DE2203123B2 - Verfahren zum Gettern von Halbleitern - Google Patents
Verfahren zum Gettern von HalbleiternInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gettern von Halbleitern gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE-OS 16 19 991.
Bei der Eindiffusion von gewollten Verunreinigungen in Silizium zur Herstellung sperrender Halbleiterelemente
diffundieren je nach Versuchsbedingungen in mehr oder weniger starkem Masse auch ungewollte
Verunreinigungen, insbesondere Kupfer, Gold, Elemente der Fe-Ni-Gruppe, in das Silizium ein. Diese
Verunreinigungen führen dann in Wechselwirkung miteinander und mit Strukturdefekten zur Ausbildung
von Haft- und Rekombinationszentren. Sie können auch zur Bildung von Donatoren und Akzeptoren Anlaß
geben. Das alles wirkt sich in mehr oder weniger unkontrollierbarer Weise auf die elektrischen Funktionen
des Halbleiterelementes aus und führt zu einer Streuung der Strom-Spannungscharakteristiken.
Es ist deshalb schon versucht worden, durch Gettern die Eindiffusion von Verunreinigungen zu verhindern
bzw. rückläufig zu gestalten. Hier ist bei Silizium die Anwendung von Phosphor- und Borsilikatschmelzen auf
der Oberfläche als getterwirksame Schicht von Bedeutung, wobei jedoch die bei dem Getterprozeß
entstehenden Gläser Ausdehnungskoeffizienten haben, die stark von demjenigen des Siliziums abweichen. Beim
Abkühlen ergeben sich dadurch starke mechanische Verspannungen im Silizium, welche zu Störungen im
Kristallgitter und zu latenten Rissen führen können. Dieser Effekt wird umso schlimmer, je größer die
Siliziumtabletten werden.
Aus der DE-OS 20 13 224 ist physikalisches und chemisches Gettern bei Temperaturen zwischen 8000C
und 13000C bekannt. Der Getterstoff ist auf der Halbleiter-Oberfläche vorgesehen und führt insbesondere
bei großen Halbleiterscheiben zu starken Verspannungen bzw. Verbiegungen. Im Falle einer aufgerauhten
Siliziumoberfläche verbleiben die zu getternden Substanzen in dem Silizium-Körper.
Aus der DE-OS 16 19 991 ist das Gettern von Aluminium aus einer einkristallinen Siliziumschicht
mittels eines getrennten festen Körpers aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid bekannt. Mit diesen bekannten
Getter-Materialien ist eine Beeinflussung des Dotierungsprofils im Halbleiter nicht möglich.
Eine Vorrichtung zum Durchführen von Diffusionsprozessen bei Halbleiterelemer.ten ist bekannt aus der
US-PS3183 130.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleichzeitigem Eliminieren ungewollter Verunreinigungen
Halbleiterelemente mit Bor zu dotieren und dadurch ganz bestimmte Bordotierungsprofile zu
erzeugen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßigerweise besteht der Bornitrid-Festkörper aus Scheiben oder Platten. Diese sind im
Gettertemperaturbereich fest und gehen keine Verbindung mit dem Halbleitermaterial ein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert In der Zeichnung zeigt
F i g. I ein erstes Ausfülirungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Gettern von Halbleitern,
Fig.2 ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Gettern von Halbleitern.
In Fig. 1 sind zwei Halbleiterscheiben 1, 2 zwischen
zwei Bornitrid-Platten 3, 4 angeordnet. Die Halbleiterscheiben bestehen beispielsweise aus Silizium. Da die
Halbleiterscheiben im allgemeinen planparallele Stirnflächen aufweisen und gleiche Dicke haben, genügt es,
lediglich ebenfalls plane Bornitrid-Platten zu verwenden.
Diese Anordnung wird nun in einen Ofen, z. B. einen iaborublichen Diffusionsofen, der nicht weiter dargestellt
ist, eingebracht und auf eine Temperatur von 10000C bis 12000C gebracht. Die Gettertemperatur soll
dabei niedriger sein als die Diffusionstemperatur, um ein bereits eingestelltes Dotierungsprofil nicht zu stören
oder zu verändern. Weiterhin soll die Gettertemperatur niedriger sein als der Schmelzpunkt des Bornitrids.
