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JPS5846845B2 - Solid diffusion method and dope composition - Google Patents
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JPS5846845B2 - Solid diffusion method and dope composition - Google Patents

Solid diffusion method and dope composition

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JPS5846845B2
JPS5846845B2 JP48059432A JP5943273A JPS5846845B2 JP S5846845 B2 JPS5846845 B2 JP S5846845B2 JP 48059432 A JP48059432 A JP 48059432A JP 5943273 A JP5943273 A JP 5943273A JP S5846845 B2 JPS5846845 B2 JP S5846845B2
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solution
atoms
solvent
solid
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レイ シヨーテス サミユエル
ゲイロード フイツシユ ジヨン
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造法に関係し、もつと特別には
、ドープした酸化シリコンから半導体結晶薄片へ、導電
型を決定する不純物を固体拡散する技術に関係する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing semiconductor devices, and more particularly to a technique for solid-state diffusion of impurities that determine conductivity type from doped silicon oxide into semiconductor crystal flakes.

明確にいうと、半導体薄片をおおって、固体拡散のため
のドープ材料源として役立つドープした酸化シリコン薄
膜をうるQ)に用いる、新しい材料組成物について述べ
る。
Specifically, we describe a new material composition for use in Q) that covers a semiconductor flake and provides a doped silicon oxide thin film that serves as a source of dopant material for solid-state diffusion.

ドープした酸化物薄膜を固体拡散用の不純物源として半
導体装置の製造に利用することは、何年も前から知られ
ていた。
The use of doped oxide thin films as an impurity source for solid state diffusion in the fabrication of semiconductor devices has been known for many years.

理論的には、ドープした酸化物不純物源によって、ドー
プ材料濃度の制御が改良され、ドープ材料濃度分布がよ
り均一になり、単一操作段階でもって、一度にn型不純
物を拡散出来ることになる。
Theoretically, a doped oxide impurity source provides improved control over dopant concentration, a more uniform dopant concentration distribution, and the ability to diffuse n-type impurities at once in a single operational step. .

実際問題としては、しかしながら、これ等の長所が工業
的には、一般には達成されてはいない。
In practice, however, these advantages have not generally been achieved industrially.

それは多分経済的動機が充分ではなかったこと、又ドー
プした酸化物膜をつくるためのつごうのよい低温技術が
欠けていたことのためである。
This is probably due to the lack of sufficient economic incentives and the lack of robust low temperature techniques for making doped oxide films.

ドープした酸化物の安定な懸濁液や溶液、或いはドープ
した酸化物薄膜を生ずるような成分の溶液をつくるとい
う考えが提案されていた。
The idea of creating stable suspensions or solutions of doped oxides, or solutions of the components that would result in thin films of doped oxides, has been proposed.

懸濁液を用いる技術の一例として、米国特許第3660
156号(特開昭47−4816号)がある。
An example of a technique using suspensions is U.S. Pat. No. 3,660.
No. 156 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 47-4816).

しかしながら、それ等の技術を商品として利用するのは
、充分に安定な充分に純粋な、そして反応がま間で充分
な再現性をもってつくり出せるような懸濁液或いは溶液
をつくり出すことが実際上むづかしいことのため、妨た
げられて来た。
However, in order to utilize these technologies commercially, it is difficult in practice to create suspensions or solutions that are sufficiently stable, sufficiently pure, and that can be produced with sufficient reproducibility in a short period of time. Because of this, I have been prevented from doing so.

したがって、充分に純粋な、充分な放置寿命をもつそし
て商業的規模で正確な特性を再現出来るような酸化物を
生成する材料の組成物をつくることが本発明の一つの目
的である。
Accordingly, it is an object of the present invention to create compositions of oxide-forming materials that are sufficiently pure, have sufficient shelf life, and are capable of reproducing accurate properties on a commercial scale.

本発明のもう一つの目的は、ある酸化物を生成する材料
の組成物をつくり出すことにある。
Another object of the invention is to create compositions of materials that produce certain oxides.

