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Verfahren zum Herstellen homogen dotierter einkristalliner
Körper aus einem halbleitenden Element
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B.deten Reaktionsgefäss das Verhältnis zwischen Dotierungsstoff und Silicium oder Germanium mit der er- forderlichen Genauigkeit konstant gehalten werden kann.
Um die Aufgabe, homogen dotierte einkristalline Körper aus einem halbleitenden Element, insbe- sondere Silicium, mit einem für Halbleitervorrichtungen erforderlichen Reinheitsgrad und einer homoge- nen Dotierung zu erhalten, wird gemäss der Erfindung bei einem Verfahren, bei dem durch thermische bzw.
elektrothermische Umsetzung eines gereinigten, aus einem Trägergas, wie Wasserstoff, einer gas- förmigen Halogenverbindung des betreffenden Halbleiterelements und einem Halogenid eines Dotierungs- stoffes bestehenden Reaktionsgas der elementare Halbleiterstoff mit dem dotierenden Element auf einem einkristallinen, erhitzten, aus dem betreffenden von störenden Verunreinigungen freien Halbleiter beste- henden, homogen dotierten Trägerkörper in einkristallinem Zustand niedergeschlagen wird, bei dem fer- ner der Gehalt des Reaktionsgases an Halbleiterhalogenid und dem dotierenden Halogenid durch Abdamp- fen eines gereinigten flüssigen Halogenids des halbleitenden Elements und eines gereinigten, mit dem
Halbleiterhalogenid verdünnten Halogenid des Dotierungsstoffes erzeugt wird, vorgeschlagen,
dass das im
Reaktionsgas anwesende Gemisch von Halbleitervarbindung und Dotierungsstoff ausschliesslich durch Ab- dampfen eines in einem Verdampfungsgefäss befindlichen Gemisches aus einer gereinigten flüssigen Halb- leiterhalogenverbindung und einer gereinigten flüssigen Halogenverbindung des auch im Träger anwesen- den Dotierungsstoffes, deren Siedepunkt von dem der Halbleiterhalogenverbindung um höchstens 500 C ab- weicht, hergestellt wird, dass ferner die Geschwindigkeit des Trägergases durch den das Gemisch enthal- tenden Verdampfer so hoch bemessen wird,
dass das Verhältnis von Halbleiterhalogenid und dotierendem
Halogenid im flüssigen Gemisch während des Abscheidevorganges unverändert'bleibt und dass schliesslich die Anteile des Gemisches so bemessen werden, dass die Anteile des bei der zu verwendenden Umset- zungstemperatur am Träger abgegebenen Halbleiters und Dotierungsstoffes ständig das gleiche Verhältnis wie im Träger aufweist.
Es war zwar bekannt, bei einer Abscheidungsapparatur eine aus zwei parallelgeschalteten Verdamp- fern bestehende Einspeisungsanordnung für das Abscheidungsgefäss zu verwenden, wobei das eine Ver- dampfergefäss mit dem reinen Halbleiterhalogenid, das andere mit einem Gemisch aus Halbleiterhalo- genid und Dotierungsstoffhalogenid gefüllt wird. Beide Gefässe können nach Wahl an das Abscheidungs- gefäss angeschlossen werden, wobei der Transport des Halogenids in das Abscheidungsgefäss durch einen, z. B. aus Wasserstoff bestehenden, Trägergasstrom erfolgt. Die Vermischung des dotierenden Halogenids mit dem Halbleiterhalogenid dient der erforderlichen Verdünnung des dotierenden Halogenids.
Wenn man entsprechend dem bekannten zwei Verdampfergefässe verwendet, von denen das eine mit dem reinen
Halogenid, das andere mit dem-gegebenenfalls mit dem Halbleiterhalogenid vermischten - dotieren- den Halogenid angefüllt ist, so hat man die Möglichkeit, innerhalb frei gewählter Grenzen jeden beliebigen Dotierungsgrad des abgeschiedenen Materials einstellen zu können. Diese Methode bringt jedoch den Nachteil, dass eine konstante Dotierungsstärke des abgeschiedenen Halbleiters unmöglich wird, sobald. die Einspeisung gleichzeitig aus den beiden Verdampfergefässen erfolgt.
Der hauptsächliche Grund für diese Erscheinung ist darin zu suchen, dass es unmöglich ist, die über die beiden Verdampfer fliessenden Trägergasströme in dem hiezu erforderlichen Masse konstant zu halten, so dass der Beitrag der beiden Verdampfergefässe an der Erzeugung des Reaktionsgases sich laufend verschiebt. Diese sowie auf Temperaturschwankungen bestehenden Unterschiede der Versorgung des Trägergases mit den beiden Halogenden können, wie gemäss der Erfindung erkannt wurde, dann vermieden werden, wenn man nur mit einem einzigen Verdampfergefäss arbeitet.
Arbeitet man ausserdem mit genügend hoher Trägergasgeschwindigkeit, so werden dem im Verdampfer eingefüllten Gemisch derart Halogenidmoleküle entnommen, dass das Verhältnis von Halbleiterhalogenid und dotierendem Halogenid in dem flüssigen Gemisch unverändert bleibt, was zur Folge hat, dass auch das Verhältnis dieser Moleküle in dem in das Abscheidungsgefäss gelangenden Gas zeitlichkonstant bleibt. Voraussetzung ist allerdings, dass sich die Siedepunkte der beiden Halogenide um höchstens 500 unterscheiden.
