DE2102897A1 - Verfahren zur gleichzeitigen Dop peldiffusion von leitfahigkeitsbestim menden Storstoffen in ein Halbleiter substrat beim Herstellen von Halblei terbauelementen und integrierten Schal tungen - Google Patents

Description

21. Januar 1971 Dr. Schie/E

Docket FI 969 COJ U.S. Serial No. 5076

Anmelderin: International Business Machines Corporation, Ärmonk, New York 10504 (V. St. A.)

Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiering, 703 Böblingen/Württ., V/esterwaldweg 4-

Verfahren zur gleichzeitigen Doppeldiffusion von leitfähigkeitsbestimiftenden Störstoffen in ein Halbleiter subs tr at beim Herstellen von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen.

Die Erfindung betrifft die Fabrikation von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Diffundieren leitfähigkeitsbestimmender Störstoffe in das Halbleitersubstrat .

Mit dem Fortschreiten des technischen Fortschritts auf ,dem Gebiet der Fabrikation von Mikrominiatur-Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen sind Verfahrenshilfsmittel und Abkürzungen zur Aussonderung konventioneller Verfahrensstufen unverändert gesuchte

Ein solches begehrtes Hilfsmittel ist ein wirkungsvolles und praktisch gleichzeitiges Doppeldiffusionsverfahren. Unter der Doppeldiffusion versteht man die Diffusion von mehr als einem leitfähigkeitsbestimmenden Störstoff in einen Abschnitt eines Halbleitersubstrats. Die Zeit und die

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Temperatur für die Diffusion eines ,jeden der ^rJtörstoffe sowie die Oberfl "c.-.enkonzei: tr tion und die Diffus !.onsgeschwinäigheider Stcrstc-ffe bestir: ::.en i^£-n uereic:. im Substrat, in welchen Jeder der Störst :.ffe überwiegt.

Die Leitf "higkeit Jedes Bereiches wird du:-c„. is η "bedeutsamen" Stcrstcff, ¹DZVi. Verunreinigung be ;t:! nmt, welcher in Jenem Bereich hervortritt.

Die Doppeldiffusion umfaßt gewöhnlich zwei .'itörstoffe, die zur Bildung eines Paares angrenzender Zonen fährt, v/elcne durch eine 3-renzschicht getrennt sind. i,ine ■',er bei.en Zonen ist vor. der zu diffundierenden Gberfl^che v/eiter entfernt als die andere Zone. Die leitff-'hi-keitsbestimmenden Stcrstoffe kör-nen vorn ent jegengesetzter. Leitf-"higkeitstyp sein. In diesem Falle wird ein P-BereicL und ein IT-Bereich gebildet. Diese beiden Bereiche sind durch einen gleichrichtenden ΡΪΓ-Übergang getrennt.

Die beiden verschiedenen Störstoffe könne-- Jedoch vor. selben Leitfähigkeitstyp sein.. In einem selchen Fall, wo die entstehenden Bereiche den gleichen Leitf"iiigkeitstyp haben, können die Diffusionsparameter so ausgewählt werden, daß die entstehenden Zonen wesentlich unterschiedliche Störstellenniveaus, zum Beispiel Έ und Ii⁺ oder P und P⁺ haben. In diesem Falle ist die Grenzschicht kein gleichrichtender Übergang, sondern ein Übergang bei den eine wesentliche Minderung des Störstellenniveaus auftritt.

Bei fast allen Standard-Doppeldiffusionsprozessen wird die Diffusion Jedes der beiden Störstoffe oder Jedes von mehr als zv;ei Störstoffen nacheinander durchgeführt. So wird zum Beispiel ein erster leitfähigkeitsbestimmender Störstoff in die Substratoberfläche innerhalb eines Zeit-Temperatur-

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„y.:lu3 e'ndiiJui:-Ie_'t, "I-?r aucrelch -nd bemessen i:t, um Im cüiöti'it einen gereich von vorgegebener Tiefe zu bilden, I:. ;·;;;.■?:· ;t-r c-rv.ihnte eröts Lexrf"hi^ieitstyp vorhanden

