DE2657415C2

DE2657415C2 - Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE2657415C2
Application number: DE2657415A
Authority: DE
Inventors: Ginjiro Ashiya Kanbara; Susumu Ibaraki Koike; Toshio Ohtsu Matsuda
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1983-03-31
Also published as: US4102715A; FR2335950B1; FR2335950A1; GB1581726A; DE2657415A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein Halbleitersubstrat durch Bildung eines fremdstoff hakigen Siliciumdioxidfilms auf dem Halbleitersubstrat

Diffusionsverfahren, bei denen zunächst ein fremdstoffhaltiger Siliciumdioxidfilm auf einem Halbleitersubstrat aufgebracht und die Fremdstoffe dann in das Halbleitersubstrat eindiffundieren gelassen werden, sind bekannt. Als Fremdstoff wird üblicherweise ein Element der Gruppe III wie Bor (B), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga) verwendet. Der Oxidfilm dient hierbei als Fremdstoffquelle und dieses Verfahren wird üblicherweise als Dotierungsoxidverfahren bezeichnet. Betrachtet man z. B. ein solches Verfahren mit Ga als Fremdstoff, so wird auf einem Siliciumsubstrat eine Ga-dotierte Oxidschicht nach einem der Filmbildungsverfahren erzeugt. Hierzu gehört ein Oxidationsverfahren, bei dem eine Gasmischung von Silan (SiH₄) und Galliumchlorid (GaCU) in einer Sauerstoffatmosphäre bei 500 bis 1000⁰C umgesetzt wird, ein Oxidationsverfahren oder ein thermisches Zersetzungsverfahren, bei denen organische Verbindungen von Silicium und Gallium in einer inerten Gasatmosphäre oder einer oxidierenden Atmosphäre bei 300 bis 700⁰C umgesetzt werden oder ein kombiniertes Verfahren, bei dem eine Oxidation von Galliumchlorid und eine thermische Oxidation des Siliciumsubstrats gleichzeitig durchgeführt werden. Die Diffusion in das Siliciumsubstrat erfolgt in einer Inertgasatmosphäre oder in einer schwach oxidierenden Atmosphäre.

So ist aus der Literaturstelle RCA Review 26 (1965), Heft 3, Seiten 357 bis 358 ein Verfahren zum Dotieren eines Halbleitersubstrats unter Verwendung von dotiertem Siliciumdioxid als Fremdstoffquelle bekannt Die Konzentration des Fremdstoffs in dem Siliciumdioxidfilm wird schon bei Abscheidung dieser Schicht auf dem Substrat in variabler Weise festgelegt, indem man den Dampfdruck des in Form einer organischen Verbindung zugeführten Fremdstoffs auf einen geeigneten Wert einstellt. Bevor die Fremdstoffatome in das Halbleitersubstrat eindiffundieren können, müssen sie zunächst

ίο reduziert werden, wobei das Reduktionsmittel Silicium ist, das zu Siliciumdioxid oxidiert wird. Zur Erreichung niedriger Fremdstoffoberflächenkonzentrationen kann zwar die Diffusion in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden, jedoch hat sich herausgestellt, daß das Einstellen eines gleichmäßigen Konzentrationsprofils hierdurch schwierig ist.

Aus der GB-PS 13 63 121 ist ein Verfahren zur Abscheidung eines fremdstoffdotierten Siliciumnitrids in einer den Fremdstoff enthaltenden Atmosphäre auf ein Halbleitersubstrat bekannt, worauf dann erhitzt wird, um den im Siliciumnitrid enthaltenden Fremdstoff in das Halbleitersubstrat hineinzudiffundieren. Bei diesem Verfahren wird eine Ammoniakatmosphäre angewandt, um durch Umsetzung von Silan und Ammoniak das Siliciumnitrid herzustellen. Siliciumdioxid ist als Fremdstoffquelle nicht vorgesehen.

