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DE102012025429A1 - Method for doping semiconductor substrates and doped semiconductor substrate - Google Patents

Method for doping semiconductor substrates and doped semiconductor substrate Download PDF

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DE102012025429A1
DE102012025429A1 DE102012025429.6A DE102012025429A DE102012025429A1 DE 102012025429 A1 DE102012025429 A1 DE 102012025429A1 DE 102012025429 A DE102012025429 A DE 102012025429A DE 102012025429 A1 DE102012025429 A1 DE 102012025429A1
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DE
Germany
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dopant
semiconductor substrate
atmosphere
boron
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102012025429.6A
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German (de)
Inventor
Philip Rothhardt
Andreas Wolf
Daniel Biro
Udo Belledin
Christoph Wufka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Priority to PCT/EP2013/077879 priority patent/WO2014096443A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem ein Halbleitersubstrat mit einer einen Dotierstoffenthaltenden Schicht versehen wird, der Dotierstoff durch eine Temperaturbehandlung in das Halbleitersubstrat eingetrieben wird und anschließend eine feuchte Oxidation in einer Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre erfolgt.The invention relates to a method for doping semiconductor substrates, in which a semiconductor substrate is provided with a dopant-containing layer, the dopant is driven by a temperature treatment in the semiconductor substrate and then a moist oxidation takes place in a water vapor-containing atmosphere.

Figure DE102012025429A1_0001
Figure DE102012025429A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem ein Halbleitersubstrat mit einer einen Dotierstoffenthaltenden Schicht versehen wird, der Dotierstoff durch eine Temperaturbehandlung in das Halbleitersubstrat eingetrieben wird und anschließend eine feuchte Oxidation in einer Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre erfolgt.The invention relates to a method for doping semiconductor substrates, in which a semiconductor substrate is provided with a dopant-containing layer, the dopant is driven by a temperature treatment in the semiconductor substrate and then a moist oxidation takes place in a water vapor-containing atmosphere.

Während des Diffusionsprozesses kann es zur Bildung einer oberflächennahen Schicht kommen, die mit Bor angereichert ist. Hierbei handelt es sich um die Borsilizidschicht oder sogenannte Bor-reiche Schicht (engl. boron-rich-layer, BRL). Diese Schicht ist gegenüber Chemikalien sehr stabil und nasschemisch kaum zu entfernen. Dies führt dazu, dass eine effiziente Passivierung der Oberfläche nicht möglich ist.During the diffusion process, a near-surface layer enriched in boron may form. This is the borosilicide layer or boron-rich layer (BRL). This layer is very stable to chemicals and barely removable by wet chemistry. This leads to the fact that an efficient passivation of the surface is not possible.

Weiterhin kann die BRL die Ladungsträgerlebensdauer im Volumen des Wafers reduzieren ( M. A. Kessler, T. Ohrdes, B. Wolpensinger, R. Bock, and N.-P. Harder, „Characterisation and implications oft he boron rich layer resulting from opentube liquid BBR3 diffusion processes,” presented at Proceedings of the 34th IEEE Photovoltaig Specialists Conference, Philadelphia, 2009 ).Furthermore, the BRL can reduce the carrier lifetime in the volume of the wafer ( MA Kessler, T. Ohrdes, B. Wolpensinger, R. Bock, and N.-P. Harder, "Characterization and implications often manifested by liquid BBR3 diffusion processes," presented at Proceedings of the 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Philadelphia, 2009 ).

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Diffusionsprozessen zur Herstellung Bor-dotierter Bereiche wird die Entstehung der BRL durch niedrige Bor-Konzentration in der Gasatmosphäre bzw. der aufgebrachten Quelle verhindert. Eine Verarmung der Quelle führt aber insbesondere bei Gasphasendiffusion zu einer stärkeren Inhomogenität der erzielten Schichtwiderstände, insbesondere bei industriellen Prozessen mit vielen Wafern im Prozessrohr.In the known from the prior art diffusion processes for producing boron-doped regions, the formation of the BRL is prevented by low boron concentration in the gas atmosphere or the applied source. However, a depletion of the source leads, especially in the case of gas phase diffusion, to a greater inhomogeneity of the sheet resistances achieved, in particular in industrial processes with many wafers in the process tube.

