DE1228342B - Diffusion process for doping a surface layer of solid semiconductor bodies - Google Patents
Diffusion process for doping a surface layer of solid semiconductor bodiesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.: Int. Cl .:
HOIlHOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02
Nummer: 1228 342Number: 1228 342
Aktenzeichen: S 40003 VIII c/21 gFile number: S 40003 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 14. Juli 1954 Filing date: July 14, 1954
Auslegetag: 10. November 1966Opening day: November 10, 1966
Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflächenschicht von festen Halbleiterkörpern für Richtleiter, Transistoren oder andere Halbleiteranordnungen mit pn-Übergängen, bei dem der Halbleiterkörper auf einer Temperatur zwischen seiner Schmelztemperatur und der Verdampfungstemperatur des Dotierungsstoffes gehalten und mit dem dampf- oder gasförmigen Dotierungsstoff in Berührung gebracht wird. The invention relates to a diffusion method for doping a surface layer of solid semiconductor bodies for directional conductors, transistors or other semiconductor arrangements with pn junctions, in which the semiconductor body is at a temperature between its melting temperature and the evaporation temperature of the dopant is held and brought into contact with the vapor or gaseous dopant.
Wenn mit diesem bekannten Verfahren nur an einer Stelle oder an einzelnen Stellen der Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine dotierte Oberflächenschicht erzeugt werden soll, so müssen die übrigen Oberflächenteile durch einen geeigneten Überzug abgedeckt und dadurch vor einer Berührung mit dem Dotierungsstoff, der infolge seines gas- oder dampfförmigen Zustandes den Halbleiterkörper vollständig umgibt, bewahrt werden. Das Anbringen solcher Überzüge und ihre nachträgliche Entfernung erfordern zusätzlichen Arbeitsaufwand und besondere Sorgfalt. Außerdem ist wegen der Empfindlichkeit der Halbleitermaterialien gegen Verunreinigung durch Fremdstoffe selbst eine nur vorübergehende Anwesenheit der in Betracht kommenden Überzugsstoffe, die zudem fest auf der Halbleiteroberfläche haften müssen, während der zur Durchführung des Diffusionsvorgangs notwendigen Wärmebehandlung häufig unerwünscht. Schließlich ist die stellenweise Abdeckung nur bei verhältnismäßig niedriger Behandlungstemperatur anwendbar und obendrein nicht immer unbedingt zuverlässig.If with this known method only at one point or at individual points on the surface If a doped surface layer of a semiconductor body is to be produced, then the others must Surface parts covered by a suitable coating and thereby protected from contact with the Dopant which, due to its gaseous or vaporous state, completely covers the semiconductor body surrounds, to be preserved. Require the application of such coatings and their subsequent removal additional work and special care. Besides, it is because of the sensitivity of semiconductor materials against contamination by foreign matter itself is only temporary Presence of the relevant coating materials, which are also firmly attached to the semiconductor surface must adhere during the heat treatment necessary to carry out the diffusion process often undesirable. Finally, the partial coverage is only at a relatively low treatment temperature applicable and on top of that not always reliable.
Demgegenüber kann eine Verbesserung erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß der Halbleiterkörper allseitig der Oberflächendotierung ausgesetzt wird und daß sein unverändert gebliebener Kern nachträglich durch Entfernung von Teilen der veränderten Schicht an einer oder mehreren Stellen mit mechanischen oder chemischen Mitteln oder durch Zerschneiden des Halbleiterkörpers teilweise freigelegt wird. Das kann beispielsweise durch Einsägen oder Einätzen von Rillen geschehen. Die Verwendung scheibenförmiger Halbleiterkörper kann auch der Scheibenrand rings um den unverändert gebliebenen Kern entfernt werden.In contrast, an improvement can be achieved according to the invention in that the semiconductor body is exposed on all sides to the surface doping and that its remained unchanged Core subsequently by removing parts of the changed layer in one or more places partially by mechanical or chemical means or by cutting up the semiconductor body is exposed. This can be done, for example, by sawing or etching grooves. The usage disk-shaped semiconductor body can also be the edge of the disk around the unchanged Core to be removed.
