DE1794277A1 - Diffusionsverfahren fuer Halbleiter - Google Patents

Diffusionsverfahren fuer Halbleiter

Info

Publication number
DE1794277A1
DE1794277A1 DE19641794277 DE1794277A DE1794277A1 DE 1794277 A1 DE1794277 A1 DE 1794277A1 DE 19641794277 DE19641794277 DE 19641794277 DE 1794277 A DE1794277 A DE 1794277A DE 1794277 A1 DE1794277 A1 DE 1794277A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diffusion
semiconductor
oxide layer
silicon
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19641794277
Other languages
English (en)
Other versions
DE1794277B2 (de
DE1794277C3 (de
Inventor
Shortes Samuel Ray
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of DE1794277A1 publication Critical patent/DE1794277A1/de
Publication of DE1794277B2 publication Critical patent/DE1794277B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1794277C3 publication Critical patent/DE1794277C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/02—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the solid state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/16—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the gases
    • C30B31/165—Diffusion sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02266—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by physical ablation of a target, e.g. sputtering, reactive sputtering, physical vapour deposition or pulsed laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

  • Diffusionsverfahren für Halbleiter.. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wahlweisen Diffusion von Dotierungsstoffen in-Halbleiter, insbesondere in Verbindungshalbleiter, bei dem die Halbleiteroherfläche mindestens teilweise mit einer Oxydschicht, vorzugsweise mit Siliziumoxyd, abgedeckt wird. Die Erfindung betrifft ferner die zur Durchführung eines solchen Diffusionsverfahrens herangezogenen Halbleiterkörper.
  • Es ist schon ein derartiges Verfahren bekannt geworden (DAS-1 0ä6 512), bei dem die Oberfläche eines Siliziumkristalle ewährend des Diffusionsprozesses durch eine Siliziumoxydschicht geschützt wird..Bei dem bekannten Verfahren ist die dünne Siliziumoxydschicht vor dem Diffusionsprozess auf das Silizium,#-plättehen aufzubringen, oder man läßt sie während des Diffusion.sprozesses wachsen.'Diese Oxydschicht dient als Sperre für alle Verunreinigungen mit Ausnahme des Galliums, wel:ches gewol%ermaßen die Oxydschicht durchdringt und in die Oberfläche des Siliziumplättehens eind:ffundiert. Eine Art der Herstellung der Siliziumoxyäschicht bei dem bekannten Verfahren besteht darin,' daß man das Siliziumplättehen in eine oxydierende Atmosphäre bringt, in der dann die Oxydschicht aus den oberen Schichten de.s Plättchens beim Erhitzen von selbst entsteht. Es ist ferner bekannt, daß Verbindungshalbleiter, insbesondere halbleitende Substanzen aus Verbindungen eines Elmentes der Gruppe III mit einem Element der Gruppe V des periodischen Systems (sogenannte III-V-Verbindungen),die Eigenschaft aufweisen, daß wenigstens ein Bestandteil bei denjenigen Temperaturen, bei denen die Dotierungsstoffe in die Halbleiter eindi7Wundiert werden, leicht flüchtig ist; dies trifft insbesondere auf Galliumarsenid, Indiumarsenid und Bleitellurid zu. Die Oberflächenbereiche eines solchen Halbleiterkörpers werden also während des Diffusionsprozesses zerstört. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in einen Halbleiter In gesteuerter Weise Dotierungwtoffe einzudiffundieren, ohne daß.andere Verunreinigungen in den Halbleiter gelangen oder dieser bei der erhöhten Temperatur.. bei der der #Diffusione prozese durchgeführt wird, zerstört wird. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Verwendung'einer die Dotierungestoffe enthaltenden Oxydschicht gelöst, aus der die Dotierungs,-stoffe in den Halbleiter-eind:Vundiert werden. Die Oxydschicht ist dabei so zu bemessen, daß sie eine Zersetzung eines Ver-.bindungehalbleiters verhindert, andererseits jedoch das Eindiffundieren der Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper ermöglicht. Im Gegensatz' zu den bekannten Verfahren dient bei .der Erfindung die Oxydschicht also nicht als selektives Filter für von außen einzudiffundierende Dotierungsstoffeg sondern sie dient als Quelle-für ganz bestimmte Dotierungsstoffe und soll z.B. die Zerstörung der Oberfläche des Halbleiterkörpers infolge der hohen Temperaturen beim Eindiffundieren verhindern. Selbstverständlich wird eine solche, Dotierungsstoffe enthaltenje Oxydschicht nur an denjenigen Stellen angebrachtg an denen eine Diffusionsechicht erzeugt werden soll. Nach einein-weiteren Merkmal der Erfindung werden dann zweckmäßigerweise mindestens die Bereiche der Halbleiterober#läche.'die nicht von der Dotierungsstoffe.enthaltenden ersten Oxydschicht bedeckt sind,- mit einer zweiten Siliziumoxydschicht überzogen, die auch die erste Oxydschicht überdecken kann. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nicht nur die Oberflächenkonzentration der Dötierungsstoffe, sondern auch das Diffusionsprofil besser als bei den bekannten Diffusionsverfahren kontrolliert werden kann. . Im Fall der Verwendung einer zweiten, reinen Siliziumoxydschicht -sollte diese so dick sein, daß die Dotierungsstoffe aus der ersten Schicht infolge Diffusion nur in den Halbleiterkörper hinein austreten können. Eine der Haupteigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die durch Diffusion von Dotierungsatoffen, ,die-in der ersten Siliziumoxydschicht gleichförmig verteilt sind..in den Halbleiterkörper hinein erzeugten pn-übergänge im wesentlichen eben und flach sind, was bei den nach den bekannten Diffusionsverfahren hergestellten Übergängen nicht der Fall ist.* Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnung'erläutert. Es zeigen: Tig. 1: schematisch eine Vorrichtung zur Hefstellung einer Siliziumoxydschicht auf 6inem Verbindungshalbleiter, Fig. 2: schematisch eine Vorrichtung zum'elektrischen Aufsprühen einer Siliziumoxydschicht auf einen Verbindungshalbleiter, die genügend dick istt- um die Halbleiteroberfläche während der Diffusion zu schützen, Fig. 3: ein zum Teii mit einer Siliziumoxydschutzschicht überdecktes Halbleiterplättchen, das einer zur Diffusion eines Dotierungestoffes in den Halbleiter goeigneten Atmosphäre-ausgesetzt war, Fig. 4: schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit geschlossenem Rohr zur Durchführung des Diffusionsverfahrens, Pig. 5: schematisch eine Vorrichtung mit offenem Rohr zur Diffusion von Dotierungsstoffen durch eine Siliziumoxydochicht hindurch in einen Verbindungshalbleiter hinein, Fig. 7. typische Diffusionskurven für einen Verbindungehalb-7t829 * *leiter mit und ohne Siliziumdioxydochutzschicht,-
    rig.10: ein Verbindungehalbleiterplättehen nach einer
    Diffusion gemäne der Erfindung,
    Fig.11; einen gemäss der Erfindung h.ergestellen 14esat-ranaistor,
    Fig.12:-schematisch die Diffusion für einen ebenen p-n-Uber.
    gang unter Verwendung einer Siliziumoxydochicht. mit..
    verschiedenen Dickenbereichen"
    Fig.13: die Konzentration von Zink als Premdetoff in Abhängig--.
    e-
    kelt von der Eindringtiefe für verschiedene Zef-tb
    dingungen,
    Pie.14.- in Diagrammfo= die Abhängigkeit der Übergangskapa'":"
    -zität von der Spannung,
    Fig.15
    A B die verechiedenen-Her3tellungastufen für eine
    planare Verbindungshalbleiterdiode gemäas der Er.'
    findung
    und
    Fig.16
    A 0 die verschiedenen Herstellungestufen für eine
    Menadiode gemäas der Erfindung..
