DE1544315C3 - Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen mit Fremdatomen - Google Patents

Description

In ein Quarzrohr 1 mit induktiver Heizung 2 wird mit einer Schutzgasatmosphäre eine gasförmige Halbleiterverbindung 3 eingeleitet, der eine gasförmige Verbindung der Dotierungssubstanz zugesetzt ist. Im Quarzrohr 1 befindet sich auf einer Unterlage 4 der Schichtträger5, der auf eine Temperatur gebracht wird, bei der eine Zersetzung der gasförmigen Halbleiterverbindung 3 stattfindet und die gleichzeitig der maximalen Löslichkeit der Dotierungssubstanz im Halbleiter entspricht. Als Dotierungssubstanz ist z. B. Arsen, Phosphor, Gallium oder Antimon, als gasförmige Halbleiterverbindung Siliziumtetrachlorid geeignet. Die erwähnten Dotierungssubstanzen besitzen ihr Löslichkeitsmaximum in Silizium bei Temperaturen, bei denen Silizium pyrolytisch aus Siliziumtetrachlorid abgeschieden werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Stoffes im Halbleiter ist nämlich temperaturabhängig;

Patentanspruch: sie nimmt zwar über einen großen Bereich hinweg

mit der Temperatur zu, hat jedoch meist unterhalb

Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristal- des Schmelzpunktes ein Maximum und nimmt in der len mit Fremdatomen, bei dem sowohl das 5 Nähe des Schmelzpunktes rasch ab. Auch beim Do-Halbleitermaterial als auch der einzubauende tieren eines Halbleiterkristalls durch Diffusion ist es Fremdstoff aus dem gasförmigen Zustand durch nicht möglich, größere Bereiche des Halbleiterkri-Kondensation der gemischten Dämpfe oder durch stalls bis zur Sättigung zu dotieren, weil die Diffusion Zersetzung einer gasförmigen Verbindung bei er- ein Konzentrationsgefälle voraussetzt und daher die höhter Temperatur auf einen Schichtträger abge- io maximale Konzentration nur an einer einzigen Stelle schieden werden, -dadurch gekennzeich- erreicht werden kann.

net, daß der Schichtträger auf eine solche Tem- Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art

peratur erwärmt wird, bei der eine maximale ist es bekannt, beim Abscheiden verschiedene Ab-Löslichkeit des einzubauenden Fremdstoffs im Scheidungstemperaturen einzustellen und durch die Halbleiterkristall erfolgt, und daß nach dem Ab- 15 unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche scheiden der Schichtträger so rasch abgekühlt Widerstände der abgeschiedenen Schicht zu erzielen, wird, daß keine nennenswerte Ausscheidung des Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem aufgenommenen Fremdstoffs mehr stattfindet. Verfahren der eingangs erwähnten Art die maximale

Fremdatomkonzentration im Halbleiterkristall zu er-90 zielen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem

solchen Verfahren nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Schichtträger auf eine solche Temperatur erwärmt wird, bei der eine maximale Löslichkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren des einzubauenden Fremdstoffs im Halbleiterkristall von Halbleiterkristallen mit Fremdatomen, bei dem »5 erfolgt und daß nach dem Abscheiden der Schichtsowohl das Halbleitermateial als auch der einzubau- träger so rasch abgekühlt wird, daß keine nennensende Fremdstoff aus dem gasförmigen Zustand durch werte Ausscheidung des aufgenommenen Fremd-Kondensation der gemischten Dämpfe oder durch Stoffs mehr stattfindet. Die gemischten Gase werden Zersetzung einer gasförmigen Verbindung bei erhöh- also erfindungsgemäß auf einem Schichtträger ter Temperatur auf einen Schichtträger abgeschieden 30 niedergeschlagen, der auf einer Temperatur gehalten werden. wird, die der maximalen Löslichkeit des Fremdstoffs

