DE1289382B

DE1289382B - Verfahren zur Oxydation eines Silizium-Halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE1289382B
Application number: DEL45616A
Authority: DE
Inventors: Dr Kurt; Lertes
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-08-16
Filing date: 1963-08-16
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1071159A; SE303161B; CH435912A

Claims

1 289,332

Die Oxydation von Silizium ist für die Halbleiter-,... ten pn-Übergängen eignet. Um .eine Verunreinigung technik von beachtlicher Bedeutung, da es bei der der Siliziumoberfläche durch Metallatome zu vermei-Herstellung von Planarsystemen notwendig ist, die den, bestehen die Stromzuführungselektroden 2, die Siliziumoberfläche mit einer gleichmäßigen und dich- vakuumdicht in den Glasrezipienten 1 geführt sind, ten Oxydschicht zu überziehen und da außerdem eine 5 aus Silizium. In der Figur sei die dargestellte, zu oxy-Stabilisierung und Konservierung von Halbleiter- dierende Halbleiteranordnung 4 eine diffundierte pnelementen auf Siliziumbasis durch eine Oxydschicht Schichtenfolge, bei der die pn-Übergänge auf dem in den Bereichen, in denen die pn-Übergänge an die geschrägten Rand an die Oberfläche treten. Diese Oberfläche des Halbleiterelementes treten, erzielt Halbleiteranordnung 4 liegt auf einer Siliziumwird, ίο scheibe 3 und ist auf ihrer Oberseite mit einer weite-Es ist bereits bekannt, Silizium thermisch zu oxy- ren Scheibe so abgedeckt, daß nur der abgeschrägte dieren. Dabei findet die Oxydation in trockenem oder Rand frei liegt. Der Rezipient 1 ist mittels einer der feuchtem Sauerstoff bei Temperaturen über 1000° C bekannten Fettdichtungen durch die Glasplatte 6 ab- oder bei niedrigeren Temperaturen unter erhöhtem geschlossen. Die Oxydation erfolgt um die Abführung Druck statt. Die bei der thermischen Oxydation un- 15 der während der Gasentladung frei werdenden Fremdvermeidbaren Nachteile ergeben sich aus der Tat- stoffe zu gewährleisten im Sauerstoffstrom. Der Stutsache, daß bei den hohen Arbeitstemperaturen nicht zen 7 dient der Sauerstoffzufuhr, während an den nur Sauerstoff in das Silizium eindiffundiert, sondern Stutzen 8 eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. auch Verunreinigungen, die sich beispielsweise auf Durch Regelung der Zu- und Abflußgeschwindigkeit der Oberfläche des zu oxydierenden Teiles befinden, ao des Sauerstoffstromes wird die Einstellung eines Dieser Vorgang bewirkt unter anderem meist eine Druckes im Gasentladungsraum, dem Rezipienten 1, Verschlechterung der Sperrkennlinie eines diffundier- erzielt. Die Oxydation wird in zwei Schritten vorgeten pn-Überganges. nommen. Zunächst wird bei einer Spannung, mittels Des weiteren sind auch Verfahren zur anodischen Verändern des Druckes ein Entladungsstrom einge-Oxydation von Silizium in einem geeigneten Elektro- 35 stellt und während einer bestimmten Zeitdauer konlyten bekannt. Bei diesen Verfahren ist nicht nur die stant gehalten. Danach wird die Spannung und durch erreichbare Dicke begrenzt, sondern auch keine den Verändern des Druckes "auch der Entladungsstrom technischen Anforderungen genügende Dichte der erhöht. Nach einer weiteren Öxydationszeit unter die-Oxydschicht über eine bestimmte Fläche, beispiels- sen Bedingungen ist der Rand der Halbleiteranordweise über eine größere Siliziumscheibe, gewährlei- 30 nung mit einer gewünschten .Oxydschicht bedeckt, stet. Nicht zuletzt sind die Schwierigkeiten, die bei Beispielsweise wird im Gasentladungsraum ein einer elektrolytischen Oxydation vonHalbleiteranord- Druck von etwa 1 bis 3 Torr und bei einer angelegten nungen auf Siliziumbasis mit mehr als einem pn- Spannung von etwa-500 V mittels Druckregelung ein Übergang auftreten, zu groß. Entladungsstrom von etwa 2 mA eingestellt. Unter Es ist auch bekannt, Metalloberflächen mittels 35 diesen Bedingungen läuft dann über eine Zeitdauer einer Gasentladung zu reinigen, wobei eine Material- von rund einer Stunde der erste Schritt des Oxydaabtragung stattfindet. tionsverfahrens ab. Die für den zweiten Schritt des Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich auf Oxydätionsverfahrens angelegte Spannung ist 500 bis Halbleiterkörpern aus Silizium eine Oxydschicht bil- 600 V und der über die Druckregelung einzustellende det, wenn sie gemäß der Erfindung mit einer durch 40 Entladungsstrom beträgt über eine Zeitdauer von kontinuierliche Gasentladung erzeugten Sauerstoff- einer Stunde etwa 10 mA. Mit diesen beiden Verfahionen behandelt werden. Wie im einzelnen noch aus- rensschritten des Ausführungsbeispieles wird eine gegeführt wird, weisen die gemäß der Erfindung behan- schlossene dichte Oxydschichtdicke von etwa 0,2 u delten Siliziumoberflächen die eingangs erwähnten erzielt.

