DE2506436C3 - Diffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente - Google Patents

Diffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente

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DE2506436C3 DE19752506436 DE2506436A DE2506436C3 DE 2506436 C3 DE2506436 C3 DE 2506436C3 DE 19752506436 DE19752506436 DE 19752506436 DE 2506436 A DE2506436 A DE 2506436A DE 2506436 C3 DE2506436 C3 DE 2506436C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Herstellen alurniniumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente gemäü deii 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 μίτι 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 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 bekannigewordenen 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 VakuumSj das keine Spüren von Luft enthält, ist ebenfalls nicht ganz leicht.
Die Schwierigkeiten, Aluminium in Halbleiter einzüdiffundieren, werden in der DE-OS 21 31 144 erwähnt. Dort wird dieses Problem dadurch gelöst, iiaß 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 DE-AS 1? 71 838 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 über dem Substrat und den Dotierstoffbereichen abgeschieden wird. Das Aufbringen der Duiiersiuffe, im Falle einer p-Dotierung z. B. Aluminium, erfolgt über einen Fotoätzprozeß mit nachfolgender Eindiffusion aus der Gasphase, wobei im Falle von Silicium als Substrat Siliciumdioxid als Maske Verwendung findet. Die Ausbildung der Isolationszonen erfolgt durch Diffusion des Dotieritoffes in die Epitaxschicht hinein.
Ferner wird in der US-PS 33 80 153 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 32 15 570 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.
Die der vorliegenden Erfindung /"!gründe liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I zu vereinfachen und bezüglich holationszonen-Diffusionszeit und Dicke der epitaktischen Schicht zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfjnren 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 emem 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 Planarthynsloren 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 Ausführüngsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nun anhand der Fig. 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,50μΐπ (Fig. 1). Durch Oxydation wird auf der epitaktischen Schicht eine
Schutzschicht 3 aus SiO2 erzeugt (F i g. 2). Dies geschieht in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen HOO bis 12000C so lange, bis eine Schichtstärke von 0,6 bis 1,0 μίτι 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 Hauptanteil der Ätzmischung aus Flußsäure besieht. Im Anschluß daran wird bei ca. 9600C Bor in Jen Basisdiffusionsfenstern aufgebracht (F ig. 4).
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 μιη, vorzugsweise bei 0,3 μπι(Fig.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 SiCVSchutzschicht 3 abdeckt. Dadurch erreicht man, daß nach dem Ätzen und Ablösen der Maske zwischen dem verbleibenden Aluminium und den danebenliegenden S1O2-
11) Schichten jeweils ein Abstand 8 verbleibt (F i g. 6).
Als letzter Schritt folgt schließlich die gleichzeitige Isolations- und Basisdiffusion, die bei 1180 bis 1230° C vor sich geht. Die Schutzgasatmosphäre besteht dabei zunächst aus Stickstoff und wird im Verlauf der
Ii Diffusion auf Sauerstoff umgestellt, so daß am Ende gleichzeitig auch eine abschließende S1O2 enthaltende Schutzschicht 11 gebildet wird (F i g. 7).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Diffusionsverfahren zum Herstellen aluminiumdotierter Isolationszonen für Halbleiterbauelemente, bei dem auf einem Siliciumsubstrat eine epitaktische Schicht aus Silicium aufgebracht wird und auf dieser eine SiO2-Schicht erzeugt wird, wobei nach Herstellen von Diffusionsfenstern mittels 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 erfoigL
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii die Schutzgasatmosphäre zunächst aus Stickstoff und danach aus Sauerstoff besieht
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Fotoätzprozeß die Maskenabmessungen so gewählt werden, daß nach dem Ätzen der Aluminiumschicht (7) zwischen dem verbleibenden Aluminium und dem Siliciumdioxid seitlich ein Abstand (8) verbleibL
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