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Verfahren zur Dotierung von Halbleiterkörpern, insbesondere von Siliziumkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines Verfahrens zur Dotierung von Halbleiterkör- pern, insbesondere von Siliziumkörper, durch einen auf eine Oberflächenzone des Halbleiterkörper ! elektrolytisch niedergeschlagenen Dotierungsstoff, der dann durch einen Diffusions-oder Legierungsprozess zur Erzeugung einer Halbleiterzone bestimmten elektrischen Leitungstype und eines Überganges von ohmschem oder pn-Charakter in den Halbleiterkörper hineingebracht wird.
Zur Dotierung eines Halbleiterkörpers in einem bestimmten Volumenbereich mit einem bestimmten elektrischen Leitungstyp und einem bestimmten Dotierungsgrad ist es bekannt, auf diejenige Oberfläche des Halbleiterkörpers, unterhalb bzw. hinter welcher der dotierte Bereich geschaffen-werden soll, ein Elektrodenmaterial in fester Form, z. B. als Folie, oder durch einen Aufdampfprozess oder auch durch einen elektrolytischen Prozess mittels eines gegen die entsprechende Oberflächenzone des Halbleiterkörpers gerichteten und gegenüber diese entsprechend elektrisch gepolten Flüssigkeitsstrahles aufzubringen und dann durch einen thermischen Behandlungsprozess dieser Anordnung auf dem Wege der Eindiffusion oder Einlegierung in den erwünschten zu dotierenden Bereich des Halbleiterkörpers hineinzubringen.
Bei der Durchführung solcher Verfahren hat sich aber gezeigt, dass der im Halbleiterkörper gebildete Übergang eine sehr unregelmässige Grenzfläche annehmen kann, wodurch dann die Durchschlagsfestigkeit einer auf diese Weise hergestellten Halbleiteranordnung, wie eines Flächengleichrichters mit pn- Übergang, z. B. auf der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium, wesentlich gegenüber den erwarteten Werten herabgesetzt werden kann.
Diese nachteiligen Erscheinungen sind vermutlich darauf zurückzuführen, dass die die Oberfläche des Halbleiters berührende Oberfläche der aufgebrachten Folie aus Dotierungsmaterial sich nicht in dem erwünschten reinen Zustand befindet und gegebenenfalls eine Oxydhaut trägt. Diese Oxydhaut kann bei der Durchführung des Diffusions- bzw. Legierungsprozesses im Rahmen einer thermischen Behandlung dann dazu Anlass geben, dass das Material in dieser Oxydschicht seine ihm vorher zu eigene Oberflächenspannung verliert. Es kann dann zur Bildung von Nestern an der Grenzfläche zwischen dem schmelzflüssig werdenden Dotierungsmaterial und dem Halbleitermaterial kommen. Der Eindiffusionsprozess bzw.
Legierungsprozess schreitet dadurch derart unregelmässig in dem Halbleiter fort, dass es in diesem zu einer nicht der gewünschten Form entsprechenden Grenzflächenbildung an dem Übergang kommt, die entgegen der angestrebten möglichst glatten Form Spitzen, mindestens aber Erhöhungen, aufweist. Es ist dann die erwartete Dicke des nicht durch den Diffusionsvorgang bzw. Legierungsprozess behandelten Teiles zwischen den Übergangsstellen der beiden dotierten Zonen des Halbleitermaterials nicht gewährleistet.
Es erscheint hienach notwendig, das Dotierungsmaterial auf den Hall1leiterkörper durch einen Niederschlagsprozess in sehr reinem Zustand aufzubringen, damit schädliche Oberflächenschichten zwischen dem Dotierungsmaterial und dem Halbleitermaterial bzw. Halbleiterkörper nicht entstehen können.
Es können nicht nur an dem auf den Halbleiterkörper aufgetragenen Dotierungsmaterial vorhandene Oberflächenschichten nachteilig sein, sondern auch an der Oberfläche des Halbleitermaterials selbst gebildete.
