DE4218652C2 - Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Dotierungsprofils - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Dotierungsprofils

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Aluminium-Dotierungsprofils in einem Silizium-Halblei­ terkörper durch Belegen oder Implantieren eines oberflächennahen Bereichs des Halbleiterkörpers mit Aluminium und durch anschließendes Eintreiben des Aluminiums in oxidierender Atmosphäre in eine vorbestimmte Tiefe.
Ein solches Verfahren ist z. B. in der US-Patentschrift 4,266,990 beschrieben worden. Es wird üblicherweise dazu verwendet, bei einem n-leitenden Halbleiterkörper einen pn- Übergang mit geringem Dotierungsgradienten einzustellen. Die Beigabe von Sauerstoff zur Gasatmosphäre im Eintreibraum und die daraus folgende Bildung einer Oxid-Schicht auf der Sili­ zium-Oberfläche wird im allgemeinen vorgenommen, um eine gute Qualität der Silizium-Oberfläche nach Abätzen dieser Oxid­ schicht zu gewährleisten. Das Ziel des in der genannten US- Patentschrift beschriebenen Verfahrens ist es, die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im Substrat zu verlängern. Es wird dazu vorgeschlagen, das Diffusionsverfahren zweistufig auszuführen. In der ersten Stufe wird das Substrat in einer Vakuumampulle mit Aluminium belegt. Der zweite Schritt be­ steht darin, den Halbleiterkörper in oxidierender Atmosphäre weiter zu erhitzen, bis die gewünschte Eindringtiefe des Aluminiums erreicht ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das Aluminium bei dem üblichen Eintreibschritt in oxidie­ render Atmosphäre insbesondere dann relativ stark und inhomo­ gen aus dem Halbleiterkörper wieder ausdiffundiert, wenn das Aluminium bis zu einer großen Tiefe in der Größenordnung von 100 µm in den Halbleiterkörper eingetrieben werden soll. Dies führt zur Inhomogenität der Aluminium-Randkonzentration und des Schichtwiderstandes der mit Aluminium dotierten Schicht.
Zurückführen läßt sich dieses im wesentlichen auf eine Wechselwirkung zwischen dem im oberflächennahen Bereich des Siliziums sitzenden Aluminium und der während des Eintreibens wachsenden Siliziumoxidschicht. Hierbei bildet sich auch Aluminiumoxid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art derart weiterzubilden, daß die erwähnte Wechselwirkung zwischen der oxidierenden Atmosphäre und dem Aluminium mindestens stark vermindert wird.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß das Aluminium durch das Belegen oder Implantieren zunächst eine mit Aluminium dotierte Siliziumschicht mit einer ersten Tiefe bildet, daß dann vor dem Eintreiben in oxidierender Atmosphäre im Vakuum in eine Tiefe eingetrieben wird, die geringer ist als die vorbestimmte Tiefe und wesentlich größer als die durch das Belegen oder Implantieren gebildete erste Tiefe.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.
In der US-Patentschrift 4,451,303 ist ein Verfahren zum Eindiffundieren von Aluminium in ein Substrat beschrieben. Dazu wird zunächst eine poröse Schicht aus Aluminiumoxid auf das Substrat aufgebracht, sodann wird auf dieser Schicht eine Diffusionsbarriere erzeugt. Anschließend wird durch die Diffusionsbarriere Aluminium implantiert, wobei die Energie derart gewählt ist, daß die Aluminiumionen in der porösen Aluminiumoxidschicht sitzen. Diese wirkt beim nachfolgenden Diffundieren als Quelle. Ob mit diesem Verfahren die Wechsel­ wirkung des Aluminiums mit einer oxidierenden Atmosphäre unterbunden werden soll, läßt sich diesem Dokument nicht entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren einen Halbleiterkörper nach charakteris­ tischen Verfahrensschritten.
