DE1644007A1

DE1644007A1 - Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkristallen aus der Gasphase

Info

Publication number: DE1644007A1
Application number: DE19671644007
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Wolfgang Wenzig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-05-18
Filing date: 1967-05-18
Publication date: 1970-09-24

Description

Verfahren zum Dotieren von Halhleiterkristallen aus der Gasphase

In der Halbleitertechnifc verwendet man "bekanntlich Diffusionsprozesse, um einen Dotierungsstoff aus der Gasphase in einen Elalbleiterkristall hineinzubringen. Der gasförmige Dotierungsstoff wird dabei einer erhitzten Quelle entnommen und gelangt an der Oberfläche des zu dotierenden erhitzten Halbleiterkörpers durch Festkörperdiffusion in das Innere. Von Bedeutung ist hierbei die Konzentration N₀ des Dotierungsstoffes an der Oberfläche des erhitzten Halbleiterkörpers. ¥ill man z» B. Nq

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kleiner als die Lösliehkeitsgrenze des Dotierungsstoffes in Halbleiternaterial einstellen, so verwendet nan rait Vorteil eine Quelle aus dotierten Halbleitermaterial oder einen anderen dotierten Postkörper.· Bei entspi'echend kleiner Dotie- ' rungskonzentration dieses Quellennaterials erhält nan eine entsprechend geringe Oterflächendotierung 1Γ~. Ec enpfiehlt. sich deshalb, als Quelle ein Pulver zu verwenden. Üblich ist es dabei, den zu dotierenden Halbleiterkörper-^in diesen Pulver einzubetten. Die Berührung von Halbleiterkörper und Pulver ■ führt jedoch häufig zu einer Beschädigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers und danit zu einer Beeinflussung des Diffusionsvorganges. Insbesondere treten bei den hohen für ^f;' den Diffusionsvorgang anzuwendenden Tenperaturen Erosionen ^:JJLpl an den Stellen der Halbleiterkristalloberfläche auf^ an diese von einen Pulverkorn berührt wird. An solchen" S1 ergeben sich besonders deutlich Störungen in lauf. Auch nachfolgende Diffusionsprozesse oder BeSchichtungen nit Halbl eiterir.aterial werden an soclcheh ^tdlTen^wg^eöfb^^, "so^ daß die Reproduzierbarkeit und gegebenenfallsäucH'dae'' "elektrx^- sche Punktion der aus den Halbleiterkörper 'hei⁵gestcfilteti 'HaTb'-'* leiterbauelemente nicht nehr gewährleistet'ii

Die Erfindung bezieht"sich auf ein Verfahren zun Dotieren von Haibleiterkristallen aus der Gasphase, bei den eine bein Erhitzen dotierendes Gas abgebende, bei der ähgev/eiideteW Tempe-** ratur in festen Zustand vorliegende Quelle und der zu dotie-

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rende Kalbleiterkristall in einem gemeinsamen Behandlungogef;iß angeordnet und dort erhitst werden, so daß dotierende Atome aua einen von der Quelle abgegebenen, von den Halbleitermaterial freien Gas in die feste Oberfläche der erhitzten Halbleiterkristalle eindiffundieren. Dabei ist gemäß der Erfindung vorgesehen» daß der zu dotierende Halbleiterkristall mittels Abstandshalter aus hitzebestündigen inerten Material in geringem, d.h. 1 cn nicht überschreitenden, Abstand von der Quelle in nichtoxvdierender Umgebung angeordnet und er- _■* hitst wird. ·

Mit der Erfindung werden die oben genannten Nachteile vermieden,und zwar dadurch, daß man den Halbleiterkörper nicht mehr in das Pulver einbettet, sondern durch Abstandshalter für einen geringen Abstand zwischen Halbleiteroberfläche und Pulveroberfläche sorgt.

Eine Realisieimößlichkeit ist in der Figur 1 dargestellt. g Dabei bedeutet 1 die Schicht des pulverförmigen Quellennaterials, 2 einen ringförmigen, aus hitsebentändigen Material, beispielsweise Quarz, bestehenden Abstandshalter, während 3 der su dotierende Halbleiterkristall, beispielsweise Siliciumeinkristall , ist. Der Siliciumeinkristall liegt in einer Ausnehmung eines Haltekörpers 4 aus wärmeleitendem Material, den ναι oben die V/ärme sun Erhitzen des Halbleiterkristalls

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zugeführt -wird. Das, Ganze "befindet sich in sauerstofffreier Atmosphäre. Zweckmäßig ist die Verwendung· von reinen Argon. Die Dotierung wird in üblicher V/ei so durchgeführt. Der Abstand zwischen Pulver und .Halbleiteroberfläche soll nicht größer als. 1 cm sein. Unter dienen Umständen behindert der Abstand zv/icchen Pulver und Halbleiteroberfläche nicht den Übergang den Dotierungsstpffes von Pulver zur Halbleiteroberfläche. Andererseits werden die Nachteile einen direkten Kontakts ■'SV/lachen Pulver und Halbleiteroberfläche umgangen.

