DE1259171B - Verfahren zum Einbringen von Aluminium in einen Koerper aus Silizium durch Diffusion - Google Patents

Verfahren zum Einbringen von Aluminium in einen Koerper aus Silizium durch Diffusion

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DE1259171B
DE1259171B DE1960N0018920 DEN0018920A DE1259171B DE 1259171 B DE1259171 B DE 1259171B DE 1960N0018920 DE1960N0018920 DE 1960N0018920 DE N0018920 A DEN0018920 A DE N0018920A DE 1259171 B DE1259171 B DE 1259171B
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Dirk De Nobel
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CI.:
C23c
Deutsche Kl.: 48 b - 9/00
Nummer: 1 259 171
Aktenzeichen: N18920 VI b/48 b
Anmeldetag: 16. September 1960
Auslegetag: 18. Januar 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Aluminium in einen Körper aus Silizium durch Diffusion, wobei unter Silizium auch in der Hauptsache Silizium enthaltende Halbleitermaterialien verstanden werden sollen. Ein solches Verfahren kann unter anderem zum Herstellen von Halbleiterkörpern mit einer dünnen p-leitenden Schicht angewendet werden, wie sie in Halbleiterbauelement ten, wie Transistoren, Dioden und Photozellen, verwendet werden.
Die Anwendung eines solchen Verfahrens zum Einbringen von Aluminium-Diffusionsschichten in Silizium-Halbleiterkörper setzt einige Bedingungen voraus, die streng eingehalten werden müssen. Diese Bedingungen sind im besonderen:
1. Der Siliziumkörper muß auch nach Durchführung des Verfahrens außerordentlich frei von nicht erwünschten Verunreinigungen jeder Art sein; ::
2. die Diffusionstiefe muß genau reproduzierbar sein;
3. an der Oberfläche des Siliziumkörpers darf sich keine Schmelze bilden.
Es war bereits bekannt, eine Aluminiumschicht durch Diffusion aus der Dampfphase in einen Siliziumkörper einzubringen. Hierzu wird in einem abgeschlossenen, entgasten Raum neben dem Siliziumkörper eine Aluminiummenge erhitzt und verdampft, so daß der Aluminiumdampf auf den Siliziumkörper einwirkt und Aluminium in ihn hineindiffundiert.
Dieses Verfahren hat den genannten Nachteil, daß sich unter Umständen zuviel Aluminium auf der Oberfläche des Siliziumkörpers niederschlägt und dort eine Schmelze bildet, so daß sich eine tief in den Körper eindringende Silizium-Aluminium-Legierung ergibt. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß es außerordentlich schwer ist, festes Aluminium oxydfrei zu halten, weil sich schon bei Zimmertemperatur an der Luft spontan eine Aluminiumoxydhaut auf der Oberfläche bildet. Wollte man also sauerstofffreies Aluminium verwenden, so wären weitere, außerordentlich umständliche Verfahrensschritte erforderlich, um dieses Aluminium herzustellen und wirklich sauerstofffrei zu halten, bis der Diffusionsvorgang abgeschlossen ist. Weiter wäre die Gefahr gegeben, daß durch die genannten zusätzlichen Verfahrensschritte Reste von anderen Fremdstoffen zurückbleiben und den Siliziumkörper verunreinigen könnten.
Bei diesem bekannten Verfahren werden also die obengenannten drei Bedingungen nicht eingehalten.
Verfahren zum Einbringen von Aluminium
in enien Körper aus Silizium durch Diffusion
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Dirk De Nobel,
Emmasingel, Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 19. September 1959 (243 548)
Aus der deutschen Patentschrift 677 113 war es bekannt, ein Metall, z. B. Eisen, in einen Stoff, der in dieses Metall hineindiffundieren soll, einzupacken und zu erhitzen. Dieses bekannte Einsatz-Diffusionsverfahren ist ebenfalls ungeeignet, da damit Aluminium in den Siliziumkörper hineindiffundiert, die Packung über die Schmelztemperatur des Aluminiums erhitzt werden muß und sich dann das Silizium des Körpers in dem geschmolzenen Aluminium löst. Es bildet sich dann an der Oberfläche des Siliziumkörpers eine Legierung aus Aluminium und Silizium und nicht, wie beabsichtigt, eine Diffusionszone.
Schließlich war es aus der österreichischen Patentschrift 160 771 bekannt, eine Schutzschicht auf Eisen dadurch zu erzeugen, daß man den zu schützenden Eisenkörper in einer pulverisierten Aluminium-Silizium-Legierung erhitzt. Für dieses Verfahren gilt ebenfalls der bereits genannte Nachteil, daß sich eine Aluminiumschmelze und damit, wollte man dieses Verfahren auf das Eindiffundieren von Aluminium in einen Siliziumkörper anwenden, eine Silizium-Aluminium-Legierung bildet.
