DE2548289A1 - Semiconductor prodn. by solid state boron diffusion - and glass removal by dry oxidation and etching avoids impairing characteristics - Google Patents

Semiconductor prodn. by solid state boron diffusion - and glass removal by dry oxidation and etching avoids impairing characteristics

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Abstract

In the prodn. of a semiconductor device by diffusing B atoms from a BN source disc into monocrystalline n-conducting Si semiconductor material at high temp., when B glass forms on the surface, which is removed after diffusion by oxidn. and etching, oxidn. is carried out in a dry atmos. at or above diffusion temp. Used in the prodn. of Si diodes. Oxidn. can be carried out without causing 'running' or otherwise impaired characteristics. Diffusion takes place at ca 1100 degrees C and oxidn. at ca 1100-1200 degrees C in O2 mixed with Ar or N2.

Description

~Verfahren zum Herstellen einer Halb- ~ Method for producing a half

leiter an Ordnung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem in einkristallines, n-lettendes Silizium-Halbleitermaterial aus einer Bornitrid-Quellscheibe bei hohen Temperaturen Boratome eindiffundiert werden, wobei sich auf der dem Diffusionsmaterial ausgesetzten Halbleiteroberfläche Borglas bildet, welches nach der Diffusion durch Aufoxydation und Ätzen wieder entfernt wird. ladder in order "The invention relates to a method of manufacturing a semiconductor arrangement in which in single-crystal, n-type silicon semiconductor material Boron atoms diffused from a boron nitride swelling disk at high temperatures on the semiconductor surface exposed to the diffusion material Boron glass forms, which is removed again after diffusion by oxidation and etching will.

Ein derartiges Verfahren findet beispielsweise bei der Herstellung von Siliziumdioden Verwendung. Ein n-leitender Halbleiterkörper wird auf seiner Oberfläche mit einer Diffusionmaske aus SiO2 versehen. Danach werden die von einer Dotierungsquelle stammenden Boratome durch das in der Maske vorhandene Diffusionsfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert.Such a method takes place, for example, during manufacture of silicon diodes use. An n-conducting semiconductor body is on its Provide the surface with a diffusion mask made of SiO2. After that, the Boron atoms originating from the doping source through the diffusion window present in the mask diffused into the semiconductor body.

Dabei bildet sich im Diffusionsfenster ein Borglas, daß ohne Vorbehandlung praktisch nicht ätzbar ist. Das Borglas setzt sich aus verschiedenen Boroxyden und Bornitriden zusammen und kann erst nach einer Vorbehandlung, die als Aufoxydation bezeichnet wird, mit einem Ätzmittel entfernt werden. Bei einem bekannten Verfahren erfolgt die Aufoxydation bei relativ niederen Temperaturen in einer feuchten Atmosphäre. Die Temperatur liegt bei ca. 600 °C und die Atmosphäre besteht aus Sauerstoff, Wasserdampf und einem Trägergas, Dieses Aufoxydationsverfahren hat sich immer dann bewährt, wenn als Diffusionsquelle eine Borwasserstoffverbindung, beispielsweise B 2H6 verwendet wurde.A boron glass forms in the diffusion window without pretreatment is practically not etchable. The boron glass sets from different Boron oxides and boron nitrides together and can only after a pretreatment, which as Oxidation is called, can be removed with an etchant. With a well-known The oxidation is carried out at relatively low temperatures in a moist process The atmosphere. The temperature is around 600 ° C and the atmosphere consists of oxygen, Water vapor and a carrier gas, this oxidation process has always been proven when a boron hydrogen compound, for example, as a diffusion source B 2H6 was used.

Neuerdings ist man aber dazu übergegangen, dals Diffusionsquelle Festkörpermaterialien zu verwenden, die bei erhöhten Temperaturen Bor abgegeben, welches dann in die zu dotierenden Scheiben eindringt. Die Quell scheiben bestehen vielfach aus Bornitrid.Recently, however, there has been a move towards using solid-state materials as a diffusion source to use the boron given off at elevated temperatures, which is then added to the doping discs penetrates. The source disks are often made of boron nitride.

Auch bei diesem Diffusionsverfahren bildet sich in den Diffusionsfenstern der zu dotierenden Halbleiterscheibe Borglas, das nicht ohne Vorbehandlung abgeätzt werden kann.This diffusion process also forms in the diffusion windows The semiconductor wafer to be doped is boron glass, which is not etched off without pretreatment can be.

