DE2109300A1 - Formation of masking, passivating or doping coatings - or contacts - on surfaces of semiconductors - Google Patents

Formation of masking, passivating or doping coatings - or contacts - on surfaces of semiconductors

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Erich Dipl.-Chem.Dr. 8000 München Pammer
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Description

  • Verfahren zum Herstellen von als Mæskierunge-, Passivierungs-, Kontaktierungs- und Dotierungsschichten zu verwendenden Belegungen auf Halbleiterkristalloberflächen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von als Maskierungs-, Passivierungs-, Koiitaktlerungs-und Dotierungsschichten zu verwendenden Belegungen auf Oberflächen von Halbleiterkristallen1 insbesondere aus einkristallinem Silicium, Germanium oder einer AIIIBV-Verbindung.
  • Das Belegen von Halbleiterkristallscheiben mit Dotierungs", Maskierungs-, Passivierungs- und Kontaktierungsschichten für die Fertigung von Halbleiterbauelementen, z. B. für eine anschließende Diffusion, wird im allgemeinen in einer mit dem Stoff erfüllen Atmosphäre durchgeführt. Die Anzahl der Kristallscheiben, die in einem Arbeitsgang gleichzeitig belegt werden können, ist durch den Abstand, den die Scheiben voneinander-haMen müssen, mehr oder weniger begrenzt, je nachdem, wie hoch die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Belegungen sind. Für Halbleiterbaue3.emente mit hoher Leistung, welche relativ große Abmessv.ngen aufweisen, ist dieser Arbeitsgang daher sehr teuer, da nur eine geringe Anzahl von Kristallscheibe gleichzeitig belegt werden kann.
  • Außerdem sind in vielen Fällen keine geeigneten gasförmigen oder leicht flüchtigen Verbindungen zur Hand. Die Heranziehung komplizierter oder schwer zu handhabender Verbindungen wird erforderlich oder man muß ganz auf Gasphasendiffusion verzichten und Pulververfahren etc. einsetzen. Ebenso können Gläser, die aus mehreren Komponenten bestehen, üblicherweise gar nicht auf Haibleiteroberflächen aufgebracht werden, da die einzelnen Komponenten zu schwer oder zu unterschiedlich flüchtig sind.
  • Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, in einfacher und rationeller Weise Belegungen auf Halbleiterkristalloberflächen aufzubringen, welche für spätere Diffusionsprozesse oder zur Kontaktierung dienen sollen.
  • Bei dem zuletzt genannten Verwendungszweck ist es von großer Wichtigkeit, daß die Haftfestigkeit und damit die Kontaktierbarkeit von Metallisierungen auf Halbleiteroberflächen verbesser-t werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erf:indungsgemäß vorgeschlagen, daß der für die 3elegung vorgesehene Stoff in elementarer Form oder als Verbindung in einem Lösungsmittel gelöst oder suspendiert wird, daß durch Versprühen mittels eines Trägergasstroms der Stoff in Form feinster Tröpfchen als Aerosol mit dem Trägergasstrom mitgeführt wird, daß dann das Löuiigsmittel durch Einleiten des Trägergasstroms in einer auf Reaktionstemperatur erhitzen Zone eines Ofens restlos verdampft und der Stoff der zu belegenden Oberfläche in elementarer Form angeboten wird.
  • Es liegt im Rahmen der sorniegenden Erfindung, daß der heißen Reaktionszone mindestens eine weitere Verbindung zugeführt wird, welche mit dem vom Lösungsmittel befreiten Stoff in Reaktion tritt.
  • Für spezielle Anwendungszwecke ist es sehr vorteilhaft, wenn der heißen Reaktionazone ein reduzierend wirkendes Gas zugeführt wird, wodurch der vom Lösungsmittel befreite Stoff zu Metall reduziert wird.
  • Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der lehre der Erfindung wird der vom Lösungsmittel befreite Stoff über eine Düse auf die erhitzte Halbleiteroberfläche geblasen, wo er durch Legieren oder Sintern in eine zusammenhängende Schicht übergeführt wird.
  • Außerdem hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, wenn der als Aerosol vorliegende Stoff vor dem Verdampfen des Lösungsmittels gegen eine Prallplatte geblasen wird, wodurch die größeren Tropfohen abgefangen werden können.
  • Als Reaktionsraum wird zweckmäßigerweise ein Einzonenrohrofen verwendet; als Trägergas ein inertes Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon.
  • Zur Darstellung von Gläsern und Metallegierungen auf Halbleiterkristalloberflächen können nach der Lehre der Erfindung die entsprechenden Tösungsgemische und/oder Gemische von Suspensionen versprüht werden. So wird beispielsweise zur Herstellung einer Gold-Silber-Legierung eine Mischung von wässriger Ohlorogolasäure (HAuCl4) mit Silberammonchlorid (Ag(NH3)2Cl) in entsprechendem Verhältnis in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Ammoniak versprüht. Zur Herstellung einer Platinschicht mtird beispielsweise Hexachloroplatinsäure (H2PtCl6) -Lösung in Gegenwart von Wasserstoff versprüht. Zur Herstellung einer aus einer Legierung von Silber, Gold und Platin bestehenden Schicht werden wässrige Lösungen von Silberammonchlorid, Chlorogoldsäure und Hexachloroplatinsäure im entsprechenden Verhältnis gemischt in Gegenwart von Wasserstoff und Ammoniak versprüht.
