DE2213038A1 - Method for producing a semiconductor component with a pn junction - Google Patents
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Description
Deutsche ITT Industries GmbH W.H, Cleary, Jr. 2Deutsche ITT Industries GmbH W.H, Cleary, Jr. 2
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str, 19 GoAn78 Freiburg, Hans-Bunte-Str, 19 GoAn
,17. März 1972, 17th March 1972
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNGDEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY
FREIBURG I. BR,FREIBURG I. BR,
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem pn-übergangMethod for producing a semiconductor component with a pn junction
Die Priorität der Anmeldung Nr. 126 713 vom 22, März 1971 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht,The priority of application No. 126 713 dated March 22, 1971 in the United States of America is claimed
Bei der Fertigung von planaren Zenerdioden ist die Herstellung einer Zone des einen Leitfähigkeitstyps innerhalb eines Grundkörpers des anderen Leitfähigkeitstyps charakteristisch« Die Erfindung geht von einer planaren Zenerdiode ausr bei der sich die äußere Berandung der Zone tiefer in den Grundkörper erstreckt als die inneren Bereiche der Zone, in welchen der Spannungsdurchbruch durch den inneren Teil höheren spezifischen Widerstandes der Zone bestimmt ist. Das Bauelement wird im allgemeinen unter Ausbildung einer Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Substrats hergestellt. Dann wird innerhalb der Passivierungs- £ ;nicht ein Ring ausgebildet und darin eine sich relativ tief erstreckende Zone gebildet. Der mittlere Teil der Passivierungsschicht, der sich innerhalb des Rings erstreckt, wird entfernt.In the manufacture of planar zener diodes producing a region of one conductivity type within a body of the other conductivity type is characteristic "The invention relates to a planar zener diode of r at which the outer boundary of the zone deeper into the base body extends as the inner regions of the zone , in which the voltage breakdown is determined by the inner part of the higher resistivity of the zone. The component is generally produced with the formation of a passivation layer on the surface of the substrate. Then a ring is not formed within the passivation zone and a zone extending relatively deeply is formed therein. The middle part of the passivation layer, which extends inside the ring, is removed.
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Auf diesen Arbeitsgang schließt sich ein weiterer Diffusionsschritt an, bei dem ein flacherer, sich innerhalb des tiefer ausgebildeten Teils erstreckender Teil ausgebildet wird. Unter Anwendung einer derartigen Technik ist es jedoch schwierig, sowohl die Abmessung als auch die Tiefe der tiefer ausgebildeten Teile der endgültigen Zone und die relativen Verunreinigungskonzentrationen des mittleren und des äußeren Teils einzustellen, wodurch es schwieriger wird, Zenerdioden einer bestimmten Spannung und niedrigem dynamischem Widerstand beim Durchbruchsbetrieb zu erhalten.This work step is followed by a further diffusion step in which a shallower diffusion is located within the deeper formed part extending part is formed. Using such a technique, however, it is difficult to adjust both the dimension and depth of the deeper formed parts of the final zone and the relative impurity concentrations of the central and outer parts; making it more difficult to breakdown zener diodes of a certain voltage and low dynamic resistance to obtain.
Durch die Erfindung soll eine verbesserte Einstellmöglichkeit für die Abmessungen und die Verunreinigungen einer innerhalb eines Halbleitergrundkörpers hergestellten Zone verbessert werden.The invention is intended to provide an improved adjustment facility for the dimensions and the impurities within a semiconductor base body produced zone can be improved.