    In Fig.1 Ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt" mittel . 0
    der eine Biliziumoxydochicht auf einer Verbindungahalbleiter-
    unterlage hergestellt werden kann. Bei dem dargestellten.
    Dampfstromverfahren wird ein Ablagerungsrohr 2 von einem Ein'_
    ZOnen.Ofen 1 gehalten. Das Rohr 2 kann aus Quarz oder anderem
    geeignetem Material bestehen. In dem Rohr 2 befindet sich ein-
    Schiffchen oder eine Stutze 39 die die Halbleiterunterlage 4
    hält, welche mit Sil-iziumoxyd zu beschichten ist, An e-inem Ende des Rohren 2- ist eine Abeaugkappe 6 angebracht" durch'-die verbrauchte Reagenzien und ihre Produkte abgeführt - werden können. Am anderen Ende des Rohres 2 befindet sichein,Einlansteil 7. In einem Behälter 8 befindet sich eine Plüssigkeit 99 z.e. Tetraäthoxyailan oder irgendein anderes geeignetes organisches 0 xyailan. Durch einen Trägergaseinlaso 10 unter der Oberfläche der Flüssigkeit 9 wird eine steuerbare Menge eines Trägärgaaes, z.B. Sauerstoff, in den Behälter8 eingeführt und reiast die Pl Ussigkeit 9 mit* An das Auslanarohr-11 sind ein Einlassrohr 12 ztun Zuführen von Sauerstoff zur Verdünnung des Trägergases und ein Einlagoveziteil 13 zum Zuführen reinen Stickstoffes oder eines anderen Inertgasen in das System angeschlossen.
  • Die Vorrichtüng zur Dampftatromablagerung von Siliziumoxydnach Fig.1 arbeitet wie folgts PlUssiges Tetraäthoxyailan oder abgekürzt "TEOS" -.wird unter normalen R umbedingungen gehalten. Durch den Trägereinlaso 10 tritt Sauerstoff mit einer-Strömungegeachwindigkeit von 1/2 Raumtuas pro Stunde (bei Normbeäingungen) ein und wird in'das TEOS eingeblaaen" reiast dabei den darin enthaltenen Stoff mit und geht in das Auslanarohr ll* Eine Saueratoffverdünnung wird durch Einführen von- ein Raumfuse Sauerstoff pro Stunde (bei Norm-. bediagungen) in -dan Rohr--11 durch das Einlassrohr 12 erhalten. Der Stiokatoffstrom wird(.während«des anfänglichen Erhitzen3) abgeschaltet und daher die Reagenzien in das Quarzrohr 2 eingeführt. Vorher wird ein Schiffchen 3 aus Quarz mit den Plättehen 4:aus Verbindungehalbleitermaterial" die beschichtet werden sollen, In die Reaktions'zone gebracht, in der sie dann dem Reaktionsetrom ausgesetzt werden. Wird eine Reaktionstemperatur von 600'0 0 aufrechterhalten, so werden je Stunde 2 300 AB Siliziumoxyd auf den Plättehen gebildet. Der verbrauchte Gaastrom wird über die Absaugkappe 6 abgeführt, In Fig.21st eine vorzugsweise Ausfährungsfärm für eine Vorrichtung zum Ablagern von Siliziumdioxyd durch 'elektrisches Aufsprühen (Kathodenzerstäubung) auf ein Verbindungshalbleiterplättehen dargestellt. Die Vorrichtung enthält eine Siliziumkathode 50 mit eirem Vorsprung 51. Die Kathode-ist auf einer isolierenden Unterlage 52 derart gelagert, daso der Vorsprung 51 in eine Öffnung in der isolierenden Unterlage 52 eingreift. Die isolierende Unterlage 52 wird mittels irgendeiner geeigneten Vorrichtung In fester Lage gehalten. Unäittelbar über der Kathode 50 befindet sich ein Probenhalter 53, der an seiner Unterseite eine Reihe von Klemmen 54 zum Halten einer Unterlage 55 aus einem VerbIndungshalbleitermaterial aufweist. Der Probenhalter 53 Ist eine kreieförmige Platte, die an einer drehbaren Welle 56 angebracht ist, welche ihrerseits in dem Gehäuse 57 gelagert und abge'stUtzt ist. Die Welle 56 trägt ein Zahnrad 58, das mit einem (nicht dargbatellten) Kettenantrieb iz7*'Angriff gebracht werden kann. Das Gehäuse 57 ist mittels des Stützarmes 59 an einem (nicht dargestellten) geeigneten Träger befestigt, so daso das-Verbindungehalbleiterplättehen einstellbar in verschiedenen festen Entfernungen Von der Kathode 50 gehalten und zentriert werden kann. Die positive Seite einer-Hochspannungequelle 61 liegt am Stützarm 59 und an Erde..Eine an der negativen Seite der Hochspannungequelle 61 liegende Hochspannungszuleitung 62 weist eine Kleu'me 63 auf , die an dem Vorsprung 51 der Siliziumkathöde 50 bef es ti g ist. Die Hochspannungszuleitung-62 wird durch einen Metallschirm 64» 'der einen Erdanschluas 66 hat, abgeschirmt. Da* das Aufsprühen.- in Sauerstof fatmosphäre vorgenommen wird, wi rd , , die Vorrichtung vorzugsweise in einer.(nicht dargestellten) Kammer angebrachtg die eine Steuerung der Umgebungsbedingungen gestattet.
  • Typische Arbeitabedingungen zum elektrischen Aufsprühen einer Siliziumdioxydschicht mit einer Dicke von etwa 1000 AE je Stunde auf ein Verbindungehalbleiterplättehen werden unter den folgenden Bedingungen erreicht: als Umgebung für den Sprüh-Vorgang wird ein Gasdruck von 60 mieron Sauerstoff aufrecht" erhalten. Die Siliziumkathode 50 ist eine hochkristalline Scheibe von etwa 4 inch Durchmesser mit einem spezifischen-Widerstand von weniger. als t1,01 Ohm.em #mit Arsen dotiert)e Der Abstand zwischen der Oberfläche der Siliziumkathode und der'Unterseite des Probenhalters bet*:rägt etwa 1,25 inich. Wird eine Fremdetoff enthaltende Schicht gewUnacht, so wird eine Fremdetoffkathode 68 auf der Siliziumkathode 50 angebracht. An die Siliziumkathode wird-eine negative Gleich-Spannung-von etwa 1500 Volt gelegt und so ein Strom von etwa 40 mA erzeugt. Der Probenhalter 53 wird.mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 Umdrehungen je Minute gedreht. Die Verbindungehalbleiterplättehen erreichen bei der angelegten 0 Spannung eine Temperatur von etwa 200 C in etwa 20 Minuten und bleiben danach relativ temperaturkonstant. Während der ersten 30 Minuten der Kathodenzerstäubung wird das Halbleiterplättehen gegen-die Ablagerung von Oxyd abgeschirmt, so dase die Kathode vor dem tatsächlichen Aufeprühen der Siliziumdioxydachicht auf das Verbindungehalbleiterplättehen gereinigt wird. Die Dieelektrizitätskonstante der nach dieaem Verfahren abgelagerten Siliziumdioxydochicht wurde ge;-messen und betrug 3.54, Im Vergleich dazu beträgt die Dielektrizitätskonstante von Hartfeuerporzellan bzw. geschmolzener Kieselerde 3.78.
