DE1816083B2

DE1816083B2 - Verfahren zur getterung schnell diffundierender verunreinigungen in halbleiterkristallscheiben

Info

Publication number: DE1816083B2
Application number: DE19681816083
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr. 8000 München Sirtl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-12-20
Filing date: 1968-12-20
Publication date: 1976-05-13
Also published as: AT311419B; SE363243B; CH522290A; NL6918858A; DE1816083A1; FR2026656A1; GB1267700A; FR2026656B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Getterung »chnell diffundierender Verunreinigungen in Halbleiterkristallscheiben, die für die Fertigung von Halbleiterbauelementen vorgesehen sind, durch Aufbrinten von als Dünnschichten vorliegenden, aus den litriden oder Carbiden des entsprechenden Halbleitermaterials in feinkristalliner oder amorpher Form bestehenden Getterbelägen auf der Seite der Halbleiterkristallscheibe, auf der keine Halbleiterbauelemente erzeugt werden.

Eine schwankende Versetzungsdichte in Halbleiterkristallscheiben kann bekanntlich die Reprodufcierbarkek bzw. Effektivität verschiedener Verfahrensschritte bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen stark beeinflussen. Die Ursache dafür liegt vorwiegend in der Rolle, welche diese Gitterdefekte eis Reservoir für schnell diffundierende Verunreinigungen spielen. Eine ganz besondere Bedeutung kommt derartigen Vorgängen zu, wenn die betreffende Verunreinigung aktiv in die Ladungsträgerbilanz der Halbleiterkristallscheibe eingreift. Dies ist %. B. der Fall bei der Anwesenheit von Kupfer in Germanium- oder Galliumarsenidkristallen.

Zur Vermeidung derartiger Störungen ist eine Halbleiteranordnung mit einem pn-übergang bekannt (DT-OS 14 44 501), bei der in einem begrenzten Teil einer Halbleiterkristallscheibe eine Zone mit Kristallgiuerstörungen erzeugt wird, die nicht mit der Zone des vorhandenen oder zu erzeugenden pn-Übergangs zusammenfällt. Diese Anordnung wird auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der die Diffusionslänge der schnell diffundierenden und nicht den Leitungstyp bestimmenden Störstoffe etwa dem Abstand des pn-Übergangs von der zur Getterung dienenden gestörten Zone entspricht. Die gestörte Zone wird dabei entweder durch mechanisches Abtragen des Halbleitermaterials oder durch Einwirkung energiereicher Strahlung erzeugt.

Es ist weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von unerwünschten Verunreinigungen aus einer mehrere unterschiedlich dotierte Bereiche enthaltenden Halb-Ieiterkristallscheibe bekannt (DT-AS 12 77 828). Dieses Entfernen geschieht durch eine Wärmebehandlung der Halbleiterkristallscheibe im Vakuum, indem an einer Stelle der Halbleiterkristallscheibe eine bis zu einer begrenzten Eindringtiefe reichende Schmelze erzeugt wird. Diese Schmelze besteht aus einem Stoff mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Halbleiterkristallscheibe, ζ. Β. aus Germanium oder Aluminium bei Verwendung von Silicium als Halbleitermaterial. Dabei sind Temperaturen im Vakuum von 800 bis 1000° C erforderlich.

Es ist schließlich noch ein Verfahren zur Herabsetzung der Rekombination an den Oberflächen von Halbleiterkristallscheiben bekannt (DT-AS 1106 879), wobei eine Getterschicht aber nicht an deren Rückseite, sondern in dem Bereich, in dem der bereits erzeugte pn-übergang an die Oberfläche tritt, erzeugt wird. Außerdem besteht die Getterschicht auch nicht aus dem arteigenen Stoff, z. B. dem Silicium selbst, sondern wird durch eine Wärmebehandlung in einer trockenen Atmosphäre so lange gebildet, bis die Rekombination an den Oberflächen von p-Zonen nicht mehr absinkt. Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Getterschichten, die aus einem Oxid bestehen, auf Schwermetallionen keine gute Getterwirkung ausüben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache und schnelle Weise den unkontrollierbaren Einfluß auch von Schwermetallionen-Verunreinigungen, welche aktiv in die Ladungsträgerbilanz der Halbleiterkristallscheibe eingreifen können, ausschaltet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Getterbeläge durch Reaktion der oberflächennanen Schichten der Halbleiterkristallscheibe mit der Nitride oder Carbide bildenden umgebenden Gasatmosphäre gebildet werden, wobei die Korngröße des den Getterbelag bildenden Materials auf weniger als 1 μπι eingestellt wird.

