DE1288688B - Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflaechenschicht von festen Halbleiterkoerpern fuer Halbleiterbauelemente - Google Patents

Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflaechenschicht von festen Halbleiterkoerpern fuer Halbleiterbauelemente

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DE1288688B
DE1288688B DES42700A DES0042700A DE1288688B DE 1288688 B DE1288688 B DE 1288688B DE S42700 A DES42700 A DE S42700A DE S0042700 A DES0042700 A DE S0042700A DE 1288688 B DE1288688 B DE 1288688B
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Germany
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dopant
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semiconductor
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DES42700A
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Dr-Ing Reimer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase

Description

Zum Herstellen von Halbleiterbauelementen wie Richtleitern, Transistoren usw. ist es bekannt, Halbleiterkörper z. B. aus Silizium oder Germanium in Kontakt mit einer Atmosphäre zu bringen, die ein dotierendes Verunreinigungselement enthält, und sie zugleich so hoch und so lange zu erhitzen, daß das Verunreinigungselement in die Halbleiteroberfläche bis zu einer gewünschten begrenzten Tiefe eindringt. Auf diese Weise kann man auf einem p-leitenden Halbleiterkörper mit Hilfe eines η-Leitung erzeugenden Dotierungsstoffs, z. B. eines Antimon, Phosphor oder Arsen enthaltenden Gases oder Dampfes, eine η-leitende Oberflächenschicht oder auf einem n-leitenden Halbleiterkörper mit Hilfe eines p-Leitung erzeugenden Dotierungsstoffs, z. B. eines Bor enthaltenden Gases oder Dampfes, eine p-leitende Oberflächenschicht erzeugen. Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird der Halbleiterkörper in einem beheizten Raum auf einer Temperatur zwischen seiner Schmelztemperatur und der Verdampfungstemperatur des Dotierungsstoffs gehalten und der beheizte Raum mit dem Dampf des Dotierungsstoffs gefüllt. So wurden bekanntlich z. B. n-leitende Siliziumeinkristalle in Anwesenheit von Bortrichlorid und p-leitende Siliziumeinkristalle in Anwesenheit von Phosphordampf erhitzt und dadurch mit einer dotierten Oberflächenschicht versehen. Bei dem bekannten Verfahren kann man aber die in den beheizten Raum einmal eingeführte Menge und damit die Konzentration des Dotierungsstoffs während des mit einer bestimmten Temperatur durchgeführten Diffusionsprozesses nicht ändern.
Mit der Erfindung wird bei einem Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflächenschicht von festen Halbleiterkörpern für Halbleiterbauelemente durch Erhitzen in Anwesenheit eines gasförmigen oder flüchtigen Dotierungsmittels die Aufgabe gelöst, diese Beschränkung zu vermeiden und dadurch eine zusätzliche, zur Erzielung eines vorgeschriebenen Konzentrationsprofils des Dotierungsstoffs erwünschte weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des Diffusionsprozesses während seines Ablaufs zu gewinnen. Ferner wird gegenüber dem bekannten Diffusionsverfahren eine Vereinfachung und bequemere Handhabung dadurch erzielt, daß die mit Schwierigkeiten verbundene Verwendung einer geschlossenen Ampulle als beheizter Raum umgangen wird.
Die erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dotierungsmittel durch einen Raum, in dem der Halbleiterkörper erhitzt wird, strömend hindurchgeleitet wird.
Das neue Diffusionsverfahren ermöglicht es ferner, andere als die bisher in Betracht kommenden Dotierungsstoffe zu verwenden. Bekanntlich zählt auch Stickstoff zu den Elementen der V. Gruppe des periodischen Systems, mit denen eine Dotierung im Sinne der η-Leitung erzielt werden kann. Stickstoff wurde bisher nicht gern zum Dotieren verwendet, weil er bei Zimmertemperatur gasförmig ist und deshalb in einer geschlossenen Ampulle nicht so einfach unterzubringen ist wie ein festes oder flüssiges Dotierungsmittel.