  • In Fis.3 ist schematisch ein Verbindungehalbleiterplättohen 80 gezeigt, das eine Siliziumoxydochicht .81 hat# welche durch elektrischen AufeprUhen von Siliziumdioxyd oder mittels anderer #erfahren hergeste llt ist und die.nur einen Teil des Plättehenn 80 bedeckt. Lässt man einen Premdetoff in das Plättchen 80 hinein diffundiören, so entsteht unter dem Bereich den Plättehenn, der nicht von der Schutzechicht 81 bedeckt ist.'ein unglichförmiger DiffusionaUbergang 82, während unter, der Schutzechicht 81 ein gleichförniger ebener Diffusionaübergang 83 gebildet wird. Hieraus ist ersichtlichg dass die Siliziumoxydochicht 81 während der Diffusion die Oberfläche des Halbleiters schützt und das Entstehen eines üngleichmüssig ausgebildeten Diffusionaüberganges verhindert, der durch'Verlust des flüchtigen Beatandteiles aus der Oberfläche des Verbindungehalbleiters hervorgerufen wird, Im folgenden wird die Diffusion von Fremdstoffen in ein Verbindungehalbleiterplä,6&f,tehen in einem offenen und in einem geschlossenen Rohr insbesondere an Hand der in den Pig.4 und 5 dargestellten Vorrichtungen beschrieben und die Charakterie tik. der eindiffundierten Fremdstoffe an Hand der Fig.6-9 dargestellt, Die Vorrichtung zur Diffusion mit geschlossenem oder versiegeltem Üohr nach Pla.4 besteht aus einer Quarzampulle bzw. aus einem Rohr 100 mit einer. Verengung 102. Die Versiegelung 103 wird nach EinfUhren den Halbleiterplättehenn 104 mit der Sillziumoxydaohicht 105 und den Fremdstoff enthaltenden Materials* 106 bergeetellt* Das Rohr 100 hat eine abbtechbare Abschlussapitze 1079 die an eine Evakuierungssystem zum Herabsetzen des Drucken im Rohr 100 aut 101-6 Tor angeschlossen ist. Dan ob wird'dag Rohr 100 verschlossen. In diesem Zustand kann dan Rohr 100 in einen Ofen eingeführt werden, um die Premd- .stoffe aus dem Material 106 in das Plättchen 104 hilmindiffundieren zu lassen. Durch den Ofen wird.Jede gewünschte Diffu-.sionstemperatur gleichförmig In dem ganzen Rohr 100-aufrechterhalten. Die Siliziumoxydschicht 105 schützt die Oberfläche des Plättehens und ermöglicht eine gleichförmige DiffuBionszwischenschlcht wie die mit 83 in Fig.3 bezeichnete selbst bei Diffusionstemperaturens die dicht unterhalb deä Schmelzpunktes-des Verbindungehalbleiterplättchens liegen.
  • Die Vorrichtung zur Diffusion mit offenem Rohr nach Pig.5 besteht aus einem-.Reaktionsrohr 120 aus Quarz mit einer AbeauSkappe 121- und einer Einlasskappe 122. Der Diffusionsbereich in dem Rohr 120 Ist durch einen (schematisch dargestellten) Ofen 125 für die Diffuüion,definiert" der einen Teil den Rohres 120 umezhlieaet. Ein Ofen 126 zum Steuern des Gaadruckes umschliesst einen anderen Teil des Rohres 120, so dass dort ein Bereich mit kontrollierbarem Fremdstoffdampfdruck.gebildet' wird.*In dem Diffusionabereich des Rohres 120 befindet sich ein Quarzschiffehen 123, das die Halbleiterplättehen 124 während der Diffusion trägt. Ein Schiffchen für Premdetoffe 127 befindet sich in dem-Teil des Rohres 120 mit gesteuertem Dampfdruck und trägt eine Fremdstoffquelle 128, Um einen steaerbaren Fremdetoffdampfstrom in den Diffuisionsbereich des Rohres 120 hinein zu erhalteng wird eine Inert- oder Formiergasatmoophäre erzeugt. Die Gasquelle 129 ist über ein Ventil 130'und ein Rohr 131 an einen Flussmesser 132 angeschlossen. Durch das Rohr 133 hiesst das Gas aus der Quelle 129 vom Flusameaber 132 in daß Reaktionerohr 120. In den Figuren 6 bis 9 sind die Konzentrationen von Zink als Fremdetoff in Abhängigkeit von den Eindringtiefen in .Galliumarsenidplättehen dargestellt, die einer Diffusion bei 10000'0 in einem geschlossenen Rohr über verschiedene -Zeitspannen ausgesetzt waren, wobei einige eine-aufgesprühte, nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellte Siliziumoxydochutzächicht von 6500 AE Dicke und andere keine Schutz--* schicht hatten. In Figur 6 zeigen die Kurven A bzw. B die durch'zwei- bzw. vierstündige Diffusion bei einem Zinkdampf-
    erzeugten
    druck von 0,1 atm/Zinkkonzentrationen. In Pig.7 stellen die-.
    Kurven 0 bzw. D die durch achtzehnstündige Diffusion bei einem Zinkdampfdruck von 0,01 atm erzeugten Zinkkonzentrationen in einem durch eine Siliziumdioxydschutzschicht bedeckten b.-w. in* einem nicht geschUtzten Galliumarsenidplättchen dar. Die Kurven B und F der Pigur.8 und G und H der Figur 9 dienen zum Vergleich der unter verschiedenen Diffusionabe" dingungen in.Galliumarsenid erzeugten Zinkkonzentrationen" wobei die Kurven F und H für nicht durch Siliziumdioxyd geechützte Plättchen gelten. In der Telelle I sind die verschiedenen Daten für die Halb" leiterkristalle und die auf' ihnen befindlichen Schutzschichten angegeben, wie sie bei der Diffusion von Zink in Galliu-marsenid oder-andere Stoffe In geschlossenem oder versiegeltem Rohr .verwendet wurden. Bei einigen dieser Beispiele'war der Verbindungshalbleiter nicht durch eine aufgesprühte oder auf andere Weise hergestellte Siliziumdioxydschicht geschtitzt. Die Beispiele entsprechen z.T. den Kurven A bis H der Piguren 6 iis 9..- In der unmittelbar folgenden Tabelle II sind die Diffusionabedingungen und die durch die Diffusion- erreichten Ergebnisse für-die Proben nach Tabelle I angegeben,
    Tabelle 1
    Probe Kurve Halbleiterkristall Schutzschicht
    Ire%
    in Stoff Fremdstoff3 Leitungs- Stoff Dicke
    Pig. 6-9 konz.je cm typ in AE
    A GaAs 1 X 10 17 n sio
    2
    2 B GaAs 1 X 1017 si02 6500
    3 0 GaAei 1 X 1017 sio 6500
    2
    4 D GaAs 1 X 1017 n keine
    5 B GaAe 1 X 10 17 n sio 2 6500
    6 F GaAs -1 X 10 17 n keine
    17
    7 G GaAB 1 X 10 n si02 6500'.-.
    17 - . '.w# - .