  • So lassen sich durch Wechseln der Lösung oder Suspension aufeinanderfolgende Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung herstellen. Durch entsprechende Auswahl oder Zumischungen zum Trägergas können im Gasraum, besonders in der heißen Zone, chemische Reaktionen ablaufen, die zu Belegungen mit neuen Verbindungen führen; so kann z. 3. zur Abscheidung von Arsensulfidglas auf Siliciumoberflächen eine Arsenoxidlösung versprüht werden und dabei Schwefelwasserstoff zum Trägergas zugemischt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit ist nach der Lehre der Erfindung dadurch gegeben, daß zur Dotierung von Silicium mit Antimon Ammonlumantimonit oder Ammoniumantimonat in wässriger Lösung als Aerosol mit dem Trägergasgemisch mitgeführt wird, dann gegen eine Prallplatte geblasen wird und der Aerosolgasstrom in einen auf Diffusionstemperatur erhitzten, mit Siliciumkristallscheiben beschickten Diffusionsofen eingeleitet wird.
  • Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung gelingt es, in einfacher und reproduzierbarer Weise nicht- oder nur relativ schwer flüchtige Substanzen schon bei Raumtemperatur einem Gas strom definiert zuzuführen und anschließend restlos zu verdampfen. Die Verwendung von Einzonenöfen sowie leicht zugänglicher, gefahrlos zu handhabender Dotierungsverbindungen ist damit möglich.
  • Das Verfahren nach der Lehre der BrSindung läßt sich deshalb in besonders vorteilhafter Weise verwenden zur Herstellung von Metallkontakten auf freien und mit Maskierungs- oder Schutzschichten (SiO2, 5i3N4) bedeckten Halbleiterkristalloberflächen, weiter zur Herstellung von Schutzschichten selbst und ganz besonders zur Herstellung von diffundierten Zonen in Halbleiterkörpern.
  • Das Verfahren gestattet die einfache Herstellung mehrer dicker Metallschichten, welche sich wegen ihres außerordentlich guten Haftvermögens durch eine gute Kontaktierbarkeit auszeichnen. Ein weiterer Vorteil gegenüber den durch bekannte Verfahren hergestellten Belegungen ist die Gleichmäßigkeit in der Ausbildung der Schicht. Die Schichten sind deshalb besonders gut geeignet zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere pnp- bzw. npn-Siliciumtransistoren sowie integrierten Schaltungen.
  • Seine Anwendungsweise ist aber nicht allein auf die Halbleitertechnik beschränkt, sondern läßt sich mit gleichem Vorteil auch für die Herstellung von Kontaktschichten und Isolationsschichten bei elektrischen Kondensatoren und Widerständen einsetzen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung Bezug genommen.
  • Fig. 1 zeigt eine zur Herstellung einer Antimondiffusion in Silicium verwendete Apparatur gemäß vorliegender Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt im Schnittbild eine in dieser Apparatur mit einer antimonhaltigen Glasschicht versehene Siliciumkristallscheibe.
  • Fig. 1: Eine 1%ige Lösung von Ammoniumantimonit 1 befindet sich in einem mit einem Steigrohr 2 versehenen Vorratsgefäß 3.
  • Durch Zuführen eines aus Stickstoff oder Argon bestehenden, über den Hahn 15 und den Strömungsmesser 16 auf eine Strömungsgeschwindigkeit von 1ol/min. eingestellten Trägergasstroms wird diese Lösung mit 1% Sauerstoff über den Hahn 17 durch die Düse 4 gegen eine im Reaktionsgefäß 6 mittels einer Halterung 7 befestigte Prallplatte 5 gesprüht und zerstäubt. Während die getrennt zerstäubten (großen) Lösungströpfchen über die Wandung des Reaktionsgefäßes 6 und das Rohr 8 in das Vorratsgefäß 3 zurückfließen, werden die feinst verteilten Lösungströpfchen aus Ammoniumantimonit mittels des Trägergasstroms (Pfeile 9) über die Schliff.- oder Flanschverbindung 1o in den für die Diffusion vorgesehenen Ofenraum 11, in diesem Falle ein Diffusionsrohr aus Quarz mit 60 mm lichter Weite und looo mm Länge, gebracht. In diesem Quarzrohr 11 befinden sich auf einer Stapelvorrichtung 12 in Form eines Quarzschlittens die zu diffundierenden bzw zu belegenden Siliciumkristallscheiben 13. Das Quarzrohr 11 ist mittels eines Heizofens (nicht dargestellt) auf eine Länge von 500 mm auf 12oo0C beheizbar. Beim Einströmen des mit der Ammoniumantimonitlösung beladenen Trägergas stroms in die heiße Ofenzone verdampft zunächst der Wasseranteil des Lösungsmittels, anschließend zersetzt sich das Ammoniumantinonit in Ammoniakgas, Wasserdampf und bei l2oo0C in gasförmiges Antimontrioxid. Das gasförmige Antimontrioxid reagiert mit der Oberfläche der Siliciumkristallscheiben in Gegenwart von Sauerstoff unter Bildung einer So203 - SiO2-Glasschicht,welche dann als feste Diffusionsquelle fungiert, indem Antimon in bekannter Weise in die Siliciumeinkrlstallscheiben eindiffundiert wird.
  • Fig. 2 zeigt eine gemäß der Erfindung mit einer Antimonglasschicht 14 belegte Siliciumkristallscheibe 13.
  • 2 Figuren 14 Patentansprüche

