DE2009359B2 - Anordnung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen in ein Halbleiter material - Google Patents

Description

Halbleitermaterials angeordnet sind. Die in der Figur gezeigte Vorrichtung weist einen

Eine solche Vorrichtung ist bereits vorgeschlagen abgeschlossenen Behälter 1 auf, in dem Hochvakuum

von etwa 10-To, herrsch, Der Behälter 1 besteht beispielsweise aus einer mittels eines Quarzstopfens 14 an der Stelle 15 ringförmig abgischmolzenen Quarzampulle. In dem Behälter 1 liegt eine AmpuUe 2, in der Scheiben 3 aus Halbleitermaterial angeordnet sincL Die Scheiben3 aus Halbleitermaterial werden durch Stützen4 in der AmpuUe2 so zusammengehalten, daß ein Verkanten der Scheiben3 ausgeschlossen iA Dabei bestehen die AmpuUe 2 und die Halbleiterscheiben 3 und zweckmäßigerweise auch die Stützscheiben 4 aus dem gleichen Material Ehe Stützscheiben sind so bemessen, daß zwischen üirem Umfang und der Innenwand der Ampulle genügend Platz bleibt, um den Dotierstoffen einen Durchtritt zu den Halbleiterscheiben zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können die Stützscheiben 4 auch mit Schlitzen oder Öffnungen versehen sein.

Die Ampulle 2 ist mit einem Stopfen 5 abgeschlossen, in der öffnungen 6 vorgesehen sind. Die Gesamtfläche dieser öffnungen ist klein gegenüber der Querschnitte der Ampulle. Es empfiehlt sich ^doch. die Gesamtfläche der öffnungen m bezug auf die Querschnittsfläche der Ampulle nicht kiemer ah 0.1 ο» zu wählen, damit der Zutritt der Dotierstoffe nicht gehindert wird. Die Gesamtflache der öffnungen sollte aber auch nicht mehr als 20·.. der Querschnittfläche der Ampulle betragen, da sonst der Temperaturgradient im Inneren der Ampulle zv groß wird und es zu temperaturbedingten ^spannungen in den Halbleiterscheiben kommen kann. Die offnungen in der Ampulle2 brauchen nicht unbedingt im Stopfens zu shzen, es kann bereits genügen wenn nur der Stopfen 5 in das Ende der Ampulle 2 schlecht eingepaßt ist, so daß fischen Stopfen » um. Ampulle 2 kein gasdichter Abschluß entsteht. D^ auf diese Weise gebildete Verbindung zwischen dem Innenraum der Ampulle 2 und dem Innenraum des Rphälters 1 ist in der Figur mit 7 bezeichnet. ^BSa^2 Heg' im Inneren des Behälters 1 zwischen einer Stützscheibe 13 und dem Quarzstopfen 14. Der Quarzstopfen 14 ist zweckmaßigerweise so eingepaßt, daß er auf den Stopfen 5 einen Druck ausübt⁸ der etwa zischen 0 1 und 1Mg-crn« betr.-gen kann. Damit wird verhindert daß sich die Halbleiterscheiben unter Einwirkung der hohen, bei der Diffusion angewandten Temperatur verbogen und auf diese Weise Verspannungen im KnstaUgefuge entstehen. Die Ampulle 2 stützt sich gegen d,e Stutescheibe 13 ab. Diese weist Offnungen auf oder ist so in den Behälter 1 eingepaßt, daß der Durchtritt von Dotierstoffen möglich ist. Zweckmaßigerweise besteht auch diese Stützscheibe aus dem gle.chen Halb-

ten
ζ.

des Behälters!, ^edoeh außerhalb der

wird das Dotiermatorial, ^ eine Temperatur auf-

cewünschte Dampfdruck des ^^ _{breitet uch}

aus und dringt durch die m nnere der Ampulle! ein. oüerungsmaterial in die Schei-Weg zu den öffnungen 6 bzw. 7 ^^ ^ 8 gasförmigen Dotiermate-

kommen die Moleküle_ oeig ^ _{Hochvakuum sehr}

nah, deren hoc |_bez ⁸ _dchneten Außenwand der

f^eTnlfoch in Berührung. Diese Außenx₅ Ampulle2 ^eMacajn^ ^ _kristaUi.

