DE2357319B2

DE2357319B2 - Scheibenfoermige phosphor-dotierstoffquelle und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2357319B2
Application number: DE19732357319
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Tokio; Mikogami Akio Machida Tokio; Hasegawa Masashi; Oizumi Hiroshi; Sagamihara Kanagawa; Yamashita (Japan)
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1973-11-16
Filing date: 1973-11-16
Publication date: 1976-05-26
Also published as: DE2357319A1

Description

Die Erfindung betrifft eine scheibenförmige Dotierttoffquelle aus Phosphornitrid und Siliciumdioxyd, die his Quelle für eindiffundierende Verunreinigungen dient, mit der die η-leitenden Bereiche eines Halbleiters gebildet werden.

Es ist bekannt, daß durch Diffusion von Phosphor in Silicium ein n-leitcnder Bereich gebildet wird, wobei rnan einen Halbleiter, wie einen Transistor, eine Diode, einen integrierten Schaltkreis (/C) usw., erhält, wobei als Phosphorquelle POCl₃, PH₃, P₂O₅ u. dgl. eingesetzt wurden.

Bisher ist es zur Ausbildung eines p-leitenden Bereiches durch Diffusion von Bor in Silicium üblich, eine Flüssigkeit, wie BBr₃, zu verdampfen und den Dampf in das Silicium diffundieren zu lassen. In jüngster Zeit hat sich die Praxis durchgesetzt, eine Scheibe zu verwenden, die als Hauptbestandteil Bornitrid enthält (und die im folgenden als BN-Scheibe bezeichnet wird).

Bei diesem Verfahren werden BN-Scheiben alterneben Siliciumscheiben in Abständen von 2 bis 3 mm angeordnet, worauf die Scheiben erhitzt werden, damit das Bor in das Silicium eindiffundiert. Dieses Verfahren ist als Oberflädiendiffusionsverfahren bekannt. Wegen der Genauigkeit und der Leichtigkeit der Durchführung wird dieses Verfahren meistens für die Diffusion von Bor verwendet.

Es besteht bereits seit langem ein Bedürfnis für eine Phosphordiffusionsquelle, mit der man eine stabile Diffusion mit der Genauigkeit erreichen kann, wie sie mit BN-Scheiben möglich ist. Obwohl ein Oberflächendiffusionsverfahren, bei dem eine Phosphornitridscheibe verwendet wird, bekannt ist, hat dieses Verfahren in die Praxis keinen Eingang gefunden, weil Phosphornitrid thermisch instabil ist und sich leicht zersetzt. Andererseits ist es bekannt, durch Reaktion von PH₃ mit NH₃ in der Gasphase auf der Oberfläche einer Graphitscheibe Phosphornitrid zu bilden und diese Scheibe als Phosphordiffussionsquelfe zu verwenden. Dieses Verfahren ist jedoch von erheblichen Nachteilen begleitet. So ist es schwierig, eine große Anzahl von Scheiben mit gleicher Qualität herzustellen und eine stabile Diffusion über längere Zeitabstände zu erreichen, da das Phosphornitrid auf der Scheibe in Form eines extrem dünnen Filmes vorliegt, der nur schwach an der Graphitplatte anhaftet.

Da Phosphornitrid schlechte Sintereigenschaften besitzt, sind in der Hitze gepreßte Sinterkörper, die ausschließlich aus Phosphornitrid bestehen, ziemlich zerbrechlich. Weiterhin erfolgt, wenn man scheibenförmige Produkte aus gesintertem Material verwendet, die ausschließlich aus Phosphornitrid bestehen, während des Erhitzens bei der Diffusion eine Zersetzung des Phosphornitrids, was zur Folge hat, daß die Scheibe sich verbiegt und/oder aufbläht. Somit ist es kaum möglich, derartige Scheiben mehrfach für die Diffusion von Phosphor einzusetzen. Zusätzlich ist das durch die Oxydation von Phosphornitrid gebildete P₂O₆ äußerst hygroskopisch, so daß das in dieser Weise gebildete P₂O₅ im Verlaufe der Behandlung 4a Feuchtigkeit absorbiert und sich zu Phosphorsäure (H₃PO₄) umwandelt, was eine Quellung der Scheibe während der Diffusion zur Folge hat.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine scheibenförmige Phosphor-Dotierstoffquelle anzugeben, mit der man eine stabile Diffusion über lange Zeitabstände erreichen kann und die mit relativ geringen Kosten als Massenprodukt hergestellt werden kann.