Ein weiterer Ansatz im Stand der Technik besteht darin, eine trockene in-situ-Oxidation am Prozessende durchzuführen ( DE 2 316 520 C3 und J. Libal, R. Petres, R. Kopecek, G. Hahn, K. Wambach, and P. Fath, „N-type multicrystalline silicon solar cells with BBr3-diffused front junction,” presented at Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Orland, USA, 2005 ). Dabei diffundiert aufgrund hoher Löslichkeit von Bor in der Oxidschicht jedoch auch Bor aus dem Silizium-Wafer in das aufwachsende Oxid. Die Verarmung des Dotierstoffes an der Oberfläche erschwert dann wiederum die Kontaktierung dieser Schicht.Another approach in the prior art is to perform a dry in situ oxidation at the end of the process ( DE 2 316 520 C3 and J. Libal, R. Petres, R. Kopecek, G. Hahn, K. Wambach, and P. Fath, "N-type multicrystalline silicon solar cells with BBr3-diffused front junction," presented at Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Orland, USA, 2005 ). However, because of the high solubility of boron in the oxide layer, boron also diffuses out of the silicon wafer into the growing oxide. The depletion of the dopant on the surface in turn makes it difficult to contact this layer.

Ein weiteres Problem, das bei dem bisher aus dem Stand der Technik bekannten Bordiffusionsprozessen auftritt, betrifft die Ablagerung der klebrigen Prozessedukte an den mit der Gasphase in Kontakt tretenden Bauteilen. Hierzu zählen beispielsweise das Quarzboot, das Quarzrohr, die Gaslanze und der Stopfen zum Verschließen des Prozessrohres. Dies führt dazu, dass das Quarzboot mit der Rohrinnenwand und der Verschlussstopfen mit dem Prozessrohr verkleben können. Um hier einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, wird daher bislang die Prozessierung für Wartungszyklen unterbrochen, in denen eine Reinigung des Rohres erfolgt. Da dies jedoch aufwendig ist, wäre es wünschenswert, diese Reinigung in den Diffusionsprozess integrieren zu können.Another problem which occurs in the boron diffusion processes hitherto known from the prior art relates to the deposition of the sticky process educts at the components which come into contact with the gas phase. These include, for example, the quartz boat, the quartz tube, the gas lance and the plug for closing the process tube. This causes the quartz boat with the pipe inner wall and the sealing plug can stick to the process tube. To ensure proper operation here, so far the processing is interrupted for maintenance cycles in which a cleaning of the pipe is done. However, since this is expensive, it would be desirable to be able to integrate this cleaning in the diffusion process.

Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bordiffusionsprozess bereitzustellen, der die Abscheidung einer Bor-haltigen Schicht ermöglicht, die zum einen einfach zu entfernen ist und auf der anderen Seite eine homogene Dotierung über die Waferoberfläche, insbesondere auch für industrielle Prozesse, gewährleistet. Dabei sollte die Ladungsträgerlebensdauer im Volumen des Wafers nicht reduziert werden. Gleichzeitig wird eine möglichst zeiteffiziente Verfahrensweise angestrebt.Proceeding from this, it was an object of the present invention to provide a boron diffusion process, which allows the deposition of a boron-containing layer, which is easy to remove and on the other hand ensures a homogeneous doping over the wafer surface, especially for industrial processes. The charge carrier lifetime in the volume of the wafer should not be reduced. At the same time, a time-efficient procedure is sought.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechend hergestellte dotierte Halbleitersubstrat mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the method for doping semiconductor substrates having the features of claim 1 and the correspondingly produced doped semiconductor substrate having the features of claim 14. The other dependent claims show advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten bereit gestellt, bei dem

