DE2753488C2 - Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung

Info

Publication number
DE2753488C2
DE2753488C2 DE2753488A DE2753488A DE2753488C2 DE 2753488 C2 DE2753488 C2 DE 2753488C2 DE 2753488 A DE2753488 A DE 2753488A DE 2753488 A DE2753488 A DE 2753488A DE 2753488 C2 DE2753488 C2 DE 2753488C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
neutron
fast neutrons
irradiation
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2753488A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2753488A1 (de
Inventor
Heinz Dipl.-Phys. Dr. 8263 Burghausen Herzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Wacker Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Siltronic AG filed Critical Wacker Siltronic AG
Priority to DE2753488A priority Critical patent/DE2753488C2/de
Priority to US05/889,172 priority patent/US4260448A/en
Priority to JP53127443A priority patent/JPS5814066B2/ja
Priority to DK534978A priority patent/DK153429C/da
Priority to IT52132/78A priority patent/IT1106372B/it
Priority to FR7833794A priority patent/FR2410871A1/fr
Priority to GB7846933A priority patent/GB2012482B/en
Publication of DE2753488A1 publication Critical patent/DE2753488A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2753488C2 publication Critical patent/DE2753488C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/261—Bombardment with radiation to produce a nuclear reaction transmuting chemical elements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/06—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by neutron irradiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Dotierverfahren fuer Silicium auf der Basis der neutroneninduzierten Kernumwandlung von Silicium in Phosphor zu finden, bei welchem die Kristallperfektion des eingesetzten Materials so weit erhalten bleibt, dass es auch ohne zwischengeschobene aufwendige Temperprozesse, insbesondere bei hohen Temperaturen ueber 1.000 Grad C als Grundmaterial fuer Halbleiterbauelemente bester Qualitaet eingesetzt werden kann. Geloest wird diese Aufgabe dadurch, dass je hoeher der beabsichtigte spezifische Widerstand des bestrahlten Siliciums, je geringer also die Anzahl Phosphoratome und damit die einwirkende Neutronendosis sein soll, ein um so hoeheres Verhaeltnis von thermischen zu schnellen Neutronen in dem auf das bestrahlte Siliciumwerkstueck einwirkenden Neutronenfluss eingestellt wird. Gemaess der Erfindung werden dabei fuer bestimmte Dosisbereiche nur ganz bestimmte Anteile an schnellen Neutronen zugelassen, was durch geeignete Moderatoren im Reaktor realisiert wird. Hierdurch wird der bei hoeheren Zielwiderstaenden zunehmend stoerende Einfluss der durch die schnellen Neutronen induzierten Strahlenschaeden auf ein annehmbares Mass herabgesetzt. ...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von η-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung, bei welchem in Silicium durch Kernumwandlung Phosphoratome erzeugt werden, wobei ein bestimmtes Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen eingestellt wird und sich die Anzahl der pro era3 erwünschten Phosphoratome N;lp nach der Beziehung
N:ι,, = N,„Si · σ- Φ · /
berechnet, worin N5„sj die Anzahl der'"Si-Isotope pro cm', σ = 0,13 barn der Wirkungsquerschnitt, Φ die Fluß-
.>D dichte in thermischen Neutronen pro cm: und / die Bestrahlungszeit in Sekunden bedeuten, und bei welchem nach der Neutronenbestrahlung ein Temperprozeß bei einer Temperatur zwischen 700 und 8500C durchgeführt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus »TEEE Transactions en Electron Devices«, Vol. ED-23, No. 8, August 1976, S. 797-802, bekannt.
Für die Herstellung von Halbleiterbauelementen in der Elektronikindustrie werden in hohem Maße Siliciumkristalle eingesetzt, die durch tiegelloses Zonenschmelzen hergestellt werden. Die Dotierung der solcherart hergestellten Siliciumkristalle mit Phosphor zur Einstellung einer elektrischen Leitfähigkeit vom η-Typ kann dabei nach herkömmlicher Art und Weise, entweder durch die sogenannte »Seelen-Dotierung«, d. h. durch Eingabe des Dotierstoffes im Vorstab oder durch geeignete Zugabe während des Zonenziehverfahrens erfolgen. Beide
■40 Verfahren führen jedoch zu einer inhomogenen Dotierstoffverteilung im aufwachsenden Siliciumeinkristall, und zwar im makroskopischen wie auch im mikroskopischen Sinne. Die inhomogene makroskopische Verteilung äußert sich dabei im Auftreten eines radialen Gradienten des elektrischen Widerstandes, während die inhomogene mikroskopische Verteilung zur Ausbildung von »slriations« führt, worunter Mikrofluktuationen des spezifischen elektrischen Widerstandes durch inhomogenen Dotierstoffeinbau verstanden werden.