Die scheibenförmige Phosphor-Dotierstoffquelle ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Vermischen von 30 bis 95 Gewichtsprozent Phosphornitrid und 70 bis 5 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd und Verpressen der Mischung in der Hitze erhalten worden ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der scheibenförmigen Phosphor-Dotierstoffquelle, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 95 bis 30 Gewichtsprozent Phosphornitrid-Pulver mit 5 bis 70 Gewichtsteilen Siliciumdioxydpulver vermischt, die Pulvermischung bei 700 bis 950° C und bei einem Druck von 50 bis 500 kg/cm² während 5 bis 60 Minuten in einer inerten Atmosphäre verpreßt.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Verbindung »Phosphornitrid« umfaßt Substanzen der folgenden Summenformeln: PN, P₄N₆, P₃N₅ sowie amorphes Phosphornitrid (N/P-Molverhältnis: 0,9 bis 1,7). Diese Verbindungen sind thermisch instabil und beginnen sich in einer inerten Atmosphäre bei etwa 500⁰C und scharf bei 850 bis 900°C zu zersetzen. In einer oxy-

V-.

dielenden Atmosphäre werden sie bei etwa 150³C zu Diffusion von Phosphor in die Oberfläche von Sub-

P₂O₅ oxydiert. straten verwendet.

"Es können irgendwelche Phosphornitrid-Pulver ein- Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorgesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie wenig Alkali- teile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden metalle und Schwermetalle enthalten, die einen un- 5 Beschreibung, den Beispielen und der Zeichnung, günstigen Einfluß auf die Eigenschaften der Halb- wobei insbesondere ein Verfahren zum Phosphorleiter ausüben. Vorzugsweise beträgt die Korngröße Dotieren durch Diffusion unter Verwendung einer des Pulvers, d.h. der Durchmesser der Pulvrrkörnrhen, erfindungsgemäßen Scheibe aus Phosphornitrid und 1 mm oder weniger. Siliciumdioxyd (die im folgenden als Phosphornitrid-

Das in das Phosphornitrid eingearbeitete Silicium- io Scheibe bezeichnet wird) erläutert sei.

dioxyd dient nicht nur als Bindemittel, sondern auch Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt eine schematische

als Mittel, das die Wirkungen des P_?O₅ unterdrückt. Ansicht einer Vorrichtung, in der die erfindungs-

Vorzugsweise verwendet man das Siliciumdioxyd in gemäßen Zusammensetzungen verwendet werden,

Form feiner Teilchen mit hoher Reinheit. Zum Bei- während die

spiel ist ein im Handel erhältliches Siliciumdioxyd, 15 F i g.2 in schematischer Weise die Anordnung der

das man durch ein Trockenverfahren erhalten hat und erfindungsgemäßen Scheiben verdeutlicht,

das Alkalimetall in einer Menge von 10 ppm oder In F i g. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die aus

weniger und Schwermetall in einer Menge von 1000 ppm einem Quarzrohr 1, einer Quarzkappe 2, einem Gas-

oder^veniger enthält, bevorzugt. einlaß 3, einem Gasauslaß 3', einem Quarzschiffchen 4

Das Mischungsverhältnis von Phosphornitrid zu 20 und einer elektrischen Heizeinrichtung 7 besteht und

