DE3430009A1 - Verfahren und vorrichtung zum dotieren von halbleitersubstraten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum dotieren von halbleitersubstraten

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Dotieren von Halbleitersubstraten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren von Halbleitersubstraten mit Störstoffen, bei dem die Substrate in einer Kammer erhitzt werden, der der Störstoff gas- oder dampfförmig zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Einer der wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Halbleitern besteht in der Diffusion von Störstoffen bzw. von Fremdatomen in ein Halbleitersubstrat. Einer der ersten üblichen Schritte des Verfahrens besteht in der Ablagerung einer bestimmten Menge des Störstoffes in einer dünnen Oberflächenschicht des Halbleiters. Die Störstoffe werden sodann verteilt und als Ergebnis einer bei hoher Temperatur stattfindenden Festkörperdiffusion in den Halbleiter eingetrieben. Während der zweite Schritt
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im wesentlichen definiert und beherrschbar ist, ist dies beim ersten Schritt, nämlich der Ablagerung der Störstoffe auf der Oberfläche des Substrats nicht der Fall.
Das verbreitetste Verfahren zum Ablagern der Störstoffe auf der Oberfläche der Substrate besteht darin, daß diese auf einem Träger angeordnet in einem Ofen abgestellt «/erden. Der offene Ofen wird von einem Spülgas bestimmter Zusammensetzung durchspült. Die Störstoffe bz\i/. Fremdatome werden in Gas- oder Dampfform dem Spülgas zugegeben und zwar in einer bestimmten Konzentration. Eine allgemein akzeptierte Erklärung des Verfahrens besteht darin, daß aktive Störstoffmoleküle rasch mit der Halbleiteroberfläche reagieren und demzufolge oberhalb der Halbleiteroberfläche sich ein Gasfilm bildet, der im wesentlichen frei von Störstoffen ist. Der Niederschlag der Störstoffmoleküle auf der Oberfläche tritt auf als Ergebnis einer Diffusion durch den Oberflächengasfilm. Dieser stehende Oberflächengasfilm, der im wesentlichen frei von Störstoffen ist, beeinflußt den Diffusionsprozeß wodurch die Dotiergeschwindigkeit bestimmt wird durch eine komplizierte Funktion von Temperatur, Zusammensetzung und Fluideigenschaften des Gases sowie den Oberflächeneigenschaften des Halbleiters. Eine gleichzeitige Steuerung all dieser Parameter ist schwierig. Demzufolge ist die Steuerung des gesamten Dotierprozesses nicht optimal. Infolge der üblicherweise sehr hohen Konzentration der Störstoffatome auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers können Störungen des Kristallgefüges auftreten, die dazu führen, daß der Halbleiterkörper nicht die gewünschten elektronischen Eigenschaften aufweist.
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• „ „
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ch-u/s
Ein alternatives Verfahren zu den vorerwähnten Diffusionsverfahren besteht in der Ionenimplantation. Bei diesem Verfahren werden die Störstoffatome ionisiert und in Form eines hochenergetischen Ionenstrahles beschleunigt, der auf die Halbleiteroberfläche gerichtet u/ird. Hierbei dringen die Ionen in die Oberfläche mit einer Tiefe ein, welche proportional abhängig ist zu der Energie des Ionenstrahls. Durch Steuern der Ionenstrahlintensität ist es möglich, beim Halbleiter die gewünschte Dotierstärke und die gewünschte Störstofftiefenverteilung zu erhalten.
Die Ionenimplantation weist gegenüber dem Diffusionsverfahren eine Reihe von Vorteilen auf, in dem die Verfahrensparameter von außen gut steuerbar sind, während das Diffusionsverfahren gekennzeichnet ist durch unveränderbare physikalische Bedingungen wie beispielsweise durch die Diffusionskonstante der Störstoffe im Halbleitermaterial. Bei der Ionenimplantation ist jedoch nachteilig, daß die Halbleiterkristallstruktur durch das Eindringen der Ionen mit hoher Energie beschädigt wird. Weiter ist von Nachteil, daß der Elektronenstrahl Unreinheiten von auf der Halbleiteroberfläche haftendem Gas in die Oberfläche eintreibt.
