DE2053785A1 - Boron doped silicon mfr - using boron enriched oxygen atmos - at diffusion temp - Google Patents

Abstract

The silicon bodies are placed in a chamber at diffusion temp. and a stream of carrier gas, predominantly oxygen esp., 80% min., containing inert gas, esp., nitrogen, enriched with a boron compound e.g., boracic acid ester esp., boracic acid methyl ester, passed through the chamber. The resultant boron doping conc. is uniformly distributed and the oxygen prevents formation of insoluble glass layers.

Description

Bordiffusionsverfahren für Silizium Die Erfindung be-trifft ein Bordiffusionsverfahren für Silizium, besonders zum Dotieren von Silizium-TIalbleiterkörpern mit durch Läppen und durch chemisches und/oder mechanisches Polieren erzeugten unterschiedlichen Oberflächenstrukturen, Zum Einbringen eines Diffusorelementes in einen Festkörper ist unter den bekannten Diffusionsverfahren die Trägergasdiffusion, auch Dampf-Festkörperdiffusion genannt, beim Vorliegen bestimmter Voraussetzungen ein bevorzugtes Verfahren, da für die Diffusion nur ein thermischer Prozeß ecforderlich ist.Boron diffusion process for silicon The invention relates to a boron diffusion process for silicon, especially for doping silicon semiconductor bodies with by lapping and different ones produced by chemical and / or mechanical polishing Surface structures, for introducing a diffuser element into a solid body One of the known diffusion processes is carrier gas diffusion, also known as vapor-solid diffusion called, if certain conditions are met, a preferred method because only one thermal process is required for diffusion.

Die in einem Reaktionsraum untelgebrachten Siliziumkörper werden einem Trägergasstrom ausgesetzt, der die Störelemente als Diffusorelemente enthält und bis zur entsprechenden Diffüsionstemperatur erwärmt. Das Störelement wird entweder in elementarer Form oder in Form einer chemischen Verbindung durch Verdampfen in den Trägergasstrorn eingebrach-t.The silicon bodies placed in a reaction space become one Exposed carrier gas flow which contains the interfering elements as diffuser elements and heated up to the corresponding diffusion temperature. The interfering element is either in elemental form or in the form of a chemical compound by evaporation in introduced the carrier gas stream.

Für Bordiffusionsverfahren wird insbesondere in der Halbleitertechnik den Verbindungen Bortrioxid und Bortrichlorid der Vorzug gegeben. Bortrichlorid hat den Vorteil, daß es sich bei Raumtemperatur in flüssigem Zustand befindet und dabei einen hohen Dampfdruck besitzt.Boron diffusion processes are used in particular in semiconductor technology preference is given to the compounds boron trioxide and boron trichloride. Boron trichloride has the advantage that it is in the liquid state at room temperature and has a high vapor pressure.

Zur Vermeidung der Ausbildung von schwer lösbaren Glas-Schichten ist es bekannt, daß dem Trägergasstrom ein hoher Anteil an Sauerstoff zugesetzt werden muß.To avoid the formation of difficult to remove glass layers is it is known that a high proportion of oxygen is added to the carrier gas stream got to.

Die bekannten Borträgergasdiffusionsverfahren haben den Nachteil, daß insbesondere beim Vorliegen unterschiedlich aufbereiteter Oberflächen auf dem Siliziumkörper, die Oberflächenkonzentration des Diffusors auf den Silizivikörperflächen unterschiedlich ausfällt. Das ist besonders in der Halbleitertechnik unerwünscht, da von der Gleichmässigkeit der Oberflächenkonzentration die Ausbildung bestimmter Bauelemente bzw. deren Qualität abhängig ist.The known boron carrier gas diffusion processes have the disadvantage that especially when there are differently prepared surfaces on the Silicon body, the surface concentration of the diffuser on the silicon body surfaces turns out differently. This is particularly undesirable in semiconductor technology, because the evenness of the surface concentration determines the formation Components and their quality is dependent.