この酸化物はそれを拡散材料源としてドープする相手の
半導体に、今までの同様な操作過程で得られたドープ濃
度と比べて、より高いドープ濃度を与えるようなもので
ある。
This oxide is such that it imparts a higher doping concentration to the semiconductor to which it is doped as a source of diffusion material compared to the doping concentration obtained in similar operating steps up to now.

改良した固体拡散過程を提出するのも又、本発明の一つ
の目的である。
It is also an object of the present invention to provide an improved solid state diffusion process.

本発明の一つの特徴は、中に適当なドープ材料及びテト
ラエチルオルトシリケートと無水酢酸又は酢酸との反応
生成物を溶かしこんだ適当な溶媒より成る材料組成でも
って具体化する。
One feature of the invention is embodied in a material composition comprising a suitable dopant material and a suitable solvent in which is dissolved a reaction product of tetraethylorthosilicate and acetic anhydride or acetic acid.

例えば、望ましい組成は、テトラエテルオルトシリケー
ト、無水酢酸及び酸化硼素をエチルアルコールに加える
ことによってつくられる。
For example, a desirable composition is made by adding tetraethyl orthosilicate, acetic anhydride, and boron oxide to ethyl alcohol.

テトラエチルオルトシリケートと無水酢酸は反応して、
平衡状態でエチルアセテート、トリエトキシシリコンア
セテート及びジェトキシシリコンジアセテートを生ずる
Tetraethyl orthosilicate and acetic anhydride react,
At equilibrium, ethyl acetate, triethoxysilicon acetate and jetoxysilicon diacetate are formed.

無水酢酸をモル数を余分にして加えるとシアセードが主
な生成物となるが、こうしたことは、本発明の本質的な
ところではない。
If an excess number of moles of acetic anhydride is added, cyanide becomes the main product, but this is not essential to the present invention.

エチルアルコールは、望ましい溶媒である。Ethyl alcohol is a preferred solvent.

アルコールがジェトキシシリコンジアセテート分子種と
いく分か反応して、トリエトキシシリコンアセアートの
生成が起り、これがもちろん生成したシアセードの量を
限ることになるけれども、なおエタノールは溶媒として
望ましいものである。
Ethanol is still preferred as a solvent, although some reaction of the alcohol with the jetoxysilicone diacetate species results in the formation of triethoxysilicone aceate, which of course limits the amount of cyanide formed. .

これ等の効果は、実質的には、本発明の成功度をへらし
はしない。
These effects do not substantially reduce the success of the present invention.

他の有用な溶媒には、アセトン、メチルエチルケトン、
トルエン、エチルエーテル及び例えばジメチルエーテル
のようなエチレングリコールのジアルキルエーテルが含
まれる。
Other useful solvents include acetone, methyl ethyl ketone,
Included are toluene, ethyl ether and dialkyl ethers of ethylene glycol, such as dimethyl ether.

シリコンに拡散して導電型を定めるドープ材料は、一般
に、硼素、りん、ひ素が選ばれる。
Boron, phosphorus, and arsenic are generally selected as doping materials that diffuse into silicon to define its conductivity type.

金も又寿命制御のためには、有用なドープ材料であるっ
これ等のドープ材料は、望ましくは、それぞれ酸化はう
素、オルトりん酸、オルトひ酸及び塩化金の形で本発明
の材料組成物中に加えられる。
Gold is also a useful doping material for lifetime control; these doping materials are preferably incorporated into the materials of the present invention in the form of boron oxide, orthophosphoric acid, orthoarsenic acid, and gold chloride, respectively. added into the composition.

他のドープ材料様も又有用であり、事実上等価な結果と
なる。
Other types of doping materials are also useful, with virtually equivalent results.

塩化亜鉛は、ガリウムひ素中に拡散する亜鉛の適当な材
料源である。
Zinc chloride is a suitable source of zinc to diffuse into gallium arsenide.

本発明の組成物は約50〜85係の重量の溶媒を含むも
のであり、シリコン原子数のドーグ材料原子数に対する
比率は第一に半導体に必要なドープ水準に依存して約1
.5対1から約6対1である。
The compositions of the present invention contain about 50 to 85 parts by weight of solvent, and the ratio of silicon atoms to dog material atoms is about 1, depending primarily on the doping level required for the semiconductor.
.. The ratio is about 5:1 to about 6:1.