Siliciumdioxyd erstreckt sich von 95 bis 30 Gewichts- in der erfindungsgemäße Phosphornitridscheiben 5

prozent zu 5 bis 70 Gewichtsprozent, wobei man in und Siliciumscheiben 6 angeordnet sind,

besonders bevorzugter Weise 10 bis 30 Gewichtspro- Es sind jeweils zwei Siliciumscheiben zusammen-

zent Siliciumdioxyd einsetzt. gefaßt, wobei die Oberflächen, in die der Phosphoi

Das Heißpreßverfahren, bei dem das Silicium- 25 eindiffundieren soll, nach außen zeigen. Das Diffudioxyd in das Phosphornitrid eingearbeitet wird, kann sionsverfahren umfaßt eine erste und eine zweite geeigneterweise so durchgeführt werden, daß man die Stufe. In der ersten Stufe werden die Phosphornitrid-Mischung in einer Graphitform 5 bis 60 Minuten scheiben 5 und die Siliciumscheibenpaare 6, wie es in unter einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur F i g. 2 dargestellt ist, auf dem Quarzschiffchen 4 anvon 700 bis 95O°C mit einem Druck von mehr als 30 geordnet. Dieses Schiffchen wird dann, nachdem die 50 kg/cm² verpreßt. Als für dieses Verfahren geeig- Kappe 2 abgenommen ist, in das Rohr 1 eingebracht, netes Inertgas verwendet man ein Gas, das mit Phos- durch das Stickstoffgas oder eine Gasmischung aus phornitrid nicht reagiert, z. B. Stickstoff, Argon und Stickstoff und Sauerstoff in einer Menge von 1 bis Helium. Die Form kann aus irgendeinem Material 3 l/min hindurchgeführt wird. Die Temperatur und bestehen, vorausgesetzt, daß dieses mit dem Phos- 35 die Zeitdauer der Behandlung in dem Quarzrohr 1 phornitrid bei einer Temperatur im Bereich von 700 kann in Abhängigkeit von der angestrebten Phosphorbis 95O⁰C nicht reagiert, und kann irgendeinem Typ konzentration im dem Silicium variieren. Wenn eine angehören, vorausgesetzt, daß dieser überdruck- relativ große Phosphormenge eindiffundiert werden beständig ist. Aus Graphit hergestellte Formen be- soll, muß die Temperatur während einer längeren Zeit sitzen den Vorteil, daß sie leicht bearbeitet werden 4° höher liegen, während im anderen Fall, daß relativ können und zusätzlich durch Bestrahlung von Hoch- geringe Mengen in das zu behandelnde Substrat einfrequenzwellen aufgeheizt werden können. Wenn eine diffundiert werden sollen, bei niedrigeren Tempera-Heißpreßtemperatur unterhalb 700° C angewandt wird, türen und kürzeren Zeitdauern gearbeitet werden ist es nicht möglich, das Sintern durchzuführen, so daß sollte. Im allgemeinen werden die Scheiben 15 bis man heißgepreßce Körper mit geringer Festigkeit 45 60 Minuten beii 600 bis 900⁰C behandelt. Nach der erhält, während sich bei einer Temperatur oberhalb Behandlung während der vorherbestimmten Zeit in 950°C wesentliche Mengen von Phosphornitrid ver- der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung werden die flüchtigen. Somit sollte die Temperatur in einem Be- auf dem Schiffchen vorhandenen Scheiben aus dem reich von 700 bis 950⁰C, vorzugsweise 850 bis 900° C, Rohr 1 herausgezogen, womit die erste Stufe des Vergehalten werden. 5° fahrens abgeschlossen ist.

