DD151386B1

DD151386B1 - Verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DD151386B1
Application number: DD22174780A
Authority: DD
Inventors: Andreas Dipl-Phys Gottbehuet
Original assignee: Gottbehuet Andreas Dipl Phys
Priority date: 1980-06-11
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1992-11-26
Also published as: DD151386A1

Description

Ausführungsbeispiel

Als Ausgangsmaterial werden n-Typ-Siliziumscheiben mit niedriger Störstellenkonzentration (< 2,5 x 10¹⁴Cm"³) verwendet. Diese können einseitig mit einer höher dotierten η-Schicht versehen sein.

Anschließend erfolgt mit einem bekannten Trägergasverfahren eine Ga-Basis-Diffusion. Als Quelle dient Ga₂O₃ und als Trägergas H₂. Die Oberflächenkonzentration richtet sich dabei nach dem am pn-übergang gewünschten flachen Konzentrationsgradienten (bei Annahme einer erfc-Verteilung der Ga-Störstellen in der Basis-Schicht), sie liegt і.а.<10¹⁸сгтГ³). Anschließend erfolgt die Oxydation eines Maskierungsoxids bei Temperaturen > 10OO⁰C Die Gebiete, in die der Emitter eindiffundieren soll, werden durch eine fotolithografische Behandlung freigelegt.

Durch einen üblichen POCI₃-Vorablagerungsprozeß wird nun auf den Scheiben eine PSG-Schicht erzeugt, die bei nachfolgenden Hochtemperaturschritten als P-Quelle dient. Als folgender P-eintreibender Schritt wird eine erneute Ga-Trägergasdiffusion bei Temperaturen > 1000^oC mit Ga₂O₃ als Quelle und H₂ als Trägergas angewendet. Zu Beginn der Hochtemperaturbehandlung erfolgt eine Temperung unter N₂. Damit ist eine freie Wahl zur Einstellung der Basis und Emittereindringtiefe gegeben. Die Oberflächenkonzentrationen der Basis und des Emitters sind mit dem beschriebenen Ablaufauch unabhängig voneinander einstellbar. Die Basisoberflächenkonzentration wird vorzugsweise 10" bis 10¹⁹cm"³ betragen.

Die Trägergasdiffusion erfolgt so lange, bis die gewünschte Emittereindringtiefe erreicht ist, vorzugsweise 7 Stunden bei

1200°C. Durch das Phosphorsilikatglas der Basisgebiete, in die kein Phosphor eindiffundieren kann, erfolgt eine Ga-Diffusion in den oberflächennahen Bereich der Basis.

Mit dem Eintreiben des Emitters sind die Hochtemperaturprozesse abgeschlossen, bzw. es folgen nur noch kurzzeitig wirkende Wärmebehandlungen mit geringeren Temperaturen, so daß es zu keiner erneuten Absenkung der Oberflächenkonzentration des Ga kommt.

Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Silizium-Hochspannungstransistoren, bei denen für planare Emitterstrukturen auf einer maskierenden, strukturierten SiO₂-Schicht ganzflächig eine Phosphorsilikatglasschicht abgeschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß simultan eine Phosphortiefendiffusion aus dieser Phosphorsilikatglasschicht und eine Galliumdiffusion im Wasserstoffstrom aus einer Ga₂O₃-QueIIe durch das Phosphorsilikatglas hindurch erfolgen, wobei bei Temperaturen über 10OO⁰C, die Emitteroberflächenkonzentration größer 10¹⁹Cm-³, die Emittereindringtiefe auf 10 bis 20 цт, die Galliumoberflächenkonzentration aufwerte von 10¹⁸ bis IO¹⁹Cm-³ und die Galliumeindringtiefe gezielt eingestellt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Hochspannungstransistoren, das vorzugsweise zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften diffundierter Hochspannungstransistoren angewendet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der französischen Patentschrift FR-PS 2154294 ist bekannt, daß Gallium, das in Silizium eindiffundiert, die Tendenz hat, wieder auszudiffundieren. Das Aufbringen von maskierenden SiO₂Schichten hat wenig Zweck, da SiO₂ von Gallium leicht durchdrungen wird. In der genannten FR-PS wird daher vorgeschlagen, eine maskierende Doppelschicht aus SiO₂ als erster Schicht auf dem Si-Körper aufzubringen mit einer darüberliegenden Schicht aus Si₃N₄. Es wird in dieser Schrift auch dargelegt, daß erst Si₃N₄-Schichten von >7000Ä Dicke eine vollkommene Maskierung ermöglichen, diese dicken Si₃N₄-Schichten jedoch leicht zur Rißbildung neigen. Das Problem der Maskierung wird dann besonders schwierig, wenn es sich um die Verhinderung von Galliumausdiffusionen aus Si-Schichten mit hoher Oberflächenkonzentration handelt. Ein weiterer Vorschlag zur Verminderung der Ausdiffusion des Galliums aus Si findet sich in der Arbeit von P. Rai-Chondhury, Y. C Kao und G. G. Sweeny in der Zeitschrift J.EIectrochem. Soc 121 (1974) 11, wonach Oxidschichten auf dem Si, die mit trockenem O₂ anstelle von Wasserdampf hergestellt sind, zur Verminderung der Ausdiffusion verwendet werden. Jedoch läßt sich auch mit diesem Verfahren nur eine geringe Maskierungswirkung gegenüber dem Gallium erzielen. Ein weiterer Mangel bekannter Verfahren ist die fehlende Möglichkeit, bei simultaner Diffusion von z.B. Ga und P die Oberflächenkonzentrationen und die Eindringtiefen und deren Verhältnis zueinander zu variieren wie z. B. aus der DE-AS 1544218 hervorgeht.

