DE2506436A1 - Isolationsdiffusionsverfahren - Google Patents

Isolationsdiffusionsverfahren

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Description

Deutsehe ITT Industries GmbH U. Geisler - 5
78 Freiburg, Hans-Eunte-S'tr. 19 Dr.Rl/sp
13. Februar 19 75
DEUTSCFIS ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
Isolationsdiffusionsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Isolationsdiffusionsverfahren und insbesondere ein Alurniniumdif fusionsverfahren zu Isolationszwecken bei Halbleiterbauelementen.
Die Durchführung einer Isolationsdiffusion ist für eine Reihe von Halbleiterbauelementen erforderlich, die von p-Substraten mit η-Epitaxie ausgehen. Diese Isolationsdiffusionen sind Langzeitdiffusionen, denen hohe Oberflächenkonzentrationen zugrundeliegen. Derartige Diffusionen, die mit Bor ausgeführt werden, belasten die Oxidschichten stark und können mit längeren Diffusionszeiten zunehmend zu Sperrströmen und Instabilitäten führen.
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Bei Planarthyristoren zum Beispiel, die n-Epitaxschicht-Dicken von 50 ,um und mehr besitzen, gehen bei der Isolationsdiffusion 30 bis 50 % der Dicke der Epitaxschicht durch Diffusion aus dem Substrat in sie hinein verloren.
Die beiden genannten Nachteile lassen sich durch die Verwendung von Aluminium als Dotierungsmittel vermeiden, da der Diffusionskoeffizient von Aluminium wesentlich größer ist als der von Bor und so die Diffusionszeiten verkürzt werden können. Da andererseits Aluminium sehr leicht oxydiert, arbeiten alle bislang bekanntgewordenen Aluminiumdiffusionsverfahren bei Plaharelementen deshalb in einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre oder im
Vakuum. Damit ergeben sich neue Nachteile, denn die Handhabung von Wasserstoff ist bekanntlich nicht unproblematisch, insbesondere bei höheren Temperaturen, und die Herstellung eines hinreichend zufriedenstellenden Vakuums, das keine Spuren von Luft enthält, ist ebenfalls nicht ganz leicht.
Die Schwierigkeiten, Aluminium in Halbleiter einzudiffundieren, werden in der DT-OS 2 131 144 erwähnt. Dort wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man zunächst eine Aluminiumoxidschicht auf einem Halbleiter bildet und dann die Aluminiumoxidschicht in
einer wasserstoffhaltigen, also reduzierenden Atmosphäre auf
eine Temperatur von ca. 900 C bringt, wodurch das Aluminium
aus der Aluminiumoxidschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
Das Bestreben, bei der Dotierung von Halbleiterkörpern mit Aluminium eine Oxydation des Dotierstoffes zu vermeiden, schlägt
sich auch in der DT-AS 1 271 838 nieder, in der ein Verfahren
zur Dotierung von Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silicium, mit Aluminium beschrieben wird, bei dem eine chemisch sauerstoff freie Aluminiumverbindung als Elektrolyt benutzt wird.
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Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, ein Verfahren zur Isolationsdiffusion zu schaffen, das die Nachteile vermeidet, die sowohl der Borisolationsdiffusion wie der bislang bekanntgewordenen Aluminiumisolationsdiffusion anhaften.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Es hat sich demnach gezeigt, daß die Aluminiumdiffusion entgegen der in der genannten Literatur verbreiteten Meinung in der üblichen Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden kann, wodurch sich die obengenannten Nachteile vermeiden lassen. Abgesehen von der Verwendung einer Schutzgasatmosphäre, die aus einem neutralen oder oxydierenden Gas besteht, weist das Verfahren nach der Erfindung noch weitere Vorteile auf. So läßt sich die Isolationsdiffusion und die Basisdiffusion der npn-Transistoren bei Planarthyristoren bzw. bei bipolaren IC's gleichzeitig durchführen. Die Isolationsdiffusionszeit für das Aluminium läßt sich auf ein Viertel der Bordiffusionszeit verringern, und eine Reduzierung der Dicke der Epitaxschicht ist ebenfalls möglich.
Das Verfahren wird nun anhand der Fig. 1 bis 7 in der Zeichnung beschrieben.
Auf dem Grundkörper 1 aus Silicium vom p-Typ befindet sich eine Epitaxschicht 2 aus Silicium vom η-Typ in der Stärke von ca. 50 .um (Fig. 1). Durch Oxydation wird auf der Epitaxschicht eine Schutzschicht 3 aus SiO2 erzeugt (Fig. 2). Dies geschieht in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1100 bis .1200 C solange, bis eine Schichtstärke von 0,6 bis 1,0 ,um erreicht ist. Als nächster Schritt schließt sich jetzt ein Photo-
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lithographieprozeß an, durch den in der SiO^-Schicht 3 die Isolations- und Basisdiffusionsfenster 4, 5 und 6 erzeugt werden (Fig. 3), wobei der Hauptanteil der Ätzmischung aus Flußsäure besteht. Im Anschluß daran wird bei ca. ! diffusionsfenstern aufgebracht (Fig. 4).
besteht. Im Anschluß daran wird bei ca. 96O°C Bor in den Basis-
Dann erfolgt die Bedampfung mit Aluminium. Dabei benutzt man eine Hochvakuumbedampfung, vorzugsweise ein Elektronenstrahlvakuum, um Verunreinigungen auszuschließen, die durch das Heizmittel (Heizwendel) verursacht werden könnten. Die Stärke der Aluminiumschicht 7 liegt unter 3 ,um, vorzugsweise bei 0,3 ,um (Fig. 5). .
Durch einen zweiten Photolxthographieprozeß wird jetzt bis auf den Bereich der Isolationsfenster das Aluminium weggeätzt, wobei die Photolithographiemaske so ausgebildet ist, daß sie in dem Bereich der Isolationsfenster 4 und 6 diese nicht bis zu dem jeweiligen Rand der SiO2-Schutzschicht 3 abdeckt. Dadurch erreicht man, daß nach dem Ätzen und Ablösen der Maske das verbleibende Aluminium keine Berührung mit den danebenliegenden SiO2-Schichtan hat (Fig. 6).
Als letzter Schritt folgt schließlich die gleichzeitige Isolations- und Basisdiffusion, die bei 1180 bis 123O°C vor sich geht. Die Schutzgasatmosphäre besteht dabei zunächst aus Stickstoff und wird im Verlauf der Diffusion auf Sauerstoff umgestellt, so daß am Ende gleichzeitig auch eine abschließende SiO2 enthaltende Schutzschicht 11 gebildet wird (Fig. 7).
3 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung mit 7 Figuren
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Claims (1)