Wenn ein Druck von mehr als 50 kg/cm² angewandt In der zweiten Stufe werden die in dieser Weise erwird, erhält man ein geeignetes hitzeverpreßtes Pro- haltenen Siliciumscheiben aus dem Quarzschiffchen 4 dukt'. Der Maximaldruck ist keiner Beschränkung entnommen und dann gegebenenfalls nach einem Erunterworfen, vorausgesetzt, daß er sich im Rahmen hitzen der Oberfläche einer Wärmebehandlung in der Festigkeit der Form hält. Üblicherweise ist bei 55 einem Ofen unterzogen, um eine Umverteilung des in der Verwendung einer Kohlenstoff-Form ein Druck die Siliciumscheiben eindiffundierten Phosphors zu von 500 kg/cm^a oder weniger geeignet. Führt man den bewirken, wodurch ein Halbleiter mit dem gewünsch-Heißpreßvorgang während zu langer Zeit durch, hat ten Phosphorprofil gebildet wird,
dies zur Folge, daß sich erhebliche Phosphornitrid- In der Zwischenzeit werden neue Siliciumscheiben mengen verflüchtigen. Vorzugsweise wird daher die 60 paarweise in der oben angegebenen Weise in die Vor-Heißpreßdauer bei etwa Va^Std· gehalten. Das in richtung eingebracht und in gleicher Weise durch dieser Weise erhaltene heißverpreßte Produkt besteht Diffusion mit Phosphor dotiert. Diese Zyklen werden aus einem relativ porösen gesinterten Körper mit so lange wiederholt, bis die Phosphornitridscheiben einer Dichte von 1,2 bis 1,7 g/cm³ und einer Shore- durch Verflüchtigung aufgebraucht sind.
Härte von 20 bis 60. Aus den Körpern werden mit 65 Von wesentlichster Bedeutung beim Eindiffundieren Hilfe einer Diamantspitzen aufweisenden Schneide- von Phosphor ist es, daß der Phosphor sowohl in einrichtung Scheiben mit einer Dicke von 0,7 bis jeden Teil einer Siliciumscheibe als auch in alle Schei-1 S mm Beschnitten. Die Scheiben werden dann für die ben gleichförmig eindiffundiert. Wenn keine gleich-

5 6

mäßige Diffusion erreicht wird, kann jeder der ge- phors oxydiert wird, wird die Scheibe während 0,5 bis

bildeten Halbleiter eine unterschiedliche Charakte- 3 Std. auf 500 bis 900⁰C erhitzt, währenddem man

ristik besitzen. Stickstoff gas, das bei 0 bis 30⁰C mit Wasserdampf

Erfindungsgemäß ist es möglich geworden, eine gesättigt ist, oder eine Gasmischung aus Stickstoff und gleichförmige Phosphordiffusion zu bewirken. Ins- 5 0,1 bis 10 Volumprozent Sauerstoff einführt. Je höher besondere können die erfindungsgemäß hergestellten der Sauerstoff- oder Wasserdampf-Gehalt liegt, um so Scheiben, bevor man sie in einem Phosphordiffusions- höher ist die Menge des oxydierten Materials, was jeprozeß einsetzt, einer Vorbehandlung unterzogen doch die Lebensdauer der Scheibe verkürzt. Nach werden, bei der diese in einer feuchten oder oxydieren- einer derartigen Vorbehandlung kann anschließend den Atmosphäre erhitzt werden. Wenn keine Vor- io das Diffusionsverfahren in einer inerten Atmosphäre behandlung durchgeführt wird, kann der Diffusions- durchgeführt werden. Die obenerwähnte Oxydationsvorgang unter Verwendung dieser Scheiben in einer behandlung wird erneut durchgeführt, wenn das wähfeuchten oder oxydierenden Atmosphäre durchge- rend der Vorbehandlung gebildete P₂O₅ fast aufführt werden, wobei es jedoch auch möglich ist, beide gebraucht ist, so daß der Phosphordiffusionsprozeß Verfahren gleichzeitig anzuwenden. 15 nicht mehr zufriedenstellend abläuft.

