AT384121B - Verfahren zum gettern von halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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   Gegenstand des Stammpatentes Nr. 380974 ist ein Verfahren zum Gettern von Halbleiterbau- elementen, insbesondere von Siliziumhalbleiterbauelementen, durch Aufbringen einer Getterschicht aus Silizium, thermische Behandlung und Entfernen der Getterschicht, gekennzeichnet durch die
Kombination der folgenden Schritte :
Aufbringen einer an sich bekannten Getterschicht aus amorphem oder mikrokristallinem Sili- zium auf die Vorderseite des Bauelements, thermische Behandlung des beschichteten Bauelements und Entfernen der Getterschicht. 



   Dieses Verfahren weist gegenüber bekannten Verfahren zum Gettern von Halbleiterbauelemen- ten den Vorteil auf, keinen Einbau von störenden Fremdatomen in die aktive Schicht zu bewir- ken, direkt auf diese aktive Schicht einzuwirken und ein leichtes Entfernen der Getterschicht nach kurzen Getterzeiten zu ermöglichen. 



   Die Verbesserung der Eigenschaften eines Halbleiterbauelements durch Gettern von störenden
Fremdatomen aus jener Region deren physikalischen und chemischen Eigenschaften die Funktion des Bauelements bestimmen (= aktive Region), ist an sich bekannt. Stellvertretend für den be- kannten Stand der Technik sei die US-PS Nr. 3, 701, 696 erwähnt, die ein Verfahren zum gleichzei- tigen Gettern, Passivieren und Anordnen einer Übergangsstelle innerhalb eines Siliziumkristalles zum Gegenstand hat. In diesem Verfahren wird die Getterschicht, bestehend aus einer epitakti- schen, kristallinen Siliziumschicht, im Herstellungsablauf in die aktive Region eingebaut. Das bedingt, dass das Gettern zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgen muss, welcher für die Wirkung des Getterns nicht notwendigerweise der am besten geeignete ist.

   Weiterhin beschränken die in der US-PS Nr. 3, 701, 696 beschriebenen Abläufe der Herstellung die Anwendbarkeit des Verfahrens auf eine spezielle Gruppe von Halbleiterbauelementen, welche für ihre Funktion eine dotierte Epitaxieschicht benötigen. Schliesslich hat die in dieser Literaturstelle angeführte Abscheidung einer Siliziumdioxydschicht ausschliesslich den Zweck, das Bauelement vor Ausseneinflüssen zu schützen (= passivieren). 



   Aufgabe der Erfindung war es, eine in der Auswahl der Verfahrensschritte neue Art des Getterns anzugeben, welche gegenüber den bisherigen Verfahren Vorteile aufweist. Hiezu wird die Getterschicht aus hochreinem amorphem oder mikrokristallinem Silizium auf jene Seite des Bauelements, welche näher der aktiven Region liegt, im folgenden als Vorderseite bezeichnet, aufgebracht. Dies ermöglicht kurze Getterzeiten und eine ungewollte Verunreinigung durch aus der Getterschicht austretende Verunreinigungen, wie sie etwa bei Phosphorglasgetterschichten vorkommen, wird vermieden. Da die Getterschicht nur temporär aufgebracht wird und undotiert ist, fallen Einschränkungen, wie sie etwa durch das in der US-PS Nr. 3, 701, 696 beschriebene Verfahren gegeben sind, weg.

   Im erfindungsgemässen Verfahren kann der Gettervorgang zu jenem Zeitpunkt im Herstellungsablauf erfolgen, zu dem der Effekt am grössten ist. Weiterhin kann das erfindungsgemässe Verfahren uneingeschränkt bei der Herstellung aller aus Silizium bestehenden Bauelemente angewendet werden. 



   In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Stammpatent wurde nun gefunden, dass die Getterwirkung des amorphen oder mikrokristallinen Siliziums dadurch erheblich verbessert werden kann, dass noch vor Beginn der thermischen Behandlung mindestens eine weitere dünne dielektrische Schicht auf das amorphe oder mikrokristalline Silizium abgeschieden wird. 



   Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Gettern von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Siliziumhalbleiterbauelementen, durch Aufbringen einer an sich bekannten Getterschicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium auf die Vorderseite des Bauelements, thermische Behandlung des beschichteten Bauelements und Entfernen der Getterschicht, nach Patent Nr. 380974, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vor Beginn der thermischen Behandlung in an sich bekannter Weise auf die Getterschicht eine oder mehrere dünne dielektrische Schichten in einer Dicke von 3 nm bis 3 um aufgebracht werden. 