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Somit erscheint es wichtig, jede mögliche Vorsorge zu treffen, um der Bildung von Oxydschichten am einzudotierenden Elektrodenwerkstoff und an der Oberfläche des Halbleiterkörpers, von welcher aus dieser Werkstoff in den Halbleiterkörper durch einen thermischen Behandlungsprozess hineingebracht werden soll, vorzubeugen, also der Anwesenheit von Sauerstoff, sei es in elementarer Gasform, sei es in einer chemischen Verbindung, welche beim Behandlungsprozess, u. zw. bereits beim Aufbringen des Dotierungsmaterials auf die entsprechende Oberfläche des Halbleiterkörpers benutzt wird oder anwesend sein könnte, vorgebeugt wird. Zu einer solchen sauerstoffhaltigen chemischen Verbindung wäre auch bereits Wasser zu rechnen, welches z. B. zur Bildung einer wässerigen Lösung einer Substanz benutzt werden würde.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein Verfahren der eingangs angeführten Art zur Dotierung von Halb1eiterkörpem dadurch verbessert, dass erfindungsgemäss der Dotierungsstoff aus einem ihn enthaltenden nichtwässerigen bzw. wasserfreien und sauerstofffreien Elektrolyten niedergeschlagen wird.
Der Niederschlagsprozess kann dabei derart gestaltet werden, dass nur bestimmte Oberflächenteile des Halbleiterkörpers mit dem betreffenden Dotierungsstoff versehen werden. Zu diesem Zweck können die andem Oberflächenteile des Halbleiterkörpers bei dem Niederschlagsprozess maskiert bzw. entspre- chend abgedeckt oder abgeschirmt werden. Dieses Abdecken kann auch durch eine solche Schablone erfolgen, welche dem Dotierungsstoff oder dem Elektrolyten überhaupt nur Zutritt zu dem entsprechenden Oberflächenteil erlaubt. Der Halbleiterkörper kann hiefür z. B. mit seinem entsprechenden Oberflächenteil in der Aussparung einer Wand des Gefässes liegen, in welchem der Elektrolyt sich befindet.
Bei der Behandlung solcher Halbleiterstoffe im Wege eines Legierungs- bzw. Diffusionsprozesses kann eine Oberflächenschicht an dem Halbleiterkörper nachteilig sein, die sich unmittelbar nach einer an diesem Körper vorgenommenen Reinigung durch einen Ätzprozess in Form einer dünnen Wasserhaut gebildet haben kann. Es kann daher im Rahmen der Erfindung vorteilhaft sein, einen solchen Elektrolyten, der den Dotierungsstoff enthält, zu benutzen, dass sich bei dem Zusammenkommen des Elektrolyten mit der Wasserhaut ein chemischer Reaktionsprozess vollzieht, in dessen Verlauf das eventuell als Haut vorhandene Wasser verbraucht und beseitigt wird.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist insbesondere gedacht, um z. B. Silizium mit
Aluminium zu dotieren und dabei gegebenenfalls gleichzeitig eine entsprechende Elektrode für den elek- trischen Anschluss an der behandelten Zone des Halbleiterkörpers zu bilden. Gerade Aluminium ist be- kanntermassen ein Stoff, der leicht zu einer Oxydhautbildung an seiner Oberfläche Anlass gibt, die rela- tiv stabil ist und sich im allgemeinen schwer beseitigen lässt. Gerade auch für das Niederschlagen von
Aluminium in reinster Form auf elektrolytischem Wege auf dem Halbleiterkörper wurde es als vorteilhaft erkannt, eine nichtwässerige, sauerstofffreie Aluminiumverbindung als Elektrolyten zu benutzen. Als be- sonders geeignet in dieser Hinsicht haben sich Komplexverbindungen des Aluminiums ergeben, die gege- benenfalls organischen Charakters sein können.
Eine solche kann z. B. den Charakter einer Alkalimetall-
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auf jeden Fall also das Wasser unmittelbar durch eine chemische Reaktion verbraucht bzw. beseitigt wird.
Je nach der Art des Halbleiterkörpers empfiehlt sich die Benutzung verschiedener Dotierungsstoffe.
