DD207590A1 - METHOD FOR PRODUCING PRECIO-METAL-FOUNDED, ISOLATOR-LAYER PASSIVATED PN CONVERSIONS FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS - Google Patents
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Abstract
Edelmetalldiffundierte, isolatorpassivierte pn-Uebergaenge fuer Halbleiterbauelemente mit grossen Schaltgeschwindigkeiten entstehen nach einem Vorbehandlungs- und Diffusionsverfahren nach dem die Produktivitaet, Sicherheit und der technologische Spielraum vergroessert und bessere Gleichrichterwirkungsgrade und Verstaerkungsfaktoren erzielt werden koennen. Die Aufgabe der Edelmetalldiffusion unter oxidierenden Bedingungen fuer verschiedene Saettigungsgrade der Scheiben mit Gold ist zu loesen. Erfindungsgemaess wird vor der Golddiffusion aus Schichten der Oberflaeche auf isolatorpassivierten pn-Uebergaengen und/oder auf freien Bereichen mit einer neuen, zusaetzlichen, oxidierbaren Schicht aus Metall oder Silizium bedeckt. Waehrend der Au-Diffusion in O unten 2-haltiger Atmosphaere verhindern Reaktionen zwischen dem oxidierbaren Material und dem Sauerstoff das Vordringen des O unten 2 in die Isolator/Halbleiterbereiche und die nicht voll erklaerbaren schadlichen Nebenwirkungen des Au, die sonst auftraten. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sollen an der Figur 1e veranschaulicht werden. Darin bedeuten: 2 Oeffnung der Schicht 3, 3 Isolatorschicht, 4 p-leitende Zone, 11 SiO unten 2-Schicht, durchoxidiert, 15 Kontaktlochoeffnung ueber 4, 16 freie Si-Oberflaeche. Wesentlich ist, dass die Kontaktlochoeffnung 15 der durchoxidierten polykristallinen Si-Bedeckung in Form der SiO unten 2-Schicht 12 relativ weit von der Oeffnung 2 der ersten Isolatorschicht entfernt ist.Precious-metal diffused, insulator-passivated pn junctions for semiconductor devices with high switching speeds are produced by a pretreatment and diffusion process according to which the productivity, safety and technological scope can be increased and better rectifier efficiencies and amplification factors can be achieved. The task of noble metal diffusion under oxidizing conditions for different Saettigungsgrade the discs with gold is to be solved. According to the invention, prior to the gold diffusion, layers of the surface are covered on insulator-passivated pn transitions and / or on free areas with a new, additional, oxidizable layer of metal or silicon. During Au diffusion in O down to a 2-atmosphere atmosphere, reactions between the oxidizable material and the oxygen prevent the O 2 from penetrating into the insulator / semiconductor regions and the unexplained harmful side effects of the Au that would otherwise occur. The essential features of the invention will be illustrated in FIG. 1e. In it mean: 2 opening of the layer 3, 3 insulator layer, 4 p-conducting zone, 11 SiO bottom 2 layer, through-oxidized, 15 Kontaktlochoeffnung about 4, 16 free Si surface. It is essential that the Kontaktlochoeffnung 15 of the through-oxidized polycrystalline Si cover in the form of SiO bottom 2 layer 12 is relatively far away from the opening 2 of the first insulator layer.
Description
- 1-, - 1-,
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren zur Herstellung edelmetalldiffundierter, isolatorschicht-passivierter pn-Obergänge für HalbleiterbauelementeProcess for producing noble metal-diffused, insulator-layer-passivated pn junctions for semiconductor devices
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von golddiffundierten, oxydpassivierten pn-Obergängen for Halbleiterbauelemente, insbesondere aus Silizium.The invention relates to the production of gold-diffused, oxide-passivated pn junctions for semiconductor devices, in particular of silicon.
Die Erfindung betrifft Verfahrensschritte zur Vorbehandlung und Durchführung von Golddiffusionsprozessen in Siliziumscheiben aus Vorbelegungen fester Phase· . l The invention relates to process steps for the pretreatment and performance of gold diffusion processes in silicon wafers from pre - deposits of solid phase. l
Die Anwendung der Erfindung ist zweckmäßig bei der'Herstellung diskreter oder integrierter Bauelemente, bei denen die Sperrträgheitszeit, die Schaltgeschwindigkeit, die Ein- oder Ausschaltverzögerungszeit sowie die Anschaltzeit oder die Freiwerdezeit eine wesentliche Rolle spielt.The application of the invention is useful in the production of discrete or integrated components in which the blocking inertia time, the switching speed, the on or off delay time as well as the turn-on time or the escape time play an essential role.
Objekte der erfindungsgemäßen Bearbeitung sind Schaltdioden, Schalttransistoren, schnelle integrierte Schaltkreise sowie Leistungsgleichrichter oder Thyristoren.Objects of the processing according to the invention are switching diodes, switching transistors, fast integrated circuits and power rectifiers or thyristors.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
In Drift- und Schalttransistoren wird zur Sicherung der HF-Eigenschaften und kurzer Schaltzeiten nach der britischen Patentschrift GB-PS 952 985 nur in einem Teil der Basiszone durch Kupfer- oder Nickeleindiffusion aus der Emitter- oder Kollektorzone ein Gebiet reduzierter Ladungsträgerlebensdauer geschaffen.In drift and switching transistors to secure the RF characteristics and short switching times according to the British patent specification GB-PS 952 985 a region of reduced carrier lifetime is created only in part of the base zone by copper or nickel diffusion from the emitter or collector region.