Ferner soll durch die Erfindung die Herstellungstechnik zur Herstellung von planaren Zenerdioden verbessert werden.Furthermore, the invention is intended to improve the production technology for producing planar Zener diodes.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem pn-übergang, der einen flach und einen tief in die ebene Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers des einen Leitfhäigkeitstyps eingebrachten Flächenteil aufweist und der nach Aufbringen und Vordiffusion einer dotierenden Verunreinigung des anderen Leitfähigkeitstyps in die ebene Oberfläche des Halbleitergrundkörpers eindiffundiert wird. Die oben genannten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß nach der Vordiffusion der dotierenden Verunreinigungen auf dem Teil der Halbleiteroberfläche, unter dem der tief einzubringende Flächenteil des pn-tlbergangs einzudiffundieren ist, eine die dotierende Verunreinigung abstoßende Isolierschicht aufgebracht wird und daß danach die dotierenden Verunreinigungen nachdiffundiert werden. The invention relates to a method for producing a semiconductor component with a pn junction, which has a flat and a deep surface part introduced into the flat surface of a semiconductor base body of the one conductivity type and which, after the application and prediffusion of a doping impurity of the other conductivity type, into the flat surface of the Semiconductor base body is diffused. The above-mentioned difficulties are solved according to the invention in that, after the prediffusion of the doping impurities, an insulating layer repelling the doping impurity is applied to the part of the semiconductor surface under which the deeply penetrated surface part of the pn junction is to be diffused and that the doping impurities then diffuse will.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders zur Herstellung von planaren Halbleiterbauelementen geeignet, deren pnrübergänge durch die öffnung einer diffusionsmaskierenden Passivierungsschicht nach Aufbringen und Vordiffusion einer dotierenden Verunreinigung diffundiert werden.The method according to the invention is particularly suitable for the production of planar semiconductor components whose pnrtransitions through the opening of a diffusion masking passivation layer be diffused after application and prediffusion of a doping impurity.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge bei der Herstellung einer Zenerdiode als bevorzugtem Ausführungsbeispiel betreffenden Fig. 1 bis 3 der Zeichnung erläutert.The invention is described below with reference to the successive Operations in the manufacture of a Zener diode as 1 to 3 of the drawings relating to the preferred embodiment.
Natürlich können auch andere Materialien, Verunreinigungen, Verunreinigungskonzentrationen und Abmessungen verwendet werden, als sie bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel angegeben sind.Of course, other materials, impurities, impurity concentrations and dimensions can also be used, than they are given in the embodiment described below.
Man kann von einem Silicium-Grundkörper 1 gemäß der Fig. 1 ausgehen, der vorzugsweise mit Material des n-Leitfähigkeitstyps, wie Antimon, mit einer Verunreinigungskonzentration von 10 bisOne can start from a silicon base body 1 according to FIG. 1, which is preferably made with material of the n-conductivity type such as antimony with an impurity concentration of 10 to
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10 Atomen/cm dotiert ist. Eine Grundkörperdicke von 100 bis 375 ,um ist typisch. Als nächstes kann auf der gesamten Oberfläche
des in Form einer Platte vorliegenden Halbleitergrundkörpers eine isolierende Diffusionsmaskierungsschicht 2 aufgebracht
werden. Die Diffusionsmaskierungsschicht 2 ist vorzugsweise
14.000 A dick und kann aus Siliciumdioxyd bestehen, welches in Sauerstoffatmosphäre bei einer erhöhten Temperatur von etwa
1.2000C thermisch aufgewachsen wird. Zum Freilegen des Teils 3
der Grundkörperoberfläche wird unter Anwendung der herkömmlichen photolithographischen Technik in die Diffusionsmaskierungsschicht
2 ein Loch geätzt. Dann wird zur Herstellung einer, vorauf
fundierten Zone 4 innerhalb des Oberflächenteils 3 unter Anwendung der herkömmlichen Diffusionstechnik p-dotierendes
Verunreinigungsmaterial diffundiert. Das p-dotierende Verunrei-19 3
10 atoms / cm is doped. A body thickness of 100 to 375 µm is typical. Next, an insulating diffusion masking layer 2 can be applied over the entire surface of the semiconductor base body in the form of a plate. The diffusion masking layer 2 is preferably 14,000 Å thick and can consist of silicon dioxide which is thermally grown in an oxygen atmosphere at an elevated temperature of approximately 1,200 ° C. To expose the part 3 of the base body surface, a hole is etched into the diffusion masking layer 2 using the conventional photolithographic technique. Then, in order to produce a previously established zone 4 within the surface part 3, p-doping impurity material is diffused using the conventional diffusion technique. The p-doping impurity
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nigungsmaterial kann aus Bor bestehen, für welches eine Konzen-cleaning material can consist of boron, for which a concentration
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tration von 5 χ 10 Atomen/cm charakteristisch ist. Die vordiffundierte Zone 4 kann sich in dem Halbleitergrundkörper etwa 0,2 ,um erstrecken.tration of 5 χ 10 atoms / cm is characteristic. The prediffused Zone 4 can extend approximately 0.2 μm in the semiconductor base body.