So kann sich z. B. im Falle von Germanium als Halbleiterkörper für die Dotierung Indium oder Gallium eignen. Diese beiden Stoffe als Vertreter der Elemente der Hauptgruppe ni des periodischen Systems können dann einzeln in der als Elektrolyt verwendeten Komplexverbindung an die Stelle des Aluminiums treten.
Um die Elektrolyse in wirksamer Weise durchführen zu können, ist es erwünscht, dass der als Kathode in den Elektrolyten eingebrachte Halbleiterkörper einen möglichst geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Dieser Widerstand bei normaler Zimmertemperatur ist an sich durch den reinen bzw. dotierten oder vordotierten Halbleiterkörper, der für die Herstellung der betreffenden Halbleiteranordnung als Ausgangsprodukt benutzt wird, vorgegeben.
Gemäss der Erfindung lässt sich aber der erwünschte technische Effekt der Herabsetzung des Widerstandes des Halbleiterkörpers bei der Durchführung des elektrolytischen Prozesses des Halbleiterkörpers dadurch erreichen, dass der elektrolytische Prozess unter Ausnut- zung des Temperaturganges des spezifischen elektrischen Widerstandes des Halbleitermaterials bei einer bestimmten gesteigerten Temperatur des Halbleiterkörpers durchgeführt wird. Hiefür kann entweder der Elektrolyt auf eine entsprechende Temperatur gebracht werden, oder es kann der Halbleiterkörper unmittelbar eine entsprechende Beheizung erfahren, z. B. durch an sich bekannte Bestrahlung des zu behandeln-
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Der Elektrolyt wirkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein, indem er sowohl an dieser vorhandene Verunreinigungen, die aus Hydroxyden und sauerstoffhaltigen Belägen bestehen können, als auch Wasserhäute beseitigt. So ist er äusserst sauerstoffaffin und daher also in der Lage, bereits beim Eintauchen der später mit einem Metallniederschlag zu versehenden Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer an dieser vorhandenen oxydischen Oberfläche zu reagieren. Diese Oxydschicht wird daher von der Oberfläche des Halbleiterkörpers beseitigt und damit diese Oberfläche für den elektrolytischen Niederschlagsprozess vorbereitet, ohne dass oxydische Zwischenschichten vorhanden sein können. Es ist hiebei insbesondere einmal die Komplexverbindung als solche, die z.
B. bei einer metallorganischen Aluminiumkom- plexverbindung auf Grund ihres Al (C2Hs) s -Gehaltes vorhandene Feuchtigkeit und Sauerstoff chemisch durch die Berührung mit der chemisorbierten Schicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers aus dieser Schicht beseitigt. Verläuft die Reaktion der Einwirkung des Elektrolyten auf die chemisorbierte Schicht als ein exothermer Vorgang, so kann auch durch die dabei nach aussen frei werdende Wärme das Wasser unmittelbar beseitigt werden. Das kann ferner auch erfolgen, indem bei einer solchen chemischen Reaktion das Wasser verbraucht wird.
Beispielsweise Anordnungen für die Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens unter Anwendung eines Elektrolyseprozesses veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.
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Elektrode wird durch den Halbleiterkörper 4 gebildet, welcher in einem Träger 5 aus einem gegenüber dem Elektrolyten neutralen Stoff, z. B. Kunststoff. besteht. Innerhalb des Kunststoffstabes befindet sich eine elektrische Zuleitung 6, welche bis an die Randzone des Halbleiterkörpers herangeführt ist.
Diese Zuleitung ist derart für die Kontaktgabe mit dem Rand des Halbleiterkörpers in dem Kunststoffkörper angeordnet, dass sie an dieser Stelle bei dem Niederschlagsprozess gegen den Zutritt des Elektrolyten abgedeckt ist und sich aus dem den Dotierungsstoff in Form von Aluminium enthaltenden Elektrolyten nur in wirksamer Weise das Aluminium auf der erwünschten Oberfläche des Halbleiterkörpers 4 niederschlägt. Der Träger 5 kann dabei derart gestaltet sein, dass er unmittelbar die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers abdeckt, so dass nur die gegenüberliegende Oberfläche für den Zutritt des niederzuschlagenden reinsten Aluminiums frei liegt.
