DE2427646A1

DE2427646A1 - Verfahren zum gezielten einbringen von dotierungsmaterial in einen halbleiterkristallstab

Info

Publication number: DE2427646A1
Application number: DE19742427646
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Burtscher; Ernst Haas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1976-01-02

Description

Verfahren zum gezielten Einbringen von Dotierungsmaterial in einen Halbleiterkristallstab.
Das Hauptpatent ... (P 24.15.717.3) betrifft ein Verfahren zum gezielten und reproduzierbaren Einbringen von Dotierungsmaterial in einen Halbleiterkristallstab, insbesondere in einen Siliciuineinkristallstab, durch tiegelfreies Zonenschmelzen des an seinen Enden senkrecht gehalterten Halbleiterstabes mit einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung, bei dem vor dem Zonenschmelzen das Dotierungsmaterial entsprechend einem in Bezug auf die gewünschte Dotierungskonzentration vorgegebenen Programm in die oberflächennahe Schicht des Halbleiterstabes eingebracht und unter Verwendung der dotierten Oberflächenschicht als Dotierstoffquelle das Dotierungsmaterial durch das tiegelfreie Zonenschmelzen über den Querschnitt des Halbleiterstabes vergleichmäßigt wird.
Durch das Verfahren nach dem Hauptpatent ist es möglich, eine gezielte Dotierung auf einfache und rationelle Weise längs eines Siliciumstabes herzustellen, wobei auch die Möglichkeit gegeben ist, die Dotierstoffkonzentratlon längs des Stabes zu variieren, um sowohl Segregations und Abdampfeffekte als auch den Dotierungsverlauf eines hochohmigen Ausgangsstabes entsprechend zu berücksichtigen, so daß die gewünschte Zieldotierung entlang der Stabachse homogen wird.
Die Dotierstoffatome werden zuerst in eine dünne Mantelzone des Stabes in das Kristallgitter eingebaut und dann durch das Zonenziehen in einem weiteren Verfahrensschritt über den Stabquerschnitt verteilt. Die Höhe der Dotierungskonzentration wird eingestellt über die Dicke und die Konzentration des in der oberflächennahen Schicht befindlichen Dotierstoffes.
Im Rahmen des Hauptpatentes liegt es, das Dotierungsmaterial durch Ionenimplantation oder Sindiffusion von Dc tierstoffen in die oberflächennahe Zone, gegebenenfalls über eine aufgeschmolzene Oberflächenschicht, einzubauen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen anderen Weg zur Einbringung des Dotierstoffes in die oberflächennahe Zone und löst die gestellte Aufgabe der gezielten und reproduzierbaren Dotierung in einem Elalbleiterkristallstab durch tiegelfreies Zonenschmelzen dadurch, daß erfindungsgemäß das Dotierungsmaterial durch elastischen Stoß von geladenen Teilchen mit auf die Staboberfläche aufgebrachtem Dotierstoff in die oberflächennahe Schicht des Halbleiterstabes eingebracht wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß bei Verwendung von Silicium als Halbleitermaterial als Dotierstoff Bor- oder Phosphorverbindungen entweder durch Aufpinseln ihrer Lösungen oder als Emulsionen mit einem leicht verdampfbaren Lösungsmittel auf die Staboberfläche aufgebracht oder aufgedampft werden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß geladene Teilchen verwendet werden, welche z.B. in van de Graff'schen Beschleunigern oder ähnlichen bekannten Anlagen erzeugt werden.
Zur Vermeidung des unervlünschten Abdampfen des Dotierungsmaterials aus der dotierten oberflächennahen Schicht während des Zonenschmelzens kann die Eindringtiefe des Dotierungsmaterials längs des Stabes durch Erhöhung der Teilchenenergie bis auf maximal 100/um eingestellt und auch variiert werden. Durch das Eintreiben in tiefere Schichten wird verhindert, daß der Dotierstoff beim Zonenziehen von der Oberfläche abdampfen kann.
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, die Oberfläche eines Halbleiterstabes gezielt bis zu 0,1 mm Tiefe mit dem gewünschten Dotierstoff zu belegen und anschließend den Dotierstoff durch das tiegelfreie Zonenschmelzen auf den gesamten Stabquerschnitt zu verteilen. Das sich längs der Stabachse auf Grund der Verteilungskoeffizienten und von Ausdampfeffekten ergebende Konzentrationsprofil wird dadurch verhindert, daß eine entsprechende Steuerung bei der Dotieratofferzeugung längs der Stabachse erfolgt.
Ausführungsbeispiel: Zur Erzeugung einer n-Dotierung in einem Siliciumstab mit Phosphor wird für eine maximale Eindringtiefe von 1,1/um eine Bestrahlung mit 3 MeV Deuteronen, für eine Eindringtiefe von 2i3/um eine Bestrahlung mit 10 MeV Deuteronen eingestellt.
Zur Erzeugung einer p-Dotierung mit Bor gilt: Bestrahlung mit 3 MeV Deuteronen = 6,8/um, Bestrahlung mit 10 MeV Deuteronen = 14/um, Bestrahlung mit 3 MeV 'He-Teilchen = 8/um, /UYi Bestrahlung mit 10 MeV 'He-Teilchen = 17/um.
In der Figur ist eine Anordnung dargestellt, mittels welcher das Dotierungsmaterial durch elastischen Stoß von geladenen Teilchen mit auf die Staboberfläche aufgebrachtem Dotierstoff in die oberflächennahe Schicht des Siliciumstabes eingebracht wird. Dabei ist ein mit einer Stabhalterung 2 versehener Rezipient 3 dargestellt, der mit einer Deuteronenquelle 4 gekoppelt ist.
In dem Rezipienten 3 befindet sich ein senkrechtstehender, an seinem unteren Ende in die Halterung 2 eingespannter, axial verschiebbarer und um seine Langsachse drehbarer (s. Pfeile5), auf seiner Mantelfläche mit Phosphor 8 in einer Schichtstärke von max. 5/um bedampfter Siliciumstab 6. Die Eintreibung des Phosphors 8 in den Stab 6 erfolgt in der Weise, daß der rotierende Siliciumstab 6 am ruhenden, in der Deuteronenquelle erzeugten Deuteronenstrahl 7 vorbeigezogen wird. Das Dotierungsprofil wird dann außer durch den Deuteronenfluß auch durch die Drehzahl und den Vorschub des Stabes bestimmt und kann entlang der Stabachse entsprechend einem gewünschten Programm variiert werden.
Der anschließende Zonenschmelzprozeß wird in bekannter Weise durchgeführt.
4 Patentansprüche 1 Figur.

