DE1521950A1 - Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Koerper aus Halbleitermaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Koerper aus Halbleitermaterial

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Description

SIEMENS AKTIEHGESEIiLSCHAPT München, den -4.NOV. 1969
München und Berlin Wittelsbacherplatz 2
VPA 61/1786
Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem yorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial
Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden, Vierschichtenanordnungen u.dgl., bestehen meistens aus einem im wesentlichen einkristallinen Körper aus Halb» leitermaterial, wie z.B. den Elementen der IV. Gruppe des Periodischen Systems bzw. intermetallischen Verbindungen der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, auf den Elektroden durch Diffusion oder Legierung aufgebracht sind.
Ss hat sich als zweckmäßig erwiesen, auf die Oberfläche eines derartigen Halbleiterkörpers einen Oxydbelag aufzubringen,'da dieser nach Fertigstellung des Halbleitergerätes weitgehend
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Neue Unterlagen^, Ab^^Sa^a^w^*,»,. ^ 0R1G1NÄt
das Sindringen von Fremdstoffen verhindern kann.
Derartige Oxydbeläge können auch zur Maskierung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Diffusion dienen. Auf einen Halbleiterkörper, z.B. aus Germanium bzw. Silizium, wird eine Oxydhaut aufgebracht, danach wird auf fotochemischem Wege ein Teil der Oxydhaut entfernt und eine Diffusion von z.B. Phosphor oder Aluminium bei erhöhter Temperatur vorgenommen. Der entsprechende Dotierungsstoff dringt nur an den freigelegten Stellen ein, während die Oxydhaut an den übrigen Stellen als undurchlässige Meske dient.
Umgekehrt können auch Oxydhäute mit eingelagerten Dotierungsstoffen auf Halbleiterkörper aufgebracht und anschließend durch eine Wärmebehandlung die Dotierungsstoffe in das Halbleitermaterial eindiffundiert werden.
Weiter können Oxydhäute zur Vergleichmässigung der Oberfläche von Halbleiterkörpern verwendet werden. Zunächst wird eine Oxydschicht aufgebracht und danach mit Hilfe von z.B. Flußsäure abgelöst. Die freigelegten Schichten entsprechen dann im wesentlichen den Gitterebenen.
Ss ist bereits bekannt, zu diesen Zwecken auf einen einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial einen Oxydbelag in der Weise aufzubringen, daß der Körper an Luft bzw. in einer anderen sauerstoffhaltigen Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die Erwärmung des Halbleiterkörpers muß in diesem Fall bis auf 600° C und darüber getrieben werden, damit ein dichter und beständiger Oxydbelag entsteht. Ss ist auch bereite bekannt, eine derartige Oxydation bei höheren Temperaturen unter Verwendung von Wasserdampf durchzuführen. Der Hachteil dieses Verfahrens liegt in den hohen zur Anwendung kommenden Temperaturen, welche es beispielsweise
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unmöglich machen, die Oxydation an fertigen legierten HaIbleiteranordnungen vorzunehmen, weil die einlegierten Elektroden bei diesen Temperaturen aufschmelzen würden. Außerdem könnte bei derart hohen Temperaturen eine Diffusion der eingebrachten Verunreinigungen bzw. von anderweitig vorhandenen Fremdstoffen in unerwünschter Weise bewirkt werden. Zudem bringt erfahrungsgemäß eine Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen eine Verschlechterung der Lebensdauerwerte der Minoritätsträger im Halbleitermaterial mit sich.
Die Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden. Sie bezieht sich deshalb auf ein Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, unter Verwendung von Wasserdampf. Erfindungsgemäß wird dem Wasserdampf ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und sich wenigstens zum Teil verflüchtigender Stoff beigemischt. Zweckmäßig wird das Verfahren bei einer Temperatur von mindestens 250° C, insbesondere von etwa 350° C, mindestens 30 Minuten lang durchgeführt.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise wisch- und chlorfeste Oxydhäute hergestellt werden können. DaB läßt sich beispielsweise bo erklären, daß ein Stoff, der Wasserstoff- und bzw. oder Alkaliionen abspaltet, die Fähigkeit besitzt, eine gewisse "Aufweichung" des Kristallgitters des Halbleitermaterials zu bewirken. Die Schwierigkeit bei der Aufbringung eines Oxydbelages auf einen Halbleiterkörper, beispielsweise aus Silizium oder Germanium, besteht sonst im wesentlichen darin, daß nach dem Entstehen einer ersten Oxydschicht diese ein Durchdringen von Sauerstoff und damit eine Oxydation der darunter liegenden Schichten verhindert. Im Gegensatz dazu besitzt anscheinend ein Wasserstoff- und/oder Alkaliionen abspaltender Stoff die Fähigkeit, den Transport von Sauerstoff durch diese erste entstehende Oxydschicht hindurch zu bewerk-
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ctelligen. Kir» tU rar ..igfir Stoff wirkt ale« quaei als "Katalysator" bei dem in )iedu rtobendeii Vorfan^. Offenbar cpieli hierbei die FaLi fife.it einen derartigen Stoffes, Oxydbeläge onbsw. aufzulösen b;;w, »ioli BeJ bot in derartigen Eelägen zu 1Ö-cen, eine wegenίiiche Rolle.
Der Vorteil deo erf.indungogtmUßen Verfahren» besteht im wesentlichen in der Anwendung vor) niedrigen Temperaturen, wodurch es möglich j et, beispielßweine Halbleiteranordnungen, welche mit ~inJedierten. Elektroden aur. einem Gold-Halbleiter-Eutelrtikum versehen sind, nach vollständiger Fertigotellung mit einem schützenden Oaydbelag an der Halbleiteroberfläche 55U verse hen. Das Gold-Germanium- bzw. das Gold-Silizium-Eutektikum besitzt eine Schmelztemperatur von 360° bzw. 370° C.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In eine Ampulle 2, welche beispielsweise aus Glas oder Quarz bestehen kann, wird bei 3 eine geringe Menge Wasser sowie eine geringe Menge eines Wasserstoff- und bzw. oder Alkaliionen abspaltenden Stoffes eingebracht, beispielsweise 100 mg Wasser und 20 mg Kochsalz. Hiervon durch eine Einschnürung getrennt werden beispielsweise 40 scheibenförmige Halbleiterkörper 4 von beispielweise 12 mm Durchmesser und 0,1 bis 0,40 mm Stärke aus Silizium eingebracht. Anschließend wird die Ampulle abgeschmolzen; die Entfernung der in der Ampulle vorhandenen Luft erwies sich bei der praktischen Durchführung nicht als notwendig. Danach wird die Ampulle in eine ihrem Umfang entsprechende Stahlröhre gesteckt und das Ganze in einen Ofen eingebracht, in welchem eine Erwärmung auf etwa 320° C von 16 Stunden Dauer vorgenommen wird. In der Ampulle entsteht bei der Wärmebehandlung ein erhöhter Druck. Die Stahlröhre dient u.a. zum Schutz vor Glassplittern bei einer gegebenenfalls auftretenden Explosion der Ampulle.
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Nach der Wärmebehandlung sind derartige Halbleiterkörper alt einer Oxydschicht von etwa 1000 Angström Dicke bedeckt. Eine derartige Oxydsohicht wirkt isolierend bis über 800 V.
Als Yasserstoffionen und bzw. oder Alkaliionen abspaltende Stoffe haben sich insbesondere Natriueacetat CH,GOONa . 3HpO, Orthophosphorsäure H~PO,, Schwefelsäure HpSO., Dinatriumhydrogenphosphat Na2HPO. . 12H2O, Kochsalz NaCl, Natrium-Jodid NaJ und Natrium-Arsenit Na~AsO, als geeignet erwiesen. Bei der Behandlung von beispielsweise Silizium oder Germanium mit derartigen Stoffen in Verbindung mit Wasserdampf entstehen Oxydhäute von verhältnismäßig großer Dicke und hoher Widerstandsfähigkeit. So werden derartige Schichten beispielsweise von Chlor bei 900° C nicht durchdrungen. Das darunterliegende Silizium wird demzufolge von dem Chlor nicht angegriffen. Weiter sind die Oxydschichten verhältnismäßig abreibfest und können nicht mit Hilfe von Filterpapier abgewischt werden. Im Gegensatz zu solchen Oxydschichten, welche nach bekannten anderen Verfahren bei niedrigen Temperaturen erzeugt sind und erfahrungsgemäß mit Hilfe von Filterpapier angekratzt werden können.
5 Patentansprüche
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Claims (5)

1521S5C Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, unter Verwendung von Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und sich mindestens teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird,
2..Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf Orthophosphorsäure beigemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf Hatriumacetat beigemischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur von mehr als 250° C, insbesondere von etwa 350° C, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter erhöhtem Druck durchgeführt wird.
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Heue Unterlagen CA»f.7§ i At*.* Nr. ι Sate ζ au. ftiKhmwgM. v.4.1 ϊΚΐβΑΟ
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