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Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in Silizium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in Silizium durch epitaxiales
Aufwachsen von Zonen unterschiedlichen Leitungstyps auf erhitzte einkristalline Siliziumträger aus einer strömenden, Wasserstoff und eine Siliziumhalogenverbindung enthaltenden Gasatmosphäre in einer Auf- wachszelle, wobei vor dem Aufwachsen die Siliziumträger in einem Gasstrom aus Wasserstoff, einer Sili- ziumhalogenverbindung und Halogenwasserstoff teilweise abgetragen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Träger p-leitende Siliziumeinkristalle verwendet werden, welche auf einem heizbaren Körper, der ganz oder teilweise aus derSiliziumlegierung eines Elementes der U., III. oder V. Gruppe des Periodensystemes der Elemente besteht, wärmeleitend aufliegen und auf eine Temperatur von 900 bis 1400 C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 1150 bis 12500C erhitzt werden, dass die erhitzten Träger in dem aus Wasserstoff, Halogenwasserstoff und einer Siliziumhalogenverbindung bestehenden Gasstrom etwa 1 - 60 min lang plan geätzt werden und dass anschliessend die epitaxiale Abscheidung von n-leitendem Silizium auf die Träger bewirkt wird. Als Legierungspartner für den Siliziumkörper eignen sich besonders diejenigen Elemente der II., III. oder V.
Gruppe des periodischen Systemes, die mit Silizium ein einfach eutektisches System mit entartetem Eutektikum bilden, z. B. die Metalle Gallium, Indium, Antimon sowie Zink.
In der österr. Patentschrift Nr. 212879 wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Körpern aus Halbleitermaterial beschrieben, gemäss welchem die Oberflächen mit einem aus Wasserstoff und Siliziumtetrachlorid bzw. aus Wasserstoff, Halogenwasserstoff und Silicochloroform bestehendem Gasgemisch geätzt werden. Gegenüber diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich das neue Verfahren dadurch, dass es nicht nur zur blossen Abtragung einer Oberflächenschicht des Trägerkristalles geeignet ist sondern darüber hinaus die Herstellung einer völlig ebenen, spiegelnden Siliziumoberfläche ermöglicht.
Nur wenn zur Abscheidung des n-leitenden Materials Trägerkristalle mit den erfindungsgemäss hergestellten planen Siliziumoberflächen verwendet werden, ist die Herstellung von Epitaxial-pn-Übergängen mit einer guten Gleichrichtercharakteristikmöglich, d. h. mit scharf markiertem Stromwechsel beim Übergang von Flusszur Sperrichtung sowie mit abruptem Strom anstieg nach Überschreiten der Durchbruchsspsnnung und hohem Sperrvsrmögen.
Darüber hinaus zeigt das erfindungsgemässe Verfahren den weiteren Vorteil, dass beim Übergang von der Ätzung zur Abscheidung lediglich der Halogenwasserstoffstrom abgeschaltet werden muss, d. h. eine Änderung des Molverhältnisses zwischen Wasserstoff und Siliziumhalogenverbindung sowie eine Änderung der Temperatur des Trägerkristalles nicht erforderlich ist.
Durch die erfindungsgemässe Verwendung von Siliziumlegierungen als WärmeUbertrager werden die Bedingungen für das Ätzen der p-leitenden Siliziumeinkristalle sowie für die nachfolgende Abscheidung der n-leitenden Schicht günstig beeinflusst. Verwendet man bei dem erfindungsgemässen Verfahren an Stelle der Siliziumlegierungen als Heizkörper reines Silizium und ätzt die Oberflächen der Einkristalle in der angegebenen Weise mit einem aus Wasserstoff, Halogenwasserstoff und einer Siliziumhalogenverbindung bestehendem Gas, so werden pn-übergängemit weniger guten Gleichrichterkennlinien erhalten.
