DE2007752B2

DE2007752B2 - Verfahren zum Herstellen von dotiertem Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE2007752B2
Application number: DE2007752A
Authority: DE
Inventors: Georg 8012 Ottobrunn Rosenberger; Heinrich Dipl.-Chem. Dr. 8000 Muenchen Soehlbrand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1978-07-27
Also published as: FR2080610B1; JPS5338597B1; DE2007752A1; GB1289432A; FR2080610A1; AT338335B; NL7102176A; SE366227B; ATA82571A; DE2007752C3; CH519249A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

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 Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Belegung sind. Für Halbleiterbauelemente mit hoher Leistung, welche relativ große Abmessungen aufweisen, ist dieser Arbeitsgang daher sehr teuer, da nur eine geringe Anzahl von Kristallscheiben gleichzeitig belegt werden kann.

Aus der deutschen Patentschrift 10 46 785 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 Halbleiterkristalloberfläche 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 Dotierstoffes versehene Zone in der Halbleiterkristalloberfläche.

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

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

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem »Paint-on-Verfahren« den Vorteil auf, daß es durch die Mitverwendung des Lacks beim Aufbringen auf die Halbleiteroberfläche, welcher aufgespritzt und anschließend abgeschleudert wird, viel gleichmäßigere Schichtdicken liefert.

Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß als Lack neben einer Lacklösung einer in Buthylacetat-Äther gelösten Nitrocellulose auch ein fotoempfindlicher Lack verwendet werden kann, wodurch nach Belichtung und Entwicklung eine Strukturierung der diffundierten Zonen ermöglicht wird. Dadurch gelingt es, in einem einzigen Verfahrensschritt nebeneinander in der Konzentration oder im Leitungstyp unterschiedliche Dotierung aufweisende Zonen gleichzeitig zu erzeugen.

Als Dotierstoffe werden zum Beispiel die Oxide von Bor, Phosphor, Arsen und Atimon verwendet.

Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Gehalt an Dotierstoff im Trägermaterial, beispielsweise im Siliciumdioxid, auf 20—30% einzustellen.

Die Schichtdicke der das Gemisch Trägermaterial und Dotierstoffoxid in suspendierter Form enthaltenden Lacklösung wird gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung auf ungefähr 5μ eingestellt. Dabei erfolgt die Herstellung der Lackschicht durch Auftropfen oder Aufspritzen und Abschleudern des überschüssigen Lacks.

Durch das Verfahren nach der Lehre üer Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, zwei apparativ und zeitlich sehr aufwendige Arbeitsgänge, nämlich die Belegung mit dem Dotierstoff und die Dotierung selbst, in einen einzigen Arbeitsgang zusammenzulegen. Als technische Hilfsmittel werden lediglich eine zentrische Schleuder und ein einfacher Rohrofen benötigt. Außerdem werden die Dotierzeiten gegenüber den Gasdiffusionen erheb-Hch verkürzt, was sich besonders günstig auf die elektrischen Parameter der herzustellenden Halbleiterbauelemente auswirkt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Alisführungsbeispielen, aus denen weitere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, noch näher erläutert werden.

Die Fig. 1—3 zeigen den Herstellungsgang einer

diffundierten Zone in einem aus Silicium bestehenden Halbleiterkörpersubstrat.

In Fig. 1 wird die Belegung der Oberfläche mit dem Lackfilm, welcher das mit dem Trägermaterial versetzte Dotierstoffoxid enthält, dargestellt.

F i g. 2 zeigt die Anordnung nach dem ersten Temperaturprozeß.

Fig.3 zeigt die Anordnung nach einem mehrere Stunden andauernden Diffusionsvorgang.