Claims (14)

  1. Patentans#rüche 1. Verfahren zum Herstellen von als Maskierungs-, Passivierungs-, Kontaktierungs- und Dotierungeschichten zu verwendenden Belegungen auf Oberflächen von Halbleiterkristallen, insbesondere aus einkristallinem Silicium, Germanium oder einer Ai V-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Belegung vorgesehene Stoff in elementarer Form oder als Verbindung in einem Lösungsmittel gelöst oder suspendiert wird, daß durch Versprühen mittels eines Trägergasstroms der Stoff in Form feinster Tröpfchen als Aerosol mit dem Trägergasstrom mitgeführt wird, daß das Löungsmittel durch Einleiten des Trägergasstroms in eine auf Reaktionstemperatur erhitzte Zone eines Ofens restlos verdampft und der Stoff der zu belegenden Oberfläche in elementarer Form angeboten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heißen Reakt-onszone mindestens eine weitere Verbindung zugeführt wird, welche mit dem vom Lösungsmittel befreiten Stoff in Reaktion tritt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der heißen Reaktionszone ein reduzierend wirkendes Gas zugeführt wird, wodurch der vom Lösungsmittel befreite Stoff zu Metall reduziert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Lösungsmittel befreite Stoff über eine Düse auf die erhitzte Halbleiteroberfläche geblasen wird, wo er durch Legieren oder Sintern in eine zusammenhängende Schicht übergeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Aerosol vorliegende Stoff vor dem Verdampfen des Lösungsmittels gegen eine Prallplatte geblasen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsraum ein Einzonenrohrofen verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein inertes Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung von Gläsern und Metallegierungen auf Halbleiterkristalloberflächen die entsprechenden Lösungsgemische und/oder Gemische von Suspensionen versprüht werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eher Gold-Silber-Legierung eine Mischung von wässriger Ohlorogoldsäure (HAuC14) mit Snlbernmmonchlorid (Ag(NH3)2Cl) in entsprechendem Verhältnis in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Ammoniak versprüht wird.
  10. 1o. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Platinsonicht Hexachloroplatinsäure (H2PtCl6)-Lösung in Gegenwart von Wasserstoff versprliht wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer aus einer Legierung von Silber, Gold und Platin bestehenden Schicht wassrige Lösungen von Silberammonchlorid (Ag(NH3)2Cl), Chlorogoldsäure (HAuCl4) und Hexachloroplatinsäure (H2PtCl6) im entsprechenden Verhältnis gemischt in Gegenwart von Wasserstoff und Ammoniak versprüht werden.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Arsensulfidglasschicht auf Siliciumoberflächen dem mit der Arsenverbindung beladenen Trägergasstrom Schwefelwasserstoff zugemischt wird
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung von Silicium mit Antimon Ammoniumantimonit oder Ammoniumantimonat in wässriger Lösung als Aerosol mit dem Trägergasstrom mitgeführt, gegen eine Prallplatte geblasen und der Aerosolgasstrom in einen auf Diffusionstemperatur erhitzten, mit Siliciumkristallscheiben beschickten Diffusionsofen eingeleitet wird.
  14. 14. Halbleiterbauelement, insbesondere pnp- bzw. npn-Silieiumw transistor sowie integrierte Schaltungen, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.
    Leerseite
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