Bai~r- ;vir: : .rt ~ie erv;"'hn*-e Cber-flV.cLe In den genannten -üi-elcL e'.a entgegengesetzt leitf'fiiigkeitsbestimnenler 3tcrstcif πιΐΰ e\:vr selchen .Konzentration und bei einem zusätzlichen Zeit-Te-.T-cratur-Zyklus In derart ausreichender Bemessur^i" elndllTundiert, daii uer üeil der erstgenannten Zone, welcher ier Oberfläche am nächsten liegt, zu einer zweiten. Zone konvertiert w^rd, welche vom entgegengesetzten Leitfähigkeltstyp Ist«

Pur die Fabrikation des Halbleiterbauelements wsre es vorteilhaft, wenn man die Doppeldiffusion gleichzeitig _t statt nacheinander durchführen könnte, womit man eine Einsparung eines der beiden Zeit—Temperatur—Diffusionszyklen.gewinnen würde.

Man hat in der Praxis bereits eine Annäherung hierfür dahingehend versucht, daß man einem Dampf die beiden oder mehr als zwei Störstoffe zugesetzt hat, um eine gleichzeitige Diffusion aller Störstoffe zu gewinnen. Man hatte dieser Methode große Bedeutung beigemessen, zur Zeit hat sich jedoch gezeigt, daß sie unter anderem wegen der Konzentration von Kontrollprobleneii kommerziell wenig befriedigt.

Eine andere bekanntgewordene Annäherungsmethode besteht in der Anwendung einer Siliciumoxydsfihieht, welche das Oxyd eines der beiden Störstoffe, zum Beispiel Phosphorpentoxyd enthält und welche auf die Substratoberfläche aufgetragen ivlrd. Der zweite Störstoff ist ein Metall, zum Beispiel Aluminium. Er wird dann in seiner elementaren Form aus dem Dampfzustand durch die Silieiumoxydschicht in das Substrat

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gleichzeitig sit der Diffusion des ersten Storstoffes in das Substrat e.·.^diffundiert. Die Hauptbesclenkung dieser bekannten Methode liegt in der relativ niedrigen Geschwindigkeit, mit der die meisten elementaren Störstcffe die Oxyds chic lit bis in das Substrat durchsetzen.

Diese Geschwindigkeit ist tatsächlich so niedrig, daß nur wenige Störstoffe, wie Gallium und Aluminium, die Oxydschiclit mit einer arbeitsfähigen Geschv/indigkeit durchsetzen kc-jien. Selbst bei Galliumstörstoffen und Aluminiumstörstoffen muß jedoch die Oxydschicht so dünn sein, zum Beispiel in der Gr'Ben^rdnun ; von wenijer als 1000 An strοem, daß das Problem der Verluste des ersten Störstoffs durch Ausdiffusion aus der Oxydschicht in die Umgebung akut wird. Derart dünne Cxydschichten werden gewöhnlich anodisch aufgetragen, wie aus der amerikanischen Patentschrift 3 303 070 bekanntgeworden ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht danach darin, eine praktische Llethcde ein-ir gleichzeitigen Doppeldiffusion anzugeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum gleichzeitigen Diffundieren einer Anzahl von Stcrstoffen in ein Halbleitersubstrat.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Diffundieren ein-r Anzahl von leitf^higkeitsbestimmenden Störstoffen in ein Halbleitersubstrat unter Bedingungen, welche leicht kontrollierbar sind.

Koch ein anderes Ziel, welches der Erfindung zugrunde liegt, ist die Schaffung einer neuen Halbleiterstruktur, welche für ein Doppeldiffusionsverfahren nach der Erfindung verwertbar

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Die Erfindung liefert ein Verfahren zum gleichzeitigen Diffimdieren einer Anzahl von leitf'.'higkeitsbestimmenden Störstoffen in ein Halbleitersubstrat zwecks Bildung einer Anzahl von Bereichen oder Zonen in Substrat. Diese Methode enthält zuerst die Bildung einer Siiiciumoxydschicht und der Oxyde einer Anzahl von Störstoffen auf der Substratoberfläche, wobei die ätörstoffe entsprechend die Leitfähigkeit der Zonen im Substrat bestimmen.

