DE1544295C3 - Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern - Google Patents
Verfahren zur Phosphor-Dotierung von HalbleiterkörpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern, wobei auf den
Halbleiterkörper Phosphorsäureester aufgebracht, thermisch zersetzt und anschließend der freigesetzte
Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.
Ein Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift
3 247 032), bei dem ein Phosphorsäureester in Dampfform mittels eines Trägergases oder durch Verdampfen
in das unter Vakuum gehaltene Reaktionsrohr auf den Halbleiterkörper aufgebracht und dort thermisch zersetzt
wird. Anschließend wird der Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
Allgemein wird bei Dotierungsverfahren, die auf der Eindiffusion von Aktivatormaterialien in Halbleiterkristallen
beruhen, das einzudiflundierende Material häufig durch Aufdampfen auf die Halbleiteroberfläche
aufgebracht und durch eine anschließende Wärmebehandlung in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
Das Aufdampfen kann dabei unter Anwendung einer geeigneten Abdecktechnik wie beispielsweise der Fotolithografie
oder unter Verwendung von Schablonen erfolgen.
Da diese Verfahren nicht für alle Anwendungsgebiete und Dotierungsmaterialien geeignet sind, ist
man dazu übergegangen, das einzudiffundierende Material in flüssiger Form auf die Halbleiteroberfläche
aufzubringen und anschließend einzudiffundieren. Man bedient sich in diesem Fall des sogenannten
»Paint-on«-Verfahrens, bei dem ein als Tinktur oder »Paint« bezeichnetes flüssiges oder pastöses Gemisch,
welches das Aktivatormaterial und gegebenenfalls ein Metall, das die Aufgabe hat. die Halbleitereigenschaftcn.
z.B. die Trägcrlebensdaucr in bestimmter Weise zu beeinflussen, in gelöster oder suspendierter
Form enthält, auf die Oberfläche des zu dotierenden Körpers aufgetragen wird, was beispielsweise durch
Aufsprühen, Aufpinseln- oder Tauchen geschehen kann. ">
Dabei wirkt es sich bei den bisher verwendeten Tinkturen nachteilig aps, daß diese häufig schlechte
Benetzungseigenschaften zeigen und außerdem, vor allem bei längerem Stehenlassen, zur Entmischung
und damit zur Bildung von Rückständen neigen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird daher gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß Phosphorsäureester
als Gemisch aus Phosphorsäuremonoäthylester und
,5 Phosphorsäurediäthylester in Lösung mit einem Gemisch
aus Äthylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol verwendet wird. Durch die Erfindung können sehr
hohe Dotierungskonzentrationen erreicht werden. Nach der Dotierung bleiben keine Rückstände zurück.
Vor allem bei großen Eindringtiefen ergibt sich eine kürzere Diffusionszeit. Wegen der guten Benetzungseigenschaften
ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf geätzte und polierte Scheiben
möglich. Schließlich kleben auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Scheiben nicht
zusammen.
Die Anteile der beiden Ester verteilen sich bei einer besonders günstigen Ausführungsform derart, daß
43 Teile Mono- und 53 Teile Diäthylester verwendet werden.
Die Lösung kann dabei neben dem Aktivatormaterial eine lösliche Verbindung eines Metalls, das geeignet
ist, durch Bildung von Rekombinationszentren die Trägerlebensdauer herabzusetzen, enthalten. Wird
z. B. Nickel als Metall verwendet, so wird dieses vorteilhafterweise
in Form eines Chlorids NiCl2 ■ 6 H1O
zur Anwendung gebracht. Durch diese Auswahl der Verbindungen des Aktivatormaterials und des Metalls
wird bei dem angegebenen Lösungsmittel erreicht, daß sich beide Substanzen vollständig lösen und auch bei
längerem Stehenlassen keine Rückstände bilden.
Als besonders günstig hat sich eine alkoholische Lösung erwiesen, die aus 1 g Nickelchlorid NiCl2-OH2O,
1,5 ecm Phosphorsäureäthylester (43% Mono- und 53% Diäthylester), 6 ecm Tetrahydrofurfurylalkohol
C4H7OCH2OH und 15 ecm Äthylalkohol besteht.
Die auf den Halbleiterkörper aufgetragene, das
Aktivatormaterial enthaltende Lösung wird zunächst bei etwa 80—100°C getrocknet. Dann wird das Aktivatormaterial
in den Halbleiterkörper eindiffundiert.
; Bei Verwendung von Silicium beträgt die Diffusionstemperatur 1000—13000C, bei Germanium 500 bis
700° C. Die Eindringtiefe des Diffusionsmaterials wird im wesentlichen durch die Diffusionszeit bestimmt.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnungen können ohne
Schwierigkeiten direkt zu Halbleiterbauelementen, wie Transistoren, Gleichrichter oder dergleichen, mit wenigstens
einem /j-dotierten Bereich verarbeitet werden. Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem
an Hand der Fig. 1,2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispiel hervor.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird auf einen scheibenförmigen Halbleiterkörper 1. z.B. eine einkristalline
Siliciumscheibe, eine Lösung, die 1 g Nickelchlorid. 1,5 ecm Phosphorsäureester (43% Mono- und 53",, Diäthylester)
in einem Gemisch aus 6 ecm Tetrahydrofur-
furylalkohol und 15 ecm Äthylalkohol enthalt, aufgebracht.