In Schalttransistoren mit legierten pn-Obergängen wird die Oberfläche gemäß der österreichischen Patentschrift DE-PS 226 779 vor dem Legieren mit Gold oder Eisen diffundiert. Die selektive oder gleichmäßige Überwachung, Kontrolle und Beeinflussung der Lebensdaüerwerte der Oberschußladungsträger in Kollektorzonen von doppelt diffundierten npn-Schalttransistoren kann nach der DE-AS 1 543 mittels Golddiffusion erst vorgenommen werden, wenn alle anderen Dotierstoffdiffusionen abgeschlossen sind.In switching transistors with alloyed pn-junctions, the surface is diffused according to the Austrian patent DE-PS 226 779 before alloying with gold or iron. The selective or uniform monitoring, control and influencing of the lifetimes of the upper charge carriers in collector zones of double-diffused NPN switching transistors can only be carried out according to DE-AS 1,543 by means of gold diffusion, when all other dopant diffusions have been completed.
Um eine höchstmögliche, praktisch kapazitätsfreie elektrische Isolation zwischen Bereichen von Schaltelementen von integrierten Halbleiterschaltungen zu erzielen, wird nach dem DD-SJP 57 049, der DE-AS 1 216 990 und derOE-AS 1 284 517 eine Substanz wie Gold durch Öffnungen,einer Maske eindiffundiert um restliche Akzeptoren oder Donatoren zu kompensieren und eine Zone hoher Ladungsträgerrekombination zu schaffen.In order to achieve the highest possible, virtually capacity-free electrical insulation between regions of switching elements of integrated semiconductor circuits, according to the DD-SJP 57 049, the DE-AS 1 216 990 and the OE-AS 1 284 517 a substance such as gold through openings, a mask diffused to compensate for residual acceptors or donors and to create a zone of high charge carrier recombination.
Die Herstellung von Si-Schaltdioden mit einer völlig gleichmäßigen Verteilung der elektrisch aktiven Goldatome in der ^ganzen Scheibe im Bereich von 10 - 10 cm ge- : lingt nach der OE-AS 1 187 326 durch Diffusion aus Au- , Schichten im Temperaturbereich von 800 - 1300 0C oder nach der OD-PS 26471 bzw. der DE-AS 1 215 990 durch Dotieren der Schmelze, aus der der Einkristall· gezogen wirdmit Gold oder Nickel.The production of Si switching diodes with a completely uniform distribution of the electrically active gold atoms in the entire disk in the range of 10 to 10 cm is achieved according to OE-AS 1 187 326 by diffusion from Au layers in the temperature range of 800 - 1300 0 C or according to the OD-PS 26471 or DE-AS 1 215 990 by doping the melt from which the single crystal is drawn with gold or nickel.
Um die Schwierigkeiten bei der Herstellung hochohmiger Epitaxieschichten für schnelle Schaltdioden zu umgehen und die Konzentration an Rekombinationszentren reprodüzierbar zu gestalten, wurde nach der DD-PS 38 970 im Anschluß an die Diffusion mit einer so hohen Geschwindigkeit abgekühlt, daß ein Verlust in der Schaltzeit durch Ausdiffusion vermieden wurde. ,In order to avoid the difficulties in the production of high-resistance epitaxial layers for fast switching diodes and to make the concentration of recombination centers reproducible, according to DD-PS 38 970 following the diffusion was cooled at such a high rate that a loss in the switching time by outdiffusion was avoided. .
Zur Verbesserung der integrierten Halbleiterschaltungen aus Dioden, Transistoren und Widerständen unter Anwendung der Planartechnik nach der DE-PS 1 197 548 bezüglich der Arbeitsgeschwindigkeit wird nach der DE-PS 1 287 218 Gold auf die Unterseite des Halbleiterkörpers aufgedampft und zu irgendeinem der verschiedenen Abschnitte der Halbleiterschaltung bzw. so tief wie erforderlich eindiffundiert.To improve the integrated semiconductor circuits of diodes, transistors and resistors using the planar technology according to DE-PS 1 197 548 with respect to the working speed of DE-PS 1 287 218 gold vapor deposited on the underside of the semiconductor body and to any of the various sections of the semiconductor circuit or as deeply as necessary diffused.
