DE2255107A1 - Verfahren zum eindiffundieren von verunreinigungen in ein silizium-halbleitersubstrat - Google Patents

Verfahren zum eindiffundieren von verunreinigungen in ein silizium-halbleitersubstrat

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DE2255107A1 DE19722255107 DE2255107A DE2255107A1 DE 2255107 A1 DE2255107 A1 DE 2255107A1 DE 19722255107 DE19722255107 DE 19722255107 DE 2255107 A DE2255107 A DE 2255107A DE 2255107 A1 DE2255107 A1 DE 2255107A1
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polycrystalline silicon
silicon
semiconductor substrate
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Hiroshi Harigaya
Masao Kanai
Toshio Kano
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Suwa Seikosha KK
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Suwa Seikosha KK
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    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/02—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the solid state
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
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    • H01L21/2254—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • H01L21/2257—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides the applied layer being silicon or silicide or SIPOS, e.g. polysilicon, porous silicon

Description

Verfahren zum Eindiffundieren von Verunreinigungen in ein SiIiζium-Halbleitersubstrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren von Verunreinigungen in ein Silizium-Halbleitersubstrat.
Es ist üblich, für die Diffusion von Verunreinigungen in Siliziumsubstrate die folgenden Verfahren anzuwenden. Es wird durch ein Trägergas eine in flüssiger Form vorliegende Verunreinigung, wie BBr,, PoCl, in einen Reaktionsofen eingeleitet, und es werden die. durch Reaktion mit Sauerstoff entstandenen Verbindungen wit BoO,, P2O,- auf dem Substrat abgelagert und die Verunreinigungen aus der diese Verunreinigungen enthaltenden Oxidschicht in das'Siliziuasubstrat eindiffundiert. Daneben werden zürn Teil auch die folgenden Verfahren angewandt. Es wiöd bei niedriger Temperatur eine dotierte Oxidschicht, die die Verunreinigungen enthält, chemisch aufgedampft,
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und es wird als Feststoff-Diffusionsquelle BN und es werden als Gasdiffusionequellen PH* und BpHg verwendet.
Bei .Anwendung der erwähnten Flüssigkeiten, Gase oder Feststoffe als Diffusionsquellen ist eine Maske, wie eine Siliziumoxidschicht erforderlich, um den Teil,der von dem Diffusionsvorgang ausgeschlossen werden soll, abzudecken. Außerdem ist es sehr schwierig, die Diffusion mit geringer Konzentration, z.B. einer Oberflächen-
Ah. -χ απ τ.
konzentration von 10 /cm ^ bis 10 '/cnr durchzuführen. Auch bei Anwendung einer dotierten Oxidschicht als Diffusionsquelle können diese Mangel auch nur zum Teil beseitigt werden, da sich die Menge der entsprechenden Verunreinigungen im Siliziumsubstrat und im die Verunreinigung enthaltenden Siliziumoxidfilm unterscheiden, so daß es zu einer Saigerung bzw. Ausscheidung kommt. Aufgrund dieser ist es schwierig, die Diffusion mit hoher Konzentration durchzuführen. Da ferner das Maß der Saigerung von der Diffusionstemperatur abhängig ist, ist auch bei geringer Konzentration der Diffusionsvorgang instabil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Eindiffundieren von Verunreinigungen in ein Silizium-Halbleitersubstrat eine Maskl entbehrlich zu machen, eine hohe Konzentration zu ermöglichen und den bei Verwendung einer dotierten Oxidschicht auftretenden Aussoheidungstffekt und die daait verbundenen unerwünschten Folgen zu vermeiden.
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**". PATENTANWALT DtPL.-lNG. REINHOLD KRAMER. 8 MÜNCHEN 60. FLOSSMANNSTRASSE
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch, gekennzeichnet, daß als Diffusionsquelle eine polycristalline ßiliziumschicht dient, die die einzudiffundierenden Verunreinigungen enthälto
Bei diesem Verfahren kann die Konzentration von einem niedrigen Wert bis zu einem hohen Wert frei gewählt werden, eine Maske, wie z.B. in Form einer Oxidschicht, ist nicht speziell erforderlich, die Art der Atmosphäre der Diffusion ist ohne Einfluß und es kann die Oberfläche des Substrats durch Belassen der dotierten polykristallinen Siliziumschicht auf dem Substrat geschützt werden. Beim Diffundieren kann die Schicht auch in eine Oxidschicht umgewandelt werden. ' ■
Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen erläutert.
Bei grober Unterteilung gibt es zwei verschiedene Arten der Herstellung der bei dem erf indungs gemäß en Verfahren verwendeten ^dotierten polykristallinen Siliziumschicht. Bei der einen Art wird das Dotiermittel zugesetzt, während das polykristalline Silizium wächst. Bei der anderen Art läßt man die polykristalline- ßiliziumsehicht ohne Zusatz eines Dotiermittels wachsen, so daß eine nicht dotierte Siliziumschicht entsteht und dann werden unter Verwendung einer gasförmigen flüssigen oder festen Diffusionsquelle Verunreinigungen in das polykristalline Silizium eingesickert. Vergleicht man die beiden Möglichkeiten, so ist der ersteren wegen der einfacheren