Schließlich betrifft die US-PS 38 65 655 ein Verfahren zum Dotieren eines Nitrids als Substrat mit einem Fremdstoff wie Li, Mg oder Zn in einer Ammoniakatmosphäre. Bei diesem Verfahren dient die Ammoniakatmosphäre zur Rückbildung des Substrats, da sonst bei den Diffusionstemperaturen die Nitride vollständig zersetzt werden würden. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Diffusion aus dem Gasraum, und dotierter Siliciumdioxidfilm ist als Fremdstoffquelle nicht vorgesehen.

Bei dem herkömmlichen Dotierungsoxid-Diffusionsverfahren, wie es vorstehend beschrieben wurde, besteht jedoch die Tendenz, daß eine Oberflächenkonzentration des in dem Siliciumsubstrat diffundierten Ga mit einem Sättigungswert von 10" bis 10²⁰ Atomen/cm³ erreicht wird, wie in F i g. 1 gezeigt ist, wenn der Prozentsatz des Ga2O3 in dem mit Ga2O3-dotierten Siliciumdioxidfilm über einige Prozente hinausgeht. Es ist daher schwierig, die Oberflächenkonzentration auf Werte unter 10¹⁸ Atomen/cm³ einzustellen. Das bekannte Dotierungsoxidverfahren eignet sich daher ausschließlich zur Bildung hochkonzentrierter Diffusionszonen wie einer Emitterzone eines pnp-Transistors oder

einer Isolationszone vom ρ+ -Typ. Ähnliche Beobachtungen werden auch bei Dotierungsoxidverfahren mit anderen Elementen der Gruppe III des Periodensystems gemacht, d. h. mit AIO2- oder B2O3-dotierten Siliciumdioxidfilmen.

Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes wird jedoch bisweilen ein Diffusionsverfahren benötigt, das eine Oberflächenkonzentration in der Gegend von 10¹⁶ bis 10¹⁷ Atomen/cm³ gewährleistet. In einem solchen Falle ist es jedoch schwierig, die Diffusionsquel-Ie bei herkömmlichen Verfahren exakt einzustellen, da die Galliumoxidkonzentration in der zusammengesetzten Schicht sehr niedrig, d. h. in der Gegend von ΙΟ-³ bis 10 ^ °/o liegen muß, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Bei Verwendung von Bor oder Aluminium ist eine Diffusion bei niedriger Konzentration nach dem herkömmlichen Dotierungsoxidverfahren nur sehr schwierig zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren zum

Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein Halbleitersubstrat durch Bildung eines fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidfilms auf dem Halbleitersubstrat in der Weise zu verbessern, daß eine technisch einfache und reproduzierbare Einstellung geringer Fremdstoff-Oberflächenkonzentrationen im Bereich von 10¹⁸ Atomen/cm³ und kleiner ermöglicht wird, wobei auch die Ausbildung entsprechender Konzentrationsprofile im Halbleitersubstrat verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem auf dem Halbleitersubstrat gebildeten, mit nitridbildenden Frerndstoffatomen versehenen Siliciumdioxidfilm wird zumindest ein Teil der dann enthaltenen Fremdstoffe wie Gallium (Ga) in ein Nitrid (GaN) durch die Wärmebehandlung in der Ammoniakatmosphäre bei 600 bis 1200⁰C umgewandelt. Damit ergib« sich für die Differenz eine Fremdstoffquelle mit verringerter Konzentration. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet daher, daß die Fremdstoffkonzentration in der Oberfläche des Halbleitersubstrats in der Gegend von weniger als 10¹⁸ Atomen/cm³ liegt, wenn der Fremdstoff in dem Siliciumdioxidfilm in einigen Prozenten enthalten ist.

