DE3030660C2

DE3030660C2 - Verfahren zur selektiven Diffusion eines Dotierstoffes in ein Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE3030660C2
Application number: DE3030660A
Authority: DE
Inventors: Tomoko Tokio/Tokyo Hisaki; Yoshihiko Fuchu Tokio/Tokyo Mizushima; Osamu Sayama Saitama Ochi; Akitsu Tokio/Tokyo Takeda; Akira Higashiyamato Tokio/Tokyo Yoshikawa
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1979-08-13
Filing date: 1980-08-13
Publication date: 1985-10-03
Also published as: FR2463509B1; FR2463509A1; DE3030660A1; US4350541A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die hitzebeständige Überzugsschicht (8) Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Silizium, Titan und/oder Platin verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die hitzebeständige Überzugsschicht (8) aus einem isolierenden Material besteht,

b) daß in der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht (8) zum Freilegen des dotierten Halbleiterbereichs (9) ein Fenster (10) ausgebildet wird und

c) daß auf der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht (8) eine leitfähige Schicht (U) ausgebildet wird, die durch das Fenster mit dem dotierten Halbleiterbereich (9) verbunden ist und sich über die hitzebeständige, isolierende Überzugsschicht (8) erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die hitzebeständige, isolierende Überzugsschicht (8) Siliziumoxid und/ oder Siliziumnitrid verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitersubstrat (1) ein Siliziumsubstrat und als Dotierstoff Arsen, Phosphor, Bor, Aluminium, Indium, Gallium und/ oder Antimon verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (3) als weiteren Hauptbestandteil Germanium enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die zweite Schicht (4) eine Silberlegierung, ein Silbi-rchalcogenid und/oder ein Silberhalogenid verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß von den Hauptbestandteilen der ersten Schicht (3) 75 bis 95 Atomprozent Selen und 5 bis 25 Atomprozent Germanium vorgesehen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den Hauptbestandteilen der ersten Schicht (3) 75 bis 85 Atomprozent Selen und 15 bis 25 Atomprozent Germanium vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Diffusion eines den Leitungstyp bestimmenden Dotierstoffes in ein Halbleitersubstrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Verfahren werden bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einem dotierten Halbleiterbereich angewendet, der in dem Halbleitersubstrat durch Eindiffundieren des Dotierstoffs von der H^uptfläche des Substrats her gebildet wird.

Um an einer bestimmten Stelle des Halbleiiersubstrats einen p- oder η-leitenden Bereich auszubilden, wird bisher eine selektive Festkörperdiffusion eines Dotiermittels unter Verwendung von Diffusionsmasken angewendet. Bei diesem bekannten Verfahren wird beispielsweise eine SiC>2-Schicht als Diffusionsmaskenschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet. In der Diffusionsmaske wird durch übliche Photolithographic ein gewünschtes Fenster geöffnet. Durch das Fenster wird in das Halbleitersubstrat ein Dotiermittel selektiv eindiffundiert. Das bekannte Verfahren erfordert die Ausbildung der Diffusionsmaske sowie deren Musterung. Dies führt zum Nachteil einer Vielzahl von Verfahrensschritten und vieler Diffusionssteuerparamcter. Ferner muß in den meisten Fällen die Diffusionsmaskc (SiO₂-Schicht)relativ dick sein. Daher ist es schwierig, mit hoher Genauigkeit die Größe des in der Diffusionsmaskenschicht ausgebildeten Fensters festzulegen, etwa durch das Problem der Abmessungsänderungen durch Musterübertragung; dadurch ist die Abmessungsgenauigkeit des Diffusionsbereichs nicht ausreichend.

Aus der Veröffentlichung »IBM Technical Disclosure Bulletin« 14 (1971) Nr. 1, Seite 256 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, wobei eine dotierte Oxidschicht aus P2O5 entsprechend dem gewünschten Muster auf das Substrat aufgetragen wird. Nach Überziehen der gesamten Substratteile, auf der sich das Muster befindet, mit einer Schulzschicht wird zum Eindiffundieren des Dotierstoffes in das Substrat die Anordnung wärmebehandelt. Da bei diesem bekannten Verfahren die dotierte Oxidschicht selbst keine Photoempfindlichkeit hat, müssen zu ihrem Auftrag entsprechend dem gewünschten Muster übliche photographische Verfahren angewandt werden.