In der Praxis ist es wünschenswert, möglichst viele Halbleiterkristalle in einem einzigen Arbeitsgang zu behandeln. Zu diesen Zweck empfiehlt sich eine Anordnung, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist. An Eoden eines beheizbaren Gefäßes 11 aus inerter, ■.värr.eleitenden Ilaterial befindet sich eine, erste ScJiicl.t 12 aus den dotierenden Pulver. Auf der ebenen Oberfläche dieser Pulverr-chieht 12 sind Abstandshalter 13 aus inerten Material, beispielsweise aus Quarz, angeordnet. Die Gesantheit dieser Abstandshalter 13 kann aus einem einzigen Stück bestehen. Sie tragen eine Anzahl von zu dotierenden Ilalbleiterkristallcn H. Oberhalb .'-dieser Anordnung iot eine _: Scheibe 15 aus inerten, aber gut v/ärneie it enden Ilaterial derart vorgesehen, daß sie auf .idntlichen Hai blei terächblben 12 ruht und gegebenenfalls die Beheizung dieser Scheib'en erleichtert. An der Oberseite der Scheibe 15 ruht eine v/eitere'

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Schicht 16 aus pulverförnigen Quellennaterial, die wiederun der Träger von Abstandshaltern 17 ist. Die Abstandshalter 17 tragen ihrerseits wieder Ilalbleiterkristallo TO und eine aus einen. Stück bestehende Trägerscheibe 19 aus inerten IJaterial, die der Scheibe 15 entspricht. Auf dieser Anordnung können weitere Schichten von Quellennaterial 20, Distanzscheiben 21, Halbleiterscheiben 22 vorgesehen sein, wobei sich die Anordnung beliebig oft wiederholen kann. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, noch eine abschließende Schicht 23 aus Quellenr.aterial und einen abschließenden Deckel 24 vorzusehen.. Die Erhitzung wird so vorgenoir.nen, daß aus den Quellennaterial noch kein Halbleitermaterial in die Gasphase übergeht.

In der in Pig. 2 dargestellten Anordnung wurde das Gefäß 11 nit drei Lagen beschichtet. Ersichtlich können b.eliebig viele solcher Lagen vorgesehen, "sein... Jede Lage besteht in Beispielsfall aus einer .Schicht dotierenden Siliciunpulver.a, · einen oder

mehreren Abstandshaltern, den Siliciunscheiben und einer Deckplatte.. Der- GefäfiverSchluß, kann durch eine. Sphient .SiIiciunpulver und eine Deckplatte erreicht werden,. Gefäß, Abstandshalter und Deckplatten,bestehen au S₁ Quarz. Als Abstandshalter, kann, ebenfalls, eine. Quarzplatte verwendet werden.,, in die Löcho-r hineiiigeschnitten sind,. so. daß die Siliciurnccheiben ge,-rado noch eine·.Auf lage finden.. Dl-.e -Lunge des. -Gef.äß.Q.s .11 wird, ■ zweckmäßig, der Länge, der ^eine gleichrilßige Erhitzung· garantierenden Zone der zu verwendenden Heiavorrichtung entsprechend

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gewühlt. AIg .3 öl ehe empfiehlt sich die Anwendung einen ko.hrofens, der unter Spülung mit inerten G-as,- beispielsweise- rnit Argon, betrieben wird, un eine Oxydation der SHiciurancheiben und des Siliciunpulvers zu vermeiden.

Claims

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Vorfahren cum Dotieren von Halbleiterkri stallen au ο der Gasphase, toi den eine "bein Erhitzen dotierendes Gas abgebende, bei der.anzuwendenden Temperatur in festen Zustand vorliegende Quelle und der su dotierende Halbleiterkristall in einen geneincanen BehandlungDgefiiß angeordnet und dort crhitat werden, so daß dotierende Atone aus einem von Halbleitermaterial-freien, von der erhitzten Quelle λ abgegebenen Gaη in die feste Oberfläche dea erhitzten UalbleiterkrintallQ eindiffundieren, dadurch gekennzeichnet, daß der zu dotierende Halbleitorkristall mittels Abstand chnltor aus hitzcbestHndigen inerten Material in geringen Abctond, d.h. 1 cn nicht überschreitenden Abstand, von dei* auc pulverf örnigen J.'aterial- bestehenden Quelle in nichtoxydierender Umgebung -£r. geordnet und, erhitzt wird.

Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gckennnciebnet, daß an Eoden eines Be- ι handlungsgefäßes eineSchicht aus.Quellennatcrial, auf dieser mindest one ein aus inerteil Material, z.B. Quarz, bos-tehender Abstandshalter und auf diesen der au dotierende, insbesondere scheiben,!örmige, Halbleiterkristall in nichtoxydierender Atncsphare angeordnet sind. ■

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einen gemeinsamen, aus inerten Material bestehenden Bßhandlungsgefüß mehrere Schichten in der jev/eiligen Reihenfolge dotierendes Quellenmaterial-Abstandshalter-Halb- -leiterscheiben-Abschluß^ und Trägerplatte aus inertem Material übereinander vorgesehen sind. ' :'■■".■

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, ■ daß der zu dotierende Halbleiterkristall in eine Ausnehnung do£3 die Anordnung nach oben abschließenden, aus .._. inerten Material bestehenden, insbeisondere als Abschluß- und Trägerplatte dienenden Körpers eingepaßt ist»

5. Anordnung nachAnspruch 2 - A, dadurch gekennzeichnet, daß die aus inerten Material bestehende Abschluß- und Trägerplatte die Übertragung der V/ärmo zu den Halbleiterkristailen begünstigende Eigenschaften, insbesondere ein gut'os Vf'ärneleitvorniögen, aufv/.eist. ,

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