DE1279664B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkoerpers mit Zonen verschiedener Leitfaehigkeitstypen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkoerpers mit Zonen verschiedener Leitfaehigkeitstypen

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DE1279664B DEW39026A DEW0039026A DE1279664B DE 1279664 B DE1279664 B DE 1279664B DE W39026 A DEW39026 A DE W39026A DE W0039026 A DEW0039026 A DE W0039026A DE 1279664 B DE1279664 B DE 1279664B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
BOIj
HOU
Deutsche Kl.: 12 g -17/34
21g-11/02
Nummer: 1 279 664
Aktenzeichen: P 12 79 664.4-43 (W 39026)
Anmeldetag: 22. April 1965
Auslegetag: 10. Oktober 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit Zonen verschiedener Leitfähigkeitstypen durch gleichzeitige Diffusion dotierender Verunreinigungen beider Leitfähigkeitstypen. Aufgabe der Erfindung ist Schaffung eines ver- besserten Diffusionsverfahrens dieser Art.
Das Eindiffundieren von Aluminium aus einer auf dem Halbleiterkörper befindlichen Aluminiumoxydschicht in den Halbleiter ist aus der USA.-Patentschrift 2 823 149 bekannt. Ferner ist aus der deutsehen Auslegeschrift 1 086 512 die Gasdiffusion von Dotierungsstoffen wie Gallium und Arsen durch eine Oxydschicht hindurch in den Halbleiterkörper bekannt. Weiterhin ist es bekannt, gleichzeitig Akzeptoren und Donatoren in Halbleiterkörper einzudiffundieren und dabei die verschiedene Diffusionsgeschwindigkeit der Stoffe auszunutzen. So beschreiben die deutschen Auslegeschriften 1 058 634 und 1 033 787 die gleichzeitige Eindiffusion von Elementen der dritten und fünften Nebengruppen des Periodischen Sy- ao stems, ζ. B. Antimon mit Aluminium, Gallium oder Indium, direkt aus der Dampfphase in die freie Oberfläche des Halbleiterkörpers. Schließlich ist es aus der USA.-Patentschrift 3 070 466 bekannt, sowohl Akzeptoren (z. B. Gallium oder Indium) als auch Donatoren (z. B. Antimon oder Arsen) aus übereinandersphäre durch die Siliciumoxydschicht in den Halbleiterkörper einzudiffundieren.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterkörper mindestens auf einer seiner Hauptoberflächenseiten oder wenigstens einem Teil derselben eine Phosphor enthaltende Siliciumoxydschicht hergestellt und der Halbleiterkörper dann in an sich bekannter Weise In Anwesenheit einer mit der Siliciumoxydschicht in Berührung stehenden, Aluminium enthaltenden Atmosphäre so lange erhitzt wird, bis Phosphor aus der Siliciumoxydschicht und Aluminium aus der Atmosphäre durch die Siliciumoxydschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert sind.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß das Aluminium in der Gasphase und der Phosphor in der Siliciumoxydschicht während des Diffusionsvorganges in unerwarteter Weise zusammenwirken. Es wurde nämlich gefunden, daß das aus dem Dampf stammende Aluminium eine erhebliche Zeit benötigt, um die Siliciumoxydschicht zu durchdringen. Wenn also das Aluminium die Grenze des eigentlichen Halbleiters erreicht hat, ist der Phosphor bereits bis zu einer gewissen Tiefe in das Siliciumplättchen eindiffundiert. Sobald aber das Aluminium die Siliciumoxydschicht überwunden hat, diffundiert es weit Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterkörpers mit Zonen verschiedener
Leitfähigkeitstypen
Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
8000 München 22, Widenmayerstr. 46
Als Erfinder benannt:
Paul F. Schmidt,
Harold F. John, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. April 1964 (361 865)
schneller und tiefer in den Halbleiter ein als der Phosphor. Andererseits tritt wegen der verhältnismäßig geringen Löslichkeit des Aluminiums in Silicium keine Überkompensation der bereits bestehenden p-Leitfähigkeit der mit Phosphor dotierten Oberflächenschicht des Halbleiters durch das Aluminium ein. Infolgedessen gibt die Erfindung ein wirksames Verfahren an die Hand, um npn-Vorrichtungen herzustellen, die aus einer überwiegend mit Phosphor dotierten η-leitenden Oberflächenzone, einer überwiegend mit Aluminium dotierten p-leitenden Zone und einer durch die Diffusion nicht veränderten n-leitenden Zone mit jeweiligen pn-Übergängen zwischen den einzelnen Zonen bestehen, falls das Siliciumplättchen anfänglich Vom n-Typ war. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Siliciumplättchen mit der Zonenfolge npn, bei denen die p-Zone verhältnismäßig dick ist, bei denen also der Abstand zwischen den beiden pn-Übergängen mindestens so groß ist wie die Dicke der mit Phosphor dotierten η-leitenden Oberflächenzone. Zur Herstellung der Phosphor enthaltenden Siliciumoxydschicht kann ein beliebiges Verfahren verwendet werden, z. B. Aufdampfen im Vakuum, pyrolytische Methoden u. dgl. Als besonders vorteilhaft
! :: ' " :' 809 620/566
hat sich aber die anodische Oxydation der Halbleiteroberfläche erwiesen.
