DE2021798C3

DE2021798C3 - Process for the production of a profiled pn-junction in a silicon wafer

Info

Publication number: DE2021798C3
Application number: DE19702021798
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Tsitovsky, Ilya Leonidovitsch; Zelikman, Grigory Avrumovitsch; Moskau
Filing date: 1970-05-04
Publication date: 1977-09-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur erhältlich ist.The invention relates to a method of being obtainable.

Herstellung eines profilierten pn-Überganges in einem 30 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, zur Fertigung von Halbleiterbauelementen bestimmten daß auf die Oberfläche des Siliziumplättchens zunächst Siliziumplättchen, die einen zur Vermeidung von eine Borsäureanhydridlösung aufgetragen wird, dann Oberflächendurchschlag vorgesehenen »Schutzring« mit Hilfe einer dem vorgegebenen Profil des pn-Überaufweisen. ganges entsprechenden Metallmaske eine Bitumen-Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten 35 schutzschicht aufgebracht wird, nach Entfernen der pn-Überganges in einem mit einem pn-Übergang Metallmaske auf die teilweise mit der Bitumenschutzversehenen Siliziumplättchen bekannt (»Elektritschest- schicht versehene Oberfläche eine 3-5prozentige wo« 1966, Nr. 7, S. 56-59), bei dem man auf die Aluminiumnkratlösung aufgetragen und getrocknet Plättchenränder mit Hilfe eines Pinsels eine Aluminium- wird und die Bitumenschutzschicht vor dem Diffusionsund Borverbindungen (z. B. Aluminiumnitrat und Bor- 40 Vorgang durch Abkochen in Tetrachlorkohlenstoff Säureanhydrid) enthaltende Lösung aufträgt und zwei vollständig entfernt wird.Production of a profiled pn junction in a 30 This object is achieved according to the invention by for the manufacture of semiconductor components that initially apply to the surface of the silicon wafer Silicon wafer that a boric anhydride solution is then applied to one to avoid Surface breakdown provided »protective ring« with the help of a predetermined profile of the pn over-show. ganges corresponding metal mask a bitumen-It is a process for the production of a profiled 35 protective layer is applied, after removing the pn-junction in one with a pn-junction metal mask on the partially provided with the bitumen protection Silicon platelets known (»Electritic test layer provided surface a 3-5 percent wo «1966, No. 7, pp. 56-59), in which one is applied to the aluminum crate solution and dried With the help of a brush, an aluminum layer is applied to the edges of the platelets and the bitumen protective layer before diffusion and Boron compounds (e.g. aluminum nitrate and boron 40 Process by boiling in carbon tetrachloride Acid anhydride) containing solution and two is completely removed.

solche ringförmige Überzüge tragende Plättchen in Hierdurch läßt sich, da die einzudiffundierendenplatelets carrying such ring-shaped coatings in this way can, as the to be diffused

einem Quarzglas übereinander an Luft 15 bis 25 h auf Stoffe im Lösungsmittel der Bitumenschutzschichta quartz glass on top of each other in air for 15 to 25 h on substances in the solvent of the bitumen protective layer

1320°C erhitzt, wobei sich die Verbindungen zersetzen, unslöslich sind und unterschiedliche'Diffusionskoeffi-1320 ° C heated, whereby the compounds decompose, are insoluble and different'Diffusionskoeffi-

eine gleichmäßige Borsilikatglasschicht auf der Platt- 45 zienten aufweisen, mittels der Metallmaskenanwendunghave a uniform borosilicate glass layer on the plat- 45 by means of the metal mask application

chenoberfläche entsteht, reduziertes Aluminium nur der gewünschte profilierte pn-Übergang auch insurface is created, reduced aluminum only the desired profiled pn junction also in

vom ringförmigen Überzugsbereich in das Plättchen Halbleiterplättchen mit Durchmessern unter 5-7 mmfrom the annular coating area into the wafer, semiconductor wafers with diameters below 5-7 mm

eindiffundiert und reduziertes Bor von der Borsilikat- herstellen.diffused and reduced boron from the borosilicate manufacture.

glasfläche langsamer als das Aluminium in das Plättchen Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispiels-glass surface slower than the aluminum in the plate The invention is illustrated using the drawing as an example

eindiffuncliert, so daß sich im Innern des Plättchens ein 5° weise erläutert; darin zeigtdiffused in, so that a 5 ° is explained in the interior of the plate; in it shows

profilierter pn-Übergang bildet, in dem durch die Fig. la eine Draufsicht eines Halbleiterplättchens größere Diffusionsreichweite des Aluminiums verur- mit einer auf dessen Oberfläche aufgetragenen Schutzsachte Stufen auftreten. Diesem Verfahren haftet der schicht, und profiled pn junction forms, in which by Fig. La a plan view of a semiconductor wafer Greater diffusion range of the aluminum causes steps to occur with a protective layer applied to its surface. The layer, and adheres to this process