Dann wird das beschichtete Substrat in einem Zeit-Temperatur-Zyklus ausreichend erhitzt, so daß die leitfähigkeitsbestimmenden Stcrstoffe aus der Schicht in das Substrat diffundiaren. Da der Zeit-Temperatur-Zyklus, welchem jeder der Störstoffe ausgesetzt wird, für alle Störstoffe derselbe ist, wird das Überwiegen von Störstoffen in den Substratzonen hauptsächlich durch die Konzentration an Störstoffen und durch die DiffusionsGeschwindigkeiten der entsprechenden Störstcffe bestimmt sein. Infolge der gleichzeitigen Diffusion wird das Halbleitersubstrat eine Anzahl angrenzender Zonen verschiedener Leitfähigkeit erhalten» Die jeweilige Leitfähigkeit ist durch das Überwiegen eines der genannten Störstoffe in jeder der erwähnten Zonen bestimmt. Die Aufeinanderfolge der erwähnten Zonen hinsichtlich des Abstandes von der Substratoberfläche ist durch die Konzentration und durch, die Diffusionsgeschwindigkeiten der entsprechenden Störstoffe gegeben.

Die Siiiciumoxydschicht kann aus einer einzelnen Schicht bestehen, welche die Anzahl der verschiedenen Störstoffoxyde enthält. Sie kann auch eine Anzahl von Schichten aufweisen» von denen bei mindestens zwei Schichten der3eitfähigkeitsbestimmende Gehalt undereinander verschieden ist.

Wegen der größeren Diffundierbarkeit der Störstoffoxyde im

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Vergleich zu den elementaren StörstcTfen in Siiiciumoxydschichten, können im brande g-inommen axe Oxyde aller· konventionellen Stcrstci'fe verwendet werden und zv.ur ohne !Rücksicht darauf, ob die Schicht eine £inzelschicr.t; cd or eine Mehrlagensci.icht ist.

'Jährend der Diifusionsverfahrensstufe diffundieren die Soörsroffe, v/elche in Fon ihrer entsprechenden Cxyde in der Siliciumschicht vorliegen, durch die Schiene als Oxyde.

Zusammenfassend besteht die Erfindung in föl enden i.".aß_ nahmen: Sine gleichzeitige Dcr^.eldiffusionsicethc ^e, bei der eine Schicht, welche ein Siliciumoxid und die Oxyde einer Anzahl von lei-cföhigkeitsbestimmenden Störstoffe-r. verschiedener Diffusionsfähigkeiten enthalt, auf der Oberfläche eines Ealbieitersubstrates bei einer Temperatur gebildet wird, bei welcher im wesen-eiiehen keine Diffusio : von Scörstoffen in das Substrat stattfindet. I-as C"hs--_u.fc wi.d da;ui erhitzt, so daß die Scörstoffe gleichzeitig in das Substrat diffundieren, um eine Anzahl anstoßender Bereiche im Substrat zu bilden, welche durch Grenzflächen (junctions) getrennt sindo Die Aufeinanderfolge der Bereiche hinsichtlich der Distanz zur Substratoberfläche 7/ird durch die leitf"higkeitsbeträge der ausgewählten leitfähigkeitsbesti:rjnenden Störstoffe gesteuert. Die Schicht kann eine Einlagenschicht oder eine Mehrlagenschicht sein. Im Falle der ilehrlagenschicht müssen in wenigstens zwei Lagen verschiedene leitfähigkeitsbestimmende Störstoffe enthalten sein.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für vorteilhafte, bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung den Zusammenhang der Störstellenvertellungsprofile im Halbleitersub-

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sι.rat : ei einen. Paar verschieden leitfi-higkeitsbesti Eendor Stcrstoffe.

