DD144677A1 - ARSEN SILICATE GLASS LAYER FOR THE PRODUCTION OF N-LEADING SEMICONDUCTOR AREAS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arsen-Silikatglasschicht zur Erzeugung n-leitender Halbleitergebiete und auf ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren. Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von hoch arsendotierten Halbleitergebieten mit defektfreier Oberfläche und damit verbunden in der Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit.einer Arsen-Silikatglasschic'nt als Quellschicht zur Erzeugung n-leitender Halbleitergebiete. Es ist zur Aufgabe gestellt, eine Arsen-Silikatglasschicht zur Verfügung zu stellen, die bei einer Hochteraperaturbehandlung nicht zur Kristallitbildung neigt. Als Lösung wird eine Arsen-Silikatglasschicht mit einem geringen ß2°3’*Anteil und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren angegeben, bei dem dem Reaktionsgemisch eine borhaltige Substanz, insbesondere in Form von Diboran (B2Hg) zugesetzt wird.The invention relates to an arsenic silicate glass layer for generating n-type semiconductor regions and on a Method for depositing such a layer Semiconductor material according to the low-temperature CVD method. The object of the invention is to produce high arsendotierten semiconductor areas with defect-free surface and associated with this in the increase of the yield in the Production of semiconductor devices mit.einer Arsenic silicate glass sheet as a source layer for generating n-type Semiconductor regions. It is set to the task, one To provide arsenic-silicate glass layer, which in a Hochteraperatur treatment does not tend to crystallite formation. The solution is an arsenic-silicate glass layer with a small ß2 ° 3 '* proportion and a method for depositing such a layer by the low-temperature CVD method in which the reaction mixture is a boron-containing Substance, in particular in the form of diborane (B2Hg) is added.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Arsen-Silikatglasschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren.The invention relates to an arsenic-silicate glass layer for producing η-conductive semiconductor regions and to a method for depositing such a layer on semiconductor material by the low-temperature CVD process.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete eine dotierte Silikatglasschicht zu verwenden, die zur kontrollierten, oberflächlichen Dotierung des Halbleitermaterials eine definierte Menge eines leitungstypbestimmenden St orstoffs enthält. Als "Btörstoffe finden Phosphor, Arsen oder Antimon Verwendung, die während der Abscheidung der Silikatglasschicht in gasförmiger oder flüssiger Form, beispielsweise als Phosphin, Arsin, Antimonhydrid, Arsentri-·- . chlorid oder Phosphoroxychlorid zugesetzt werden·For producing η-conductive semiconductor regions, it is known to use a doped silicate glass layer which contains a defined amount of a conductive type-determining substance for the controlled superficial doping of the semiconductor material. "Btörstoffe find use phosphorus, arsenic or antimony, which are added during the deposition of the silicate glass layer in gaseous or liquid form, for example as a phosphine, arsine, antimony hydride, arsenic trichloride or phosphorus oxychloride.

Die Erzeugung von dotierten und undotierten Silikatglasschichten bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen durch "Chemical Vapour Deposition" (CVD) bei niedriger Temperatur durch Silanoxydation und die.Anwendung dieser Silikatglasschichten als Isolations-,' Passivierungs- bzw. Quellschichten zur oberflächlichen Dotierung von Halbleitern sind hinreichend bekannt C\j · The generation of doped and undoped silicate glass layers in the fabrication of semiconductor devices by "chemical vapor deposition" (CVD) at low temperature by silane oxidation and the use of these silicate glass layers as insulation, passivation layers for surface doping of semiconductors are well known C \ j ·

Zur Eindiffusion des betreffenden Störstoffs in das Halb-For diffusion of the relevant contaminant into the half

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leitermaterial wird nach der Abscheidung der dotierten Silikatglasschicht auf das Halbleitermaterial eine Hochtemperaturbehandlung durchgeführt.Conductor material is carried out after the deposition of the doped silicate glass layer on the semiconductor material, a high temperature treatment.