Eine Golddiffusion bei 800 - 900 0C durch Öffnungen einer Oxydschicht auf Si-Scheiben für Thyristoren nach den US-PS 3 941 625 und 4 066 484 sowie für Gleichrichter nach den US-PS 4 061 510 und 4 148 672 soll zu einer selektiven Dotierung mit ausgewählten Goldverteilungen im Si-KÖrper und zu einer Reduzierung der: Ausschältzeit der Bauelemente führen. -A gold diffusion at 800 - 900 0 C through openings of an oxide layer on Si wafers for thyristors according to US-PS 3,941,625 and 4,066,484 and for rectifier according to US-PS 4,061,510 and 4,148,672 to a selective doping with selected gold distributions in the Si body and to a reduction in the: lead time of the components lead. -
Dabei wurde festgestellt, daß ein Glaspassivierungsprozeß, der von einem Oxydwachstumsprozeß auf der Siliziumscheibe begleitet ist, mit einem Golddiffusiönsprozeß unvereinbar ist, da es zu einer unkontrollierten Wanderung und Umverteilung des Goldes kommt. Die Glaspassivierung von freigeätzten pn-Obergangsrändern wurde deshalb bei 700 C mitIt has been found that a glass passivation process accompanied by an oxide growth process on the silicon wafer is incompatible with a gold diffusion process because of uncontrolled migration and redistribution of the gold. The glass passivation of etched pn-junction edges was therefore at 700 C with
; Glaskörnern, die aufgeschmolzen wurden, durchgeführt. ; Glass grains that were melted, performed.
Platindiffusion bei 500 - 950 0C für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Zwei- oder Mehrzonenstruktur (pn-, pnn *r pnpn- u. a. Öbergangsstrukturen) gewährleisten nach der OE-AS 2 735 769 bzw. DE-AS 2 735 668 die Einstellung der Minoritätsträgerlebensdauer auf Werte bisPlatinum diffusion at 500-950 0 C for the production of semiconductor devices with two- or multi-zone structure (pn, pnn * r pnpn- inter alia Öbergangsstrukturen) ensure according to OE-AS 2 735 769 and DE-AS 2,735,668, the setting of the minority carrier lifetime to values up to
Z 4 U- I .Δ I Z 4 U- I .Δ I
0,6μ/β herab. Da die Verfahren zum Einführen von Minoritätsträgergiften auch hier mit besonderen Passivierungsverfahren nicht verträglich sind, wurde als Glaspassivierungsstoff ein PbO-ZnO : SiO2 ; AlgO^-Gemisch verwendet.0.6 μ / β down. Since the methods for introducing minority carrier poisons are also incompatible with special passivation methods here, the glass passivation substance used was a PbO-ZnO: SiO 2 ; AlgO ^ mixture used.
Bei der Herstellung von Schaltdioden, Schalttransistoren oder integrierten Schaltkreisen mit isolatorpassivierten pn-Obergängen scheitern eine Reihe von Maßnahmen zur Vereinfachung der Technologie am gleichen Unvereinbarkeitsprinzip. ',In the fabrication of switching diodes, switching transistors, or integrated circuits with isolator-passivated pn-junctions, a number of measures to simplify the technology fail on the same principle of incompatibility. '
So mußte für die Endkontaktierung der p-leitenden Gebiete von Schaltdioden nach der Fertigstellung der Rückseitenkontaktierung die Seite mit den pn-Obergängen mit einer Lackschicht versehen,- belichtet und fertig entwickelt und fixiert werden. Dieser scheibenindividuelle Arbeitsgang stört besonders bei der Bearbeitung von großen Mehrzollscheiben, da die Bruchgefahr beim Lackprozeß wächst.Thus, for the final contacting of the p-type regions of switching diodes after the completion of the back contact, the side with the pn-junctions had to be provided with a lacquer layer, exposed and ready developed and fixed. This disk-individual operation is particularly troublesome in the processing of large multi-inch discs, since the risk of breakage increases during the paint process.
Bei allen pn-Obergangsbauelementen führte die zulässige Atmosphäre bei der Golddiffusion zu erhöhten Akzeptor- und Donatorverlusten aus hochdotierten freien, unbedeckten Oberflächen und nicht selten zu Erosions- und Defektbildungserscheinungen. ·In all pn junction devices, the permissible atmosphere in gold diffusion resulted in increased acceptor and donor losses from highly doped free, uncovered surfaces and not infrequently to erosion and defect formation phenomena. ·
Abdeckungen der freien Oberflächen hochdotierter Gebiete mit Oxydschichten konnten nur in zusätzlichen Arbeitsschritten vor der Golddiffusion durchgeführt werden, hatten aber nicht bei allen Erzeugnisstrukturen. Erfolg.Covers of the free surfaces of highly doped areas with oxide layers could only be carried out in additional steps before the gold diffusion, but did not apply to all product structures. Success.
Schließlich bedeutet der Fakt, daß die Golddiffusion nur als letzter Hochtemperaturschritt ausgeführt werden kann, eine erhebliche Einschränkung der Realisierungsraöglichkeiten spezieller flacher Dotierungen mit Donatoren oder Akzeptoren oder steiler Dotierstoffprofile, wie sie bei einer Reihe von Erzeügniskonzepten sinnvoll sind.Finally, the fact that gold diffusion can only be carried out as the last high-temperature step implies a considerable limitation in the realization possibilities of special flat dopants with donors or acceptors or steep dopant profiles, as are useful in a number of generating concepts.
