DE1521952B2 - Verfahren zur herstellung eines oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen halbleiterkoerper

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Description

3 4
Beispiel I Dauer in einem Stickstoffstrom entsteht durch Diffu-
In eine Glasampulle 2 wird ein Ständer 3 aus Alu- sion des Phosphors eine η-leitende, etwa 55 μ starke
miniumblech (99,99 °/0) mit etwa zehn Silizium- Halbleiterzone. Die Phosphorkonzentration in dem
plättchen mit einem spezifischen Widerstand von so dotierten Halbleitermaterial beträgt etwa 2 · 1018
200 Ohm cm eingebracht. Das Aluminiumblech hat 5 bis 1 · 1019 cm"3.
ein Gewicht von etwa 3 g. In den Nebenraum der Am- R · · , v
pulle wird ein Tropfen Salzsäure (35%) von etwa Beispiel ν
100 mg Gewicht eingebracht. Nach dem Abschmelzen Die Halbleiterscheiben werden in einem Ständer
der Ampulle erfolgt eine Wärmebehandlung bei etwa aus Glas oder Aluminium innerhalb der Ampulle
300° C von 16 Stunden Dauer, wobei eine Oxidschicht io untergebracht. Im Nebenraum der Ampulle wird eine
mit einer Dicke von einigen 1000 Ä entsteht, in welche Masse aus Aluminiumchlroid mit Kristallwasser
Aluminium eingelagert ist. Anschließend werden die (AlCl3-OH2O) sowie von Wasser untergebracht,
so behandelten Halbleiterscheiben etwa 16 Stunden bei Durch Hydrolyse entsteht Salzsäure, und es werden
einer Temperatur von 1280° C in einem Stickstoff- Wasserstoffionen frei. Die Behandlung verläuft wie in
strom behandelt. Stickstoff wirkt an sich n-dotierend, 15 den Beispielen I bis IV.
kann aber wegen der Oxidhaut nicht in das Halbleiter- .
material eindringen. Nach dieser Diffusionsbehandlung Beispiel VI
ist das Silizium bis zu einer Tiefe von 70 bis 130 μ mit Es stellte sich heraus, daß bei der Verwendung von
Aluminium in einer Konzentration von 3 · 101β bis Schwefelsäure die Diffusion des Schwefels aus den
2 · 1017 cm"3 dotiert. Wenn das Silizium vorher 20 hierbei erzeugten Oxidschichten wesentlich tiefer bzw. η-leitend war, so befindet sich in dieser Tiefe nun ein schneller als bei anderen Stoffen verläuft und daß despn-Übergang, und der Halbleiterkörper kann durch halb hiermit leicht eine Dotierung nach dem Prinzip der entsprechende Aufteilung zu Halbleiterbauelementen sogenannten Überholdiffusion möglich ist. Man kann wie Transistoren u. dgl. weiterverarbeitet werden. Die also beispielsweise Halbleiterscheiben innerhalb einer Lebensdauer der Minoritätsträger beträgt in dem so 25 Ampulle in einem Ständer aus Glas unterbringen und in behandelten Halbleiterkörper τ = 3 \xs. einem Nebenraum der Ampulle 50 mg Schwefelsäure,
„ . . . TT 50 mg Phosphorsäure und 100 mg Wasser. Die bei der
Beispiel 11 ersten Wärmebehandlung entstehenden Oxidhäute
In einem Ständer 3 aus Glas werden wiederum Halb- enthalten sowohl Schwefel als auch Phosphor. Bei der
leiterscheiben innerhalb einer Ampulle angeordnet 30 anschließenden zweiten Wärmebehandlung dringt der
und in einem Nebenraum der Ampulle etwa 50 mg Bor- Schwefel tiefer als der Phosphor ein, es bildet sich eine
säure (H3BO3) und 100 mg Wasser. Während einer phosphordotierte, niederohmige n++-Schicht mit einer
Wärmebehandlung bei 300° C von 16 Stunden Dauer vorgelagerten, weniger stark dotierten und demzufolge
entsteht eine mit Bor dotierte Oxidschicht, aus welcher höherohmigen n+-Schicht.