Derartige Inhomogenitäten bezüglich des Dotierstoffeinbaus können jedoch durch ein drittes Dotierverfahren, welches im Prinzip schon seit längerer Zeit bekannt ist und erstmals von M.Tannenbaum und A. D. Mills im J. Electrochcm. Soc. Vol. 108. S. 171-176, 1961, beschrieben ist, vermieden werden. Dieses Verfahren basiert auf der striations-freien Phosphordoticrung von Silicium vermittels Kernumwandlung über die Neutroneneinfangreaktion:
30s, + π -> 31S, + )■ > 3I1, + IS
Der gewünschte Widerstand wird bei diesem Verfahren auf einfache Weise durch Bestimmung des wirksamen Neutronenflusses Φ und der Bestrahlungszeit ι nach der Beziehung
Ν·.,,, = N.„Si · σ ■ Φ ■ ι
wobei Ν-.,,, die Anzahl der gewünschten Phosphoratome und <7gleichO,13 barn gleich dem Wirkungsquerschnitt für die Einfangsreaktion bedeuten, eingestellt.
mi Eine elektrische Widerstandsbestimmung direkt nach der Bestrahlung ist allerdings nicht möglich, da durch verschiedene Prozesse während der Bestrahlung im Silicium ein Strahlenschadcn erzeugt wird, wclcherdic elektrischen Eigenschaften verfälscht h/w. überdeckt. Durch den Einläng eines Neutrons nimmt das betreuende Siliciumatom die kinetische Energie dieses Neutrons als Rückstoßenergie au fund wird dabei einige N ach ha rsi Iiciumatome aus dem Gilterplat/ stoßen und somit sogenannte Erenkeldcfektc verursachen. Auch duich die bei
(ö der Reaktion auftretende /(-Strahlung werden zusätzlich Krenkcldclekte erzeugt. Neben diesen vergleichsweise harmlosen Strahlenschäden, die bereits bei wenigen hundert Grad, meist schon im Reaktor selbst, wieder aushilen, treten durch die Gegenwart von schnellen Neutronen in der verwendeten Neutronenstrahlung jedoch ganz gravierende Kristallfehler auf. So werden beispielsweise durch zentrale Stöße von schnellen Neutronen
mit den Atomkernen von Siliciumatomen - den sogenannten Head-on-Kollisionen - pro Stoß bis zu 2000 SiIiciumatome in der direkten Umgebung eines solchen Ereignisses aus ihrem Gitterplatz gestoßen. Diese enorm hohe Anzahl von Leerstellenplätzen und Zwischengitteratomen führt dabei zu einer spontanen Verclustcrung an dieser Stelle. Außerdem führen die schnellen Neutronen zu Transferreaktionen, beispielsweise nach dem Muster
Hierbei handelt es sich um Reaktionen, bei welchen geladene Teilchen hoher Energie entstehen, nämlich j α-Teilchen und Protonen im MeV-Bereich, sowie Magnesium und Aluminiumionen im einige 100-KeV-Bereich.
Diese Teilchen fliegen wie Projektile durch das Siliciumgitter und ihre Abbremsung hinterläßt im Kristall eine erhebliche Gitterunordnung. Unter schnellen Neutronen werden dabei allgemein solche verstanden, deren kinetirche Energie über 0,1 MeV liegt, während sich an diesen Wert nach unten die mittelschnellen und langsamen Neutronen anschließen, wobei für letztere als Obergrenze etwa 1 cVanzusetzen ist. Thermische Neutronen sind Neutronen, die sich im thermischen Gleichgewicht mit dem umgebenden Medium befinden.
Aufgrund dieses, durch die Bestrahlung im Silicium auftretenden relativ komplexen Gitterschadens mit seiner hohen Anzahl von Defekten und dadurch erzeugten tiefen Niveaus, werden die elektrischen Eigenschaften des Kristalls verfälscht und der beabsichtigte Ziel widerstand kann dabei zu mehreren Zehnerpotenzen höheren Wertes verschoben sein.
Zur Erzielung des gewünschten Erfolgs bei der Dotierung durch Einwirkung von Neutronenstrahlen müssen :5 daher die bestrahlten Siliciumkristalle bei allen derzeit bekannten Verfahren einem Wärmeprozeß unterzogen werden, um die durch Reaktion erzeugten Phosphoratome substitutioneil im Siliciumgittereinzubauen und den durch die Bestrahlung verursachten Strahlenschaden auszuheilen.