Während der Anfänge der Halbleiterfertigung war es bekannt, die Dotierung in einem geschlossenen Rohr vorzunehmen. Hierbei wurde das Halbleitersubstrat und der im festen Zustand vorliegende Störstoff in ein Rohr eingebracht, das verschlossen und evakuiert wurde. Sodann wurde das Rohr auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, was zum Verdampfen des Störstoffes und seiner Diffusion in die Halbleiterober-
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fläche führte. Eine Steuerung der Dotierung durch Veränderung der Temperatur und der Störstoffmenge vi/ar möglich, jedoch war dieses Verfahren nicht für die Massenherstellung geeignet.
Alle bekannten Verfahren zum Diffundieren aktiver Störstoffe in ein Halbleitersubstrat weisen den Nachteil auf, daß es nicht möglich ist, eine optimale Störstoffkonzentration und -verteilung zu erhalten und unerwünschte Verunreinigungseinschlüsse im Halbleitersubstrat zu eliminieren. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu sehen, daß es nicht möglich ist, genau und präzise gesteuert gleichzeitig zwei oder mehrere Störstoffe aufzubringen. Das gleichzeitige Aufbringen von zu/ei oder mehreren Störstoffen ist beispielsweise nötig bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen, welche Halbleiterschichten mit sehr hohen Störstoffkonzentrationen bei hoher Ladungsträgerlebenszeit aufweisen sollen. Es handelt sich hier beispielsweise um bipolare Transistoren mit hochwirksamen Emittern oder um Solarzellen.
Es besteht die Aufgabe, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, das durch Wahl bestimmter Verfahrensparameter es möglich ist, die jeweils gewünschten Störstoffkonzentrationen in der gewünschten Tiefe zu erhalten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
b. ν * t»
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Mit dem Verfahren und den Vorrichtungen ist es nicht nur möglich, eine optimale Störstoffkonzentration und -verteilung im Halbleitersubstrat zu erhalten, sondern es ist auch möglich, unerwünschte Verunreinigungseinschlüsse zu eliminieren. Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine genaue Steuerung der gleichzeitigen Dotierung von zwei oder mehr Störstoffen, wobei das Dotieren jeweils zu keiner Veränderung oder Beschädigung des Kristal1gefüges der Hai bleiterkristal1 struktur führt. Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß es für eine Massenproduktion geeignet ist.
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Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Grundaufbau eines Geräts, welches geeignet ist, eine Fremdatomschicht in einen Halbleiterkörper zu diffundieren;
Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform, wobei das Diffundieren ausgeführt wird in Anwesenheit eines zusätzlichen reaktiven Gases und
Fig. 3 eine weitere alternative Ausführungsform, bei welcher das Diffundieren ausgeführt wird durch zwei Dotierungsgase in Anwesenheit eines zusätzlichen reaktiven Gases.
Gemäß Fig. 1 wird ein Halbleitersubstrat 1 in einer Vakuumkammer 2 angeordnet, die aus geeignetem Material besteht, das feuerbeständig ist. Nach dem Einbringen des Halbleitersubstrats 1 in die Kammer 2 wird der Verschluß luftdicht verschlossen und die Kammer 2 wird mittels einer Vakuumpumpe evakuiert. Hierzu ist ein Drucksteuertor 4 vorgesehen. Ein gas- oder dampfförmiger Störstoff wird dann von einem Behälter 6 in die Kammer 2 eingeleitet. Die Einleitung erfolgt gesteuert durch eine Durchflußsteuervorrichtung 7 mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit. Der Gasdruck des Störstoffes in der Kammer 2 wird durch die Druckmeßvorrichtung 8 erfasst. Ein bestimmter Druck des Störstoffes wird über eine bestimmte Zeitdauer hinweg aufrecht erhalten, wobei eine bestimmte Dotierung erreicht wird. Das Substrat 1 wird sodann mindestens auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher eine Oberflächenreaktion zwischen dem Störstoff und dem
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Substrat l auftritt.
Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß irgendeine Anzahl von Störstoffquellen verwendet werden kann. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein zweiter Störstoffbehälter 9 gezeigt,in welchem ein zweiter Störstoff in Dampf- oder Gasform bevorratet wird und den in die Kammer 2 eingeführt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Störstoffes wird gesteuert durch die Durchflußsteuervorrichtung 10.
Der Störstoff kann entweder in elementarer Form verwendet werden, falls sein Dampfdruck ausreichend ist oder der Störstoff ist gebunden in einer chemischen Verbindung. Im letztgenannten Fall muß die chemische Verbindung mit der Oberfläche des Substrats 1 so reagieren, daß eines der Reaktionsprodukte der elementare Störstoff ist.
Auf der Oberfläche des Substrats 1 niedergeschlagener elementarer Störstoff diffundiert in das Substratmaterial ein in Übereinstimmung mit den Gesetzen der Festkörperdiffusion, d.h. abhängig von der Temperatur und der Zeit.
Die Geschwindigkeit des Niederschlags und die Geschwindigkeit der Diffusion des Störstoffs oder der Fremdatome in das Substrat 1 kann auf diese Weise unabhängig von einander gesteuert werden, wobei der Gesamtbetrag des in das Substrat diffundierten Störstoffs bestimmt wird durch die Zeitdauer des gesamten Verfahrens.
Durch Wahl des Gasdrucks in der Kammer 2 als ein unabhängiger Parameter und der Wahl der Temperatur des Substrats 1 als anderer Parameter können verschiedene Störstoffkonzentrationen
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und Störstoffverteilungen verwirklicht werden. Ein hoher Gasdruck und eine niedere Substrattemperatur führen zu einer hohen Dotierungskonzentration in einer dünnen Oberflächenschicht des Substrats 1. Ein geringerer Gasdruck und eine erhöhte Substrattemperatur führen dagegen zu einer geringeren Störstoffkonzentration jedoch zu einer tiefer dotierten Schicht. Veränderungen des Gasdrucks oder der Substrattemperatur oder die Variation beider Parameter während des Verfahrens ermöglichen die Schaffung von Störstoffverteilungsprofilen, welche unterschiedlich sind zu den Profilen, die bei den bekannten Diffusionsmethoden erreicht werden.
Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Geräts, wobei beim Verfahren ein zusätzliches Reaktionsgas verwendet wird. Fall der Störstoff in einer chemischen Verbindung vorliegt, welche nicht direkt mit der Oberfläche des Substrats 1 reagiert oder falls es notwendig ist, die Oberflächenreaktion von Reaktionsprodukten zu modifizieren, dann wird ein zusätzliches Reaktionsgas der Kammer 2 zugeführt. Das Reaktionsgas reagiert mit der Störstoffverbindung, so daß sich entweder der elementare Störstoff oder eine chemische Zwischenverbindung auf dem Substrat niederschlägt, wobei letzteres dann mit der Substratoberfläche reagiert und hierbei den elementaren Störstoff erzeugt. Ein Reaktionsgas, wie beispielsweise Sauerstoff ist notwendig beispielsweise, um Silicium mit Phosphor zu dotieren.
Das Reaktionsgas ist in einem Behälter 11 enthalten und strömt von dort über die Steuervorrichtung 12 gesteuert in die Kammer 2 ein und zwar gleichzeitig mit dem Fremd-.
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atomgas aus dem Behälter 6. Das Verhältnis zwischen Fremdatomgas und Reaktionsgas wird gesteuert durch die Steuervorrichtungen 7 und 12. Das Störstoffgas und das Reaktionsgas gehen eine Reaktion miteinander ein, wodurch der elementare Störstoff oder eine Zwischenverbindung erzeugt werden, wobei letztere wiederum mit der Oberfläche des Substrats reagiert, wobei der Elementarstörstoff gebildet wird, Der elementare Störstoff reagiert sodann mit dem Substrat wie zuvor beschrieben. Durch die Verwendung eines Reaktionsgases ist es möglich, eine hohe Störstoffkonzentration im Halbleiterkörper mit einer niedrigen Defektstellenkonzentration zu erhalten.
Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei der Dotierung mehrerer Halbleiter. Hierbei ist eine druckgesteuerte Mehrfachdotierung in Anwesenheit eines Reaktionsgases möglich. Eine Reihe von Halbleiterscheiben 13 ist angeordnet auf einer rechteckigen Quartzstange, die als Boot bezeichnet wird. Das Boot befindet sich in einer Unterdruckkammer 14. Ein Ende der Kammer 14 ist durch eine Türe 16 verschlossen. Das andere Ende der Kammer ist verbunden mit einer Vakuumpumpe 17. Der Druck in der Kammer 14 wird eingestellt durch ein Drucksteuerventil 18 zwischen der Vakuumpumpe 17 und der Kammer 14. Als erstes wird die Kammer bei voll geöffnetem Drucksteuerventil 18 durch die Vakuumpumpe 17 evakuiert. Sodann wird die Kammer 14 und die darin befindlichen Halbleiterscheiben 13 durch einen Ofen 15 erhitzt. Ein erster Störstoff, beispielsweise eine Arsenverbindung wie beispielsweise AsCl, im Behälter 19 wird durch eine Heizvorrichtung 20
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erhitzt damit sich ein Dampfdruck ergibt, der ausreichend groß ist, damit eine erste kontinuierliche Dampfströmung zur Kammer 14 sich ergibt. Diese Dampfströmung wird gesteuert durch ein Ventil 21 und eine Strömungssteuervorrichtung 22. Ein zweiter Störstoff beispielsweise eine Phosphorverbindung wie POCl, im Behälter 23 wird erhitzt durch die Heizvorrichtung 24, damit ebenfalls ein Dampfdruck entsteht, der ausreichend groß ist, daß eine zweite kontinuierliche Dampfströmung entsteht. Die zweite Dampfströmung wird gesteuert durch ein Ventil 25 und eine Durchflußsteuervorrichtung 26. Weiterhin wird ein Reaktionsgas wie beispielsweise Sauerstoff über ein Ventil 27 und eine Durchflußsteuervorrichtung 28 der Kammer 14 zugeführt. Sobald sich ein Temperaturgleichgewicht in der Kammer 14 eingestellt hat, werden diese Ventile 21,25 und 27 geöffnet und die Gase strömen in vorbestimmter Menge in den Behälter 14 ein, wobei die Mengen bestimmt werden durch die Durchflußsteuervorrichtungen 22,26 und 28. Der Gasdruck in der Kammer 14 wird durch ein Manometer 29 erfaßt. Der Gasdruck und die Temperatur der Halbleiterscheiben werden auf vorbestimmte Werte gehalten, um ein bestimmtes Dotierprofil zu erzeugen. Eine kontrollierte Gasatmosphäre wird in der Kammer 14 beibehalten, bis ein bestimmter notwendiger Betrag der Störstoffe in die Halbleiterscheiben diffundiert ist. Sodann werden die Ventile 21, 25 und 27 geschlossen und die Gasfüllung durch Evakuieren der Kammer 14 entfernt. Letztlich wird das Ventil 18 geschlossen und die Kammer 14 gefüllt mit einem inerten Trägergas, beispielsweise mit Stickstoff, der über das Ventil 30 zugeführt wird.
