DE2449688C3 - Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone eines Leitfähigkeitstyps in einem Halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone eines Leitfähigkeitstyps in einem Halbleiterkörper

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone eines Leitfähigkeitstyps in einem Halbleiterkörper, bei dem der Dotierungsstoff aus einer polykristallinen oder amorphen Schicht oder aus mehreren polykristallinen und/cder amorphen Schichten in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.
Bei einem derartigen bekannten Verfahren (US-PS 36 64 896) wird der Dotierungsstoff in die amorphe oder polykristalline Schicht durch Abscheiden aus der Gasphase oder durch Verdampfung eingebracht.
Bei der Herstellung von H-ilblcitcrbauelementcn mit dotierten Zonen werden derzeit im wesentlichen zwei Verfahren angewendet, nämlich cinerseils die Diffusion und andererseits die Ionenimplantation.
Beim Diffusionsverfahren wird die Kon/.cnlralion des Doticrungsstoffes an der Oberfläche und der Doiierungsvcrlauf des Halblcitcrkörpers durch die Löslichkeit des Doticrungsstoffes im Halbleiterkörper, die vorgegebene Temperaturbehandlung und die Pro/.cßführung bestimmt. Eine typische Prozeßführung isi beispielsweise die Aufspaltung des Dotierungsverfahrens in eine Belegung zur Erzeugung einer definierten Dotierungsstoffmenge in Oberflächennähe des Halblcitcrkörpers und in eine anschließende Nachdiffusion zur Einstellung der Lage des pn-Übcrgangcs. Durch die im allgemeinen sehr hohe Konzentration der Dotierungsstoffalome an der Oberfläche des Halbleiterkörpers können Gittcrvcrzcrrungcn auftrcicn.
Die hohe Dolierungsstoffkon/.entration an der Oberfläche des Haibleilerkörpers kann bei der Dotierung mitlels der Ionenimplantation (DE-OS 22 24 658) vermieden werden, da bei diesem Doticrungsverfuhrcn die Höhe und die Lage des Doticrungsmaximums von der Ionenenergie und der Implantationsdosis abhängen, ledoch entstehen durch die implantierten Ionen Strahlenschäden in Form von Gitterstörungen, die durch eine anschließende Temperaturbehandlung ausgeheilt werden müssen. Bei hohen Implantalionsdosen (Dotierungskonzentration > ΙΟ18cm-') sind diese Strahlcnschäden, die oft in der Form von sogenannten »Schadenskomplexen« (beispielsweise in der Form einer Verbindung von einer Gitter-Leerstelle und einem Sauerstoffatom) vorliegen, nur bei relativ hohen Temperaturen, insbesondere über 1000°C, vollständig ausheilbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I so weiter auszubilden, daß die Dotierungsstoffverteilung innerhalb der Schicht, aus der der Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, und die Konzentration des Dotierungsstoffes an der Halbleiterkörperoberfläche genau einstellbar sind, so daß das Gitter des Halbleiterkörpers nur möglichst geringe Störungen erleidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dotierungsstoff zuvor in die Schicht(en) durch Ionenimplantation eingebracht wird.
Die Diffusion in den Halbleiterkörper erfolgt also aus einer (oder mehreren) dotierten, polykristallinen oder
ι? amorphen Schicht(en). Die Oberflächenkonzentration des Dotierungsstoffes im Halbleiterkörper ist damit von frei wählbaren Parametern abhängig, nämlich von der Dotierungskonzentration in der (den) Schicht(en) und der Diffusionstemperatur und -dauer. Die Dotierung der Schicht(en) erfolgt wiederum mit großer Genauigkeit durch die Ionenimplantation. Die infolge der Implantation auftretenden Strahlenschäden sind in der polykristallinen oder amorphen Schicht ohne Bedeutung. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Dotierung aller Halbleiter, insbesondere von Halbleitern der Gruppen IV, 111 —V. II —Vl des Periodischen Systems und deren Mischkristalle.
Als Materialien für die Schicht(en) können die genannten Halbleiter in polykristalliner oder amorpher
jo Form sowie ihre Mischungen untereinander oder in mehreren Schichten vorgesehen werden.