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Ferner ist aus der DE-PS 2 341 311, nach der der GojLdeinbau in den Halbleiterkörper von Thyristoren durch Ionenimplantation und Wasserstoff temperung erfolgt, bekannt, daß das verminderte Sperrvermögen von golddiffundierten pn-Obergängen auf überschüssiges Gold, das sich auf Zwischengitterplätzen befindet oder an Kristallverset2ungen angelagert ist, zurückzuführen ist.Furthermore, it is known from DE-PS 2 341 311, according to the GojLdeinbau in the semiconductor body of thyristors by ion implantation and hydrogen tempering, it is known that the reduced blocking capacity of gold-diffused pn junctions on excess gold, which is located on interstitial sites or to Kristallverset2ungen is attributed.
Die üblichen schädlichen elektrischen Nebenwirkungen der Golddiffusion in Form von weichen Kennlinien, erhöhtem Sperrstrom, verminderter Sperrspannung im Vordurchbruchsgebiet, geringere Durchbruchsspannungen bei höheren Sperrströraen, geringere Verstärkungsfaktoren im NF-Bereich u.a. bleiben nicht ausgeschlossen, wenn zur Senkung der Minoritätsträgerlebensdauer und zur Ausbildung von Zonen hoher Rekombination von Ladungsträgern hohe Goldkonzentrationen von 0,5 - 5,0 χ 10 cm"* angeboten werden müssen.The usual deleterious electrical side effects of gold diffusion in the form of soft characteristics, increased reverse current, reduced reverse voltage in the pre-breakdown region, lower breakdown voltages at higher reverse currents, lower gain factors in the low-frequency range, and the like. are not excluded if high gold concentrations of 0.5 - 5.0 χ 10 cm "* have to be offered in order to reduce the minority carrier lifetime and to form zones of high recombination of charge carriers.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Produktivität und der technologischen Sicherheit, die Vereinfachung des Fertigungsprozesses von Schnellschaltbauelementen, die Erweiterung des technologischen Spielraumes durch Zulassung neuer Kompositionen der Umgebungsatoosphäre bei der Edelmetalldiffusion , die Vermeidung von Erosionserscheinungen und Defektbildungen sowie die Erhaltung der leitartbestimmenden Dotierstoffkonzentration in getemperten HaIbleiteroberflachen.The aim of the invention is to increase productivity and technological safety, simplify the manufacturing process of Schnellschaltbauelementen, the extension of technological latitude by allowing new compositions of the ambient atmosphere in the noble metal diffusion, the prevention of erosion and defect formation and the preservation of leitartbestimmenden dopant concentration in annealed HaIbleiteroberflachen ,
Die angestrebten Gebrauchswerteigenschaf ten betreffen bessere Gleichrichterwirkungsgrade oxidbedeckter pn-G'bergänge und höhere Verstärkungsfaktoren von Schalttransistoren.The desired utility properties concern better rectifier efficiencies of oxide covered pn-G transitions and higher gain factors of switching transistors.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Eindiffusion von Rekombinationszentren bildenden Ddtierstoffen aus Edelmetall, wie Gold; Platin u. a., anzugeben, bei dem unabhängig vom Grad der Sättigung der Siliziumscheibe und unabhängig von dem Abstand der vorliegenden Einbaukonzentration von der maximalen Löslichkeitsgrenze eine Diffusion aus festen edelmetallhaltigen Schichtquellen unter oxydierenden Bedingungen erfolgen kann, ohne daß Löslichkeits- und Diffusionsanomalien im Isolator-Halbleitersystem die Enderzeugnisse beeinflussen.The invention has for its object to provide a method for the diffusion of recombination centers forming noble metal, such as gold; Platinum u. a., Wherein regardless of the degree of saturation of the silicon wafer and regardless of the distance of the present installation concentration of the maximum Löslichkeitsgrenze a diffusion of solid noble metal-containing layer sources can be carried out under oxidizing conditions, without solubility and diffusion anomalies in the insulator-semiconductor system, the final products influence.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Edelmetalldiffusion der Halbleiterkörper mindestens auf der Oberfläche für die isolatorschichtpassivierten pn-Obergänge mit einer neuen zusätzlichen Schicht aus oxidierbarem Material bedeckt wird. Das Material der Schicht ist in der Lage, (eine Änderung des chemischen Potentials der Sauerstoffkomponente der Diffusionsgasatmosphäre in der Isolatorschicht auf dem Halbleiterkörper sowie die Eindiffusion der Sauerstoffkomponente in den Isolator und den Halbleiter zu verhindern.The object is achieved in that is covered at least on the surface for the isolatorschichtpassivierten pn-junctions with a new additional layer of oxidizable material before the noble metal diffusion of the semiconductor body. The material of the layer is capable of preventing (a change in the chemical potential of the oxygen component of the diffusion gas atmosphere in the insulator layer on the semiconductor body and the diffusion of the oxygen component into the insulator and the semiconductor.
Die danach folgenden Wärmebehandlungen zur Ausbildung und Vollendung der körperlichen Einzelheiten der verschiedenen Bereiche der Halbleiterstruktur hinsichtlich der Akzeptor-, Donator- und Edelmetalldotierung werden in einer Atmosphäre vorgenommen, in der auch sauerstoffhaltige Komponenten zugelassen sind. -·-.'_The subsequent heat treatments for forming and completing the physical details of the various regions of the semiconductor structure with respect to acceptor, donor, and noble metal doping are performed in an atmosphere in which oxygen-containing components are also permitted. - · -.'_
Der Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre reagiert mit dem Material der zusätzlichen Schicht unter Bildung eines Oxides. Alle durch die entstehende Oxidschicht durchdiffundierenden Sauerstoffatome oder Moleküle kommen an der Grenzfläche zwischen den oxydierten und dem nichtoxydierr ten Material zu einer Oxydationsreaktion^ Die Oxydations-The oxygen from the ambient atmosphere reacts with the material of the additional layer to form an oxide. All oxygen atoms or molecules which diffuse through the oxide layer form an oxidation reaction at the interface between the oxygenated and the non-oxidized material.
