DE2603273A1

DE2603273A1 - Diffusionsverfahren

Info

Publication number: DE2603273A1
Application number: DE19762603273
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kraft
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1977-08-04

Description

Diffusionsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diffundieren von Verunreinigungsatomen aus einer Dotierquelle in Form eines Sinterkör pers in die Oberfläche eines zu dotierenden Halbleiterkörpers, der neben dem Sinterkörper auf gleicher Temperatur in einem Reaktionsraum erhitzt wird. Solche Verfahren sind für die Diffusiön von Bor aus den Zeitschriften "RCA Review" (Juni 1967), Seiten 344 bis 360 und Solid-State Technology (Januar 1975), Seiten 31 bis 34, bekannt. Es werden bei diesen Verfahren als Dotierquellen Körper aus Bornitrid oder einer Glaskeramik mit B 203 verwendet. Die Vorteile dieser Verfahren sind in der zuerst genannten Zeitsciirift ausführlich erläutert.
Die Nachteile der bekannten Verfahren sind, daß im wesentlichen nur Bor diffundiert werden kann, daß die Körper sich verbrauchen und bei höheren Diffusionstemperaturen sich verformen. Aufgabe der Erfindung ist daher die Vermeidung dieser Nachteile.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im anliegenden Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Bei einer ersten Ausfiihrungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird in den Sinterkörper eine erste Verbindung eines Verunreinigungselementes oder im Bedarfsfalle auch mehr als eine erste Verbindung durch Eintauchen des Sinterkörpers in ein Lösungsmittel mit der ersten Verbindung eingebracht. Durch Erhitzen des Sinterkörpers wird das Lösungsmittel verdampft und der Sinterkörer mit der eingelagerten ersten Verbindung des Verunreinigungselementes als Dotierquelle verwendet.
Beispiel 1: Entsprechend dieser ersten Ausführungsform wurde beispielsweise eine Siliciumnitrid-Scheibe von 5 cm Durchmesser in eine gesättigte Lösung von B203 in Monomethylglycolester getaucht, bei 150 CC vorgetrocknet und bei 980 CC kurzzeitig im Stickstoffstrom geglüht. Die Siliciumnitrid-Scheibe behält das B203 geschmolzen in den offenen Poren zurück. Diese Scheibe wurde unmittelbar neben einer n-leitenden Silicium-Platte bei gleicher Temperatur und Diffus ions zeit entsprechend der gewünschten Eindringtiefe in einer Stickstoffatmosphäre über die der Siliciumnitrid-Scheibe benachbarten Oberflächenseite gleichmäßig dotiert.
Die erste Ausführungsform ist nur auf Paaren von Dotierungsatomen/ Halbleiterkörper beschränkt, bei denen der Dampfdruck der ersten Verbindung bei der Di ffusions temperatur der gewünscnten Dotie ~#ung 5 konzentration an der Halbleiteroberfläche entspricht. Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens nach der L'rfindung wird dieser Nachteil der auf nur wenige Dotierungselemcnte beschränkten Anwendungsm#glichkeit dadurch behoben, daß eine erste Verbindung eines Verunreinigungseleiaentes nach dem Eintauchen des Sinterkörpers in ein Lösungsmittel, in welchem die erste Verbindung gelöst ist, eingetaucht wird, und daß nach Verdampfung des Lösungsmittels eine chemische Umwandlung in die erste Verbindung erfolgt.
Beispiel 2: Zunächst wird entsprechend der zweiten Ausführungsform Antimon-V-Chlorid (SbCl5) in einem Lösungsmittel in eine Siliciumnitrid-Scheibe eingebracht und anschließend diese Siliciumnitrid-Scheibe in feuchter Atmosphäre behandelt.
Dabei wird das SbCl5 hydrolisiert und in den offenen Poren gebunden. Bei einer anschließenden Temperaturbehandlung in Sauerstoff wird das für die Dotierung gewünschte Sb203 erzeugt. Danach kann die mit der ersten Verbindung beladene Siliciumnitrid-Scheibe als Dotierquelle für eine Diffusion von Antimon in einem Silicium-Körper verwendet werden.
Die zweite Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hat den Vorteil, daß Mischdotierurigen in jedem Verhältnis möglich sind, beispielsweise Sb2O3-As203-P205-Systeme.
Man kann dem reaktionsgesinterten Siliciumnitrid, welches vorzugsweise beim Verfahren nach der Erfindung verwendet wird, somit auch andere in Lösung gebrachte zweite Dotierverbindungen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems zugeben und diese anschließend durch eine chemische Umwandlung in erster Verbindung mit den gewünschten Eigenschaften umwandeln. Man muß die gewünschten Eigenschaften, d. h. die zur Einstellung der erwünschten Oberflächenkonzentration der Verunrei nigungskonzentra tion an der llalblelteroberfläche erforderlichen Verbnrhdungen, somit über eine chemische Umwandlung von ersten Verbindungen in zweite oder aber auch durch Zusätze einstellen. Diese teiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht somit darin, daß mindestens ein Zusatz in einer solchen Konzentration in das Lösungsmittel gegeben wird, daß mindestens eine solche Substanz beim Erhitzen entsteht, daß einerseits in der Gasphase an der llalblejterob#rfläche eine bestimmte Dotierungskonzentration und andererseits im Halbleitermaterial die erwünschte Oberflächenkonzentration eingestellt ist.
Das Verfahren nach der Erfindung hat gegenüber dem bekannten Verfahren der Verwendung von Bornitrid-Scheiben somit den Vorteil, daß praktisch beliebige Dotierungen bei einem Verfahren diffundiert werden können, bei dem die Dotierquellen und die zu dotierenden Halbleiterscheiben in einem Reaktionsraum auf gleiche Temperatur gebracht worden sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der ausgezeichneten Tenperaturwechselbeständigkeit, der hohen Festigkeit bis zu hohen Temperaturen und der chemischen Resistenz gegen Schmelzen und flüssige Metalle des Siliciumnitrids. Ein solcher Vorteil besteht in der Möglichkeit der herstellung von komplizierten Formkörpern für die Diffusion von Halbleiterplatten mit großen Durchmessern. Derartige Formkörper können durch Sinterung von gepreßtem Siliciumpulver und anschließender Umwandlung in Siliciumlitrid ohne größere Schwierigkeiten hergestellt werden. Sie können daher mit Vorsprüngen und Ilalterungen für die zu diffundierenden Halbleiterplatten versehen werden.
Das vorzugsweise beim Verfahren nach der Erfindung verwendete reaktionsgesinterte Siliciumnitrid besitzt eine offene Porosität von 20 bis 30 t bei einer durchschnittlichen Porengröße von 0,2 /um. 4 Patentansprüche