Zielder Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines erweiterten Spektrums von Bauelementen darzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

DerErfindungliegtdietechnischeAufgabezugrunde, Pianar-Transistorelemente mit einer hohen Oberflächenkonzentration nur auf der Basis des fertig diffundierten Elementes, ohne zusätzlichen Fotoätzschritt herzustellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch simultane Diffusion von Phosphor und Gallium in einer vorher diffundierten und mit einem strukturierten Oxid versehenen Si-Scheibe.

Durch das kontinuierliche Angebot an Ga im Trägergasstrom wird die Ga-Konzentration im Oxid konstant gehalten. Zur Herstellung von Transistorelementen wird von η-leitenden Si-Scheiben mit einer Störstellenkonzentration von ~10¹⁴Crrr³ ausgegangen. Diese Scheiben werden zunächst einer Galliumdiffusion unterzogen, deren Parameter für das erfindungsgemäße Verfahren unkritisch sind. Danach wird ein Markierungsoxid (SiO₂) aufgebracht, die Rückseite abgeläppt und auf der Vorderseite ein fotochemischer Prozeß zur Erzeugung der Emitterfenster durchgeführt. Eine sich anschließende Phosphorvorablagerung ergibt eine Phosphorsilikatglasschicht auf beiden Seiten der Scheibe. Die Phosphorsilikatglasschicht dient als Diffusionsquelle für die nachfolgende Phosphortiefendiffusion mit einer Dauer im Bereich 5...20 Stunden bei Temperaturen im Bereich 1000 bis 1250°C. Erfindungsgemäß wird die bekannte Ausdiffusion des Galliums während der Phosphortiefendiffusion dadurch kompensiert, daß erneut Gallium gleichzeitig mit dem Phosphor eindiffundiert wird. Durch die unterschiedlich großen Diffusionskoeffizienten ist dabei gewährleistet, daß der Phosphor tiefer eindringt als das Gallium. Somit entsteht gleichzeitig der η-leitende Emitter unter der strukturierten Phosphorsilikatglasschicht und an den übrigen Stellen, die eine zusätzliche Maskierungsschicht aus SiO₂ aufweisen, das Basisgebiet des Transistors mit einer hohen Oberflächenkonzentration an Ga. Somit erfolgt also überraschend eine Ga-Diffusion in die Basis durch das Phosphorsilikatglas des Basisgebietes hindurch. Dabei ist gewährleistet, daß gleichzeitig ohne zusätzliche Maßnahmen die Ga-Oberflächenkonzentration auf dem Emittergebiet geringer ist.

Durch die Erfindung werden Störungen der Lateraldiode sowie eine zu große laterale Emitterdiffusion verhindert. Durch die kompensierte Ausdiffusion des Ga wird auch verhindert, daß die beweglichen Ladungen im Oxid eine zu hohe Konzentration annehmen, wodurch speziell bei kleinen Strömen der Stromverstärkungsfaktor verringert wird.