DE2131143A1 - Mask for semiconductor body - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Maske für Halbleiterkörper, insbesondere zur Verwendung beim Eindiffundieren einer Dotierungssubstanz in Silicium mit einer Siliciumdioxydschicht auf der Siliciumscheibe.The invention relates to a mask for semiconductor bodies, in particular for use in diffusing a dopant into silicon having a silicon dioxide layer on top of it Silicon wafer.
Aus Siliciumdioxydschicht hergestellte Masken sind bei der Herstellung von Siliciumhalbleiteranordnungen weit verbreitet und werden während dem Diffusionsvorgang zum Eindotieren bestimmter Dotierungssubstanzen verwendet, damit die Oberfläche an der Halbleiterscheibe selektiv diffundiert werden kann (US PS 2, 802,760). Das Siliciumdioxid wird jedoch nicht als Maske für Gallium oder Aluminium als Dotierungssubstanz verwendet. Als weiteres Material für Maskierungszwecke wurde auch Siliciumnitrid (SiJS^) verwendet, wobei festgestelltMasks made of silicon dioxide are included in the The manufacture of silicon semiconductor devices is widespread and is used for doping during the diffusion process Dopants used to make the surface can be selectively diffused on the semiconductor wafer (US PS 2, 802,760). The silica, however, is not called Mask used for gallium or aluminum as a dopant. Used as another material for masking purposes also silicon nitride (SiJS ^) used, being noted
Ps/mePs / me
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wurdebecame
2131U32131U3
M2O3P/G-575/576M2O3P / G-575/576
ZUTO
wurde, daß Siliciumnitrid bis/einem gewissen Umfang bei einer flachen Diffusion von Gallium oder Aluminium verwertbar ist, jedoch erwies sich dieses Maskierungsmaterial als unzweckmäßig bei einer Tiefendiffusion dieser beiden Materialien, da die Dotierungssubstanzen durch die Maske eindringen.was that silicon nitride to / to a certain extent at a shallow diffusion of gallium or aluminum is useful, but this masking material has proven to be impractical with a deep diffusion of these two materials, since the doping substances penetrate through the mask.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Maske für Halbleiterkörper zu schaffen, mit der Gallium und Aluminium als Dotierungssubstanz in Silicium eindiffundiert werden kann. Insbesondere soll diese Maske für eine tiefe Diffusion Ver-Wendung finden können.The invention is based on the object of a mask for semiconductor bodies to create, with which gallium and aluminum can be diffused into silicon as dopants. In particular, this mask is intended to be used for deep diffusion can find.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Siliciumschicht eine Aluminiumoxydschicht angeordnet ist, und daß die Siliciumoxydschicht sowie die Aluminiumoxydschicht zumindest eine Maskierungsöffnung für das Trägermaterial besitzt. This object is achieved in that on the Silicon layer an aluminum oxide layer is arranged, and that the silicon oxide layer and the aluminum oxide layer have at least one masking opening for the carrier material.
Die Maske ist besonders vorteilhaft, wenn die Siliciumdioxydschicht eine Dicke von etwa 500 1 bis etwa 5000 Ä und die Aluminiumoxydschicht eine Dicke von etwa 2000 A bis etwa 5000 S besitzt.The mask is particularly advantageous when the silicon dioxide layer a thickness of about 500 1 to about 5000 Å; and the aluminum oxide layer a thickness of about 2000 Å to about 5000 S.
Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute Maske besteht aus zwei Schichten, wobei die untere Schicht eine Siliciumdioxydschicht und die obere Schicht eine Aluminiumoxydschicht ist. Die Siliciumdioxydschicht wird auf der Oberfläche des Halbleiterträgers angeordnet und anschließend mit der Aluminiumoxydschicht bedeckt. Eine derart aufgebaute Maske mit einer Aluminiumoxydschicht auf der Siliciumdioxydschicht ist besonders vorteilhaft für eine tiefe Diffusion von Aluminium und Gallium.A mask constructed according to the features of the invention consists of two layers, the lower layer being a silicon dioxide layer and the top layer is an alumina layer. The silicon dioxide layer is on the surface of the Arranged semiconductor carrier and then covered with the aluminum oxide layer. A mask constructed in this way with a Aluminum oxide layer on top of the silicon dioxide layer is particularly advantageous for deep diffusion of aluminum and Gallium.
- 2 - Weitere - 2 - Others
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M2O3P/G-575/576M2O3P / G-575/576
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Es zeigen:Further features and advantages of the invention can be found in the following description of exemplary embodiments with the claims and the drawing. Show it:
Fig. 1a bis 1d ein bevorzugtes Maskierungssystem gemäß der Erfindung;Figures 1a to 1d show a preferred masking system according to the invention;
Fig. 2a bis 2e eine weitere Ausführungsform des Maskierungssystems gemäß der Erfindung. 2a to 2e show a further embodiment of the masking system according to the invention.