1 L ι 1 L ι
front schreitet rait zunehmender Temperzeit immer weiter in der oxydierbaren Materialschicht fort. Die Materialschicht läßt jedoch aufgrund ihrer hohen Affinität zu Sauerstoff bei den hohen Oiffusionstemperaturen kaum einzelne Sauerstoffatome passieren und bis zur Isolatorschicht auf dem Halbleiterkörper vordringen.front progresses further and further in the oxidisable material layer as the annealing time increases. However, due to its high affinity for oxygen, the material layer hardly allows any individual oxygen atoms to pass through at the high diffusion temperatures and penetrates as far as the insulator layer on the semiconductor body.
Gemäß dieser Lehre der Erfindung wird die atmosphärische Belastung mit Sauerstoff und/oder die Wärmebehandlung der mit der zusätzlichen Materialschicht bedeckten Isolator-Halbleiterstruktur abgebrochen, so bald die neue zusätzliehe Materialschicht vollständig oder in Teilbereichen in eine neue Isolatorschicht umgewandelt und bevor die einkristalline Oberfläche des Halbleiterkörpers einer Neuoxydation ausgesetzt ist.According to this teaching of the invention, the atmospheric exposure to oxygen and / or the heat treatment of the covered with the additional material layer insulator-semiconductor structure is stopped, as soon as the new additional material layer completely or partially converted into a new insulator layer and before the monocrystalline surface of the semiconductor body of a Neuoxydation is exposed.
Erfindungsgemäß hat der Abbruch der atmosphärischen und/ oder thermischen Behandlung so zu erfolgen, daß durch schnelle Abkühlung der Halbleiterkörper die Ausbildung einer Nichtmonotönie im Goldprofil nahe der Isölatorschicht vermieden und ein gleichmäßig glattes zur Isolatorschicht hin ansteigendes Profil eingestellt wird. Die Gasatmosphäre der Golddiffusion enthält neben den üblichen im Stand der Technik genannten Elementen auch Sauerstoff in elementarer oder gebundener Form (H2O, CO).According to the invention, the termination of the atmospheric and / or thermal treatment must be such that the formation of a nonmonotönie in the gold profile close to the isolator layer is avoided by rapid cooling of the semiconductor body and a uniformly smooth profile rising towards the insulator layer is set. The gas atmosphere of the gold diffusion contains, in addition to the usual elements mentioned in the prior art, also oxygen in elemental or bound form (H 2 O, CO).
\ " \ "
Erfindungsgemäß wird das neue oxidierbare Material auf allen Oberflächenseiten der Halbleiterscheibe aufgebracht. Eine besondere Ausgestaltung sieht vor, daß als oxydierbares Material Metalle wie Tantal, Titan, Aluminium, Chrom ο. a. aufgebracht werden, die als Oxide thermisch stabile Dünnschichten bilden.According to the invention, the new oxidizable material is applied to all surface sides of the semiconductor wafer. A special embodiment provides that as oxidizable material metals such as tantalum, titanium, aluminum, chromium o. a. are applied, which form thermally stable thin films as oxides.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß als oxydierbares . Material Halbleitermaterial wie Silizium aufgebracht wird. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht in der Anwendung von Silizium zur gleichzeitigen BedeckungAnother embodiment provides that as oxidizable. Material semiconductor material such as silicon is applied. An expedient development of the invention consists in the use of silicon for simultaneous coverage
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von freien und isölatorpassivierten Oberflächenbereichen der Halbleiterkörper.of free and isoator-passivated surface regions of the semiconductor bodies.
Srfindungsgemäß wird die edelmetallhaltige Schichtquelle auf der Rückseite der Halbleiterscheibe aufgebracht. Die Edelmetallaufbringung erfolgt erfindungsgemäß nach der Bedeckung der Halbleiterkörper mit der Schicht aus oxydierbarem Material.According to the invention, the noble metal-containing layer source is applied to the backside of the semiconductor wafer. The noble metal application is carried out according to the invention after the covering of the semiconductor body with the layer of oxidizable material.
Bei einigen Anwendungsfällen kann es auch zweckmäßig sein, daß die Auftragung der oxydierbaren Siliziumschicht nach der Ausbildung der edelraetallhaltigen Diffusionsquelle durchgeführt wird. Ferner werden erfindungsgemäß gleichzeitig mit der Edelmetalldiffusion implantierte Donator- und/oder Akzeptordotierungen diffundiert.In some applications, it may also be expedient that the application of the oxidizable silicon layer is carried out after the formation of the noble metal-containing diffusion source. Furthermore, according to the invention, donor and / or acceptor dopants implanted simultaneously with the noble metal diffusion are diffused.