Wenn zusätzlich eine Maske aus ammoniakundurchlässigem Material auf der fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidschicht des Halbleitersubstrats während der Wärmebehandlung in ammoniakhaltiger Atmosphäre vorgesehen wird, wird die fremdstoffhaltige SiliciurrKÜ-oxidschicht nur selektiv der Ammoniakbehandlung ausgesetzt und es ist damit möglich, die Fremdstoffkonzentration an der Oberfläche des Halbleiterkörpers und die Diffusionstiefe selektiv zu steuern.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben; es bedeutet

F i g. 1 eine Kurve für die Beziehung zwischen der Fremdstoffkonzentration einer Quelle und der Fremdstoffkonzentration an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers nach Diffusion bei Anwendung des bekannten Dotierungsoxidverfahrens mit einem Ga₂O3 dotierten Siliciumdioxidfilm;

F i g. 2, 3 u. 4 Kurvenbilder für die Beziehung zwischen der Fremdstoffkonzentration der Quelle und der Fremdstoffkonzentration an der Oberfläche der Halbleiterkörper nach Diffusion bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Ga2O3-, AI2O3- bzw. B₂O3-dotiertenSiliciumdioxidfilmen;

Fig.5 bis 7 schematische Schnittdarstellungen von Halbleiterkörpern zur Veranschaulichung einer selektriven Diffusion gemäß einer Ausführungsart der Erfindung;

Fig.8 eine photographische Aufnahme eines gemäß der Erfindung erzeugten Diffusionsprofils an einem Schnitt durch den Halbleiterkörper;

Fig.9 bis 11 schematische Schnittdarstellungen von Halbleiterkörpern zur Erläuterung der Verfahrensschritte einer Ausführungsart gemäß der Erfindung;

Fig. 12 bis 17 weitere schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Verfahrensstufen einer weiteren Ausführungsart gemäß der Erfindung.

Bei einer ersten Ausführungsart des erfindungsgemä-Ben Verfahrens wird Silan (SiH₄) mit maximal 20 Mol.-% Galliumchlorid (GaCb) als Ausgangsmaterial für das dotierte Oxid verwendet. Kohlendioxid und Wasserstoff werden zur Bildung eines Reaktionsgases zugesetzt, das zur Erzeugung eines mit Ga₂O3-dotierten Siliciumdioxidfilms mit einer Dicke von 100 nm auf einem Siliciumscheibchen vom η-Typ mit einem Widerstand von 8 bis 12 Ω ■ cm auf 700⁰C erhitzt wird. Das Scheibchen wird dann in einem Ammoniakgasstrom (Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min) 30 Minuten lang bei 700°C wärmebehandelt. Danach erfolgt ein Diffusionsprozeß in einer Stickstoffatmosphäre bei 1150⁰C für eine Zeitdauer von 30 Minuten. Als Ergebnis wird eine Oberflächenkonzentration von weniger als 10¹⁸ Atomen/cm³ erzielt, wenn die Ga^Oi-Konzentration geringer als etwa 6 Mol-% war, wie aus der Kurve A von F i g. 2 hervorgeht

Wenn dotiertes Oxid von gleicher Zusammensetzung wie bei der ersten Ausführungsart einer Wärmebehandlung bei 1000⁰C für 30 Minuten bei 2 l/min Ammoniakgasströmung und danach dem gleichen Diffusionsprozeß unterworfen wurde, wurde die Fremdstoffoberflächenkonzentration im Halbleitersubstrat weiter erniedrigt, wie aus der Kurve B von F i g. 2 ersichtlich ist.

Das dotierte Oxid kann nach einem anderen Verfahren als der obigen Umsetzung von GaCb und S1H4 gebildet werden. Das Diffusionsverfahren nach der Wärmebehandlung in Ammoniakatmosphäre muß nicht in Stickstoffatmosphäre erfolgen, sondern kann in irgendeinem Gas wie Argon, Ammoniak, Sauerstoff oder Wasserstoff durchgeführt werden. Bei einer Durchführung im Ammoniakgasstrom müssen die Ammoniak-Wärmebehandlung und der Ammoniak-Diffusionsprozeß nicht gesondert durchgeführt werden, sondern sie können gleichzeitig erfolgen.

