DE2506436B2 - Isolationsdiffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente - Google Patents

Isolationsdiffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente

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DE2506436B2 DE19752506436 DE2506436A DE2506436B2 DE 2506436 B2 DE2506436 B2 DE 2506436B2 DE 19752506436 DE19752506436 DE 19752506436 DE 2506436 A DE2506436 A DE 2506436A DE 2506436 B2 DE2506436 B2 DE 2506436B2
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Description

Die Erfindung betrifft eia Diff&jonsverfahren zum Herstellen aluminiumdotieiier Isolationszonen für Halbleiterbauelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Durchführung einer Isolationszonendiffusion ist für eine Reihe von Halbleiterbauelementen erforderlich, die von p-Substraten mit η-Epitaxie ausgehen. Diese Isolationszonendiffusionen sind Langzeitdiffusionen, denen hohe Oberflächenkonzentration zugrunde liegen. Derartige Diffusionen, die mit Bor ausgeführt werden, belasten die Oxidschicht stark und können mit längeren Diffusionszeiten zunehmend zu Sperrströmen und Instabilitäten führen.
Bei Planarthyristoren zum Beispiel, die epitaktische η-Schichten mit Dicken von 50 um und mehr besitzen, gehen bei der Isolationszonendiffusion 30 bis 50% der Dicke der epitaktischen Schicht durch Diffusion aus dem Substrat in sie hinein verloren.
Die beiden genannten Nachteile lassen sich durch die Verwendung von Aluminium als Dotierungsrnittel 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 Planarelementen 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 Va* kuums, das keine Spuren von Luft enthält, ist ebenfalls nicht ganz leicht
Die Schwierigkeiten, Aluminium in Halbleiter einzudiffundieren, werden in der DE-OS 21 31 144 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. 9000C 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 DE-AS 12 71 838
ίο nieder, in der ein Verfahren zur Dotierung von Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silicium, mit Aluminium beschrieben wird, bei dem eine chemisch sauerstofffreie Aluminiumverbindung als Elektrolyt benutzt wird.
Aus der US-PS 32 60 902 ist ein Diffusionsverfahren zum Herstellen von Isolationszonen bei integrierten Halbleiterschaltungen bekannt, bei dem auf einem Siliciumsubstrat Dotierstoff innerhalb bestimmter Bereiche aufgebracht und anschließend eine epitaktische Schicht aus Silicium fiber dem Substrat und den Dotterstoffbereichen abgeschieden wird. Das Aufbringen der Dotierstoffe, im Falle einer p-Dotierung z. B. Aluminium, erfolgt Ober einen Fotoätzprozeß mit nachfolgender Eindiffusion aus der Gasphase, wobei im
FaDe von Silicium als Substrat Siliciumdioxid als Maske Verwendung findet Die Ausbildung der Isolationszonen
erfolgt durch Diffusion des Dotierstoffes in die
Epitaxschicht hinein. Ferner wird in der US-PS 33 80153 ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen beschrieben,
bei dem in eine epitaktisch aufgebrachte Schicht die
Isolationsdiffusion gleichzeitig mit der Basisdiffusion
durchgeführt wird.
Schließlich ist auch noch aus der US-PS 3215 570 ein
Diffusionverfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen bekannt, bei dem auf einem Halbleiterkörper Aluminium aus einer Atmosphäre, bestehend aus einer organischen Aluminiumverbindung, niedergeschlagen und in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.
•to Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu vereinfachen und bezüglich Isolationszonen-Diffusionszeit und Dicke der epitaktischen Schicht zu verbessern.
^ Die Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst
Es hat sich demnach gezeigt, daß die Ahiminiumdiffusion entgegen der in der genannten Literatur verbreiteten Meinung in der üblichen Schutzgasatmosphäre