Fi=^r. 2 1st ein Verfahrens ablauf plan. Der Halbleiterkörper ist isi Querschnitt gezeigt. Der Verfahrens ablauf plan enthalt die Verfahrensstufen für zwei Ausflhrungsiorr.cn des Verfaürens nach der Erfindung«

Fi.:. 3 seifrt für ei:_en im diagonalen Querschnitt dargestellten Halbleiterkörper die einzelnen Verfahrensschritte 1 bis 5 näc:. einer weiteren AusführunGtsform des Verfahrens nach der Erfindung.

In der Ξ1 -■. 2 ist in der ersten Stufe (Schritt 1) des Ablaufplanes ein Halbleiterplätücheii von H-Leitungstyp dargestellt. Dieses Plättchen hat einen rei-tiv hohen spezifischen Widerstand in der Größe von IC Chm cm sowie eine Dicke von etwa O,1770 wm bis 0,5810 mm und wird als Ausgangssubstrat 10 benutzt.

Das Substrat 10 -besteht vorzugsweise aus monokristallinem Silicium und ist in der üblichen Weise, zum Beispiel durch Kristallziehen aus einer Schmelze, hergestellt, wobei dieser Schmelze die verlangten Störstoffe in der gewünschten Konzentration zugesetzt sind. Nach de^- Ziehen wird der Kristall in eine Anzahl von Plättchen aufgeschnitten. Es können bei der Erfindung auch andere Halbleitersubstrate, zum Beispiel aus Germanium, zur Anwendung kommen. Dieses Substrat kann auch eine epitaktisch auf einer anderen Oberfläche gewachsene Schicht aus Halbleitermaterial sein.

Für die Zwecke der Erfindungsbeschreibung ist auf eine Halbleiterkonfiguration Bezug genommen worden, bei welcher ein Halbleiterbereich vom N-Typ als Substrat verwendet ist und bei der die aufeinanderfolgenden Bereiche der Struktur

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in den in den ZeicLnun en gezeigten- LeitfäMgkeitstypen gebildet sind. Es ist Jedoch klsx, daß das Substrat und die anderen Bereiche nach den Zeichnungen auch von umgekehrten Leitfähigkeitstypen als in der Zeichnung dargestellt, sein können.

Auf einer Oberfläche des Substrats 10 ist eine Schicht 11 aus einem Sillciumoxyd-Isoliermaterial, zum Beispiel SiIiciumdioxyd aufgetragen, die mit den Oxyden von mindestens zwei verschiedenen leitfähigkeitsbestimmenden Störstoffen dotiert ist. Die Oxyde in der Schicht können Oxyde der konventionellen Störstoffe aus der Gruppe III (P Typ bildende Störstoffe)oder aus der Gruppe V (N Typ bildende Störstoffe), zum Beispiel die Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen und Antimon, sein.

Die dotierte Oxydschicht 11 ist vorzugsweise nach irgendeiner an sich bekannten Methode hergestellt, bei welcher ein Siliciumoxyd bei Temperaturen dargestellt wird, welche unter jenen Temperaturen liegen, bei denen die Störstoffe aus der Cxydschicht in das Halbleitersubstrat diffundieren.

Aus Gründen der Illustration wird nachstehend ein Verfahren beschrieben, in welchem Bor als Störstoff vom P-Typ und Arsen als Störstoff vom N-Typ verwendet wird. Durch pyrolythischen Niederschlag wird eine mit den Oxyden des Bors (B₂Ox) und des Arsens (As₂O,) dotierte Siliciumdioxydschicht gebildet. Das Niederschlagsverfahren für die dotierten Oxyde kann im wesentlichen dasselbe sein, wie es in der amerikanischen Patentschrift 3 200 019, insbesondere Fig. 1 und insbesondere an Hand der Beispiele 1 und 2, sowie in der Zeitschrift ECA Review, September 1965, Seiten 357 bis 368, insbesondere Seiten 359 bis 361, beschrieben ist, ausgenommen in jenen meisten Fällen, wo mehrere Dotierungsmittel im Äthylsilikat aufgelöst sind. ^₀ ofWGINAL

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Eine sehr geeignete Methode zur Bildung einer mit den Oxyden des Bors und des Arsens dotierten Siliciumdioxydsehicht ist die im Journal of the Electrochemical Society, Mai 1969, auf den Seiten 645 bis 648 beschriebene p_yrolythische Niederscb-lagsmethode. Das vorliegende Verfahren kann im wesentlichen identisch sein mit der Ausnahme, daß zusätzlich zum Sprudeln durch das Tetraäthylorthosilikat und Tripropylborat auch das Argonträgergas durch Triäthylarsenit gesprudelt und die drei entstehenden Dämpfe gemischt werden.