他の要件に加え、この範囲の原子比を選定することによ
り、今までの同様な操作過程で得られたドープ濃度と比
較して、より高いドープ濃度を安定性よくまた再現性よ
く得られる。
In addition to other requirements, by selecting an atomic ratio in this range, higher doping concentrations can be obtained stably and reproducibly compared to doping concentrations obtained in similar previous operating steps.

加えた無水酢酸とテトラエチルオルトシリケートのモル
比は、約1.5対1から3対1に至るものであり、望ま
しくは約2.0対1から2.3対1までである。
The molar ratio of acetic anhydride to tetraethylorthosilicate added is from about 1.5 to 1 to 3 to 1, preferably from about 2.0 to 1 to 2.3 to 1.

ドープ材料を加えようとする、ドープしていない溶液は
、無水酢酸とテトラエチルオルトシリケートをエタノー
ル或いは他の溶媒中で、1時間から8時間、望ましくは
2時間から6時間かきまぜながら、還流させてつくり出
す。
The undoped solution to which the doping material is to be added is prepared by refluxing acetic anhydride and tetraethylorthosilicate in ethanol or other solvent with stirring for 1 to 8 hours, preferably 2 to 6 hours. .

装置に入って来る水分の量を最小にするためには、還流
冷却器に乾燥管をとりつげなげればならない。
To minimize the amount of moisture entering the device, a drying tube should be attached to the reflux condenser.

加えた溶媒の量は、半導体上につげるための得られた薄
膜の最終の厚さを定める。
The amount of solvent added determines the final thickness of the resulting thin film for deposition onto a semiconductor.

例えば、45m71!のテトラエチルオルトシリケート
と40m1の無水酢酸とを200m1のエタノール中で
反応させると約1200オングストロームの厚さの薄膜
を生ずる組成物となる。
For example, 45m71! of tetraethylorthosilicate and 40 ml of acetic anhydride in 200 ml of ethanol results in a composition that yields a thin film approximately 1200 angstroms thick.

この組成物を半導体表面に回転法(spinnig)、
霧吹法或いは滴下法でつげたときに、溶媒の蒸発によっ
てドープしたシリコン高分子薄膜の析出が起り、これが
200C位の低い温度に加熱して揮発性副産物、残留溶
媒及び残った水分を乾燥させて、容易にドープしたSi
o2に変化する。
This composition is applied to the semiconductor surface by a spinning method,
When applied by spraying or dropping, the evaporation of the solvent causes the precipitation of a doped silicon polymer thin film, which is then heated to a low temperature of about 200C to dry the volatile by-products, residual solvent, and remaining moisture. , easily doped Si
Changes to o2.

引きつづいて例えば約1100℃の拡散温度に加熱する
と、技術に長じた人は容易に理解出来るように、ドープ
材料が酸化物薄膜から半導体中にと移る。
Subsequent heating to a diffusion temperature of, for example, about 1100 DEG C. causes the dopant material to migrate from the oxide film into the semiconductor, as will be readily understood by those skilled in the art.

望ましい付着法は回転法であり、この方法はフォトレジ
スト(感光耐蝕材)回転被覆装置(photoresi
st 5pir+coating equipment
)を用いて王台良く遂行される。
The preferred deposition method is a rotational method, which uses a photoresist rotation coater.
st 5pir+coating equipment
) is successfully carried out.

この装置の一例はカリフォルニアのCupertino
(キューバーチノ)にあるIndustrial M
odular System Corporation
社のモデル6604である。
An example of this device is Cupertino, California.
Industrial M in (Cuvertino)
odular System Corporation
It is a model 6604 of the company.

回転数を正しく選ぶと得られる薄膜の厚さが決定される
Correct selection of the rotation speed determines the thickness of the thin film obtained.

この厚さは又初めの溶液の粘度にも依存する。This thickness also depends on the viscosity of the initial solution.