Der Grund für die Behandlung in einer feuchten Wenn die Scheibe nicht vorbehandelt ist, kann der oder oxydierenden Atmosphäre läßt sich dadurch ver- Diffusionsprozeß in einer Atmosphäre durchgeführt deutlichen, daß man die chemischen Reaktionen die, werden, die ähnlich der in der Vorbehandlung verbei dem erfindungsgemäßen Verfahren ablaufen, wendeten ist. Jedoch kann die Menge an Sauerstoff genauer betrachtet. Das in der Scheibe enthaltene 20 oder Wasserdampf auf >/₅ bis ¹I₁₀₀ der bei der Vor-Phosphornitrid wird zu P₂O₅ oxydiert, das seinerseits behandlung verwendeten Menge vermindert werden, auf der Oberfläche der Phosphornitridsclieiben mit _R . -I₁
H₂O unter Ausbildung von H₃PO₄ reagiert, worauf Beispiel l
die so gebildete H₃PO₄, die teilweise P₂O₅ enthält, ver- Zu 80 Gewichtsteilen Phosphoniitrid-Pulver der in dampft und sich auf der Oberfläche der Silicium- 25 der folgenden Tabelle I angegebenen Zusammenscheiben abscheidet. Die abgeschiedene H₃PO₄ dif- setzung, das durch Umsetzen von Phosphorpentafundiert in das Silicium und bildet einen η-leitenden sulfid mit NH₃ erhalten worden war, gibt man 20 Ge-Bereich aus. Nach einem vorbekannten Verfahren wichtsteile Siliciumdioxyd (das man nach einem Trokwird Phosphornitrid überwiegend in elementaren kenverfahren erhalten hat).
Phosphor zersetzt, der in die Siliciumscheiben ein- 30
diffundiert. Bei der Handhabung oder der Behandlung
der Scheiben ist es nicht zu vermeiden, daß die Ober- Tabelle 1
fläche der Phosphornitridscheiben leicht oxydiert ^ ₄2 71 °/

werden, z. B., wenn die Scheiben in das Quarzrohr ή'κ) °°

eingebracht oder aus diesem entnommen werden. 35 ' °

Somit kann es notwendigerweise eintreten, daß auf der Al lOOppm

Oberfläche der Phosphornitridscheiben gebildetes P₂O₅ Ca lOppm

und H₃PO₄ zusammen mit elementarem Phosphor p_e 170ppm

verdampfen und sich auf die Siliciumscheiben ab- gj 250DDm

scheiden. In diesem Falle kann die Diffusion des Phos- 4° „

phors in das Silicium in Abhängigkeit von dem Aus- liUppm

maß schwanken, in dem Phosphornitrid oxydiert ist. Ni 90ppm

Demzufolge ist es nach dem vorbekannten Verfahren Mn 80 ppm

nicht möglich, eine gleichförmig dotierte Silicium- N₃, K nicht nachweisbar

scheibe zu erhalten. 45 Teilchendurchmesser ... 0,5 mm oder weniger

Man könnte annehmen, daß die durch das Erhitzen
einer Phosphornitridscheibe in einer feuchten oder
oxydierenden Atmosphäre gebildeten Produkte P₂O₅

und H₃PO₄ ein Kleben, Quellen oder Verbiegen der Die Pulvermiscliang wird dann in der Hitze verScheiben beim Erhitzen verursachen würden. Dieses 50 preßt, indem man die Mischung in eine Graphitform Phänomen ist jedoch von keinerlei Bedeutung. Ob- einbringt und in einer Stickstoff-Gasatmosphäre wähwohl der größere Teil der durch Oxydation gebildeten rend 30 Minuten bei 850⁰C einen Druck von 80 kg/cm² Produkte P₂O₅ und H₃PO₄ während des Diffusions- einwirken läßt. Der in dieser Weise erhaltene heißprozesses verdampft wird, reagiert das gegebenenfalls gepreßte Körper besitzt einen Außendurchmesser von verbleibende P₂O₅ mit dem in der erfindungsgemäßen 55 45 mm und eine Länge von 60 mm. Das Produkt beScheibe enthaltenen SiO₂ unter Ausbildung von sitzt eine Dichte von 1,35 g/cm³ und eine Shore-Härte Siliciumphosphat. Da das Material in dieser Weise von 35. Anschließend wird das heißgepreßte Produkt stabilisiert wird, kann das P₂O₅ seine hygroskopischen unter Verwendung einer Diamant-Schneideinrichtung Eigenschaften nicht entfalten. Daher kann die Bildung zu Phosphornitridscheiben mit einem Durchmesser von von P₂O₅ oder H₃PO₄ ein Quellen oder Verbiegen beim 60 45 mm und einer Dicke von 1,0 mm zerschnitten. Die Erhitzen nicht bewirken. Dies bedeutet, daß das ein- Phosphornitridscheiben werden abwechselnd neben gearbeitete SiO₂ zusätzlich zu der Wirkung als Binde- Siliciumscheiben in ein mit Nuten versehenes Quarzmittel für das Phosphornitridpulver das P₂O₅ sta- schiffchen gestellt. Dann werden die Scheiben in ein bilisiert. auf 800° C erhitztes Quarzrohr eingebracht. Anschlie-