Dieses Lösungsmiitclgeniisch hat neben
guten Benetzungseigenschaften den Vorteil, daß es als
Lösungsmittel sowohl für die verwendete Phosphorverbindung als auch für das Nickelchlorid geeignet ist
und eine Lösung dieser Stoffe ergibt, die auch bei längerem Stehenlassen keine Entmischung zeigt.
Das Aufbringen der Lösung erfolgt beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufpinseln. Man erhält so
einen dünnen Film 2 in den dafür vorgesehenen Bereichen 3 und 4 des Halbleiterkörpers 1. Die Lösung
wird dann durch eine Wärmebehandlung bei etwa 80—1000C getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampft.
Der dünne Film 2 besteht im wesentlichen aus einem Gemisch aus der Phosphorverbindung und
dem Metall bzw. dessen Verbindung. Daran anschließend wird der mit dem dünnen Film 2 versehene SiIiciumkörperl
einer Wärmebehandlung bei 1000 bis 13000C unterworfen. Dabei zersetzt sich sowohl die
organische Phosphorverbindung als auch das Nickelchlorid. Der freie Phosphor diffundiert in das Siliciumgitter
ein und bildet die «-dotierten Bereiche 5, wie in Fig. 2 angedeutet.
Der Vorteil des Verfahrens ist vor allem darin zu sehen, daß sehr gleichmäßige Diffusionsfronten,
d.h. eine gleichmäßige Eindringtiefe über den gesamten diffundierten Bereich, erhalten werden. Dies rührt
in erster Linie daher, daß es sich bei der verwendeten Lösung um eine echte Lösung des Dotierungsmatcrials
handelt, wodurch bei den guten Benetzungseigenschaften
dieser Lösung ein gleichmäßiger Auftrag der Lösung ohne technische Schwierigkeiten möglich
ist. Neben der leichten Handhabung ist als weilerer Vorteil anzusehen, daß bei kürzerer Diffusionszeit
eine höhere Dotierungskonzentration erreicht werden kann, was auf die hohe Löslichkeit der verwendeten
Phosphorverbindung in der angegebenen Lösung zurückzuführen ist.
Das als Chlorid in Lösung befindliche Nickel wird zu metallischem Nickel reduziert und diffundiert ebenfalls
in den Halbleiterkörper ein.
Bringt man die Lösung nicht nur auf einzelne Bereiche der Halbleiteroberfläche auf, sondern bestreicht
die verwendeten Halbleiterscheiben einseitig vollständig mit der das Dotierungsmaterial enthaltenden Lösung,
so bekommt man, wie in Fig. 3 dargestellt, eine gleichmäßige Diffusionsschicht 6, deren Dicke 7 in
erster Linie durch die Diffusionszeit bestimmt wird.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich vor allem dann mit Erfolg anwenden, wenn eine
Vielzahl von Halbleiterscheiben gleichzeitig mit n-dotierten Bereichen versehen werden soll. Wird an Stelle
von Silicium Germanium verwendet, so gelten analoge Verhältnisse mit der Ausnahme, daß die Diffusion bei
wesentlich tieferen Temperaturen, nämlich bei etwa 500—7000C, durchgeführt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern,
wobei auf den Halbleiterkörper Phosphorsäureester aufgebracht, thermisch zersetzt
und anschließend der freigesetzte Phosphor in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, dadurch
gekennzeichnet,daß Phosphorsäureester als Gemisch aus Phosphorsäuremonoäthylester
und Phosphorsäurediäthylester in Lösung mit einem Gemisch aus Äthylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol,
verwendet wird. '>
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zusätzlich eine lösliche
Verbindung eines Metalls enthält. '
3. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet,
daß als Metall Nickel verwendet wird, das in Form seines Chlorids (NiCl2-OH2O) zur
Anwendung kömmt. ; . ; '.. ;
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine alkoholische
Lösung, bestehend aus 1 g Nickelchlorid NiCl2-OH2O, 1,5 ecm Phosphorsäureäthylester
(43% Mono- und 53% Diäthylester), 6 ecm Tetrahydrofurfurylalkohol C4H7OCH2OH und 15 ecm
Äthylalkohol verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Halbleiterkörper
aufgetragene Lösung bei etwa 80 bis 10O0C getrocknet wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES0104871 | 1966-07-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1544295A1 DE1544295A1 (de) | 1969-07-03 |
DE1544295B2 DE1544295B2 (de) | 1974-09-12 |
DE1544295C3 true DE1544295C3 (de) | 1975-05-15 |
Family
ID=7526161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19661544295 Expired DE1544295C3 (de) | 1966-07-19 | 1966-07-19 | Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Halbleiterkörpern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1544295C3 (de) |
-
1966
- 1966-07-19 DE DE19661544295 patent/DE1544295C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1544295B2 (de) | 1974-09-12 |
DE1544295A1 (de) | 1969-07-03 |
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