Claims

pATENT2\#T.SpRü CHE 1. Verfahren zum Diffundieren von Dotierungsatomen aus einer Dotierquelle in Form eines Sinterkörpers in die Oberflache eines zu dotierenden Halhleiterkörpers, der neben dem Sinterkörper auf gleicher Temperatur in einem Reaktionsraum erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierquelle ein Sinterkörper aus Siliciumnitrld verwendet wird, in dessen Poren mindestens eine solche erste Verbindung der Dotierungsatome von mindestens einem Verunrelnigungselement in einer solchen Konzentration eingebracht ist, daß an der Haibleiteroberfläche eine erwünschte Oberflächenkonzentration erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sinterkörper eine erste Verbindung eines Verunreinigungselementes durch Eintauchen des Sinterkörpers in ein Lösungsmittel, in welchem die erste Verbindung gelöst ist, eingebracht wird und daß der Sinterkörper unter Verdampfung des Lösungsmittels erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sinterkörper mindestens eine solche zweite Verbindung-von Dotierungsatomen in einer solchen Konzentration eingebracht wird, daß nach Verdampfung des Lösungsmittels und chemische Umwandlung in die erste Verbindung durch Erhitzen die erwünschte Oberflächenkonzentration an der Halbleiteroberfläche erhalte wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zusatz im Lösungsmittel in einer solchen Konzentration gelöst wird, daß mindestens eine Substanz beim Erhitzen entsteht, so daß an der Halbleiteroberflache die erwünschte Oberflächenkonzentration erhalten wird.