An Hand der Zeichnung sollen das neue Verfahren und weitere Verbesserungen näher erläutert werden.
Gemäß F i g. 1 und 2 wird eine Siliziumscheibe 2, welche beispielsweise von einem mittels eines tiegelfreien,
senkrechten Zonenziehverfahrens gewonnenen einkristallinen, eigen-, Überschuß- oder mangelleitenden
Siliziumstab abgesägt sein kann, mit einer aus dem Dotierungsstoff, und zwar für den zunächst an-Diffusionsverfahren
zum Dotieren einer
Oberflächenschicht von festen HalbleiterkörpernThe new method and further improvements are to be explained in more detail using the drawing. According to FIG. 1 and 2, a silicon wafer 2, which can be sawn off, for example, from a monocrystalline, intrinsically conductive, excess or deficiently conductive silicon rod obtained by means of a crucible-free, vertical zone drawing process, with one from the dopant, namely for the initially on-diffusion process for doping a
Surface layer of solid semiconductor bodies
Anmelder:Applicant:
Siem ens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siem ens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Reimer Emeis, EbermannstadtDr.-Ing. Reimer Emeis, Ebermannstadt
genommenen Fall- der Mangelleitung aus einer Donatorsubstanz, z. B. Antimon, Phosphor, Arsen, bestehenden Pille 4 zusammen in eine Ampulle 3 eingeschlossen und die Ampulle 3 in waagerechter Lage in einen elektrisch beheizten Ofen 5 eingesetzt, der ebenso wie sein Verschluß 6 in F i g. 1 nur schematisch angedeutet ist. Die im wesentlichen kreisförmige Siliziumscheibe 2 befindet sich an dem einen und die Dotierungspille 4 am anderen Ende der Ampulle 3.taken case- the shortage line from a donor substance, z. B. antimony, phosphorus, arsenic, existing pill 4 enclosed together in an ampoule 3 and the ampoule 3 in a horizontal position inserted into an electrically heated furnace 5, which like its closure 6 in FIG. 1 only schematically is indicated. The substantially circular silicon wafer 2 is located on one and the other Doping pill 4 at the other end of the ampoule 3.
Die Siliziumscheibe liegt infolge des gleichfalls angenähert kreisförmigen Querschnitts der Ampulle 3 nur an zwei gegenüberliegenden Randstellen auf und ist somit von allen Seiten zugänglich. Der Ofen wird je nach den Umständen 0,5 bis 6 Stunden oder noch länger auf einer Temperatur von z. B. etwa 1200° C gehalten, so daß während dieser Zeit, nachdem die Pille 4 ganz oder teilweise verdampft ist, der Innenraum der Ampulle 3 von dem Dampf des Dotierungsstoffes 4 erfüllt ist. Dabei diffundieren die mit der Siliziumscheibe in Berührung kommenden Atome der Donatorensubstanz, da sich die Siliziumscheibe ebenfalls auf der hohen Temperatur befindet, in diese ein bis zu einer begrenzten Schichttiefe, die von der Behandlungsdauer abhängig ist. Diese Diffusionsschicht bildet über dem unverändert gebliebenen Siliziumkern einen diesen allseitig umgebenden Überzug, dessen Stärke über die ganze Oberfläche sehr gleichmäßig ist. Er bedeckt beide Seiten der Siliziumscheibe und auch ihren kreisförmigen Rand. Die Ampulle 2 kann beispielsweise aus Quarz oder ■—■ bei Halbleiterstoffen mit niedrigerem Schmelzpunkt wie z. B. Germanium — aus Glas bestehen.The silicon wafer lies due to the likewise approximately circular cross section of the ampoule 3 only at two opposite edge points and is therefore accessible from all sides. The furnace will depending on the circumstances for 0.5 to 6 hours or even longer at a temperature of e.g. B. about 1200 ° C held, so that during this time, after the pill 4 has completely or partially evaporated, the interior the ampoule 3 is filled with the vapor of the dopant 4. The diffuse with the Silicon wafer coming into contact with atoms of the donor substance, since the silicon wafer is also is at the high temperature, in this one up to a limited layer depth that depends on the duration of the treatment is dependent. This diffusion layer forms over the unchanged silicon core a coating surrounding this on all sides, the thickness of which is very uniform over the entire surface is. It covers both sides of the silicon wafer and also its circular edge. The ampoule 2 can for example be made of quartz or ■ - ■ in the case of semiconductor materials with a lower melting point such. B. Germanium - made of glass.