Bei der Wärmebehandlung in der ammoniakhaltigen Atmosphäre reagiert zumindest ein Teil des Ga2O3 im Ga2O3-SiO2 mit Ammoniak in der folgenden Weise unter Bildung von Galliumnitrid (GaN).

Ga₂O3 + 2 NH3-2 GaN + 3 H₂O

Da GaN viel stabiler als Ga₂O₃ ist, langsamer mit dem Siliciumsubstrat reagiert und einen höheren Schmelzpunkt hat, wird angenommen, daß die Rate der Einführung von Ga in das Siliciumsubstrat verringert ist. Durch Veränderung der Behandlungsbedingungen in Ammoniakatmosphäre in der Weise, daß die Umwandlung von Ga₂O₃ in GaN reguliert wird, kann daher die Menge des in das Siliciumsubstrat eingeführten Ga, d. h. eine niedrige Diffusions-Konzentration mit hoher Reproduzierbarkeit eingestellt werden.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsart erläutert, bei der Al₂O₃-SiO₂ als Diffusionsquelle für das Dotierungsoxidverfahren benutzt wird. Eine Reaktionsgasmischung aus Silan (SiH₄) und Aluminiumchlorid (AICI3), Anteil, maximal 20 Mol-%, wird zusammen mit Kohlendioxid und Wasserstoff bei 700⁰C zur Bildung eines mit AI₂O3-dotierten Siliciumdioxidfilmes mit einer Dicke von 100 nm auf einem Siliciumscheibchen vom η-Typ mit einem Widerstand von 8 bis 12ß-cm verwendet. Das Scheibchen wird dann in einem Ammoniakgasstrom (Strömungsgeschwindigkeit von 2 I/min) 30 Minuten lang bei 700⁰C wärmebehandelt. Danach erfolgt der Diffusionsprozeß in Stickstoffatmosphäre 30 Minuten lang bei 1150°C. Als Ergebnis wird die Fremdstoff-Oberflächenkonzentration von Al im Siliciumscheibchen auf eine geringe Konzentration von wenig-r als 10¹⁸ Atomen/cm³ eingestellt, wenn der AI₂O₃-GeIIaIt geringer als etwa 7,5 Mol-% ist, wie aus der Kurve A von F i g. 3 hervorgeht.
Bei Veränderung der Bedingungen der Wärmebe-

handlung im Ammoniakgasstrom (2 l/min) auf 1000°C und 30 Minuten Dauer wurden eine Difl'usionsschicht mit geringerer Konzentration, d.h. 10¹⁷ Atomen/cm·¹ oder weniger erhalten, wie durch Kurve S in Fig. 3 gezeigt wird.

AbOj in dem Siliciumdioxidfilm reagiert in folgender Weise mit der Ammoniakatmosphäre:

AI₂Oj + 2 NHj - 2 AIN + 3 H₂O

Es wird angenommen, daß das durch die vorstehende Reaktion erzeugte Aluminiumnitrid (AlN) die während des Diffusionsprozesses eingeführte Al-Menge beschränkt, was zu einer niedrigen Konzentration der Diffusionsschicht führt.