Die Mischung wird über das Siliciumsubstrat geleitet, welches auf einer Temperatur von etwa 690°C gehalten wird, damit sich eine Siliciumdioxydschicht von etwa 5000 Angstroem Dicke und mit B₂O^ und As₂O₃, dotiert niederschlagen kann. Die Dämpfe sind in solchen Propo rtionen gemischt, daß die Schicht 11 folgende Zusammensetzung erhält:

^B2°3 " ^{8 Mo1} ^
As₂O₅ - 15 bis 20 %

SiO₂ - 72 bis 77 Mol %o

Wenn an Stelle des Argons ein Trägergas verwendet wird, welches eine Mischung aus Sauerstoff und Argon ist, dann kann ^ die Hiederschlagstestperatur bei der Bildung von etwa 700°C bis 450^oG erniedrigt werden.

Die Schicht 11 kann alternativ, wie in der Stufe A dargestellt, in zwei Schritten gebildet werden. Zuerst wird die Schicht HB, die aus mit B₂O^ dotiertem Siliciumdioxyd besteht, durch die oben erwähnte Methode unter Verwendung einer Kombination nur aus den Dämpfen von Tripropylborat und Tetraäthylorthosilikat pyrolythisch niedergeschlagen.

Dann wird die entweder nach Schritt 1 oder IA beschichtete Struktur im 2. Verfahrensschritt bei einer Temperatur von

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105O⁰C zwei bis vier Stunden lang erhitzt, damit aas Arsen und das Bor in das Halbleitersubstrat 10 eindiffundieren und damit die N Zune 13, in welcher das Arsen der überwiegende Störstoff ist, und die P Zone 12, in welcner das Bor der vorherrschende Störstoff ist, bilden.

Die Schicht 11 wird entfernt, um die komplette Struktur des 2. Verfahrensschrittes zu bekommen. Die Struktur nach Schritt 2 in Fig. 2 weist ein Störstellenverteilun^sprofil auf, das etwa dem in Fig. 1 gezeigten entspricht. Das Arsen mit seiner kleineren Diffusionsgeschwindigkeit im Siliciumsubstrat hat eine Anfangskonzentration C , die an der Oberfläche etwa

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2· 10 Atome pro cnr beträgt, und ein Profil 14. Dagegen hat

19 das Bor eine Anfansrskonzentration C von etwa 6· 10 Atomen pro cm und eine größere Diffusionsgeschwindigkeit, die zu einem Profil 15 nach Fig. 1 führt.

Zwischen der Oberfläche und dem Pegel 16 im Halbleitersubstrat wird daher das Arsen der vorherrschende Störstoff und die Zone vom N Leitfähigkeitstyp sein, wie in Fig. 2 als Zone 15 gezeigt ist.

Unter dem Höhenpegel 16 herrscht das Bor als Störstoff vor, so daß eine Zone 12 vom P Leitfähigkeitstyp entsteht, liach Fig. 2 bildet die Niveaulinie 16 den Pfi-Ücergang.

Fach dem Pegel 17 fällt die Konzentration des Borstörstoffes unter den Wert 10 bis 10 ' Atome pro cm . Dies ist der konstante Störstoffpegel des Substrats 10 vom ii-Typ. Unter dem Pegel 17, der in Fig. 2 als PN-Übergang dargestellt ist, behält das Substrat 10 seinen ursprünglichen N-Leitfähigkeitstyp bei.

