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DE1444521B2 - Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung

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DE1444521B2
DE1444521B2 DE1962S0077827 DES0077827A DE1444521B2 DE 1444521 B2 DE1444521 B2 DE 1444521B2 DE 1962S0077827 DE1962S0077827 DE 1962S0077827 DE S0077827 A DES0077827 A DE S0077827A DE 1444521 B2 DE1444521 B2 DE 1444521B2
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diffusion
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und Zonen unterschiedlichen Leitungstyps bzw. unterschiedlicher Dotierungskonzentration durch Eindiffundieren von Dotierungsstoff aus einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebrachten Dotierungsstoffschicht unter Erwärmung des Halbleiterkörpers auf Diffusionstemperatur.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 080 697 ist es bekannt, zum Herstellen einer Halbleiteranordnung eine dünne Dotierungsstoffschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers niederzuschlagen und diese Oberfläche sodann unter Ausbildung eines Oxydfilms zu oxydieren. Hierauf wird auf dem Oxydfilm ein Foto-Abdeckmuster erzeugt und der Oxydfilm an den nicht maskierten Stellen mit der dort unter dem Oxydfilm befindlichen Dotierungsstoffschicht mittels eines selektiv wirkenden Ätzmittels beseitigt. Schließlich wird auch an den maskierten Oberflächenstellen die Fotoabdeckung und das Oxyd beseitigt. Danach wird der Halbleiterkörper erhitzt, so daß Dotierungsstoff aus der Dotierungsstoffschicht an den ursprünglich durch die Fotoabdeckung maskierten Oberflächensteilen in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
Während dieses Erhitzens dampft beim bekannten Verfahren Dotierungsstoff von den mit der Dotierungsstoffschicht bedeckten Stellen der Oberfläche des Halbleiterkörpers ab und diffundiert an unbedeckten Oberflächenstellen des Halbleiterkörpers, wo kein Dotierungsstoff erwünscht ist, in den Halbleiterkörper ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffe'n und das Eindiffundieren von Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper auf die dafür vorgesehenen, scharf umrissenen Oberflächenbereiche zu beschränken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Eindiffundieren ein Belag aus Oxyd des Halbleitermaterials auf die Dotierstoffschicht aufgedampft wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche des Halbleiterkörpers nach dem Bedampfen mit dem Oxyd des Halbleitermaterials mit Hilfe von Wasserdampf nachoxydiert wird.
Nach dem Aufdampfen des Dotierungsstoffes werden Oxyde des Halbleitermaterials, beispielsweise Siliziumdioxyd- bzw. -monoxyd auf die Halbleiteroberfläche aufgedampft. Derartige Oxyde sind pulverförmig erhältlich. Sie weisen die benötigte hohe Reinheit auf, bzw. es lassen sich Oxyde der benötigten hohen Reinheit aus Halbleitermaterial herstellen. Die Oxyde werden zweckmäßigerweise in einem Tantaltiegel untergebracht, worauf sie auf eine entsprechend hohe Temperatur erwärmt werden, z. B. Siliziummonoxyd auf über 700° C und Germaniummonoxyd auf über 500° C, Siliziumdioxyd auf über 1000° C und Germaniumdioxyd auf über 800° C. Die Halbleiterkörper mit dem aufgebrachten Dotierungsstoff werden so in der Nähe der Oxyddampfquelle angebracht, daß sie von diesem Dampf getroffen werden. Hierbei muß man darauf achten, daß der gesamte Flächenbereich der Halbleiteroberfläche, welcher mit dem Dotierungsstoff bedeckt ist, nun mit dem Oxyd bedeckt wird. Zweckmäßigerweise werden auch die benachbarten Bereiche der Halbleiteroberfläche mit dem Oxyd bedampft.
Hierbei kann durch Masken erreicht werden, daß in dem Oxydbelag neben der Stelle, an der sich der Dotierungsstoff befindet, ein weiterer kleiner Flächenbereich frei bleibt. Später kann auf diese Lücke des Oxydbelages ein anderer Dotierungsstoff aufgebracht werden, der dann zweckmäßigerweise ebenfalls mit einem Oxydbelag bedeckt wird. Gegebenenfalls können von vornherein mehrere Flächenbereiche des Halbleiterkörpers mit verschiedenen Dotierungsstoffen bedampft und anschließend mit einer gemein- samen Oxydschicht bedeckt werden.
Vorteilhaft schließt sich an das Aufdampfen der Oxydschicht eine Nachoxydation an, die z. B. durch Erwärmen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bewirkt werden kann, vorteilhaft mit Hilfe von Wasserdampf.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, daß zunächst einmal die Diffusion verschiedener Dotierungsstoffe in einem Arbeitsgang möglich ist. Die Oxydschicht verhindert das Ab-
ao dampfen der Dotierungsstoffe und damit eine allseitige Eindiffusion aus der Gasphase in den Halbleiterkörper. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit eine lokale Eindiffusion möglich. Die aufgebrachten Oxydschichten können ebenfalls als Schutz gegen andere Fremdstoffe wirken und deren Eindiffusion verhindern. Da die Oxydbeläge selbst bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aufgebracht werden, kann auch bei diesem Vorgang die unerwünschte Eindiffusion anderer Fremdstoffe sicher verhindert werden.