In ähnlicher Weise wie die Ga bzw. Al enthaltenden Dotierungsoxide kann auch ein Dotierungsoxid mit Bor angewandt werden. In diesem Falle wird das dotierte Oxid als Fremdstoffquelle mit einer Gasmischung von Silan (SiH₄) und Borhalogenid (wie BCb) in einer Sauerstoffatmosphäre bei etwa 700⁰C unter Zersetzung gebildet oder eine Gasmischung von Silan (SiH₄) und Diboran (B₂He) wird in einer Sauerstoffatmosphäre bei 300 bis 500^cC unter Zersetzung zur Bildung eines BjOj-dotierten Siliciumdioxidfilms auf einem gegebenen Halbleitersubstrat umgesetzt. Die Bedingungen der Ammoniakbehandlung des bordotierten Siliciumdioxidfilms und der Diffusionsprozeß können die gleichen sein, wie sie vorstehend bei galium- oder aluminiumdotierten Siliciumdioxidfilmen erwähnt sind. Die Diffusionseigenschaften bei B-Dotierung sind in Fi g. 4 wiedergegeben, Die zwei Kurven von Fig. 4 zeigen im einzelnen die Oberflächenkonzentrationen des Fremdstoffs Bor, die nach 30minüiiger Behandlung mit Ammoniak bei 670⁰C bzw. 850⁰C durch das Diffusionsverfahren unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend für Aluminium beschrieben erhalten wurden.

Eine dritte im folgenden erläuterte Ausführungsart der Erfindung, d. h. eine selektive Diffusion ausgehend von dotiertem Oxid, wird nachfolgend erläutert: Bei dieser Ausführungsart wird zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten ein ammoniakundurchlässiger Film auf dem fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidfilm (hremdstoffquelle) gebildet mit Ausnahme eines Bereichs, in den der Fremdstoff während der Ammoniakbehandlung des fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidfilms selektiv (verringert) eindiffundiert werden soll, oder es wird ein fremdstoffundurchlässiger Film während des Diffusionsprozesses gebildet, der die Zulieferung des Fremdstoffs von dem Dotierungsoxid enthaltenden Siliciumdioxidfilm verhindert.

F i g. 5 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausführungsart, bei der auf einem Siüciumsubstrat 1

VtJlIl H^- I Vt; LMl Lf/\7J~i.[ltllUll^.llU^.I kJIII\.IUIIIU]\/niUMIlll »-

und über diesem ein fremdstofffreier SiO₂-FiIm 3 selektiv ausgebildet ist. Diese Anordnung wird dann der Ammoniakbehandlung und dem Diffusionsprozeß zur Erzeugung eines Diffusionsprofils in einem Abschnitt des Halbleiterkörpers unterworfen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel wird der B₂O3-enthaltende Siliciumdioxidfilm 2 der Ammoniakwirkung lediglich an den Bereichen unterhalb der Fenster 4 im SiO₂-FiIm 3 angesetzt. Als Ergebnis hat das Diffusionsprofil im Halbleiterkörper nach dem Diffusionsprozeß schwache Diffusionsbereiche 5 von geringer Konzentration unmittelbar unter den Öffnungen 4 und tiefe Diffusionsbereiche 6 von hoher Konzentration unmittelbar unterhalb des SiO₂-FiImS 3.

Fig.6 zeigt (schematisch) das Diffusionsprofil eines Halbleiterkörpers, der durch selektive Bildung eines SiO₂-FiHiS 7 an bestimmten Bereichen auf dem Siüciumsubstrat vom η-Typ I und Aufbringen eines B₂Oi-enthaltenden Siliciumdioxidfilms 2 über der > Gesamtfläche von SiO₂-FiIm 7 und Substrat 1 und anschließende Ausführung der Ammoniakbehandlung und des Diffusionsprozesses bei der gesamten Anordnung hergestellt wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wurde — da der SiO₂-FiIm 7 eine Fremdstoffdiffusion

•ι. verhindert — unmittelbar unter dem SiO₂-FiIm 7 keine Diffusionsschicht gebildet, während an den anderen Bereichen »flache« Diffusionszonen 5 von geringer Konzentration gebildet wurden.

