DE2104752B2 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Kapazitätsdiode - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-KapazitätsdiodeInfo
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Description
dem dem Grundkörper gleichen Leitungstyp erzeugenden Dotierungsmaterial in die letzte Schicht erfolgt,
welche die Leitfähigkeit weiter erhöht.
65 Das mit dem Verfahren nach der Erfindung erreichte
65 Das mit dem Verfahren nach der Erfindung erreichte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen Dotierungsprofil kann der Beziehung N(x) ^ \jx entner
Halbleiter-Kapazitätsdiode mit großer Kapazi- sprechen, der ein Kapaz'tätsverlauf InC=K -k'xUn
itsvariation und exponentiellem Verlauf der Kapazi- entspricht. Dieser Kapazitätsverlauf ist einer der von
len Anwendern von Kapazitätsdioden gewünschten wird von einem Siliziumsubstrat 1, das mit Antimon
^" " so «+-dotiert ist, daß sich ein spezifischer Widerstand
In den beiden Beziehungen bedeuten: von etwa 1^m Qcm ergibt
xr, \ Aif ^torct^iipntrVr.,-.. * *· η Auf dieses Substrat wird dann mit Hilfe der üblichen
NlX) = ί LSnf Sn H^ u ,μ °n *? °rte' 5 Verfahren eine erste epitaktische Siliziumschicht 2 von
X = HatbtlrkTnirs £ £ϊ^ ^ 9 «"" Ws 1W «"" Di<*e ^bracht, die mit Phosphor
Γ - DtadS£narifl? SO Stark ^ote ist' ** sich ein spezifischer Wider-
Ϊ ~ S stand von 8 bis 12 Dem, d. h. etwa 10 Ücm ergibt.
Af di ; ^
= Diodenkapjzitat be. t/Ä = 0 Auf diese erste epitakti;che Schicht 2 wird
j p
,, I "^- , F-^L ,J lo vorzugsweise mit dem gleichen Verfahren, eine zweite
k = P.oporfconal.tats faktor ep.taktische Siliziumschicht 3 mit einer Dicke von
Ur = an der Diode anliegende Sperrspannung. 2,9 μΓη bis 3,3 μπι aufgebracht, die ebenfalls mit
... j (J^t-- . Phosphor so dotiert ist, daß sich ein spezifischer
Ein zu den geforderten Eigenschaften der Kapazi- Widerstand von 0,95 bis 1,3 Ücm, d. h. etwa 1 ücm
tätsdiode führendes Dotierungsprofil läßt sich schon 15 ergibt
erreichen, wenn auf die hochohmige Schicht des Halb- In der F i g. 1 ist über den Abstand χ in μπι von der
leitergrunoKorpers eine niederohmigere Schicht auf- Siliziumoberfläche des Halbleiterkörpers an gerechnet
gebracht und in diese dann ein Störstellenmaterial die Dotierungskonzentration N in At/cm3 aufgetragen,
eindiffundiert wird oder au die hochormige Schicht Die den Dotierungskonzentrationen zugeordneten
des Halbleitergrundkorpers keine weitere Schicht auf- 20 spezifischen Witkrstandswerte sind neben den entspre-
gebracht, dann aber mindestens zwei Störstellenmate- chenden Abschnitten des Profils angegeben. Auf die
riahen unterschiedlicher Dotierungsgeschwindigkeit zweite epitaktische Schicht 3 wird ein in der Figur
mit unterschiedlicher Konzentration eindiffundiert nicht dargestelltes thermisches Oxid aufgebracht,
werden. Durch die für dieses Aufbringen erforderliche Wärme-
Durch die Eindiffusion wird die Störstellenkonzen- 25 behandlung tritt gleichzeitig eine Ausdiffusion aus den
tration in der letzten Schicht vorzugsweise bis auf epitaktischen Schichten auf, so daß das vorher stufen-
5 · 1017 bis 5 · 1019 At/cm3 erhöht. förmige Dotieri:ngsprofil abgerundet wird.