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»I %
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Beispiel 1
Es wird eine Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet. Benutzt wird ein gasförmiger N-Stötfstoff. Ein Silicium- oder Germaniumsubstrat 1 wird in die Vakuumkammer 2 eingebracht, welche aus Quartz besteht. Über die Pumpe 5 und das Drucksteuerventil 4 wird die Vakuumkammer 2 evakuiert. Das Drucksteuerventil 4 steuert hierbei den Druck in der Kammer 2. Bei Verwendung eines Siliciumsubstrats 1 wird dieses etwa auf 700 bis 1200 C erhitzt. Handelt es sich um ein Germaniumsubstrat, dann wird dieses auf etwa 500 bis 900 C erhitzt. Das Freindatorngas ist entweder Phosphorwasserstoff PH, oder Phosphoroxychlorid POCl,. Dieses strömt vom Behälter 6 über die ZufluQsteuervorrichtung 7 in die Kammer 2 ein. Der Störstoffgasdruck in der Kammer 2 wird bei etwa 400 mTorr gehalten und mittels des Manometers B überwacht. Das StörstofFgas POCl, reagiert mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 wie folgt:
POCl3 + Si ---> SiO2 + Cl2 + P
In diesem Fall ist eines der Reaktionsprodukte auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 elementarer Phosphor,
Beispiel 2
Hierbei wird die Vorrichtung nach Fig. 2 verwendet. Es findet ein N-Störstoffgas Verwendung. Ein Siliciumsubstrat
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_ 15 _
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1 wird in die Kammer 2 eingebracht. Das Substrat 1 wird
auf etwa 8OQ0C erhitzt. Vom Behälter 6 strömt über die
Durchflußsteuervorrichtung 7 das Störstoffgas PH, in die Kammer 2 ein. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases PH, wird auf 10 ml/min, eingestellt. Sodann wird ein Reaktionsgas, wie beispielsweise Sauerstoff vom Behälter 11 über
die Durchflußsteuervorrichtung 12 in die Kammer 2 eingebracht.
Das Störstoffgas bzw. der Dampf PH, reagiert mit dem
Sauerstoff wie folgt:
PH3 +
P2°5
Das Reaktionsgas PoO1- reagiert sodann mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 wie folgt:
P2O5 + Si ---> SiO2 + P
Die Zeitdauer für alle Reaktionen in der Kammer 2 beträgt eine Stunde.
Tabelle 1
P (mTorr) PH5 (Phosphorwasserstoff) O2(Sauerstoff)
Verhältnis zwischen den Gasen		 13
4
4		 R ( )
150
110
400		 1
1
1		 500
300
8-9
- 16 -
ft · ti %■
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Die Tabelle 1 zeigt den Flächenwiderstand von drei diffundierten Halbleitern unter Verwendung von Phosphorwasserstoff als Fremdatomlieferant, wobei Phosphorpentoxyd P2 0C als Zwischenstoff entsteht. Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß durch Verändern der Verhältnisse zwischen dem Störstoffgas und dem Reaktionsgas und durch Verändern des Drudks in der Kammer 2 es möglich ist, einen sehr niedrigen Wert des Flächenwiderstands zu erhalten, was insbesondere von Bedeutung ist bei der Herstellung bipolarer Transistoremitter- Source- oder Drainbereichen von Feldeffekthalbleitern. Die Verwendung eines Reaktionsgases ergibt eine Diffusion hoher Konzentration.