durch einen Diffusionsvorgang wie in Beispiel I das 35 In ähnlicher Weise ist eine gleichzeitige Diffusion
Bor in das Halbleitermaterial eindiffundiert und hier mit Schwefel und Bor möglich, wobei außen eine
eine bordotierte Schicht von etwa 60 μ Dicke erzeugt. p++-Schicht (Bor) und innen eine n+-Schicht (Schwefel)
Die Konzentration des Bors beträgt hierbei etwa entsteht. Hierbei können ebenfalls 50 mg Schwefel-
3 · 1018 bis 1 · 1019 cm-3. säure, 50 mg Borsäure und 100 mg Wasser für die
t> · · 1 TTT 4° Erzeugung der Oxidhäute verwendet werden.
e l s P l e Selbstverständlich kann auch bei dem ersten ErHalbleiterscheiben werden in einem Ständer aus wärmungsvorgang ein kontinuierliches Verfahren mit Aluminium angeordnet. Im Nebenraum der Ampulle laufender Beschickung eines Ofens mit Halbleiterwerden Salzsäure, Borsäure und Wasser untergebracht. scheiben und mit den Behandlungsgasen vorgesehen Die Wärmebehandlung erfolgt wie im Beispiel I und II. 45 werden. Die Verwendung einer abgeschlossenen Am-
T1 . . . TV pulle ist aber insbesondere bei kleineren Serien sowie
ΰ e 1 s ρ 1 e 1 ι ν bei Versuchen vorteilhaft.
In einem Ständer 3 aus Glas werden Halbleiter- In allen beschriebenen Beispielen hat es sich als scheiben 4 untergebracht und in einem Nebenraum zweckmäßig erwiesen, das Wasser durch Wasserstoffder Ampulle etwa 100 mg Orthophosphorsäure (H3PO4) 50 Superoxid zu ersetzen, und zwar zweckmäßigerweise in sowie etwa 100 mg Wasser (H2O). Es schließt sich eine konzentrierterer Form (30°/0). Wenn Wasserstoff-Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300° C Superoxid in der gleichen Menge wie das Wasser vervon 16 Stunden Dauer an. In einer darauffolgenden wendet wird, so entsteht bei gleichen Behandlungsbe-Wärmebehandlung bei etwa 1260° C von 16 Stunden dingungen eine etwa doppelt so starke Oxidschicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 teilweise verflüchtigenden Stoffe Natriumacetat, Ortho- Patentansprüche: phosphorsäure, Schwefelsäure, Dinatriumhydrogen- phosphat, Kochsalz, Natriumjodid und Natrium-
1. Verfahren zur Herstellung eines Oxidbelages arsenit beigemengt ist, in Anwendung zum Eindiffunauf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus 5 dieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterkörper in Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, bei der Weise, daß die Oxidbeläge mit eingelagerten erhöhter Temperatur und unter Verwendung von Dotierstoffen auf die Halbleiterkörper aufgebracht Wasserdampf, wobei gemäß Patentanmeldung und die Halbleiterkörper einer Wärmebehandlung P 15 21 950.8 der Körper mit Wasserdampf be- unterzogen werden.
handelt wird, dem einer der Wasserstoffionen und/ io Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
oder Alkaliionen abspaltenden und sich min- Körper mit Wasserdampf behandelt wird, dem zusätz-
destens teilweise verflüchtigenden Stoffe Natrium- ; lieh ein bei Anwesenheit von Wasserdampf und bei
acetat, Orthophosphorsäure, Schwefelsäure, Di- erhöhter Temperatur flüchtiger und einen Dotierungs-
natriumhydrogenphosphat, Kochsalz, Natrium- stoff, insbesondere in chemischer Bindung, enthalten-
jodid und Natriumarsenit beigemengt ist, in An- 15 der Stoff beigemengt ist, und daß der entstandene
wendung zum Eindiffundieren von Dotierungs- Oxidbelag des Halbleiterkörpers bei einer Temperatur
stoffen in Halbleiterkörper in der Weise, daß die von mehr als 1000° C mehrere Stunden lang behandelt
Oxidbeläge mit eingelagerten Dotierungsstoffen wird.