  1. Fl 840 U. Geisler - 5
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Herstellen einer aluminiumdotierten Isolationsschicht, bei dem auf einem Siliciumsubstrat eine Epitaxschicht aus Silicium aufgebracht wird und auf dieser eine SiO^-Schicht erzeugt wird, wobei nach Herstellen von Diffusionsfenstern mittels eines Photolithographieprozesses Bor zur Herstellung der Basis und Aluminium zur Herstellung der Isolation aufgedampft wird und in einem zweiten Photolithographieprozeß das Aluminium bis auf die durch eine Maske vorgegebenen Teile in den Isolationsfenstern weggeätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsdiffusion des Aluminiums und die Basisdiffusion des Bors gleichzeitig bei ca. 1180 bis 123O°C in einer nichtreduzierenden bzw. oxydierenden Schutzgasatmosphäre erfolgt.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre zunächst aus Stickstoff und danach aus Sauerstoff besteht.
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Photolithographieprozeß die Maskenabmessungen so gewählt werden, daß nach dem Ätzen der Aluminiumschicht (7) zwischen dem verbleibenden Aluminium und dem Siliciumdioxid seitlich ein Abstand (8) verbleibt.
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    Le e rs e
    it
DE19752506436 1975-02-15 1975-02-15 Diffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente Expired DE2506436C3 (de)

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