Zweck der Erfindung ist es, die nachteiligen Auswirkungen, die eine ungleichmäßige Oberflächenkonzentration vor Dor, besonders an den Oberflächen von Halbleiterkörpern, bringt, zu beseitigen.The purpose of the invention is to reduce the adverse effects that a uneven surface concentration in front of Dor, especially on the surfaces of Semiconductor bodies, brings to eliminate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bordiffusionsverfahren für Trägergasdiffusion zu entwickeln, das unter Vermeidung der Ausbildung von schwer lösbaren Glas-Schichten auch beim Vorliegen verschiedener Oberflächenstrukburen auf einem Siliziumkörper gleichzeitig eine gleich große Oberflächenkonzentration ergibt.The invention is based on the object of a boron diffusion process for carrier gas diffusion to develop while avoiding the formation of difficult removable glass layers even with different surface structures at the same time an equally large surface concentration on a silicon body results.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch geliJst, daß bei der Dampf-Festkörperdiffusion dem Trägergasstrom ein mit einem Borsäureester angereichertes inertes Gas zugesetzt wird. Der Trägergasstrom wird in bekannter Weise mit einem hohen Anteil an Sauerstoff versehen und nach der Anreicherung mit Bor durch die zugesetzte Borverbindung über die in einem Reaktionsraum untergebrachten und auf Diffusionstemperatur gebrachten Siliziumkörper geleitet.According to the invention, the object is achieved in that in the case of vapor-solid diffusion an inert gas enriched with a boric acid ester is added to the carrier gas stream will. The carrier gas stream is in a known manner with a high proportion of oxygen provided and after enrichment with boron by the added boron compound those housed in a reaction chamber and brought to diffusion temperature Silicon body passed.

Geeignete Borsäureester sind z.B. Borsäuretriäthylester und Borsäuretripropylester, die bei höheren Temperaturen auf die benötigte Abdampfrate von 2 bis 5 ml pro Std. zu bringen sind.Suitable boric acid esters are, for example, boric acid triethyl ester and boric acid tripropyl ester, which at higher temperatures to the required evaporation rate of 2 to 5 ml per hour. are to be brought.

Vor-eilhaft is @ für die Anreicherung des inerten Gases Borsäuremethylester zu verwenden, da dieser bereits bei Raumtemperstur eine ausreichende Abdampfrate hat und besonders gute Ergebnisse zu erhalten sind.It is urgent to enrich the inert gas boric acid methyl ester to be used, as this already has a sufficient evaporation rate at room temperature and particularly good results can be obtained.

Für das inerte Gas hat sich Stickstoff gut bewährt.Nitrogen has proven itself well for the inert gas.

Schwer lösbare Glas-Schichten werden zuverlässig vermieden, wenn ein Trägergas mit mindestens 80% Sauerstoffanteil eingesetzt wird.Difficult to detach glass layers are reliably avoided if a Carrier gas with at least 80% oxygen content is used.

Zur Beschleunigung des Diffusionsprozesses wird nach ausreichender Abscheidung von Bor auf den Siliziumkörpern der mit Borsäuremethylester angereicherte Stickstoffstrom durch einen reinen Stickstoffstrom ersetzt und gleichzeitig eine Erhöhung der Diffusionstemperatur um wenigstens 10% vorgenomen. Bei dieser Temperatur wird bis zur gewünschten Eindringtiefe und Oberflächenkonzentration weiter diffundiert.To accelerate the diffusion process is sufficient after Deposition of boron on the silicon bodies enriched with boric acid methyl ester Nitrogen flow replaced by a pure nitrogen flow and at the same time a Increase in the diffusion temperature by at least 10%. At this temperature is further diffused to the desired penetration depth and surface concentration.

Überraschenderweise ergibt das Zusetzen eines inerten Gases, das Lit einem Borsäureester angereichert ist, auch bei unterschiedlich aufbereiteten Oberflächen auf den Siliziumkörpern gleichzeuitig in allen Strukturbereichen Oberflächenkonzen rationen von gleicher Größe. Dies ist auch bei hoher Oberflächenkonzentration, die ohne weiteres mit mehr als 1020 cm-3 zu er@eichen ist, der Fall. Außerde@ kann mit eine@ sauerstoffreichen Trägergasstro@ gearbeitet werden, s@ daß die Sili@iu@k@rper frei von schwer lösbaren Glas-Schie@@en bleiber.Surprisingly, the addition of an inert gas, the ref enriched with a boric acid ester, even with differently prepared surfaces Surface concentrations on the silicon bodies in all structural areas at the same time rations of the same size. This is also at high surface concentration that can easily be calibrated with more than 1020 cm-3, is the case. Also @ can with an oxygen-rich carrier gas flow must be used so that the sili @ iu @ body free of difficult-to-remove glass slides.

Zur näheren F@@äuterung soll das folgende Beispiel dienen: In einer @eak@ionsrau von 40 mm und 1 000 mm Länge it einer Diffusions@one von 300 mm Länge sind die n-leitenden Silizium-Hal@leiterkörper auf die Diffusionstemperatur von ca. 1 000 @C gebracht worden. Die Silizium-Halbleiterkorper haben eine geläppte und eine polierte Oberfläche.The following example should serve as a more detailed explanation: In a @ eak @ ionsrau of 40 mm and 1,000 mm in length with a diffusion @ one of 300 mm in length are the n-conductive silicon halide bodies to the diffusion temperature of approx. 1 000 @C have been brought. The silicon semiconductor bodies have a lapped one and a polished surface.