    8 B GaAs 1 X 10 n keine
    9 GaAs 1 X 10 17 n sio 2 6500
    10 GaAs 1 1 10 17 n keine
    11 IMAB 1 X 10 17 n sio 2 -400.0
    12 b M sio 2 4500
    13 Pb a sio 2 45.00
    11 Te TIBI
    Tabelle II
    Diffundierender Ergebnis der DiffusioÜ
    Fremdetoff Diffusion Tiefe des Trägerdie'-.
    Probe Zinkdruck Tem8. Zeit Oberflä- Überganges te an der-
    Nr. Art in atm. in 0 in Std. chenbild In micron Ober5äch#
    je cm
    1 Zu 091.- 1000 2 kein Verfall 40 3 X 10 19
    1 19-
    2 Zu 091 1000 4 kein Ver-Tall 54 3 X 10
    3 1%Zn(l) .0901 1000 la kein Verfall 10 3 X 1018 -
    4 1%Zn(') 0.,01. 1000 la Verfall -47 195.X i0 19
    17...-..
    5 091#%Zn(1) 0,001 1000 18 kein Verfall 3,5 5 X'10 #,
    (1) '«* ' '"'* 17
    6 OslAn 09001 1000 18 Verfall 14- 2#5 X
    17
    7 Oo01%Zn(1) 0 0001 1000 18 kein Verfall 0. 10..
    9 la.
    8 Ofol%Zn(1) 0,0001 1000 la 11 10
    9 zu, ogi- 1000 la kein Verfall -- 3 X 10
    10 Zu 091 1000 18 Verfall
    11 Zu 800 1 Kein Verfall 591
    12 kein
    2
    1 kein Verfall(
    Fremdsto 800
    2
    13 Fe 50M9 800 1 kein Verfall(2 (3)-
    fi
    Anmerkungens
    1 Atom% von Zink in einer Galliumarsenidlegierungt
    2 Nicht geschützte Bereiche zeigten starken Verfall,'..,
    3 #Es wurde eine Diffusionsachicht erhalten.
    la - der- folg enden - Tabelle TIL3-Ind * Dat-äü :Me
    fahren mit offenem Rohr angegeben, wobei die Schutzechicht ent#.
    weder durch-Siliziumoxyddampfetrom (TEOB-Ablagerung) oder durch,
    Aulbprühen von Siliziumdioxyd hergestellt wurde, Als Trägergas
    bei der Dittunion*:in dtfenem Rohr wurde'?ormierg'9(5 bis 10%
    a
    132 in-92)-mit-eiher*--'Pluaegeachwindigkeit von 500 cm je.min
    verwendet. Bei allen angefUhrten Beiapielen wurde die Diffusion in Galliumarsenid als Verbindungehalbleiter vorgenommen. Als Premdstoffquellewurden zur Aufreohterhaltung eines konstanten Zinkdampfdruckes in dem Diffusionawohr 10 g Zink mit einer 2 freien geschmolzenen Oberfläche von etwa 10 cm verwendet. Bei den angeführten Beispielen wurde die'Diffusion zwei Stunden lang unter den verschiedenen angegebenen Bedingungen vorgenommen,
    Tabelle III
    Probe n-Typ- Schutzschicht Diffusionsbedin- Diffusion Zustand
    Nr. Dicke Art gung n nach der
    atoff- in AE Temp.der Temp.des Tiefe -Diffusic,-.;i
    konz #3 Fremd- D i f f teicrß in Obei-flä-'
    je c Stoff- bereicheE Mikro- chenbe-
    quelle in 00. inch schaffell-
    in 00 heit.
    --- 15
    1 5 X 10 15 500 SiOx* 650 900 63 Gut
    2 5 X 10 15 50 - 0 SiOx 700 700 40 Gut
    3 5 X 10 15 500 Sio X 700 800 205 Gut
    4 5 X 10 15 500 SiOx 800 800 250 Gut
    5 5 X 10 500 Sio 800 900 348 Gut
    6 5 X 1015 500 SiO X 800 1000 316*** Schleck t
    15 X -"- -. - . ;,. .-.
    7 5 X 10 500 SiO 900 900 316 Gut
    X
    8 5 X 1015 500 SiOx 900 1000 378*** ISchlech . Io*
    16
    9 5 X 10 16 1500 Si02** 800 800 40 Gut
    10 5 X 10 1500 Si02 600 900 47 Gut
    11 5 X 10 16 1500 S102 800 1000 111*** Schlecht
    .12 5 X 10 16 1500 S102 900 800 16 Gut
    13 5 X 10 16 1500 SiO 900 900 32 Gut
    14 5 X 10 16 1500 Sio 2 900 1000 111*** Schlee . h t
    15 5 X 10 16 500 SiO 2 650 900 158 Gut
    16 X
    16 5 X 10 16 500 SIOX 700 800 205 Gut
    17 5 X 10 16 500 SiOx 700 900 284 Schlecht
    18 5 X 10 16 500 SiOx 800 800 221 Gut
    19 5 X 10 500 SiO -800 900 300 Gut
    17 X
    20 1 X 10 17 1100 sio X 700 700 40 Gut
    21 1 X 10 1100 sio- 700 800 40 Gut
    22 1 X 1017 1100 sio X 700 900 95 Gut
    23 1 X 1017 1100 Sio X 700 1000 253*** Schlecht
    24 1 X 1017 1100 sio X 800 900 95 Gut
    X
    17
    25- 1 X 10 17 1100 SiO X 800 1000 190*** Schlecht
    26 1 X 10 17 1100 Sio X 700 700 40 Gut
    27 1 X 10 17 500 SiOx 800 900 206 Gut
    28 1 X 10 500 SiOx 900 900 158 Gut
    Anmerkungen:
    *Das SiO kann SiOAoder ein anderes Siliziumomad sein.
    Die Sf02-Schie t wurde elektrisch aufgesprüht(Kathodenzer-
    stäubung).