Wie die Fig, 2 veranschaulicht, wird als nächstes eine Isolierschicht 5 aus Siliciumnitrid auf die Oberfläche der aus SiIiciumdioxyd bestehenden Diffusionsmaskierungsschicht 2 und den freigelegten Teil des Grundkörpers 1 aufgebracht. Die vorzugs-Next, as FIG. 2 illustrates, an insulating layer becomes 5 made of silicon nitride on the surface of the silicon dioxide existing diffusion masking layer 2 and the exposed part of the base body 1 applied. The preferred
weise 1.500 A dicke Nitridschicht 5 kann unter Anwendung der herkömmlichen Technik der pyrolytischen Abscheidung bei 925°C aus einer Atmosphäre aus Ammoniak und 3 % Silan in Stickstoff abgeschieden werden. Wiederum kann unter Anwendung der herkömmlichen Maskieriingstechnik ein photolithographisches Muster auf die Nitridschicht unter Freilegung des Teils 7 der SiIiciumnitrid-Schicht 5 hergestellt werden. Vorzugsweise kann die Masrkierungsschicht 6 aus einem unter dem Handelsnamen KTFR (Kcv.ii Dünnschicht lack) bekannten Photolack bestehen, der in üblicher Wease aufgebracht wird. Der freiliegende Teil der Nitridschicht 7 kann jetst durch Ätzen des Nitrids aus der Gasphase in einer in der US-Patentschrift 3 485 666 beschriebenen Vorrichtung zur elektrodenlosen Glimmentladung entfernt werden.A nitride layer 5 with a thickness of 1,500 A can be produced using the conventional technique of pyrolytic deposition at 925 ° C from an atmosphere of ammonia and 3% silane in nitrogen to be deposited. Again, using the conventional Masking technique a photolithographic pattern onto the nitride layer, exposing part 7 of the silicon nitride layer 5 can be produced. Preferably, the masking layer 6 can be made of one under the trade name KTFR (Kcv.ii thin layer lacquer) known photoresist, which is used in usual Wease is applied. The exposed part of the Nitride layer 7 can now by etching the nitride from the Gaseous phase removed in an electrodeless glow discharge device described in US Pat. No. 3,485,666 will.
Die Atmosphäre des Glirnmentladungsreaktors enthält Fluor oder eine Fluorverbindung wie Tetrafluorkohlenstoff (CF.) oder SF,. In üblicher Weise wird, beispielsweise bei 1 MHz und einer Leistung von 300 W an den Hochfreguenzwindungen oder Elektroden außerhalb des Reaktors, eine Hochfrequensglimmentladung angefacht. Offensichtlich werden die Fiuorteilchen innerhalb der Glimmentladung ionisiert, und da diese Glimmentladung oder das Plasma an der aus der Gasphase zu ätzenden Schichtenoberfläche angefacht wird, d.h. etwa 3 bis 12 mm von dieser Oberfläche entfernt, beginnt augenscheinlich das ionisierte Fluor die Nitrid-The atmosphere of the glow discharge reactor contains fluorine or a fluorine compound such as carbon tetrafluoride (CF.) or SF ,. In the usual way, for example at 1 MHz and a power of 300 W on the high-frequency windings or electrodes outside the reactor, fanned a high frequency glow discharge. Obviously the fluorine particles are ionized within the glow discharge, and since this glow discharge or that Plasma is fanned on the layer surface to be etched from the gas phase, i.e. about 3 to 12 mm away from this surface, apparently the ionized fluorine starts the nitride