F i g. 7 zeigt eine Kombination der beiden vorstehenden Verfahrensweisen, bei der ein SiO₂-FiIm 7 selektiv an bestimmten Bereichen auf dem Siüciumsubstrat vom η Typ ! gebildet wurde. Danach wurde die gesamte Oberfläche mit dem B₂Oj-enthaltenden Siliciumdioxidfilm 2 abgedeckt. Nachfolgend wurde der SiO₂-FiIm 3

·■ durch eine Maske, die von der zur Bildung des SiO₂-FiImS 7 verschieden war. selektiv erzeugt. Die gesamte Anordnung wurde dann der Ammoniakbehandlung und dem Diffusionsprozeß unterworfen, wobei eine Diffusion in einem Abschnitt des Halbleiterkörpers erfolgte, wie es in F i g. 7 dargestellt ist. Bei dem vorliegenden Beispiel verhindert der SiO₂-FiIm 3 über dem B₂O3-enthaltenden Siliciumdioxidfilm 2 (Fremdstoffquelle) eine Ammoniakeinwirkung an diesen Stellen, so daß darunter tiefe Diffusionszonen 6 von

υ hoher Konzentration gebildet werden. Unter der Öffnung 4 entstehen schwache Diffusionszonen 5 von geringer Konzentration und Bereiche ohne Diffusion werden unmittelbar unter dem SiO₂-FiIm 7 gebildet.

F i g. 8 ist eine das Diffusionsprofil zeigende Vergrößerung eines Schnitts (durch »Schrägschliff« erhalten) durch einen Halbleiterkörper, der durch die Verfahrensschritte der obigen Ausführungsart erhalten werden kann. Bei diesem Beispiel wurde der B^Oj-enthaltende Siliciumdioxidfilm 2 (der etwa 5 Mol-% B₂Oj enthielt)

■" mit einer Dicke von 100 nm in einem Ammoniakgasstrom (2 l/min) bei 1000°C 30 Minuten lang behandelt und der Diffusionsprozeß wurde dann 30 Minuten lang bei il50"C durchgeführt. Die Diffusionzone 5 zeigte eine Oberflächen-Fremdstoffkonzentration von 3 χ ΙΟ¹⁷

Ji Atomen/cm^J bei einer Diffusionstiefe von 0,8 μτη. Die Diffusionszone 6, die zum Zwecke des Vergleichs mit der Diffusionzone 5 ohne Ammoniakbehandlung erhalten wurde, zeigte eine Oberflächen-Fremdstoffkonzentration von 2 χ 10²⁰ Atomen/cm³ und eine Diffusionstiefe

><> von 2,3 pm.

Die F i g. 9 bis 11 zeigen schematisch Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer vierten Ausführungsart, bei der ein Halbleiterbauelement mit zwei unabhängigen Bereichen von gleicher Flächengröße und Gestalt - und unterschiedlichem spezifischen Widerstand hergestellt wird.

Fig. 9 zeigt einen Halbleiterkörper mit einer isolierten Insel vom n-Typ 12 in einem Siüciumsubstrat vom p-Typ 11. Das Halbleitersubstrat wird von einem

in SiO₂-FiIm 13 mit Fenstern 14 und 15 an ausgewählten Bereichen des Films 13 bedeckt Danach wurde ein B₂O3-enthaltender Siliciumdioxidfilm 16 zur Oberdekkung der gesamten Oberfläche gebildet.

Nachfolgend wurde, wie in F i g. 10 dargestellt ist, ein

-^ς SiO₂-FiIm 17 auf dem B₂O3-enthaItenden Siliciumdioxidfilm 16 gebildet und ein Fenster (von gleicher Gestalt und Größe wie das Fenster 15 im SiO₂-FiIm 13) zur Erzeugung eines freiliegenden Bereichs 18 des B₂O3-