Beispiel 3
Im dritten Beispiel wurde ein Gerät nach Fig. 3 verwendet. Als N-Störstoffgase wurden Phosphor- und Arsenverbindungen verwendet. Die Siliciumscheiben 13 wurden in ein Quartzrohr 14 eingeschlossen. Das Rohr 14 und die Scheiben 13 wurden durch einen Ofen 15 erhitzt. Ein Ende des Rohres 14 wurde durch die Türe Ιέ verschlossen, während über das andere Ende mittels der Vakuumpumpe 17 die Kammer 2 evakuiert wurde. Der Druck in der Kammer 2 wurde eingestellt mittels des Drucksteuerventils 18. Die Arsenverbindung, beispielsweise Arsentrichlorid As Cl, wurde durch die Heizvorrichtung 20 im Behälter 19 auf etwa 110 C erhitzt, wodurch ein ausreichend hoher Dampfdruck erhalten wird, damit Dampf abzuströmen vermag. Dieser Dampfstrom wird gesteuert durch das Ventil 21 und die Durchflußsteuervorrichtung 22. Die Phosphorverbindung, wie beispielsweise
- 17 -
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Phosphoroxychlorid PO Cl, wurde mittels der Heizvorrichtung 24 im Behälter 23 auf etwa 950C erhitzt. Der Dampfstrom dieser Phosphorverbindung zum Behälter 2 wird gesteuert durch das Ventil 25 und die Durchflußsteuervorrichtung 26. Eine Menge Sauerstoff, die notwendig ist, um die Reaktion in der Kammer 2 auszuführen, wird über das Ventil 27 und die Durchflußsteuervorrichtung 28 zugeführt. Damit das gewünschte Dotierprofil erhalten wird, wird der Gasdruck und die Temperatur der Siliciumschei- ben 13 auf bestimmte Werte eingestellt. Diese gesteuerte Gasatmosphäre im Rohr wird über eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten, die ausreichend ist, damit die gewünschte Störstoffmenge in die Scheiben 13 diffundiert. Anschliessend werden die Ventile 21,25 und 27 geschlossen und die Kammer 2 wird zum Entfernen der Gase evakuiert. Letztlich wird das Ventil 18 geschlossen und das Rohr über das Ventil 30 mit Stickstoff gefüllt.
Die Störstoffgase Phosphoroxychlorid POCl, und Arsentrichlorid AsCl, reagieren mit dem Sauerstoff wie folgt:
POCl3 + O2 —> P2O5 + Cl2 AsCl3 + O2 ---> As2O3 + Cl2
Die Zwischenverbindungen P9O5 υηα" As2D, reagieren gleichzeitig zusammen mit dem Siliciumsubstrat wie folgt:
P2O5 + Si ---> SiO2 + P As2O3 + Si —-> SiO2 + As
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Das Phosphoroxychlorid POCl, strömte mit einer Geschwindigkeit von 15 ml/min, ein, ebenso Arsentrichlorid mit 15 ml/min., während der Sauerstoff mit 50 ml/min, einströmte. Die Gasströmungen wurden über etwa 20 Minuten aufrechterhalten. Die Temperatur im Ofen betrug etwa 9000C. Es wurde eine defektfreie N-Diffusionsschicht erhalten von einer Tiefe von etwa 0,3yUm bei sehr geringem Flächenwiderstand.
Beispiel 4
Verwendet wurde ein Gerät nach Fig. 2. Es wurde weiterhin ein P-Störstoffgas verwendet. Ein Satz von Gallium- ;, rcc-i 1 (Ihn ] Ij 1 c-i t nrr.ubf; f rn I cn wurde in die Vakuumkammer 2 eingebracht. Die Kammer 2 u/urde sodann evakuiert wie zuvor beschrieben. Gasförmiges Diäthylzink Zn(CH^)2 im Behälter 6 wurde der Kammer zugeführt, wobei die zeitliche Menge des Zuflusses über die Zuflußsteuervorrichtung 7 gesteuert wurde. Die Temperatur im Ofen 15 wurde auf etwa 400 bis 7000C gehalten. Das weitere Verfahren lief ab wie im Zusammenhang mit Beispiel 3 beschrieben.
Beim Einbringen der gas- oder dampfförmigen Störstoffe in die evakuierte Kammer wird ein Druck auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgeübt. Beim Erhitzen des Halbleitersubstrats auf eine bestimmte Temperatur beginnt eine oder mehrere Reaktionen zwischen einem der Störstoffe und der Substratoberfläche, wobei ein bestimmter Betrag des Störstoffes in die Substratoberfläche diffundiert und dort eine dotierte Schicht bildet, deren Tiefe proportional zur Temperatur und zur Dauer der Temperatur-
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einu/irkung ist. Die Störstoff konzentration ist proportional der Menge des in die Kammer eingebrachten Störstoffs und zum dort herrschenden Druck.