Mit dem aus »IEEE Transactions on Electron Devices«, aaO bekannten gattungsgemäßen Verfahren läßt sich phosphordotiertes Silicium über einen Widerstandsbereich von 5-500 U cm durch neutroneninduzierte Kernumwandlung bei einem konstanten Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen von 3300 herstellen. Die anschließende Temperaturbehandlung wird bei 7500C durchgelührt, womit eine vollständige Widerstands-Ausheilung erreicht wurde. Dieses Verfahren erfordert jedoch teilweise sehr lange Bestrahlungszeiten und gestattet nur eine eingeschränkte Nutzung der verfügbaren Reaktorkapazität, so daß es für eine wirtschaftliche Herstellung von homogen dotiertem Silicium in größeren Mengen nicht in Frage kommt.
Die Aufgabe der Erfindung war es, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß unter Ausnutzung der Reaktorkapazität eine wirtschaftliche Herstellung von homogen dotiertem Silicium ermöglicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem ersten Zielbereich mit einer Anzahl Phosphoratome N511, < 5 x 10'! cm"' das Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen zwischen 1000 und 1200, in einem zweiten Zielbereich mit einer Anzahl -ίο Phosphoratome N1:„ zwischen 5 x 101' und I x 10'4 cm"' dieses Verhältnis zwischen 10 und 100 und in einem dritten Zielbereich N3I1, > 1 x 1014 cm"3 dieses Verhältnis bei etwa ' eingestellt wird.
Überraschend wurde nämlich gefunden, daß Tür bestimmte Zielbereiche des spezifischen Widerstandes ein derart hohes Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen von 3300 nicht erforderlich ist und trotzdem ein einheitliches Temperverfahren bei niedriger Temperatur aufrechterhalten werden kann. Damit ist daserfindungsgemäße Verfahren, bei dem das Silicium in drei Zielbereiche je nach der Anzahl der erwünschten Phosphoratome eingeteilt wird, für eine wirtschaftliche Anwendung zugänglich gemacht worden.
Gemäß der Erfindung werden dabei für bestimmte Zielbereiche nur ganz bestimmte Anteile an schnellen Neutronen zugelassen, was durch geeignete Moderatoren im Reaktor realisiert wird. Hierdurch wird der bei höheren Zielwiderständen zunehmend störende Einfluß der durch die schnellen Neutronen induzierten Strah- so lenschäden auf ein annehmbares Maß herabgesetzt.
Dabei wird bei einer Anzahl der pro cm' erwünschten Phosphoratome N-,,,, von weniger als 5 x 101', entsprechend also einem beabsichtigten Widerstand von mehr als 10012 cm, ein Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen eingestellt, welches zwischen 1000 und 1200 liegt, während bei einer Anzahl der pro cm3 erwünschten Phosphoratome N,|P von 5 x 10" bis 1 x ΙΟ14 ein Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen eingestellt wird, das zwischen 10 und 100 liegt. Bei hochdotiertem Material, also bei Silicium, bei welchem die Anzahl der pro cm3 erwünschten Phosphoratome Ν,ι,, zwischen 1 x 1014 und 5 x 10" liegt, ist der Anteil schneller Neutronen bei der Bestrahlung nicht mehr so kritisch und es genügt hier ein Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen, welches bei etwa 1 liegt. Für höhere Dotierungen von Silicium mit Phophor müssen allgemein so hohe Strahlendosen angewandt werden, daß eine Reihe von Sekundärreaktionen, die zu !angle- M) bigen Nukleiden führen, das Verfahren beschränken. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, die Dotierung nach herkömmlichen Verfahren durchzuführen, beispielsweise durch Zugabe von Phosphor in die Schmelze beim Tiegelziehverfahren nach Czochralski. Eine Begradigung des bei diesem Verfahren über die Stablänge, gegen Stabende ansteigenden Dotierprofils könnte dann ggf. im Reaktor durch neutroneninduzierte Kernumwandlung vorgenommen werden. (,>
Für die Bestrahlung des Ausgangsmaterials wird entsprechend dem Zielwiderstand bzw. der Gesamtdosis an thermischen Neutronen der jeweils zulässige Anteil an schnellen Neutronen vorgeschrieben und die Bestrahlung in den Reaktorstationen gemäß den Angaben wie Gesamtdosis und Mindestverhältnis zwischen ther-
