DE1287048C2

DE1287048C2 - Verfahren zum lokalisierten Eindiffundieren von Aktivatormaterial in Silicium oder Germanium

Info

Publication number: DE1287048C2
Application number: DE1965S0100651
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eduard; Dr Erich; Folkmann; Pammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-11-25
Filing date: 1965-11-25
Publication date: 1969-09-11
Also published as: DE1287048B

Description

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Bei der Herstellung von modernen Halbleiter- Undurchlässigkeit einer gleich starken, aus SiO₃ beanordnungen, wie Planartransistoren oder integrier- stehenden Schicht für Schwennetalle and wohl auch ten Festkörperschaltungen avf Halbteiterbasis, wird for die meisten anderen Afctivatoren entfaltet,
aus der Gasphase dargebotenes Aktivatonnaterial, Das erfindungsgemBße Verfahren-läßt sich auch· insbesondere Donator- oder Akzeptormaterial, in s für Silicium verwenden, da aus der kompakten Boreinen Halbleitergrundkristall eindiffnndiert. Zur ort- schicht auch bis UOO⁰C keine merkliche Borlichen Begrenzung des Diffusionsprozesses bedient ausdifttmdierung in das Silicium erfolgt, sofern die man sich einer Maskierung der Halbletteroberflache Borschicht auf die reine Sx-Oberfläche und nicht in Form eines dünnen, aus SiO₈ bestehenden Ober- etwa auf eine bereits mit einer SiO,-Haut versehenen zuges, in welchen — vorzugsweise unter Verwendung u Si-Obeifläche aufgebracht wurde. Bei Verwendung einer Photolacktechnik — bis zur unmittelbaren von Silicium als Grundmaterial bringt das erfindungs-HalhleiteroberSache durchgehende Fenster eingeätzt gemäße Verfahren vor altem beim Eindiffandieren sind. Durch diese Fenster gelangt der Dotierungsstoff von SchwennetaUen beachtliche Vorteile in bezug in den Halbleiterkristall, während er an den von der auf die Maskierungsfestigkeit, während bei Verwen-SftX-Maskierung bedeckten Stellen von einem Ein- 15 dung der üblicheren Aktivatoren, wie Phosphor, Bor dringen in den Halbleiterkristall abgehalten wird. und Arsen — im Gegensatz zur Verwendung von Die Verwendung einer aus SiO_a bestehenden Mas- Germanium als Grandmaterial — die Verwendung kierung hat zudem bei Verwendung eines aus SiIi- einer SKX-Maskiening als günstiger und auch als cium bestehenden Grundkristalls den Vorteil, daß die zweckmäßiger erscheint.