Nach dem Einbringen des Halbleiters 2 und der Dotierungspille 4 wird die Ampulle 3 vorteilhaft evakuiert und dann zugeschmolzen. Sie kann aber auch mit einem Gas gefüllt werden, mit dem sich dann später der Dampf des Dotierungsstoffes vermengt.After the introduction of the semiconductor 2 and the doping pill 4, the ampoule 3 is advantageously evacuated and then melted shut. But it can also be filled with a gas, with which then later the vapor of the dopant is mixed.
608 710/226608 710/226
3 43 4
Ein geeignetes Gas, das an dem Diffusionsvorgang Dieser Halbleiter kann nachträglich, wie in F i g. 5A suitable gas that is involved in the diffusion process This semiconductor can subsequently, as shown in FIG. 5
nicht teilnimmt, ist beispielsweise Argon. Auch beispielsweise durch eine gestrichelte senkrechtedoes not participate is argon, for example. Also, for example, by a dashed vertical line
Wasserstoff eignet sich als Füllgas. Es hat den beson- Linie angedeutet ist, so zerschnitten werden, daßHydrogen is suitable as a filling gas. It has the par- ticularly indicated line to be cut up so that
deren Vorteil, daß es reduzierend wirkt und infolge- sein unverändert gebliebener Kern teilweise freigelegtthe advantage of which is that it has a reducing effect and, as a result, its unchanged core is partially exposed
dessen auch noch eine Legierungsbildung bei dazu 5 wird. Einen der beiden so erhaltenen Teile zeigtwhich also forms an alloy at this point. Shows one of the two parts thus obtained
neigenden Stoffpaaren begünstigt, ohne jedoch selbst F i g. 6. Wird vor oder nach der Ausführung des infavored pairs of fabrics, but without even F i g. 6. If before or after the execution of the in
an ihr teilzunehmen. Es kann auch ein Gas verwen- Fig.5 dargestellten Parallelschnittes der Rand mitto participate in it. A gas can also be used
det werden, mit dein der Dampf des Dotierungsstoffes mechanischen oder chemischen Mitteln entfernt, wiedet are removed with the the vapor of the dopant mechanical or chemical means, such as
eine gasförmige Verbindung eingeht. früher erwähnt und in F i g. 4 und 5 durch weitereenters into a gaseous compound. mentioned earlier and shown in FIG. 4 and 5 by others
Die Ampulle kann auch von vornherein mit einer io gestrichelte Linien angedeutet, so entsteht die inThe ampoule can also be indicated from the outset with an io dashed line, so that the in
solchen gasförmigen Verbindung des Dotierungs- F i g. 7 abgebildete Form des Halbleiters. Die beidensuch a gaseous compound of the doping F i g. 7 shape of the semiconductor shown. The two
stoffes gefüllt werden. Eine besondere Dotierungs- Formen gemäß F i g. 6 und 7 können beiderseits insubstance to be filled. A special doping form according to FIG. 6 and 7 can be used on both sides in
pille ist dann nicht erforderlich. Die Erhitzung darf an sich bekannter Weise kontaktiert und als Gleich-pill is then not required. The heating may be contacted in a manner known per se and as a constant
jedoch nicht wegfallen, da sie zur Diffusion bzw. richter verwendet werden.However, they are not omitted, since they are used for diffusion or straightening.