Gerade wegen dieser Eigenschaft ist aber Stickstoff für das neue Verfahren besonders gut geeignet. Während nämlich eine geschlossene Ampulle, in der ein fester Dotierungsstoff, wie z. B. Phosphor, untergebracht wird, zum Diffundieren völlig auf der Temperatur des Phosphordampfes gehalten werden muß, damit eine gleichmäßige Gasatmpsphäre. geschaffen wird, kann Stickstoff einfach durch einen Diffusionsraum, in dem der Halbleiterkörper bis nahe an seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, strömend hindurchgeleitet werden.
Statt reinen Stickstoffs können auch gasförmige Stickstoffverbindungen, z. B. Ammoniak, zum gleichen Zweck und in gleicher Weise verwendet werden, ferner gasförmige Verbindungen anderer Dotierungssubstanzen, die zur Umwandlung von p- in η-Leitung oder zur Umwandlung von n- in p-Leitung geeignet und größtenteils dafür bekannt sind. So kommen unter anderem für die Dotierung von Halbleiterkörpern aus Germanium oder Silizium die Wasserstoffverbindungen und die flüchtigen Halogenide der Elemente der III. bzw. V. Gruppe für den vorliegenden Zweck in Betracht, beispielsweise das obenerwähnte Bortrichlorid, ferner Phosphorwasserstoff.
Flüchtige Verbindungen werden vorteilhaft mit einem inerten Trägergas vermischt. Man leitet z. B. Argon über Bortrichlorid, das bei Zimmertemperatur, obgleich noch flüssig, doch bereits einen beträchtlichen Dampfdruck besitzt, so daß sich das strömende Argon mit einer entsprechenden anteiligen Menge gasförmigen Bortrichlorids belädt.
Es können natürlich auch Mischungen mehrerer flüchtiger bzw. gasförmiger Dotierungsmittelv· welche in gleicher Richtung dotierend .wirken, zur Anwendung gebracht werden.
Die Strömungsgeschwindigkeit im Behandlungsraum wird vorteilhaft sehr gering gewählt, damit der behandelte Halbleiter durch das strömende Gas nicht in unerwünschtem Maße abgekühlt wird. Das strömende Gas kann auch vorgewärmt sein.
Die weitere Verarbeitung des mit einer dotierten Oberflächenschicht versehenen Halbleiterkörpers kann in der Weise vor sich gehen, daß sein unverändert gebliebener Kern durch Entfernen von Teilen der veränderten Oberflächenschicht an einer oder mehreren Stellen mit mechanischen oder chemischen Mitteln oder durch Zerschneiden des Halbleiterkörpers teilweise freigelegt wird und Kontaktelektroden am freigelegten Kern und an der dotierten Oberflächenschicht angebracht werden.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflächenschicht von festen Halbleiterkörpern für Halbleiterbauelemente durch Erhitzen in Anwesenheit eines gasförmigen oder flüchtigen Dotierungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmittel durch einen Raum, in dem der Halbleiterkörper erhitzt wird, strömend hindurchgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemeinsam mit einem flüchtigen Dotierungsmittel ein inertes Trägergas durch den Raum strömend hindurchgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stickstoff oder einer flüchtigen bzw. gasförmigen Stickstoffverbindung als Dotierungsmittel.
3 4
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet 6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Ammoniak als Do- durch die Verwendung einer flüchtigen bzw. gastierungsmittel. förmigen Halogenverbindung als Dotierungs-
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet mittel.
durch die Verwendung einer flüchtigen bzw. gas- 5
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1
förmigen Wasserstoffverbindung als Dotierungs- bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung
mittel. eines Gemisches aus mehreren Dotierungsmitteln.
DES42700A 1955-02-15 1955-02-15 Diffusionsverfahren zum Dotieren einer Oberflaechenschicht von festen Halbleiterkoerpern fuer Halbleiterbauelemente Pending DE1288688B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB648186A (en) * 1949-10-27 1951-01-03 Westinghouse Brake & Signal Improvements relating to germanium rectifiers
DE885756C (de) * 1951-10-08 1953-06-25 Telefunken Gmbh Verfahren zur Herstellung von p- oder n-leitenden Schichten
DE894293C (de) * 1951-06-29 1953-10-22 Western Electric Co Verfahren zur Herstellung eines Kristalls aus Halbleitermaterial
DE913676C (de) * 1952-04-08 1954-06-18 Licentia Gmbh Verfahren zum Herstellen von Germaniumkristallen

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