mischen und schnellen Neutronen durchgeführt. Das erwünschte Verhältnis thermischer zu schnellen Neutronen wird dabei durch Moderatoren, die zwischen Strahlungsquelle und zu bestrahlendem Silicium eingeschoben werden, eingestellt. Bei niedrigen Zielwiderständen, also beispielsweise beabsichtigten spezifischen Widerständen von 20 <jcm oder weniger, entsprechend einer Phosphorkonzentration von einigen 1O14 Atomen pro cm' oder mehr, kann das zu bestrahlende Silicium direkt in das Core eines Leichtwasserreaktors gehängt werden, in welchem ein Verhältnis langsamer zu schnellen Neutronen von ca. 1 typisch ist. Ist ein höherer spezifischer Widerstand des bestrahlen Siliciums beabsichtigt, für welchen das Verhältnis thermischer zu schnellen Neutronen zwischen 10 und 100 sein soll, so kann in diesem Fall der Siliciumstab beispielsweise in das Core eines Schwerwasserreaktors gehängt werden oder, bei Verwendung eines Leichtwasserreaktors, wird zwischen Strahlungsquelle und zu bestrahlendem Siliciumwerkstück eine Graphitschicht in der erforderlichen Dicke zwischeigestellt, durch welche ein Teil der schnellen Neutronen abgebremst wird. Für die bevorzugte Herstellung von hochohmigem Silicium mit einer Phosphorkonzentration von weniger als 5 x 10'; Phosphoratomen pro cm', entsprechend einem beabsichtigten spezifischen Widerstand von mehr als 100 <i cm, ist es auf jeden Fall erforderlich, einen Großteil der schnellen Neutronen durch Zwischenschaltung zwischen Strahlungsquelle und zu bestrahlendem Silicium eines schnelle Neutronen abbremsenden Materials entsprechender Dicke, beispielsweise einer entsprechenden Graphit- oder Schwerwasserschicht, abzubremsen, so daß sich ein Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen einstellt, welches zwischen 1000 und 1200 liegt. In diesem Fall empfiehlt es sich besonders, die Bestrahlung im Graphitmantel eines Schwerwasserreaktors vorzunehmen. Als Strahlungsquelle eignen sich dabei sowohl Kernreaktoren mit konstantem wie auch mit pulsierendem Neutronenfluß. Zur Erzielung einer möglichst axialen Widerstandsverteilung in dem zu bestrahlenden Siliciumwerkstück empfiehlt es sich dabei besonders, die Bestrahlung im flachen Bereich des Neutronenflusses, also im flachen Bereich der Neutronenflußkurve mit entsprechend gleichmäßiger Neutronenkonzentration vorzunehmen. Zur Erzielung ebener axialer Widerstandsverteilungen bietet sich aber auch die Möglichkeit, die Bestrahlung im etwa linear abfallenden Bereich der Neutronenflußdichte durchzuführen und nach der Hälfte der Bestrahlungsdauer das Bestrahlungsgut einmal um die Längsachse zu drehen und dann die Bestrahlung zu Ende zu bringen. Wird vom Weiterverarbeiter ein Siliciumstab mit einer über die Stablänge ansteigenden axialen Widerstandsverteilung gewünscht, so empfiehlt sich die Bestrahlung entsprechend im abfallenden Bereich der Neutronennußdichte.
Vor der Bestrahlung wird das Material allgemein mit hochreinen Säuren oder vorteilhaft Säuregemischen geätzt bzw. chemisch poliert, um die Oberfläche frei von Verunreinigungen zu machen, welche sonst zu langlebigen radioaktiven Isotopen umgewandelt werden wurden. Als Säuren, die dabei einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden können, eignen sich dabei besonders Salpetersäure und Flußsäure, ggf. im Gemisch mit Essigsäure. Anstelle von Salpetersäure kann auch vorteilhaft Wasserstoffperoxid eingesetzt werden.
Das zu bestrahlende Material kann während der Bestrahlung im Reaktor in vertikaler Richtung bewegt werden. außerdem hat es sich zur Unterstützung einer homogenen Bestrahlung bewährt, das Bestrahlungsgut im Neutronenfluß zu drehen. Der hierfür günstige Bereich reicht von einer einzigen Umdrehung während des ganzen Bestrahlungsvorganges bis zu etwa 60 U/min in Spezialfä'llen.
Bei sehr hohen Neutronendosen, also bei einem angestrebten niedrigen spezifischen Widerstand, kann es zur Verringerung der Bestrahlungszeit von Vorteil sein, mittels konventioneller Technik vordotiertes Material ein-
•4(1 zusetzen. Hierbei kann zwar ein Gradient im Widerstandsverlauf durch geeignete Bestrahlungsmaßnahmen korrigiert werden, nicht aber die sogenannten »striations«, wie sie bei herkömmlich dotiertem zonengezogenem Material auftreten.