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Oberfläche anzugreifen und das Siliciumnitrid-Material zu ätzen. Wird etwa Fluorkohlenstoff als Atmosphäre.und Ätzmittel innerhalb der Glimmentladungsvorrichtung verwendet, so kann Stickstoff als Trägergas benutzt werden, was tatsächlich bessere Ätzgeschwindigkeiten ergibt. Es wurde festgestellt, daß die Ätzungen aus der Gasphase bei Raumtemperatur von 20 C bei geeigneten Geschwindigkeiten stattfinden, was eine bessere Steuerung und Leichtigkeit der Durchführung des Prozesses gewährleistet. Die Temperatur des Grundkörpers während des Ätzens aus der Gasphase könnte auf 150 C angehoben werden, was gleichzeitig eine Erhöhung der Ätzgeschwindigkeiten bringt. Oberhalb von 150 C scheint jedoch das KTFR-Photolackmaterial ungünstig beeinflußt zu werden.To attack the surface and the silicon nitride material to etching. Used about fluorocarbon as atmosphere. And caustic used inside the glow discharge device, nitrogen can be used as the carrier gas, which is actually better Etching speeds results. It was found that the etchings from the gas phase at room temperature of 20 C at appropriate Speeds take place, which ensures better control and ease of carrying out the process. The temperature of the base body during the etching from the gas phase could be increased to 150 C, which is also a Bringing an increase in the etching speed. Above 150 ° C., however, the KTFR photoresist material appears to be adversely affected to become.
Die Photolackmaske, welche mit einer Geschwindigkeit von etwaThe photoresist mask, which at a speed of about
100 A pro Minute aus der Gasphase geätzt wird, kann so dünn gemacht; werden, daß sie während der Ätzung der freiliegenden Siliciumnitrid-Schicht entfernt wird. Sie kann sogar so dünn gemacht werden, daß sie vor dem vollständigen Durchätzen des freiliegenden Teils der Siliciumnitrid-Schicht entfernt ist, in welchem Falle das Ätzen aus ,der Gasphase ohne nachteiligen Effekt auf die Begrenzung des Musters fortgesetzt wird. Ist der freiliegende Teil 7 der Nitridschicht vollständig geätzt, kann das möglicherweise noch zurückbleibende Photolackmaterial unter Anwendung eines handelsüblichen Entferners (Kodak Stripper J-100) oder durch,Gasätzen in einer Sauerstoffatmosphäre entfernt werden.100 A per minute is etched from the gas phase, so can be made thin; that it is removed during the etching of the exposed silicon nitride layer. She can even be so thin be made so that it is removed before the exposed part of the silicon nitride layer is completely etched through, in whichever case the etching fails, the gas phase continues with no adverse effect on the delimitation of the pattern. is the exposed part 7 of the nitride layer is completely etched, the photoresist material possibly still remaining can removed using a commercially available remover (Kodak Stripper J-100) or by gas etching in an oxygen atmosphere will.
Die Schicht 6 kann auch aus Siliciumdioxyd bestehen, .welches in bekannter Weise unter Anwendung herkömmlicher Verfahren des Abscheidens, der Photolithographie und des Ätzens aufgebracht wird. Besteht die Schicht β aus Siliciimdioxydj. dazm Itann derThe layer 6 can also consist of silicon dioxide, .which applied in a known manner using conventional methods of deposition, photolithography and etching will. If the layer β consists of silicon dioxide. dazm Itann der
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freiliegende Teil 7 der Nitridschicht unter Anwendung eines flüssigen Ätzmittels, wie heiße Phosphorsäure/ entfernt werden.exposed part 7 of the nitride layer can be removed using a liquid etchant such as hot phosphoric acid /.