Die US-PS 41 27 414 beschreibt ein anorganisches Photoresist mit einem dünnen Selenchalcogenidglaslilm und einem anorganischen Elektronenstrahl-Resist. Der anorganische Photoresist weist mehrere Vorteile auf, und zwar eine hohe Auflösung, die Möglichkeit der Trockenentwicklung, hohe Beständigkeit gegen stark

saure Ätzlösungen sowie gleichförmige und homogene Ausbildung einer dünnen, amorphen Schicht über eine große Fläche. Da diese Photoresistschicht keinen Dolierstoff enthält, ist zum Dotieren eine zusätzliche Schicht erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das in einfacher Weise und mit wenigen Verfahrensschritten die Herstellung eines Störstellen-Diffusionsbereichs mit hoher Abmessungsgenauigkeit ermöglicht

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, den anorganischen Photoresist selbst mit dem Dotierstoff als Verunreinigung zu versehen, der durch Störstellendiffusion in das Substrat entsprechend dem gewünschten Muster eindiffundiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verunreinigung (Dotierstoff) unter direkter Verwendung eines anorganischen Photoresist als Diffusionsquelle mit wenigen Verfahrensschritlen und mit hoher Genauigkeit eindiffundiert. Das erfindungsgemäße Verfahren iit besonders vorteilhaft, da die Diffusion vereinfacht wird und keine Probleme mit Abmessungsänderungen beim Wechsel von Strukturen auftreten. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung der Abmessungsgcnauigkeit im diffundierten Bereich. Ferner hat die Diffusionsatmosphäre keinen Einfluß auf die Verunreinigungsdiffusion, so daß die Dotierung mit hoher Genauigkeit gesteuert wird. Im Rahmen der Erfindung ist die Abdeckung der anorganischen Photoresistschicbt mit einer hitzebeständigen Überzugsschicht aus beispielsweise S1O2 nicht unbedingt erforderlich, doch hat diese Überzugsschicht den Vorteil, daß dann die Diffusionsatmosphäre nicht gesteuert werden muß. Ferner wird die leilfähige Schicht mit einfacheren und weniger Schritten als beim Stand der Technik mit dem dotierten Bereich verbunden.

Neben dem Ausbilden eines dotierten Bereichs durch Eindiffundieren eines Dotiermittels oder -Stoffs aus einem anorganischen Photoresist, der als Diffusions- oder Dotierstoffquelle dient, wird eine leitfähige Schicht elektrisch mit dem Störstellen-Diffiisionsbereich verbunden.

Als erste Schicht kann eine dünne Schicht aus einem amorphen Chalcogenid mit einem binären System enthaltend Selen und Germanium als Hauptbestandteile, vorzugsweise 75 bis 95 Atomprozent Selen und 5 bis 25 Atomprozent Germanium, und ein Dctierstoff wie Arsen, Phosphor, Bor, Aluminium, Antimon, Gallium oder Indium bestehen, wenn als Halbleitersubstrat ein Siliciumsubstrat verwendet wird. Eine derartige dünne Schicht aus mehreren Komponenten kann in vorteilhafter Weise durch Hochfrequenz (HF)-Zerstäubung eines Rohblocks mit der vorgegebenen Zusammensetzung als Tiirget, durch Cozerstäubung eines binären Materials mil einem oder mehreren Do'ierstoffen oder durch Vakuumaufdampfen hergestellt werden. Die zweite Schicht kann auf der ersten Schicht durch Vakuumaufdampfen oder durch Zerstäuben von Silber, einer silberhaltigen Legierung oder einer Silberverbindung oder to durch Eintauchen der Probe in eine Silberionen enthaltende Lösung, beispielsweise eine wäßrige Lösung von Silberniirat (AgNOi) hergestellt werden, so daß die /weite Schicht auf der ersten Schicht als Silberschicht, ;ils Silbcrlcgicrungsschicht. als Silberchalocogenidschicht oder als Silberhalogenidschicht niedergeschlagen wird.

Die anorganische Pholoresistschichi mit der ersten und der zweiten Teilschicht wird mit einem vorgegebenen Bestrahlungsmuster mit Licht, mit Elektronen oder mit Ionen bestrahlt. Der bestrahlte Teil ist ein silberdotierter Bereich, der in einem Entwickler, beispielsweise einer wäßrigen Lösung einer Base, wie Dimethylamin ((CHj)₂NH), Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH), fast unlöslich ist. Danach wird die Silberschicht oder die silberhaltige Schicht an den nicht bestrahlten Flächen durch Ätzen mit einer sauren Lösung, wie verdünntes Königswasser oder Salpetersäure, aufgelöst. Danach wird die anorganische Photoresistschicht an den unbestrahlten Bereichen vom Substrat mit Hilfe des Entwicklers entfernt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden die Hauptfläche des Halbleitersubstrats und die den Dotierstoff enthaltende, anorganische Photoresistschicht mit einer hitzebeständigen Überzugsschicht aus einem isolierenden oder einem nicht-isolierenden Material, wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Silicium, Titan oder Platin durch Zerstäuben oder durch Aufdampfen mittels eines Efektronenstrahls beschichtet.