Mangel an, daß es unmöglich ist, einen profilierten Fig. Ib einen Querschnitt durch das Halbleiterplätt-Lack of that it is impossible to make a profiled Fig. Ib a cross section through the semiconductor wafer

pn-Übergang in Plättchen mit einem Durchmesser von 55 chen nach der Wärmebehandlung,pn junction in platelets with a diameter of 55 surfaces after heat treatment,

weniger als 5 - 7 mm herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird folgenderma-less than 5 - 7 mm. The inventive method is as follows-

Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen von ßen durchgeführt: Auf die Oberfläche eines abgeschlif-In addition, a process has been carried out for the production of ßen: on the surface of an abraded

Halbleiterkörpern mit unprofilierten pn-Übergängen fenen und entfetteten Halbleiterplättchens 1 (Fig. la)Semiconductor bodies with non-profiled pn junctions and degreased semiconductor wafer 1 (Fig. La)

durch Eindiffundieren von Dotierungsmaterialien unter- aus Silizium trägt man eine gesättigte BorsäurelösungBy diffusing in doping materials from silicon, a saturated boric acid solution is carried

schiedlichen Leitungstyps bekannt (DT-AS 12 25 766), 6^ H₃BO₃ bzw. eine Borsäureanhydridlösung B₂O₃ auf.different line types known (DT-AS 12 25 766), 6 ^ H ₃ BO ₃ or a boric _{anhydride solution B 2} O ₃ .

bei dem auf die gesamte Halbleiteroberfläche eine Anschließend trägt man mit Hilfe einer dem vorgegebe-in which a subsequent application is made to the entire semiconductor surface with the help of a

Verunreinigungsschicht des anderen Leitungstyps und nen Profil des pn-Überganges entsprechenden Metall-Contamination layer of the other conductivity type and a profile of the metal transition corresponding to the pn junction

darüber eine Schutzschicht aufgebracht werden, die maske eine Bitumenschlitzschicht 2 (Fig. la) auf. Danna protective layer is applied over it, the mask a bitumen slot layer 2 (Fig. la). then

Schutzschicht von Teilbereichen entfernt wird, hier eine entfernt man die Maske von der Oberfläche desProtective layer is removed from partial areas, here one removes the mask from the surface of the

Verunreinigungsschicht des Leitungstyps des Halb- 65 Plättchens 1 und trägt darauf vom Bitumen her,Contamination layer of the conductivity type of the half-plate 1 and carries on it from the bitumen,

leiterkörpers aufgebracht wird, die zum Überkompen- beispielsweise mit Hilfe eines Zerstäubers, eineConductor body is applied, for example, with the help of an atomizer, to overcompensate

sieren des ersten Verunreinigungsschichtmaterials ge- 3-5prozentige wäßrige AI(NO₃)₃-Lösung auf. Danachsizing the first contamination layer material on 3-5 percent aqueous Al (NO ₃ ) ₃ solution. After that

eignet ist, und schließlich die Verunreinigung beider trocknet man das Plättchen bei einer Temperatur ab, dieis suitable, and finally the contamination of both, one dries the platelet at a temperature which

die Temperatur des Zerfließens des Bitumens (40"C) unterschreitet. Nach dem Abtrocknen des Plättchens wird das Bitumen von dessen Oberfläche durch Abkochen in Tetrachlorkohlenstoff entfernt, in dem das Aluminiumnitrai unlöslich ist. Infolgedessen bleibt die Oberfläche des Halbleiterplättchens mit einer AI(NOj))-Schicht lediglich an den Stellen überzogen, auf die kein Bitumen aufgetragen war. Nach der Entfernung der Bitumenschicht 2 zeigt es sich, daß die durch das Bitumen geschützten Stellen der Plättchenoberfläche mit einem borhaltigen Werkstoff bedeckt sind, während der Rest der Plättchenoberfläche einen aluminiumhaltigen Überzug aufweist.the temperature of the bitumen dissolving falls below (40 "C). After the flake has dried off the bitumen is removed from its surface by boiling in carbon tetrachloride, in which the Aluminum nitrate is insoluble. As a result, the surface of the semiconductor die remains with an Al (NOj)) layer only coated in the places where no bitumen was applied. After removing the Bitumen layer 2 shows that the areas of the platelet surface protected by the bitumen are covered with a boron-containing material, while the rest of the platelet surface is covered with an aluminum-containing material Has coating.