Arsensilikatglaser neigen während dieser Hochtemperaturbehandlung zur Phasentrennung mit der Bildung kristalliner Gebiete. Dieses Verhalten ist bei hoher As-Konz. im Glas besonders ausgeprägt. Diese kristallinen Defektgebiete, aus der Literatur als "kristallite" /2,3/ bekannt, durchwachsen das Arsensilikatglas während der Temperaturbehandlung bis zur Oberfläche des Halbleitermaterials. Die Kristallitdichte, d. h· die Zahl der Kristallite bezogen auf eine Flächeneinheit auf der Silikatglasoberflache, und die Größe der Kristallite sind abhängig vom Arsenoxidgehalt des Silikatglases und von den Parametern der nachfolgenden Temperaturbehandlung, wie Temperatur, Zeit und Diffusionsatmosphäre. Ist das Arsensilikatglas auf einem mit Oxid maskierten Halbleitermaterial abgeschieden worden, so wachsen die Kristallite während der Temperaturbehandlung bei hohem Arsenoxidgehalt des Silikatglases und bei hoher Temperaturbelastung auch durch die Oxidmaske bis zum Halbleitermaterial hindurch. Durch die Kristallite werden in der Halbleiter-Oberfläche punktförmige Störungen und in der Oxidmaske - beim Ätzen der Arsensilikatglasschicht - Löcher hervorgerufen. Es ist deshalb ohne Zusatzmaßnahmen nicht möglich, aus hochdotierten Arsensilikat-Quellschichten arsendotierte Halbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche herzustellen. Die nachteilige Auswirkung der Kristallite auf die Ausbeute an Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltkreise wurde von Parekh in "Arsenic-doped Polykristalline Silicon Film for Bipolar IC" ß\J durch den eindeutigen Zusammenhang zwischen Kristallitdichte und Zahl der Ausfälle von Bauelementen nachgewiesen. · Arsenic silicate glasses tend to form crystalline domains during this high temperature phase separation process. This behavior is at high As conc. particularly pronounced in the glass. These crystalline defect areas, known from the literature as "crystallites" / 2, 3, cross the arsenic silicate glass during the temperature treatment to the surface of the semiconductor material. The crystallite density, d. The number of crystallites per unit area on the silicate glass surface, and the size of the crystallites are dependent on the arsenic oxide content of the silicate glass and on the parameters of the subsequent temperature treatment, such as temperature, time and diffusion atmosphere. If the arsenic silicate glass has been deposited on a semiconductor material masked with oxide, the crystallites also grow through the oxide mask to the semiconductor material during the temperature treatment at a high arsenic oxide content of the silicate glass and under high temperature stress. The crystallites cause punctiform perturbations in the semiconductor surface and holes in the oxide mask - the etching of the arsenic silicate glass layer. It is therefore not possible without additional measures to produce arsendotierte semiconductor regions with defect-free surface of highly doped arsenic silicate layers. The detrimental effect of the crystallites on the yield of semiconductor devices or integrated circuits has been demonstrated by Parekh in "Arsenic-doped Polycrystalline Silicon Film for Bipolar IC" β \ J by the clear relationship between crystallite density and number of device failures. ·

Zur Vermeidung der Kristallitbildung bei der Arsendiffusion aus Arsensilikatglas mit hoher Arsenkonzentration wurde vonTo avoid the crystallite formation during arsenic diffusion from arsenic silicate glass with high arsenic concentration was

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Kirita u. a. in "Improved High-Concentration Arsenic Diffusion in Silicon from Double-Layer Sources" /3/ vorgeschlagen, eine Doppelschicht als Diffusionsquelle zu verwenden. Diese Doppelschicht besteht aus einer dünnen, hoch arsendotierten Poly-Siliziumschicht als Unterlage und einer darauf abgeschiedenen, hoch arsendotierten Silikatglasschicht. Damit werden defektfreie Halbleiteroberflächen erzielt.Kirita u. a. in "Improved High-Concentration Arsenic Diffusion in Silicon from Double-Layer Sources" / 3 / proposed to use a double layer as a diffusion source. This double layer consists of a thin, highly arsenic-doped poly-silicon layer as a substrate and a highly arsenic-doped silicate glass layer deposited thereon. This achieves defect-free semiconductor surfaces.

Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß zusätzlich eine Poly-Siliziumabscheidung notwendig ist, die erhöhten Kosten- und Anlagenaufwand erfordert.This procedure has the disadvantage that in addition a poly-silicon deposition is necessary, which requires increased costs and equipment.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung von hoch arsendotierten Ealbleitergebieten mit defektfreier Oberfläche und damit verbunden in der Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen eine Arsen-Silikatglasschicht auf Halbleitermaterial als Quellschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete abgeschieden und einer anschließenden Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird.The object of the invention is to produce highly arsenic-doped semiconductor regions having a defect-free surface and, associated therewith, increasing the yield in the production of semiconductor devices in which an arsenic-silicate glass layer is deposited on semiconductor material as a source layer for producing η-conductive semiconductor regions and a subsequent high-temperature treatment is subjected.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arsen-Silikatglasschicht als Quellschicht zur Erzeugung hochdotierter η-leitender Halbleitergebiete, die bei einer· Hochtemperaturbehandlung nicht zur Kristallitbildung neigt, und ein Verfahren zur Abscheidung einer solchen Schicht auf Halbleitermaterial nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren zur Verfugung zu stellen.The invention is based on the object of providing an arsenic-silicate glass layer as a swelling layer for producing highly doped η-conductive semiconductor regions, which does not tend to crystallite formation during high-temperature treatment, and a process for depositing such a layer on semiconductor material by the low-temperature CVD process deliver.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Arsen-Silikatglasschicht einen geringen BpO^-Anteil besitzt und somit ein ternäres Mischsilikat mit den Bestandteilen SiO₂» AspO^ und B₂O- darstellt, indem das Boroxid als Glas-According to the invention the object is achieved in that the arsenic silicate glass layer has a low BpO ^ moiety and thus a ternary mixing silicate with the components SiO ₂ »ASPO ^ and B ₂ represents O, by the boron oxide as a glass

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bildner wirkt.artist works.

Da das Boroxid gleichzeitig durch Eindiffusion von Bor in das Halbleitermaterial p-Leitfähigkeit verursacht, ist allerdings der Boroxidanteil so gering zu wählen, daß die durch die Arsendiffusion entstehende η-Leitfähigkeit kaum verändert wird. Dieser Forderung kann dadurch entsprochen werden, daß das Verhältnis der bor- und arsenhaltigen Substanzen während der Abscheidung etwa auf 1 zu 10 eingestellt wird, wenn Diboran und Arsin verwendet werden. Die Konzentration der arsenhaltigen Substanz richtet sich nach der jeweils erforderlichen Leitfähigkeit des entstehenden n-leitenden Halbleitergebietes.Since the boron oxide simultaneously causes p-conductivity by diffusion of boron into the semiconductor material, however, the proportion of boron oxide is to be selected so small that the η-conductivity resulting from the arsenic diffusion is scarcely changed. This requirement can be met by setting the ratio of the boron- and arsenic-containing substances during deposition to about 1 to 10 when using diborane and arsine. The concentration of the arsenic-containing substance depends on the respectively required conductivity of the resulting n-type semiconductor region.

Erfindungsgemäß wird die Arsen-Silikatglasschicht nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren unter Zusatz von Boroxid abgeschieden. Boroxid wird gebildet, indem zum Reaktionsgemische das aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und einer arsenhaltigen Substanz (z. B. AsH^, AsClO besteht, eine borhaltige Substanz (z. B. Diboran) zugesetzt wird. Durch Reaktion mit dem Sauerstoff wird die borhaltige Substanz in Boroxid übergeführt. Nach Abscheidung dieser dotierten Silikatglasschicht auf dem Halbleitermaterial wird bekanntermaßen eine Hochtemperaturbehandlung zur oberflächlichen Dotierung des Halbleitermaterials durchgeführt. Infolge des BpO^-Anteils wird dabei die Bildung von Kristalliten in der Arsen-Silikatglasschicht verhindert und damit wird gleichzeitig die Ursache zur Ausbildung der Oberflächendefekte auf dem Halbleiter beseitigt.According to the invention, the arsenic-silicate glass layer is deposited by the low-temperature CVD method with the addition of boron oxide. Boron oxide is formed by adding to the reaction mixture consisting of nitrogen, oxygen, silane and an arsenic-containing substance (eg AsH 2, AsCl 2 O) a boron-containing substance (eg diborane) After deposition of this doped silicate glass layer on the semiconductor material, a high-temperature treatment for superficial doping of the semiconductor material is known to be carried out.As a result of the BpO 2 content, the formation of crystallites in the arsenic-silicate glass layer is prevented and at the same time the cause for formation eliminates the surface defects on the semiconductor.