Ist die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung geforderte Bedingung erfüllt, dass das Halogenid des Dotierungsstoffes und das Halogenid des Halbleiters sich bezüglich ihrer Siedepunkte höchstens um 500 unterscheiden, so enthält der Dampf über dem Gemisch erfahrungsgemäss ein konstantes Verhältnis von Halbleiteratomen und Atomen des Dotierungsstoffes, solange sich das Gemisch in flüssigem Zustand befindet und die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases nicht allzu klein ist ( > 10 l/h pro cm2 des durchströmten Querschnitts). Bei den-üblicherweise zur Herstellung von Silicium oder Germanium verwendeten einfachen Halogenverbindungen, z. B.
SiCl , SiHCL oder GeCl, GeHClg, ist bei Zimmertemperatur bereits eine ausreichende Verdampfung gegeben. Das gleiche gilt auch von einer Reihe von Chloriden oder Bromden der üblicherweise zu verwendenden Dotierungsstoffe, z. B. PCL, AsCL, BBr,.
Durch Temperaturschwankungen im Verdampfungsgefäss, etwa im Beceich : k 30, wird erfahrungsge-
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Erfahrungsgemäss wird das Verhältnis von Dotierungsatomen und Halbleitern der aus dem entspre- chend der Lehre der Erfindung hergestellten einkristallinen Silicium- oder Germaniumkörper nicht merk- lich schwanken, wenn sich im Laufe des Abscheidungsvorganges die Temperatur des Trägers um einige
Grade, etwa : l : 100, ändert.
Grössere Schwankungen dieser Temperatur werden auch dann unwirksam. wenn in dem von den Schwankungen bestrichenen Temperaturbereich die Funktionen q (T), welche die
Abhängigkeit der Abscheidegeschwindigkeit q von der Temperatur (T) beschreibt, sich bezüglich des
Wertes ihrer ersten Ableitungen um höchstens lolo unterscheiden.
Bei gewissen flüssigen Mischungen aus einer Halbleiterhalogenverbindung und einer Halogenverbin- dung des Dotierungsstoffes entspricht bei den üblichen Abscheidungstemperaturen das Verhältnis der ab- geschiedenen Halbleiteratome zu den gleichzeitig abgeschiedenen Dotierungsatomen etwa dem Molver- hältnis, mit dem die Halogenide der beiden Stoffe im Verdampfungsgefäss anwesend sind. Dies ist z. B. bei Mischungen der Zusammensetzung PCl3/SiHClg, PCL/SiCIoder POCI /SiCI der Fall. Bei andern
Mischungen können jedoch beträchtliche Abweichungen vorkommen. Ein Beispiel bietet das Element Bor, bei dem der Einbau als Funktion der Konzentration des Bohrhalogenids in derHalbleiterhalogenverbindung stark abhängt.
Bei Zugabe geringer Mengen von Borhalogeniden muss auf weitgehende Phosphor- und Ar- senfreiheit des Ausgangsmaterials geachtet werden, da sonst wegen der gehemmten Borabscheidung eine merkliche Gegendotierung durch solche Stoffe eintreten kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Körpern aus einem halbleitenden Element, insbesondere Silicium, mit einem für Halbleitervorrichtungen erforderlichen Reinheitsgrad und einer homogenen Dotierung, bei dem durch thermische bzw. elektrothermische Umsetzung eines gereinigten, aus einem Trägergas, wie Wasserstoff, einer gasförmigen Halogenverbindung des betreffenden Halbleiterelements und einem Halogenid eines Dotierungsstoffes bestehenden Reaktionsgases der elementare Halbleiterstoff mit dem dotierenden Element auf einem einkristallinen, erhitzten, aus dem betreffenden, von störenden Verunreinigungen freien Halbleiter bestehenden, homogen dotierten Trägerkörper in einkristallinem Zustand niedergeschlagen wird,
bei dem ferner der Gehalt des Reaktionsgases an Halbleiterhalogenid und dem dotierenden Halogenid durch Abdampfen eines gereinigten flüssigen Halogenids des halbleitenden Elements und eines gereinigten, mit dem Halbleiterhalogenid verdünnten Halogenid des Dotierungsstoffes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das im Reaktionsgas anwesende Gemisch von Halbleiterverbindung und Dotierungsstoff ausschliesslich durch Abdampfen eines in einem Verdampfunggefäss befindlichen Gemisches aus einer gereinigten flüssigen Halbleiterhalogenverbindung und einer gereinigten flüssigen Halogenverbindung des auch im Träger anwesenden Dotierungsstoffes, deren Siede- punkt von dem der Halbleiterhalogenverbindung um höchstens 500 C abweicht, hergestellt wird,
dass ferner die Geschwindigkeit des Trägergases durch den das Gemisch enthaltenden Verdampfer so hoch bemessen wird, dass das Verhältnis von Halbleiterhalogenid und dotierendem Halogenid im flüssigen Gemisch während des Abscheidevorganges unverändert bleibt und dass schliesslich die Anteile des Gemisches so bemessen werden, dass die Anteile des bei der zu verwendenden Umsetzungstemperatur am Träger abgeschiedenen Halbleiters und Dotierungsstoffes beständig das gleiche Verhältnis wie im Träger aufweisen.