Nach der üblichen Behandlungszeit (etwa 24 h) wird die Anordnung dem Ofen entnommen und auf die
übliche Weise abgekühlt.
Während der Wärmebehandlung diffundieren die (eingangs erwähnten) ungewollten Verunreinigungen
aus dem Silizium in das Bornitrid. Diese Diffusion hat ihre Ursache darin, daß die Löslichkeit des Bornitrids
für sogenannte schnelle Diffusanten die des Siliziums übersteigt.
Bei der Verwendung von Bornitrid kann auf eine Evakuierung des Ofens oder Ampullengetterung in
inerter Atmosphäre nicht verzichtet werden. Bornitrid verglast in Gegenwart von Wasserdampf, so daß bei der
Verwendung dieser Substanz die Getterung im Vakuum oder in Inertgas erfolgen muß. Bor ist ein geläufiges
Dotierungsmittel. Wird Bornitrid auf Gettertemperatur erhitzt, so tritt Bor aus und diffundiert in das Silizium
und ändert dort die vorhandene Dotierung oder das vorhandene Dotierungsprofil. Diese Bordiffusion während
des Getterns wird dazu benutzt, bestimmte Störstellenkonzentrationen oder Dotierungsprofile zu
erzeugen. Auf diese Weise lassen sich der letzte Diffusionsschritt und das Gettern in einem einzigen
Verfahrensschritt zusammenfassen, wodurch eine bedeutende Verkürzung der Gesamtbehandlungszeit des
Halbleiterelementes erreicht wird.
Während Fig. 1 eine prinzipielle Ausführungsform einer Gettervorrichtung zeigt, die sich aufgrund ihrer
schlechten Raumausnutzung wenig für den serienmäßigen Einsatz eignet, vermeidet das in F i g. 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel diesen Nachteil. Ein abwechselnd aus Halbleiterscheiben 5 und Bornitrid-Scheiben 6
gleichen Durchmessers aufgebauter Stapel ist in einem Dreifuß 7 eingelagert Der Dreifuß besteht aus einer
Grundplatte 8 und Beinen 9, 10 und 11 und ist aus Quarzglas gefertigt Die Dicke der Bornitrid-Scheiben
beträgt zwischen 0,2 und 04, vorzugsweise 0,3 mm.
Dieses Maß stellt einen guten Kompromiß zwischen Raumausnutzung und Gebrauchsdauer der Scheiben 6
dar, da sich letztere erschöpfen.
Weitergehende Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Getterwirkung noch steigern läßt, wenn die dem
Halbleiter zugewandten Oberflächen der Platten oder Scheiben eine bestimmte Oberflächenrauhigkeit aufweisen.
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, die genannten Oberflächen so auszubilden, daß ihre
Rauhtiefe einen Wer·, zwischen 1 und 15 μπι, vorzugsweise
zwischen 3 und 7 μιη, hat und daß die beiden in Kontakt stehenden Flächen so eben sind, daß die
beiderseitigen Abweichungen der gemittelten Fläche
"> von einer geometrischen Ebene nicht größer sind ak die
Rauhtiefe.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gettern von Halbleitern ist hinsichtlich Einfachheit und Wirksamkeit
allen bekannten Verfahren überlegen. Mechanische
in Verspannungen im Halbleiter werden, auf ein Minimum
reduziert, was insbesondere für Halbleiterscheiben von 50 und mehr Millimeter Durchmesser von überragender
Bedeutung ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Gettern von Halbleitern, wobei der Halbleiter zusammen mit einem eine höhere
Löslichkeit als die Konzentration der zu getternden Verunreinigungen aufweisenden, mit dem Halbleiter
in innigem Kontakt stehenden Festkörper auf eine Temperatur zwischen 8000C und 13000C erhitzt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festkörper (3,4, 6) aus Bornitrid eingesetzt und im
Vakuum oder in inerter Atmosphäre erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bornitrid-Festkörper als Platte oder Scheibe mit einer Dicke zwischen 0,1 und
1 mm, vorzugsweise 0,3 und 0,7 mm, eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Halbleiter zugewandte
Platten- oder Scheiben-Oberfläche eine Rauhtiefe zwischen 1 μπι und 15 μπι, vorzugsweise 3 μιη und
7 μιη, aufweisen.
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