enthaltenden Siliciumdioxidfilms 16 in SiO₂-FiIm 17 gebildet. Anschließend wurde die gesamte Anordnung in einem Ammoniakgassirom wärmebehandelt, um einen Teil des B₂O)-enthaltenden Siliciumdioxidfilms in ein nitridhaltiges Material 19 umzuwandeln, wonach der Diffusionsprozeß durchgeführt wurde, zur Bildung von 2 bor-dotierten Diffusionszonen 20 und 21 in der Si-lnsel vom n-Typ 12 (Fig. 11). Betrachtet man nun die beiden so gebildeten Diffusionszonen, so erkennt man, daß die Diffusionszone 20 eine geringe Oberflächenkonzentration des Fremdstoffs (Bor) und eine geringe Diffusionstiefe wegen des stickstoffhaltigen Materials 19 aufweist, während die Diffusionszone 21 eine hohe Fremdstoffkonzentration und große Diffusionstiefe aufweist, da die Fremdstoffquelle innerhalb des Fensters 14 durch den SiOi-FiIm 17 abgedeckt war und daher von der Arnrncniakbchantüung nicht erreicht wurde. Wenn der Borgehalt des als Fremdstoffquelle dienenden dotierten Oxids speziell bei 10²⁰ Atomen/cm^] liegt und die Ammoniakbehandlung mit einem Ammoniakgassirom von 2 l/min bei 600 bis 1200⁰C 30 bis 60 Minuten iang vorgenommen wird und der Diffusionsprozeß 30 bis 60 Minuten lang bei 1I5O°C erfolgt, so hat die Diffusionszone eine Oberflächen-Borkonzentration von 10¹⁶ bis 10¹⁸ Atomen/cm^J und eine Diffusionstiefe von I bis 1,5 μίτι, während die Diffusionszone 21 eine Oberflächen-Borkonzentration von 10¹⁸ bis 10^|l) Atomen/cm^J und eine Diffusionstiefe von 2,0 bis 3 μΐη hat. Wenn diese Diffusionszonen als Widerstände bzw. Widerstandsbereiche im Halbleiterkörper benutzt werden, können sich die Schichtwiderstände der Diffusionszonen 20 und 21 um einen Faktor 100 unterscheiden.

Fi g. 12 bis 17 zeigen eine fünfte Ausführungsart, bei der das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Transistor mit Basisübergängen unterschiedlicher Tiefe, d. h. einen sog. »graft base structure«-Transistor angewandt wird.

Gemäß Fig. 12 ist ein SiO₂-FiIm 33 auf einer Oberfläche eines Siliciumsubstrats vom n-Typ 31 gebildet, das auch als Kollektorzone des Transistors dient und ein erstes Diffusionsfenster 34 zur Festlegung einer Basiszone ist im SiO₂-FiIm 33 gebildet.

Danach wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, ein borhaltiger SiO₂-FiIm 35 als Fremdstoffquelle vom p-Typ über dem SiO₂-FiIm 33 und dem Fenster 34 gebildet.

Dann wird, wie in Fig. 14gezeigt ist, ein SiO₂-FiIm 36 über dem Bor-dotierten SiO₂-FiIm 35 gebildet und ein zweites Diffusionsfenster 37 für die Festlegung einer Emitterzone im SiO₂-FiIm 36 erzeugt.

F i g. 15 deutet die Wärmebehandlung der Anordnung in Ammoniakatmosphäre an, so daß derjenige Teil des bor-dotierten SiO₂ Films, der durch das zweite Diffusionsfenster 37 freiliegt, mit dem Ammoniak unter Bildung eines bornitridhaltigen dotierten SiO₂-FiImS 35' reagiert

Dann wird der Basisdiffusionsprozeß unter gegebenen Diffusionsbedingungen derart durchgeführt, daß eine flache Diffusionszone 38 mit geringer Konzentration und eine tiefe Diffusionszone 39 mit hoher Konzentration gleichzeitig im Basisbereich gebildet werden, wie in F i g. 16 dargestellt ist.
Danach wird die bornitridhallige Fremdstoffquelle 35' mit einem Flußsäureätzmittel entfernt und die Emitterdiffusion durch das Fenster 37 hindurch in einer allgemein bekannten Weise durchgeführt zur Bildung einer Emitterzone 40, wie in F i g. 17 angedeutet ist.