   Infolge verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten des kristallinen Siliziums des Halbleiterbauelements und des darauf in dünner Schicht aufgebrachten Dielektrikums entstehen Spannungen im kristallinen Silizium, die den Aufbau des Kristallgitters derart beeinflussen, dass störende Fremdatome sich leichter   (d. h.   schneller) im Kristallgitter bewegen können. Überdies erfolgt eine Änderung der atomaren Zusammensetzung des amorphen Siliziums unter der di- 

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 elektrischen Schicht, als deren Folge Störatome, die aus dem Siliziumkristall in die Schicht aus amorphem Silizium diffundiert sind, hierin besonders leicht und effektiv gebunden werden können   (z.

   B.   kann aus der dielektrischen Schicht Sauerstoff in die Schicht aus amorphem Silizium diffundieren und hier eine Oxydbildung des Störatoms verursachen). 



   Als Folge eines derartigen Verhaltens kann eine höhere Sättigungskonzentration des Fremdatoms in der Schicht aus amorphem Silizium erreicht und das Rückdiffundieren der gegetterten Störatome vermindert werden. 



   Als an sich bekanntes Material für die erfindungsgemäss aufgebrachte (n) weitere (n) dünne (n) 
 EMI2.1 
 Titandioxyd   Tir 2.   



   Bei einer dielektrischen Schicht aus Siliziumoxyd (en) kann das Dielektrikum in einfacher und sauberer Weise durch thermische Expansion des oberen Teiles der Getterschicht hergestellt werden. 



   Aluminiumoxyd zeichnet sich durch einen für den Siliziumkristall günstigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus, während Siliziumnitrid die Eigenschaft hat, dass Fremdatome und/oder - ionen auch bei erhöhten Temperaturen kaum diffundieren. Es kann daher als Schutzbarriere gegen das Eindiffundieren unerwünschter Fremdatome aus der Gasatmosphäre während der thermischen Behandlung dienen. 



   Dielektrische Schichten aus Siliciden haben den Vorteil, dass die Herstellung aus den Elementen ohne oxydierende Atmosphäre erfolgen kann. 



   Dielektrische Schichten aus Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd, Zirkonoxyd bzw. Titanoxyd ermöglichen eine gewisse Anpassung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Dielektrikums an das Gettern individueller Störstellen, indem bevorzugt eine chemische Bindung bestimmter Elemente in der Getterschicht erfolgt. 



   Durch Aufbringen mehrerer dielektrischer Schichten aus unterschiedlichem Material können die jeweiligen materialspezifischen Vorteile verknüpft werden. 



   Das Aufbringen der dielektrischen Schicht (en) kann nach einer der folgenden, an sich bekannten, beispielhaft angeführten Methoden auf das amorphe Silizium bzw. das mikrokristalline Silizium erfolgen : 
 EMI2.2 
 dioxyd   CO 2-Wasserstoff H 2 für   Magnesiumoxyd MgO). Das Abscheiden aus der Dampf- phase ist vor allem bei jenen Anwendungen vorteilhaft, welche eine Siliziumepitaxie er- fordern. 



   2) Ein Verfahren wie unter   1)   beschrieben, jedoch mit Unterstützung einer Glimmentla- dung. 



   3) Thermisches Verdampfen der Materialien. 



   4) Elektronenstrahlverdampfen der Materialien. 



   5) Sputtern mittels Targets. 



   6) Reaktives Sputtern in einer Gasatmosphäre   (z. B.   Sputtern von Silizium in einer definier- ten Sauerstoffatmosphäre). 



   Nach dem Aufbringen der zusätzlichen dielektrischen Schicht (en) wird der zweite Schritt des Gesamtverfahrens, die an sich bekannte thermische Behandlung des beschichteten Bauelements, ausgeführt, wie dies im Stammpatent Nr. 380974 beschrieben ist. 



   Vor Ausführung des dritten und abschliessenden Schrittes des Gesamtverfahrens, dem an sich bekannten Entfernen der Getterschicht, oder je nach der angewendeten Methode auch in einem Ar- 

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 beitsgang hiemit, wird bzw. werden die zusätzliche (n) dielektrische (n) Schicht (en) entfernt. Ein Abtragen der Getterschicht durch Einwirkenlassen einer Gasatmosphäre bzw. ein Abtragen der Getterschicht durch Ionenätzen (Trockenätzen) eignen sich auch für die Entfernung der erfindungsgemäss zusätzlich aufgebrachten Materialien ; hiedurch werden in einem einzigen Arbeitsgang beide Schichten gleichzeitig entfernt, so dass sich eine gesonderte unterschiedliche Behandlung zur Abtragung jeweils einer Schicht erübrigt.

