DE1521952C

DE1521952C - Verfahren zur Herstellung eines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkörper

Info

Publication number: DE1521952C
Application number: DE19621521952
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. phil. nat. 8520 Erlangen Schink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-05-10
Filing date: 1962-05-10
Publication date: 1973-03-22

Description

Beispiel! 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 ^{p ei}

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

300⁰C 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 1280⁰C in einem Stickstoff- Wasserstoff ionen 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 · 10^1β 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 Uberholdiffusion möglich ist. Man kann wie Transistoren u. dgl. weiterverarbeitet werden. Die also beispielsweise Halbleiterscheiben innerhalb einer Lebensdauer der Minoritätsträger beträgt in dem so 35 Ampulle in einem Ständer aus Glas unterbringen und in behandelten Halbleiterkörper τ = 3 μβ. einem Nebenraum der Ampulle 50 mg Schwefelsäure,

~ . . . 50 mg Phosphorsäure und 100 mg Wasser. Die bei der

Beispiel Il 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 ^-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

_R . . . _TTT 40 Erzeugung der Oxidhäute verwendet werden.
α ei spiel ill 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-■ η . · , _TTT pulle ist aber insbesondere bei kleineren Serien sowie O e 1 s ρ 1 e l IV _{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%). Wenn Wasserstoff-Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300⁰C 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 1260⁰C von 16 Stunden dingungen eine etwa doppelt so starke Oxidschicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 mindestens teilweise verflüchtigenden Stoffe Natrium-Patentansprüche: acetät, Orthophosphorsäure, Schwefelsäure, Di- natriumhydrogenphosphot, Kochsalz, Natriumjodid

1. Verfahren zur Herstellung eines Oxidbelages und Natriumarsenit beigemengt ist, in Anwendung auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus 5 zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in HaIb-Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, bei , leiterkörper in der Weise, daß die Oxidbeläge mit erhöhter Temperatur und unter Verwendung von eingelagerten Dotierstoffen auf die Halbleiterkörper Wasserdampf, wobei der Körper mit Wasser- aufgebracht und die Halbleiterkörper einer Wärmedampf behandelt wird, dem einer der Wasserstoff- behandlung unterzogen werden.

ionen und/oder Alkaliionen abspaltenden und io Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der

sich mindestens teilweise verflüchtenden Stoffe Körper mit Wasserdampf behandelt wird, dem zusätz-

Natriümacetat, Orthophosphorsäure, Schwefel- lieh ein bei Anwesenheit von Wasserdampf >und bei

säure, Dinatriumhydrogenphosphat, Kochsalz, erhöhter Temperatur flüchtiger und einen Dotierungs-

Natriumjodid und Natriumarsenit beigemengt ist, stoff, insbesondere in chemischer Bindung, enthalten-

in Anwendung zum Eindiffundieren von Do tie- 15 der Stoff beigemengt ist, und daß der entstandene

rungsstoffen in Halbleiterkörper in der Weise, daß Oxidbelag des Halbleiterkörpers bei einer Temperatur

die Oxidbeläge mit eingelagerten Dotierungsstoffen von mehr als 1000° C mehrere Stunden lang behandelt

auf die Halbleiterkörper aufgebracht und die Halb- wird.

leiterkörper einer Wärmebehandlung unterzogen Der Dotierungsstoff wird ebenfalls in die entstehende werden, dadurch gekennzeichnet, daß ²⁰ Oxidhaut eingebaut und diffundiert bei der nachder Körper mit Wasserdampf behandelt wird, dem folgenden Wärmebehandlung aus dieser Oxidhaut zusätzlich ein bei Anwesenheit von Wasserdampf in das angrenzende Halbleitermaterial. Hierdurch und bei erhöhter Temperatur flüchtiger und einen kann dieser in Schichten bzw. im Ganzen umdotiert Dotierungsstoff, insbesondere in chemischer Bin- werden, bzw. es kann ihm eine höhere Dotierungsdung, enthaltender Stoff beigemengt ist, und daß ³S konzentration verliehen-werden.
der entstandene Oxidbelag des Halbleiterkörpers Die entstehenden Oxidhäute sind- sehr dicht und bei einer Temperatur von mehr als 1000° C mehrere wisch- und chlorfest. Bei dem nachfolgenden Diffu-Stunden lang behandelt wird. sionsvorgang diffundiert lediglich das in dem Oxid vor-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- handene Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper, zeichnet, daß der Körper mit einem Oxidbelag bei 3o während für von außen einwirkende Fremdstoffe das einer Temperatur von mehr als 250° C, insbeson- Oxid als Maskierung und Abdeckung dient.

dere von etwa 300°C, versehen wird. An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Erfin-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- Gerät zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, handelt wird, dem Aluminiumchlorid beigemengt 35 In einer Ampulle 2, welche aus Glas bzw. Quarz beist. stehen kann, ist ein Ständer 3 angeordnet, welcher

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- beispielsweise aus einem mit Querschlitzen versehenen, zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- halbierten Hohlzylinder bestehen kann. In diesem handelt wird, dem Borsäure beigemengt ist. Ständer 3 sind Halbleiterscheiben 4, beispielsweise

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- *° runde Siliziumscheiben oder Germaniumscheiben, zeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf be- ähnlich wie in einem Schallplattenständer, angeordnet, handelt wird, dem gleichzeitig ein η-Dotierung In einer Abschnürung der Ampulle befindet sich eine hervorrufender und ein p-Dotierung hervorrufender Masse 5, welche aus Wasser, einem Wasserstoffionen Stoff beigemengt ist. bzw. Alkaliionen abspaltenden Stoff und einem einen

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Dotierungsstoff enthaltenden Stoff besteht. Nach dem zeichnet, daß der Körper mit einem mit ent- Einbringen der Masse 5 und des mit den Halbleitersprechenden Zusätzen versehenen, aus wäßriger scheiben 4 versehenen Ständers 3 wird die Ampulle ab-Wasserstoffsuperoxidlösung hergestellten Dampf geschmolzen, wobei die in der Ampulle befindliche an Stelle von Wasserdampf behandelt wird. Luft nicht entfernt zu werden braucht. Danach wird

7. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, 5o die Ampulle beispielsweise in eine Stahlröhre eingedadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper schoben, deren Innendurchmesser etwa mit dem mit Wasserdampf behandelt wird, dem als Wasser- Außendurchmesser der Ampulle übereinstimmt, und stoffionen und/oder Alkaliionen abspaltender und die Stahlröhre dann in einen Ofen, beispielsweise einen als Dotierungsstoff ein und derselbe Stoff züge- elektrisch beheizten Widerstandsofen eingebracht, mischt ist. 35 Hiernach erfolgt die Aufheizung 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. Nach dieser Wärme-6o behandlung weisen die Halbleiterscheiben einen Oxidbelag auf, welcher Dotierungsmaterial enthält. Die

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Ampulle wird nun zerstört, und die herausgenommeeines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristalli- nen Halbleiterscheiben werden einer Wärmebehandnen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus lung bei einer Temperatur von mehr als 1000⁰C und Silizium, bei erhöhter Temperatur und unter Verwen- 65 mehreren Stunden Dauer unterworfen. Die Temperatur dung von Wasserdampf, wobei der Körper mit Was- und die Dauer der Behandlung richten sich nach der serdampf behandelt wird, dem einer der Wasserstoff- gewählten Schichtdicke sowie nach dem verwendeten ionen und/oder Alkaliionen abspaltenden und sich Dotierungsmaterial.