DE1128151B

DE1128151B - Verfahren zur Waermebehandlung von Halbleiterkoerpern in einem Vakuum- oder Schutzgasgefaess

Info

Publication number: DE1128151B
Application number: DES72921A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Norbert Schink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-03-10
Filing date: 1961-03-10
Publication date: 1962-04-19
Also published as: DE1128151C2

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern in einem Vakuum- oder Schutzgasgefäß In der Halbleitertechnik, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterelementen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden u. dgl., werden verschiedene Herstellungsschritte im Vakuum oder unter Schutzgas durchgeführt; z. B. wird das Zonenschmelzen, insbesondere das tiegelfreie Zonenschmelzen, meistens im Hochvakuum durchgeführt. Bei der Herstellung der Halbleiter-Bauelemente werden z. B. die Legierungsvorgänge zur Herstellung von Elektroden und pn-Libergängen und die Kontaktierungsvorgänge zur Herstellung von Anschlüssen ebenfalls in großem Maße im Vakuum oder unter Schutzgas durchgeführt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern, z. B. Legieren, Kontaktieren, Zonenschmelzen od. dgl., in einem Vakuum- oder Schutzgasgefäß bei Anwesenheit von Metallen und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Behandlung in das Gefäß eine Schwefelquelle eingebracht wird. Der Schwefel soll in der Schwefelquelle vorzugsweise in elementarer Form oder sulfidisch gebunden vorliegen. Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß verschiedene Störungen in den Halbleiterkörpern von Schwermetallen, wie Kupfer, Silber, Eisen, Mangan u. dgl., herrühren, welche sich in den verwendeten Gefäßen befinden. So befindet sich beispielsweise beim Zonenschmelzen meistens die Wärmequelle für die Schmelzzone, z. B. eine Induktionsspule, innerhalb des Zonenschmelzgefäßes in unmittelbarer Nähe der Schmelzzone. Heizt die Wärmequelle z. B. durch Wärmestrahlung, so ist sie schon aus diesem Grunde stark erhitzt, wärmt sie beispielsweise durch Induktionswirkung, so wird sie durch Strahlung von dem geschmolzenen Halbleitermaterial her stark erwärmt. In jedem Fall kann es vorkommen, daß Metalldämpfe aus dieser Wärmequelle, beispielsweise Silber aus der Oberfläche einer Induktionsspule, zu dem Halbleitermaterial gelangen und in dieses eingebaut werden.
Das gleiche gilt für die Legierungs- und Kontaktierungsvorgänge, bei denen sich ebenfalls Metallteile, wie z. B. die Wärmequelle oder auch Teile der Kapselung des fertigen Halbleiter-Bauelementes, innerhalb des Vakuum- oder Schutzgasgefäßes befinden.
Die Erfindung sorgt durch die Anwesenheit einer Schwefelquelle innerhalb des Gefäßes dafür, daß derartige Metalldämpfe zum großen Teil Schwefelverbindungen eingehen und Metallsulfide bilden, welche beispielsweise aus einerri Vakuumgefäß durch ständiges Pumpen entfernt werden. Bei fast allen bekannten Behandlungsarten der Halbleitertechnik innerhalb eines Vakuums wird dieses Vakuum sowieso während der gesamten Behandlungsdauer durch Pumpen ständig aufrechterhalten.
Man kann den Schwefel in verschiedener Weise in das Vakuum- oder Schutzgasgefäß einbringen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Schwefel nicht allein in elementarer Form innerhalb des Vakuumgefäßes unterzubringen, da er bei den meisten Wärmebehandlungen zu schnell verdampft und in das Vakuum abgepumpt wird. Als Beispiel für eine zweckmäßige Schwefelquelle kann ein Tropfen von in Paraffinöl gelöstem Schwefel genannt werden. Paraffinöl kann in einer für die Halbleitertechnik geeigneten Reinheit im Handel erhalten werden und führt deshalb zu keinerlei Verunreinigungen des Halbleitermaterials. Es hält den Schwefel selbst bei starker Erwärmung längere Zeit fest, weshalb diese Schwefelquelle im allgemeinen für die gesamte Behandlungsdauer ausreicht. Selbstverständlich können auch andere Stoffe für diesen Zweck verwendet werden, wenn sie die für die Halbleitertechnik genügende Reinheit und Unschädlichkeit aufweisen. So kann man z. B. eine Mischung aus Schwefel und hochgereinigtem Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium oder Germanium, ebenfalls als Schwefelquelle verwenden.
Für den angegebenen Zweck sind bereits sehr geringe Mengen von Schwefel ausreichend. So kann man beispielsweise eine Lösung von etwa 1'% Schwefel in Paraffinöl herstellen und z. B. 5 Tropfen von je etwa 50 bis 100 mg innerhalb des Vakuumgefäßes einer Zonenschmelzanlage anbringen. Vorteilhaft werden die Tropfen an der Innenseite der Gefäßwand an einer solchen Stelle angebracht, z. B. aufgepinselt, die während der Behandlung nur eine Temperatur von etwa 100° C annimmt. In diesem Falle reicht die angegebene Menge an Schwefel aus, um als Schwefelquelle für die gesamte Behandlungsdauer von z. B. 8 Stunden Länge zu dienen.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen bekanntgeworden, bei dem ein Halbleiterkörper mit Metallfolien und gegebenenfalls weiteren Legierungskörpern in ein pulverförmiges Material, welches weder mit dem Halbleitermaterial noch mit den anderen Bestandteilen chemisch oder mechanisch reagiert, eingebettet wird. Als Einbettungsmateriäl hat sich besonders Graphitpulver bewährt. Bei diesem Verfahren besteht nun die Möglichkeit, dem Einbettungspulver Schwefel in elementarer Form in einer Menge von z. B. 1% beizumischen und hierdurch die gewünschte Schwefelquelle zu schaffen.
Bei der Durchführung derartiger Wärmebehandlungen unter Schutzgas hat es sich als zweckmäßig erwiesen, gasförmige Verbindungen des Schwefels dem Schutzgas beizumischen, z. B. Schwefelwasserstoff oder organische Verbindungen, wie Thioäther. So kann man beispielsweise Helium, Argon oder Stickstoff eine geringe Menge derartiger Schwefelverbindungen beigeben, z. B. 0,1 mg pro Liter.
An Stelle von elementarem Schwefel in einem Träger, wie z. B. Paraffinöl, können auch feste bzw. flüssige Schwefelverbindungen, insbesondere organische Schwefelverbindungen, Verwendung finden. Hierzu gehören beispielsweise Mercaptane, Senföle, Thioacetamid, Thioapfelsäure u. ä.
Bei längerer Behandlungsdauer empfiehlt es sich, während der Behandlung die Schwefelquelle ständig zu ergänzen bzw. zu erneuern. Man kann beispielsweise durch eine feine Düse in der Wand des Vakuumgefäßes ständig eine geringe Menge von Schwefelwasserstoff in das Gefäß einströmen lassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Halbleiterkörpern, wie z. B. Legieren, Kontaktieren, Zonenschmelzen od. dgl., in einem Vakuum- oder Schutzgasgefäß bei Anwesenheit von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Behandlung in das Gefäß eine Schwefelquelle eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwefelquelle in Form einer Lösung von Schwefel in Paraffinöl eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Schwefelverbindung als Schwefelquelle eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum in dem Vakuumgefäß während der Behandlungsdauer ständig durch Pumpen aufrechterhalten wird.