DE1283204B - Verfahren zum Eindiffundieren von zwei Fremdstoffen in einen einkristallinen Halbleiterkoerper - Google Patents
Verfahren zum Eindiffundieren von zwei Fremdstoffen in einen einkristallinen HalbleiterkoerperInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
BOIj
Deutsche Kl.: 12 g-17
Nummer: 1283 204
Aktenzeichen: P 12 83 204.1-43 (S 91637)
Anmeldetag: 20. Juni 1964
Auslegetag: 21. November 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren von zwei Fremdstoffen, insbesondere
Dotierungsstoffen, in einen einkristallinen Halbleiterkörper. Derartige Verfahren werden in der Halbleitertechnik
beispielsweise angewendet, um Teile des Halbleiterkörpers umzudotieren. Weiter können auf
diese Weise Fremdstoffe in Halbleiterkörper eingebracht werden, die dort andere Aufgaben als die
eines Dotierungsstoffes haben, z. B. die Aufgabe, die Lebensdauer der Minoritätsträger in dem Halbleitermaterial
zu verschlechtern, wodurch beispielsweise bei gesteuerten Halbleiterbauelementen die Schaltzeiten
verkürzt werden können.
Bei derartigen Diffusionsverfahren ist es bekannt, den Halbleiterkörper in eine Quarzampulle zusammen
mit einer Quelle des Fremdstoffes einzuschließen und darauf durch Erwärmung der Ampulle die Eindiffusion
des Fremdstoffes in den Halbleiterkörper zu bewirken. Die Temperatur und die Dauer des Verfahrens
bestimmen hierbei den Dampfdruck, die Oberflächenkonzentration und die Eindringtiefe des
Fremdstoffes. Die Quelle des Fremdstoffes wird in der Ampulle getrennt von dem Halbleiterkörper angeordnet.
Sie kann beispielsweise aus einem Stück des gleichen Halbleitermaterials bestehen, das mit
dem Fremdstoff verunreinigt ist. Sie kann aber auch aus einem Stück des Fremdstoffes selbst bestehen.
In verschiedenen Fällen haben sich Fremdstoffquellen bewährt, welche aus einer Scheibe des Halbleitermaterials
bestehen, auf die der Fremdstoff auflegiert ist. Zweckmäßig wird bei derartigen Verfahren nicht
ein einzelner Halbleiterkörper behandelt, sondern mehrere Halbleiterkörper, welche zusammen mit der
Fremdstoffquelle in die Ampulle eingeschlossen werden. Man kann beispielsweise in eine Quarzampulle
die Quelle des Fremdstoffes und den oder die Halbleiterkörper einbringen und darauf die Ampulle
evakuieren, worauf die Ampulle mit Hilfe eines in die Ampulle eingesetzten Rohrstückes mit U-förmigem
Querschnitt zugeschmolzen wird. Danach wird die Ampulle in einen Ofen eingebracht und dort in
der erwünschten Weise erwärmt.
Gemäß einem älteren Vorschlag werden bei einem Verfahren zum Herstellen einesHalbleiterbauelements
mindestens zwei den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hervorrufende Verunreinigungen eindiffundiert.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die eine Verunreinigung die Oberflächenkonzentration bestimmt,
während die andere Verunreinigung die Eindringtiefe bestimmt. Durch die Auswahl entsprechender Verunreinigungen
läßt sich auf diese Weise ein gewünschtes Diffusionsprofil einstellen. Gemäß dem
Verfahren zum Eindiffundieren von zwei
Fremdstoffen in einen einkristallinen
Halbleiterkörper
Fremdstoffen in einen einkristallinen
Halbleiterkörper
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Kurt Raithel, 8521 Uttenreuth
älteren Vorschlag können beide Verunreinigungen in einer Diffusionsquelle vereinigt sein, oder sie können
auch von zwei verschiedenen Fremdstoffquellen gleichzeitig oder nacheinander in den Halbleiterkörper
eindiffundiert werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, in einen einkristallinen Halbleiterkörper zwei Fremdstoffe, z. B.
zwei Dotierungsstoffe oder einen Dotierungsstoff und einen die Lebensdauer bestimmenden Stoff in besonders
einfacher Weise durch Diffusion einzubringen. Insbesondere sollen die Nachteile vermieden werden,
welche bei dem Verfahren gemäß dem älteren Vorschlag auftreten, nämlich die geringe Möglichkeit
einer Einflußnahme bei der gleichzeitigen Eindiffuson beider Fremdstoff und die Umständlichkeit des
Verfahrens bei der Eindiffusion beider Fremdstoffe in getrennten Verfahren.
Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen, insbesondere Dotierungsstoffen
in einen einkristallinen Halbleiterkörper, bei dem der Halbleiterkörper und getrennt
davon zwei Quellen je eines Fremdstoffes im Innenraum einer verschlossenen und gegebenenfalls evakuierten
Ampulle erwärmt werden. Es ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten
Zeitdauer der gemeinsamen Erwärmung durch eine Abschmelzung der Innenraum der Ampulle
in der Weise in zwei Räume geteilt wird, daß die eine Fremdstoffquelle sich in dem einen Raum
befindet und der Halbleiterkörper und die andere Fremdstoffquelle sich in dem anderen Raum befinden
und daß dann eine weitere Erwärmung der Ampulle durchgeführt wird. Gegebenenfalls kann
durch eine weitere Abschmelzung ein dritter Raum abgeteilt werden, in dem sich die zweite Fremdstoffquelle
befindet, worauf eine weitere Erwämung der Ampulle duchgeführt wird.
809 638/1688
3 4
An Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen wasser gefüllt und mehrere Stunden, ζ. Β. 16 Stunden
weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung her- lang, mit dieser Füllung stehen gelassen wird. Darauf
vorgehen, soll diese näher erläutert werden. In wird sie mit einer Behandlungsflüssigkeit gespült,
Fig. 1 ist eine Ampulle dargestellt, welche für die welche aus 10Teilen 40%iger Flußsäure, 10Teilen
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge- 5 rauchender Salpetersäure und 80 Teilen destilliertem
eignet ist; in den Wasser besteht. Darauf wird die Quarzampulle in
Fig. 2, 3 und 4 sind entsprechende Ampullen einem Ofen getrocknet. Das Abschlußteil und die
schematisch in verschiedenen Phasen des Verfahrens Rohrstücke werden in gleicher oder ähnlicher Weise
dargestellt. behandelt.
F i g. 1 zeigt eine Ampulle 2, die z, B. aus Quarz io Nach der Einführung einer Fremdstoffquelle, beibestehen
kann, im Schnitt. In der Ampulle befinden spielsweise einer aus einem Stück Silicium mit einem
sich eine Anzahl von Halbleiterscheiben 3, die z. B. Tropfen Gallium bestehenden Galliumquelle wird die
aus Silicium bestehen können und die durch zwei Ampulle evakuiert und bei laufender Vakuumpumpe
Rphrabschnitte 4 und 5, die als Halterungen dienen, etwa 1 Stunde lang bei 1QQQ° C ausgeheizt. Vermutgehalten
werden. Diese Halterungen können eben- 15 lieh dampfen hierbei unerwünschte Fremdstoffe und
falls aus Quarz bestehen. Am einen Ende der Am- Oxyde, wie beispielsweise Galliumsuboxyd, ab. Dapulle
2 befindet sieh die Quelle 6 des einen Fremd- nach werden die Rohrstücke und die Halbleiterstoffes
und am anderen Ende der Ampulle die scheiben sowie die zweite Fremdstoffquelle einge-.
Quelle 7 des anderen Fremdstoffes, Es kann sieb bei- führt, worauf eine weitere Vorreinigung durchgeführt
spielsweise bei der Fremdstoffquelle 6 um eine 20 wird, beispielsweise, im Falle einer Aluminiumquelle
Siliciumseheibe handeln, auf die ein Tropfen Alu- eine Vorreinigung in Form einer Beheizung auf etwa
minium auflegiert ist. Die Quelle 7 kann beispiels- 700° C bei ebenfalls laufender Vakuumpumpe.