実例 ■ 基本のドープしない回転付着用溶液は、45m1のテト
ラエチルオルトシリケート、40m1の無水酢酸及び2
00m1のエタノールを500m1の丸底フラスコ中で
混合してえられた。
Examples ■ The basic undoped spin-deposition solution consists of 45 ml of tetraethylorthosilicate, 40 ml of acetic anhydride, and 2
It was obtained by mixing 00 ml of ethanol in a 500 ml round bottom flask.

次に還流冷却器とテフロンで被ったた磁石の撹拌棒を加
えて、混合物を攪拌しながら、ゆっくり還流するような
温度に6時間暖める。
A reflux condenser and a Teflon-covered magnetic stir bar are then added and the mixture is stirred and warmed to a temperature that slowly refluxes for 6 hours.

3.7グラムのB2O3を、上のようにしてつくったド
ープしない溶液(285mg)に加えて、混合物は一晩
中攪拌しながら暖めた。
3.7 grams of B2O3 was added to the undoped solution made above (285 mg) and the mixture was allowed to warm with stirring overnight.

ドープした溶液は、きれいなごみのついていないシリコ
ンの薄片(4Ω・cm、n型)上に、回転数3000
rpmで約10秒間にわたって付着された。
The doped solution was placed on a clean, dust-free silicon thin piece (4 Ω cm, n-type) at a rotational speed of 3000.
It was applied for about 10 seconds at rpm.

薄片は300℃で10分間焼いて、余分の溶媒をとりの
ぞき、その結果の酸化物薄膜を密にする。
The flakes are baked at 300° C. for 10 minutes to remove excess solvent and densify the resulting oxide film.

薄片を次に拡散炉中に、30分間N2気中に1150℃
におく。
The flakes were then placed in a diffusion furnace at 1150°C under N2 for 30 minutes.
Leave it behind.

えられた結果8.9オーム/平方のシート抵抗をもち、
接合の深さは2.4ミクロンで、表面のドープ材料濃度
は3×1020原子/atlであった。
The resulting sheet resistance was 8.9 ohms/square,
The junction depth was 2.4 microns and the surface dopant concentration was 3 x 1020 atoms/atl.

実例 ■ 実例Iにおけると同様なドープしない溶液285m1に
、7.5グラムのH3AsO4を加える。
EXAMPLE ■ To 285 ml of an undoped solution similar to that in Example I, add 7.5 grams of H3AsO4.

得られた溶液を100cm、n型のシリコン薄片につげ
て、1150℃で02気中に120分間おく。
The resulting solution was applied to a 100 cm N-type silicon thin piece and placed at 1150°C in 02 air for 120 minutes.

得られた結果は、接合の深さが1.9□クロン、シート
抵抗が12.3オーム/平方、表面の濃度は2.2×1
020原子/ cniであった。
The results obtained are that the junction depth is 1.9 square meters, the sheet resistance is 12.3 ohms/square, and the surface concentration is 2.2×1
020 atoms/cni.

実例 ■ 実例Iにしたがってつくったドープしない溶液285
mlに6グラムのりん酸を加える。
Examples ■ Undoped solution 285 prepared according to Example I
Add 6 grams of phosphoric acid to ml.

その結果ノ溶液は100cmのp型シリコンにつげて1
150℃で02気中に60分間おく。
The resulting solution was poured onto 100 cm of p-type silicon.
Leave in 02 air at 150°C for 60 minutes.

結果は、接合の深さ2.8ミクロンでシート抵抗が9.
0オーム/平方、表面の濃度が2×1020原子/ C
aであった。
The result was a sheet resistance of 9.8 microns at a bond depth of 2.8 microns.
0 ohms/square, surface concentration 2 x 1020 atoms/C
It was a.

実例 ■ 実例■にしたがってつくったドープしない溶液285m
1に9.5グラムのZnC1を加える。
Example ■ 285ml of undoped solution prepared according to Example ■
Add 9.5 grams of ZnC1 to 1.

ドープした溶液は、n型のガリウムひ素につけて、10
00℃で30分間形形成体中におく。
The doped solution was immersed in n-type gallium arsenide and
Place in the shape former for 30 minutes at 00°C.