AIs oxydierende Atmosphäre kann man ein Inertgas 65 ßend wird Stickst off gas, das bei 1⁰C mit Wasserdampf

verwenden, das Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff ent- gesättigt ist, in einer Menge vom 1 l/min in das Rohr

hält. Wenn eine Vorbehandlung erfolgt, bei dem die eingeführt, was während 30 Minuten erfolgt, wobei

PhosDhornitridscheibe vor der Diffusion des Phos- der Phosphor in das Silicium ein diffundiert. Anschlie-

ßend werden die Scheiben aus dem Quarzrohr entnommen, worauf nur die Siliciumscheiben in ein Quarzrohr eingebracht werden, das dann während 30 Minuten in einen auf 1200⁰C geheizten Ofen eingebracht wird, währenddem ein Stickstoffstrom ein- S geleitet wird, was zur Folge hat, daß eine Umverteilung des Phosphors in den Siliciumscheiben erfolgt. Nach dem Ätzen der Oberflächen der Siliciumscheiben mit einer wäßrigen Fluorwasserstoffsäure wird der Oberflächenwiderstand der Scheiben be- ίο stimmt. Es ist festzustellen, daß sich ein gleichmäßiger η-leitender Bereich gebildet hat und das Produkt einen Widerstand von 2,0 ± 0,1 Ohm D besitzt.

Die gebrauchten Phosphornitrid-Scheiben zeigten keine Verformung, wie eine Verbiegung oder ein Quellen, und behielten ihre glatte Oberfläche bei.

Beispiel 2

65 Gewichtsteile Phosphornitrid-Pulver, das in gleieher Weise wie im Beispiel 1 angegeben hergestellt wurde, werden mil 35 Gewichtsteilen Siliciumdioxyd (erhalten nach einem Trockenverfahren") vermischt. Die Mischung wird in eine Graphitform mit einem inneren Durchmesser von 45 mm eingebracht und in einer Argonatmosphäre während 45 Minuten bei 800⁰C und bei einem Druck von 150 kg/cm² heißverpreßt. Der in dieser Weise erhaltene heißgepreßte Körper (45 mm Durchmesser und 55 mm Länge) besitzt eine Dichte von 1,43 g/cm³ und eine Shore-Härte von 45. Das Produkt wird dann zu Scheiben (45 mm Durchmesser, 1 mm Dicke) zerschnitten, die dann bei 850^cC vorbehandelt werden, indem man während 1 Stunde einen Stickstoff-Gasstrom einführt, der mit Wasserdampf von 20⁰C gesättigt ist. Die vorbehandelten Scheiben werden mit Siliciumscheiben alternierend in ein mit Nuten versehenes QuarzschirTchen eingebracht und in ein Quarzrohr überführt, das während 30 Minuten in einem Diffusionsofen bei einer Temperatur von 800⁰C belassen wird, währenddem ein trockener Stickstoffstrom in einer Menge von 2,0 l/min eingeführt wird. Nach der Behandlung werden die Scheiben aus dem Quarzrohr entnommen und mit einer wäßrigen Fluorwasserstoffsäure angeätzt, um die Abscheidungen auf der Oberfläche zu entfernen. Danach werden die Scheiben einer zweiten oder Umverteilungsstufe während 30 Minuten in Stickstoffgas bei 115O⁰C unterzogen. Die hierbei erhaltenen Siliciumscheiben besitzen einen einheitlichen n-leitenden Bereich und einen Oberflächenwiderstand von 37,5 ± 0,5 Ohm/D.