Zweckmäßigerweise wird als Halbleitermaterial In das Siliziumoxid wird dann ein Diffusions-Silizium
verwendet, das mit Antimon dotiert sein kann fenster eingebracht und durch dieses Phosphor mit
und die Schichten auf das Substrat epitaktisch aufge- 30 einer Oberflächenkonzentration von vorzugsweise
wachsen und mit Phosphor dotiert. Vorzugsweise wird 5· 1018 Atem3 eindiffundiert. Das sich durch diese
auch Phosphor in die letzte epitaktisch aufgewachsene Phosphoreindiffusion allein ergebende Dotierungs-Schicht
eindiffundiert. Sollen zwei Störstellenmatena- profil 4 ist in die Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet,
lien eindiffundiert werden, so wird neben Phosphor Während dieser Eindiffusion und während der oben
Arsen oder Antimon verwendet. 35 erwähnten, für die Oxidation erforderlichen Wärme-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen behandlung diffundiert auch das in der zweiten
insbesondere darin, daß mit einem von den Standard- epitaktischen Schicht 3 enthaltene Phosphor einerseits
verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und das im Substrat 1 enthaltene Antimon in die erste
nicht sehr abweichenden Verfahren gut reproduzierbar epitaktische Schicht 2 und erzeugt, für sich gesehen,
Kapazitätsdioden hergestellt werden können, deren 40 die ebenfalls gestrichelt in die Figur eingetragenen
Kapazitäts-Variationsbereich so groß und deren Dotierungsprofile 5a und 5b. Diese Dotierungsprofile
Kapazitätsverlauf so gut sind, daß sie als Abstimm- überlagern sich und führen so zu dem endgültigen
elemente in Mittelwellen-Rundfunkempfängern und Dotierungsprofil 6.
in Geräten, in denen ähnliche Anforderungen an die Nachdem die Diffusion zur Erzeugung dieses Do-Abstimmelemente
gestellt werden, eingesetzt werden 45 tierungsprofils abgeschlossen ist, wird die Oberfläche
können. des Halbleiterkörpers z. B. erneut oxidiert und in diese
Zwei Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Oxidschicht dann ein weiteres Diffusionsfenster einge-
Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und bracht, das größer ist als das zur Eindiffusion des
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Phosphors dienende Fenster und durch das dann ?ur
Fig. 1 das Dotierungsprofil einer gemäß einem 5<>
Erzeugung des pn-Übergangs (was in der Figur nicht
ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der mehr dargestellt ist) Bor bis zu einer Tiefe von etwa
Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode (2fach-Epi- 0,9 μπι eindiffundiert wird,
taxie und Einfachdiffusion), Nach diesem zweiten Diffusionsschritt ist die eigent-
Fig. 2 das Dotierungsprofil einer gemäß einem liehe Kapazitätsdiode fertiggestellt; die weitere Be-
zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der 55 handlung des Halbleiterkörpers, d. h. Kontaktieren,
Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode (3fach-Epi- Umhüllen, usw., erfolgt nach den bekannten Tech-
taxie und Einfachdiffusion), niken, auf deren Schilderung hier verzichtet wird.
Fig. 3 das Dotierungsprofil einer gemäß einem Fig. 2 zeigt das Dotierungsprofil einer gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der zweiten Ausführungsbeispie! des Verfahrens nach der
Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode (Einfach- 6o Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode.
Epitaxie und gleichzeitige Zwei-Komponenten-Diffu- Das Verfahren entspricht weitgehend dem des ersten
sion) und Ausführungsbeispiels, es ist lediglich auf die zweite
Fig. 4 die Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie einer epitaktische Schicht 3 noch eine dritte epitaktische
Kapazitätsdiode mit einem Dotierungsprofil gemäß Schicht 7 von etwa 2 μίτι Dicke und einem spezifischen
Fig. 1 oder 2. 65 Widerstand von etwa 0,2 Qcm aufgebracht.
Fig. 1 zeigt das Dotierungsprofil einer gemäß einem Fig. 3 zeigt das Dolierungsprofil einer gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der
Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode. Ausgegangen Erfindung hergestellten Kapazitätsdiode. Bei diesem
Verfahren wird ausgegangen von einem Substrat 1 mit nur einer epitaktisch aufgewachsenen hochohmigen
Schicht 2. Die Kennwerte (Dicke und Widerstand) dieser Schichten entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels.