Der Trägerkörper für die zu behandelnde Siliziumplatte kann dabei vorzugs-
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weise aus einem solchen Werkstoff bestehen, der gleichzeitig solche mechanischen Eigenschaften aufweist, dass er sich bei der Halterung der Siliziumplatte dieser an ihrem Umfang anpassen kann, so dass er gleichzeitig eine geeignete Abdichtung bildet, damit der Elektrolyt keinen Zutritt zu der elektrischen Stromführung hat, über welche die Halbleiterscheibe mit der elektrischen Spannungsquelle verbunden wird.
Von einer solchen Ausführung ist bereits in dem Ausführungsbeispiel Gebrauch gemacht, wie insbesondere auch aus der Fig. 2 hervorgeht, die einen Schnitt des Halters 5 nach der Linie li-li darstellt. Es ist zu erkennen, dass der Teil 5a nach Art eines flachen Dosenunterteiles gestaltet ist. Dieser ist an der inneren Mantelfläche seines Randteiles mit einer Aussparung 5b versehen, an deren Grund das Ende der elektrischen Zuleitung 6 oder ein an dieser angeschlossener elektrischer Kontaktteil gelagert bzw. befestigt ist. Die Aussparung 5b kann vorzugsweise eine sich nach aussen verjüngende Form haben, so dass der Halbleiterkörper 4 nach seinem Einsetzen sicher gehaltert wird und sich mit seinen Rändern in die Wand dieser Aussparung eindrücken kann.
Hiezu muss der Werkstoff, wie bereits angegeben, zweckmässig aus einem entsprechenden nachgiebigen Material bestehen. Diese Nachgiebigkeit des Körpers 5 ist auch von Wichtigkeit, damit ein leichtes Einsetzen des Halbleiterkörpers in die für ihn an dem Halter 5 vorgesehene Fassung erfolgen kann. Aus diesem Grunde kann der Halter beispielsweise aus einem Werkstoff wie Polytetrafluoräthylen bestehen.
Wie aus der Darstellung nach Fig. 1 zu entnehmen ist, ist der Behälter 1 mit dem Elektrolyten vor- zugsweise nach aussen gasdicht durch einen Deckel 7 abgeschlossen, so dass oberhalb des Spiegels des Elektrolyten eine Schutzgasatmosphäre vorhanden sein kann.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist noch eine Teildarstellung eines Trägers für eine zu behandelnde Halbleiterscheibe wiedergegeben. Der Träger besteht in diesem Falle an seinem unteren Ende aus einem rohrförmigen Teil. Der stirnseitige Rand 8a dieses Rohres 8 ist vorzugsweise durch einen Läpp-Prozess sauber geschliffen. Ebenso ist bekanntermassen auch der Halbleiterkörper 4'im allgemeinen an seiner Oberfläche durch einen Läpp-Prozess behandelt worden. Legen sich also Halbleiterkörper 4'und Trägerkörperrand 8a gegeneinander, so wird dabei unmittelbar eine flüssigkeitsdichte und gegebenenfalls zugleich gasdichte Berührungsfläche geschaffen.
Wird daher in dem Hohlraum des Rohres 8 eine Saugwirkung ausgeübt, so wird auf diese Weise der Halbleiterkörper sicher gegen die stirnseitige Randfläche 8a des Rohres 8 gedrückt und dadurch getragen. Für die Zuführung des elektrischen Stromes zu der Halbleiterplatte kann in dem stirnseitigen Rand als Anschlusskontakt ein federnder Kontaktring 9 benutzt werden, der an die Leitung 10 angeschlossen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Dotierung von Halbleiterkörpern, insbesondere von Siliziumkörper, durch einen auf eine Oberflächenzone des Halbleiterkörpers elektrolytisch niedergeschlagenen Dotierungsstoff, der dann durch einen Diffusions-oder Legierungsprozess zur Erzeugung einer Halbleiterzone bestimmten elektrischen Leitungstyps und eines Überganges von ohmschem oder von pn-Charakter in den Halbleiterkörper hineingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierungsstoff aus einem ihn enthaltenden nichtwässerigen bzw. wasserfreien und sauerstofffreien Elektrolyten niedergeschlagen wird.