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Im folgenden Beispiel wird im Zusammenhang mit der Figur das Verfahren gemäss der Erfindung näher beschieben :
In einer an sich bekannten Anlage zur Epitaxialbeschichtung von Silizium wird auf ein glattes Graphitbrett 1, den Heizer, eine Siliziumschicht 2 von 0, 2 bis 0, 3 mm Dicke abgeschieden. An mehreren Stellen werden auf diese Siliziumschicht Galliumkugelchen 3 von etwa 1 mm Durchmesser angeordnet. Danach wird der Heizer etwa 10 min im Wasserstoffstrom auf 1150 - 12500C erhitzt..
Das Gallium dringt völlig in die Siliziumschicht ein. Nach dem Abkühlen sind die mit Gallium behandelten Stellen deutlich zu erkennen. Auf diese Stellen werden p-leitende Siliziumscheiben 4 von z. B.
2000hm. cm gelegt, in der Aufwachszelle auf 1150 - 12500C erhitzt und mit einer die Zelle durchströmenden Gasmischung, bestehend aus 1 Mol Wasserstoff, 0, 16 Mol Chlorwasserstoff und 0, 04 Mol gasförmigem Siliziumtetrachlorid, plan geätzt. Nach 10 min wird das Ätzgas abgestellt und zur epitaxialen Beschichtung Wasserstoff und Siliziumtetrachlorid in einem Molverhältnis von 25 : 1 eingeleitet. Dem Gasgemisch wirdso'vielPhosphoi (IH)-chlorid beigemengt. dass n-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 5 Ohm-cm aufwächst. Die Ziffern 5, 6, 7 und 8 stellen die Gaseinlassstellen für Wasserstoff, Chlorwasserstoff, Siliziumtetrachlorid und Phosphor III)-chlorid dar, die Ziffer 9 den Auslass fUr das Abgas.
In analoger Weise lässt sich das Verfahren mit Siliziumheizern durchführen, die mit Indium, Antimon, Zink oder einem andern Element der II., III. oder V. Gruppe des periodischen Systemes der Elemente legiert sind, z. B. mit Magnesium oder Arsen. Statt phosphordotiertes n-Silizium aufwachsen zu lassen, kann dem Gasgemisch, das zum Aufwachsen verwendet wird, auch Arsen oder Antimon, z. B. in Form ihrer Halogenverbindungen, beigegeben werden. Der spezifische Widerstand der Aufwachsschicht hängt vom Partialdruck der dotierenden Beimengung im Reaktionsgas ab. Beträgt der Partialdruck von
EMI2.1
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugten pn-Übergänge zeichnen sich durch gute scharfe Gleichrichterkennlinien bei kleinen Rückströmen aus, bei 400 V betrag ! der Rückstrom in der Regel nicht mehr als einige l O* A/mm .
Statt des mit Silizium beschichteten Graphitbrettes können als Heizer auch Unterlagen aus kompaktem Silizium verwendet werden, die in analoger Weise mit den erfindungsgemäss zu wählenden Elementen zu behandeln sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in Silizium durch epitaxiales Aufwachsen von Zonen unterschiedlichen Leitungstyp auf erhitzte einkristalline Siliziumträger aus einer strömenden, Wasserstoff und eine Siliziumhalogenverbindung enthaltenden Gasatmosphäre in einer Aufwachszelle, wobei vor dem Aufwachsen die Siliziumträger in einem Gasstrom aus Wasserstoff, einer Siliziumhalogenverbindung und Halogenwasserstoff teilweise abgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger (4) p-leitende Siliziumeinkristalle verwendet werden, welche auf einem heizbaren Körper (2), der ganz oder teilweise aus der Siliziumlegierung eines Elementes der II., III. oder V.
Gruppe des Periodensystemes der Elemente besteht, wärmeleitend aufliegen und auf eine Temperatur von 900 bis 1400 C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 1150 bis 12500C erhitzt werden, dass die erhitzten Träger in dem aus Wasserstoff. Halogenwasserstoff und einer Siliziumhalogenverbindung bestehenden Gasstrom etwa 1 - 60 min lang plan geätzt werden und dass anschliessend die epitaxiale Abscheidung von n-leitendem Silizium auf die Träger bewirkt wird.