in Der so gefertigte Transitor hat eine Basiszone, welche die flache Diffusionszone 38 mit geringer Konzentration und die liefe Diffusionszone 39 mit hoher Konzentration umfaßt. Diese beiden Diffusionszonen können durch einen einzigen Diffusionsprozeß gebildet werden. Da der Transistor von dieser Struktur ferner einen Emitterbereich 40 besitzt, der die gleiche Gestalt hat (Maskenmuster) wie der flache Diffusionsbereich 38 mit geringer Konzentralion, ist der der Widerstand für eine seitliche Diffusion von Trägern im Basisbereich gering und der Transistor hat eine krze Ansprechzeit. Ein Transistor von dieser Struktur hat bekanntlich einen verbesserten Verstärkungsfaktor und Durchbruchsspannungswert wegen der flachen Diffusionszone 38 mit geringer Konzentration im Basisbereich und einen verminderten Basiswiderstand wegen der liefen Diffusionszone 39 mit hoher Konzentration.

Obgleich bei den vorstehenden Ausführungsarten nitridhaltige Filme als Fremdstoffdiffusionsquellen benutzt wurden, die durch Wärmebehandlung der

jo oxidhalligen Fremdstoffilme in Ammoniakatmosphäre erhalten worden waren, können nitridhaltige Filme gleichzeitig mit der Bildung der dotierten Oxidfilme erzeugt werden.

Ein Beispiel dafür wird nachfolgend erläutert:

Ein nitridhaltiger Film wird durch Umsetzung von Tetraäthylsilicat [(C₂H₅O)₄)Si] mit Triäthylborat [(C₂H₅O)₃B] in einem Ammoniakgasstrom bei 670°C zur Bildung eines Kompositfilmes aus Bornitrid-Boroxid-Siliciumoxid erzeugt. Dieser Kompositfilm aus Bornitrid-Boroxid-Siliciumoxid wird weiter etwa 30 Minuten lang in einer Ammoniakatmosphäre bei 1000⁰C zur Bildung einer stabileren Bordiffusionsquelle wärmebehandelt. Auf diese Weise kann die Menge der Boreinführung in den Siliciumkörper für die Bildung eins Bereichs der Oberflächenkonzentration von 10¹⁶bis 10" Atomen/cm¹ kontrolliert werden.

Bei einem weiteren Beispiel wird der nitridhaltige Film durch Umsetzung von Tetraäthylsilicat [(C₂H₅O^Si] mit Diboran (B₂He) in einer Ammoniakatmosphäre bei 67O°C zur Bildung eines Kompositfilms aus Bornitrid-Boroxid-Siliciumoxid erzeugt. Wenn der Kompositfilm dieser Zusammensetzung ais Fremdstoffdiffusionsqueüe verwendet wird, ist eine Wärmebehandlung in der Ammoniakatmosphäre bei 1000⁰C für etwa 30 Minuten bevorzugt für die Bereitstellung einer Fremdstoffdotierungsquelle für eine Diffusion von geringer Konzentration.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein Halbleitersubstrat durch Bildung eines fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidfilms auf dem Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit dem nitridbildende Fremdstoffe enthaltenden Siliciumdioxidfilm versehene Substrat in einer ammoniakhaltigen Atmosphäre einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 600 bis 1200⁰C unterzieht und die Fremdstoffe des Siliciumdioxidfilms in das Halbleitersubstrat eindiffundieren läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fremdstoff ein Element der Gruppe HI des Periodensystems, insbesonder Bor, Aluminium bzw Gallium einsetzt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Ammoniakbehandlung auf der fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidschicht eine ammoniakundurchlässige Beschichtung erzeugt und an ausgewählten Bereichen mit einem Fenster versieht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die ammoniakundurchlässige Beschichtung durch einen Siliciumdioxidfilm bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bildung der fremdstoffhaltigen Siliciumdioxidschicht ein Alkyloxysilan in einer Ammoniakatmosphäre mit einem fremdstoffhaltigen Gas umsetzt.