Die genannten Nachteile dieser bekannten Verfahren werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbringen von Aluminium in die Oberfläche von Körpern aus Silizium unter Anwendung des Einsatz-Diffusionsverfahrens vermieden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Siliziumkörper in pulverförmiges Aluminiumoxyd eingebettet oder auf
V . :· 709 719/364
dieses aufgelegt und auf mindestens 1000° C erhitzt wird und daß dieses Verfahren in an sich bekannter Weise in einer Wasserstoff- und/oder Edelgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird.
Obwohl pulvriges Aluminiumoxyd als ein hoch feuerfestes und schwer reduzierbares Material bekannt ist, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die für die Bildung einer Diffusionsschicht erforderliche sehr geringe Aluminiummenge bei den für solche Diffusionsverfahren üblichen Tem- ίο peraturen frei wird. Der Siliziumkörper und das Aluminiumoxyd kömien dabei sowohl bei Außenluftdruck in z. B. einer Wasserstoff- und/oder Edelgasatmosphäre als auch im Vakuum, z. B. in einem Raum mit einer Quarzglaswand, erhitzt werden, ohne daß nennenswerte unerwünschte Verunreinigungen in den Siliziumkörper aufgenommen werden.
Dadurch, daß der Silizmmkörper von dem pulvrigen Aluminiumoxyd getragen wird oder in das pulvrige Aluminiumoxyd eingebettet ist, wird eine Berührung des Siliziurnkörpers mit dem Gefäß, in dem die Erhitzungsbehandlung durchgeführt wird, und die Gefahr einer Aufnahme unerwünschter, von diesem Gefäß herrührender Verunreinigungen vermieden.
Um die Verdampfung von Silizium aus der Oberfläche des Körpers zu verringern, wird das pulvrige Aluminiumoxyd vorzugsweise vorher mit etwas Silizium, z.B. mit sehr reinem Siliziumpulver, gemischt. Es hat sich dabei gezeigt, daß das Siliziumpulver die Bildung von Aluminium fördert.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der Siliziumkörper vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 1000° C, z. B. 1200° C, erhitzt.
Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können weiter dem pulvrigem Aluminiumoxyd erwünschte Verunreinigungen, gegebenenfalls in Form von Verbindungen, vorher zugesetzt werden, z. B. Sb2O3As2O3 oder P2O5, um während der Erhitzungsbehandlung gleichzeitige Diffusion von Aluminium und diesen Verunreinigungen in den Siliziumkörper zu ermöglichen, z. B. zum Erzeugen zweier aneinandergrenzender dünner Diffusionszonen verschiedener Leitungsart, wobei eine η-leitende Zone an der Oberfläche und eine innere p-leitende Zone erhalten werden, so daß sich eine npn-Konfiguration ergibt, die sich zum Herstellen von Transistoren eignet.
Weiter können in eine Aluminiumoxydmenge auch mehrere Siliziumkörper eingebettet und gleichzeitig der Erhitzungsbehandlung unterworfen werden.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Einbringen von Aluminium in die Oberfläche von Körpern aus Silizium unter Anwendung des Einsatz-Diffusionsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper in pulverförmiges Aluminiumoxyd eingebettet oder auf dieses aufgelegt und auf mindestens 1000° C erhitzt wird und daß dieses Verfahren in an sich bekannter Weise in einer Wasserstoff- und/oder Edelgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Aluminiumoxyd in Mischung mit pulverförmigem Silizium angewandt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 677 113.
709 719/364 1.68 © Bundesdruckerei Berlin
DE1960N0018920 1959-09-19 1960-09-16 Verfahren zum Einbringen von Aluminium in einen Koerper aus Silizium durch Diffusion Pending DE1259171B (de)

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NL243548 1959-09-19

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ID=19751940

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DE (1) DE1259171B (de)
GB (1) GB894277A (de)
NL (2) NL107323C (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE677113C (de) * 1934-03-09 1939-06-19 Fritz Bergmann Verfahren zur Herstellung von Oberflaechenlegierungen durch Diffusion

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE677113C (de) * 1934-03-09 1939-06-19 Fritz Bergmann Verfahren zur Herstellung von Oberflaechenlegierungen durch Diffusion

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CH403085A (de) 1965-11-30
NL107323C (de)
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GB894277A (en) 1962-04-18

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