Nach dem Abklingen der Radioaktivität des bestrahlten Materials unterhalb der Freigrenze von 2 x 10"' μ Curie pro Gramm kann das Material der Reaktorstation entnommen und weiterverarbeitet werden. Zur Enlfer-
■45 nung insbesondere metallischer Restverunreinigungen auf der Oberfläche empfiehlt sich dabei eine vorsorgliche Behandlung mit einer alkalischen Ätze, beispielsweise 5 bis 10%iger wäßriger Kalilauge bei erhöhter Temperatur von etwa 70 bis 100°C. Auf eine Temperung des solcherart hergestellten Materials kann gänzlich verzichtet werden, da die bei dem beschriebenen Verfahren auftretenden Kristallschäden bei den erhöhten Temperaturen, insbesondere bei den zur Herstellung von Bauelementen erforderlichen Diffusionsprozessen, ausheilen. Nachdem ohne Temperung der tatsächliche elektrische Widerstand nicht gemessen werden kann, wird in diesen Fällen der rein rechnerische, aus den Bestrahlungsbedingungen und der Vordotierung des Kristalls ermittelte Widerstandswert für die Fertigung von Halbleiterbauelementen eingesetzt. Zur Kontrolle kann es aber auch empfehlenswert sein, ein Testscheibchen aus einer bestrahlten Charge Tür einige Stunden, üblicherweise etwa 1 bis 8, vorzugsweise 3 bis 8 Stunden, bei einer Temperatur von etwa 700 bis 85O0C zu tempern und anschließend den spezifischen elektrischen Widerstand zu bestimmen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dabei möglich, für alle Widerstandsbereiche und Reaktorbedingungen ein einheitliches Temperverfahren bezüglich des Ausheilens von Strahlenschäden anzuwenden, wobei es natürlich unerheblich ist, ob dies nur zur Kontrolle des Widerstandes und damit der Bestätigung einer korrekt ausgeführten Bestrahlung im Kernreaktor durchgeführt wird, oder um einer Vereinfachung des gesamten Materialablaufes willen - generell mit
M) dem gesamten bestrahlten Material. Der Grund dafür, daß der tatsächliche Widerstand erst nach einer Temperung gemessen werden kann, liegt darin, daß das bestrahlte Silicium einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweist, der durch die Überlagerung der elektrischen Grundeigenschaften durch die Störungen im Kristallgitter erklärt werden kann. Ils konnte festgestellt werden, daß bei höheren Zielwiderständen in Abhängigkeit von dem Anteil an schnellen Neutronen im Neutroncnlluß während der Bestrahlung ein sogenanntes »inverses Aus-ιό heilen« auftritt, d. h. der unmittelbar nach der Bestrahlung gemessene sehr hohe Widersland lallt während des Temperns unter den beabsichtigten spezifischen elektrischen Widerstand und gehl erst bei noch höheren Temperaturen, üblicherweise über 1100 bis 12000C auf den eigentlichen Zielwert zurück. Bei hochohmigem Material findet außerdem eine Verschiebung der Ausheilschwelle zu höheren Temneniiuren stan wip Hipc auch in
der DE-OS 26 07 414 festgestellt wurde, in welcher vorgeschlagen wird, das Material bei einer Temperatur von etwa 12300C über 8 Stunden zu tempern, damit sich die elektrischen Meßwerte, insbesondere der spezifische elektrische Widerstand, nicht während der nachfolgenden Diffusionsprozesse noch verändern. Gemäß dem beschriebenen Verfahren, welches davon ausgeht, daß mit steigendem spezifischen Zielwiderstand der Anteil der schnellen Neutronen im Neutronenfluß während der Bestrahlung unterdrückt werden soll, daß also insbesondere bei sehr hohen spezifischen Zielwiderständen der Anteil der schnellen Neutronen im Neutronenfluß unter 0,1% gedruckt wird, gelingt es schon bei vergleichsweise niedrigen Tempertemperaturen von 700 bis 8500C, sämtliche, das elektrische Widerstandsverhalten des bestrahlten Kristalls beeinflussende Kristallschäden auszuheilen, so daß bei der Messung des bestrahlten Materials der endgültige Wert für den spezifischen elektrischen Widerstand gemessen werden kann, welcher sich durch nachfolgende erhöhte Wärmeprozesse nicht mehr ändert. Nachdem die auftretenden Kristallschäden schon bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen quantitativ ausgeheilt werden, kann, wie bereits angeführt, auf die Temperung verzichtet werden, da sie bei den nachfol|enden Diffusionsprozessen ohnehin ausgeheilt werden.