Die zusammengesetzte Maske aus einer Siliciumdioxydschieht und einer darauf angebrachten Aluminiumschicht kann in mehrfacher V/eise hergestellt werden. Ein Verfahren zur Herstellung der Maske gemäß der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.The composite mask of a silicon dioxide layer and an aluminum layer applied thereon can be used in multiple V / can be produced. A method of manufacturing the mask according to the invention is described below.
Eine Siliciumscheibe 10 wird in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 900 C bis etwa 1250 C für eine Seitdauer gehalten, die ausreicht, um eine Siliciumdioxydschieht 6 der gewünschten Dicke aufzubauen. Die Dicke dieser Siliciumdioxydschieht kann zwischen etwa 100 bis etwa 5000 $. liegen. Anschließend wird darüber z.B. in herkömmlicher Weise durch Verdampfen oder Zerstäuben eine Aluminiumschicht 14 aufgebracht. Diese Aluminiumschicht 14 wird photolithographisch mit einem Muster versehen und mit einem Ätzmitten, z.B. aus einem Gemisch von Salpetersäure und phosphoriger Säure behandelt, um Öffnungen 16 in der Schicht 14 auszubilden. Anschließend wird der Halbleiteraufbau in herkömmlicher Weise anodisiert, bzw. eloxiert,um die Aluminiumschicht 14 gemäß Fig. 1b in eine Aluminiumoxydschicht 18 gemäß Fig. 1c überzuführen. Schließlich wird die Siliciumdioxydschieht 12 in der Öffnung 16 mit Hilfe von Fluorwasserstoff weggeätzt, so daß die in Fig. 1d dargestellte Öffnung 20 entsteht und dieA silicon wafer 10 is in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 900 C to about 1250 C for a Maintained for a long time, which is sufficient to cover a silicon dioxide layer 6 to build the desired thickness. The thickness of this silica layer can range from about $ 100 to about $ 5000. lie. An aluminum layer 14 is then applied over it, e.g. in a conventional manner by evaporation or sputtering upset. This aluminum layer 14 is photolithographically provided with a pattern and treated with an etching agent, e.g. from a mixture of nitric acid and phosphorous acid, to form openings 16 in layer 14. Then the semiconductor structure is made in a conventional manner anodized or anodized to the aluminum layer 14 according to Fig. 1b to be converted into an aluminum oxide layer 18 according to FIG. 1c. Finally, the silicon dioxide layer 12 in the opening 16 is etched away with the aid of hydrogen fluoride, see above that the opening 20 shown in Fig. 1d arises and the
- 3 - Siliciumscheibe - 3 - silicon wafer
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2131 H32131 H3
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Siliciumscheibe 10 mit einer Maske gemäß der Erfindung versehen ist.Silicon wafer 10 is provided with a mask according to the invention is.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Maskierungssystems gemäß der Erfindung wird eine Siliciumscheibe 30 ebenfalls in einer oxydierenden Atmosphäre hei erhöhter Temperatur oxydiert, um eine Siliciumdioxydschicht 32 aufzubauen. Die Siliciumdioxydschicht kann eine Dicke von etwa 100 his 500 A besitzen. Über der Siliciumdioxydschicht 32 wird eine Aluminiumoxydschicht 34- aufgebaut, wobei hierfür ein pyrolythisches Verfahren Verwendung finden kann. Bei einem der- ' artigen pyrolythisehen Verfahren wird der Siliciumhalbleiterträger bei einer Temperatur von etwa 9000C in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt und mit gasförmigem Wasserstoff sowie einem Aluminiumhaiοgenid z.B. Aluminiumöhlorid oder Aluminiumbromid und ferner mit Wasserstoff und Kohlendioxyd überströmt. Wenn diese beiden Gasgemische die erhitzte Halbleiterscheibe überströmen, wird auf dieser Aluminiumdioxyd abgelagert. Wie aus Fig. 2b erkennbar wird auf der Oberfläche der Aluminiumoxydschicht 34 eine Siliciumdioxydschicht 36 pyrolythisch aufgebaut. Diese Siliciumdioxydschicht 36 wird durch die Zerlegung eines Silicium enthaltenden Materials wie z.B. Silan (SiBL) in einer oxydierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur gebildet. Die Dicke der Siliciumdioxydschicht liegt vorzugsweise bei ungefähr 3000 bis etwa 5000 S. Die Siliciumdioxydschicht 36 wird anschließend photolithographisch mit einem Muster versehen und mit Fluorwasserstoffsäure geätzt, um die Öffnung 38 gemäß Fig. 2c zu bilden. In der Öffnung 38 wird die Aluminiumoxydschicht 34- durch Ätzen mit kochender phosphoriger Säure entfernt, so daß die öffnung gemäß Fig. 2d entsteht. Mit einer anschließenden .