Claims

Pat entansprüche

1. Verfahren zum gezielten und reproduzierbaren Einbringen von Dotierungsnaterial in einen Halbleiterkristallstab, insbesondere in einen Siliciumeinkristallstab, durch tiegelfreies Zonenschmelzen des an seinen Enden senkrecht gehalterten Halbleiterstabes mit einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung, bei dem vor dem Zonenschmelzen das Dotierungsmaterial entsprechend einem in Bezug auf die gewünschte Dotierungskonzentration vorgegebenen Programm in die oberflächennahe Schicht des Halbleiterstabes eingebracht und unter Verwendung der dotierten Oberflächenschicht als Dotierstoffquelle das Dotierungsmaterial durch das tiegelfreie Zonenschmelzen über den Querschnitt des Halbleiterstabes vergleichmäßigt wird, nach Patent ..0..(Patentanmeldung P 24.15.717.3 = VPA 74/1054) d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Dotierungsmaterial durch elastischen Stoß von geladenen Teilchen mit auf die Stababerfläche aufgebrachtem Dotierstoff in die oberflächennahe Schicht des Halbleiters-tabes eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Dotierstoff durch Aufpinseln oder Aufdampfen auf die Staboberfläche aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß bei Verwendung von Silicium als Halbleitermaterial als Dotierstoff Bor- oder Phosphor verbindungen aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e -k e n n z e ich n e t, daß geladene Teilchen verwendet werden, welche z.B. in van de Graff'schen Beschleunigern oder ähnlichen bekannten Anlagen erzeugt werden.