Für ganz spezielles Material mit sehr kleinen Toleranzen im Zielwiderstand kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Widerstandsgenauigkeit auch mehrmals angewendet werden, wobei man sich dann dem gewünschten Widerstandswert von höheren Werten her approximativ nähert. In diesem Fall muß das Material zwischen den einzelnen Bestrahlungsschritten natürlich getempert werden, um genauen Aufschluß über den jeweils erzielten spezifischen elektrischen Widerstand zu erhalten. Das erfindungsgemäße Dotierverfahren kann selbstverständlich immer dann mit Erfolg eingesetzt werden, wenn die Absicht besteht, in Silicium, gleich welcher Art, eine homogene Phosphorkonzentration einzubringen. Das Verfahren ist demnach nicht auf einkri- :o stalline Siliciumstäbe beschränkt, sondern gleichermaßen auf polykristallines Material jeglicher Form sowie auf gesägte, geläppte, polierte oder epibeschichtete Scheiben anwendbar.
Beispiel
Es wurden 15 zonengezogene hochohmige Siliciumstäbe mit η-Leitung mit einer Länge von 50 cm und einem Durchmesser von 5 cm einer Phosphordotierung durch neutroneninduzierte Kernumwandlung unterworfen. Vor der Bestrahlung wurden die Stäbe einheitlich mit einem Säuregemisch, bestehend aus 32 Volumenteilen 50 bis 65gew.-%iger wäßriger Salpetersäure und 11 Volumenteilen 40gew.-%iger wäßriger Flußsäure chemisch poliert. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Stäbe sind dabei in Tabelle 1 zusammenge- :-o faßt. Zum Vergleich wurden 5 Stäbe, deren Ergebnisse in Tabelle 2 zusammengefaßt sind, mit Neutronendosen bestrahlt, in welchen ein für den beabsichtigten spezifischen Zielwiderstand zu hoher Anteil an schnellen Neutronen enthalten war. Die Stabnummern 30 636/4B, 30 636/4D, 30 865/4ID, 30 865/4IC und 20989/14 wurden zur Bestrahlung direkt in das Core eines Leichtwasserreaktors gehängt, in welchem ein Neutronenverhällnis von thermischen zu schnellen Neutronen von etwa 1 gegeben war. Die Siliciumstäbe 31 146/1,30 765/IB.31 102/41, _>5 311 541/3II und 31 147/811 wurden direkt in das Core eines Schwerwasserreaktors gehängt mit einem Neutronenverhältnis von thermischen Neutronen zu schnellen Neutronen zwischen 10 und 100. Die Stäbe 41 155/17, 23 534/13 A, 23 352/2211,31 013/4 und 23 511/91 wurden in dem äußeren Graphitmantel eines Schwerwasserreaktors bestrahlt, in welchem ein Neutronenverhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen zwischen 1000 und 1200 gegeben war. Die Stäbe im Core des Leichtwasserreaktors wurden nach der halben Bestrahlungszeit um 180°C um ihre Längsachse gedreht. Die Stäbe im Core des Schwerwasserreaktors wurden während der Bestrahlung mit 10 U/min um ihre Längsachse gedreht. Die Stäbe im Graphitmantel des Schwerwasserreaktors wurden mit 1 U/min um ihre Längsachse gedreht. Zur Messung des gefundenen spezifischen Widerstandes, d. h. des Istwiderstandes nach der Bestrahlung, wurden sämtliche Stäbe vorher bei 8000C sieben Stunden getempert. Der solcherart gefundene Istwiderstand änderte sich bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestrahl· 4j ten Stäben in Tabelle 1 auch nach einer weiteren Probetemperung über 10000C nicht mehr, während die in Tabelle 2 aufgeführten Stäbe, welche nicht nach dem erfmdungsgemäßen Vefahren bestrahlt wurden, nach einer Temperdauer von 7 Stunden bei 800°C die angegebenen, vom spezifischen Zielwiderstand stark abweichenden, Werte aufwiesen. Erst nach einer Temperung von über 11000C (Stabnummer 30 865/41, 311 541/311) bzw. 12000C (Stabnummer 308 654/IC, 20 989/14 und 31 147/811) näherten sich die Istwerte für den spezifischen Widerstand dem spezifischen Zielwiderstand, aufweichen die angegebene Neutronendosis berechnet war, an.
Wie den Beispielen entnommen werden kann, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren für alle Widerstandsbereiche ein einheitliches Temperverfahren bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, um den unmittelbar nach der Bestrahlung durch Kristallschäden überdeckten tatsächlichen Istwert für den spezifischen Widerstand zu ermitteln.