Danach wird das Vorprodukt, bei dem das Halbleitersubstrat und die den Dotierstoff enthaltende, anorganische Photoresistschicht mit der hitzebenändigen Überzugsschicht bedeckt sind, einer Wärmebehandlung zum Eindiffundieren des Dotiermittels aus der Photoresistschicht unterworfen, um einen Störstellen-diffundierten Bereich zu bilden. Bei dieser Wärmebehandlung kann das Material, das die das Dotiermittel enthaltende, anorganische Photoresistschicht bildet, teilweise oder vollständig in die hitzebeständige Überzugsschicht hineinschmelzen, und zwar in Abhängigkeit von dem verwendeten Material für die hitzebeständige Überzugsschicht.

Danach werden die hitzebeständige Überzugsschicht und die verbliebene, das Dotiermittel enthaltende, anorganische Photoresistschicht vom Substrat entfernt. Wenn beispielsweise die hitzebeständige Überzugsschicht aus S1O2 besteht, wird die Schicht durch eine gepufferte HF-Lösung weggeätzt. Die das Dotiermittel enthaltende, anorganische Photoresistschicht wird durch Ätzen mit einem Lösungsgemisch aus Schwefelsäure (H₂SO₄) und Wasserstoffperoxid (H2O2) abgelöst. Dadurch werden die hitzebeständige Überzugsschicht und die verbleibende,das Doti jimittel enthaltende Photoresistschicht entfernt, so daß man eine Halbleiteranordnung mit einem Störstellen-diffundierten Bereich erhält.

Bei der in Anspruch 3 angegebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die hitzebeständige Überzugsschicht aus isolierendem Material, beispielsweise aus S1O2 oder S13N4, bestehen. Nach dem Ausbilden des dotierten Halbleiterbereichs werden das Halbleitersubstrat und die hitzebeständige, isolierende Überzugsschicht auf dem Halbleitersubstrat zur Ausbildung eines Fensters etwa einem üblichen Photoätzverfahren unterworfen, um den Halbleiterbereich freizulegen. Beim nächsten Verfahrensschritt wird Metall für Elektroden, wie Aluminium oder Molybdän auf die Gesamtfläche der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht aufgetragen oder niedergeschlagen. Die so aufgebrachte Metallschicht wird dann photogeätzt, so daß man eine leitfähige Schicht mit einem bestimmten Muster als Verdnthtungsschicht erhält, die mit dem Halbleiterbereich durch das Fenster elektrisch verbunden ist. In diesem Fall mit der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht bleibt ein bestimmter Bereich, der nicht mit dem Fenster übereinstimmt, ungeätzt und wird zur elektrischen Isolation des Halbleitersubstrat

gegenüber der leitfähigen Schicht verwendet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 7 schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung der Herstellungsstufen einer Halbleitern-Ordnung,

F i g. 8 bis 10 schematische Querschnittsansichten der Halbleiteranordnung zur Erläuterung eines Teils des Herstellungsverfahrens und

Fig. 11 und 12 Strom-Spannungs-Diagramme zweier nach dem beschriebenen Verfahren hergestellter Dioden.