weise ebenfalls aus einem Stück Silicium bestehen, Schließlich wird das Yerschlußstück S eingeführt und
das an der Oberseite eine kleine Ausnehmung auf- die Quarzampulle durch eine. Abschmelzung ver^
weist, welche einen Tropfen Gallium enthält. Die 25 schlossen. Bei dem Abschmelzen mit Hilfe einer
Ampulle ist an der einen Seite durch ein Rohrstück S Wasserstoffflamme kann eine örtliche Erwärmung bis
mit U-förmigem Querschnitt verschlossen, das in die zu 2000° G auftreten, welche aber unschädlich igt,
Öffnung eingeschoben ist und das an einer Schmelz- da sie örtlich begrenzt ist und auch nur kurze Zeit
stelle 9 mit der Wandung der Ampulle 2 verschmol- andauert. Nachdem die Ampulle vorgereinigt, gefüllt
zen ist. Ein zweites Rohrstück 10 mit U-förmigem 30 und verschlossen ist, wird sie etwa 10 Minuten bis
Querschnitt ist in die Ampulle so eingeschoben, daß 3 Stunden lang, z. B. 1 Stunde lang, auf eine Tempees
sich zwischen der Galliumquelle 7 und den Halb- ratur vpn 110Ö bis 1250° C, z, B. auf 1230° C, erleiterscheiben
3 befindet. wärmt. Hierbei diffundieren sowohl Aluminium gis
Fig. 2 zeigt den gleichen Aufbau wie Fig, 1. auch Gallium in die Halbleiterscheiben,ζ.B,Siliciuffl'
Die Einzelteile sind lediglich schematisiert. In F.i g, 3 35 scheiben vom n-Leitungstyp ein. Nach Abkühlen der
ist die gleiche Ampulle nach dem. Verschmelzen des Ampulle wird darauf die, GaUiumquelJe durch Zu-
Robrstückes 10 mit der Wandung der Ampulle 2 schmelzen des Teiles 10 von dem übrigen Raum der
dargestellt. Durch diese, Verschmelzung an der Stelle Ampulle abgetrennt. Danach wird die. Ampulle
U wird die Galliumquelle 7 YQn dem übrigen Raum wiederum in einen Ofen eingeschoben und erneut
der Ampulle, abgeschnitten, so daß bei einer weitexen 40 auf eine Temperatur von etwa 12Q0 bis 125ÖQ C
Erwärmung keine GalKumdämpfe. mehr zu den etwa 15 big 72 Stunden lang erwärmt, z, g. auf
Halbleiterscheiben 3 gelangen können, 1230° C etwa 30 Stunden Jang. Bei dieser zweiten Er*
In Fig,4 ist eine etwas anders aufgebaute Am- wärmung wird nur noch Aluminium nachgeli§fert,
pulle 12 dargestellt, welche, ebenfalls Halbleiter- während das bereits eingedrungene Aluminium und
scheiben 3, Haltestücke 4 und £, eine Quelle 6 des 45 Gallium tiefer in den Halbleiterkörper vordringen
einen Fremdstoffes und eine Quelle 7 eines anderen und somit eine den gesamten Halbleiterkörper um-Fremdstoffes
sowie ein die Ampulle abschließendes schließende, p-leitende. Zone erzeugen.
Rohrstück 8 enthält. In diesem Falle ist aber zusatz,- Das erfindungsgemäße Verfahren kann zujf Herlich zu dem Rohrstück 10 ein weiteres Rohrstück 13 stellung von Halbleiterkörpern Verwendung finden, mit U-förmigem Querschnitt in die Ampulle, einge- 50 die zu verschiedenen Halbleiterbauelementen z., B. setzt, wodurch die Möglichkeit besteht, entweder die Gleichrichtern, Transistoren oder Fetonalbleiter» eine Fremdstoffquelle oder die andere Fremdstoff- anordnungen weiterverarbgitet werden. Es kann insquelle bzw. beide Fremdstoffquellen gleichzeitig oder besondere zur Herstellung von HalbieiterstTOmtoren nacheinander von den Halbleiterscheiben 3 abzu- vom pnpn^Typ verwendet werden. Derartige Halbtrennen. 55 leiterstromtore werden bisher so hergestellt, dgß ein Mit der Vorrichtung gemäß F i g. 4 ist also die p4eitender Stoff von allen Seiten in eine» gleitenden Durchführung eines Verfahrens möglich, bei dem zßr Halbleiterkörper eindiffundiext wird, worauf dureh erst von beiden Fremdstoffquellen her in die Halb- z. B. mechanische Bearbeitung eine Äuftrennung der leiterscheiben Fremdstoffe eindiffundiert werden, bei dadurch erzeugten p-leitenden Oberflächenschicht in dem danach nur von der einen FremdstoffqueJle her 60 mehrere Zonen erfolgt. Schließlieh wird in eine der eine weitere Eindiffusion von Fremdstoffen erfolgt so hergestellten p-leitenden Zonen ein p«-leit§nder und bei dem schließlich auch diese zweite Fremcl·- Stoff eingebracht, z. B, durch