Beispiel 3

Man vermischt 90 Gewichtsteile Phosphornitrid-Pulver, das man in gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt hat, und 10 Gewichtsteile Siliciumdioxyd (erhalten nach einem Trockenverfahren) und verpreßt das vermischte Pulver in einer Graphitform (mit einem inneren Durchmesser von 50 mm) bei 900⁰C während 30 Minuten unter einer Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 80 kg/cm². Der in dieser Weise erhaltene heißgepreßte Körper (Durchmesser 50 mm, Länge 65 mm) besitzt eine Dichte von 1.29 g/cm³ und eine'Shore-Härte von 28. Aus diesem Körper werden Scheiben mit einer Dicke von 1 mm herausgeschnitten und in einer Gasmischung aus 5°_n Sauerstoff und 95"" Stickstoff während 30 Minuten bei einer Temperatur von 75O°C vorbehandelt. In gleicher Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, wird dann mit den so behandelten Scheiben die Phosphordiffusion bewerkstelligt. Die Untersuchung zeigte, daß die erhaltenen Siliciumscheiben einen gleichmäßigen η-leitenden Bereich und einen Oberflächenwiderstand von 36,9 4- 4 Ohm/D aufweisen.

Beispiel 4

Man vermischt 40 Gewichtsteile des gemäß Beispiel 1 hergestellten Phosphornitrid-Pulvers mit 60 Gewichtsteilen Siliciumdioxyd (erhalten nach einem Trockenverfahren) iind preßt die Mischung in einer Stickstoff-Gasatmosphäre unter Verwendung einer Graphitform während 30 Minuten bei einem Druck von 150 kg/cm² und einer Temperatur von 900°C. Die heißgepreßten Körper (Durchmesser 50 mm, Länge 65 mm) besitzen eine Dichte von 1,23 g/cm³ und eine Shore-Härte von 55. Aus diesen Körpern werden Scheiben mit einer Dicke von 1 mm herausgeschnitten. Ohne Vorbehandlung der Scheiben wird die Phosphordiffusion in Siliciumscheiben während 60 Minuten bei 85O°C bewirkt, wobei Stickstoffgas eingeführt wird, das mit Wasserdampf von 5° C gesättigt ist. Diese Siliciumscheiben werden in gleicher Weise, wie im Beispiel 1 (zweite Stufe) angegeben, einer Umverteilung unterzogen. Es läßt sich feststellen, daß man ein Produkt mit einem gleichmäßigen η-leitenden Bereich und einem Oberflächenwiderstand von 1,7 ± 0,1 Ohm/D erhalten hat.

Beispiel 5

Eine Mischung aus 80 Gewichtsteilen Phosphornitrid und 20 Gewichtsteilen Siliciumdioxyd (erhalten nach einem Trockenverfahren) verpreßt man in der Hitze während 10 Minuten bei 750°C und einem Druck von 200 kg/cm² in einer Graphitform, wobei man in einer Stickstoff-Gasatmosphäre arbeitet. Die in dieser Weise erhaltenen heißgepreßten Körper (Durchmesser 40 mm, Länge 55 mm) mit einer Dichte von 1,31 g/cm³ und einer Shore-Härte von 32 werden in mehrere Scheiben mit einer Dicke von 1 mm zerschnitten. Die Scheiben werden dann während 2 Stunden in einer Gasmischung aus 1 % Sauerstoff und 99% Stickstoff bei 700⁰C vorbehandelt. Unter Verwendung der vorbehandelten Scheiben wird Phosphor während 30 Minuten bei 800°C in einem Stickstoffgasstrom, der mit Wasserdampf von 0⁰C gesättigt ist, in Siliciumscheiben eindiffundiert. Anschließend werder die Siliciumscheiben ohne Ätzen auf 1050°C erhitz; und 15 Minuten in einer Stickstoff-Gasatmosphän bei dieser Temperatur belassen, um eine Umverteiluni des Phosphors in den Siliciumscheiben zu bewirken Es läßt sich feststellen, daß sich in den Silicium scheiben ein gleichmäßiger η-leitender Bereich ge bildet hat, während das Produkt einen Oberflächen widerstand von 320 Ohm/D besitzt,