maskierende Schicht durch Oxydation der Halbleiter- η Durch thermische Zersetzung flüchtiger Borwasseroberfiäche erzeugt werden kann. Dieser Vorteil ent- stoffe, z. B. von Diboran oder Borhalogeniden, die fällt jedoch bei der Verwendung von Germanium als an der erhitzten Oberfläche des Halbleitergrund-Halbieitergrundmaterial. Hier muß man z. B. die kristalle in an sich bekannter Weise erfolgt, lassen SKX-Schicht durch Aufdampfen oder durch ther- sich bereits bei Temperaturen zwischen 200 und mische Zersetzung einer zur Abgabe von SHX-MoIe- 45 300° C in sich dichte, porenfreie Schichten aus kfilen befähigten gasförmigen Verbindung, z. B. einer elementarem Bor abscheiden, die das Verlangte Siloxsnverbindtmg, an der erhitzten Halbleiterober- leisten. Oie Temperaturen lassen sich besonders auch flache erzeugen. Auch hinsichtlich der Maslderungs- dann niedrig einstellen, wenn gleichzeitig mit einem fähigkeit VSBt SiO. in mancher Beziehung zu wün- (gereinigten) Borhalogenide wie Borbromid oder Borschen übrig. Manche Aktivatoren, z. B. Gallium und 30 jodid, elementarer Wasserstoff an der OberflSche des andere Schwermetalle, lassen sich durch die Qbliche Halbleitergrundkristalls zur, Einwirkung gebracht SKX-Maskierung nur in ungenügendem Maße von wird. Eine weitere Möglichkeit, die Abscheidung bei einein Eindringen in die darunterliegende Halbleiter- niedriger Temperatur vorzunehmen, bietet die Anoberfläche abhalten., so daß man auf die Anwendung wendung einer elektrischen Glimmentladung, bei der besonders dicker und daher sehr schwer herzustellen- 35 bevorzugt der Halbleiter als Elektrode, insbesondere der SiO^Maskierungsschichten angewiesen ist. als Kathode, geschattet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf em Verfahren zum Eine Entfernung der Bprschicfaten kann, soweit lokalisierten Emdiffundiemn von ans der Gasphase dies sich als notig erweisen sollte, durch Erhitzen in dargebotenem Aktivatonnaterial, insbesondere von Sauerstoff oder einer anderen oxydierenden Atroo-Schwennetallen, in einen KzMaS aas Sificnnn oder ν spare, z.B. Luft, bei Temperaturen oberhalb 800¹¹ C, Germanium für Halbleiterzwecke, bei dem vor dem zweckmäßig zwischen 900 und 1200° C erfolgen. Die Diffusionsvorgang die HamleiteroberflSche mit Aus- _% niedrigeren Temperaturen sind für Germanium ernafame der DiSusonsstellen mit einer die Halbleiter- * forderlich. Da der Vorgang nur eine kurze Zeit beoberSäche gegen ein Eindringen des zu verwenden- nötigt, ist eine merkliche Änderung der in dem HaIbden Aktivators abschirmenden Schicht (Maskierung) 45 leiter eizeugten Dotienmg nicht zu erwarten. Bei versehen wird. Erfindungsgemäß wird ab abschir- Verwendung von Siuchnti als Grundmaterial erhält mende Schicht eine Schicht ans elementarem Bor man auf diese Weise zunächst einen Oberzug aus verwendet und die Maximaltemperatur sowohl beim einem B_eO_s-SiO_s-Glas, das seinerseits eine gute Aufbringen dieses Überzuges ab auch während des Schutzschicht für die fertige Halbleiteranordnung Diffusionsvorganges so niedrig gewählt, daß ein. 50 darstellt, während bei Verwendung von Germanium, merkliches Eindringen von Boratomen aus diesem das sich bildende B₅O₃ unmittelbar in die Gasphase Überzug in den eigentlichen Halbleiter nicht statt- geht. Die bei Silicium entstehenden Schichten lassen findet. sich leicht mit flußsäurehaltigen Lösungen bei Bedarf

Als Schwermetalle kennen z. B. Gallium, Indium, ' entfernen.

Zink verwendet werden,-Vor allem IBr Germanium 55. For Zwecke der Maskierung genügt es, wenn die als Halbleiterkristall können alle anderen Aktiva- aufgebrachte Borschicht eine Stärke von etwa 0,1 bis toren verwendet werden, wobei man mit der Diffu- 0,5 μ aufweist Die Herstellung der Fenster in der sionstempcratur praktisch bis an den Schmelzpunkt Maskierung kann auf einfache Weise durch EinStzen, von Germanium herangehen kann. Dies liegt vor z.B. unter Verwendung von freiem Halogen, ereilen» daran, daß man Borafome aus einem festen «o folgen. Zweckmäßiger erscheint jedoch folgendes BorBberzug nicht ohne weiteres in festes Germanium Verfahren: Auf die Halbleiteroberfläche wird eine zum EffldhTundieren bringen kann und daß eine SiO.-Schicht aufgebracht und in dieser em Negativ kompakte, d. h. vor allem porenfireie Schicht aus zu der herzustellenden Bormaskierung durch lokales elementarem Bor auf Grund eines kompakten Gitter- Abätzen der SK)_?-Schicht bis zur Halbleiteroberaufbaues besser in der Lage ist, maskierend zn wir- es fläche, vorzugsweise unter Verwendung bekannter kcn, ab dies einer SiO^-Schicht von gleicher Stärke photolithographischer Methoden (Photolacktechnik), möglich ist Es ergibt sich, daß eine Schicht aus hergestellt Dann wird sowohl auf der freigefegten elementarem Bor mindestens die drei- bis fünffache Halbleiteroberfläche als auch auf den stehengeblie-

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benen Teilen des SiO,-Überzugee ein Oberzug auf elementarem Bor in der beschriebenen Weise erzeugt. Nach einer anschließenden Temperung läflt sich der Borüberzug von den mit dem SiO₂ bedeckten Teilen der Oberfläche leicht abläsen, wahrend er an der freien Oberfläche des Halbleiters fest haftenbleibt. Die hierdurch freigewordene SiO.-Oberfläche wird bis zu dem darunterliegenden Halbleitermaterial weggeätzt, so daß man die gewünschten Fenster und damit das Positiv der angestrebtea Geometrie in der to Borschicht erhält

Ausführungsbeispiel

Als Grundmaterial wird eine Scheibe aus n-Iettendem Silicium verwendet. In dieser wird ein Negativ der gewünschten Bonnaskierung erzeugt. Man erhält auf diese Weise die in Fig. 1 dargestellte Situation. Auf der Oberfläche des Silidumkristails 1 sind Teile 2 durch SiO₂-Felder3 abgedeckt Die nicht abgedeckten Teile 4 sollen später von der Bormaskierung be- m deckt werden, während die Teile 2 der Oberfläche des Siliciumkristalls 1 von der Bormaskierung frei gelassen werden sollen.