Bei einer nachträglichen Diffusion von Donator- und/oder Akzeptordotierungen hat der Abbruch des Diffusionsprozesses so schnell zu erfolgen/ daß bei der Abkühlung die gleichen Bedingungen wie nach der Golddiffusion eingehalten werden.In the case of a subsequent diffusion of donor and / or acceptor dopants, the termination of the diffusion process must take place so rapidly / that the same conditions are observed during the cooling as after the gold diffusion.
Die Dicke der Schicht aus oxydierbarem Material wird erfindungsgemäß so gewählt, daß die Zeitdauer der Wärmebehandlung für die Diffusion ausreicht, um die Schicht vollständig durchzuoxydieren. Ist es zweckmäßig, so ist die Zeitdauer so zu bemessen, daß nur ein Teil der Materialschicht oxydiert wird. Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn nur der teil der Schicht des oxydierbaren Materials vollständig oxydiert wird, der auf den freien Bereichen der einkristallinen Halbleiteroberfläche vorliegt. Schließlich ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, die oxydierte Schicht bis auf die Löcher für die Kontaktierung vollständig auf der Halbleiteroberfläche zu belassen.The thickness of the layer of oxidizable material is selected according to the invention so that the duration of the heat treatment for the diffusion is sufficient to durchzuoxydieren the layer completely. If it is expedient, the time is to be dimensioned so that only a portion of the material layer is oxidized. It is inventively advantageous if only the part of the layer of oxidizable material is completely oxidized, which is present on the free areas of the monocrystalline semiconductor surface. Finally, it is expedient according to the invention to leave the oxidized layer completely on the semiconductor surface except for the holes for the contacting.
-.9·- L· 4 U \ L i b-9 · - L · 4 U \ L i b
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. , In der dazugehörigen Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. , In the accompanying drawing shows
Figur 1 eine Schnittzeichnung zu den Herstellungsschritten von schnellen Schaltdioden ,FIG. 1 shows a sectional drawing of the production steps of fast switching diodes;
a) pn-Obergang mit Isolatorpassivierunga) pn transition with insulator passivation
b) Schichtauftragung von oxidierbarem Materialb) layer application of oxidizable material
c) Auftragung der Edelmetallquelle für Diffusionc) Application of the noble metal source for diffusion
d) Wärmebehandlung in oxidierender Atmosphäred) heat treatment in an oxidizing atmosphere
e) Entfernen der durchoxidierten Schicht aus dem Kontaktfenstere) removing the through-oxidized layer from the contact window
f) Schaltdiodenchip im Endzustandf) switching diode chip in the final state
Figur 2 Golddiffusionsprofile in η-leitendem Silizium nach der Golddiffusion in wasserdampfbelädenera SauerstoffFIG. 2 shows gold diffusion profiles in η-conductive silicon after gold diffusion into water vapor-laden oxygen
a) Profil auf der SiO2-Si-Seitea) Profile on the SiO 2 -Si side
b) Profil auf der Seite der Golddiffusionsquelleb) profile on the side of the gold diffusion source
Figur 3 Sperrstrom-Spannungskennlinienverlauf von SchaltdiodenFigure 3 reverse current-voltage characteristic curve of switching diodes
a) aus der Serienproduktion 1981 (Mittelwertskennlinie) unda) from serial production in 1981 (mean value curve) and
b) aus der Produktion nach dem erfindungsgemäßen Verfahrenb) from the production process according to the invention
Schaltdioden für Treiberstufen in Rechenanlagen sollen neben einer hohen Schaltgeschwindigkeit (Sperrträgheit von 2 us) auch einen sehr hohen Gleichrichterwirkungsgrad, also sehr hohe Flußströme und sehr kleine Sperrströme, aufweisen. Mit dem Übergang von lackpassivierten, freien, akzeptordotierten Oberflächenbereichen zu lackfreien Passivierungsvarianten ein bisher unzureichend gelöstes ökonomisches Problem.Switching diodes for driver stages in computer systems should in addition to a high switching speed (blocking inertia of 2 μs) also have a very high rectifier efficiency, ie very high flux currents and very small reverse currents. With the transition from lacquer-passivated, free, acceptable doped surface areas to lacquer-free passivation variants, an insufficiently solved economic problem.