wand.bertrita ^^de _a^_terial) ^ _dem sich infolge

f^ »„Renzu'tase tretenden Kristallstörangen bevorvon außen zutage tretena ^ ^ ^^

^J^^Sff^rt sich neben einem Teil ao flachg^^^un _{ab r} auch ein beachtlicher Teil des Djaerstottes nu j _enthaltcnen Schwer-

^deJ ™*"""^^Tgdangt auf diese Weise nicht mettllspuren ^""^ der Scheiben 3. Diese Wirmehr b>s zur Oberfl^ de _{nen Oberflächc}

*₅ kung ^ ^ ^tSsSm werden.

de^^sche De iJ _{fes ^_n, _{xvie d}er ge-

dieser ^el; s_chwerrnetallatome in die Oberfläche jannteTerf de ^Sc^^er _{d mundiert} dort ein Stück

""JeAmpuenw _überschuß vorhanden ist. so doch sehr. ^stJ.^{k im} _öf^°_{u en6 b}zw.7 in das Innere

£ geSng«Sϊ^Menge aus, um die Halbg « 8 _h ^ _zu dotieren. Ähnlich ^sJi^ Schwermetallatome von ^^,Sallinen Oberfläche der Ampulle eingeder pJ)Wl ^ne _vi Y_{mehr ein} gewisser Anteil in die fangen es gel ,gt vi^ Ediert dort in die HaIb-Ampulle ninun

»e Bfindu_ g ^ ^^ _Halbkiter.

^^£ £_ίη Halbleiterbauelement, das körper zu ^™^ _maß der Erfindung dif- ^^"S,^^? aufwei«, wird also eine ™ⁿ _h ^diert^ⁿ _rä"^a _rlebensdauer und damit einen genngehöhere Jrag" eöens_{α rich} aufweisen

jen^jggj^ _{das nicht in einer} Anordnung

;^!^r^^c™Jg_ndung diffundiert wurde. Es ist auf gemäß^de ™^u 8 _{sehr niedrige} Konzentra^ ^e^von &hwmetahen im Halbleiter auch nach der ^" von Schwerme^ _{anschließende} gezielte

Dffusiorim ^¹¹^, _{läßt sich vor a}n_em bei ^^^STgSLuen eine gewünschte Triger-,ben^auerir, weiten Grenzen e— Dami^er-

Äir ^it mU engen Pertigungs-

-wie Galliumarsenid usw.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 U 2 worden. Mit ihr lassen sich Halbleiterscheiben dif- Patentansprüche: fundieren, die, vorausgesetzt, daß sie vor der Diffu sion frei von Störungen des Kristallgefüges waren,

1. Vorrichtung zum Eindiffundieren von Do- weiterhin in hohem Maße frei von Störungen des tierstoffen in ein Halbleitermaterial im Hocbva- 5 Kristallgefüges bleiben. Dies hat seine Ursache darin, kuum, mit einer beheizbaren, in einem abge- diJJ die Halbleiterscheiben von dem Material der schlossenem Behälter untergebrachten Ampulle Ampulle, das gleich dem Material ist, aus dem die aus dem gleichen Halbleitermaterial, in der Halbleiterscheiben bestehen, chemisch nicht ange-Scheiben des zu dotierenden Halbleitermaterials griffen werden. Außerdem hat eine Ampulle aus angeordnet sind, dadurch gekennzeich-io Halbleitermaterial, z.B. Silizium, die Eigenschaft, net, daß die Ampulle (2) mindestens an der bei höheren Temperaturen ein sehr guter Wärmelei-Außenfläche (10) wenigstens teilweise eine poly- ter zu sein. Das führt dazu, daß im Inneren einer auf kristalline Oberfläche aufweist, daß die Ampulle höhere Temperatur erhitzten Ampulle aus Halböffnungen aufweist, deren Gesamtfläche klein im leitermaterial überall praktisch die gleiche Tempera-Vergleich zur Querschnittsfläche der Ampulle ist 15 tür herrscht Damit werden insbesondere beim Ab- und daß eine Dotierquelle (8, 9) vorgesehen ist, kühlen der Anordnung m den Halbleiterscheiben die außerhalb der Ampulle (2), aber innerhalb auftretende Verspannungen vermieden, die Gitterstödes abgeschlossenen Behälters (1) angeordnet ist. rungen hervorrufen können. Diese Gitterstörungen

