die thermische Zersetzung der verbliebenen Fotolackschichten, wodurch auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1, da;gleiehzeitig mit der thermischen Zersetzung des lacks auch eine Pyrolyse der Nickel-Dotierstoff-Verbindung stattfindet, Metallschichten 4 zurückbleiben, welche aus einer festen Lösung von Phosphor in. Nickel bestehen.

Diese Phosphor enthaltenden Nickelschichten 4 dienen als Do tier stoff quellen bei der unmittelbar im gleichen O~Ü?en stattfindenden Diffusion bei Temperaturen über 9oo G (je nach Diffusionstiefe) in Argonatmosphäre. Es entsteht oa dabei das in Figur 4 gezeigte Schnittbild, bei dem mit dem Bezugszeichen 5 die bei der Diffusion erzeugten n-dotierten Zonen im p-dotierten Siliciumsubstrat 1 bezeichnet sind, während die auf der Oberfläche des Substrats mit den diffundierten Zonen verbliebenen Nickel-Phosphor-Schichten mit 6 bezeichnet sind.

In'gleicher Weise läßt sich natürlich auch unter Verwendung entsprechender Nickel-Bor-Alkyl-Komplexe eine p-dotierte Zone in einem η-dotierten Siliciumkörper herstellen. Ebenso ist es möglich, als Lacklösung für diese Komplexe Nitrocellulose in. Butylacetat-Äther zu verwenden, nißse ganzflächig

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aufzubringen und bei Bedarf eine zusätzliche Fototechnik anzuwenden.

Außerdem können auch nebeneinanderliegende, gleichzeitig zu diffundierende Zonen mit unterschiedlichem Leitungstyp hergestellt v/erden, v/obei jeweils wn einer mit einem Nickel· phosphinkomplex versetzten und mit einem Nickel-Bor-Alkyl- Koraplex versetzten Lacklösung ausgegangen wird, welche unter Verwendung der Fototechnik nacheinander auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht werden.

1o Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von insbesondere aus Silicium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterbauelementen, bei dem die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf die HalbleiterkristalloTaerflache aufgebrachten, den Dotierstoff-enthaltenden festen Stoffen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß-als fester Stoff mindestens eine mit der entsprechenden Dotierstoffverbindung versehene Kickelschicht verwendet wird, daß die als Dotierstoff v/irkende Nickel-Dotierstoff-Verbindung unter Verwendung eines Lacks, der die Nickel-Dotierstoff-Verbindung gelöst enthält, auf die für die Diffusion vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberfläche aufgebracht wird, daß das Lösungsmittel des Lacks durch Tempern verdampft und der Lack mittels thermischer Zersetzung entfernt wird, wobei sich unter gleichzeitiger Pyrolyse der Nickel-Dotierstoff-Verbindung auf der Halbleiterkristalloberfläche eine feste Lösung von Nickel mit Dotierstoff bildet, und daß die Zonen unterschiedlichen Leitungstyps durch einen anschließenden Diffusionsprozeß unter Verwendung der mit dem entsprechenden Dotierstoff versehenen Nickelschicht als Dotierstoffquelle erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoffverbindungen die Verbindungen der Elemente Bor, Phosphor, Arsen und Antimon mit der Niekelschicht aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoffe zur Erzeugung einer η-dotierten Zone Nickel-Phosphin-Komplexe, z.B. Nickeldicarbonylbistributylphosphin Ni(GO)^- <JP(C.H₀,),)₂ verwendet werden. .

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4. Vorfahren nach Ansprucli 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotieretoff zur Erzeugung einer p-dotierten aona Nickel-Boralkyl-Komplexe, z.B. 3(bisphenylbor) 1./l-Biazobutiidiennickeldicarbonyl Ni(CO)₂C₁J-H₁₀N₂B verwendet werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Dotierstoff in der Nickelschicht auf max. 5 # eingestellt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lacklösung eine in Butylacetat/Äther gelöste Nitrocellulose verwendet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein Fotolack verwendet wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Nickel-Dotierstoff-Verbindung enthaltende Lack in einer Schichtstärke von ungefähr 1 - 5/u aufgebracht wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zersetzung des Lackes bzw. die Pyrolyse der Nickel-Dotierstoff-Verbindung bei mindestens 15o C, vorzugsweise 5oo C, während einer Zeitdauer von mindestens 5 Minuten in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre durchgeführt wird.

to. Halbleiterbauelement, insbesondere pnp- bzw. npn-Siliciumtransistor, hergestellt nach einem Verfahren nach mindeetens einem der Ansprüche 1-9·

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