Beispiele 6, 7 und 8

Man vermischt 80 Gewichtsteile Phosphornitric Pulver mit 20 Gewichtsteillen Siliciumdioxyd (erhalte nach einem Trockenverfahren) und verpreßt das gf mischte Pulver während 30 Minuten bei 89O°C untt einer Stickstoff-Gasatmosphäre bei einem Druck vo 80 kg/cm² in einer Graphitform. Die in dieser Wei: gebildeten heißgepreßten Körper besitzen einen Durcl

messer von 55 mm und eine Länge von 65 mm, eine Dichte von 1,30 g/cm³ und eine Shore-Härte von 33. Die Körper werden zu Scheiben mit einer Dicke von 1 mm zerschnitten. Unter den in der folgenden Tabelle II angegebenen Bedingungen wurde die Diffusion von Phosphor in Siliciumscheiben durchgeführt. In

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allen Fällen konnte die Bildung eines gleichmäßigen η-leitenden Bereiches festgestellt werden.

Nach der Verwendung zeigten die Phosphornitridscheiben keinerlei Quellung oder Verbiegungserscheinungen und besaßen Oberflächen mit ausgezeichnetem Aussehen.

Tabelle II Bei- Vorbehandlung Diffusion (1. Stufe) Ätzen Diffusion (2. Stufe) Oberfiächen-

Atmo- Tempe- Zeit Atmo- Tempe- Zeit ^{nacn der} Atmo- Tempe- Zeit widerstand

sphäre ratur sphäre ratur !.Stufe sphäre ratur

	(°C)	(Std.)	(⁰C)	(Min.)
N₂ gesättigt mit H₂O bei 20°C	600	1,0	0,1% O₂ 700 99,9% N₂	30
N₂ gesättigt mit H₂O bei 15°C	800	1,0	trockener N₂ 750	30
5% O₂ 95% N₂	550	2,5	N₂ 600 gesättigt mit H₂O bei 0⁰C	15

derSiliciumscheibe
(⁰C) (Min.) (Ohm/cm²)

nein N₂ 1050 15

410 ± 5

ja N₂ 1200 30

ja N₂ 1100 30

83 + 1,5

1130 + 2.5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche·

1. Scheibenförmige Phosphor-Dotierstoffquelle, dadurchgekennzeichnet.daßsie durch Vermischen von 30 bis 95 Gewichtsprozent Phosphornitrid und 70 bis 5 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd und Verpressen der Mischung in der Hitze erhalten worden ist.

2. Verfahren zur Herstellung der scheibenförmigen Phosphor-Dotierstoffquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 95 bis 30 Gewichtsteile Phosphornitrid-Pulver mit 5 bis 70 Gewichtsteilen Siliciumdioxydpulver vermischt, die Pulvermischung bei 70C bis 950° C und bei einem Druck von 50 bis 500 kg/cm² während 5 bis 60 Minuten in einer inerten Atmosphäre verpreßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein mit einem Trockenverfahren hergestelltes Siliciumdioxyd einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die scheibenförmige Phosphor-Dotierstoffquelle mit einem Inertgas, das mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 0 bis 30⁰C gesättigt ist, 0,5 bis 3,0 Stunden bei 500 bis 900° C behandelt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die scheibenförmige Phosphor-Dotierstoffquelle mit einer Gasmischung aus 0,1 bis 10 Volumprozent Sauerstoff und 99,9 bis 90 Volumprozent eines Inertgases 0,5 bis 3,0 Stunden bei 500 bis 900° C behandelt.

6. Verwendung der scheibenförmigen Phosphor· Dotierstoffquelle nach Anspruch 1 zur Phosphor-Dotierung in einem Inertgasstrom, der mit Wasserdampf mit einer Temperatur von 0 bis 30° C gesättigt ist.

7. Verwendung der scheibenförmigen Phosphor-Dotierstoffquelle nach Anspruch 1 zur Phosphor-Dotierung in einem Gasstrom, der aus einem Inertgas und mindestens 0,1 Volumprozent Sauerstoff besteht.