Auf dem gerade freigelegten Teil 9 des Grundkörpers 1 kann nun gemäß der Fig. 3 eine Siliciumdioxyd-Schicht 8 durch Behandlung des Grundkörpers in einer trockenen oder feuchten Atmosphäre von Sauerstoff bei einer Temperatur von etwa 1.200 C gebildetAccording to FIG. 3, a silicon dioxide layer 8 can now be applied to the just exposed part 9 of the base body 1 by treatment The main body is formed in a dry or humid atmosphere of oxygen at a temperature of about 1,200 C.
werden. Die Oxydschicht 8 wächst zu einer Dicke bis etwa 1.000 A. Inzwischen diffundiert die in der vordiffundierten Zone 4 vorhandene Verunreinigung Bor bei einer Temperatur von 1.200 C weiter in den Grundkörper 1 unter Bildung einer p-leitenden Zone 10 ein, welche den tiefer diffundierten Randflächenteil 10' und den weniger tief diffundierten mittleren Flächenteil 10'' enthält. Der Flächenteil 10' erstreckt sich unter der Nitridschicht 5, während sich der mittlere Flächenteil 10'' unter der gewachsenen Oxydschicht 8 erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Diffusion so ausgeführt, daß sich der Flächenteil 10* bis etwa 8,3 .um von der Grundkörperoberfläche aus erstreckte, während der mittlere Flächenteil 10" sich etwa 5,1 ,um unter der Oberfläche des Grundkörpers ausdehnte. Der Flächenteil 10' erstreckt sich nicht nur tiefer in den Grundkörper als der Flächenteil 10", sondern ist auch von höherer Leitfähigkeit als der Flächenteil 10". Der Grund, daß der Flächenteil 10' von höherer Leitfähigkeit ist und sich tiefer in den Grundkörper als der Flächenteil 10" erstreckt, besteht darin, daß die den Flächenteil 10· abdeckende Nitridschicht kein Bor, übrigens auch kein zum gleichen Zweck verwendetes Phosphor absorbiert, und dazu neigt, das Bor abzuweisen. Dagegen hat die auf dem Flächenteil IC" liegende Oxidschicht 3 die Tendenz, die Vorverunreinigungsatome aus der voröiffimdiorten Kofte 4 aufzusaugen oder zu absorbieren, was einen relativ flach diffundierten Flächenteil 10" voü relativ höherem spesiSiücItÄiU Widerstand im Vergleich zum äußren PXäehenfcail IC c ©?~c»;'-hi; Der tiefer diffundiertewill. The oxide layer 8 grows to a thickness of up to about 1,000 A. In the meantime, the boron impurity present in the prediffused zone 4 diffuses further into the base body 1 at a temperature of 1,200 C to form a p-conductive zone 10, which the more deeply diffused edge surface part 10 'and the less deeply diffused central surface part 10 ″. The surface part 10 ′ extends under the nitride layer 5, while the middle surface part 10 ″ extends under the oxide layer 8 that has grown. In this exemplary embodiment, the diffusion was carried out in such a way that the surface part 10 * extended to about 8.3 μm from the base body surface, while the middle surface portion 10 "extended about 5.1 μm below the surface of the base body 10 'not only extends deeper into the base body than the surface part 10 ", but is also of higher conductivity than the surface part 10". The reason that the surface part 10' is of higher conductivity and extends deeper into the base body than the surface part 10 "is that the nitride layer covering the surface part 10 · does not absorb boron, nor does it absorb phosphorus used for the same purpose, and it tends to repel the boron. On the other hand, the oxide layer 3 lying on the surface part IC ″ has the tendency to suck up or absorb the pre-impurity atoms from the pre-diffused surface 4, which results in a relatively flat diffused surface part 10 ″ with a relatively higher specific resistance compared to the external surface IC c ©? ~ C »; '- hi ; The one that diffused deeper
Li κ- ύ i . ν v- > - 7 «Li κ- ύ i. ν v-> - 7 «
- 7 Fl 706 . W.H. Cleary, Jr.- 7 bottles 706. W.H. Cleary, Jr.
Flächenteil 10' höherer Leitfähigkeit hat. die Eigenschaft, den Spannungsdurchbruch des Bauelements auf den mittlerenSurface part 10 'has higher conductivity. the property , the voltage breakdown of the component on the middle
Flächenteil 10" höheren spezifischen Widerstandes zu begrenzen und in erwünschtem Maße zu beschränken»Area part 10 "to limit the higher specific resistance and to restrict it to the desired extent»
209840/10S4209840 / 10S4
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication number | Publication date |
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