Legierungsbildung notwendig ist. Als gasförmige Ver- 15 Unterbleibt bei einem Halbleiter ähnlich demje-Alloy formation is necessary. As a gaseous residue, in a semiconductor similar to that
bindungen der fraglichen Art sind beispielsweise zur nigen nach F i g. 4 und 5, jedoch vorteilhaft mitBindings of the type in question are, for example, as shown in FIG. 4 and 5, but advantageously with
Erzeugung eines η-leitenden Überzuges auf p-leiten- geringerer Gesamtdicke, nach dem Abschleifen desCreation of an η-conductive coating on p-conductive lower overall thickness, after grinding the
dem Silizium Antimonwasserstoff, Phosphorwasser- Randes eine weitere Zerlegung, so hat er die inthe silicon antimony hydrogen, phosphorus water edge a further decomposition, so he has the in
stoff und Arsenwasserstoff geeignet. Fig. 8 dargestellte Form. Er kann dann zu einemsubstance and arsine suitable. Fig. 8 shown shape. He can then go to one
Als weitere Beispiele von Dotierungsstoffen seien 20 Transistor weiterverarbeitet werden, indem je ein Bor, Indium, Gallium, Aluminium und deren Verbin- Kontakt auf den beiden Seitenflächen angebracht düngen genannt, mit welchen z. B. auf η-leitendem wird, von denen die eine die Kollektorelektrode und Silizium bzw. Germanium eine p-leitende Oberflä- die andere die Emitterelektrode bildet, und ein Basischenschicht nach einem der beschriebenen Verfahren kontakt am Rande dort, wo der hinsichtlich seines hergestellt werden kann. 25 Leitungstyps unveränderte Kern zu Tage tritt. DieAs further examples of dopants, 20 transistors can be further processed by adding one each Boron, indium, gallium, aluminum and their connection contacts are attached to the two side surfaces called fertilize, with which z. B. on η-conductive, one of which is the collector electrode and Silicon or germanium has a p-conductive surface, the other forms the emitter electrode, and a base layer after one of the methods described contact on the edge where the in terms of his can be produced. 25 line type unchanged core comes to light. the
Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, Anbringung eines solchen Basiskontaktes ist aberThe procedure can also be carried out in this way, but the attachment of such a base contact is necessary
daß eine größere Anzahl von Halbleiterkörpern in wegen der geringen Breite dieses Umfangsstreifensthat a larger number of semiconductor bodies in because of the small width of this circumferential strip
einen Ofen eingebracht werden, durch den das den verhältnismäßig schwierig. Es empfiehlt sich daher,a furnace are introduced, through which the relatively difficult. It is therefore advisable to
Dotierungsstoff enthaltende Gasgemisch bzw! die mit zunächst durch Entfernung weiterer Teile der umge-Gas mixture containing dopant or! which initially by removing further parts of the surrounding
dem Dotierungsstoff gebildete gasförmige Verbin- 30 wandelten Oberflächenschicht, etwa wie in F i g. 8The gaseous compound surface layer formed by the dopant, roughly as in FIG. 8th
dung während der erforderlichen Zeitdauer hindurch- durch gestrichelte Linien angedeutet, den unverän-indicated by dashed lines, the unchanged
geleitet wird. Der nach einem der beschriebenen derten Kern des Halbleiters zum Teil an mehrerenis directed. The after one of the described derten core of the semiconductor in part at several
Verfahren behandelte Halbleiter besteht hinterher Seiten für die Anbringung des Basiskontaktes frei-Process treated semiconductors consists of pages for attaching the base contact afterwards.
aus einem Kern, der den ursprünglichen Leitungstyp zulegen.from a core that adds the original type of conduction.