In der Halbleitertechnik ist es bekannt, daß sich im Halbleiterkristall entspricht. Dies hat zur Folge, die Eigenschaften von Halbleiterkristallen durch Zu- daß in den Halbleiterkristall die größtmögliche satz von Fremdatomen beeinflussen lassen. Von die- Fremdatomkonzentration eingebaut wird.
ser Tatsache wird bei der Herstellung vieler Halb- 35 Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen leiterbauelemente Gebrauch gemacht. In bestimmten Verfahrens sei an Hand der F i g. 1 erläutert. In Fällen, z. B. bei der Herstellung von Transistoren, ist einem Rezipienten 1 befinden sich die heizbaren Veres erforderlich, zumindest in einem Teil des Halblei- dampfungsgefäße2 mit dem Halbleitermaterial, z.B. ters die Fremdatomkonzentration sehr hoch zu wäh- Germanium oder Silizium, und 3 mit dem Dotielen, so daß man nahe an die Grenze der Löslichkeit 40 rungsmaterial, z. B. Aluminium, Indium, Arsen, Andes Fremdstoffs im Halbleiter herankommt. timon oder Wismuth. 4 ist der Schichtträger, der Zur Einbringung von Fremdatomen in Halbleiter- durch eine Temperiervorrichtung 5 geheizt oder gekörper sind verschiedene Methoden bekannt. So kühlt wird. Erfindungsgemäß wird er auf die Temschmilzt man z. B. das Halbleitermaterial, setzt dann peratur des Löslichkeitsmaximums des Dotierungsder Schmelze den Fremdstoff zu und läßt die 45 materials im Halbleitermaterial gebracht. Halbleiter-Schmelze anschließend wieder erstarren. Bei einem material und Dotierungsmaterial werden zum Veranderen Verfahren bringt man den Fremdstoff im ge- dämpfer gebracht, vermischen sich im Rezipienten 1 schmolzenen Zustand mit dem noch festen Halbleiter- und kondensieren dann auf dem Schichtträger 4, womaterial in Berührung, wobei das Halbleitermaterial bei sich das Dotierungsmaterial mit maximaler Konsich im Fremdstoff löst. und beim Abkühlen mit 5° zentration in den Halbleiterkristall einbaut. Der hoher Fremdstoffkonzentration wieder auskristalli- Schichtträger 4 wird danach so schnell abgekühlt, siert. Ferner ist es bekannt, den Fremdstoff ohne Ge- daß keine nennenswerte Ausscheidung des Fremdgenwart einer flüssigen Phase in den festen Halb- Stoffs auf Grund der bei tieferer Temperatur geringeleiterkristall einzudiffundieren. Bei Halbleitern, ren Löslichkeit stattfindet

welche als dünne Schichten auf einen Träger aufge- 55 Erfindungsgemäß ist es auch möglich, halbleitende dampft werden, besteht eine Möglichkeit der Dotie- Verbindungen auf den Schichtträger 4 aufzudampfen, rung auch darin, gleichzeitig mit dem Halbleiterma- Zum Beispiel besteht die Möglichkeit, ein Selenid mit terial den Fremdstoff zu verdampfen. Dieses Verfah- Selenbromid zu dotieren, indem man beide Materiaren wird z. B. bei der Herstellung von Selengleich- lien gleichzeitig aufdampft.

richtern angewendet. Weiterhin ist ein Verfahren be- 60 Ertindungsgemäß ist man auch imstande, die kannt, bei dem gasförmige Verbindungen, welche das Materialien statt aus zwei getrennten Gefäßen aus Halbleitermaterial und den Fremdstoff enthalten, py- dem gleichen Gefäß zu verdampfen,
rolytisch zersetzt werden, so daß der Halbleiterkri- Gemäß der Erfindung ist man auch in der Lage,

stall dotiert abgeschieden wird. dotiertes Halbleitermaterial auf dem Schichtträger

Beim Dotieren des geschmolzenen Halbleiters mit 65 durch Pyrolyse einer gasförmigen Verbindung Fremdatomen ist es im allgemeinen nicht möglich, niederzuschlagen.

die größtmögliche Fremdstoffmenge in den Halb- Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindurigsge-

leiterkristall einzubauen. Die Löslichkeit des Fremd- mäßen Verfahrens sei an Hand der F i g. 2 erläutert.