DE2657415C2 - Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein Halbleitersubstrat - Google Patents
Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in ein HalbleitersubstratInfo
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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-
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 500cC 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
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/cmJ 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/cmJ und eine Diffusionstiefe von I bis
1,5 μίτι, während die Diffusionszone 21 eine Oberflächen-Borkonzentration
von 1018 bis 10|l) Atomen/cmJ
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.
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 (5)
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.
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