Nachfolgend wird ein Beispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
r> F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper mit zwei Fenstern,
Fig. 2 einen Schnitt H-Il durch den in der Fig. 1 dargestellten Halbleiterkörper,
Fig. 3 den Halbleiterkörper der Fig. 2 nach tier Beschichtung mit einer polykristallinen Siliciumschicht. Fig.4 den Doticrungsverlauf in der polykristallinen Siliciumschicht nach der Implantation von Arsen; das Maximum der Dotierung kann hierbei zur Oberfläche oder zur Grenzfläche hin verschoben sein.
Fig. 5 den Doticrungsverlauf in der polykristallinen Siliciumschicht und im cinkristallincn Siliciumkörper nach der Implantation und Diffusion, und
F i g. 6 einen Schnitt durch den Halbleiterkörper nach der Implantation, Diffusion und Metallisierung.
V) Im folgenden wird die Dotierung eines Siliciumkörpcrs mit Arsen beschrieben, wobei für die Schicht polykristallinen Silicium verwendet wird:
Nach der Abdeckung einer Oberfläche 2 eines Siliciumkörpers I mittels einer thermischen oder pyrolytischen Siliciumdioxidschicht 3 werden in die Siliciumdioxidschicht 3 mil Hilfe der bekannten Fotolack- und Ätztechnik Fenster 4,5 geätzt (Fi g. 1,2).
Im nächsten Pro/.cßschrilt wird auf die Oberfläche
der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung eine
w) polykristallinc Siliciumschicht 6 durch ein pyrolytischcs Verfahren aufgebracht. Die Schichtdicke der polykristallinen Siliciumschicht 6 beträgt 0,15 pm bis 0,5 pm. In diese Siliciumschicht 6 werden Arsenionen implantiert. Die Implantationsencrgie £, wird dabei so gewählt, daß
f>5 das Maximum der Verteilung innerhalb der polykristallinen Siliciumschicht 6 liegt. Bei einer Schichtdicke von etwa OJ μπι sollte f, < 300 keV sein. Auf diese Weise entsteht die in der Fig.3 gezeigte Anordnung mit der
dotierten, polykristallinen Siliciumschicht 6.
Die Fig.4 zeigt den Verlauf der Arsendotierung in der polykristallinen Siliciumschicht 6 nach der Implantation, wobei die Implantationsdosis etwa 5 · 10'4 bis 5 · 10">cm-2 beträgt Dabei sind auf der Ordinate die /U-Konzentration k und auf der Abszisse der Abstand d von der Oberfläche 7 der polykristallinen Siliciumschicht 6 über den Fenstern 4, 5 aufgetragen. Mit »A« und »B« sind jeweils die Bereiche der polykristallinen Siliciumschicht 6 und des einkristallinen Siliciumkörpers I angedeutet.
Während eines Diffusionsschrittes von beispielsweise 30 min bei 9500C diffundiert das implantierte Arsen aus der polykristallinen Siliciutnschicht 6 in den einkristallinen Halbleiterkörper 1, wie dies in der Fig.5 angedeutet ist. Auf diese Weise entstehen unterhalb der Fenster 4, 5 mit Arsen dotierte Zonen 8, 9 im Halbleiterkörper 1 (Fig. 6).
Durch eine weitere Fotolack- und Ätztechnik wird die polykristalline Siliciumschicht 6 derart von der Oberfläche der Siliciumdioxidschicht 3 entfernt, daQ nur noch Inseln 10,11 über den Fenstern 4,5 zurückbleiben. Diese Inseln 10, 11 dienen als ohmsehe Kontakte für anschließend aufgebrachte Leitbahnen 12,13 (F i g. 6).
Integrierte bipolare Transistoren, deren mit Arsen dotierte Emitterzonen nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, zeigen eine maximale Stromverstärkung bis zu einem Faktor 500 und Grenzfrequenzen bis zu 4 G Hz.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone eines Leitfähigkeitstyps in einem Halbleiterkörper, bei dem der Dotierungsstoff aus einer polykristallinen oder amorphen Schicht oder aus mehreren polykristallinen und/oder amorphen Schichten in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsstoff zuvor in die Schicht(en) (6) durch Ionenimplantation eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum des Dotierungsverlaufes des in die Schicht(en) (6) implantierten Dotierungsstoffes wenigstens vor der Diffusion im Innern der Schichten) (6) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Schicht(en) 0,15 μιτι bis 0.5 μιη beträgt.
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