behalten hat, und einer einen anderen, beispielsweise 35 Eine bequeme Möglichkeit zu einer weiterenand one has kept another, for example 35 A convenient way to have another
den entgegengesetzten Leitungstyp wie der Kern Freilegung des unverändert gebliebenen Kernes mitthe opposite type of conduction as the core exposing the unchanged core
aufweisenden allseitigen Hülle. Zwischen Kern und Hilfe einer an sich bekannten Schleifvorrichtung,having all-round cover. Between the core and the aid of a known grinding device,
Hülle befindet sich im Fall eines entgegengesetzten mit welcher ebene Schliffe hergestellt werden können,Cover is in the case of an opposite one with which flat cuts can be made,
Leitungstyps ein pn-übergang. veranschaulichen die folgenden Figuren. Nach denLine type a pn junction. illustrate the following figures. After the
Die so erhaltenen Halbleiterkörper unterzieht man 40 F i g. 9 und 10 ist der scheibenförmige Halbleiter an einer sich anschließenden weiteren Behandlung in der seinem unteren Rande verdickt. Nachdem der Lei-Weise, daß durch nachträgliche teilweise Entfernung tungstyp auf seiner ganzen Oberfläche verändert ist, der veränderten Oberflächenschicht der unveränderte wird zunächst der Rand ringsherum entfernt. An-Kern des Halbleiters an einer oder mehreren Stellen schließend werden die Vorsprünge auf beiden Seiten freigelegt wird. So kann beispielsweise der Rand 45 weggeschliffen, so daß beide Seitenflächen völlig eben einer Siliziumscheibe ringsherum durch Ätzen oder sind. In F i g. 10 ist dies durch gestrichelte Linien an-Schleifen entfernt werden. Beträgt die Fläche der gegeben. Von der nunmehr vorhandenen Zylinderbehandelten Siliziumscheibe ein Mehrfaches der scheibe haben gemäß Fig. 11 und 12 nur die oberen Fläche der fertigen Gleichrichter bzw. Transistoren, Teile der beiden Seitenflächen noch eine Schicht von so wird z.B. gemäß Fig. 3 die Scheibe 2 hinterher 50 verändertem Leitungstyp. Hier werden die Richtelekdurch senkrechte Schnitte, die durch gestrichelte trodenkontakte 11 und 12 mit den daran befestigten Linien a, b angedeutet sind, in mehrere Teile 7, 8 Anschlußdrähten angebracht. Für die Anbringung des zerlegt, wobei der Rand ohne weiteres zum Abfall Basiskontaktes 10 steht hier der untere Teil der gehört. Die vorerwähnten Arbeitsvorgänge sind unter Scheibe 9 zur Verfügung, wo der Kern mit dem Umständen unabhängig von dem zur Erzeugung des 55 ursprünglichen Leitungstyp an drei Seiten freigelegt pn-Überganges benutzten Verfahren sowieso erfor- ist. Der Basiskontakt 10 kann infolgedessen, wie darderlich, stellen also kernen zusätzlichen, durch das gestellt, so angebracht werden, daß er diesen freigehier erstmals beschriebene Verfahren bedingten Auf- legten Teil des Kerns umklammert. Diese Kontakwand dar. tierung ist verhältnismäßig bequem durchführbar.The semiconductor bodies obtained in this way are subjected to 40 F i g. 9 and 10, the disk-shaped semiconductor is thickened in its lower edge in a subsequent further treatment. After the Lei way that by subsequent partial removal of the device type is changed on its entire surface, the changed surface layer of the unchanged is first removed the edge all around. Closing the core of the semiconductor at one or more points will expose the protrusions on both sides. For example, the edge 45 can be ground away so that both side surfaces of a silicon wafer are completely flat all around by etching or. In Fig. 10 this can be removed by dotted lines on-loops. Is the area of the given. 11 and 12, only the upper surface of the finished rectifiers or transistors, parts of the two side surfaces still have a layer of, for example, according to FIG . Here, the Richtelek by vertical cuts, which are indicated by dashed electrode contacts 11 and 12 with the attached lines a, b , attached in several parts 7, 8 connecting wires. For the attachment of the disassembled, the edge easily being part of the waste base contact 10, here the lower part of the belongs. The above-mentioned operations are available under disc 9, where the core is required anyway, regardless of the method used to generate the original conduction type exposed on three sides. As a result, the base contact 10 can, as shown here, also provide additional cores, placed by the, in such a way that it clasps this part of the core that is placed on the core, which is free from the method described here for the first time. This Kontakwand is. Tation is relatively easy to carry out.