Tabelle 1
Bestrahlung mit einem Anteil an schnellen Neutronen gemäß der Erfindung bezogen auf den gewünschten spezifischen Zielwiderstand
Stabnummer Neutrorien-
verhältnis
"ihcrmis.-h 		Neutronendosis
Φ ■ ι 10'" [cm 2J		 Spez. Zielwider-
stand μ [Ll · cm]
N31,,/cm3 Si		 10M Gefundener spez.
Widerstand
μ [Ll ■ cm]		 Spez. Widerstand
vor Bestrahlung
ρ [Ll ■ cm]		 I
"schnell 10u j;;
30 636/4B ~ 1 11,5 20
2,4 x		 1014 20,5 1500 n-Leitung v'i
fr
1X-,
£■■'
30 636/4D 11,55 20
2,4 x		 10u 20,5 2300 n-Leitung I
31 146/1 10-100 11,64 20
2,5 x		 10" 20,3 820 n-Leitung i
I
30 765/1B 10-100 5,6 40
1,3 x		 1014 40 900 n-Leitung [H
31 102/41 10-100 2,57 88,5
5,7 x		 10" 88 4100 n-Leitung
41 155/17 1000-1200 11,2 21
2,4 x		 10" 21,1 1800 n-Leitung
23 534/13A 1000-1200 4,37 53
9,5 x		 10" 53,5 2000 n-Leitung
23 353/2211 1000-1200 2,57 90
5,6 x		 10" 90 3000 n-Leitung
31013/4 1000-1200 1,58 140
3,7 x		 142,5 2200 n-Leitung
23 511/91 1000-1200 0,89 240
2,2 x		 245 2300 n-Leitung
Tabelle 2
Bestrahlung mit einem zu großen Anteil an schnellen Neutronen, bezogen auf den gewünschten spezifischen Zielwiderstand
Stabnummer Neutronen
verhältnis
"IhcrmiiL-h		 Neutronendosis
Φ ■ ι ■ 10Γ [cm :]		 Spez. Zielwider
stand μ [il ■ cm]
Nj ι ρ/cm3 Si		 Gefundener spez.
Widerstand
/ι j ι.ι ■ cm] 		Spez. Widerstand
vor Bestrahlung
ρ [Ll ■ cm]
"schnell
30 865/4ID — 1
1		 1,5 150
3,4 x 10"		 125 5000 n-Leitung
30 865/4 IC ~1 1,3 175
3 x 10"		 150 5000 n-Leitung
20 989/14 1
1		 1,07 210
1,1 x 10'r'		 175 5500 n-Leitung
311 541/311 10-100 2,12 105
4,8 x 10"		 101 1850 n-Leitung
31 147/811 10-100 0,81 270
1.9 x 10"		 220 3500 n-Leitung

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von η-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung, bei welchem in Silicium durch Kernumwandlung Phosphoratome erzeugt werden, wobei ein bestimmtes Verhältnis von thermisehen zu schnellen Neutronen eingestellt wird und sich die Anzahl der pro cm3 erwünschten Phosphoratome N;lp nach der Beziehung
    Njip = N.,„Si - a ■ Φ ■ t
    ίο berechnet, wobei N:„,sj die Anzahl der '"Si-lsotope pro cm\ σ = 0,13 barn der Wirkungsquerschnitt, Φ die
    Flußdichte in thermischen Neutronen pro cnr und / die Bestrahlungszeil in Sekunden bedeuten, und bei welchem nach der Neutronenbestrahlung ein Temperprozeß bei einer Temperatur zwischen 700 und 850°C durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Zielbereich mit einer Anzahl Phosphoratome N;,p<5 x 101"' cm" das Verhältnis von thermischen zu schnellen Neutronen zwischen 1000 und
    υ 1200. in einem zweiten Zielbereich mit einer Anzahl Phosphoratome N,,,, zwischen 5 x IQ13 und
    1 x 1014 cm ' dieses Verhältnis zwischen 10 und 100 und in einem dritten Zielbereich N3]p> 1 x 10M cm"3 dieses Verhältnis bei etwa 1 eingestellt wird.