    ***Infolge*der unregelmässigen Ausbildung der Oberfläche war
    eine genaue Messung der Diffusionstiefe nicht möglich,
    In Fig.10 Ist ein typisöhea-Beispiel für ein Verbindungshalblei-. terplättehen gemäas der Erfindung dargestellt, t%er dem Halbleiterplättchen 150 befindet sich eLne Siliziumoxydschutzschicht 151. Nach-der Diffusion gemäaa der Erfindung weist das Plättehen 150 einen p-n-Übergang- 152 auf. Das Flättehen 150 wird für Halbleiteranordnungen verwendet. Figur 11 zeigt als solche Anordnung einen insgesamt mit 180 bezeichneten Mesatranaistor, der aus einem Plättchen hergestellt isti das wie das Plättchen 150, behandelt wurde, Näch-Figur 11 hat ein Galliumarsenidplättelsen 160 einen n-leitenden Bereich 161 mit einem Ohm'schen Anschluße 162, der als Kollektor dient. Der p-leitende Bereich 163 wurde in*dem Plättehen durch Diffusion gemäse der Erfindung hergestellt. Ein an dem Bereich 163 angebrachter Ohmlacher Anachlus.a 164 stellt den Baaisanschluss des Transistors dar. Der Emitte r des Transistors wird durch einen legierungekontakt 166 mit einem rückkristallisierten (regrown) Bereich 167 gebildetq, Der Transistor nach lFigjll hat z.B. einen Ohmlochen Kollektoranachluse aus Platin, der mit dem GaAs-Plättehen durch eine Legierung aus 99% Gold.und l% Selen (Gewichtsprozent) verbunden ist. Der Ohmische Basieamachluse wurde aus einer Legierung von 96 Gew.-% Gold und 4 Gew.-% Zink hergestellt. Pür den Legiengs-Emitter wurde eine Legierung aus 62 Gew.-% Gold und 38 Gew.-% Zinn verwendet; als Emitterzuleitung dient ein Gold-W drabt.-Die-fol,gende Tabelle IV zeigt die P-Werte und die Durchbruchespannungen bei offen-er Kollektor-Baeiaverbindung (CBO) für derartige Mesatranistoren. Ausserdem sind in der Tabelle IV die Probennummern der Plättehen aus der Tabelle III angegebe n, aus denen die Transistoren 'hergestellt wurden.
    Tabelle IV
    Transistor Proben Nr. Durchbruchspan-
    Nr. von Tab.III nung in Volt
    40
    -5
    2 40 4
    3 4 40 1
    4 5 40 5
    5 * , 5 40 .4
    6 e 40 1
    7 . . 17 21 3
    8- 17 21 2
    9 19 20 4
    10 19 20 3-
    19 20 2
    Die Teahnik zur Erzeugung planarer Difftisionen in Verbindungs-
    halbleiter gemäss der Erfindung wird an Hand der Figur 12.be-
    schrieben. Eine Verb indungshalbleiterunterlagen 190 ist mit
    einer Siliziumoxydochicht 19lg z.B. einer durch elektrischee-
    AufsprUhen erzeugten Siliziumdioxydochicht, überzogen.'die so
    dick ist, dass eine Diffusion dlurch 'sie hindurch nicht möglich
    ist. Die Schicht 191 hat jedoch einen B(ircich 192, der so
    dünn ist, dass eine Diffusion durch ihn hindurch stattfinden
    kann. Ein Diffusionab-ereich 193 bildet einen planaren übergang.
    Durch Diffusionaverfahren unter Verwendung verschiedener Be-
    reiche für die Fenster oder Öffnungen in der Siliziumoxyd-
    schicht zur Maskierung und zum Oberflächenschutz bei der Dif--
    fusion.-. die für die Diffusion genUgend dünn und zum Oberflächen--
    schutz hinreichend dick oein vi,-issen, können auch andere plana-
    re Anordnungen hergestellt werden. Es wurden verschiedene
    Anordnungen hergestellt, bei denen eine Siliziumoxydschicht
    mit verschiedenen Dickenb ereichen verwendet wurde, wobei ein
    Dickenbereich gegen eine Diffusion .- abdeckt und ein anderer-
    Dickenbereich eine Diffusion zuläast, beide Bereiche J#-doch
    die Oberfläche schützen.
    Zur Herstellung planarer oder anderer durch selektive'Diffa-
    sion erzeugter Verbindungshalbleiteranordnungen muss die S'J-
    liziumoxydochicht verschiedene Dickenbereiche aufweisen.-no
    daso untee*#-g-e#,ge"b#e..ne-e"1?#f usionabedingungen in einigen Bereiche--
    der Halbleiterunterlage ein DiffusionsUbergang entsteht, in
    anderen Bereichen aber nicht. FUr gegebene Diffusionsgeschwin-
    digkeiten liegt.die Dicke der Siliziumoxydschicht, die eine
    Diffusion nicht zulässt und die Oberfläche des Verbindungs-
    halbleiters schützt, zwischen weniger als 10 000 AE und mehr
    als 20 000 AB, während die Dicke der Siliziumoxydschicht, die
    eine Diffusion zulässt und deh Verbindungshalbleiter schützt,
    weniger *als 500 AE und mehr als 10 000 AE betragen'kann. Die
    Abdeckung gegen Diffusion durch Siliziumoxydschichtbereiche
    wird dadurch bewirkt, dass die Zeitspannei die zur Diffusion de-.--
    Premdetoffe durch diese Bereiche hindurch erforderlich ist
    grösser als die ist, während der die Diffusion vorgenommen
    wird. Infolgedessen kann durch Verwendung von Siliziumoxyd"
    deckschichten mit verschiedenen Dickenbereichen sowohl eine
    Abdeckung gegen Diffusion als auch.eine Bildung von Dlffusions-
    bereichen in Verbindungshalbleitern errcicht werden,ohne dass
    deren Oberfläche verfällt.
    Im.folgenden werden Beispiele für Galliumarsenid mit (durch
    elektrisches Aufsprühen unter den vorher beschriebenen Be'-
    dingungen hergestellten) Silizium(loxydochichten'mit verschie-
    denen Dickenbereichen angeführt,
    Beispiel 1 17
    Ein Galliumarsenidplättehen mit 1 X 10 Atomen Zinn je cm
    wurde mit einer Siliziumdioxydochicht bedeckt, die Im Diffu-
    eionab ereich 5.000 AB und in dem gegen Diffusion abzudecken-?
    den Bereich 25 000 AB dick war. Die'Diffuaion wurde'(wie bei.
    lichrieben) in einer versiegelten Ampulle unter Verwendung von
    Atom-% Zink In einer Gallium-Zink-Legierung als Premd-. stoffquelle vorgenommen. Durch die-Diffus ion bei 1000 0 0 während 30 Minuten wurde-ein planarer p-n-Übergang im Abstand von 2 mieron unter der Galliumarsen#doberfläche gebildet. Die 25 000 AE dicke Siliziumoxydochicht deckte -das unter ihr befindliche Galliumarsenid vollständig ge-,en den diffundierenden Fremdstoff ab.
  • Bei32iel 11 Ein zweites GaAs-Plättehen mit'l x 1017 Atomen Zinn je 3 OB wurde mit einer Siliziumdioxydschicht von 1000 AE Dicke über dem Diffusionabereich und 13 000 AB Dicke über dem abzudeckenden Bereich,versehen. Die Diffuaion wurde (wie beschrieben) in-teiner versieg.elten Ampulle unter Anwendung von 30 Gew.,-m% Mäangan in eineir Mangan-Gall17u3-Legierung als Fremdstoffquelle vorgenommen. Durch einstündige Diffusion bei 1000 0 0 wurde ein planarer p-u-Übergang im Abstand von 1,58 mieron unter der Galliumarsenidoberfläche gebildet. Die 13 000 AE dicke Siliziumdioxydschicht deckte das unter ihr"-.---, befindliche GaAa vollständig gegen die Diffusion ab.
  • Die Erfindung stellt auch ein mit Vorteil in offenem Rohr durchführbares Diffustonaverfahren-für verschiedene Verbin-# dungshalbleiter dar. Die erfindungsgemäas vorgesehene SI,1.iziumoxydochutzechicht ermöglicht eine-sehr genaue Steuerung der verschiedenen Diffasions,#erfabren, die angewendet werden können, ohne dass dabei der Verbindungehalbleiter und inabesondere seine Oberfläche beschädigt wird.