Ätzung in Fluorwasserstoffsäure wü sodann die Siliciumdioxydschicht 32 in der Öffnung 40 entfernt. Auf diese Weise erhält manIn another embodiment of the masking system according to the invention, a silicon wafer 30 is also oxidized in an oxidizing atmosphere at an elevated temperature in order to build up a silicon dioxide layer 32. The silicon dioxide layer can have a thickness of about 100 to 500 Å. An aluminum oxide layer 34- is built up over the silicon dioxide layer 32, a pyrolytic method being able to be used for this purpose. In a DER 'like pyrolythisehen process of the silicon semiconductor substrate is heated at a temperature of about 900 0 C in a hydrogen atmosphere and flows with gaseous hydrogen and a Aluminiumhaiοgenid example Aluminiumöhlorid or aluminum, and further with hydrogen and carbon dioxide. When these two gas mixtures flow over the heated semiconductor wafer, aluminum dioxide is deposited on it. As can be seen from FIG. 2b, a silicon dioxide layer 36 is built up pyrolytically on the surface of the aluminum oxide layer 34. This silicon dioxide layer 36 is formed by the decomposition of a silicon-containing material such as, for example, silane (SiBL) in an oxidizing atmosphere at an elevated temperature. The thickness of the silicon dioxide layer is preferably from about 3000 to about 5000 S. The silicon dioxide layer 36 is then photolithographically patterned and etched with hydrofluoric acid to form the opening 38 as shown in FIG. 2c. In the opening 38, the aluminum oxide layer 34 is removed by etching with boiling phosphorous acid, so that the opening according to FIG. 2d is created. The silicon dioxide layer 32 in the opening 40 would then be removed with a subsequent etching in hydrofluoric acid. That way you get
- 4 - die - 4 - the
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die gewünschte Maske mit einer Aluminiumoxydschient 34, einer Siliciumdioxydschicht 32 und einer Öffnung 42 gemäß Fig. 2e.the desired mask with an aluminum oxide bar 34, a Silicon dioxide layer 32 and an opening 42 as shown in FIG. 2e.
Diese gemäß den Fig. 1d und 2e ausgebildeten Masken besitzen den Vorteil, daß das Aluminiumoxyd das Eindringen von Aluminium und Gallium verhindert, indem das Aluminiumoxyd eine Diffusionsbarriere darstellt. These masks designed according to FIGS. 1d and 2e have the advantage that the aluminum oxide prevents the penetration of aluminum and gallium, in that the aluminum oxide is a diffusion barrier.
Nachfolgend wird ein Beispiel für den Aufbau einer Maske gemäß der Erfindung gegeben.An example of the construction of a mask according to the invention is given below.
Eine Siliciumhalbleiterscheibe mit N-Leitung und einem Widerstand von 40 bis 60 Ohm cm wird in einem Ofen auf eine Temperatur von 1150 0 in einer Sauerstoffatmosphäre für 20 Minuten erhitzt, wobei sich eine Siliciumdioxydschicht (SiOo) von etwa 1000 S. Dicke ausbildet. Anschließend wird die Halbleiterscheibe auf etwa 90O0C abgekühlt und die Sauerstoffatmosphäre in eine Wasserstoffatmosphäre geändert. Ein Wasserstoffstrom mit etwa 2,7% Kohlendioxyd (COp) und ein Wasserstoffstrom mit Aluminiumchlorid wird anschließend über die Halbleiterscheibe geleitet. Die Ablagerungsgeschwindigkeit für Aluminiumchlorid bei 900°C beträgt etwa 300 A* pro Minute aufgrund einer entsprechenden Konzentration von Aluminiumchlorid. Auf der oxydierten Halbleiterscheibe wird auf diese Weise eine Aluminiumoxydschicht von etwa 3000 $. bis etwa 4000 $. Dicke aufgebaut. Nach einem zwischengeschalteten ReinigungsVorgang wird ein Gasgemisch aus Silan (SiH4) und Sauerstoff (2% Volumen) über die Halbleiterscheibe bei einer Temperatur von etwa 900°C geleitet und eine Siliciumdioxydschicht mit einer Dicke von etwa 3000 £ bis etwa 5000 Ä aufgebaut. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Siliciumdioxydschicht beträgt etwa 500 S pro Hinute.A silicon semiconductor wafer with an N conductor and a resistance of 40 to 60 ohm cm is heated in an oven to a temperature of 1150 0 in an oxygen atmosphere for 20 minutes, a silicon dioxide layer (SiOo) of about 1000 S. thickness forming. Subsequently, the semiconductor wafer is cooled to about 90O 0 C and changing the atmosphere of oxygen in a hydrogen atmosphere. A hydrogen stream with about 2.7% carbon dioxide (COp) and a hydrogen stream with aluminum chloride is then passed over the semiconductor wafer. The deposition rate for aluminum chloride at 900 ° C is about 300 A * per minute due to a corresponding concentration of aluminum chloride. In this way, an aluminum oxide layer of about $ 3,000 is created on the oxidized semiconductor wafer. up to about $ 4000. Thick built up. After an intermediate cleaning process, a gas mixture of silane (SiH 4 ) and oxygen (2% volume) is passed over the semiconductor wafer at a temperature of about 900 ° C and a silicon dioxide layer with a thickness of about 3000 to about 5000 Å is built up. The rate of growth of the silicon dioxide layer is about 500 S per minute.