i 10 -i 10 -
Dieses Problem, wie das obengenannte Unvereinbarkeitsprinzip; wird erfindungsgemäß gelöst, indem in einen n-leitenden Siliziumkörper 1 durch die öffnung 2 einer Isolatorschicht 3 Akzeptoren eingeführt werden, um eine p-leitende Zone 4 und einen pn-Öbergang 5 vorzufertigen. Danach wird eine größere Zahl von Scheiben im Reaktor einer CVD-Anlage bei einem Druck von 0,3 Torr be,i einer Temperatur von 660 0C in der Zeit von 360 s mit einer polikristallinen Siliziumschicht bedeckt. Die Abscheidung aus einer SiH .-Atmosphäre führt zu einer Si-Bedecküng 6 der . Isolatorschicht 3 und zu einer Si-Bedeckung 7 der Oberfläche über der p-leitenden Zone 4, Auch die Auflage- , flächen auf der Rückseite 8 der Scheiben erhalten eine dünne Siliziumbedeckung 9 (Figur Ib). Die Si-Bedeckung 7;This problem, like the above incompatibility principle; is achieved according to the invention by 3 acceptors are introduced into an n-type silicon body 1 through the opening 2 of an insulator layer to prefabricate a p-type zone 4 and a pn transition 5. Thereafter, a larger number of slices in the reactor of a CVD plant at a pressure of 0.3 Torr be i covered a temperature of 660 0 C in the period of 360 s with a polycrystalline silicon layer. The deposition from a SiH. Atmosphere leads to a Si-Covering 6 of the. Insulator layer 3 and to a Si-covering 7 of the surface over the p-type zone 4, Also the support, surfaces on the back 8 of the discs receive a thin silicon covering 9 (Figure Ib). The Si covering 7;
9 ist O.lJtra dick. Auf der Siliziumbedeckung 9 der Rückseite der Scheiben wird eine dünne Edelmetallschicht 10 aus Gold aufgedampft und als Diffusionsquelle benutzt (Figur lc).9, O.lJtra is fat. On the silicon covering 9 of the rear side of the disks, a thin layer of noble metal 10 of gold is evaporated and used as a diffusion source (FIG. 1c).
Nach dieser Vorbereitung der Scheiben erfolgt die Golddiffusion unter sonst üblichen Temperatur- und Diffusionszeitbedingungen, mit dem schwerwiegenden Unterschied e\iner sehr aggressiven oxydierenden Atmosphäre von wasserdampfbeladenem Sauerstoff. Während der Diffusionszeit wirkt diese Atmosphäre allein 20 iriin auf den Siliziumkörper mit der Doppelschichtabdeckung aus Polisilizium/thermisch oxidiertes EK-Silizium ein. In dieser Zeit ist die PoIisiliziumbedeckung 6;.7 und 9 vollständig durchoxidiert und in eine SiO2-Schicht 11; 12; 13 umgewandelt. Der Isolatorschichtbereich 11 bedeckt die alte Isolatorrestschicht 3, der Isolatorschichtbereich 12 die Oberfläche über der p-leitenden Zone 4 und die Schicht 13 die etwas veränderte Quelischicht 14. Gleichzeitig mit dieser Oxidation vollzieht sich eine homogene Verteilung des Goldes über die Tiefe des Halbleiterkörpers. Die mittlere Goldkonzentration im Volumen liegt im Dotierungskonzentrationsbereich umAfter this preparation of the disks, the gold diffusion takes place under otherwise normal conditions of temperature and diffusion, with the grave difference in a very aggressive oxidizing atmosphere of water-vapor-laden oxygen. During the diffusion time, this atmosphere alone acts on the silicon body with the double-layer covering of polysilicon / thermally oxidized EK silicon. During this time, the polysilicon covering 6; 7 and 9 is completely oxidized by oxidation and into an SiO 2 layer 11; 12; 13 converted. The insulator layer region 11 covers the old insulator residual layer 3, the insulator layer region 12 the surface above the p-type zone 4 and the layer 13 the somewhat modified source layer 14. Simultaneously with this oxidation, a homogeneous distribution of the gold takes place over the depth of the semiconductor body. The mean gold concentration in the volume is in the doping concentration range
16 3 '16 3 '
10 at/cm .Eine vollständige Sättigung ist bei dieser10 at / cm. A complete saturation is at this
Goldkonzentration noch nicht erreicht, doch zeigen sich in den Bereichen, die 200 - 300 nra unter der Oberfläche liegen, Goldkonzentrationen, die weitaus oberhalb der maximalen Löslichkeitsgrenze des Goldes im EK-Siliziura liegen (Figur 2). An der SiCU-Si-Grenze anzutreffendeGold concentration has not yet been reached, but show in the areas that are 200 - 300 nra below the surface, gold concentrations that are far above the maximum solubility limit of the gold in EK-Siliziura (Figure 2). At the SiCU-Si boundary encountered
18 S18 p
Goldkonzentrationen liegen bei 10 at/cra . Die Goldkonzentration der Quellenschicht 9 liegt nach der Temperung mit einer veränderten Verteilung immer noch oberhalbGold concentrations are at 10 at / cra. The gold concentration of the source layer 9 is still above after annealing with a changed distribution
on i ' on i '
2 x 10 at/cm (Figur 2b). 2 x 10 at / cm (Figure 2b).
Derartig hohe Goldkonzentrationen unter der SiOp-Isolatorschicht 3 schädigen aber noch nicht die Diodencharakteristik. überraschenderweise verbessert sich der Sperrstromspannungsverlauf (Figur 3b) gegenüber den bisher gefundenen Kennlinien.However, such high gold concentrations under the SiO 2 insulator layer 3 do not yet damage the diode characteristic. Surprisingly, the reverse current voltage curve (Figure 3b) improves over the previously found characteristics.