Auf die hochohmige epitaktische Schicht 2 wird durch thermische Oxidation eine Siliziumdioxid-Abdeckschicht von etwa 0,45 μτη Dicke
aufgebracht. In diese Schicht werden dann Fenster für eine gleichzeitige η+-Doppeldiffusion eingebracht. Bei
dieser Doppeldiffusion werden gleichzeitig Phosphor mit einer Oberflächenkonzentration von etwa
5-10ieAt/cm3 und Antimon mit einer Oberflächenkonzentration
bei der maximalen Löslichkeit von etwa 5· 1019 At/cm3 eindiffundiert. Die entsprechenden Eindringtiefen
sind für Phosphor 2 bis 2,5 μηι und für
Antimon L3 bis 1,6 μηι. Die sich durch die beiden
Diffusionen jeweils allein ergebenden Dotierungsprofile
sind in die F i g. 3 gestrichelt eingetragen und mit den
15 Kurzzeichen für die entsprechenden Störstellenmaterialien
(P und Sb) bezeichnet. Diese beiden Dotierungsprofile überlagern sich und führen so zu dem endgültigen
Dotierungsprofil 6.
Alle übrigen Verfahrensschritte entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 4 zeigt nun die Kapazitätsänderung abhängig von der angelegten Spannung einer gemäß einem der
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung hergestellten Diode. Diese Kurve zeigt, daß mit
einer Spannungsvariation von 1 bis 30 V eine Kapazitätsänderung von etwa 10 bis 250 pF erreichbar ist.
Diese Kapazitätsänderung und der Verlauf der Kapazität in Abhängigkeit von der Spannung sind so,
daß eine solche Kapazitätsdiode in Mittelwellen-Rundfunkempfängern
und in Geräten, in denen an die Abstimmelemente ähnliche Anforderunger gestellt werden, eingesetzt werden kann.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter- gegebenenfalls weitere Schichten gleichen Leitungstyps
Kapazitätsdiode mit großer Kapazitätsvariation 5 bei denen jede folgende Schicht niederohmiger als die
und exponentiellem Verlauf der Kapazitäts-Span- vorhergehende ist, aufgebracht werden, bei dem durch
nungs-Kennlinie, bei dem auf ein niederohmiges eine geeignete Wärmebehandlung das sich aus der
Substrat zunächst eine hochohmige Schicht gleicher» aufgebrachten Schichten ergebende stufenförmige
Leitungstyps aufgebracht wird, und auf diese Dotierungsprofil durch Ausdiffusion abgerundet wire
gegebenenfalls weitere Schichten gleichen Leitungs- io und bei dem durch Einbringen eines eine Schicht von;
typs, bei denen jede folgende Schicht niederohmiger entgegengesetzten Leitungstyp bildenden Materials
als die vorhergehende ist, aufgebracht werden, bei eine PN-Übergangsfläche in der letzten Schicht gedem
durch eine geeignete Wärmebehandlung das schaffen wird. Ein derartiges Verfahren ist aus dei
sich aus den aufgebrachten Schichten ergebende britischen Patentschrift 1 182 222 bekannt,
stufenförmige Dotierungsprofil durch Ausdiffusion 15 Unter einer Kapazitätsdiode mit großer Kapazitätsabgsrundet wird und bei dem durch Einbringen Variation und exponentiellem Verlauf der Kapazitätseines eine Schicht vom entgegengesetzten Leitungs- Spannungs-Kennlinie wird hier eine solche Diode vertyp bildenden Materials eine PN-Übergangsfläche standen, die in den Abstimmkreisen von Rundfunkin der letzten Schicht geschaffen wird, dadurch Mittelwellenempfängern und kapazitiv abgestimmten gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen 20 Funkempfängern für ähnliche Wellenbereiche verdes den PN-Übergang bildenden Materials minde- wendbar ist.