  • a) ein Halbleitersubstrat mit einer Bor als Dotierstoff enthaltenden Schicht versehen wird,
  • b) ein Eintreiben des Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat bei Temperaturen von 700 bis 1000°C über einen Zeitraum von 1 bis 180 min erfolgt, bei dem der Dotierstoff aus der Oxidschicht zumindest teilweise in das Halbleitersubstrat diffundiert und
  • c) anschließend in einer Wasserdampf enthaltende Atmosphäre eine feuchte Oxidation bei einer Temperatur von 700 bis 950°C über einen Zeitraum von 1 bis 60 min erfolgt.
According to the invention, a method for doping semiconductor substrates is provided, in which
  • a) a semiconductor substrate is provided with a layer containing boron as a dopant,
  • b) a driving of the dopant into the semiconductor substrate at temperatures of 700 to 1000 ° C over a period of 1 to 180 min takes place, in which the dopant from the oxide layer at least partially diffused into the semiconductor substrate and
  • c) followed by a moist oxidation at a temperature of 700 to 950 ° C over a period of 1 to 60 min in a water vapor-containing atmosphere.

Die vorliegende Erfindung macht sich daher den Ansatz zunutze, zunächst im Prozess die Entstehung eines BRL zumindest teilweise zuzulassen, d. h. insbesondere die Entstehung eines Oxides an der Grenzfläche zwischen Wafer und Dotierquelle zu vermeiden. Dies ermöglicht eine homogenere Dotierung, da hohe Konzentrationen von Bor in der Gasphase bzw. einer festen oder flüssigen Quelle verwendet werden können. Die Zusammensetzung dieser Schicht wird später im Prozess durch Zugabe von Wasserdampf verändert, sodass die Schicht anschließend leicht nasschemisch entfernt werden kann und sich nicht negativ auf die Volumenlebensdauer auswirkt.The present invention therefore makes use of the approach of at least partially allowing the formation of a BRL in the process, that is, in the process. H. in particular to avoid the formation of an oxide at the interface between the wafer and the doping source. This allows a more homogeneous doping since high concentrations of boron in the gas phase or a solid or liquid source can be used. The composition of this layer is modified later in the process by the addition of water vapor, so that the layer can then be removed easily wet-chemically and does not adversely affect the volume life.

Der Vorteil bei der Verwendung einer Wasserdampf-haltigen Atmosphäre anstelle einer reinen trockenen Oxidation, d. h. bei Verwendung von gasförmigen Sauerstoff, liegt in der am Größenordnungen höheren Wachstumsrate einer Oxidschicht bei feuchten Prozessen. Die Oberflächenverarmung der Bor-Dotierung kann verringert werden, da sowohl die Oxidationstemperatur als auch die Oxidationsdauer reduziert werden können. The advantage of using a water vapor-containing atmosphere instead of pure dry oxidation, ie when using gaseous oxygen, is the order of magnitude higher growth rate of an oxide layer in wet processes. The surface depletion of boron doping can be reduced because both the oxidation temperature and the oxidation time can be reduced.

Ein weiterer erfindungswesentlicher Vorteil der Nutzung von Wasserdampf ist, dass durch das Einbringen von Feuchtigkeit das Verkleben der Bauteile im Prozessrohr, wie Quarzboot oder Quarzrohr bzw. Stopfen verhindert werden kann. Somit kann man gewissermaßen einen In-situ-Reinigungsschritt durchführen, was zu einer deutlichen Steigerung des Durchsatzes im Prozessofen führt, da Wartungszyklen reduziert bzw. ganz eingespart werden können.Another advantage of the use of water vapor which is essential to the invention is that the incorporation of moisture can prevent the adhesion of the components in the process tube, such as quartz boat or quartz tube or plug. Thus, one can to some extent perform an in-situ cleaning step, which leads to a significant increase in throughput in the process furnace, since maintenance cycles can be reduced or eliminated altogether.