Wird die Aufoxydation in der beschriebenen Weise bei niederen Temperaturen durchgeführt, erhält man bei aus Bornitrid-Quell scheiben dotierten Bauelementen mit einem pn-Übergang Kennlinien, die sich in Abhängigkeit von der anliegenden Sperrspannung verändern. Diese Bauelemente mit sogenannten "laufenden Kennlinien" werden als Ausschuß aussortiert. Dieser Effekt der "laufenden Kennlinien" kann möglicherweise auf stark veränderte Oberflächenzustände zurückgeführt werden.Oxidation is carried out in the manner described at low temperatures carried out, is obtained from boron nitride source disks doped components with a pn junction characteristic curves that depend on the applied reverse voltage change. These components with so-called "running characteristics" are sorted out as scrap. This effect of the "running characteristics" can possibly can be attributed to greatly changed surface conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Aufoxydation durchgeführt werden kann, ohne daß die behandelten Bauelemente "laufende" oder anderweitig verschlechterte Kennlinien aufweisen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufoxydation in trockener Atmosphäre bei einer Temperatur erfolgt, die gleich groß oder größer als die bei der Eindiffusion der Boratome bestehende Temperatur ist.The invention is based on the object of specifying a method in which the oxidation can be carried out without the treated components Have "running" or otherwise deteriorated characteristics. This task is achieved according to the invention in the method described at the outset in that the oxidation takes place in a dry atmosphere at a temperature which is the same large or greater than the temperature existing during the diffusion of the boron atoms is.

Zunächst wurde versucht, das Aufoxydationsverfahren bei relativ hohen Temperaturen and einer trockenen Atmosphäre durchzuführen. Hierbei ergeben sich im Halbleiterkörper Verschiebungen der Särstellenkonzenration. Diese können jedoch voraus berechrlet werden und durch entsprechende Wahl der Diffusionsparameter korrigiert werden. Bei Temperaturen unter der Diffusionstemperatur hat sich jedoch gezeigt, daß die durch die Diffusion gebildeten pn-Übergänge frühzeitig clurchijrecherl. Die Kennlinien weisen im Sperrbereich einen sogenanlten Doppelknick auf, was bedeutet, daß lurch die @auelemente bereits bei relativ niederen Sperrspannungen ein unerwünscht hoher Sperrstrom fließt.Auch dieser unerwünschte Kennlinienverlauf kann möglicherweise auf das verwendete Diffusionsverfahren zurückgeführt werden. Die aus der Bornitrid-Quellscheibe im Überfluß austretenden Boratome setzen sich teilweise auf Zwischengitterplätzen im Halbleiterkörper fest und deformieren dadurch das Kristallgitter. An den dadurch bedingten lokalen Fehlstellen an der Halbleiteroberfläche treten bei Sperspannungen erhöhte Feldstärken auf, die einen vorzeitig#en Durchbruch verursachen. Es hat sich auch gezeigt, daß bei der Verwendung von Bornitrid-Quellscheiben der inaktive Anteil der eindiffundierten Boratome wesentlich größer als bei der Diffusion aus der gasförmigen Phase ist.At first, attempts were made to use the oxidation process at relatively high Temperatures in a dry atmosphere. This results in Shifts in the concentration of sites in the semiconductor body. However, these can are calculated in advance and corrected by appropriate choice of the diffusion parameters will. At temperatures below the diffusion temperature, however, it has been shown that that the pn junctions formed by diffusion clurchijrecherl at an early stage. The characteristic curves show a so-called double kink in the blocked area, which means that the @auelemente already at relatively low blocking voltages a undesirably high reverse current flows. This undesirable characteristic curve can also possibly due to the diffusion process used. the Boron atoms emerging in abundance from the boron nitride swelling disk partially settle on interstitial spaces in the semiconductor body and thereby deform the crystal lattice. Step at the local defects on the semiconductor surface caused by this increased field strengths in the case of voltage voltages, which cause a premature breakthrough. It has also been shown that when using boron nitride swelling disks inactive part of the diffused boron atoms is much larger than during diffusion is out of the gaseous phase.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich beim Diffusionsverfahren aus der Bornitrid-Quell scheibe ein Störstellengleichgewicht im Halbleiterkörper bildet, das sich bei einer weiteren Temperaturbehandlung unterhalb der Diffusionstemperatur ungünstig verändert. Dies kann daran liegen, daß bei der Nachbehandlung weitere überschüssige Boratome an Zwischengitterplätze abgegeben werden und dort lokale Fehl#;Lellen bilden.The method according to the invention is based on the knowledge that that in the diffusion process from the boron nitride source disk an impurity equilibrium forms in the semiconductor body, which is below in a further temperature treatment the diffusion temperature changed unfavorably. This may be due to the fact that the After treatment, further excess boron atoms are released to interstitial spaces and form local defects there.