Dieses Verfahren hat gegenüber dem Verfahren nach Kirita u. a. /*2/ zur Vermeidung der Kristallitbildung bei der Arsendiffusion den Vorteil, daß ein zusätzlicher Teilschritt nicht erforderlich ist und damit kein erhöhter Kosten- und Anlagenaufwand erforderlich wird. 'This method has compared to the method according to Kirita u. a. / * 2 / to avoid the crystallite formation in Arsendiffusion the advantage that an additional sub-step is not required and thus no increased cost and investment costs is required. '

Die in das Halbleitermaterial eindiffundierende Bormenge kann erfindungsgemäß auch dadurch reduziert werden, daß zu-According to the invention, the amount of boron diffusing into the semiconductor material can also be reduced by adding

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nächst eine reine Arsen-Silikatglasschicht auf dem Halbleitermaterial und darauf das ternäre Mischsilikat mit einem BpO^-Anteil abgeschieden wird.Next, a pure arsenic-silicate glass layer on the semiconductor material and on the ternary mixed silicate with a BpO ^ -Anteil is deposited.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit, die eindiffundierende Bormenge gering zu halten, wird durch die Ausführung der Ho c ht emp er at urb e handl ung in einer Op-Atmo sphäre durch die sich bildende dünne SiOo-Zwischenschicht zwischen Arsensilikatglas und Halbleitermaterial erreicht·A further possibility according to the invention for keeping the amount of diffusing light small is achieved by carrying out the heat treatment in an op-atmosphere through the thin thin SiO 2 interlayer between arsenic silicate glass and semiconductor material.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments.

1. Auf einer Medertemperatur-CVD-Anlage, die zur Abscheidung dotierter Silikatglasschichten durch Silanoxydation bei etwa 450⁰C geeignet ist, wird dem aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und Arsin bestehenden Reaktionsgemisch über einen zusätzlichen Strömungszweig Diboran zugesetzt. Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches richtet sich nach der verwendeten Anlage und der angestrebten Größe der η-Leitfähigkeit, die durch die Hochtemperaturbehandlung in den teilweise mit einer Oxidmaske bedeckten p-Siliziumsubstraten erzeugt werden soll. Das Verhältnis von Arsin zu Diboran wird auf 10 zu 1 eingestellt. Durch Sauerstoffoxydation entsteht das ternäre Mischsilikatglas aus SiO_P, As₂O.. und B₂O^.1. On a Medertemperatur-CVD plant, which is suitable for the deposition of doped silicate glass layers by silane oxidation at about 450 ⁰ C, the mixture of nitrogen, oxygen, silane and arsine is added via an additional flow branch diborane. The composition of the reaction mixture depends on the equipment used and the desired size of the η-conductivity, which is to be generated by the high-temperature treatment in the partially covered with an oxide mask p-type silicon substrates. The ratio of arsine to diborane is set to 10 to 1. By oxygen oxidation, the ternary mixed silicate glass of SiO _P , As ₂ O .. and B ₂ O ^.

Anschließend wird eine Hochtemperaturbehandlung zur Eindiffusion des Arsens in das Siliziumsubstrat vorgenommen. Während dieser Temperaturbehandlung, die bei .1050 , 90 Minuten lang in einer Mischatmosphäre von 25 % 0_P in J₂ durchgeführt wird, findet keine Kristallitbildung im Mischsilikat statt. Defekte auf der Halbleiteroberfläche, hervorgerufen durch die .Kristallitbildung im Mischsilikat und in der Oxidmaske, treten nicht auf. Beträgt die Arsinkonzentratitra 9 "Vo1-% bezogen auf Silan,Subsequently, a high-temperature treatment for the diffusion of the arsenic is carried out in the silicon substrate. During this temperature treatment, which is carried out at .1050 for 90 minutes in a mixed atmosphere of 25% O _P in J ₂ , no crystallite formation takes place in the mixed silicate. Defects on the semiconductor surface, caused by the crystallite formation in the mixed silicate and in the oxide mask, do not occur. If the arsine concentrate is 9% by weight, based on silane,

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so wird nach dieser Hochtenrceraturbehandlung ein Schichtwiderstand von 32 Ohm/Qu gemessen. Die Änderung des Schichtwiderstandes der n-leitenden As-dotierten Siliziumschicht durch eindiffundiertes Bor beträgt weniger als 10 % gegenüber dem Schichtwiderstandswert ohne Borzusatz.Thus, after this high temperature treatment, a sheet resistance of 32 ohms / square is measured. The change in the sheet resistance of the n-type As-doped silicon layer by diffused boron is less than 10% compared to the sheet resistance value without added boron.