Legierung, wodurch in stoffquelle abgetrennt wird, worauf eine weitere Ein- dieser p-Jeitenden Zone eine weitere ^leitende Zone diffusion des bereits in eine Oberflächenschicht des erzeugt wird. Bei diesem bekannten Verfahren kann Halbleiters eingedrungenen Fremdstoffes durchge- 65 nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung führt werden kann. der umschließenden pJeitenden Zone, angewandt Vor Beginn der Diffusion kann die Ampulle vor- werden, weil auf diese Weise die Parameter dieser gereinigt werden, indem sie beispielsweise mit Königs- Zone, wie beispielsweise Emdringtiefe, Oberflächen*
Rohrstück 8 enthält. In diesem Falle ist aber zusatz,- Das erfindungsgemäße Verfahren kann zujf Herlich zu dem Rohrstück 10 ein weiteres Rohrstück 13 stellung von Halbleiterkörpern Verwendung finden, mit U-förmigem Querschnitt in die Ampulle, einge- 50 die zu verschiedenen Halbleiterbauelementen z., B. setzt, wodurch die Möglichkeit besteht, entweder die Gleichrichtern, Transistoren oder Fetonalbleiter» eine Fremdstoffquelle oder die andere Fremdstoff- anordnungen weiterverarbgitet werden. Es kann insquelle bzw. beide Fremdstoffquellen gleichzeitig oder besondere zur Herstellung von HalbieiterstTOmtoren nacheinander von den Halbleiterscheiben 3 abzu- vom pnpn^Typ verwendet werden. Derartige Halbtrennen. 55 leiterstromtore werden bisher so hergestellt, dgß ein Mit der Vorrichtung gemäß F i g. 4 ist also die p4eitender Stoff von allen Seiten in eine» gleitenden Durchführung eines Verfahrens möglich, bei dem zßr Halbleiterkörper eindiffundiext wird, worauf dureh erst von beiden Fremdstoffquellen her in die Halb- z. B. mechanische Bearbeitung eine Äuftrennung der leiterscheiben Fremdstoffe eindiffundiert werden, bei dadurch erzeugten p-leitenden Oberflächenschicht in dem danach nur von der einen FremdstoffqueJle her 60 mehrere Zonen erfolgt. Schließlieh wird in eine der eine weitere Eindiffusion von Fremdstoffen erfolgt so hergestellten p-leitenden Zonen ein p«-leit§nder und bei dem schließlich auch diese zweite Fremcl·- Stoff eingebracht, z. B, durch Legierung, wodurch in stoffquelle abgetrennt wird, worauf eine weitere Ein- dieser p-Jeitenden Zone eine weitere ^leitende Zone diffusion des bereits in eine Oberflächenschicht des erzeugt wird. Bei diesem bekannten Verfahren kann Halbleiters eingedrungenen Fremdstoffes durchge- 65 nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung führt werden kann. der umschließenden pJeitenden Zone, angewandt Vor Beginn der Diffusion kann die Ampulle vor- werden, weil auf diese Weise die Parameter dieser gereinigt werden, indem sie beispielsweise mit Königs- Zone, wie beispielsweise Emdringtiefe, Oberflächen*
konzentration und der Gradient der Dotierungskonzentration, in weiten Grenzen frei wählbar sind.
Claims (2)
1. Verfahren zum Eindiffundieren von zwei Fremdstoffen, insbesondere Dotierungsstoffen, in
einen einkristallinen Halbleiterkörper, bei dem der Halbleiterkörper und getrennt davon zwei
Quellen je eines Fremdstoffes im Innenraum einer verschlossenen und gegebenenfalls evakuierten
Ampulle erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten Zeitdauer
der gemeinsamen Erwärmung durch eine Abschmelzung der Innenraum der Ampulle in der Weise in zwei Räume geteilt wird, daß die
eine Fremdstoffquelle sich in dem einen Raum befindet und der Halbleiterkörper und die andere
Fremdstoffquelle sich in dem anderen Raum befinden und daß dann eine weitere Erwärmung der
Ampulle durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine weitere Abschmelzung
ein dritter Raum abgeteilt wird, in dem sich die zweite Fremdstoffquelle befindet, und daß
dann eine weitere Erwärmung der Ampulle durchgeführt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Also Published As
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| US3377216A (en) | 1968-04-09 |
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