In Fig. 1 ist ein n-Halbleitersubstrat. beispielsweise ein Siliciumsubstrat, dargestellt. Gemäß F i g. 2 wird auf der Haiinifläche 2 des Halbleitersubstrats 1 eine anorganische Photoresistschicht 5, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Teilschicht 3 bzw. 4 ausgebildet; die erste Teilschicht 3 enthält als Hauptbestandteile (Matrixkomponente) Selen und Germanium oder Selen, Germanium und Schwefel sowie ein oder mehrere Dotiermittel, beispielsweise ein p-Dotiermittel, wie B, Al, Ga oder In; die auf der ersten Teilschicht 3 ausgebildete zweite Teilschicht 4 ist beispielsweise eine Silberschicht oder eine Silber enthaltende Schicht. Soll eine Bestrahlung mit Licht erfolgen, so ist die Matrixkomponente der ersten Teilschicht 3 vorzugsweise eine amorphe chalcogenide Schicht, die chemisch aus 75 bis 95 Atomprozent Selen und 5 bis 25 Atomprozent Germanium zusammengesetzt ist (vgl. Experiment 1 gemäß US-PS 4127 414). Ferner enthalten die Matrixkomponenten die erforderlichen Anteile an Dotierungsmitteln. Bei Bestrahlung mit Eiektronenstrahlen enthält die amorphe, chalcogenide Matrixschicht als Hauptkomponente der ersten ^Schicht 3 vorzugsweise 75 bis 85 Atomprozent Selen und 15 bis 25 Atomprozent Germanium (vgl. Experiment 2 gemäß US-PS 41 27 414). Die amorphe Chalcogenidschicht 3 kann in einfacher Weise durch HF-Zerstäubung mit einem Gußblock mit vorgegebener chemischer Zusammensetzung als Target durch Cozerstäuben eines Selen und Germanium enthaltenden binären Systems gebildet werden, in die ein Dotierungsmittel oder mehrere Dotierungsmittel eindiffundiert werden; die Schicht 3 kann auch durch ein Vakuum-Aufdampfverfahren hergestellt werden. Das Zerstäubungsverfahren ist gegenüber dem Vakuumaufdampfverfahren im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung und der Haftung am Substrat bevorzugt. Wenn die Konzentration des Dotiermittels, wie B, Al, Ga oder In 10 Atomprozent oder weniger beträgt, so sind die erhaltenen Filmcharakteristika der anorganisehen Photorestistschicht gegenüber der entsprechenden Matrixkomponente im wesentlichen unverändert Daher können die vorstehenden chemischen Zusammensetzungen gemäß der US-PS 41 27 414 als Zusammensetzungen der Matrixkomponenten der ersten Schicht 3 verwendet werden. Im übrigen kann die Gesamtmenge des Dotiermittels oder der Dotiermtttel durch die Zusammensetzung des Targets für den Zerstäubungsvorgang und die Dicke der auszubildenden Schicht 3 auf beispielsweise 0,05 bis 0,5 μπι gesteuert werden. Dementsprechend kann die Störstellenkonzentration sehr gut eingestellt werden.

Zur Ausbildung der anorganischen Photoresistschicht 5 wird dann die zweite Schicht 4 auf der ersten Schicht 3 in Form einer Silberschicht, einer Schicht aus einer SiI-berlegierung, einer Silberchalcogenidschicht (Ag₂S, Ag₂Se, AgSe, AgTe) oder einer Silberhalogenidschicht (AgCl, AgBr, AgI) durch Vakuumaufdampfen, durch Zerstäuben, durch Kathodenzerstäubung, durch Aufsprühen oder durch Eintauchen in eine Lösung, die Silberionen der ersten Schicht 3 enthält, beispielsweise in eine Silbernitrat-Lösung (AgNO₃), oder in eine clektrodenlose Plattierungslösung gebildet, die hauptsächlich beispielsweise Silbercyanid (AgCN) enthält. Die Dicke der zweiten Schicht 4 beträgt weniger als 10 nm vorzugsweise 2 bis 5 nm.

Im nächsten Schritt wird die anorganische Photoresistschicht 5 gemäß F i g. 3 von der Seite der zweiten Schicht 4 her, beispielsweise mit Licht, Elektronen oder Ionen (Bezugszeichen 6) bestrahlt. Man erhält eine silberdotierte, amorphe Chalcogenidschicht 7 entsprechend einem gewünschten Muster als Bereich der bestrahlten oder photodotierten Fläche der Schichten 3 und 4, der im Vergleich zu nicht bestrahlten oder nicht photodotierten Bereichen 3a der Schicht 3 in einem Entwickler aus einer wäßrigen Lauge kaum lösbar ist. Als Entwickler können beispielsweise Dimethylamin ((Ch₃J₂NH), Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumhydroxid (KOH) verwendet werden.

Die Silberschicht oder die Silber enthaltende Schicht, die in dem unbestrahlten Bereich verbleibt, wird durch eine saure Lösung, beispielsweise Königswasser oder Salpetersäure herausgelöst. Dann werden diese Schichten unter Verwendung einer Lauge entwickelt, wobei die unbestrahlten Bereiche 3a und 4a der Schichten 3 und 4 vom Substrat 1 entfernt werden, während der bestrahlte Bereich 7 gemäß F i g. 4 dort verbleibt. Dadurch wird der bestrahlte Bereich 7, der ein p-Dotiermittel enthält durch die Störstellen enthaltende, anorganische Photoresistschicht 5 gebildet, und zwar mit einem Reliefmuster entsprechend einem vorgegebenen Muster. Der bestrahlte Bereich 7 wird in nachfolgendem Verfahrensschritt als Diffusionsquelle verwendet. Ferner kann anstelle der vorstehenden Entwicklung ein Plasmaätzverfahren unter Verwendung eines CF₄-Gases angewendet werden.