Nitride haben eine besonders günstige Getterwirkung auf Schwermetallionen, die etwa vergleichbar ist mit der einer Phosphor enthaltenden SiO₂-Schicht (Phosphorglasschicht). Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß Stickstoff in der gleichen Gruppe des Periodischen Systems der Elemente steht wie Phosphor. Eine Carbiclschicht hat gegenüber einer Oxidschicht den Vorteil, daß wegen der Kleinheit des Kohlenstoffatoms beim Einbau eine Verzerrung des Kristallgitters stattfindet, welche zu einer Aufweitung des Gitters führt und damit die Getterwirkung erhöht. Bei Einstellung einer Korngröße von kleiner als 1 μπι findet eine sehr starke Aufweitung in der Getterschicht statt. Es wird eine große Oberfläche geschaffen, welche äußerst günstig für die Getterwirkung ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß durch Erzeugung einer großen inneren Oberfläche bei der Bildung eines Getterbelags auf der Rückseite der für die Fertigung der Halbleiterbauelemente vorgesehenen Halbleiterkristallscheiben die rasch diffundierenden Verunreinigungen (Fremdatome wie z. B. Kupfer) zur Ausscheidung gezwungen werden, wenn die Abkühlung der Halbleiterbauelemente nach dem letzten bei höherer Temperatur stattfindenden Verfahrensschritt in der richtigen Weise vorgenommen wird. Die Temperaturbehandlung der Kristalle erfolgt deshalb in einem Temperaturbereich, in dem die Diffusion substitionell eingebauter Störstellen (pn-Übergänge) vernachlässigbar, diejenige von interstitiell wandernden Störstellen jedoch noch ausreichend ist, um deren Abzug von

der gegenüberliegenden Grenzfläche in die Getterschicht zu gewährleisten.

Die Getterbeläge werden durch eine Grenzflächenreaktion des Halbleitermaterials mit der Gasphase gebildet. Diese Methode ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die gebildeten Getterbeläge aus einer mikrokristallinen bis amorphen Fremdphase, die jedoch keine neuen Verunreinigungen einbringen darf, erzeugt wird. Dabei werden Nitride oder Carbide des entsprechenden Halbleitermaterials oder auch deren Einlagerung in arteigenes Material als Dünnschichten auf der Rückseite der Halbleiterkristallscheibe gebildet.

Die Korngröße des die Dünnschicht bildenden Materials darf 1 μπΊ nicht überschreiten. Die Getierwirkung der Schicht wird um so günstiger, je mehr der amorphe Zustand erreicht wird. Bei einer Scheibendicke des Halbleiterausgangsmaterials von 200 μΐη haben sich je nach Verunreinigungskonzentration im Substrat und innerer Oberfläche des Getterbereichs Dicken der Getterschicht zwischen 500 und 10 000 A bewährt.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist anwendbar bei der Herstellung aller Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, Dioden oder integrierten Schaltkreisen, gleichgültig, ob sie nach der Legierungs-, Mesa- oder Planartechnik gefertigt sind. Das Verfahren ist unabhängig vom Materialtyp und läßt sich gleich gut für Silicium, Germanium, A"'B^V- oder A^IIB^VI-Verbindüngen verwenden.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Getterung schnell diffundierender Verunreinigungen in Halbleiterkristallscheiben, die für die Fertigung von Halbleiterbauelementen vorgesehen sind, durch Aufbringen von als Dünnschichten vorliegenden, aus den Nitriden oder Carbiden des entsprechenden Halbleitermaterials in feinkristalliner oder amorpher Form bestehenden Getterbelägen auf der Seite der Halbleiterkristallscheibe, auf der keine Halbleiterbauelemente erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterbeläge durch Reaktion der oberflächennahen Schichten der Halbleiterkristallscheibe mit der Nitride oder Carbide bildenden umgebenden Gasatrnosphäre gebildet werden, wobei die Korngröße des den Getterbelag bildenden Materials auf weniger als 1 μπι eingestellt wird.