Dann wird das Plättchen einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der das Aluminium schneller als das Bor in die Tiefe des Plättchens 1 diffundiert, weshalb sich in dem Plättchen ein gewünschter profilierter pn-Übergang 4 bildet, der in dem in der Fig. Ib gezeigten Querschnitt des Plättchens 1 dargestellt is,..The plate is then subjected to a heat treatment in which the aluminum is faster than the boron diffuses into the depth of the plate 1, which is why there is a desired profiled pn junction in the plate 4 forms, which is shown in the cross section of the plate 1 shown in Fig. Ib, ..

Wenn es nötig ist, einen profilierten pn-übergang zu erhalten, der ein Spiegelbild des oben beschriebenen ist, muß man die Reihenfolge der Auftragung der H3BO3- und der AI(NO₃)3-Lösung ändern und vor dem Auftragen der Bitumenschicht auf die Plätichenoberfläche die A1(NO3)3-Lösung und nach dem Auftragen von Bitumen die HjBO₃-Lösung aufbringen. Der weitere Verfahrensablauf unterscheidet sich nicht vom oben genannten.If it is necessary to obtain a profiled pn junction that is a mirror image of the one described above, the order of application of the H3BO3 and AI (NO ₃ ) 3 solutions must be changed and before the bitumen layer is applied to the surface of the tile Apply the A1 (NO3) 3 solution and, after applying bitumen, the HjBO ₃ solution. The further course of the procedure does not differ from the above.

Der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens äquivalent ist es, auch andere Paare von Lösungen von Werkstoffen einzusetzen, die einen pn-Übergang bilden können, jedoch ist es notwendig, daß die ausgewählten Werkstoffe unterschiedliche Diffusionskoeffizienten haben. It is equivalent to carrying out the method according to the invention, also other pairs of solutions Use of materials that can form a pn junction, but it is necessary that the selected materials have different diffusion coefficients.

Bei der Wahl des Schutzstoffes (im beschriebenen Ausführungsbeispiel Bitumen) ist dann zu berücksichtigen, daß dieser im Lösungsmittel aufgelöst werden soll, in dem die einen pn-Übergang im Plättchen bildenden Werkstoffe unlöslich sind.When choosing the protective material (bitumen in the example described), it must then be taken into account: that this should be dissolved in the solvent in which the pn junction in the platelet forms Materials are insoluble.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet vortcilhafterweise, die erreichbaren Grenzen der Parameter der profilierten pn-Übergänge in bezug auf Tiefe, Oberflächenkonzentration und Konzentrationsgradient von Beimengungen zu erweitern, die den profilierten pn-Übergang bilden.The method according to the invention advantageously allows the achievable limits of the parameters of the profiled pn junctions in terms of depth, Surface concentration and concentration gradient of admixtures to expand, which the profiled form pn junction.

Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von profilierten pn-Übergängen in Halbleiterplättchen mit einem Durchmesser von über 0,1 mm angewendet.The method according to the invention is expediently used for producing profiled pn junctions applied in semiconductor wafers with a diameter greater than 0.1 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Layers simultaneously diffuse into the semiconductor body

PiiPntaiKnruch so that in the overcompensation

Fatent claims. Highly doped zones are sufficient for the connection of

Process for producing a profiled ohmic contact arise.

pn transitions in ePnem SmpUttche'n. in the case of 5 Finally, en method, according to _d _dje

Boric anhydride dissolved in water and a single substance dissolved in water on e me ^ HaK, Ieterober.

dissolved aluminum nitrate corresponding to a preliminary pool is known to be applied (DT-OS 15 14 949),

given profile of the pn-junction on the whereby first a thin insulating layer is attached

Oberniche de S iconpla ^ ens' applied and and mi, a hole pattern is provided and then one

dried «and in a single diffusion from the solution on the skin of the skin

The process of ionizing boron and aluminum into the silicon-precipitated substance increases the temperature

platelets are diffused in, thereby diffusing in one doped area with

k e η η ζ e i c h η e t that on the surface of a pn junction forms the one around the area

Silicon plate (1) initially a boric acid anhydride occurs on the surface covered with the insulating layer

third solution is applied, then profiled with the help of a .5 and no steps like the one mentioned above

has the predetermined profile of the pn junction (4) junction.

corresponding metal mask a bitumen protection The invention is based on the object of a

layer (2) is applied, after removing the process for producing a profiled pn over-

Metal mask on the (partially with the bitumen gang in a silicon plate, with which in water

protective layer (2) provided surface a 20 dissolved boric anhydride and dissolved in water

3 percent aluminum nitrate solution applied aluminum nitrate, according to a specified

and is dried and the bitumen protective layer profile of the pn junction on the surface of the

(2) Before the diffusion process, applied by boiling in silicon wafers and dried

Carbon tetrachloride is completely removed. and in a single diffusion process boron and

25 aluminum diffused into the silicon wafer

⁰³ are designed so that a profiled pn junction even in silicon wafers with diameters smaller than 5-7 mm with sufficient accuracy