Beim nächsten Verfahrensschritt wird eine hitzebeständige Überzugsschicht 8 aus isolierendem Material, wie Siliciumoxid (SiO₂). Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Si, Ti oder Pt, durch Zerstäuben oder durch Aufdampfen mittels eines Elektronenstrahls niedergeschlagen, um die Verunreinigungen enthaltende anorganische Photoresistschicht oder den Bereich 7 abzudecken, um diese Schicht 7 gegen Schmelzen oder Verdampfen zu schützen (vgl. Fig. 5). Diese wärmebeständige Überzugsschicht 8 verhindert die Sublimation der die Verunreinigungen enthaltenden, anorganischen Photoresistschicht 7 bei der nächsten Wärmebehandlung. Das Halbleitersubstrat 1 und die das Dotiermittel enthaltende, anorganische Photoresistschicht 7 auf der Hauptfiäche 2 des Substrats 1 wird dann im wesentlichen bei einer Temperatur von 800 bis 1100⁰C einer Wärmebehandlung unterzogen, während das Substrat 1 und die Schicht 7 durch die hitzebeständige Überzugsschicht 8 abgedeckt sind; dadurch erhält man einen p-Halbleiterbereich 9, in den das p-Dotiermittel aus der die Verunreinigungen enthaltenden anorganischen Photoresistschicht 7 thermisch eindiffundiert wird. Die Tiefe (Dicke) dieses p-Halbleiterbereichs 9 oder die Diffusionstiefe (-Dicke) sowie die Oberflächenverunreinigungskonzentration können leicht dadurch eingestellt werden, indem die Wärmebehandlungsdauer von etwa 10 Minuten bis zu mehreren Stunden und/oder die Diffusionstemperatur geändert werden. Die Herstellung des Bereichs 9, die in einer Sauerstoff- oder Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden kann, erfolgt unabhängig von der Umgc-

bung, da die die Verunreinigungen enthaltende, anorganische Photoresistschicht 7 mit der hitzebeständigen Überzugsschicht 8 abgedeckt ist.

Ferner kann bei der Wärmebehandlung zur Ausbildung des Halbleiterbereichs 9 das Material der die Verunreinigung enthaltenden, anorganischen Photoresistschicht 7, wie Se oder Ge, vollständig oder teilweise in die hitzebeständige Überzugsschicht 8 hineinschmelzen, obwohl dies von dem für die Überzugsschicht 8 verwendeten Material abhängt, so daß die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschicht 7 vollständig verschwinden kann, oder ihr Volumen gemäß F i g. 6 vermindert.

In folgendem Verfahrensschritt werden die hitzebeständige Überzugsschicht 8 sowie die Photoresistschicht 7 vom Substrat 1 entfernt. Wenn beispielsweise die Überzugsschicht 8 aus SiO₂ besteht, so kann sie mit Hilfe einer gepufferten HF-Lösung weggeätzt werden. Die Photoresistschicht 7 kann durch Ätzen mit einer gemischten Lösung aus Schwefelsäure (H₂SO₄) und Wasserstoffperoxid (H2O2) weggelöst werden. Wenn die Photoresistschicht 7 vollständig in die Überzugsschicht 8 hineingeschmolzen ist, so ist der vorstehende Verfahrensschritt zur Entfernung der Photoresistschicht 7 nicht erforderlich.

Dadurch erhält man die Halbleiteranordnung mit dem dotierten Halbleiterbereich 9, wobei das p-Dotiermittel in das n-Halbleitersubstrat 1 von dessen Hauptfläche 2 her eindiffundiert worden ist.

Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert, bei der eine leitfähige Schicht mit dem so gebildeten Halbleiterbereich 9 verbunden wird, wobei die leitfähige Schicht von der Hauptfläche 2 des Substrats 1 isoliert ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Diffusionsbereich 9 ebenfalls durch die Wärmebehandlung ausgebildet, während das Substrat 1 und die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresisischicht 7 mit der hitzebeständigen Überzugsschicht 8 abgedeckt sind (vgl. die mit Bezug auf die F i g. 1 bis 6 erläuterten Verfahrensstufen), jedoch mit der Ausnahme, daß die hitzebeständige Überzugsschicht 8 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus sowohl hitzebesiändigem, als auch elektrisch isolierendem Material besteht, wie SiO₂ oder S13N4.