Die Schicht 10 wird durch andere Methoden, zum Beispiel wie die handelsüblichen "paint-on" Filme, hergestel.11» Diese

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Filme sind Schichten aus Siliciumdioxid und einem Verunr.;'nigungsoxyd, zum Beispiel 3pO , in einem geeigneten leichtflüchtigen Lösungsmittel. Die Beschichtung wird gewchr.lic;. : ei Ziismertenpratur gemacht. Das Lösungsmittel wira verdanpft, so daß eine Sehi^r.t aus SLliciumdioxyd übrif-tlelbt, .'/eiche das Verunreinigungsoxyd aufweist. Die "paint-on"-Schichtzusa: jaensetsung kann so modifiziert werden, daß eine Anzahl von verschiedenen Verunreinigungsoxyden eingeschlossen wird. Es kann auch eine erste "painton"-8chicht aufgetragen werden, welche ein Verunreinigungsoxyd enthält. Dann wira anschließend eine zweite "paint-on^woci.icht aufgetragen, welche eine unterschiedliche Verunreinigung enthält.

Die dotierte Schicht kann auch anodisch abgelagert sein, wie in der Veröffentlichung "Anodic Oxide Films for Device Fabrication Silicon" von P.F. Schmidt und anderen im Journal of the Electrochemical Society, Juni 1964- auf den Seiten 682 bis 688 und auch in dem Aufsatz von A.E» Owen und P.F. Schmidt in aer Zeitschrift Journal of the Electrochemical Society, Mai 1968 auf den Seiten 5^8 bis 553 beschrieben ist.

Da die Schichten beim anodischen Abscheiden auf Dicken in der Größenordnung bis zu 1000 Angstroem begrenzt sind, wird vorzugsweise eine undotierte Silieiumoxydschicht auf die Schicht gemäß der zuletzt genannten Publikation aufgetragen., um einen Verlust an Dotierungsstoffen aus der Oxydschicht durch Ausdiffusion in die Umgebung zu vermeiden.

Die dotierten Siliciumoxydschichten können auch durch Reaktion von Sauerstoff mit einer Mischung aus Silan (SIEL·) und einer Anzahl von Hydriden der verschiedenen Störstoffe gebildet werden. Das Silan wird in Siliciumdioxyd und die Hydride in die Oxyde der Störstoffe umgewandelt. Dieses

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Verfahren ist in der Zeitschrift RCA Review, Dezember 1968, Seiten 5^9 "bis 556 für die Herstellung dotierten Siliciumdioxyds beschrieben. Bei der Bildung dotierter Siliciumdioxydschichten verwendet das Verfahren nach der Erfindung Hydride einer Anzahl von Störstoffen.

Wo eine Anzahl von Siliciumoxydschichten verwendet wird, brauchen nicht alle Schichten das Dotierungsmittel zu enthalten. So kann zum Beispiel, wie oben beschrieben, eine undotierte Siliciumoxydschicht über den dotierten Schichten benutzt werden, um ein Ausdiffundieren in die Umgebung zu verhindern.

Auch kann erfindungsgemäß eine undo^tierte Schicht zwischen den dotierten Schichten und dem Substrat oder zwischen zwei dotierten Schichten als Zusatzmittel zur Kontrolle der Diffusion in das Substrat vorgesehen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Diffusionsgeschwindigkeit von einem oder von mehreren Störstoffoxyden in der Oxydschicht als eine Zusatzkontrolle bei der Bildung diffundierter Bereiche im Substrat zu verwenden.

In diesem Falle zeigt sich, daß, derweil elementares Bor eine größere Diffusionsgeschwindigkeit hat als elementares Arsen im Siliciumsubstrat, das Boroxyd eine kleinere Diffusionsgeschwindigkeit hat als Arsenoxyd in einer Siliciumdioxydschicht. Ein solcher Übergang in den Diffusionsgeschwindigkeiten an der Grenzfläche des Oxyds zum Halbleiter kann ein vorteilhaftes Hilfsmittel bei der Herstellung spezifischer diffundierter Strukturen sein.

