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DE3150420A1 - Verfahren zur bildung einer duennen phosphorschicht auf siliziumsubstraten durch aufdampfen von h 3 po 4 - Google Patents

Verfahren zur bildung einer duennen phosphorschicht auf siliziumsubstraten durch aufdampfen von h 3 po 4

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DE3150420A1
DE3150420A1 DE19813150420 DE3150420A DE3150420A1 DE 3150420 A1 DE3150420 A1 DE 3150420A1 DE 19813150420 DE19813150420 DE 19813150420 DE 3150420 A DE3150420 A DE 3150420A DE 3150420 A1 DE3150420 A1 DE 3150420A1
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DE
Germany
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phosphoric acid
silicon
layer
forming
evaporating
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Application number
DE19813150420
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English (en)
Inventor
Timothy D. 20852 Rockville Koval, Md.
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solarex Corp
Original Assignee
Solarex Corp
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Publication date
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Description

  • BEZEICHNUNG:
  • Verfahren zur Bildung einer dünnen Phosphorschicht auf Siliziumsubstraten durch Aufdampfen von H3 PO4.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen eines im wesentlichen kontinuierlichen Films von Phosphorsäure auf einer Silizium-Oblate, der durch nachfolgende Behandlung eine p-n-Grenzschicht bildet.
  • plikroelektronische Anordnungen, wie z.B. Solarzelqenn können aus kristallinen zilizium-Oblaten geusnr n werden, die mit einem Fremdatom gedopt worden sind, so daß die Oblate eine spezifische Polarität annimmt.
  • Um eine Polarität vom N-Typ zu erhalten, wird häufig ein Phosphorderivat zum Impfen benutzt. Um eine Polarität vom P-Typ zu erhalten, wird gewöhnlich Bor als Dopmittel benutzt. Eine Grenzschicht zwischen diesen beiden Konfigurationen ist im allgemeinen ein N-Typ-Belag auf einem P-Typ-Substrat. Um einen derartigen Belag zu bilden, wird eine Phosphorquelle auf dem Substrat gebildet und es wird das abgelagerte Material in der Folge oder während der Ablagerung einer Wärmebehandlung unterworfen.
  • Das Einbringen einer Phosphorquelle erfolgte bisher auf unterschiedliche weisen: durch Aufsprühen, Tauchen, Aufziehen eines Phosphorderivats oder die Anwendung eines Phosphorgases wie z.B. Phosphin oder Phosphor-Oxychlorit in einem inerten Gas. Das Substrat mit seinem Phosphorbelag wird sodann erhitzt, um den Phosphor in sein Oxid zu verwandeln und/oder-das Material in das Substrat zu diffundieren.
  • Die bisher bekannten Verfahren sind mit Nachteilen verbunden, die durch das Verfahren nach der Erfindung vermieden geraden. Der Hauptnachteil besteht in der relativ großen Dicke des sich ergebenden Oxidbelages. Vielfach beeinträchtigt der dicke Phosphoroxid/Silizium-Belag die Bildung oder optische Kopplung einer Antireflektionsschicht,und einige der Phosphorderivat-Beläge müssen vor dem Aufbr-ingen einer solchen Schicht entfernt werden.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Phosphorsäure verdampft, die Dämpfe auf der Silizium-Oblate oder einem P-Typ-Silizium-Substrat kondensiert, das unter dem Siedepunkt der Phosphorsäurequelle und vorzugsweise auf Zimmertemperatur gehalten wird. Das Silizium-Substrat wird sodann bei etwa 800 bis 9oo OC erhitzt, um die Phosphorsäure in seine Oxide zusammen mit Siliziumdioxid umzuwandeln und damit eine feste Schicht zu bilden, aus welcher Phosphor in das Siliziumsubstrat diffundiert wird.
  • Die Phosphorsäure kann durch bloße Erhitzung der Phosphorsäurequelle auf den Siedepunkt verdampft werden. Handelsübliche 85%ige Phosphorsäure hat einen Siedepunkt von etwa 1580 C, 1oo#ige Phosphorsäure verdampft bei etwa 2610 C. Um eine vollständige Verdampfung der Phosphorsäure zu gewährleisten, werden vorzugsweise Temperaturen oberhalb der Siedetemperatur benutzt. Ein übliches Verfahren zur vollständigen Verdampfung von Phosphorsäure besteht darin, daß Phosphorsäure mit einem oder ohne einen Inertgastrnger durch eine auf etwa 4000 C bis 8ovo0 C gehaltene Heizzone gesprüht wird, wo die versprühte Phosphorsäure schnell verdampft. Die schnelle Verdampfung wird ferner dadurch gefördert, daß die versprühte Phosphorsäure aus kleinsten Tröpfchen besteht. Hierfür stehen handelsübliche Sprühgeräte - Zerstäuber - zur Verfügung.
  • Vorteilhaft, auch der geringen Kosten halber, wird ziege Phosphorsäure benutzt. Das in der Säure enthaltene Wasser stört den Prozeß nicht, da bei der Erhitzung des Siliziumsubstrats mit seinem Phosphorsäurefilm die Säure dehydriert und Wasser als Nebenprodukt entsteht.
  • wird ein Inertgas benutzt, wird es zweckmäßig der Gruppe Stickstoff/Argon/Helium/Neon entnommen, wobei Argon und Helium bevorzugt werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich speziell in der Weise praktizieren, daß handelsübliche Phosphorsäure mit einer Spritzpistole durch Inertgas zerstbt und denn durch ein auf etwa 6ovo0 C erhitztes Rohr aus rost~-eiem Stahl geleitet und die Säure verdampft wird. Alsdann zird der heiße Phosphorsäuredampf über eine kreisrunde Siliziumoblate von etwa 3 Zoll Durchmesser geleitet, die für ungefähr ein bis zwei Minuten auf Zimmertemperatur gehalten wird, während welcher Zeit die Phosphorsäure auf der Oblate kondensiert.