Wird dagegen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Aufoxydationstemperatur verwendet, die gleich oder größer als die Diffusionstemperatur ist, ergibt sich eher eine Verbesserung des Störstellengleichgewichts im Halbleiterköper. Die auf Zwischengitterplätzen vorhandenen und störenden Boratome werden abgebaut und dringen als aktive Störstellen weiter in den Halbleiterkörper ein. Die dabei allerdings auftretenden Konzentrationsverschiebungen an aktiven Störstellen im Halbleiterkörper werden bei der Wahl der Diffusionsparameter so berücksichtigt, daß man nach dem Aufoxydationsverfahren Halbleiterzonen mit der gewünschten Eindringtiefe im Halbleiterkörper erhält.On the other hand, according to the method according to the invention, there is an oxidation temperature used, which is equal to or greater than the diffusion temperature, there is more likely to be an improvement the balance of impurities in the semiconductor body. The ones on interstitial spaces existing and disruptive boron atoms are broken down and penetrate as active impurities further into the semiconductor body. The shifts in concentration that occur, however at active impurities in the semiconductor body when choosing the diffusion parameters so taken into account that after the oxidation process, semiconductor zones with the desired depth of penetration in the semiconductor body.

Das beschriebene Aufoxydationsverfahren wird beispielsweise bei einer Temperatur von 1100 bis 1200 OC durchgeführt, wenn das Diffusionsverfahren aus der Bornitrid- Quellscheibe bei der Diffusionstemperatur von 1100 OC erfolgte. Die Aufoxydation erfolgt beispielsweise in einer Atmosphäre aus Sauerstoff und einem Trägergas, das aus Argon oder Stickstoff bestehen kann.The oxidation process described is for example in a Temperature performed from 1100 to 1200 OC when the diffusion process is out of the Boron nitride swelling disk took place at the diffusion temperature of 1100 OC. Oxidation takes place, for example, in an atmosphere of oxygen and a carrier gas that can consist of argon or nitrogen.

Die Aufoxydation dauert beispielsweise 10 Minuten. Dann hat sich das zunächst unätzbare Borglas so verändert, daß es in der gepufferten Flußsäure entfernt werden kann.The oxidation takes 10 minutes, for example. Then that's it initially non-etchable boron glass changed so that it is removed in the buffered hydrofluoric acid can be.

Das beschriebene Verfahren kann auch dann angewendet werden, wenn dem Aufoxydationsverfahren noch vor der Kontaktierung der hergestellten Halbleiterzonen eine Nachdiffusion folgt, bei der die Boratome tiefer in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden. Auch bei diesem Verfahren ist es von Vorteil, zuvor die Borglasschicht zu entfernen, um diese als unkontrollierbare Quelle für zusätzliche Störstellen auszuschalten.The method described can also be used if the oxidation process before contacting the manufactured Semiconductor zones a post-diffusion follows, in which the boron atoms go deeper into the semiconductor body are diffused. In this method, too, it is advantageous to apply the boron glass layer beforehand remove them as an uncontrollable source of additional imperfections turn off.

Claims (4)

P a t e n t a n 5 p r U c h e - X Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, ,ei dem in einkristallines, n-leitendes Silizium-Halbleitermaterial aus einer Bornitrid-Quellscheibe bei hohen Temperaturen Boratome eindiffundiert werden, wobei sich auf der dem Diffusionsmaterial ausgesetzten Halbleiteroberfläche Borglas bildet, welches nach der Diffusion durch Aufoxydation und Ätzen wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufoxydation in trockener Atmosphäre bei einer Temperatur erfolgt, die gleich groß oder größer als die bei der Eindiffusion der Boratome bestehende Temperatur ist. P a t e n t a n 5 p r U c h e - X Method of making a Semiconductor arrangement,, ei that in monocrystalline, n-conductive silicon semiconductor material Boron atoms diffused from a boron nitride swelling disk at high temperatures on the semiconductor surface exposed to the diffusion material Boron glass forms, which is removed again after diffusion by oxidation and etching is, characterized in that the oxidation in a dry atmosphere at a Temperature takes place that is equal to or greater than that during the diffusion of the Boron atoms existing temperature is. o) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionstemperatur ca. 1100 OC und die Aufoxydationstemperatur nach der Diffusion ca. 1100 bis 1200 OC ist. o) Method according to claim 1, characterized in that the diffusion temperature approx. 1100 OC and the oxidation temperature after diffusion approx. 1100 to 1200 OC is. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufoyydation in einer Atmosphäre aus Sauerstoff und einem Trägergas aus Argon oder Stickstoff erfolgt. 3) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidation in an atmosphere of oxygen and a carrier gas of argon or nitrogen takes place. 4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß des Aufoxydationsverfahrens das Borglas in gepufferter Flußsäure entfernt wird.4) Method according to one of the preceding claims, characterized in that that after completion of the oxidation process, the boron glass in buffered hydrofluoric acid Will get removed.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1614691A1 (en) * 1967-12-21 1970-05-21 Siemens Ag Process for the production of semiconductor components according to the planar technique using boron as a doping material
US3914138A (en) * 1974-08-16 1975-10-21 Westinghouse Electric Corp Method of making semiconductor devices by single step diffusion

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Title
ZS "Solid State Technology" Bd.15, Nr.1, Januar 1972, S.6 *

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