Beim Herstellen von spezifischen Vorrichtungen bei integrierten Schaltungen kann es vorteilhaft sein, die gleichzeitige Diffusion einer Anzahl von Störstoffen in einen Teil eines Halbleitersubstrats laufend mit der Diffusion eines anderen

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Störstoffs in einen anderen Teil des Substrats durchzuführen. Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 schematisch gezeigt. In der amerikanischen Patentanmeldung vom 18. V. 1967 mit der Serialnummer 369 478 ist von Barson ein Verfahren zum Herstellen von Hochfrequenztransistoren "beschrieben. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Methode zum Herstellen einer Planartransistorstruktur, bei der der eigenleitende oder aktive Teil der Basis eine relativ schmale Breite und einen hohen spezifischen Widerstand hat, während die Extrinsic teile der £ Basis, zu welchen Ohmsche Kontakte hergestellt sind, eine dickere Breite und einen geringeren spezifischen Widerstand besitzen.

Das Verfahren nach Fig. 3 zeigt, wie die Methode nach der Erfindung verwendet werden kann, um solch eine Transistorstruktur in einem einzigen Zeit-Temperatur-Zyklus zu fabrizieren.

Beim 1. Verfahrensschritt wird als Ausgangssubstrat 20 ein Siliciumplattchen vom N-Typ benutzt, welches einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10 Olim cm und eine Dicke von etwa 0,1778 mm bis 0,3810 mm aufweist. Auf ™ der Oberfläche des Substrats 20 wird nach irgendeiner der üblichen Methoden eine undotierte Silieiumdioxyd-Isolierschicht 21 gebildet.

Da im vorliegenden Falle das Substrat 20 aus Silicium besteht, kann die Isolierschicht 21 durch thermische Oxydation des Substrats hergestellt werden. Unter Verwendung der Standard-Photodeckschicht und der bekannten Säureätzmethoden wird dann im 2. Verfahrensschritt eine Öffnung 22 in die undotierte Siliciumdioxydschicht 21 gemacht. Die Öffnung hat dieselben seitlichen Abmessungen wie die im Substrat anschließend zu bildende Basiszone.

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Unter Verwendung irgendeiner der ολβη bicc'riebe-'.en iiiederschlagsmetho;eii wird dann aie Schicht 2$ über der Struktur gebildet. Sie enthält mit BpO₅. dotiertes Siliciumdioxyd. Die Isolations-Siliciumdioxydschicht 21 sollt-e eine ausreichende Dicke haben, um während des beim nächsten Verfahrensschritt verwendeten Zeit-Temperatur-Zyklus eine Diffusion von BpO^ aus der Schicht 23 durch die Schicht 21 zum Substrat 20 zu verhindern.

Unter Anwendung konventioneller iitzmetho^en wiiqfim dritten Verfahrensschritt ein Locii 24- durch die Schicht; 22 geätzt. Das Loch 24 hat die seitlichen Abmessungen der ei anleitenden Basiszone und der im Substrat nachfolgend zu bildenden Emitterzone. Der Abschnitt 25 der mit BpO^ dotierten Oxydschicht bleibt in Kon.akt mit dem Siliciumsutstrat 20. Der Abschnitt 25, weicher die seitlichen Abmessungen der im Substrat zu bildenden Extrinsic-Basiszone hac, wirkt f"ir diesen Bereich während des nachfolgend durchgeführten Diffusions-Yerfahrensschrittes als Dotierungsquelle.

Im vierten Verfahrensschritt wird durch eine der vorstehend beschriebenen Methoden die Schicht 26 aus Siliciumdioxyd, das mit BqO^ und AsqO^ dotiert ist, aufgetragen. In dieser Verfahrensstufe sind in Kontakt mit dem Substrat die Dotierungsquellen zur Bildung des Transistors notwendig.