über diese Halbleiterkörper wird zur Stabilisierung des Reaktionsprozesses über eine Dauer von etwa 5 min ein aus 90% Sauerstoffanteil und 10% Stickstoffan-teil bestehender Trägergasstrom, der durch getrennte Zufuhr der Kotnponenten gebildet wird, geleitet.This semiconductor body is used to stabilize the reaction process Over a period of about 5 minutes, a proportion of 90% oxygen and 10% nitrogen existing carrier gas flow, which is formed by separate supply of the components is directed.

Dann wird der Stickstoffstrom bei Raumtemperatur durch Borsäurernethylester geleitet und bis zur Sättigung angereichert.The stream of nitrogen is then replaced by ethyl borate at room temperature directed and enriched to saturation.

Dieser gesättigte Stickstoffstrom wird nun etwa 60 min dem Trägergasstrom mit weiterhin 90% Sauerstoffanteil zugeführt.This saturated nitrogen flow now becomes the carrier gas flow for about 60 minutes continued to supply 90% oxygen.

In dieser Zeit ist eine ausreichende Abscheidung von Bor erfolgt. Nun wird der mit Borsäuremethylester gesättigte Stickstoffstrom durch einen reinen Stickstoffstrom ersetzt.During this time, sufficient deposition of boron has taken place. Now the nitrogen stream saturated with boric acid methyl ester is replaced by a pure Replaced nitrogen flow.

Gleichzeitig werden die Silizium-Halbleiterkörper auf eine Temperatur von 1 250 0C gebracht und bei dieser Temperatur weitere 60 min diffundiert.At the same time, the silicon semiconductor body is brought to a temperature brought from 1 250 0C and diffused at this temperature for a further 60 min.

Während des gesamten Diffusionsprozesses ist die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffes auf 30 Ltr. pro Std. und die AbdalLpfungsrate des Borsäuremethylesters auf 2 ml pro Std. eingestellt.During the entire diffusion process, the flow velocity is of the oxygen to 30 liters per hour and the drainage rate of the boric acid methyl ester set to 2 ml per hour.

Sämtliche Oberflächen der so behandelten Silizium-Halbleiterkörper haben homogene Diffusionsschichten mit einer gleichmäßigen Oberflächenkonzentration von 1O20cm3.All surfaces of the silicon semiconductor bodies treated in this way have homogeneous diffusion layers with a uniform surface concentration of 1O20cm3.

Claims (5)

Paten t:ansprüche:Patents: claims: 1. Bordiffusionsverfahren, bei dem ein vorwiegend aus Sauerstoff bestehendes Trägergas mittels einer Borverbindung mit Bor angereichert und über die in einem Reaktionsraum angeordneten sowie auf Diffusionstemperatur gebrachten Festkörper geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trägergas ein mit einem Borsäureester angereichertes inertes Gas zugesetzt wird.1. Boron diffusion process, in which a predominantly oxygen Carrier gas enriched with boron by means of a boron compound and over the in one Solid body arranged in the reaction space and brought to diffusion temperature is passed, characterized in that the carrier gas is a boric acid ester enriched inert gas is added. .2. Bordiffusionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anreicherung des inerten Gases Borsäuremethylester verwendet wird..2. Boron diffusion method according to claim 1, characterized in that that boric acid methyl ester is used for the enrichment of the inert gas. 3. Bordiffusionsverfahren nach Amspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das inerte Gas Stickstoff verwendet wird.3. Boron diffusion method according to claim 1 or 2, characterized in that that nitrogen is used for the inert gas. 4. Bordiffusionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas mit mindestens 80% Sauerstoffanteil eingesetzt wird.4. Bordiffusion method according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a carrier gas with at least 80% oxygen is used will. 5. Bordiffusionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach ausreichender Abscheidung von Bor auf den Festkörpern der mit. Borsäuremethylester angereicherte Stickstoffstrom durch einen reinen Stich.5. Boron diffusion method according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that after sufficient deposition of boron on the solids of the with. Boric acid methyl ester enriched nitrogen stream through a pure sting. stoffstrom ersetzt und gleichzeitig eine Erhöhung der Diffusionstemperatur um mindestens 10% vorgenommen wird. Substance flow replaced and at the same time an increase in the diffusion temperature by at least 10%.