DE3030298A1 - Fluessiges dotierungsmittel fuer die dotierung von halbleitermaterialien mit bor - Google Patents

Description

• Flüssiges Dotierungsmittel für die Dotierung von
• Halbleitermaterialien mit Bor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Dotierungsmittels bestehend aus Orthokieselsäureäthylester, einem Lösungsmittel und einer sauren wässrigen Phase eines Dotierstoffs für die Beschichtung eines Substrats mit einer dotierten Oxidschicht.
• Unter der Bezeichnung "flüssiges Dotiermittel" werden Lösungen verstanden, die beim AuSbringen auf ein Substrat, beispielsweise eine Halb7eiterscheibe, eine Schicht ergeben, die den entsprechenden Dotierstoff enthält. Aufgebracht werden diese Schichten in der Regel durch Aufschleudern der Lösung. Dieses Aufschleuderverfahren wird auch spin-on-Technik genannt und die nach diesem Verfahren hergestellten Schichten werden spin-on-Schichten genannt. Das spin-on-Verfahren wird vorwiegend zur Beschichtung von Halbleitern mit Fotolack angewendet.
• Flüssige Dotierungsmittel, die für dieses Verfahren geeignet sind, sind z. B. aus der DE-IS 20 13 567 bekannt.
• Dort ist ein Verfahren angegeben, bei dem zur Schichtherstellung eine Acetatverbindung des Siliziums verwendet wird. In der DE-OS 22 62 021 wird hierfür ein alkoholisches Kieselsol als Grundsubstanz vorgeschlagen. Wasserhaltige Lösungen von Kieselester als flüssige Dotierungsmittel sind aus den DE-OS 23 40 111 und 24 47 204 bekannt.
• In der DE-OS 24 47 204 wird vorgeschlagen, Orthokieselsäureäthylester in einem Lösungsmittel zu lösen und mit einer sauren Lösung des Dotierstoffs in Wasser umzusetzen.
• Das Lösungsmittel für den Kieselester dient zugleich als Lösungsvermittler mit ier wässrigen Phase.
• Ein oft wesentliches Problem bei der Anwendung solcher dotierter Lösungen ist, daß die damit hergestellten Schichten beim Lagern an feuchter Luft Dotierstoff verlieren. Für eine raticaelle Halbleiterfertigung ist jedoch eine Lagerfähigkeit der beschichteten Scheiben eine unabdingbare Voraußsetzung. Denn es muß jeweils abgewartet werden bis eine Diffusionscharge vollständig Scheibe für Scheibe beschichtet ist. Zudem muß gewährleistet sein, daß Feucitigkeitsschwankungen keinen Einfluß auf das Diffusior sergebnis haben.
• In der DE-OS 26 14 324 wird hierzu vermutet, daß bei der Verwendung von Borsäure als Dotierstoff diese mit dem organischen Lösungsmittel flüchtige Borverbindungen bildet und daher die Verwendung von nichtflüchtigen Carboranen als Bordotierstoff vorgeschlagen.
• Carbone sind jedoch schwer zugänglich und teuer. Andere flüssige Dotierungsmittel zeigen entsprechende nachteilige Eigenschaften.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Dotierungsmittels mit gebräuchlichen billigen Dotierst<ffen wie z. 3. Borsäure anzugeben, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemß gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentansprch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführulgen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen besclrieben.
• Die Lösung der Aufgabe nutzt die Erkenntnis, daß nicht die organischen Lösungsmittel odfr Alkohole zur Flüchtigkeit der Dotierstoffe (wie z. B. Borsäure) beitragen, sondern das im Lösungsansatz enthaltene Wasser. Da Jedoch bei den bekannten Dotierungsmitteln, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden sollen und beispielsweise in der DE-OS 24 47 204 beschrieben sind, Wasser zur Hydrolyse des Kieseleriters unbedingt notwendig ist, kann die Lösung nicht wasserfrei angesetzt werden. Vielmehr kann das Wasser erst nach Ansatz und Reifung der Dotierlösung wieder entzogen werden. Außerdem entsteht durch den Kondensationsprozeß der Kieselsäure laufend neues Wasser. Erfindungsgemäß wird daher der Wasseranteil in der Dotierlösung durch ein Trockenmittel entfernt, nachdem die Wasser verbrauchende Hydrolyse des Esters abgeschlossen ist, spätestens jedoch vor dem Aufbringen des Dotierungsmittels auf das Substrat.
• Das Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von Bor als Dotierstoff, ohne jedoch speziell hierauf eingeschränkt zu sein.
• Folgendes Ausführungsbeispiel zeigt, daß bei Anwendung dieses Verfahrens der technische Aufwand gegenüber der DE-OS 24 47 204 kaum erhöht wird. Die Lösung besteht beispielsweise aus 7,5 ml Orthokieselsäureäthylester, 44,5 ml isopropanol, 7 ml 0,625 M H3B03.
• Zu dieser Lösung wird 4 g Molekularsieb (?gp 3A) zugegeben, das zuvor bei 150-200° C ausgeheizt werden muß.
• Die Lösung sollte über dem Molekularsieb aufbewahrt und erst vor dem Beschichten abfiltriert werden. Beschichtet man mit dieser Lösung Halbleiterscheiben und lagert sie beispielsweise einen Tag bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 65 %, so ist der Borgehalt in der Schicht kaum erniedrigt. Man erkennt das an den Kenndaten einer nachfolgenden Diffusion mit der Borsilikatglasschicht als Quelle. Wthrend bei Benutzung einer wasserhaltigen Dotierlösung keine bordotierte Schicht im Halbleiter gefunden wird, wird bei der Dotierung mit dem nach dem neuen Verfahren dargestellten Dotierungsmittel immerhin noch ein Blächenwiderstand um 250 n /o gemessen.
• Als LösungsmitteL kommen höhere Alkohole wie Isopropanol oder flethylglycol in Betracht. Methanol scheidet wegen der Bildung von leicht flüchtigem Bortrimethylester aus.
• Besonders bewährt habea eich Aceton, Dioxan und Tetrahydrofuran als Lösungsmittel. Für Trockenmittel zum Entzug des Wassers aus der DotierLösung besteht keine Einschränkung, sofern es sich mit der verwendeten Lösungen verträgt und nicht selbst zu einer Dotierung führt.
• Das Verfahren kann immer dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn infolge des {assergehalts eine Lösung eine zusätzliche Stoffkomponeate im LösungsgemiRch während und nach dem Aufschleudervorgang flüchtig wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Dotierungsmittels, bestehend aus Orthokieselsäureester, einem Lösungsmittel und einer sauren wässrigen Phase eines Dotierstoffs für die Beschichtung eines Substrats mit einer dotierten Oxidschicht, dadurch g3kenazeichnet, daß dem Dotierungsmittel vor dem Aufbringen auf das Substrat durch ein Trockenmittel Wasser entzogen wird, um die Flüchtigkeit des Dotierstoffes ais der Oxidschicht herabzusetzen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, durch gekennzeichnet, daß Orthokieselsäureäthylester als Orthokieselsäureester verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Borsäure als Dotierstoff verwendet wird.
4. 4, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Arsensäure als Dotierstoff verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß al Trockenmittel Molekularsieb verwendet wird.