Der anodisch oxydierte und gereinigte Halbleiterkörper wird in einen Diffusionsofen eingebracht, in dem eine Aluminiumatmosphäre herrscht. Hierzu wird der Halbleiterkörper in ein Quarzrohr eingesetzt, das in den Diffusionsofen eingeführt wird. Das Silicium wird mittels Hochfrequenz oder auf andere Weise auf die Diffusionstemperatur von etwa 1000 bis 1250° C, vorzugsweise etwa 1150 bis 1200° C, aufgeheizt. Zur Erzeugung des Aluminiumdampfes werden vorzugsweise kleine Stückchen metallischen Aluminiums beiderseits der zu behandelnden Halbleiterkörper eingebracht. Je nach dem gewünschten Diffusionsprofil kann das Aluminium der gleichen Temperatur oder einer anderen Temperatur als das Silicium unterworfen werden. Der.Ofen kann auch mit einer Edelgasatmosphäre, z. B. Argon od. dgl., oder mit einem anderen Schutzgas versehen sein, das den Diffusionsprozeß nicht stört. ao
Im allgemeinen werden die Diffusionsbedingungen etwa 5 bis 50 Stunden oder mehr beibehalten. Dies hängt natürlich von der Dicke der Oxydschicht und ihrer Zusammensetzung, den Eigenschaften des Halbleitersubstrats, der verwendeten Temperatur usw. ab.
Das beanspruchte Verfahren läßt sich auch mit dotierenden Schichten auf Halbleitermaterial vom p-Typ ausführen, was insbesondere für die Herstellung bestimmter Transistortypen sehr wichtig ist. Ferner können lokalisierte Grenzschichten erzeugt werden, beispielsweise durch geometrische Begrenzung der Oberflächenschichten, wobei dann durch das Aluminium erzeugte p-Zonen die η-Zonen voneinander trennen. Ferner können auch andere Halbleiter als Silicium, z. B. III-V-Verbindungen, verwendet werden.
Einige Ausführungsbeispiele werden zur Erläuterung der Erfindung dienen.
Beispiel I
40
Ein Scheibchen aus n-Silicium mit den Abmessungen 1 · 2 cm, einem spezifischen Widerstand von 20 Ohm-cm und einer darauf befindlichen Oxydschicht mit 300 Angström Dicke, die Phosphor in einer Konzentration von etwa 2 · 10lfl Atomen je Kubikmeter enthielt, wurde verwendet. Dieses Scheibchen wurde in einen Ofen eingebracht, der Argon enthielt, und auf eine Temperatur von etwa 1175° C erhitzt. Beiderseits des Siliciumscheibchens befanden sich Aluminiumstückchen, um einen Aluminiumdampf zu erzeugen. Diese Bedingungen wurden 31 Stunden lang beibehalten, woraufhin das Scheibchen herausgenommen und untersucht wurde. Es wurde gefunden, daß eine n+/pn-Grenzschicht 17 μ unter der Oberfläche und eine n+p/n-Grenzschicht 41 μ unter der Oberfläche gebildet war. Die entstandene Halbleitervorrichtung kann beispielsweise als Leistungsschalter dienen.
Beispiel II
Es wurde n-Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohm-cm verwendet. Auf dem Halbleiterkörper war eine anodische Oxydschicht durch Behandlung in H4P2O7-Tetrahydrofurfurylalkohol bei einer Spannung von 60 Volt erzeugt worden. Dann wurde der Halbleiterkörper wie in Beispiel I einem Diffusionsvorgang für 21 Stunden unterzogen. Der Argondruck betrug 700 mm Hg. In verschiedenen Versuchsreihen mit dem gleichen Ausgangsmaterial und dem gleichen Diffusionsbedingungen (1175° C) ergab sich einheitlich, daß die n+/pn-Grenzschicht in einer Tiefe von 13 μ und die n+p/n-Grenzschicht in einer Tiefe von 38 μ lag.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit Zonen verschiedener Leitfähigkeitstypen durch gleichzeitige Diffusion dotierender Verunreinigungen beider Leitfähigkeitstypen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterkörper mindestens auf einer seiner Hauptoberflächenseiten oder wenigstens einem Teil derselben eine Phosphor enthaltende SiIiciumoxydschicht hergestellt und der Halbleiterkörper dann in an sich bekannter Weise in Anwesenheit einer mit der Siliciumoxydschicht in Berührung stehenden, Aluminium enthaltenden Atmosphäre so lange erhitzt wird, bis Phosphor aus der Siliciumoxydschicht und Aluminium aus der Atmosphäre durch die Siliciumoxydschicht in. den Halbleiterkörper eindiffundiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus n-Silicium besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper so lange erhitzt wird, bis das Aluminium tiefer in den Halbleiterkörper eingedrungen ist als der Phosphor.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Aluminium und der mit der Siliciumoxydschicht versehene Halbleiterkörper in einen Ofen eingebracht und auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreicht, um die Aluminium enthaltende Atmosphäre zu erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium und der Halbleiterkörper auf eine Temperatur zwischen 1000 und 1250° C erwärmt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1033 787,
634, 1086512;
USA.-Patentschriften Nr. 2 823 149, 3 070 466,
3 074146.
809 620/566 9.6SQ Buodetdruckerei Berlin
DEW39026A 1964-04-22 1965-04-22 Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkoerpers mit Zonen verschiedener Leitfaehigkeitstypen Pending DE1279664B (de)

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