Es ist bevorzugt, dass in Schritt a) in einer mindestens einen Dotierstoff enthaltenden oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 1050°C, bevorzugt 700 bis 1000°C über einen Zeitraum von 1 bis 180 min eine Abscheidung einer den Dotierstoff enthaltenden Oxidschicht auf dem Halbleitersubstrat erfolgt.It is preferred that in step a) in a at least one dopant-containing oxidizing atmosphere at a temperature of 300 to 1050 ° C, preferably 700 to 1000 ° C for a period of 1 to 180 min, a deposition of the dopant-containing oxide layer on the Semiconductor substrate is done.

In Schritt a) kann eine Prädeposition einer einen Dotierstoffenthaltenden Schicht erfolgen. Hierzu eignen sich besonders die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (engl. plasma-enhanced chemical vapour deposition, PECVD), eine CVD-Abscheidung bei atmosphärischen Druck (engl. atmospheric pressure chemical vapour deposition, APCVD) und Druckverfahren einer dotierstoffhaltigen Paste oder Tinte. Diese ermöglichen eine homogene Dotierstoffabscheidung bei geringen Kosten.In step a), an embossing position of a dopant-containing layer can take place. Particularly suitable for this purpose are plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), atmospheric-pressure chemical vapor deposition (APCVD) and printing methods of a paste or ink containing dopant. These allow a homogeneous dopant deposition at low cost.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Schritte a) und b) zeitgleich erfolgen. Die gleichzeitige Ausführung dieser Schritte reduziert die Prozesszeit und trägt somit zu einem wirtschaftlichen Prozess bei. Ein Ausführungsbeispiel für die zeitgleiche Ausführung von Belegung und Eindiffusion ist eine Diffusion unter Nutzung einer gasförmigen Dotierstoffsquelle in einem Rohrofen. Ebenso können die Schritte b) und c) zeitgleich erfolgen. Auch dies dient der Verkürzung der Prozesszeit. Eine gleichzeitige Ausführung von Schritte a) und c) kann je nach Prozessroute ein Sicherheitsrisiko darstellen, da manche Dotierstoffe, z. B. BBr3 extrem stark mit Wasserdampf reagieren.According to the invention, it is possible for steps a) and b) to take place at the same time. The simultaneous execution of these steps reduces the process time and thus contributes to an economic process. An embodiment for the simultaneous execution of occupancy and indiffusion is a diffusion using a gaseous dopant source in a tube furnace. Likewise, steps b) and c) can take place at the same time. This also serves to shorten the process time. A simultaneous execution of steps a) and c) may represent a security risk depending on the process route, as some dopants, eg. B. BBr 3 react extremely strongly with water vapor.

Eine weiter bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Schritte a), b) und c) ohne zwischenzeitliches Abkühlen des Substrats erfolgen und zwischen den Verfahrensschritten die Zusammensetzung der Atmosphäre geändert wird. Durch das Vermeiden einer zwischenzeitlichen Abkühlung lassen sich thermische Spannungen auf dem Wafer reduzieren, wodurch die Entstehung von Kristallfehlern, wie z. B. Versetzungen, minimiert werden kann.A further preferred embodiment provides that steps a), b) and c) take place without intermediate cooling of the substrate and the composition of the atmosphere is changed between the method steps. By avoiding an intermediate cooling, thermal stresses on the wafer can be reduced, whereby the formation of crystal defects, such. B. dislocations can be minimized.

Es ist weiter bevorzugt, dass für mindestens einen der Schritte a), b) oder c) ein Rohrofen oder ein Durchlaufofen zum Einsatz kommt.It is further preferred for at least one of the steps a), b) or c) to use a tube furnace or a continuous furnace.

Im Anschluss an Schritt c) kann die Oxidschicht in einem weiteren Schritt d) vollständig oder teilweise nasschemisch entfernt werden. Dies ist beispielsweise durch Ätzen mit Flusssäure möglich. Ebenso kann die Schicht durch Plasmaätzen entfernt werden.Following step c), the oxide layer can be completely or partially removed wet-chemically in a further step d). This is possible, for example, by etching with hydrofluoric acid. Likewise, the layer can be removed by plasma etching.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass in Schritt a) die Gasatmosphäre Anteile von Stickstoff oder Sauerstoff bzw. Mischungen hiervon enthält.Furthermore, it is preferred that in step a) the gas atmosphere contains proportions of nitrogen or oxygen or mixtures thereof.