Nachteile nicht mehr auf und zeigen darüber hinaus 45 Die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung

weitere überraschende Vorteile. oxydierten Siliziumscheiben oder pn-Übergänge sind

Auf der Siliziumoberfläche bewirkt der Beschüß nicht nur gegenüber normalen Umwelteinflüssen,

mit den in einer Gasentladung in bekannter Weise sondern auch gegenüber aggressiven Stoffen beson-

erzeugten Sauerstoffionen die Ausbildung einer Oxyd- ders unempfindlich. Nach der Oxydation zeigen die

schicht. Durch den Ionenbeschuß findet im wesent- 50 pn-Übergänge gleich gute Sperreigenschaften wie

liehen nur eine örtlich begrenzte Erhitzung der SiIi- vorher.

ziumoberfläche statt, so daß im Bereich unterhalb der Bei einer Halbleiteranordnung mit einer diffundier-Oxydschicht keine Diffusionsprozesse erfolgen kön- ten pnp-Struktur, wie sie als sperrspannungtragende nen. Besonders vorteilhaft läßt sich in der gleichen Schichtenfolge im steuerbaren Gleichrichter Verwen-Anordnung nach der Erfindung vor dem Oxydations- 55 dung findet, wird nach der Behandlung gemäß dem prozeß eine Oberflächenreinigung durch Beschüß mit Oxydationsverfahren nach der Erfindung der Ober-Ionen eines inaktiven Gases, wie beispielsweise Ar- flächendurchbruch in vorteilhafter Weise zu höheren gon, durchführen. Eine solche Reinigungswirkung Spannungen hin verschoben als der Volumendurchder Siliziumoberfläche wird aber auch bei der Be- bruch.

schießung mit Sauerstoffionen und dadurch hervor- 60 Patentansorüche·

gerufener Oxydationswirkung erzielt. "

Die Erzeugung von Sauerstoffionen erfolgt nach 1. Verfahren zur Oxydation der Oberfläche einem der bekannten Verfahren, wie Gleich- oder eines Silizium-Halbleiterkörpers, vorzugsweise mit Wechselstromentladung, Hochfrequenzentladung oder diffundierten pn-Übergängen, dadurch gein Form von Kanalstrahlen. 65 kennzeichnet, daß dieser mit durch konti-In der Figur ist das Ausfuhrungsbeispiel einer An- nuierliche Gasentladung erzeugten Sauerstoffordnung gemäß der Erfindung dargestellt, die sich zur ionen behandelt wird. Oxydation von Siliziumscheiben und von diffundier- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Gasentladung unter strömendem Sauerstoff stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffionen in einer Gleichstromentladung erzeugt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stromführungselektroden aus Silizium verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffionen in einer elektrodenlosen Hochfrequenzentladung erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation zunächst bei einem geringen Entladungsstrom durchgeführt und dann bei einem erhöhten Entladungsstrom fortgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Spannung im Bereich von 500 bis 600 Volt durch Druckregelung zunächst ein Strom von etwa 2 mA für eine bestimmte Zeit eingestellt und anschließend die Oxydation bei einem Strom von etwa 10 mA fortgesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche vor der Oxydation mit Ionen eines inaktiven Gases behandelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen