DE1521952A1 - Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkoerper

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Description

Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkörper
Zusatz zu Patent (Anm. P 15 21 950.8 - PLA 61/1786)
Das Hauptpatent . ... ... (Anm. P 15 21 950.8 - PLA 61/1786) betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem ■vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, unter Verwendung von Wasserdampf, wobei dem Wasserdampf ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und sich mindestens teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird. Die Erfindung ist dadurch gekenn-
Wl/Fö
909831/1248
PLa
1 ■ .■■■■■■.';■'
zeichnet, da(3 dem ..asserdarnpf zusätzlich ein bei Anwesenheit von ·· »/asserdampf und bei erhöhter Temperatur flüchtiger und einen Τ)α1»1βτ I rungsstο ff, insbesondere in chemischer Bindung, enthaltender utoff beigemengt wird, und daß eich an die Herstellung des Oxydbelageo eine »/armebehandlung den Halbleiterkörpern bei mehr alt: 1000 C von mehreren stunden Dauer anschließt.
Der Dotierungsstoff wird ebenfalls in die entstehende Oxydhaut eingebaut und diffundiert bei dor nachfolgenden Wärmebehandlung aus.; dieser Oxydhaut in das angrenzende Halbleitermaterial. Hierdurch kann dieser in Schichten bzw. im Ganzen umdotiert v/erden, bzw. es kann ihm eine höhere Dotierungskonzentration verliehen werden.
Die entstehenden oxyahäute sind sehr dicht und wisch- und chlorfest. Bei dem nachfolgenden Diffusionsvorgang diffundiert lediglich das in dem Oxyd vorhandene Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper, während für von außen einwirkende Fremdstoffe das Oxyd als Markierung und Aboeckun .tvit. -
Anhand von Ausführungsbeispielen sol J aie Erfindung näher erläutert werden. In der Fig. ist ein Gerat zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. In einer Ampulle 2y welche aus Glas bzw. Quarz bestehen kann, ist ein Ständer 3 angeordnet, welcher beispielBweiae aus &inem mit Querschlitzen versehenen, haibierten Hohlzylinder bestehen kann. In diesem ständer 3 sind Halbleiterscheiben 4, bei-1 speilsweise runde oiliziumacheiben oder Germaniumscheiben, ähnlieh
90983411-241
* BAD
162195·*
PIA 62/1288
in einem Schallplattenstanoer angeordnet. In einer Afcjchnürung S der Ampulle befindet sich eine Masse 5», welche aus Wasser, einem Waeoerstoffionen bzw. Alkaliionen abspaltenden iitoff und einem einen Dotierungestoff enthaltenden iitoff besteht. Nach dem Einbringen der Masse 5 und des mit den Halbleiterscheiben 4 versehenen Btftnäers 3 wird die Ampulle abgeachmolzen, wobei die in der Ampulle befindliche Luft nicht entfernt zu werden braucht. Danach wird die Ampulle beispielsweise in eine iJtahlröhrt; eingeschoben, de.ren Innendurchmesser etwa mit dem Außendurchraessr der Ampulle übereinstimmt, und die Stahlrohre dann in einen Ofen, beispielsweise einen elektrlech beheizten Widerstandsofen eingebracht. Hiernach erfolgt die Aufhellung auf eine Temperatur von mehr als 250° C, insbesondere auf etwa 350° C. Diese Temperatur wird mehr als 30 Minuten aufrechterhalten. Zweckmäßig wird die Dauer zu 8 bis 48 Stunden, z.B. 16 Stunden bemessen. Mach dieser Wärmebehandlung weisen die Halbleiterscheiben einen Oxydbelag auf, welcher Dotierungsmaterial enthält. Die Ampulle wird nun zerstört, und die herausgenommenen Halbleiterscheiben werden einer ;Värmebehandlung bei einer Temperatur von aehr als 1000° 0 und mehreren stunden Dauer unterworfen. Die Temperatur und die Dauer der Behandlung richten eich nach der ge wählten Schichtdicke sowie nach dent verwendeten Dotierungsmaterial.
Beispiel 1
Xn eint Glasampulle 2 wird ein Ständer 3 aus Aluminiumblech (99»99 %) mit etwa 10 liiliziumplättchen mit einem spezifischen tfideretand von 200 Ohm cm eingebracht* Das Aluminiumblech hat
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ein Gewicht von etwa 3 g· 'In den Nebenraum eier Ampulle wird ein Tropfen Salzsäure (HCl) {'6b 7») von etwa 100 mg Gewicht eingebracht. Nach dem Abschmelzen der Ampulle, erfolgt eine Wärmebehandlung bei " etwa 300° C von 16 otunoen Dauer, wobei eine Oxydschicht mit einer Dicke von einigen 100C) .-i entsteht, in welche Aluminium eingelagert ist. Anschließend werden aie so behandelten Halbleiterscheiben etwa 16 otunaen bei einer Temperatur von 1<J80° 0 in einem stickstoff strom behandelt." ;5tickatoff wirkt an sich η-dotierend, kann aber wegen der Oxydhaut nicht in dat; Halbleitermaterial eindringen. Nach dieser Diffusionsbehandlung ist das Silizium bis zu einer Tiefe von 70 bis 130/U mit Aluminium, in einer Konzentration vcyi 3 x 10 bis 2 χ 10 em dotiert, flenn das siliziüm vorher nleitend war, so befinaet sich in dieser Teife nun ein pn-übergang, und der Halbleiterkörper kann durch entsprechenae Aufteilung zu Halbleiterbauelementen wie Tranaistoren u.dgl. weiterverarbeitet weraen. Die Lebensdauer der Minoritätsträger beträgt in uem so behandelten Halbleiterkörper*L· = 3/US.
Beispiel II
In einem !Ständer 3 aus Glas werden wiederum Halbleiterscheiben innerhalb einer AmpulJe angeordnet und in einem Nebenraum der Ampulle ca. 50 mg Borsäure (Η,ΒΟ,) und 100 mg v/asser (HpO). Während einer Wärmebehandlung bei 3000C von 16 Stunden Dauer entsteht eine mit Bor dotierte Oxydschicht, ausweicher durch einen Diffusionsvorgang wie in Beispiel 1 das Bor in das Halbleitermateria] eindiffundiert und hier eine bordotierte Schicht von etwa 60/U •Dicke erzeugt. Die Konzentration des Bors beträgt hierbei etwa
•3 x 1010 bis 1 χ 1019em"5.
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Beispiel III
Halbleiterscheiben werden in einem Ständer aus Aluminium ange-
ordnet. Im Nebenräum der Ampulle werden Salzsäure, Borsäure und Wasser untergebracht. Die Wärmebehandlung erfolgt wie in Beispiel I und II.
Beispiel IY
In einem Ständer 3 aus Glas werden Halbleiterscheiben 4 untergebracht und in einem Nebenraum der Ampulle ca. 100 mg Ortnophosphorsäure (ILPO.) sowie etwa 100 mg Wasser (HpO). Es schließt sich eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300cC von 16 Stunden Dauer an. In einer darauffolgenden Wärmebehandlung bei etwa 12600C von 16 Stunden Dauer in einem Stickstoffstrom entsteht durch Diffusion des Phosphors eine η-leitende, etwa 55μ starke Halbleiterzone. Die Phosphorkonzentration in dem so dotierten Halbleiter-
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material beträgt etwa 2 χ 10 bis 1 χ 10 3cm .
Beispiel V
Die Halbleiterscheiben werden in einem Ständer aus Glas oder Aluminium innerhalb der Ampulle untergebracht. Im Nebenraum der Ampulle wird eine Masse aus Aluminiumchlorid mit Kristallwasser (AlCl . 6HpO) sowie von Wasser (H?0) untergebracht. Durch Hydrolyse entsteht Salzsäure, und es werden Wasserstoffionen frei. Die Behandlung verläuft wie in den Beispielen 1 bis 4.
- 5 - 909831/124 ff
r~ —» —-—— χ
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Beispiel VI
Es stellte sich heraus, daß bei der Verwendung von Schwefelsäure (H2SO.) die Diffusion des Schwefels aus den hierbei erzeugten Oxydschichten wesentlich tiefer bzw. schneller als bei anderen Stoffen verläuft, und daß deshalb hiermit leicht eine Dotierung nach dem Prinzip der sog. Überholdiffusion möglich ist. Man kann also beispielsweise Halbleiterscheiben innerhalb einer Ampulle in einem Ständer aus Glas unterbringen und in einem Nebenraum der Ampulle 50 rag Schwefelsäure, 50 mg Phosphor- f säure und 100 mg V/asser. Die bei der ersten Wärmebehandlung entstehenden Oxydhäute enthalten sowohl Schwefel als auch Phosphor. Bei der anschließenden zweiten Wärmebehandlung dringt der Schwefel tiefer als der Phosphor ein, es bildet sich eine phosphordotierte, niederohmige η -Schicht mit einer vorgelagerten, weniger stark dotierten und demzufolge höherohmigen η -Schicht.
In ähnlicher Weise ist eine gleichzeitige Diffusion mit Schwefel
und Bor möglich, wobei außen eine ρ -Schicht (Bor) und innen eine η ι
Schicht (Schwefel) entsteht. Hierbei können ebenfalls 50 mg Schwefelsäure, 50 mg Borsäure und 100 mg Wasser für die Erzeugung der Oxydhäute verwendet werden.
Selbstverständlich kann auch bei dem ersten ErwärmungsVorgang ein kontinuierliches Verfahren mit laufender Beschickung eines Ofens mit Halbleiterscheiben und mit den Behandlungsgasen vorgesehen werden. Die Verwendung einer abgeschlossenen Ampulle ist aber insbesondere bei kleineren Serien sowie bei Versuchen vorteilhaft.
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In allen beschriebenen Beispielen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Wasser durch Wasserstoffsuperoxyd zu ersetzen, und zwar zweckmäßigerweise in konzentrierterer Form (30 /o). Wenn Wasserstoffsuperoxyd in der -gleichen Menge wie das Wasser verwendet wird, so entsteht bei gleichen Behandlungsbedingungen eine etwa doppelt so starke üxydschicht.
9 Patentansprüche
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Claims (9)

PLA 62/12üö Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, unter Verwendung von Wasserdampf, wo-
- P 15 21 950.8 , bei :;emäß Patent (Anmeldung Ä^irj^xifiiixxiibfcg,
PLA 61/1786) dem »Vasserdampf ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und sich mindestens teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich dem Wasserdampf ein bei Anwesenheit von Wasserdampf und bei erhöhter Temperatur · flüchtiger und einen Dotierun'gsstoff, insbesondere in chemischer Bindung, enthaltender Stoff beigemengt wird, und daß sich an die Herstellung des.Oxydbelages eine Wärmebehandlung des Halbleiterkörpers bei einer Temperatur von mehr als 1000°« von mehreren Stunden Dauer anschließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Oxydbelages bei einer Temperatur von mehr
als 250 0C, insbesondere von etwa 300 11C, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf Aluminiumchlorid beigemengt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da'3 dem Wasserdampf Borsaure beigemengt wird.
- 8 - Si/Küp
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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet," daf3 dem Wasserdampf Orthophosphorsäure beigemengt wird»
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf Schwefelsäure beigemengt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampf gleichzeitig ein n-l)otierung hervorrufender und ein p-Dotierung hervorrufender Stoff beigemengt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von V/asser Wasserstoffsuperoxyd verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltende und der Dotierungsmaterial enthaltende Stoff derselbe ist.
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Leerseite
DE19621521952 1962-05-10 1962-05-10 Verfahren zur Herstellung eines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkörper Expired DE1521952C (de)

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DES0079385 1962-05-10
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DES0079384 1962-05-10

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DE1521952B2 DE1521952B2 (de) 1972-06-08
DE1521952C DE1521952C (de) 1973-03-22

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4259365A (en) * 1978-03-02 1981-03-31 Wolfgang Ruppel Method for creating a ferroelectric or pyroelectric body

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DE1521950B2 (de) 1971-07-29
GB1014286A (en) 1965-12-22
DE1521952B2 (de) 1972-06-08
US3260626A (en) 1966-07-12
CH471239A (de) 1969-04-15
CH406779A (de) 1966-01-31
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CH471240A (de) 1969-04-15
SE324184B (de) 1970-05-25
DE1521953A1 (de) 1970-07-09
SE323451B (de) 1970-05-04
GB1014287A (en) 1965-12-22
DE1521953B2 (de) 1972-08-17

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