Um dies zu erreichen, wird die Siliciumscheibe mit der SiO_s-Maskieruag z. B. bei einer Temperatur von 350° C mit entern rund 0,4 μ dicken, durch thermische Zersetzung von Defcaboran, welches zweckmäßig mit Argon vermischt wird, hergestellten Überzug 5 aus elementarem Bor versehen. (Ein geeignetes Reaktionsgas kann man erhalten, wenn man durch den Dekaboranverdampfer im »By-passc-Verfahren etwa 2 l/Min. Argon bei Raumtemperatur so durchleset, daß ein Gemisch von etwa 95 Volumprozent Argon und 5 Volumprozent Dekaboran entsteht) Man erhält dann die in Fi g. 2 dargestellte Situation, as Sowohl die SiO_e-FeMer3 als auch die unbedeckt gewesenen Teile 4 der Halbleiteroberfläche sind mit einem Oberzug 5 aus elementarem Bor versehen. Die erhaltene Borschicht wird dann einige Zeit, z.B. 25 Minuten, bei etwa 800° C, z. B. im Argonstrom <e geglüht und dann langsam abgekühlt

Bei der Behandlung mit Flußsäure (etwa 15 Minuten) wird das SiO, gelöst, das darauf abgeschiedene Bor löst sich in Füttern ab, und die blanke Si-Fläche (Si wird von HF nicht angegriffen) erscheint an jenen Stellen, die vorher mit SiO₂ bedeckt waren.

Der eigentliche Diffusionsvorgang erfolgt in durchaus bekannter Weise; nur muß man durch entsprechende Wahl der Diffusionstemperatur ein Eindringen von Boratomen in den Halbleiter verhindern. 5»

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum lokalisierten Etnditfundieren von aus der Gasphase dargebotenem Aktivatormaterial, insbesondere von Schwermetallen, in 3$ einen Kristall aus Silicium oder Germanium für Haibleiterzwecke, bei dem vor dem DiffusionsVorgang die Halbleiteroberfläche mit Ausnahme der Diffusionsstellen mit einer die Halbleiteroberfläche gegen ein Eindringen des zu verwendenden Aktivators abschirmenden Schicht (Maskierung) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ab abschirmende Schicht eine Schicht aus elementarem Bor verwendet und die Maximaltemperatur sowohl beim Aufbringen dieses Überzuges als auch während des Diffusionsvorganges so niedrig gewählt wird, daß ein merkliches Eindringen von Boratomen aus diesem Überzug in den eigentlichen Halbleiter nicht stattfindet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Borschicht aus der Gasphase, insbesondere durch thermische Reaktion oder Gasentladungsreaktion, aus einem Borwasserstoff und/oder Borhalogenid abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas aus Diboran und/oder Dekaboran und einem Inertgas, z.B. Argon, verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Borschicht unterhalb von 800° C, vorzugsweise bei 35O⁰C, abgeschieden wird.
5. Verfahren nach einem der Anspräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Borschicht zunächst eine Hiifsmaskierung aus SiO, mit einer zu der herzustellenden Bonnaskierung inverses Geometrie und dann auf dieser Hiifsmaskierung und auf der von dieser frei gelassenen Halbleiteroberfläche ein zusammenhängender Überzug aus elementarem Bor aufgebracht und dann die Borschicht nur von der Hiifsmaskierung und die Hilfsroaskiemng selbst entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall zur Ablösung der Borschicht, die sich auf derSiOg-Hilfsmaskierung befindet, bei Abwesenheit von Sauerstoff oder einem anderen oxydierenden Medium, insbesondere im Argonstrom, einige Zeit auf eine erhöhte, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt und anschließend mit Fluorwasserstoffsäure so lange behandelt wird, bis sich der Borüberzug auf der SiO₂-Hilfsmaskierung in Füttern abheben läßt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure so lange fortgesetzt wird, bis auch die StOg-Hilfsmaskierung vollständig von der Halbleiteroberfläche entfernt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche L bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Borüberzuges auf weniger als 0.5 μ eingestellt wird.

Hierzu t Blatt Zeichnungen