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Steuerung der Konzentration der Verunreinigungen und wegen der einfacheren Durchführung des Prozesses der Vorzug zu geben. Im folgenden wird deshalb nur die erste Art beschrieben.
Bei der ersten Herstellungsart dienen als Hauptmaterialien Siliziumverbindungen, wie SiH^, die bei niedriger Temperatur zerlegbar sind. Diesen werden gasförmige Verunreinigungen,wie PH,, BpHg, zugegeben und es werden die Siliziumverbindungen und die Verunreinigungen gleichzeitig in einen Ofen für das Wachstum der polykristallinen Siliziumschicht gebracht. Die geeignete Temperatur des Siliziumsubstrats liegt zwischen 5000O und 7000C. Wenn bei einer derartig niedrigen Temperatur die dotierte polykristalline Siliziumschicht wächst, kann die Diffusion der Verunreinigungen in das Siliziumsubstrat nahezu vernachlässigt werden. Die Diffusion kann demgemäß ohne Diffusionsmaeke vorgenommen werden. Die Dicke der dotierten polykristallinen Siliziumschicht liegt je nach Objekt zwischen mehreren tausend & bis mehrerenyu. Die Verunreinigungen innerhalb der polykristallinen Siliziumschicht können beim Erzeugen der dotierten polykristallinen Siliziumschicht durch Steuern der zusätzlichen Menge an Dotiermittelgas zwischen niedriger und hoher Konzentration reproduzierbar gemacht werdenl
Für den Diffusionsvorgang sind die folgenden Verfahren möglich: Ein Verfahren unter Verwendung einer Maske, wie einer Siliziumoxidschicht, ein Verfahren, bei dem■die dotierte polykristalline Silizium-
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schicht direkt auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats entwickelt wird und nur der zu diffundierende Teil durch einen Fotoätzprozess übriggelassen wird, ferner ein Verfahren, bei dem sämtliche Oberflächenteile mit Ausnahme des zu diffundierenden Teils vor einer Ablagerung einer bei niedriger Temperatur aufgedampften Oxidschicht geschützt werden.
Ein wesentliches Merkmal der Diffusion aus der dotierten polykristallinen Siliziumschicht ist darin zu sehen, daß die nach der Diffusion vorliegende Oberflächenkonzentration des Siliziumsubstrats nicht durch die Diffusionstemperatur oder di© Atmosphäre beim Diffusionsprozess beeinflußt wird und daß die Oberflächenkonzentratioa nahezu gleich der Konzentration der Verunreinigungen ist. Da sowohl die dotierte polykristalline Siliziumschicht .als auch das Siliziumsubstrat Siliziummaterialien sind, tritt zwischen beiden keine Saigerung bzw. Ausscheidung auf. Wenn somit die Konzentration der Verunreinigungen in der dotierten polykristallinen Siliziumschicht genau überwacht wird, kann der Diffusionsvorgang reproduzierbar
14- ^ Ton der niedrigen Konzentration um 10 /cmr bis zu der hohen Konzentration um 10 /cnr ausgeführt werden.
Wird hingegen ein dotiertes Oxid oder B0O7, als Diffusionsmittel
benutzt, i^nd als Atmosphäre für den Diffusionsprozess ein Gas gewählt, das Sauerstoff oder ein Aufdampfmittel enthält, dann oxidiert beim Diffusionsvorgang gleichzeitig die Siliziumober-
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fläche, so daß die Diffusion oftmals beeinträchtigt wird. Wird als Diffusionsmittel eine dotierte polykristalline Siliziumschicht verwendet, dann wird die Zwischenfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Siliziumschicht durch die Atmosphäre nicht beeinflußt, wenngleich die Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht durch die Atmosphäre beeinflußt wird, so daß die Diffusion stets stabil verlaufen kann.
Wird gleichzeitig bei der Diffusion aus der dotierten polykristallinen Siliziumachicht eine Aufdampfoxidation durchgeführt, dann kann eine Verunreinigung verhindert oder gleichzeitig eine Maske aus einer Siliziumoxidschicht für den nächsten Prozess gebildet werden. Ferner kann nach dem Diffusionsvorgang die dotierte polykristalline Siliziumschicht durch geeignete Wahl der Dicke der dotierten polykristallinen Siliziumschicht und der Aufdampfoxidschicht vollkommen in eine Siliziumoxidschicht umgewandelt werden.
Es ist ferner möglich, gleichzeitig mehr als zwei Arten von Verunreinigungen, die gleichzeitig als Dotiermittel in der polykristallinen Siliziumschicht enthalten sind, durch thermische Diffusion in das Siliziumsubatrat einzubringen.
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Claims (1)

  1. * PATENTANWALT DIPL.-ING. RElNHOLD KRAMER, β MÜNCHEN 60. FLOSSMANNSTRASSE
    -7 - .-' 72/8746 ]■;
    Patentanspruch
    Verfahren »um Eindiffundieren von Verunreinigungen in ein Silizium-Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet , daß als Diffusionsquelle eine polykristalline Siliziumschicht dient, die die einzudiffundierenden Verunreinigungen enthält.
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DE19722255107 1971-11-10 1972-11-10 Verfahren zum eindiffundieren von verunreinigungen in ein silizium-halbleitersubstrat Pending DE2255107A1 (de)

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DE19722255107 Pending DE2255107A1 (de) 1971-11-10 1972-11-10 Verfahren zum eindiffundieren von verunreinigungen in ein silizium-halbleitersubstrat

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