2. Es wird zunächst unter den gleichen Bedingungen wie im 1. Ausführungsbeispiel auf einen p-leitenden Siliziumsubstrat eine binäre Arsen-Silikatglasschicht abgeschieden. Das Arsin-Silan-Verhältnis beträgt 9 Vol-%. Darauf wird unter Diboranzusatz ein ternäres Mischsilikat in dem der Diborananteil 1:10 bezogen auf Arsin beträgt, abgeschieden. Anschließend wird die gleiche Hochtemperaturbehandlung zur Eindiffusion des Arsen in das Halbleitermaterial durchgeführt.2. First, a binary arsenic-silicate glass layer is deposited on a p-type silicon substrate under the same conditions as in the first exemplary embodiment. The arsine-silane ratio is 9% by volume. Then a ternary mixed silicate in which the diborane content is 1:10 based on arsine is deposited under addition of diborane. Subsequently, the same high-temperature treatment is carried out for the diffusion of the arsenic into the semiconductor material.

Die Kristallitdichte im Arsen-Silikatglas ist auf den Wert Null reduziert und der Schichtwiderstandswert der η-leitenden As-dotierten Halbleiterschicht ist gegenüber der Diffusion aus einer reinen Arsensilikatglasschicht unverändert 32 Ohm/Qu.The crystallite density in the arsenic-silicate glass is reduced to the value zero and the sheet resistance value of the η-type As-doped semiconductor layer is unchanged from the diffusion from a pure arsilicate glass layer unchanged 32 Ohm / Qu.

Je nach erforderlichem Schichtwiderstand sind andere Parameter für die Arsinkonzentration und die Hochtemperaturbehandlung zu wählen. Typischerweise bewegen sich die Arsinkonzentrationen im Bereich 5 "bis 15 Vol-% und die Temperaturen und Zeiten der Eochtemperaturbehandlung zwischen 1000-1100⁰C und 30 min bis 120 min.Depending on the required sheet resistance, other parameters for the arsine concentration and the high-temperature treatment must be selected. Typically, the Arsinkonzentrationen move in the region 5 'to 15% by volume, and the temperatures and times of Eochtemperaturbehandlung between 1000-1100 ⁰ C and 30 min to 120 min.

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Claims (3)

214 021214 021 Erfindungsanspruchinvention claim 1. Arsensilikatglasschicht zur Erzeugung η-leitender Halbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche, gekennzeichnet dadurch, daß diese Schicht ein ternäres Mischsilikat darstellt und aus den Bestandteilen SiC^, AS2O0 und BoO~ besteht und der B,
Anteils beträgt,1. Arsenic silicate glass layer for producing η-conductive semiconductor regions with a defect-free surface, characterized in that this layer is a ternary mixed silicate and consists of the components SiC ^, AS2O0 and BoO ~ and the B,
Proportion is, steht und der Β~0^-Anteil etwa ein Fünftel desstands and the Β ~ 0 ^ share about one-fifth of the 2. Verfahren zur Abscheidung einer Arsensilikatglasschicht als Quellschicht zur Erzeugung hochdotierter n-leitender Ealbleitergebiete mit defektfreier Oberfläche nach dem Niedertemperatur-CVD-Verfahren, bei dem ein Heaktionsgemisch'aus Stickstoff, Sauerstoff, Silan und einer arsenhaltigen Substanz, vorzugsweise Arsin verwendet wird, gekennzeichnet dadurch, daß dem Reaktionsgemisch, eine borhaltige Substanz, insbesondere in Form von Diboran (Β_ηΗ_Λ) zugesetzt wird. Die Diboranzugabe beträgt vorzugsweise etwa /10 der Arsinmenge.2. A method for depositing a Arsenilikatglasschicht as a source layer for producing highly doped n-type Ealbleitergebiete with defect-free surface according to the low-temperature CVD method in which a heaktionsgemisch'aus nitrogen, oxygen, silane and an arsenic substance, preferably arsine is used, characterized in that a boron-containing substance, in particular in the form of diborane (Β _η Η _Λ ), is added to the reaction mixture. The dibor addition is preferably about 10 times the amount of arsine. 3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Halbleitermaterial zunächst eine reine Arsensilikatglasschicht und darauf eine ternäre Mischsilikatglasschicht mit einem BoO-,-Anteil abgeschieden wird.3. The method according to item 2, characterized in that on the semiconductor material, first a pure Arsenilikatglasschicht and then a ternary Mischsilikatglasschicht with a BoO -, - share is deposited. 4-. Verfahren nach Punkt 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Hochtemperaturbehandlung in reiner Sauerstoffatmosphäre ausgeführt wird.4. Process according to item 2 and 3>, characterized in that the subsequent high-temperature treatment is carried out in a pure oxygen atmosphere. (686) ~ ⁹ "(686) ~ ⁹ "