In Fig. 1 ist ein n-leitender, aus Silizium bestehender Halbleiterkörper 1 gezeigt. Er wird z. B. im Vakuum bei einer Temperatur von z. B. 960-1000°C für die Dauer von z. B. zwei bis sechs Stunden mit Aluminium belegt. Dabei entstehen stark mit Aluminium dotierte Siliziumschichten 2, 3 (Fig. 1) auf der Oberseite und Unterseite des Halb­ leiterkörpers 1. Diese Schichten haben beispielsweise eine Dicke zwischen 1 und 2 µm. Als nächstes (Fig. 2) werden die Schichten 2, 3 in einer Vakuumampulle bei z. B. 1230°C für eine Dauer von 10 Stunden in eine Tiefe W1 eingetrieben. Die Schichten 2, 3 sind dann beispielsweise jeweils 60 µm dick.
Als nächster Schritt (Fig. 3) werden die Schichten 2, 3 in oxidierender Atmosphäre, z. B. in einem offenen Rohr bei einer Temperatur von z. B. 1240°C für eine Dauer von z. B. 20 Stunden weiter in eine Tiefe W2 eingetrieben.
Hierbei stellt sich eine Dicke der Zonen 2, 3 von z. B. 90 µm ein. Außerdem bilden sich Siliziumoxidschichten 4, 5 auf den Schichten 2, 3.
Das Vor-Eintreiben des Aluminiums in Vakuum bewirkt, daß sich ein Großteil des Aluminiums schon deutlich von der Oberfläche des Halbleiterkörpers ins Scheibeninnere ent­ fernt hat, wenn anschließend unter oxidierender Atmosphäre weiter eingetrieben wird. Die Wechselwirkung der eindiffun­ dierten Aluminium-Atome mit den Siliziumoxidschichten 4, 5 wird damit deutlich reduziert. Durch das beschriebene Vor- Eintreiben in der Vakuumampulle wird die Homogenität des Schichtwiderstandes der mit Aluminium dotierten Schicht deutlich verbessert. Außerdem wird es leichter, den Wert des Schichtwiderstandes zu reproduzieren.
Anstatt in einer Vakuumampulle einzutreiben, könnte auch eine andere Vakuumdiffusion verwendet werden, wie z. B. ein Hochtemperaturschritt in einem sogenannten "Rapid Thermal Annealer".
Allgemein empfiehlt es sich, im Vakuum so weit voreinzu­ treiben, daß ein Großteil des Aluminiums von der Oberfläche so weit entfernt ist, daß er mit den sich bildenden Oxid­ schichten 4, 5 nicht in Wechselwirkung treten kann. Es empfiehlt sich dabei, das Aluminium im Vakuum in eine Tie­ fe W1 einzutreiben, die etwa ein Drittel bis zwei Drittel der vorbestimmten Tiefe W2 beträgt. Die Belegungstemperatur ist in jedem Falle niedriger als die Eintreibtemperatur.
Anstatt die Oberfläche mit Aluminium zu belegen, kann das Aluminium auch durch Implantieren in einen oberflächen­ nahen Bereich eingebracht werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Aluminium-Dotierungsprofils in einem Silizium-Halbleiterkörper durch Belegen oder Implan­ tieren eines oberflächennahen Bereiches des Halbleiterkörpers mit Aluminium und durch anschließendes Eintreiben des Alu­ miniums in oxidierender Atmosphäre in eine vorbestimmte Tiefe, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium durch das Belegen oder Implantieren zunächst eine mit Aluminium dotierte Siliziumschicht mit einer ersten Tiefe bildet, daß dann vor dem Eintreiben in oxidierender Atmosphä­ re im Vakuum in eine Tiefe (W1) eingetrieben wird, die gerin­ ger ist als die vorbestimmte Tiefe (W2) und wesentlich größer als die durch das Belegen oder Implantieren gebildete erste Tiefe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium im Vakuum in eine Tiefe (W1) eingetrieben wird, die etwa ein Drittel bis zwei Drittel der vorbestimmten Tiefe (W2) beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuum bei einer Temperatur eingetrieben wird, die höher ist als diejenige Temperatur, bei der belegt wird.
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