In Fig. 1 wird von einer p-dotierten Silicium-Einkristallscheibe 1 ausgegangen. Auf die Oberfläche dieser als Substrat dienenden Silicium-Einkristallscheibe 1 wird eine Lackschicht 2, bestehend aus in Butylacetat-Äther gelöster Nitrocellulose, welche zusätzlich noch Siliciumdioxid, welches zu 80% eine Korngröße kleiner als 1 μσι aufweist und mit Phosphoroxid beladen ist, enthält, ganzflächig aufgesprüht. Diese Suspension wird hergestellt, indem ein Teil Phosphorpentoxid mit vier Teilen Siliciumdioxid versetzt und in der Nitrocelluloselacklösung aufgeschlemmt wird. Der auf der Halbleiteroberfläche vorhandene überschüssige Lack wird durch Schleudern entfernt, so daß der in Fig. 1 dargestellte Lackfilm 2 in einer Schichtstärke von 3 μ entsteht.

Fig.2 zeigt die Anordnung, nachdem das Lösungsmittel des Lackes durch einen Temperprozeß bei 100-130°C (5 Minuten) entfernt worder, ist und die Lackbestandteile bei 500⁰C in Sauerstoffatmosphäre thermisch zersetzt worden sind. Durch weiteres Erhitzen auf 900⁰C in einer Sauerstoff und Argon enthaltenden Atmosphäre bildet sich dann auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 eine Phosphoroxidglasschicht 3 aus. Diese Phosphoroxidglasschicht 3 dient, wie in F i g. 3 dargestellt ist, als feste Dotierstoffquelle zur Erzeugung einer η-dotierten Zone 4 im Siliciumsubstrat 1. Bei dem mehrere Stunden andauernden Diffusionsprozeß bei Temperaturen höher als 900⁰C entsteht dann der mit dem Bezugszeichen 5

bezeichnete pn-Übergang.

In gleicher Weise läßt sich natürlich auch Antimonoxid (Sb2Oj) und Arsenoxid (AS2O3) zur Herstellung von η-dotierten Zonen verwenden. Soll eine p-dotierte Zone erzeugt werden, so wird feinkörniges S1O2 mit einem Oxid eines Elementes der III. Gruppe, beispielsweise Bortrioxid (B2O)), beladen und in dem Lack aufgeschlemmt auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebracht.
Weiterhin kann anstelle des Nitrocelluloselacks auch ein fotoempfindlicher Lack verwendet werden, so daß eine Strukturierung der diffundierten Zonen ermöglicht wird. In jedem Fall ist es möglich, in einem einzigen Diffusionsprozeß mehrere Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und unterschiedlichen Leitungstyps herzustellen. Dabei erfolgt die Herstellung der festen Dotierstoffquellen, also die Belegung der Halbleiterkristalloberfläche mit dem Dotierstoff, und die eigentliche Diffusion, also die Herstellung der dotierten Zonen, im gleichen Reaktionsraum, wodurch die Gefahr des Einschleppens von Verunreinigungen erheblich herabgesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von insbesondere aus Silicium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen Leitungstyps aufweisenden Halbleitermaterial, bei dem die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierstoff enthaltenden festen Stoffen erfolgt, bei dem der Dotierstoff in Form seines Oxids mit Siliciumdioxid versetzt wird, bei dem anschließend diese Mischung in einer Lacklösung suspendiert und die Halbleiterkristalloberfläche an den für die Diffusion vorgesehenen Bereichen mit dieser Suspension belegt wird, bei dem dann das Lösungsmittel des Lacks durch Tempern verdampft und der Lack mittels thermischer Zersetzung entfern* wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid zu 80% eine Korngröße kleiner als 1 μίτι aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lacklösung aus in Butylacetat/Äther gelöster Nitrocellulose suspendiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gemisch Siliciumdioxid und Dotierstoffoxid enthaltende Lacklösung in einer Schichtstärke von ungefähr 5 μπι durch Auftropfen und Abschleudern aufgebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zersetzung des Lacks bei 350 bis 500° C während einer Zeitdauer von 5 min in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre durchgeführt wird.