    Ausserdem wird durch die Erfindung nicht nur ein Schutz der
    Oberfläche den Verbindungehalbleiters gegen Beschädigung,
    Zersetzung oder Verfall geschaffen sondern auch eine bestimm-
    te Verteilung der Fremdstoffe in die Oberfläche des Verbin-
    dungehalbleitere hinein dadurch ermöglichtg daso die ge-'
    wünschten Fremdetoffe in die Siliziumo#rydschicht eingeschlossen
    werden.
    Bei dem in Pigur 2 dargestellten Beispiel kann auf der Halb--
    leiterunterlage 55 durch gleichzeitiges Versprühen von Siliziur-
    und einen oder mehrerer gewünschter# Leitfähigkeit erzeugender
    Yremdetoffe eine Siliziumoxydochicht hergestellt werden" die-
    diene Premdstoffe enthält, Zu diesem Zwee k kann auf der
    Siliziumkathode *eine in Figur 2 gestrichelt eingezeichnete Fremdetoffkathode 68 angebra-cht werden. Während des Sprühvorgangs bildet sich dann eine Siliziumoxydablagerung oder --schicht, die nicht nur einen Oberflächenschutz darstellt sondern auch eine geringe Menge von Fremdstoffen enthältg welche aus der Schicht in den Halbleiter hineindiffundieren.. wenn dieser normalen Diffusionstemperaturen ausgesetzt wird, Die Fremdetoffkonzentration-in.der-Silizi=dioxadochicht kann dadurch geändert werden, daas die Gröese der freien Oberfläche der Siliziumkathode-50 relativ zur Fremdi3toffkathod.z 63 geändert wird. Zum Aufsprühen einer Zink als Fremdstoff enthaltenden Siliziumdioxydechicht auf eine Verbindungshalbleiterunterlage, insbesondere auf Gallium arsenid, wurden-i eine Siliziumkathode von 3 inch Durchmesser und eine Zinkkathode von 1/2 inch Duro.hmesser verwendet. Das Versprühen wurde mittels einer Gleichspannung von 1800 Volt mit ei«Dem'-.-Strom von 60 mA bei einem Sauerstoffdruck von 40 mieron vorgenommen. Der Abstand der Kathode von der Anode, gem.e-esen.--. zwischen-dem Probenhalter 53 und der Siliziumkathode 50,9"be#:-,-trug l#inah, Bei Verwendung-der Zink- und Siliziumkathoden unter den ange.cUhrten Bedingungen für das Vereprühen hatte die Zinkkathode eine Zerfallgeschwindigkeit von etwa 1/3 mg je Stunde, während die Zerfallgeschwindigkeit der Siliziumkathode etwa 4 mg je Stunde betrug. Miese Grös'sen bi-lle;b,#en -#wähT,#e,#a-d -,des gesamten Spiühvo.,rEapges Im wesentlichen Zur Steuerung- der Menge des -in dem Siliziumft enthaltenen Feemdstoffes können auch and2er-e '#V",erf-ahrge*"n V,er-, wendet werden...Z.B. kann das Silizium zusammen mi:t eInez.. -bekannten Menge von Fremdstof f en vergossen "w#er-den" dann -ihm gleichförmig verteilt sind. Die Premdetoffe können auch. durch Diffusion In -die Siliziumkathode ble mu -einer ze-. wünschten Konzentration eingebracht werden. Ein underes relativ einfach durchführbares Verfahren zur Ablagerung einer Silizium" dioxydschicht, die eine steuerbare Menge gleichförmig verteil'* ter Premdetoffe enthält, besteht darin, in#den d le umgebende Atmosphäre für den SprUhvorgang bildenden -S#,aueretcr:tfot:üom einen Gas- oder'Damp±atrom einzuführen, der die Fremdetoffe elementar oder als Verbindung enthält. Auf diese Weise werden die Fremd-etoff gleich-geitig »Lt dem Sili,ziumdioxyd,abge la.ge:#t. Der Einachluso von Fremdetoffen in der Siliziumöxydochicht ermöglicht die Anwendung noch vielaeitigerer und einfaöherer Diffuai,onaverfahren. Bei der-in Figur -4 dargestellten Vorrichtung kann das den FreEd-atoff 9-nthaltende*Material 106 bei der Diffuaion in geschl-ossenem Rohr weggelassen werden" weil der Fremdetoff in der Siliziumo2ydochicht einge,schloseen iat. Infolgedeseen kann das Diffusionsrohr 100 beträchtlich kleiner memacht werden. Auch die Vorrichtung zur Diffusion in offenem Rohr (Figur 5) kann vereinfacht werden. Wenn die Plättchen 124 vor der Difi#-fuaion mit einer Fremdstoffe enthaltenden Schicht übetdeokt--.: worden sind, dann können die Fremdetoffquelle 128 und das'-,ßchiffehen 127 für-Fremdstoffe entfallen. Da die Diffüa.ion der Fremdetoffe aus der Deckschicht in die Plättehön 124 unabhängig von der umgebenden Atmosphäre ist...kann auch der' Ofen 126 zum Steuern des Dampfdruckee fortgelaseen werden. Aus Halbleiterunterlagen, die unter Verwendung einer derartig gäSenüber der Vorrichtung nach Figur 5-abgeänderten Vorrichtung und entap rechend dem.an Hand der Figur 5 beschriebenen Verfahren vorbehandelt worden waren, wurden mit Erfolg verachiedene Halbleiteranordnungen hergestellt, Bei dün.in der folgenden Tabelle V dargestellten Beispielen lag die Dicke der aufgesprUhten Schicht zwischen 6 700 AS und 7500 AB. Die-Diffunionen 'aus den Schichten hinaus wurden bei 90000 in einem Wasserstoffstrom oder in Pormierganatmon" phäre vorgenommen. Als Beispiel für die-Tabelle V wurde Galliumarsenid als Halbleiter verwendet. Das GaAs war n-leitend mit einer Zinnkonzentration von 1 1017 Atomen je'cm3 und-hatte einen spezi:tie'chen Widereiand von 0.015 bis 0"02 Ohm-cm, Die Siliziumkathode war mit Are . en dotiert und hatte einen apezifischen Widerstand von 0"01 Ohm-cm. Als Fremdetoffkathode wurde eine Zin-kaoheibe mit einer Oberfläche von 1,82 em2 verwendet.