Im fünften Verfahrensschritt wird die Struktur einem Zeit-Temperatur-Zyklus bei 1050⁰C etwa zwei bis vier Stunden lang zur Herstellung der Transistorstruktur ausgesetzt. Wie oben erörtert, hat das in das Substrat zu diffundierende Bor im Silicium eine größere Diffusionsgeschwindigkeit als das Arsen. Die Konzentration^evOn As₂O, und BpO^ in der Oxydschicht werden deshalb so ausgewählt, daß die gleichzeitige Doppeldiffusion aus der Oxydschicht 26 zu einer Emitterzone 27 führt, in welcher die Arsenstörstoffe vorherrschen, und eine

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- 15 IηtrInsic-Bas:szone 28 ergibt, in welcher das Bor dominiert·

Zusätzlich, muß die ILonzentration aes B^CU im Abschnitt 25 der Oxydschicht 2$ ausreichend größer sein als die Konzentration :es B-O₂ in der Schicht 26, so dab eine dickere und starker P dotxürte Extrinsic-Basiszone 29 zu Stande kommt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Pat e nt ansp rü c he

   1.) Verfahren zur gleichzeitigen Doppeldiffusion von leitfähigkeitsbestimmenden Störstoi'fen in ein Halbleitersubstrat beim Herstellen von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Substrats (10, 20) eine Schicht (11) gebildet wird, welche Siliciumoxyd und Oxyde unterschiedlicher leitfähigkeitsbestimmender Störstoffe enthält, wobei die Diffusionsgeschwindigkeiten dieser Stcrstoffe im Substrat verschieden sind, daß das so beschichtete Halbleitersubstrat (10, 20) derart erhitzt wird, daß unterschiedliche, leitfahigkeitsbestimmende Störstoffe gleichzeitig in das Substrat (10, 20) eindiffundieren, wobei eine Anzahl aneinanderstoßender Bereiche verschiedener Leitfähigkeit gebildet wird, deren Leitfähigkeitstyp durch das überwiegen eines der erwähnten Störstoffe in jedem Bereich bestimmt ist und daß die Aufeinanderfolge dieser Bereiche in Bezug auf den Abstand zur Substratoberfläche mindestens teilweise durch die Diffusionsgeschwindigkeiten der entsprechenden, ieitfähigkeitsbestimmenden Stcrstoffe kontrollierbar ist.

   2.) Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat aus Silicium besteht.

   3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumdioxyd als Siliciumoxyd verwendet wird.

   4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche des Substrats (10, 20) gebildete Schicht (11, 21) eine Mehrlagenschicht ist.

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   5.) Verfahren nach. Anspruch 4, dadurch yekann.30ieh.r13b, daß eine -;;u3H/t3liche Schicht das Oxyd oiriea zweiten leitfähi^keitsbeatiniiaenien Stürstoffo enthäLb und auf der ersben Schicht gebildet wird, wobei die DLffusionsgeschwindigkelben der Störstoffe der bei Lan Schichten im Halbleitersubstrat verschieden sind.

   6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ekennzeLch.net, dato Störstoffe in verschiedenen Schichtlagen bzw. verschiedenen Schichten vom enbgegengesetisben LeLbfähLgkeitsüyp ™ sind.

   7») Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Bildung der Scnicht (Ll, 21) verwendete Temperatur so niedrig gehaLfcen ist, daß im wesentlichen iceine Diffusion leifcfähigkeibsbestimmender Störsboffe während der Schichtbildung auftreben kann.

   8.) Verfahren nach den Ansprüchen L bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß Oxyde der Schicht (11, 21) durch eine Reaktion zu Störstoffen konvertiert werden, we Lohe an der G-renz fläche' des Substrats mit der Störstof fquelienschicht m stattfindet.

   9.) Verfahren nach den Ansprächen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anfangsschicht eLnen Teil der Substratoberfläche "bedeckb und eine andere Schicht auf einem anderen Teil der genannten Oberfläche gebildeb wird, welche das Siliciumoxid und das Oxyd eines einzeLnen Leibfähigkeicsbildenden Störstoffs enthält und daß der einzelne Störstoff in den Teil des Sucstrates unter der genannten anderen Schicht gleichzeitig mit der Diffusion der Mehrzahl der leibfähigkeibsbesbLmmenden Störstoffe in den TeiL des Substrates unter der Anfangsschichb diffundiert wird.

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