DE1266281B - Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche KL: 12 g-17/34

Nummer: 1266 281

Aktenzeichen: T 20365IV c/12 g

Anmeldetag: 30. Juni 1961

Auslegetag: 18. April 1968

Die Dotierung von Halbleiterkristallen zur Erzielung eines bestimmten Leitungstyps oder zur Herstellung von aneinandergrenzenden Zonen entgegengesetzten Leitungstyps kann bekanntlich auch durch Diffusion erfolgen. Der Diffusionsprozeß, bei dem ganz bestimmte Störstellen in den Halbleiterkristall eindiffundiert werden, ist jedoch vor allem bei höheren Temperaturen mit Schwierigkeiten verbunden. Diese Schwierigkeiten sind vor allem darauf zurückzuführen, daß die Ofenwandung, die praktisch immer aus Quarz besteht, bei hohen Temperaturen für Fremdatome durchlässig wird. Dies ist vor allem bei der Behandlung von Silicium der Fall, da die Diffusionsbehandlung bei Silicium Temperaturen von 1200° C und darüber erfordert.

Im allgemeinen ist das Quarzrohr von einem Heizkörper umgeben, der beispielsweise aus einem stromdurchflossenen Kohlerohr oder aus einer Tantalwicklung besteht. Dieser Heizkörper erhitzt nicht nur das Quarzrohr, sondern durch Überstrahlung wird schließlich auch der im Quarzrohr zur Diffusionsbehandlung befindliche Halbleiterkristall erwärmt. Es tritt nun häufig der Fall ein, daß bei hohen Temperaturen Metallatome des Heizkörpers durch das Quarzrohr hindurchdiffundieren, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangen und am Diffusionsprozeß teilnehmen. Dies hat zur Folge, daß sich falsche Diffusionswerte ergeben oder eine Minderung der Qualität des Halbleiterkristalls eintritt.

Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, den Diffusionsprozeß in einem doppelwandigen Rohr vorzunehmen. Bei diesem Verfahren durchströmt ein Spülgas während der Diffusionsbehandlung den durch die Doppelwandung geschaffenen Raum zwischen innerem und äußerem Rohr. Das durchströmende Gas soll dabei unerwünschte Fremdatome wegspülen, die beispielsweise von der Heizwicklung ihren Ursprung nehmen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieser Spüleffekt nicht genügt, den Einfluß sämtlicher unerwünschten Fremdatome beim Diffusionsprozeß auszuschalten. Dieser nicht ausreichende Spüleffekt dürfte auf eine nicht rein laminare Strömung zurückzuführen sein. Als Spülgase haben stets inerte Gase Verwendung gefunden.

Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß der Gasstrom, der beim Dotieren von Halbleiterkristallen durch Diffusion Anwendung findet und mit dem Halbleiterkristall nicht in Berührung kommt, einen oder mehrere oxydierende Stoffe enthält.

Als Spülgas kann beispielsweise Stickstoff mit einigen Prozent Sauerstoff oder Luft oder sogar Sauerstoff selbst verwendet werden. Die Verwendung Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen

Anmelder:
Telefunken

Patentverwaltungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dr. Friedrich-Wilhelm Dehmelt,

Zollikerberg, Zürich (Schweiz)

von oxydierenden Spülgasen an Stelle der bisher üblichen inerten Gase hat den Vorteil, daß die Metall- oder Fremdatome des Heizkörpers bei Verwendung eines doppelwandigen Quarzrohres mit außen angebrachter Heizspule durch das äußere

ao Quarzrohr hindurchdiffundieren und beim Eintritt in den Zwischenraum zwischen erstem und zweitem Quarzrohr oxydiert werden. Sobald die im allgemeinen vom Heizkörper ausgehenden unerwünschten Fremdatome durch den vorhandenen Sauerstoff im Zwischenraum des doppelwandigen Gefäßes und durch die vorherrschende hohe Temperatur oxydiert sind, ist ihnen auch gleichzeitig fast völlig die Möglichkeit genommen, durch das zweite Quarzrohr in den eigentlichen Diffusionsraum zu diffundieren.

Die thermische Behandlung wird im allgemeinen in einem abgeschlossenen Gefäß durchgeführt, wobei dieses Gefäß von dem den oxydierenden Stoff enthaltenden Gasstrom umspült wird. Es empfiehlt sich, ein doppelwandiges Gefäß zu verwenden und den einen oxydierenden Stoff enthaltenden Gasstrom den Zwischenraum zwischen den Gefäßwänden durchströmen zu lassen.

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Der Diffusionsofen besteht gemäß der Figur aus einem doppelwandigen Gefäß, bei dem ein Quarzrohr 1 ein Quarzrohr 2 konzentrisch umschließt. Der einen oder mehrere oxydierende Stoffe enthaltende Gasstrom wird durch die Öffnung 3 in den Zwischenraum des doppelwandigen

Gefäßes eingeleitet und verläßt diesen durch die Öffnung 4. Der mit einer Diffusionsschicht zu versehende Halbleiterkristall 5 befindet sich zusammen mit der Diffusionssubstanz 6 im Inneren des Quarzgefäßes 2. Durch Einleitung eines Schutzgases in die Öffnung 7 wird im eigentlichen Diffusionsgefäß eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten. Die für den Diffusionsprozeß erforderliche Diffusionstemperatur

809 539/385

durch die das äußere Quarzrohr umgebende Heizspule 8 erzeugt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen durch Diffusion, bei dem ein mit den Halbleiterkristallen nicht in Berührung kommender Gasstrom unerwünschte Verunreinigungen von dem Halbleiterkristall abhält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom verwendet wird, der einen oder mehrere oxydierende Stoffe enthält.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als oxydierendes Gas Stickstoff mit einigen Prozent Sauerstoff oder Luft oder Sauerstoff verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1025 995, 1030816, 1031521, 1095401;

Journ. Appl. Phys., 28 (1957), S. 882; Angewandte Chemie, 1955, S. 27;

Lux: »Anorg.-chem. Experimentierkunst«, S. 123.

1954,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 539/385 4.68 © Bundesdruckeiei Berlin