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- Leerseite -

Claims (12)

  1. DipL-Ing.
    Rolf Charter 3430009
    * Patentanwalt
    • Rehlingenstraße 8 · Postfach 260
    D-8900 Augsbuig 31
    Telefon 0821/36015+36016
    Telex 533275
    Postscheckkonto: München Nr. 154789-801 ΑΐΊΠ).: Mitel Corporation
    8833/44 Augsburg, den 14. August 1984
    ch-ws
    Patentansprüche
    Verfahren zum Dotieren von Halbleitersubstraten mit mindestens einem Störstoff, bei dem die Substrate in einer Kammer erhitzt werden, der der Störstoff gas- oder dampfförmig zugeführt wird, dadurch g e kennzeichnet, daß vor dem Zuführen des Störstoffs die Kammer evakuiert wird und danach eine bestimmte Menge des gas- oder dampfförmigen Störstoffs kontinuierlich in die Kammer eingebracht wird, wobei der Druck und die Temperatur in der Kammer über eine die Dotierungstiefe mitbestimmte im wesentlichen konstant gehalten werden und hierbei die Temperatur auf einem Wert gehalten wird, bei welcher der Störstoff der Substratoberfläche reagiert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Siliciumsubstrats und von Phosphorwasserstoff die Temperatur etwa 7000C bis 1200°C und der Druck etwa 400 mTorr beträgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k en η -zeichnet, daß bei Verwendung eines Germaniumsubstrats die Temperatur etwa 5000C bis 900 C beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Störstoff Teil einer gas- oder dampfförmigen Verbindung ist, in die Kammer weiter-
    • V
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    ch-\i/s
    hin eine bestimmte Menge eines Reaktionsgases kontinuierlich eingebracht wird und hierbei die Temperatur auf einen Wert gehalten wird, bei «/elcher die Verbindung mit dem Reaktionsgas reagiert.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung eines Siliciumsubstrats, von Phosphoru/asserstoff und von Sauerstoff der Phosphorv/asserstoff mit etwa 10 ml/min, und der Sauerstoff mit etwa 40 ml/min, der Kammer zugeführt werden, die etwa eine Stunde bei einem Druck von etwa 400 mTorr auf etwa 8000C gehalten wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Siliciumsubstrats, von Arsentriehlorid, von Phosphoroxychlorid und von Sauerstoff das Arsentrichlorid mit etwa 15 ml/min., das Phosphoroxychlorid etwa 15 ml/min, und der Sauerstoff mit etwa 50 ml/min, der Kammer zugeführt werden, weiche etwa 20 Minuten erhitzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Galliumarsenid und von Diäthylzink die Temperatur etwa 4000C bis 7000C beträgt.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vakuumbehälter (2) vorgesehen ist, der an eine Vakuumpumpe (5,17) über ein Drucksteuerventil (4,18) angeschlossen ist, am Vakuumbehälter (2) eine
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    Heizquelle (15) vorgesehen ist, im Vakuumbehälter (2) mindestens ein zweiter Behälter (6,9,11,19,23) mündet und zu/ischen dem Vakuumbehälter (2) und dem zweiten Behälter (6,9,11,19,23) eine Durchflußsteuervorrichtung (7,10,12,22,26) geschaltet ist, die die zeitliche Ourchflußmenge des im zweiten Behälter (6,9,11,19,23) befindlichen gas- oder dampfförmigen Störstoffs bestimmt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß im Vakuumbehälter (2) eine ein Reaktionsgas führende Leitung mündet, in welchem eine die zeitliche Durchflußmenge bestimmende Durchflußsteuervorrichtung (28) geschaltet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Behälter (6,9,11,19,23) eine Heizvorrichtung (20,24) angeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Vakuumbehälter (2) aus Quartz besteht.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Durchflußsteuervorrichtung (7,10,12,22,26,28) ein Durchflußventil (21,25,27) zugeordnet ist.
DE3430009A 1984-05-18 1984-08-16 Verfahren und Vorrichtung zum Dotieren von Halbleitersubstraten Expired - Lifetime DE3430009C2 (de)

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