Demgegenüber entziehen sich die Sperrkennlinien von Scheiben, die ohne Anwendung von oxidierbaren Schichtbedeckunen 6; 7; 9 gefahren wurden, dem in Figur 3 verwendeten Darstellungsbereich und sind zu schlecht, ohne daß die Goldkonzentration unter der SiOg-Schicht 3 wesentlich von der oben genannten abweicht. Die aus dem durchoxidierten PoIi-Silizium gebildete Isolatorschicht 12 füllt die ganze öffnung 2 der Isolatorschicht 3 aus. Zura Zwecke der Kontaktierung wird in der Isolatorschicht 12 eine Kontaktlochöffnung 15 angebracht, deren Rand (Figur Ie) genügend weit vom Durchstoßungsverlauf des pn-Oberganges zur Oberfläche des n^-leitenden Halbleiterkörpers 1 entfernt ist. In der Kontaktlochöffnung 15 ist die freie Siliziuraoberfläche über der p-leitenden Zone 4 bloßgelegt. In diese öffnung wird Material zur Kontaktierung der p-leitenden Zone 4 gedampft und legiert. Der p-seitig kontaktierte Scheibenkörper wird zur Vereinfachung des Trennvorganges und zur Kontaktierung der η-leitenden Rückseite zunächst auf eine Dicke von ca. 20OyU"m durch Ätzen reduziert. Die frische Oberfläche 17 der Scheibenruckseite wird! mit einer zusammenhängenden metallischen Auf dampf schicht 18 (Figur If) versehen.In contrast, the blocking characteristics of slices, which without application of oxidizable Schichtbedeckunen 6; 7; 9, the range of presentation used in FIG. 3, and are too poor, without the gold concentration under the SiO 2 layer 3 being substantially different from the above. The insulator layer 12 formed from the through-oxidized poly-silicon fills the entire opening 2 of the insulator layer 3. Zura purposes of contacting a contact hole opening 15 is mounted in the insulator layer 12, the edge (Figure Ie) is far enough away from Durchstoßungsverlauf the pn junction to the surface of the n-type semiconductor body 1. In the contact hole opening 15, the free Siliziuraoberfläche above the p-type zone 4 is exposed. In this opening material for contacting the p-type zone 4 is evaporated and alloyed. The disk body contacted on the p side is first reduced by etching to a thickness of approximately 20 μm by means of etching in order to simplify the separation process and to contact the η-conductive rear side. Figure If) provided.
Ί LΊ L
Der eine Vielzahl unzertrehnter Dioden enthaltende Halbleiterkörper wird nun mit Kontakthügeln 19 aus Edelmetall versehen. Danach folgt eine Vereinzelung der Diodenelemente und problemloses hydromeehanisches Trennen der Ausschüßelemente von den guten Plättchen·The semiconductor body containing a multiplicity of uncoked diodes is now provided with contact bumps 19 made of noble metal. This is followed by separation of the diode elements and problem-free separation of the waste elements from the good platelets by hydromechanical separation.
Infolge der Oxydation der Polisiliziuraschicht 12 während der-Golddiffusion wird die Ausdiffusion von Bor auf der p-leitenden Zons 4 und die Verminderung von Akzeptoren im Bereich des Metall-Halbleiterkontaktes der Kontaktlochöffnung 15 verhindert. Dadurch können höhere Flußströme bei gleicher Spannung durch den pn-Obergang gezogen werden.Owing to the oxidation of the polysilicon layer 12 during the gold diffusion, the outdiffusion of boron on the p-type zone 4 and the reduction of acceptors in the area of the metal-semiconductor contact of the via opening 15 are prevented. As a result, higher flux currents at the same voltage can be pulled through the pn junction.
Als Kontrollverfahren für die Entfernung der neugebildeten Isolatorschicht 12 aus dem Bereich der Kontaktlochöffnung hat sich der Entnetzungstest in der SiO2~Ätzlösung aU1S Ammoniumbifluorid erwiesen. Solange noch SiO«- Schichten auf dem einkristallinen Silizium über der pleitenden Zone 4 oder über dem polikristallinen Silizium der Schicht 6 vorliegen, benetzt das Ätzmittel die Oberfläche voll. Freie Si-Qberflachen werden vom Ätzmittel voll entnetzt.As a control method for the removal of the newly formed insulator layer 12 from the contact hole opening area, the dewetting test in the SiO 2 etching solution has proven to be 1 S ammonium bifluoride. As long as SiO.sub.2 layers are present on the monocrystalline silicon above the plowing zone 4 or above the polycrystalline silicon of the layer 6, the etchant fully wets the surface. Free Si surfaces are fully dewaxed by the etchant.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD24012782A DD207590A1 (en) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | METHOD FOR PRODUCING PRECIO-METAL-FOUNDED, ISOLATOR-LAYER PASSIVATED PN CONVERSIONS FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD24012782A DD207590A1 (en) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | METHOD FOR PRODUCING PRECIO-METAL-FOUNDED, ISOLATOR-LAYER PASSIVATED PN CONVERSIONS FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD207590A1 true DD207590A1 (en) | 1984-03-07 |
Family
ID=5538777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD24012782A DD207590A1 (en) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | METHOD FOR PRODUCING PRECIO-METAL-FOUNDED, ISOLATOR-LAYER PASSIVATED PN CONVERSIONS FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD207590A1 (en) |
-
1982
- 1982-05-25 DD DD24012782A patent/DD207590A1/en not_active IP Right Cessation
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