   Bei einem Abtragen der Getterschicht mit Hilfe eines Säuregemisches kann es erforderlich sein, vor dem Abtragen des amorphen bzw. mikrokristallinen Sili- 
 EMI3.1 
 und die Getterschicht mittels eines an sich bekannten Schleif- und Läppverfahrens in einfacher und rascher Weise mechanisch abzutragen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich in hervorragender Weise zum Gettern von Siliziumsolarzellen. Diese bestehen aus drei Komponenten :
A) Substrat :
Als Material kommen insbesondere polykristallines Ferrosilizium (metallurgisches Silizi- um), Rohsilizium, polykristalline Silizium-Substratscheiben   ("SILSO"-Handelsprodukt   der Fa. Wacker-Chemitronic) oder einkristalline Silizium-Substratscheiben in Betracht.
Im Falle des Ferrosiliziums ist das Substrat nicht Teil der aktiven Region der Solar- zelle, jedoch beeinflussen Störatome, die während der Herstellung der Zelle in die aktive
Region diffundieren, die aktive Region negativ. Das Substrat dient dem epitaktischen
Aufwachsen der aktiven   Region (en).   



     B)   p-leitende Silizium schicht :
Dicke 5 bis 50   11m,   hergestellt durch thermische Zersetzung von Trichlorsilan. Diese
Schicht, die durch Borbeimengung p-leitend ist, wächst auf dem Substrat epitaktisch auf. Diese Schicht gehört zur aktiven Region der Solarzelle. 



     C)   n-leitende Siliziumschicht :
Dicke 0, 5 bis 5   11m,   gleichfalls hergestellt durch thermische Zersetzung von Trichlor- silan. Diese Schicht ist durch Phosphorbeimengung n-leitend und wächst auf der p-leitenden Siliziumschicht (Komponente B) epitaktisch auf. Diese Schicht gehört eben- falls zur aktiven Region der Solarzelle. 



   Die n-leitende Siliziumschicht kann auch durch Phosphordiffusion in die p-leitende
Siliziumschicht (Komponente B) ausgebildet werden. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren, angewendet auf das Gettern von Siliziumsolarzellen, besteht in einer praktischen Ausführungsform darin, dass auf das Substrat und/oder auf die p-leitende Siliziumschicht und/oder auf die n-leitende Siliziumschicht eine amorphe oder mikrokristal- 
 EMI3.2 
 serstoffgas 10 bis 180 min bei Temperaturen von 600 bis 9500C getempert und nachfolgend wieder entfernt werden. Dabei werden Störatome aus dem Substrat (Komponente A) entfernt, so dass diese nicht mehr in die aktive (n) Schicht (en) (Komponenten B bzw. C) eindiffundieren können, bzw. werden Störatome aus der bzw. den aktiven Schicht (en) entfernt. 



   Der Vorteil der hier beschriebenen zusätzlichen Verfahrensschritte gegenüber dem Gettern mit amorphem oder mikrokristallinem Silizium allein liegt darin, dass eine erheblich grössere Anzahl von Störatomen bei gleichen Temperbedingungen gegettert werden können. Das hat insbesondere zur Folge, dass die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger wesentlich vergrössert werden kann. Da die Ausbeute von durch Licht freigesetzten Ladungsträgern ursächlich von der Diffusionslänge abhängt, resultiert aus einer grösseren Diffusionslänge ein höherer Wirkungsgrad der Solarzelle.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zum Gettern von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Siliziumhalbleiterbauelementen, durch Aufbringen einer an sich bekannten Getterschicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium auf die Vorderseite des Bauelements, thermische Behandlung des beschichteten Bauelements und Entfernen der Getterschicht, nach Patent Nr. 380974, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der thermischen Behandlung in an sich bekannter Weise auf die Getterschicht eine oder mehrere dünne dielektrische Schichten in einer Dicke von 3 nm bis 3 11m aufgebracht werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere dielektrische Schicht (en) aus Siliziummonoxyd und/oder Siliziumdioxyd SiO, wobei l < . x 2 ist, aufgebracht wird bzw. werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere dielektrische Schicht (en) aus Aluminiumoxyd Al203 aufgebracht wird bzw. werden. EMI4.1 aufgebracht wird bzw. werden.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei dielektrische Schichten aus unterschiedlichem Material, nämlich eine Schicht aus Siliziummonoxyd und/oder Siliziumdioxyd und die andere Schicht aus Siliziumnitrid, aufgebracht werden.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der dielektrischen Schicht (en) in an sich bekannter Weise durch Abscheiden aus der Dampfphase vorgenommen wird.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht und die Getterschicht gleichzeitig entfernt werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht und die Getterschicht gleichzeitig in an sich bekannter Weise durch Einwirkenlassen einer Gasatmosphäre abgetragen werden.

   11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht und die Getterschicht gleichzeitig in an sich bekannter Weise durch Ionenätzen (Trockenätzen) abgetragen werden.

   12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht und die Getterschicht gleichzeitig in an sich bekannter Weise durch ein Schleif- und Läppverfahren mechanisch abgetragen werden.

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die dielektrische Schicht in an sich bekannter Weise unter Einwirkung einer spezifischen Ätzlösung entfernt und hierauf die Getterschicht in an sich bekannter Weise mit einem Säuregemisch abgetragen wird.