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- können bei großer Dichte in einem Halbleiterkörper kennzeichnet, daß die Öffnungen eine Fläche ao wie Rekombinationszentren wirken.

zwischen 0,1 ° 0 und 20° 0 der Querschnittsfläche Für die Bildung von Rekombinationszentren sind

der Ampulle (2) aufweisen. jedoch vorwiegend andere Ursachen, wie z. B. in das

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Kristallgitter der Halbleiterkörper eingelagerte durch gekennzeichnet, daß die Ampulle (2) mit Schwermetallatome verantwortlich. Diese Srhwermeeinem Stopfen (5) verschlossen ist und daß die 35 tallatome z. B. Gold oder Kupfer, sind immer minde-Öffnungen (6) im Stopfen (5) sitzen. stens in Spuren in den zur Zeit üblichen Dotierstof-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- fen enthalten. Schwermetalle können außerdem auch durch gekennzeichnet, daß die Ampulle mit im Material des Behälters, der z. B. aus Quarzglas beeinem Stopfen (5) verschlossen ist und daß die steht, vorhanden sein und besonders bei hoher Temöffnungen (7) durch Undichtigkeiten zwischen 30 peratur aus diesem Material in die Halbleiterscheiben Stopfen (5) und Ampulle (2) gebildet sind. hineindiffundieren. Es diffundieren solche Schwer-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 metallatome zusammen mit den gewünschten Dotierbis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen stoffen in die Halbleiterkörper ein und werden dort (5) mit einem Druck zwischen 0,1 gem² und im Kristallgitter eingebaut. Dort wirken sie, vor allem 100 g/cm² gegen die Halbleiterscheiben (3) ge- 35 i_n Verbindung mit den obenerwähnten Kristallstödrückt ist. rungen. als Rekombinationszentren für im Halbleiter-

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 körper befindliche freie Ladungsträger.

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb- Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende

leiterscheiben (3) zwischen Stützscheiben (4) aus Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung der ein-

dem gleichen Material angeordnet sind. 40 gangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß der

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Anteil der in die Halbleiterscheiben eindiffundieren bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schwermetallatome vermindert werden kann, so Ampulle (2) und Dotierstoffquelle (8, 9) eine wei- daß versetzungsfreie oder mit Versetzungen versetere Stützscheibe (13) liegt, die aus Halbleiter- hene Halbleiterscheiben während der Diffusion und material besteht. 45 Abkühlungsprozesse keine zusätzlichen Versetzungen

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, daß erhalten.

der Druck durch einen im Behälter (1) einschmelz- Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die

baren Quarzstopfen (14) eingestellt ist, wobei die Ampulle mindestens an der Außenfläche wenigstens

weitere Stützscheibe (13) als Widerlager dient. teilweise eine polykristalline Oberfläche aufweist,

9. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- 50 daß die Ampulle öffnungen aufweist, deren Fläche durch gekennzeichnet, daß die Dotierungsquelle klein im Vergleich zur Querschnittsfläche der Am-(8, 9) auf der dem Stopfen (5) abgewandten Seite pulle ist und daß eine Dotierquelle vorgesehen ist, der Ampulle (2) liegt. die außerhalb der Ampulle, aber innerhalb des abgeschlossenen Behälters angeordnet ist.

55 Vorzugsweise weisen die Öffnungen eine Fläche zwischen 0,1⁰O und 20⁰Z₀ der Querschnittsfläche der Ampulle auf. Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn die Ampulle einseitig mit einem Stopfen verschlossen ist und die Öffnungen durch Un-60 dichtigkeiten zwischen Stopfen und Ampulle gebildet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine sind. Zweckmäßigerweise wird dabei die Dotier-Vorrichtung zum Eindiffundieren von Dotierstoffen quelle auf der dem Stopfen abgewandte Seite der in ein Halbleitermaterial im Hochvakuum, mit einer Ampulle gelegt.

beheizbaren, in einem abgeschlossenen Behälter Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs-

untergebrachten Ampulle aus dem gleichen Halb- 65 beispieles in Verbindung mit der Figur naher erläuleitermaterial, in der Scheiben des zu dotierenden tert.