Gemäß F i g. 8 wird der Teil der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht 8, der dem dotierten Halbleitcrbereich 9 entspricht, in üblicher Weise geätzt, um ein Fenster oder einen Durchbruch 10 zu bilden, so daß der dotierte Halbleiterbereich 9 freiliegt. Wenn die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschichl 7, wie dargestellt, auf dem Halbleiterbereich 9 ungeätzt bleibt, so wird die Photoresistschicht 7 von dem betreffenden Teil des Bereichs 9 beispielsweise durch eine Wärmebehandlung oder durch Ätzen entfernt (vgl. F i g. 9), so daß der Bereich 9 durch das Fenster 10 freiliegt. Wenn S1O2 für die hitzebeständige, isolierende Überzugsschicht 8 verwendet wird, so wird der Teil der Schicht 8 über der die Verunreinigung enthaltenden, anorganischen Photoresistschicht 7 nach dem Diffundieren mit einer geringfügig höheren Ätzgeschwindigkeit als der übrige Teil aufgelöst Wenn daher dieses Material für die Schicht 8 verwendet wird, kann die Oberfläche des dotierten Bereichs 9 freigelegt werden, während der andere Teil der Schicht 8, der nicht auf dem dotierten Bereich 9 ist, nicht weggeätzt wird. Diese Verfahrensführung ist daher zur Ausbildung des Fensters 10 sehr vorteilhaft

Nach diesem Verfahrensschritt wird eine Metallschicht für Elekiroden, beispielsweise Aluminium, auf der Gesamtfläche der hitzebeständigen, isolierenden Überzugsschicht 8 aufgebracht oder niedergeschlagen, und danach wird die so gebildete Metallschicht photogeätzt, um eine leitfähige Schicht 11 als Verdrahtungsschicht mit dem gewünschten Muster gebildet und durch das Fenster 10 mit dem dotierten Halbleiterbereich 9 elektrisch verbunden. In dieser Weise wird die leitfähige Schicht 11 auf der Hauptfläche 2 des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet. Die leitfähige Schicht 11 wird mit dem dotierten Halbleiterbereich 9 verbunden und erstreckt sich über die hitzebeständige, isolierende Überzugsschicht 8, die die leitfähige Schicht 11 isoliert.

Im Rahmen der Erfindung kann beispielsweise die η-Leitfähigkeit durch die p-Leitfähigkeit ersetzt werden. Ferner kann der Leitungstyp des dotierten Halbleiterbereiches mit dem des Halbleitersubstrats übereinstimmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen einer B-dotierten, p ⁺ n-Diode und einer AS-dotierten n + p-Diode näher erläutert, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Beispiel

Als Substrat wird ein n-Silicium-Wafer mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 Ω · cm verwendet. Auf der spiegelpolierten Hauptfläche wird eine erste Schicht 3 mit 0,2 μιη Dicke durch Hochfrequenz (HF)-Zerstäubung eines ternären Systems aus Se-Ge-B aufgebracht, wobei B als Verunreinigung dient. In der chemischen Zusammensetzung der ersten Schicht 3 sind 5 Atomprozent B, und die Matrixkomponenten Se und Ge der ersten Schicht 3 haben eine chemische Zusammensetzung von 75 Atomprozent Se und 25 Atomprozent Ge, d. h., das Verhältnis Se zu Ge beträgt 3:1. Das Substrat, auf dem so der dünne Se-Ge-B-FiIm ausgebildet worden ist, wird für 4 Minuten in eine stromlose Silberplattierungslösung eingetaucht, mit Wasser abgewaschen und getrocknet, um eine Silberschicht mit etwa 5 nm Dicke als zweite Schicht 4 auf der ersten Schicht 3 auszubilden. Dadurch erhält man die anorganische Photorestistschicht 5. Nachdem eine Maske mit einem kreisförmigen Muster von 140 μιη Durchmesser in engem Kontakt mit der Silberschicht als zweiter Schicht 4 aufgebracht worden ist, wird die anorganische Photoresistschicht 5 auf der freiliegenden Silberschichtoberfläche für 30 Sekunden mit Licht 6 mit einer Lichtstärke von 60 mW/ cm² bestrahlt. Das Licht wird von einer 200-W-Quecksilberdampflampe emittiert. Nach der Bestrahlung mit Licht wird die so erhaltene Probe für 150 Sekunden in Königswasser bei Raumtemperatur eingetaucht und danach mit Wasser abgewaschen. Zur vollständigen Entfernung des unbestrahlten Teils der anorganischen Photoresistschicht wird die Probe in einen Entwickler, bestehend aus einem Gemisch einer wäßrigen Lösung von 50 Gewichtsprozent Dimethylamin und Wasser im Volumenverhältnis von 1 :1, für 30 Sekunden eingetaucht, wodurch der nicht bestrahlte Bereich vollständig abgelöst wird. Dadurch bildet sich ein kreisförmiges Muster mit 140 μιη Durchmesser als die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschicht 7 aus. Danach wird durch HF-Zerstäubung die hitzebeständige Überzugsschicht 8 mit 0,2 μπι Dicke aus SiO₂ hergestellt. Die erhaltene Probe wird in einer Stickstoffatmosphäre bei 1050⁰C während 90 Minuten erhitzt, so daß sich der diffundierte Bereich 9 mit einer Diffusionstiefe von 0,8 μιη ausbildet Danach wird die SiO₂-Schicht 8 für