    Tabelle V
    Diffugion Kristalldaten nach
    offenem Rohr der Diffusion
    umgeben. Oberflä- Spezifi- Dioden- Tiefe Potenz n
    Bei- Zeit de Atmoa- chenwider- scher durch- den in der
    spiel in Std. e stand Wider- schlag- Über- Gleichung
    ilh##2r 1, (A /eq). stand epanr--,_ffl 8anges für
    min GQ CM) (Volt) (mil) 0 (2)
    j(3) 3 Pormier- 0',095- 0903 10 0 075-
    2(4) 3
    gao 12 09695
    3 H2 44#3- 0904 15 0v125.
    5690
    4 112 5896 ' 0903 12« 0 #.095
    6890
    5 1 112 4690- -0905 10 0g125
    ---55t0
    6 1 B 2 5896- 0902 1.2 09095 0940-0.9.41
    6890
    7 3 112 09088
    .8 3 % 00080
    9(5) 2 Std. S2 55v0- 0903 15 09125
    auf 900 6590
    a;in
    2 1/2
    Std eut
    abSeku, t
    10 .24 5496- 0906 -15-20 09182 0940
    6799
    11(6) 32 5691 09036- 15 09222 Os36-0937
    09042
    12 32 B2 539,--3- 09037- 15 02220
    5894 09044
    13 1 '12 3395- 0.034- 09125
    32925 09037
    14 1/2 B2 37e0- 0,005- 0t120
    3990 09006
    15 1/4 132. 4295- 09014- 091
    4991 0902
    16 5 min. 9090- 0,02-
    97
    0"03
    Anmerkungen zu Tabelle Vi (1)Wenn nicht andere angegeben, wurde eine Tempe ratur von 900'00 über die angegebehe Zeitspanne aufrechterhalten. (2) Die Gle'ichung für die Übergangekapazität 0 ist C = A(V-Vd)-11,wobei A eine Konstante, V diJ angelegti-V#;apannung, V die Sperrspannung und n eine Potenz zwischen 5 #Ad 09#3 ist* (3) j?ilr einProbenscheibehen aus diesem Kristall, das gleiöb...; zeitig mit dem als Beispiel in der Tabelle angeführten Plättehen behandelt worden war, wurde die Gesamtänderung der Tiere des Übergangeo durch Messen der übergangstiefen in vier Quadranten der Probebestimmt. Im ersten Quadranten ergaben vier Ablesungen Übergangstiefen von 0.098 mile, im zweiten.Quadranten vier Ableoungen 0.088 mils,-im dritten Quadranten sechs Ableeungen Werte zwischen 0.098 und 0,12 mils und im vierten Quadranten zwei Ableäungen 0.088 mile. Diese gemessenen Werte lassen erkennen, dass sich die Tiefe des Überganges nur geringfügig innerhalb der Meesgenauigkeit -für die Ablesungen ändert.
  • (4) Ein aus diesem Kristall her estellter Transistor hatte einen P -Wert von 2 u20 (5) Ein aus diesem Kristall hergestellter Transistor hatte einen j3 -Wert von 1 1/2 (6) Aue-diesem Kristall wurden, wie.im folgenden beschriebeng sowohl Meaadioden als auch laser hergestellt. Die-Vdrteilung'Yon aus einer%Siliziumdioxydochicht auadiffun"-diertem Zink als Fremdetoff ist für verschiedene Diffüsionszei--ten in Figur 13 dargestellt. Als Abzisse ist der Abstand von der Oberfläche dea Etalbleiterplättehena und als Ordinate die 3 Zinkkonzentration im Halbleiter je cm aufgetragen. Die Kurve A gilt z.B. für eine Diffuionszeit von etwa 15 Minuten, während die Kurven B"0,D bzw. B für verschiedene'längere Diffusiona-. zeiten bis zu 40 Stunden typisch für die Fremdetoffverteilung in dem Halbleiterplättchen sind.
  • Werden die Kurven der Pigur 13 zusammen mit der Tabelle V betrachtet, ao iäset sich erkennen, dass der Oberflächenwide:#-stand mit Ausnahme sehr kurzer Diffusionszeiten unabhängig von der Tiefe des Überganges im wesentlichen konstant ist.
  • Daher steht nur eine gegebene Fremdetoffmenge (Zink) für die-' Diffuaion zur Verfügung. Diesea Verhalten kann mit Ausnahmeder Kurve A.-die einen von der Konzentration abhängigen Diffu-_ eionakoeffizienten von Zink anzeigt als Gausa-iache Verteilung bezeichnet werden. Daher werden durch kurzzeitige Diffusion (15 Minuten bie 3 Stunden) etwa gleiche Übergangstiefen'erze ugt, während durch längere Diffusionazeiten annähernd eine Gauen3-sehe Verteilung der Premdetoff e erhalten wird. Bei Diffusion's" zeiten von 15 Minuten und weniger entstehen entar#tete p-leitende Schichten. (Auf diese- Weise *werden Tunneldioden hergestellt.) Zur weiteren Bestimmung der Fremdetoffverteilung wurde, wie in Figur 14 dargestellti die übergangskapazität verschiedener in der Tabelle V angegebener Kristalle ermittelt. Der Wertvon n in der Gleichung für die Übergangskapazität soll für einen scharfen Übergang 0,59 für einen allmählichen Übergang 0,33 sein. Die Kurven BB bis PP in Figur 14 zeigen, wie sich die Verteilung von Zink als Fremdstoff mit zunehmender Diffusionszeit vom scharfen bis zum allmählichen Übergang ändertä Aus einer der als Beispiel 11 in der Tabelle V angeführten Scheibe benachbarten Kristallscheibe wurden mittels des be-«» kannten Diffusionaverfahrens mit»versiegelter Ampulle (ohne Oberflächensohutz für das Plättehen) Laseranordnungen hergestellt. Die Ampulle wurde evakuiert und mit elementarem Zink versiegelt und eine Halbleiterscheibe von etwa 1-inöh Durchmesser und 20 mils Dicke verwendet. Die Diffusion wurde bei 91500 2 1/2 Minuten lang durchgefUhrt. Die Übergangs'tiefe war ungleichmäaeig und betrug etwa 093 mils. Aus der'als Beispiel 11 in der Tabelle V angefUhrten Kristallecheibe mit einem Übergang in einer Tiefe von 0,222 mils wurden ebenfalls Igeeranordnungen hergestellt. Die KrItallecheiben wurden in_ beiden Fällen zu Plätteben mit einer Oberfläche von 20 x 20 mils zerschnitten und dann weiter verarbeitet. Diese Anordnungen wurdenmittele der üblichen Herstellungaverfahren für Laserg d.h. Schneiden in der 110-Ebene und Anbringen von,Ohm'schen Kontakten an gegenüberliegenden Seiten des p-n-überganges hergestellt. Die Laser Nr. 1: bis 7 der Tabelle VI wurden aus erfindungegemässen Galliumarsenid-Diffusiona-..-Unterlagen mit einer Premdstoffe enthaltenden Siliziumdioxyd-' dee.kechicht hergestellt" während die Laser Nr. 8 bis 16 durch Diffusion vop Zink in ein Galliumarsenidplättehen mit nicht.-geschützter Oberfläche in verschlossenem Rohr hergestellt wurden.
    Tabelle VI
    Laser Nr. Stromdich
    in Ampf in AMP/CM
    1 54 20930
    2 38 14728
    3 30 11638
    4 40 15503
    5 54 20930
    6- 160 62015
    7 100 38759
    350 135659
    9 220 85271
    10. 140 54263
    370 14341Ö
    12 290 112403
    13 250 96899
    14 200 77519
    15 280 108529
    16 230 89147
    Anmerkungs Die StromWerte wurden bei 78 X beatimmt.
    In den Figuren 15 A bis E ist-die Herstellung einer Halbleiter-
    diode mit ebenem Übergaüg dargestellt. Ein Verbindungjahalb-
    -leiterplättelien 200 mit eiher Leitfähigkeit erze ugende Fremd.-.