- 5 - Anschließend - 5 - Then
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Anschließend wird mit Hilfe eines bekannten photolithographischen Verfahrens auf der Siliciumdioxydschicht das gewünschte Muster angebracht. Diese obere Siliciumdioxydschicht dient als Maske für die Ätzung der Aluminiumoxydschicht in kochender phosphoriger Säure, wobei die Ätzung bei einer Temperatur von grob etwa 180°C ausgeführt wird. Nach dem Ätzen der Aluminiumoxydschicht wird die Bodenschicht des Siliciumdioxyds in der öffnung mit Fluorwasserstoffsäure entfernt. Die Bodenschicht aus Siliciumdioxyd dient als Maske und verhindert das Eindiffundieren von Aluminium aus der Aluminiumoxydschicht. Die Aluminiumoxydschicht dient als Maske für das Aluminium als Dotierungsquelle, während der nachfolgenden Behandlung in einem Diffusionsofen.Then with the help of a known photolithographic Process applied the desired pattern on the silicon dioxide layer. That top silica layer serves as a mask for the etching of the aluminum oxide layer in boiling phosphorous acid Temperature of roughly about 180 ° C is run. After the aluminum oxide layer has been etched, the bottom layer of the Remove the silicon dioxide in the opening with hydrofluoric acid. The bottom layer of silicon dioxide serves as a Mask and prevents the diffusion of aluminum from the aluminum oxide layer. The aluminum oxide layer serves as a Mask for the aluminum as a doping source, during the subsequent treatment in a diffusion furnace.
Diese nachfolgende Behandlung in einem Diffusionsofen erfolgt bei einer Temperatur von etwa 11500C1 wobei der Druck auf etwa 5 x Λ0 Torr verringert wird. Die Aluminiumdotierungsquelle befindet sich in der die Halbleiterscheibe umgebenden Atmosphäre mit verringertem Druck. Dabei läuft die Aluminiumdiffusion bei einer Temperatur von etwa 1150°C für eine Zeitdauer von etwa zweieinhalb Stunden. Anschließend wird die Temperatur langsam auf etwa 700°0 verringert, wobei dies sich über eine Zeitdauer von etwa siebeneinhalb Stunden erstreckt. Die Grenzschichttiefe, die sich aus der Aluminiumdiffusion ergibt beträgt etwa 30 /um bis etwa 33/um, wobei diese Abmessungen mit Hilfe einer Doppelätzung ermittelt werden. Die Oberflächenkonzentration des Aluminium auf der Siliciumhalbleiterscheibe wird nach diesem VerfahrensablaufThis subsequent treatment in a diffusion furnace at a temperature of about 1150 0 C 1 wherein the pressure is reduced to about 5 x Λ0 Torr. The aluminum doping source is located in the atmosphere surrounding the semiconductor wafer with reduced pressure. The aluminum diffusion runs at a temperature of about 1150 ° C for a period of about two and a half hours. The temperature is then slowly reduced to about 700 ° 0, which extends over a period of about seven and a half hours. The boundary layer depth resulting from the aluminum diffusion is approximately 30 μm to approximately 33 μm, these dimensions being determined with the aid of double etching. The surface concentration of the aluminum on the silicon semiconductor wafer is determined according to this process sequence
18 3
mit etwa 5,5 x 10 Atome/cnr gemessen.18 3
measured at about 5.5 x 10 atoms / cm2.
- 6 - Patentansprüche:- 6 - Claims :
109887/1675109887/1675
Claims (3)
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