stufenförmige Dotierungsprofil durch Ausdiffusion 15 Unter einer Kapazitätsdiode mit großer Kapazitätsabgsrundet wird und bei dem durch Einbringen Variation und exponentiellem Verlauf der Kapazitätseines eine Schicht vom entgegengesetzten Leitungs- Spannungs-Kennlinie wird hier eine solche Diode vertyp bildenden Materials eine PN-Übergangsfläche standen, die in den Abstimmkreisen von Rundfunkin der letzten Schicht geschaffen wird, dadurch Mittelwellenempfängern und kapazitiv abgestimmten gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen 20 Funkempfängern für ähnliche Wellenbereiche verdes den PN-Übergang bildenden Materials minde- wendbar ist.
stens eine Eindiffusion von dem dem Grundkörper An solche Kapazitätsdioden muß neben der Forde-
gleichen Leitungstyp erzeugenden Dotierungsma- rung nach einem hohen Dotierungskonzentrationsterial
in die letzte Schicht erfolgt, welche die Leit- unterschied des Halbleiterkörpers und damit großer
fähigkeit weiter erhöht. 25 Kapazitüts-Variation die Forderung nach einem
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- möglichst genau exponentiellem Verlauf der Kapa/izeichnet,
daß auf die hochohmige Schicht eine täts-Spannungs-Kennlinie gestellt werden,
niederohmige Schicht gleichen Leitungstyps aufge- Um Kapazitätsdioden herzustellen, die diesen Forbracht wird. derungen nahekommen, ist es auch bereits bekannt
niederohmige Schicht gleichen Leitungstyps aufge- Um Kapazitätsdioden herzustellen, die diesen Forbracht wird. derungen nahekommen, ist es auch bereits bekannt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 (Int. elektron. Rundschau 22 [1968] 10, 249 bis 253),
zeichnet, daß auf die hochohmige Schicht zwei von einem Halbleiterkörper auszugehen, auf den eine
niederohmige Schichten gleichen Leitungstyps auf- hochohmige Schicht vom gleichen Leitungstyp aufgegebracht
werden. bracht und in diese dann eine niederohmige Zone.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ebenfalls vom gleichen Leitungstyp eindiffundiert und
zeichnet, daß zwei StörstePenmaterialien unter- 35 anschließend durch eine weitere Diffusion der PN-schiedlicher
Diffusionsgeschwindigkeit mit unter- Übergang gebildet wird.
schiedlicher Konzentration eindiffundiert werden. Weiter ist es bekannt (deutsche Offenlegungsschrift
5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch geker.n- 1 947 300), von einem Halbleiterkörper auszugehen,
zeichnet, daß durch die Eindiffusion die Störstellen- auf den zunächst eine hochohmige Schicht vom gleikonzentration
in der letzten Schicht bis auf 40 chen Leitungstyp, dann eine Schicht vom entgegen-5·
1017 bis 5· 1019 At/cm3 erhöht wird. gesetzten Leitungstyp aufgebracht wird, die Dotie-
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch rungsstoffe der ersten hochohmigen Schicht enthalten,
gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium die dann durch eine Wärmebehaiidlung in die hochverwendet
wird und die Schichten auf das Substrat ohmige Schicht eindiffundiert werden und anschlieepitaktisch
aufgewachsen werden. 45 ßend durch eine weitere Diffusion der PN-Übergang
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, hergestellt wird.
dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktisch aufge- Es hat sich jedoch gezeigt, daß es mit den bekannten
wachsenen Schichten mit Phosphor dotiert werden Verfahren nicht möglich ist. eine Kapazitätsdiode her-
und daß in die letzte Schicht Phosphor eindiffun- zustellen, deren Kapazitäts-Variationsbereich so groß
diert wird. 50 und deren Verlauf der Kapazitäts-Spannungs-Kenn-
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- linie so gut ist, daß sie als Abstimmdiode in Mittelzeichnet,
daß in die letzte Schicht Phosphor und wellen-Rundfunkempfängern eingesetzt werden kann.
Arsen eindiffundiert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- von einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterzeichnet,
daß in die letzte Schicht Phosphor und 55 Kapazitätsdiode der eingangs genannten Art, ein verAntimon
eindiffundiert werden. bessertes Verfahren anzugeben, das die Herstellung
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, einer den obenerwähnten Anforderungen genügenden
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit Kapazitätsdiode ermöglicht.
Antimon dotiert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
60 löst, daß vor dem Einbringen des den PN-Übergang
bildenden Materials mindestens eine Eindiffusion von
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