w durchgeführt werden kann, wodurch sich die obengenannten Nachteile vermeiden lassea 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 Isolationszonendiffusion und die Basisdiffusion der npn-Transistoren bei Planarthyristoren bzw. bei bipolaren ICs gleichzeitig durchführen. Die Isolationszonen-Diffusionszeit für das Aluminium läßt sich auf ein Viertel der Bordiffusionszeit verringern, und
eine Reduzierung der Dicke der epitaktischen Schicht ist ebenfalls möglich.
Ein Ausffihrungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nun anhand der F i g. 1 bis 7 in der Zeichnung beschrieben.
·>■> Auf dem Grundkörper 1 aus Silicium vom p-Typ befindet sich eine epitaktische Schicht 2 aus Silicium vom η-Typ in der Stärke von ca. 50 μηι (F i g. 1). Durch Oxydation wird auf der epitaktischen Schicht eine
Schutzschicht 3 aus SiO2 erzeugt (P i g. 2). Dies geschieht in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1100 bis 12000C co lange, bis eine Schichtstärke von 0,6 bis 1,0 μΐπ erreicht ist Als nächster Schritt schließt sich jetzt ein Fotoätzprozeß an, durch den in der SiOrSchicht 3 die Isolations- und Basisdiffusionsfenster 4, 5 und 6 erzeugt werden (Fig.3), wobei der HaupUnteil der Ätzmischung aus Flußsäure besteht Im Anschluß daran wird bei ca. 960° C Bor in den Basisdiffusionsfenstern aufgebracht
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 μητ, vorzugsweise bei 03 μιη (F ig. 5).
Durch einen zweiten Fotoätzprozeß wird jetzt bis auf den Bereich der Isolationsfenster das Aluminium weggeätzt wobei die Fotoätzmaske so ausgebildet ist daß sie in dem Bereich der Isolationsfenster 4 und 6 diese nicht bis zu dem jeweiligen Rand der SiO2-ScIiUtZ-schicht 3 abdeckt Dadurch erreicht man, daß nach dem Ätzen und Ablösen der Maske zwischen dem verbleibenden Aluminium und den danebenliegenden SiO2-ο Schichten jeweils ein Abstand 8 verbleibt (F i g. 6).
Als letzter Schritt folgt schließlich die gleichzeitige Isolations- und Basisdiffusion, die bei 1180 bis 12300C vor sich geht Die Schutzgasatmosphäre besteht dabei zunächst aus Stickstoff und wird im Verlauf der
is Diffusion auf Sauerstoff umgestellt so daß am Ende gleichzeitig auch eine abschließende SiO2 enthaltende Schutzschicht 11 gebildet wird (F i g. 7).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Diffusionsverfahren zum Hersteilen aluminhimdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente, bei ~dem auf einem SDichimsubstrat eine epitaktische Schicht aus Silicium aufgebracht wird und auf dieser eine SiOrSchicht erzeugt wird, wobei nach Herstellen von Diffusionsfenstern mitteis eines Fotoätzprozesses zunächst Bor zur Herstellung einer Basiszone und dann Aluminium zur Herstellung der Isolationszonen aufgedampft wird und in einem zweiten Fotoätzprozeß das Aluminium bis auf die durch eine Maske vorgegebenen, innerhalb der Diffusionsfenster für die Isolationszonen liegenden Teile weggeätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationszonendiffusion des Aluminiums und die Basiszonendiffusion des Bors gleichzeitig bei ca. 1180 bis 12300C in einer nichtreduzierenden Schutzgasatmosphäre erfolgt,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi de Schutzgasatmosphäre zunächst aus Stickstoff und danach aus Sauerstoff besteht
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten FotoätzprozeB die Maskenabmessungen so gewählt werden, daß nach dem Ätzen der Aluminhimschicht (7) zwischen dem verbleibenden Aluminium und dem Siliciumdioxid seitlich ein Abstand (8) verbleibt
DE19752506436 1975-02-15 1975-02-15 Diffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente Expired DE2506436C3 (de)

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