Der Dotierstoff wird vorzugsweise in Form von BBr3, BCl3, B2Cl4 oder B2H6 der Prozessatmosphäre zugegeben.The dopant is preferably added to the process atmosphere in the form of BBr 3 , BCl 3 , B 2 Cl 4 or B 2 H 6 .

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in Schritt a) die Konzentration von Bor in der Oxidschicht und Sauerstoff in der Atmosphäre so gewählt werden, dass eine Borsilizidschicht (BRL) zumindest teilweise gebildet wird.A preferred embodiment provides that in step a) the concentration of boron in the oxide layer and oxygen in the atmosphere are chosen such that a borosilicide layer (BRL) is at least partially formed.

Vorzugsweise wird der Wasserdampf mittels eines Verdampfers, eines Bubblers oder pyrolytisch erzeugt. Dabei kann der Wasserdampf sowohl ohne als auch mit Trägergas, z. B. Argon, Sauerstoff oder Stickstoff in das Prozessrohr geleitet werden. Es wird besonders bevorzugt gereinigter Dampf verwendet. Dieser kann z. B. mittels dem in US 2009/0145847 A1 beschriebenen Membran-Verfahren realisiert werden.Preferably, the water vapor is generated by means of an evaporator, a bubbler or pyrolytic. In this case, the water vapor both without and with carrier gas, z. As argon, oxygen or nitrogen are fed into the process pipe. It is particularly preferred to use purified steam. This can z. B. by means of in US 2009/0145847 A1 can be realized described membrane method.

Die Zuführung des Wasserdampfs erfolgt vorzugsweise nach der Belegungsphase, insbesondere innerhalb der 60 Minuten vor Prozessende. Ziel ist es, bei möglichst niedrigen Temperaturen zu oxidieren, um so die Verarmung der Bordotierung zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Im Allgemeinen wird während der Belegungszeit oder während des Eintreibens die maximale Prozesstemperatur erreicht. Zum Prozessende hin, wird dann die Temperatur reduziert. Da die feuchte Oxidation bevorzugt bei niedrigen Temperaturen stattfindet, sollte sie bevorzugt am Ende des Prozesses angewandt werden.The supply of water vapor is preferably carried out after the occupancy phase, in particular within the 60 minutes before the end of the process. The goal is to oxidize at as low a temperature as possible in order to reduce or completely avoid the impoverishment of boron doping. In general, the maximum process temperature is reached during the occupancy time or during driving. Towards the end of the process, the temperature is then reduced. Since the wet oxidation preferably takes place at low temperatures, it should preferably be used at the end of the process.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein dotiertes Halbleitersubstrat bereitgestellt, das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Das dotierte Halbleitersubstrat weist dabei vorzugsweise eine Standardabweichung des Schichtwiderstandes über den Wafer, gemessen an 40 ordentlich gleichmäßig über den Wafer verteilten Punkten, unter 3% des absoluten Schichtwiderstandes auf. Der Schichtwiderstand liegt dabei im Bereich von 50 bis 100 OHM/sq.The invention likewise provides a doped semiconductor substrate which can be produced by the method described above. The doped semiconductor substrate preferably has a standard deviation of the sheet resistance over the wafer, measured at 40 points uniformly distributed over the wafer, below 3% of the absolute sheet resistance. The sheet resistance is in the range of 50 to 100 OHM / sq.

Anhand der nachfolgenden Figuren und des Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen. With reference to the following figures and the example of the subject invention is to be explained in more detail, without wishing to limit this to the specific embodiments shown here.

1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung den Ablauf des erfindungsgemäßen Dotierungsverfahrens. 1 shows a schematic representation of the sequence of the doping method according to the invention.