    Oto,ffe enthaltenden Siliziumdi-exydechicht 201 wurde zur
    Herstellung einer Siliziumdioxy.d3chicht mit kleinerer Ober-
    f 1 ai*che 203 nach einem KI-4ER-blaskier-u7ngsverfahren behandelt,
    Danach würde auf dem ungeschUtzten Teil des Plättchens 200
    und auf der Siliziumdioxydschicht 203 eine Schicht 204 aus
    reinem Silizitimdioxyd abgelagert. Diese Anordnung wurde dann
    zur Diffusion bei einer geeigneten Temperatur in' einer Inerte-
    gas- oder Reduziergasstromatmoophäre in die in Figur 5 dar--".*-*
    gestellte (und wie vorerwähnt abgeänderte) Vorrichtung e;..
    bracht4 Dabei wurde der Diffusionabereich.206 in dem Plätt.
    chen 20J gebildet, der einen dem Leitungstyp des Plättehena
    .200 entgegengesetzten Leitungstyp aufweist. Danach wurde ein
    Loch In den Siliziumdioxydochichten 203 und 204 hergestellt.
    und.durch Aufdampfen in diesem Loch ein Ohmlocher Kontakt
    207 angebracht. Abschliessend wurde ein OhmIscher Basis"
    anachluse auf der anderen Seite des Plättchens 200 gebildet.
    Derartig hergestellte Anordnungen können mit Erfolg als 'Dioden-
    betrieben werden.
    In den Figuren 16A bis 0 ist die Herstellung einer V.eaadiode
    gemäse derErfindung dargestellt. Ein Verbindun&ohalbleiter-
    ulättehen 250 wird mit einer Siliziumdioxydochicht 251 ve.r-
    sehen. Die Schicht 251 enthält in gleichförmiger Vert--ilun,& eine besti..mte, . Konzentration von Fremdstoffen-, die nach der Diffusion in einem Bereich des Plättehens 250 einen entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufen. Wird das Plättchen 250 mit der Schicht 251 einer zur Di:tfusion geeigneten Umgebung ausgesetzt, z.B. in der in Figur 5 dargestellten (und wie vorer-, wähnt abgeänderten) Vorrichtung auf eine geeignete Diffuaions" temper atur gebracht, dann entsteht der Dif±usionsbereich 252. Nach der Diffusion wird-die Meaad . iode mittels der üblichen, Verfahren hergestellt. Abschliessend werden ein OhmIscher Kontakt 253 am Diffusionabereich 252 und ein Ohm'scher Kontakt 254 am Plättchen 250 angebracht.
  • Die nach diesem Verfahren aus dem Kristall-Beispiel 11 in Tabelle V hergestellten Meaadioden hatten Mes aflächen von 20 x 20 mile mit aufgedampften Gold-Zink-Kontakten auf der -p-leitenden Schicht (Meaaoberfläche) und Go*ld-Antimon-Kontakte auf dem n-leit#nden Bereich (Halbleiterbaeiafläche), Die verschiedenen, im Einzelnen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können im Rahmen der Erfindung weitgehend abgewandelt w"erdene Statt der beschriebenen III-V- und II-IV-Verbindungshalbleiter können auch andere aus zwei oder mehr Elementen bestehende Verbindungshalbleiter gemäas der Erfindung behandelt.
  • werden.

Claims (2)

  1. 2 ä t e n t a n s p r ü c h e 717. herfahren zur wahlweisen Diffusion von Dotierungsstoffen U--#'in Halbleiter, insbesondere in Verbindungshalbleiter, bei dem die.Halbleiteroberfläche mindestens teilweise mit einer Oxydschicht,- vorzugsweise mit Siliziumoxyd, abgedeckt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung einer die Dotierungsstoffe enthaltenden Oxydschicht, aus der die Dotierungsstoffe in den Halbleiter eindiffundiert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1-, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Siliziumdioxydschicht auf einem III-V-Verbindungshalbleiter, insbesondere auf einem Galliumarsenid-Halbleiter. 3. Verfahren nach Anspruchl oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxydschicht auf den Halbleiter aufgesprüht wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsstoffe in gesteuater Menge,gleichzeitig mit dem .Siliziumoxyd auf den Halbleiter aufgesprüht werden. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Halbleiter mit einem ersten Leitfähigkeitstyp verwendet wird, gekennzeichnet durch den Einbau von Dotierungestoffen entgegengesetzten leitfähigkeitstyps in die Oxydschicht, 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, ,dadurch gekennzeichnetg daß mindestens die Bereiche der Halbleiteroberfläche, die nicht von der Dotierungsstoffe enthaltenden ersten Oxydschicht bedeckt sind, mit einer zweiten Siliziumoxydschicht überzogen werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite-Oxydschicht eine reine Si02-Schicht verwendet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten auch die erste Oxydschicht überzogen wird.
DE1794277A 1963-04-04 1964-03-04 Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkörpern. Ausscheidung aus: 1544310 Expired DE1794277C3 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27074963A 1963-04-04 1963-04-04
US27318763A 1963-04-15 1963-04-15
DEI0025747 1964-03-04

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1794277A1 true DE1794277A1 (de) 1972-03-16
DE1794277B2 DE1794277B2 (de) 1974-02-07
DE1794277C3 DE1794277C3 (de) 1974-10-24

Family

ID=27210971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1794277A Expired DE1794277C3 (de) 1963-04-04 1964-03-04 Verfahren zum Dotieren von Halbleiterkörpern. Ausscheidung aus: 1544310

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1794277C3 (de)

Also Published As

Publication number Publication date
DE1794277B2 (de) 1974-02-07
DE1794277C3 (de) 1974-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2655341C2 (de) Halbleiteranordnung mit einer Passivierungsschicht aus Halbleitermaterial und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE1032404B (de) Verfahren zur Herstellung von Flaechenhalbleiterelementen mit p-n-Schichten
DE1764281C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE2841230C2 (de) Programmierbare Speicherzelle mit Halbleiterdioden
DE1544329A1 (de) Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten bestimmter Form
DE2160427C3 (de)
DE4205584A1 (de) Lichtemittierendes galliumnitrid-halbleiter-bauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE2354523C3 (de) Verfahren zur Erzeugung von elektrisch isolierenden Sperrbereichen in Halbleitermaterial
DE2605830B2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE3116268C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
DE2019655C2 (de) Verfahren zur Eindiffundierung eines den Leitungstyp verändernden Aktivators in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers
DE2749607B2 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2005271C3 (de) Epitaxialverfahren zum Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einem dotierten Halbleitersubstrat
DE4313625C2 (de) Gleichrichterkontakt zwischen einer halbleitenden Diamantschicht und einer amorphen Siliciumschicht und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1514359B1 (de) Feldeffekt-Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1564423C3 (de) Verfahren zum Herstellen eines doppelt diffundierten Transistors sowie nach diesem Verfahren hergestellter Transistor
DE1814747C2 (de) Verfahren zum Herstellen von Feldefekttransistoren
DE2517252A1 (de) Halbleiterelement
DE2301384C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Dotierungsbereichs in einer Schicht aus Halbleitermaterial
DE2658304C2 (de) Halbleitervorrichtung
DE1564086B2 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleitersystems
DE1789204C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE1802849B2 (de) Verfahren zum herstellen einer monolithischen schaltung
DE1963131A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen
DE1794277A1 (de) Diffusionsverfahren fuer Halbleiter

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
EHJ Ceased/non-payment of the annual fee