4 Minuten in eine gepufferte HF-Lösung bei Raumtemperatur eingetaucht, so daß die Schicht 8 weggeätzt wird. Die Probe wird dann mit einem Lösungsgemisch, enthaltend H₂SO₄ und H₂O₂ im Verhältnis 3:1, bei Raumtemperatur für 3 Minuten einer Oberflächenbehandlung unterworfen. Die so hergestellte p-n-Siliciumdiode zeigt die in Fig. 11 dargestellte Strom-Spannungs-Charakteristik. Diese Diode weist gute Sperrschicht-Charakteristika auf und ist vergleichbar mit nach üblichen Diffusionsverfahren hergestellten, bekannten Dioden im Hinblick auf die Durchbruchspannung und den Leckstrom in Sperrichtung.

Beispiel 2

IO

15

Als Substrat wird ein p-Silicium-Wafer mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 Ω · cm verwendet. Auf der spiegelpolierten Hauptfläche wird eine erste Schicht 3 von 0,2 μπι Dicke durch Hochfrequenz-Zerstäuben eines ternären Systems aus Se-Ge-As aufgebracht, wobei 20 As als Verunreinigung dient. Die chemische Zusammensetzung der ersten Schicht 3 zeigt das Verhältnis Se : Ge : As = 70 :20 :10 (Atomprozent). Die Matrixkomponenten Se und Ge der ersten Schicht 3 haben eine chemische Zusammensetzung von 78 Atomprozent Se und 22 Atomprozent Ge. Das Vorprodukt wird wie beim Beispiel 1 hergestellt. Bei der Diffusion wird das Vorprodukt bei 1000°C während 50 Minuten wärmebehandelt. Die anschließenden Verfahrensschritte entsprechen denen des Beispiels 1. Die so hergestellte n-p-Siliciumdiode zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik gemäß Fig. 12. Die Charakteristika dieser Diode sind im wesentlichen gleich denen einer nach üblichen Diffusionsverfahren hergestellten bekannten Diode.

Beispiel 3

35

Nach der Wärmebehandlung bei der Herstellung der p + n-Diode gemäß Beispiel 1 wird die gesamte Oberfläche der SiOrSchicht 8, die die Hauptfläche 2 des SiIiciumsubstrats 1 und die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschicht 7 bedeckt mit einem negativ arbeitenden Photoresist (OSR der Tokyo Oka Co. Ltd.) beschichtet. Mit Hilfe einer Photomaske mit einem kreisförmigen Muster von 120 μπι Durchmesser wird ein Fenster mit einem Durchmesser von 120 μπι auf einem Teil der SiO₂-Schicht 8 auf dem diffundierten Bereich 9, dessen Durchmesser 140 μπι beträgt, durch eine übliche Ätzbehandlung hergestellt. Der dem Fenster entsprechende Teil der SiO₂-Schicht 8 wird durch eine gepufferte HF-Lösung bei Raumtemperatur während 3 Minuten weggeätzt. Das Vorprodukt wird einer Oberflächenbehandlung mit einem Lösungsgemisch, enthaltend H₂SO₄ und H₂O₂ im Verhältnis 3:1 bei Raumtemperatur unterworfen, mit Wasser abgewasehen und dann getrocknet Danach wird Aluminium mit 0,7 μπι Dicke auf die Fenster aufweisende Gesamtfläche der SiO₂-Schicht 8 aufgebracht Die so aufgebrachte Aluminiumschicht wird mit Hilfe einer Photomaske mit dem gewünschten Elektroden-Verdrahtungsmuster in 60 ■ üblicherweise photogeätzt, um die leitfähige Schicht 11 als Verdrahtungsschicht der p+n-Diode gemäß Beispiel 1 auszubilden.