auf die Halbleiterkörper aufgebracht und die Halb- Der Dotierungsstoff wird ebenfalls in die entstehende leiterkörper einer Wärmebehandlung unterzogen 20 Oxidhaut eingebaut und diffundiert bei der nachwerden, da durch ge k enn zei c h ne t, daß folgenden Wärmebehandlung aus dieser Oxidhaut der Körper mit Wasserdampf behandelt wird, dem in das angrenzende Halbleitermaterial. Hierdurch zusätzlich ein bei Anwesenheit von Wasserdampf kann dieser in Schichten bzw. im Ganzen umdotiert und bei erhöhter Temperatur flüchtiger und einen werden, bzw. es kann ihm eine höhere Dotierungs-Dotierungsstoff, insbesondere in chemischer Bin- 25 konzentration verliehen werden,
dung, enthaltender Stoff beigemengt ist, und daß Die entstehenden Oxidhäute sind sehr dicht und der entstandene Oxidbelag des Halbleiterkörpers wisch- und chlorfest. Bei dem nachfolgenden Diffubei einer Temperatur von mehr als 1000° C mehrere sionsvorgang diffundiert lediglich das in dem Oxid vor-Stunden lang behandelt wird. handene Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 3° während für von außen einwirkende Fremdstoffe das zeichnet, daß der Körper mit einem Oxidbelag bei Oxid als Maskierung und Abdeckung dient.
einer Temperatur von mehr als 250° C, insbeson- An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Erfin-
dere von etwa 300° C, versehen wird. dung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Gerät zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- 35 In einer Ampulle 2, welche aus Glas bzw. Quarz behandelt wird, dem Aluminiumchlorid beigemengt stehen kann, ist ein Ständer 3 angeordnet, welcher ist. beispielsweise aus einem mit Querschlitzen versehenen,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- !halbierten Hohlzylinder bestehen kann. In diesem zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- Ständer 3 sind Halbleiterscheiben 4, beispielsweise handelt wird, dem Borsäure beigemengt ist. 40 runde Siliziumscheiben oder Germaniumscheiben,
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ähnlich wie in einem Schallplattenständer angeordnet, zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- In einer Abschnürung der Ampulle befindet sich eine handelt wird, dem gleichzeitig ein η-Dotierung Masse 5, welche aus Wasser, einem Wasserstoffionen hervorrufender und ein p-Dotierung hervorrufender bzw. Alkaliionen abspaltenden Stoff und einem einen Stoff beigemengt ist. 45 Dotierungsstoff enthaltenden Stoff besteht. Nach dem
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Einbringen der Masse 5 und des mit den Halbleiterzeichnet, daß der Körper mit einem mit ent- scheiben 4 versehenen Ständers 3 wird die Ampulle absprechenden Zusätzen versehenen, aus wäßriger geschmolzen, wobei die in der Ampulle befindliche Wasserstoffsuperoxidlösung hergestellten Dampf Luft nicht entfernt zu werden braucht. Danach wird an Stelle von Wasserdampf behandelt wird. 50 die Ampulle beispielsweise in eine Stahlröhre einge-
7. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, schoben, deren Innendurchmesser etwa mit dem dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper Außendurchmesser der Ampulle übereinstimmt, und mit Wasserdampf behandelt wird, dem als Wasser- die Stahlröhre dann in einen Ofen,beispielsweise einen stoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und elektrisch beheizten Widerstandsofen eingebracht, als Dotierungsstoff ein und derselbe Stoff züge- 55 Hiernach erfolgt die Aufheizung auf eine Temperatur mischt ist. 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. Nach dieser Wärme-60 behandlung weisen die Halbleiterscheiben einen Oxid-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung belag auf, welcher Dotierungsmaterial enthält. Die eines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristall!- Ampulle wird nun zerstört, und die herausgenommenen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus nen Halbleiterscheiben werden einer Wärmebehand-Silizium, bei erhöhter Temperatur und unter Verwen- lung bei einer Temperatur von mehr als 1000° C und dung von Wasserdampf, wobei gemäß Patentan- 65 mehreren Stunden Dauer unterworfen. Die Temperatur meldung P 15 21 950.8 der Körper mit Wasserdampf und die Dauer der Behandlung richten sich nach der behandelt wird, dem einer der Wasserstoffionen gewählten Schichtdicke sowie nach dem verwendeten und/oder Alkaliionen abspaltenden und sich mindestens Dotierungsmaterial.
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
DES0079384 1962-05-10
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DE1521952A1 DE1521952A1 (de) 1969-07-31
DE1521952B2 true DE1521952B2 (de) 1972-06-08
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NL285088A (de)
GB1001620A (en) 1965-08-18
DE1521950B2 (de) 1971-07-29
GB1014286A (en) 1965-12-22
US3260626A (en) 1966-07-12
CH471239A (de) 1969-04-15
CH406779A (de) 1966-01-31
NL287407A (de)
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DE1521952A1 (de) 1969-07-31
CH471240A (de) 1969-04-15
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DE1521953A1 (de) 1970-07-09
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