  • Danach wird die Siliziumoblate für rund zehn bis vierzehn 0 minuten auf eine Temperatur zwischen etwa 8oo bis 9oo C erhitzt und dabei die Phosphoroxidglasschicht geformt. Als Ergebnis erhält man einen derivativen Belag mit einer Stäro ke von etwa 9o bis 150 A. Die Schichtdicke ist ungefähr um eine Größenordnung dünner als die mit herkömmlichen Verfahren gewonnenen Schichten und beeinträchtigt nicht die nachfolgende Beschichtung zur Bildung von Antireflektionsüberzügen.
  • Die kondensierte Phosphorsäure schlägt sich in Form eines im wesentlichen ununterbrochenen Films nieder. Dies ist auch durchführbar bei der Bildung der resultierenden Oxidschicht, welche die gesamte Oberfläche der Siliziumoblate 0 ebenfalls in einer Schichtstärke von 9o bis 200 A bedeckt, wenn zuvor der kondensierte Dampf einen geschlossenen, annähernd ununterbrochenen Film, einen halbwegs geschlossenen oder vorzugsweise einen Film ohne Unterbrechungen gebildet hat.
  • Das Herfahren läßt sich auch ohne Hilfe eines Inertgases durchführen, indem die Phosphorsäure direkt in das erhitzte Rohr gesprijht wird. Die in dem Rohr gebildeten Dämpfe werden durch das Rohr auf die Siliziumoblate getrieben.
  • Die Siliziumoblate kann auch eine andere Form und Größe aufweisen. Die Dauer der Verfahrensstufen von Kondensation und Umwandlung/Diffusion ist so einzurichten, daß 0 sich ein Belag der gewünschten Stärke von 9o A bis etwa o 200 n ergibt, um eine Beeinträchtigung von hinterher-aufgebrachten Antireflektionsbelägen, z.h. aus Ta205, zu vermeiden.
  • Eine Kondensationsdauer, während der die Siliziumoblate dem Phosphorsäuredampf ausgesetzt wird, von etwa 45 Sekunden bis 2 Minuten reicht aus, den gewünschten Film zu bilden. Längere Bedampfungen führen zu stärkeren Phosphorderivatschichten bei der Wärmebehandlung.
  • Der Kondensationsprozeß - mit oder ohne Inertgas, wird vorzugsweise etwa bei Atmosphärendruck vollzogen. Durch Anwendung höherer Drücke werden keine Vorteile erzielt; sie wäre nur mit Erschwernissen verbunden.
  • Die Aufheizung der Siliziumoblate sollte auf der erhöhten Temperatur für eine Dauer von 5 bis 20 Minuten gehalten werden, um die Phosphorsäure in ihr Oxid/Silizium umzuwandeln, eine Diffusion herbeizuführen und einen Glasüberzug zu entwickeln.
  • Das beschriebene erfahren läßt sich in einem Schubprozeß durchführen, d.h. in einzelnen Verfahrensstufen in verschiedenen oder in der gleichen Kammer, mit Unterbrechungen zwischen den einzelnen Verfahrensstufen oder in einem durchlaufenden Prozeß, in welchem das Siliziumsubstrat automatisch und ohne Unterbrechung von der Kondensationsstufe zur Beheizungsstufe durchläuft und in der Ko/,lensationsstufe eine zíliziumoblate der anderen folgt. In dem ununterbrochenen Prozeß wird die Vorschubgeschwindigkeit durch die auf der erforderlichen Temperatur gehaltene Kammer den Erfordernissen jeder Verfahrensstufe zugeordnet.
  • Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen möglich.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Bildung einer Phosphoroxid/Silizium/Glasschicht auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats zur nachfolgenden. Bildung einer elektrischen p-n-Grenzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß a) Phosphorsäure verdampft, b) der gebildete Dampf auf der Oberflache des Siliziumsubstrats zur Bildung eines im wesentlichen ununterbrochenen Films kondensiert wird und c) durch Erhitzung die P-ho sp ho ro x id/ Si li zium/GI as-0 schicht in einer Schichtstärke von etwa 9o A bis o 200 A auf dem Silizium gebildet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß zur Dampfbildung Phosphorsäure in ein auf eine Tempera-0 0 tur von etwa 400 C bis 800 C aufgeheiztes Rohr gesprüht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Uerwendung eines inerten Trägergases für die Phosphorsäure.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verwendung eines Inertgases aus der Gruppe Stickstoff/grgon/ Helium/Neon.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dauurch gekennzeichnet, daß die Dispersion aus Phosphorsäuredampf und Inertgas während der Kondensation auf etwa Atmosphärendruck gehalten wird.
    60 Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumsubstrat mit dem Phosphorsäurefilm auf eine Temperatur von etwa 800 bis 9oo C erhitzt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3066052A (en) * 1958-06-09 1962-11-27 Bell Telephone Labor Inc Vapor-solid diffusion of semiconductive material
US3260626A (en) * 1961-11-18 1966-07-12 Siemens Ag Method of producing an oxide coating on crystalline semiconductor bodies
DE1619992A1 (de) * 1967-02-24 1971-07-01 Siemens Ag Verfahren zum Eindiffundieren von Phosphor aus der Gasphase in einen Siliciumeinkristall

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