Mit der Erfindung werden insbesondere die nachstehenden Vorteile erzielt:

1. Das Diffusionsverfahren wird vereinfacht, da die Verfahrensschritte zur Ausbildung der Diffusionsmaskenschicht und deren Musterung eliminiert werden, und der die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistbereich als Diffusionsquelle kann durch die musterförmige Bestrahlung in der anorganischen Photoresistschichi selbst ausgebildet werden.

Die Diffusion erfolgt direkt von der gemusterten, die Verunreinigung enthaltenden, anorganischen Photoresistschicht als Schicht mit der Verunreinigungsquelle, so daß Schwierigkeiten durch Abmessungsänderungen durch Musterumwandlung entfallen, die auftreten, wenn die Diffusionsmaskenschicht in üblicher Weise hergestellt wird. Daher ist die AbmessungsgeriE'iij-'.-eit des diffundierten Bereichs verbessert l-erner hat der anorganische Photoresist per se eine hohe Auflösung. Dies trägt ebenfalls zur Verbesserung der Genauigkeit des diffundierten Bereichs bei. Es kann daher ein sehr genau diffundierter Bereich gebildet werden.
Da die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschicht, d. h. die Dotierungsquelle, durch die hitzebeständige Überzugsschicht abgedeckt ist, wirkt die Diffusionsatmosphäre nicht auf die Verunreinigungsdiffusion ein, so daß die Diffusionsatmosphäre nicht kontrolliert werden muß. Dies trägt ebenfalls zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens für Halbleiteranordnungen hei.
Die Verunreinigungskonzentration in der anorganischen Photoresistschicht kann mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Die hitzebeständige Uberzugsschicht verringert im Vergleich zu üblichen Herstellungsverfahren die Verdampfung der Verunreinigung in starkem Maße. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung der Verunreinigungsdolierung, so daß Haibleiteranordnungen mit hoher Reproduzierbarkeit in Massenfertigungen hergestellt werden können.

Wenn zwei Verunreinigungen, beispielsweise As und P, in der ersten Schicht enthalten sind, können beide Verunreinigungen gleichzeitig diffundiert werden. Dadurch wird die Anzahl der Diffusionsschritte und dementsprechend die Beschädigung des Substrats vermindert.

Bei der Wärmebehandlung ist die die Verunreinigung enthaltende, anorganische Photoresistschicht durch die hitzebeständige Uberzugsschicht eingeschlossen. Dadurch können sowohl p- als auch n-Verunreinigungen gleichzeitig bei der gleichen Wärmebehandlung diffundiert werden. Dadurch erhöht sich die Produktivität von Halbleiteranordnungen bei der Massenfertigung.
Bei Ill-V-Haibleitern kann Se unmittelbar als n-Verunreinigung ohne zusätzliche Zugabe eines dritten Verunreinigungselements in der anorganischen Photoresistschicht verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selektiven Diffusion eines den Leitungstyp bestimmenden Dotierstoffes in ein Halbleitersubstrat (1), bei dem

a) auf einer der Hauptflächen (2) des Substrats (1) eine als Doiierstoffquelle dienende, mit einem den zu diffundierenden Stellen entsprechenden Muster versehene Schicht (7) erzeugt wird,

b) eine hitzebeständige Oberzugsschicht (8) auf der Hauptfläche (2) des Substrats (i) ausgebildet wird, so daß die die Dotierstoffquelle bildende Schicht (7) durch die hitzebeständige Überzugsschicht (8) abgedeckt ist, und

c) der Dotierstoff aus der Dotierstoffquelle in den darunterliegenden Bereich (9) des Substrats (1) diffundiert wird,

dadurchgekennzeichnet,

daß die mit dem Muster versehene Schicht (7) mit den folgenden Verfahrensschritten gebildet wird:

d) Ausbilden einer anorganischen Photoresistschicht (5) auf der Hauptfläche (2) des Halbleitersubstrats (1), wobei die Photoresistschicht (5) eine erste amorphe Schicht (3), enthaltend Selen als Hauptbestandteil und dem Dotierstoff als Verunreinigung und eine zweite Schicht (4) aus Silber oder Silber enthaltend auf der ersten Schicht (3) aufweist,

e) Bestrahlen der anorganischen Photoresistschicht (5) mit einem Bestrahlungsmuster,

f) Entwickeln der bestrahlten, anorganischen Photoresistschicht (5) zum Ausbilden der den Dotierstoff enthaltenden mit dem Muster versehenen Schicht (7) entsprechend dem Bestrahlungsmuster.