In den F i g. 4 und 5 ist in vergrößertem Maßstabe 60 Die Herstellung der stellenweise verdickten Halbein scheibenförmiger Halbleiter dargestellt, bei wel- leiterscheiben gemäß F i g. 9 und 10 aus einem stabchem durch eine geeignete, insbesondere die oben förmigen Einkristall, wie er beispielsweise durch das beschriebene Behandlung eine Änderung des Lei- senkrechte Zonenziehverfahren gewonnen wird, kann tungstyps auf der ganzen Oberfläche, bestehend aus mittels der bekannten Fadensäge durch Stufenden beiden ebenen Seitenflächen und der zylindri- 65 schnitte beispielsweise gemäß F i g. 13 derart durchsehen Randfläche, stattgefunden hat, wie durch geführt werden, daß möglichst wenig Abfall entsteht, dünne ausgezogene Linien und die beispielsweise Bei den Scheibenformen gemäß den F i g. 14 und eingetragenen Bezeichnungen ρ und η angedeutet ist. 15 befindet sich die Verdickung in der Mitte derIn the F i g. 4 and 5 is shown on an enlarged scale. 9 and 10 from a rod chem through a suitable, in particular the above-shaped single crystal, as it is obtained, for example, by the treatment described a change in the vertical zone drawing process, can device type on the entire surface, consisting of two levels by means of the known thread saw through step ends Side surfaces and the cylindrical sections, for example, according to FIG. 13 in such a way through the edge surface, has taken place, as can be seen from, that as little waste as possible arises, thin solid lines and the, for example, in the case of the disc shapes according to FIGS. 14 and the registered designations ρ and η is indicated. 15 is the thickening in the middle of the
beiden Flachseiten der Scheibe. Nach Umwandlung des Leitungstyps auf der ganzen Oberfläche in der oben beschriebenen Weise wird auch hier zunächst der Rand ringsherum abgeschliffen. Danach werden die beiden Seitenflächen eben geschliffen und damit der unverändert gebliebene Kern auch in der Mitte in Form eines Streifens freigelegt. Dann wird die Scheibe gemäß F i g. 16 beispielsweise in vier Teile 13 zerschnitten und jeder dieser Teile 13 gemäß F i g. 17 mit den Richtelektrodenkontakten 11 und 12 und dem den freigelegten Kernteil auf drei Seiten umfassenden Basiskontakt 10 versehen.both flat sides of the disc. After converting the conduction type over the entire surface in the In the manner described above, here too the edge is first sanded off all around. After that will be the two side surfaces ground flat and thus the unchanged core also in the middle exposed in the form of a strip. Then the disk is shown in FIG. 16, for example, into four parts 13 cut up and each of these parts 13 according to FIG. 17 with the directional electrode contacts 11 and 12 and the base contact 10 encompassing the exposed core part on three sides.
Claims (2)
293, 913 676;-German patents No. 840 418, 865 160,
293, 913 676; -
S. 429 bis 439;"Das Elektron", Vol. 5, H. 13/14, 1951/1952,
Pp. 429 to 439;
S. 283 bis 321.Journal of Electrochemistry, Vol. 58, 1954,
Pp. 283 to 321.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES40003A DE1228342B (en) | 1954-07-14 | 1954-07-14 | Diffusion process for doping a surface layer of solid semiconductor bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES40003A DE1228342B (en) | 1954-07-14 | 1954-07-14 | Diffusion process for doping a surface layer of solid semiconductor bodies |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1228342B true DE1228342B (en) | 1966-11-10 |
Family
ID=7483489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES40003A Pending DE1228342B (en) | 1954-07-14 | 1954-07-14 | Diffusion process for doping a surface layer of solid semiconductor bodies |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1228342B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0014824A1 (en) * | 1979-01-31 | 1980-09-03 | International Business Machines Corporation | Process for making a composite semiconductor body and semiconductor body so produced |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1954-07-14 DE DES40003A patent/DE1228342B/en active Pending
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