結果はp、n接合の深さが約4ミクロンであった。The result was that the depth of the p and n junctions was about 4 microns.

実例 V 実例■のようにしてつくったドープしない溶液1007
721に1.0グラムのHAuCl4 ・3H20を加
える。
Example V Undoped solution 1007 prepared as in Example ■
Add 1.0 g of HAuCl4.3H20 to 721.

ドープした溶液は0.2Ωcrn、のp型のシリコン薄
片につげて1150℃で、10分間02気中に、25分
間水蒸気中に、20分間02気中の−くり返しお(。
The doped solution was applied to a 0.2 Ωcrn p-type silicon thin plate and heated at 1150°C for 10 minutes in air, 25 minutes in water vapor, and repeatedly heated in air for 20 minutes.

結果は、表面の金の濃度が4×1015原子/cniで
あった。
The result was that the gold concentration on the surface was 4 x 1015 atoms/cni.

本発明の組成後は、今までのつくり方で容易に得られる
ものより、高いドープ濃度のものを得るのに、特に有用
である。
The compositions of the present invention are particularly useful in obtaining higher doping concentrations than are readily obtainable with conventional methods.

このような高濃度は固体をつくる原子種が溶媒中で高い
溶解度をもつ故、特にエタノールを溶媒として選んだ時
そうだから、可能となる。
Such high concentrations are possible because the atomic species that make up the solid have a high solubility in the solvent, especially when ethanol is chosen as the solvent.

このことは半導体上でより厚い酸化物薄膜を得ることが
出来、酸化物中のドープ材料の濃度が高いものが出来る
もとどなる。
This allows thicker oxide thin films to be obtained on the semiconductor, which in turn results in higher concentrations of dopant material in the oxide.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 導電型を決定する不純物を半導体に固体拡散させる
方法であって、ドープされた酸化物を形成する溶液を前
記半導体に付着させることと、その半導体を拡散温度に
加熱することとを含み、前記付着させる溶液として、酢
酸あるいは無水酢酸とテトラエチルオルトシリケートと
をモル比にして約1.5:1〜約3=1の割合で反応さ
せて得た生成物と、シリコン原子数に対するドープ材料
原子数の比が約1.5:1〜約6:1となるような量の
半導体への固体拡散に適したドープ材料と、溶液中に前
記反応生成物およびドープ材料を保持し得る50〜85
重量係の溶媒とを含有する溶液を使用する、拡散方法。 2 酢酸あるいは無水酢酸とテトラエチルオルトシリケ
ートとをモル比にして約1.5:1〜約3:1の割合で
反応させて生じる生成物と、シリコン原子数に対するド
ープ材料原子数の比が約1.5:1〜約6:1となるよ
うな量の半導体への固体拡散に適したドープ材料と、溶
液中に前記反応生成物およびドープ材料を保持し得る5
0〜85重量係の溶媒とを含む、組成物。
[Claims] 1. A method for solid-state diffusion of impurities that determine the conductivity type into a semiconductor, comprising: depositing a solution forming a doped oxide on the semiconductor; and heating the semiconductor to a diffusion temperature. The depositing solution includes a product obtained by reacting acetic acid or acetic anhydride with tetraethylorthosilicate in a molar ratio of about 1.5:1 to about 3=1, and silicon atoms. a dopant material suitable for solid-state diffusion into the semiconductor in an amount such that the ratio of the number of atoms of the dope material to the number of atoms is from about 1.5:1 to about 6:1, and holding said reaction product and dope material in solution. Possible 50-85
Diffusion method using a solution containing a solvent by weight. 2 A product produced by reacting acetic acid or acetic anhydride with tetraethylorthosilicate in a molar ratio of about 1.5:1 to about 3:1 and a product in which the ratio of the number of atoms of the doping material to the number of silicon atoms is about 1. .5:1 to about 6:1 of a dopant material suitable for solid-state diffusion into the semiconductor and capable of retaining the reaction product and dope material in solution.
0-85% by weight of a solvent.
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JPS4944667A JPS4944667A (en) 1974-04-26
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