Nach der Beendigung der Eindiffusion des aufgebrachten Dotierungsstoffes kann die Oxydschicht wieder entfernt werden bzw. auch auf dem Halbleitermaterial belassen werden. Vorzugsweise wird sie nur teilweise von der Halbleiteroberfläche entfernt, damit an den so freigelegten Stellen Kontaktelektroden angebracht werden können. An den übrigen Stellen kann die aufgebrachte Oxydschicht auch während des Betriebs der Halbleiteranordnung zum Schutz gegen das unerwünschte Eindringen von Fremdstoffen dienen.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist die Herstellung eines Transistors nach der Erfindung dargestellt. Man geht beispielsweise von einer Siliziumscheibe 2 mit etwa 12 mm Durchmesser und einer Stärke von 160 μ aus. Es handelt sich beispielsweise um p-leitendes Silizium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 200 Ω cm. Auf die eine Seite dieser Siliziumscheibe 2 wird ein Belag 3 aufgebracht, welcher zur Herstellung einer η-leitenden Zone dienen soll. Hierfür kann beispielsweise Phosphor oder eine Phosphorverbindung verwendet werden. Man kann beispielsweise Phosphorpentoxyd P2O5 in
einem Graphittiegel auf etwa 100° C erwärmen und im Vakuum auf das Silizium aufdampfen. Das Silizium kann hierbei beispielsweise auf Raumtemperatur gehalten werden. Die Dicke der Schicht 3 sollte mindestens 1 μ stark sein. Eine derartige Schicht kann in etwa 5 bis 10 Minuten aufgebracht werden. Die Schicht 3 kann danach mit einer Schicht 4 von Siliziummonoxyd SiO bedeckt werden. Hierbei kann ein Tantaltiegel verwendet werden, in welchem das Siliziummonoxyd auf über 700° C erwärmt wird. Die Dicke der Schicht 4 kann z. B. 5 μ betragen.
Auf die andere Flachseite der Siliziumscheibe 2 werden p- bzw. η-Leitung hervorrufende Materialien
in einem Emitter-Basis-Muster aufgedampft. Beispielsweise wird in der Mitte der Flachseite eine Schicht 5 von Bortrioxyd B2O3 von etwa 3 mm Durchmesser aufgedampft. Das Bortrioxyd kann in einem Platintiegel auf etwa 1200° C erwärmt werden. In wenigen Minuten entsteht ebenfalls eine mindestens 1 μ starke Schicht. In gleicher Weise kann beispielsweise gleichzeitig eine ringförmige Schicht 6 ebenfalls aus Bortrioxyd aufgebracht werden, welche einen Innendurchmesser von 7 mm und einen Außendurchmesser von 9 mm aufweist.
Danach kann eine ringförmige Schicht 7 aus Phosphorpentoxyd auf die gleiche Flachseite der Halbleiterscheibe 2 aufgebracht werden, deren Innendurchmesser 4 mm und deren Außendurchmesser 6 mm beträgt. Durch Masken muß dafür gesorgt werden, daß die angegebenen Abmessungen sorgfältig eingehalten werden und daß die Abstände der einzelnen Schichten voneinander an den Grenzlinien am ganzen Umfang gleich groß sind. Die Schicht 7 kann in derselben Weise wie die Schicht 3 durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt werden und ebenfalls etwa 1 μ dick sein.
Anschließend wird auch diese Flachseite der Halbleiterscheibe 2 mit einem Überzug 8 aus Siliziummonoxyd bedeckt, der beispielsweise ebenfalls durch Aufdampfen aufgebracht werden kann und z. B. eine Schichtdicke von etwa 5 bis 10 μ besitzt. Danach wird das gesamte so präparierte Halbleiterelement, beispielsweise in einem Ofen, unter Schutzgas erwärmt, wobei die einzelnen Dotierungsstoffe in das Halbleitermaterial eindiffundieren und dort entsprechende Dotierungen hervorrufen. Unter den Bor enthaltenden Schichten bilden sich hoch p-leitende Zonen aus und unter den Phosphor enthaltenden Schichten hoch η-leitende Zonen. Man kann beispielsweise unter Stickstoff arbeiten und das Element etwa 16 Stunden lang auf 1280° C halten, wobei Zonen von etwa 30 μ Stärke entstehen.
Nach dem Diffusionsvorgang weist die Halbleiterscheibe 2 einen npn-Schichtenaufbau auf. Die in der Nähe der vorher aufgebrachten Schicht 3 entstandene η-Zone kann als Kollektor und die unter der Schicht 7 entstandene Zone kann als Emitter dienen, während die p-Zonen unter den Schichten 5 und 6 eine geteilte Basiselektrode bilden. Nach der Entfernung der Oxydbeläge 4 bzw. 8 an wenigen Stellen können die danach teilweise freiliegenden Zonen kontaktiert und mit elektrischen Anschlüssen versehen werden.
ίο Selbstverständlich können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Transistoren, sondern auch Gleichrichter, Vierschichtanordnungen, Foto-Halbleiteranordnungen u. dgl. hergestellt werden. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen sowohl hinsichtlich der Abmessungen als auch hinsichtlich der verwendeten Materialien möglich. Einzelheiten lassen sich leicht durch Vorversuche ermitteln, mit deren Hilfe Diffusionstemperaturen bzw. Diffusionstiefen bestimmt werden können.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und Zonen unterschiedlichen Leitungstyps bzw. unterschiedlicher Dotierungskonzentration durch Eindiffundieren von Dotierungsstoff aus einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebrachten Dotierungsstoffschicht unter Erwärmung des Kalbleiterkörpers auf Diffusionstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eindiffundieren ein Belag aus Oxyd des Halbleitermaterials auf die Dotierungsstoffschicht aufgedampft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers nach dem Bedampfen mit dem Oxyd des Halbleitermaterials mit Hilfe von Wasserdampf nachoxydiert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
in in η. uf
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