2 zeigt Anschlussvarianten eines Verdampfers (Steamers) an einen Rohrofen gemäß der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht (4a) und Seitenansicht (4b). 2 shows connection variants of an evaporator (steamers) to a tube furnace according to the present invention in plan view ( 4a ) and side view ( 4b ).

In 1a ist ein Wafer 1 mit einer Schicht aus Bor-dotiertem Oxid 2 dargestellt. Die Oxidschicht kann dabei mittels eines Rohrofenprozesses oder durch Druckverfahren abgeschieden werden. Im vorliegenden Fall ist nur eine einseitige Abscheidung dargestellt, ebenso ist aber auch eine beidseitige Abscheidung der Oxidschicht 2 möglich.In 1a is a wafer 1 with a layer of boron-doped oxide 2 shown. The oxide layer can be deposited by means of a tube furnace process or by printing processes. In the present case, only a one-sided deposition is shown, as well as a double-sided deposition of the oxide layer is also shown 2 possible.

In 1b ist der Wafer vor der feuchten Nachoxidation dargestellt. Hierbei hat sich zwischen dem Wafer 1 und der Oxidschicht 2 eine borreiche Schicht 3 (BRL) gebildet.In 1b the wafer is shown before wet post-oxidation. This has to be between the wafer 1 and the oxide layer 2 a boron-rich layer 3 (BRL).

In 1c ist der Wafer 1 nach der feuchten in-situ Nachoxidation dargestellt. Zwischen dem Wafer 1 und der Oxidschicht 2 befindet sich nun die aufoxidierte borreiche Schicht 4 (BRL). Diese kann im Anschluss an die Diffusion leicht nasschemisch entfernt werden.In 1c is the wafer 1 after the moist in situ post-oxidation. Between the wafer 1 and the oxide layer 2 Now there is the oxidized boron-rich layer 4 (BRL). This can be easily removed by wet chemical following the diffusion.

2 zeigt eine bevorzugte Anschlussmöglichkeit eines Verdampfers an einen Rohrofen zur Diffusion von BBr3 in der Draufsicht (2a) und in der Seitenansicht (2b). 2 shows a preferred connection possibility of an evaporator to a tube furnace for the diffusion of BBr 3 in plan view ( 2a ) and in the side view ( 2 B ).

In 2a ist dargestellt, dass an dem geschlossenen Ende des Diffusionsrohres 11 drei Anschlüsse angeordnet sind. Der Anschluss 12 dient zur Einführung von Temperaturfühlern, über den Anschluss 13 werden die Prozessgase abgeführt und der Anschluss 14 ermöglicht das Einleiten von Prozessgasen. Der Anschluss eines Steamers kann zum Beispiel über ein T-Stück an Anschluss 3 realisiert werden. Alternativ kann auch, falls vorhanden, ein nicht belegter Anschluss zur Einleitung des Wasserdampfes genutzt werden.In 2a is shown at the closed end of the diffusion tube 11 three terminals are arranged. The connection 12 is used to introduce temperature sensors, over the connection 13 the process gases are removed and the connection 14 allows the introduction of process gases. The connection of a steamer can, for example, via a tee to connection 3 will be realized. Alternatively, if available, an unoccupied connection can be used to introduce the steam.

In 2b sind analog zu 2a ein Anschluss 12 zur Einführung von Temperaturfühlern und ein Anschluss 13 zur Abführung der Prozessgase dargestellt. Weiterhin ist ein Anschluss mit einem T-Stück dargestellt, über den das zusätzliche Einleiten von Wasserdampf, z. B. durch Anschluss 14 ermöglicht wird, während die weiteren Prozessgase durch Anschluss 15 in das Rohr des Diffusionsofens 11 eingeleitet werden können.In 2 B are analogous to 2a a connection 12 for the introduction of temperature sensors and a connection 13 for discharging the process gases shown. Furthermore, a connection with a tee is shown, via which the additional introduction of water vapor, z. B. by connection 14 while the other process gases through connection 15 into the tube of the diffusion furnace 11 can be initiated.

Beispielexample

Es wurden Silizium-Wafer, z. B. mit einem Durchmesser von ca. 4 Zoll und texturierter Oberfläche in einen Rohrofen eingebracht. Nach Aufheizen auf eine Temperatur zwischen 800 und 950°C werden verschiedene Prozessgase, z. B. N2, O2 und BBr3 zugeleitet, um eine bohrhaltige Oxidschicht, das sog. Borsilicatglas (BSG) auf dem Wafer abzuscheiden (s. 1). Während des darauffolgenden Eintreibens unter N2 und O2 Atmosphäre diffundiert Bor in den Siliciumwafer. Dabei sind Borkonzentration im BSG und Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre so gewählt, dass sich an der Oberfläche des Wafers eine Borsilizidschicht bildet (s. 2). In einem darauf folgenden Schritt wurden die Wafer unter Stickstoff und Wasserdampfatmosphäre 30 min bei 950°C behandelt. Dabei wurden während der ganzen Prozessdauer 25 sl/min Wasserdampf eingeleitet (s. 3). Nach dem Versuch wurden die Wafer 5 Minuten in ein Bad mit 20%iger HF-Konzentration getaucht. Nach dem nasschemischen Ätzschritt wurde die Waferoberfläche mit Wasser benetzt. Da die Waferoberfläche nach Entnahme aus dem Bad hydrophil war, konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass keine Borsilizidschicht mehr an der Oberfläche vorhanden war. Die Vorgehensweise erfolgte analog zu M. A. Kessler, T. Ohrdes, B. Wolpensinger, R. Bock, and N.-P. Harder, „Characterisation and implications of the boron rich layer resulting from open tube liquid BBR3 diffusion processes,” presented at Proceedings of the 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Philadelphia, 2009 .There were silicon wafer, z. B. introduced with a diameter of about 4 inches and textured surface in a tube furnace. After heating to a temperature between 800 and 950 ° C, various process gases, eg. B. N 2 , O 2 and BBr 3 fed to deposit a drill-containing oxide layer, the so-called. Borosilicate glass (BSG) on the wafer (s. 1 ). During the subsequent driving under N 2 and O 2 atmosphere, boron diffuses into the silicon wafer. Here, boron concentration in the BSG and oxygen concentration in the atmosphere are selected such that a borosilicide layer forms on the surface of the wafer (see FIG. 2 ). In a subsequent step, the wafers were treated under nitrogen and steam atmosphere at 950 ° C for 30 minutes. During the process, 25 sl / min steam was introduced (s. 3 ). After the experiment, the wafers were immersed for 5 minutes in a 20% HF concentration bath. After the wet-chemical etching step, the wafer surface was wetted with water. Since the wafer surface was hydrophilic after removal from the bath, it could be clearly demonstrated that there was no more borosilicide layer on the surface. The procedure was analogous to MA Kessler, T. Ohrdes, B. Wolpensinger, R. Bock, and N.-P. Harder, "Characterization and implications of the boron rich layer resulting from open-tube liquid BBR3 diffusion processes," presented at Proceedings of the 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Philadelphia, 2009 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem a) ein Halbleitersubstrat mit einer einen Dotierstoff enthaltenden Schicht versehen wird, b) ein Eintreiben des Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat bei Temperaturen von 700 bis 1000°C über einen Zeitraum von 1 bis 180 min erfolgt, bei dem der Dotierstoff aus der Oxidschicht zumindest teilweise in das Halbleitersubstrat diffundiert und c) anschließend in einer Wasserdampf enthaltende Atmosphäre eine feuchte Oxidation bei einer Temperatur von 700 bis 950°C über einen Zeitraum von 1 bis 60 min erfolgt.Method for doping semiconductor substrates, in which a) a semiconductor substrate is provided with a dopant-containing layer, b) a driving of the dopant into the semiconductor substrate at temperatures of 700 to 1000 ° C over a period of 1 to 180 min takes place, in which the dopant from the oxide layer at least partially diffused into the semiconductor substrate and c) followed by a moist oxidation at a temperature of 700 to 950 ° C over a period of 1 to 60 min in a water vapor-containing atmosphere. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) in einer mindestens einen Dotierstoff enthaltenden oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 1050°C, insbesondere 700 bis 1000°C, über einen Zeitraum von 1 bis 180 min eine Abscheidung einer den Dotierstoff enthaltenden Oxidschicht auf dem Halbleitersubstrat erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that in step a) in a at least one dopant-containing oxidizing atmosphere at a temperature of 300 to 1050 ° C, in particular 700 to 1000 ° C, over a period of 1 to 180 min, a deposition of a Dopant-containing oxide layer is carried on the semiconductor substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) eine Predeposition einer einen Dotierstoff enthaltenden Schicht, insbesondere mittels PECVD, APCVD oder durch Druckverfahren mit einer dotierstoffhaltigen Paste oder Tinte.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a) a predeposition of a dopant-containing layer, in particular by means of PECVD, APCVD or by printing process with a dopant-containing paste or ink. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) und/oder die Schritte b) und c) zeitgleich erfolgen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that steps a) and b) and / or steps b) and c) take place simultaneously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a), b) und c) ohne zwischenzeitliches Abkühlen des Substrats erfolgen und zwischen den Verfahrensschritten die Zusammensetzung der Atmosphäre geändert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steps a), b) and c) take place without intermediate cooling of the substrate and between the method steps, the composition of the atmosphere is changed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen der Schritte a), b) oder c) ein Rohrofen oder ein Durchlaufofen zum Einsatz kommt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for at least one of the steps a), b) or c) a tube furnace or a continuous furnace is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht in Schritt d) zumindest teilweise nasschemisch und/oder durch Plasmaätzen entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oxide layer is removed in step d) at least partially wet-chemical and / or by plasma etching. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Atmosphäre Anteile von Stickstoff oder Sauerstoff oder Mischungen hiervon enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a) the atmosphere contains proportions of nitrogen or oxygen or mixtures thereof. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff Bor ist, insbesondere in Form von BBr3, BCl3, B2Cl4 oder B2H6 der Prozessatmosphäre zugegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dopant is boron, in particular in the form of BBr 3 , BCl 3 , B 2 Cl 4 or B 2 H 6 is added to the process atmosphere. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Konzentration von Bor in der Oxidschicht und Sauerstoff in der Atmosphäre so gewählt werden dass eine Borsilizidschicht (boron rich layer) zumindest teilweise gebildet wird.A method according to claim 9, characterized in that in step a) the concentration of boron in the oxide layer and oxygen in the atmosphere are chosen so that a boron silicide layer (boron rich layer) is at least partially formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mittels eines Verdampfers, eines Bubblers oder pyrolytisch erzeugt wird, insbesondere mittels Membranverfahren gereinigter Wasserdampf.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steam is produced by means of an evaporator, a bubbler or pyrolytic, in particular by means of membrane process purified water vapor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Wasserdampfs nach der Belegungsphase erfolgt, insbesondere innerhalb der 60 Minuten vor Prozessende.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of water vapor takes place after the occupation phase, in particular within the 60 minutes before the end of the process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat aus Silicium besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor substrate consists of silicon. Dotiertes Halbleitersubstrat herstellbar nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Doped semiconductor substrate producible according to one of the preceding claims. Dotiertes Halbleitersubstrat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Standardabweichung des Schichtwiderstandes über den Wafer, gemessen an 40 räumlich gleichmäßig über den Wafer verteilten Punkten unter 3% des absoluten Schichtwiderstandes liegt.Doped semiconductor substrate according to claim 14, characterized in that the standard deviation of the sheet resistance over the wafer, measured at 40 spatially evenly distributed over the wafer points below 3% of the absolute sheet resistance.
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