DE2753488A 1977-12-01 1977-12-01 Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung Expired DE2753488C2 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2753488A DE2753488C2 (de) 1977-12-01 1977-12-01 Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung
US05/889,172 US4260448A (en) 1977-12-01 1978-03-23 Process for decreasing crystal damages in the production of n-doped silicon by neutron bombardment
JP53127443A JPS5814066B2 (ja) 1977-12-01 1978-10-18 中性子照射によるｎ↓−ド−ピング・ケイ素の製造の際の結晶損傷の低減方法
DK534978A DK153429C (da) 1977-12-01 1978-11-29 Fremgangsmaade til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestraaling
IT52132/78A IT1106372B (it) 1977-12-01 1978-11-29 Procedimento per produrre silicion drogato diminuendo i danni da radiazioni
FR7833794A FR2410871A1 (fr) 1977-12-01 1978-11-30 Procede destine a reduire les dommages occasionnes par les radiations lors de la fabrication de silicium a dopage-n par irradiation par des neutrons
GB7846933A GB2012482B (en) 1977-12-01 1978-12-01 Manufacture on n-doped silicon by neutron bombardement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2753488A DE2753488C2 (de) 1977-12-01 1977-12-01 Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2753488A1 DE2753488A1 (de) 1979-06-07
DE2753488C2 true DE2753488C2 (de) 1986-06-19

Family

ID=6025036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2753488A Expired DE2753488C2 (de) 1977-12-01 1977-12-01 Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4260448A (de)
JP (1) JPS5814066B2 (de)
DE (1) DE2753488C2 (de)
DK (1) DK153429C (de)
FR (1) FR2410871A1 (de)
GB (1) GB2012482B (de)
IT (1) IT1106372B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3638287A1 (de) * 1985-11-12 1987-05-14 Sony Corp Festkoerper-bildaufnahmeeinrichtung mit gleichmaessiger dotierungsverteilung und verfahren zu ihrer herstellung
DE3714357A1 (de) * 1986-04-30 1987-11-05 Toshiba Ceramics Co Siliciumwafer und verfahren zu dessen herstellung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62257723A (ja) * 1986-04-30 1987-11-10 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコンウエ−ハの製造方法
JP2572051B2 (ja) * 1986-12-03 1997-01-16 東芝セラミツクス株式会社 エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法
US4857259A (en) * 1986-05-16 1989-08-15 Westinghouse Electric Corp. Neutron dosimeter
JPH02149362U (de) * 1989-05-24 1990-12-19
US6034408A (en) * 1998-05-14 2000-03-07 International Business Machines Corporation Solid state thermal switch
KR20010070619A (ko) * 2001-05-28 2001-07-27 류근걸 중성자 변환 도핑을 위한 저항 안정화 열처리 기술
US6964917B2 (en) * 2003-04-08 2005-11-15 Cree, Inc. Semi-insulating silicon carbide produced by Neutron transmutation doping
US6974720B2 (en) * 2003-10-16 2005-12-13 Cree, Inc. Methods of forming power semiconductor devices using boule-grown silicon carbide drift layers and power semiconductor devices formed thereby

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL258192A (de) * 1959-12-15
US3255050A (en) * 1962-03-23 1966-06-07 Carl N Klahr Fabrication of semiconductor devices by transmutation doping
DE1948884B2 (de) * 1969-09-27 1971-09-30 Verfahren zum beseitigen von inversionsschichten
DE2356376A1 (de) * 1973-11-12 1975-05-15 Siemens Ag Verfahren zum herstellen von homogen dotierten siliciumeinkristallen mit n-leitfaehigkeit durch neutronenbestrahlung
DE2362264B2 (de) * 1973-12-14 1977-11-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum herstellen von homogen n-dotierten siliciumeinkristallen durch bestrahlung mit thermischen neutronen
DE2433991A1 (de) * 1974-07-15 1976-02-05 Siemens Ag Verfahren zum dotieren einer halbleiterschicht
DE2519663A1 (de) * 1975-05-02 1976-11-11 Siemens Ag Verfahren zum herstellen von direkt-beheizbaren siliciumrohren
DE2552621C3 (de) * 1975-11-24 1979-09-13 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zum Herstellen von n-dotierten Siliciumeinkristallen mit in radialer Richtung tellerförmigem Profil des spezifischen Widerstandes
US4129463A (en) * 1977-06-29 1978-12-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Polycrystalline silicon semiconducting material by nuclear transmutation doping

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3638287A1 (de) * 1985-11-12 1987-05-14 Sony Corp Festkoerper-bildaufnahmeeinrichtung mit gleichmaessiger dotierungsverteilung und verfahren zu ihrer herstellung
DE3714357A1 (de) * 1986-04-30 1987-11-05 Toshiba Ceramics Co Siliciumwafer und verfahren zu dessen herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5814066B2 (ja) 1983-03-17
DK534978A (da) 1979-06-02
DE2753488A1 (de) 1979-06-07
FR2410871A1 (fr) 1979-06-29
IT7852132A0 (it) 1978-11-29
GB2012482B (en) 1982-05-06
DK153429C (da) 1988-12-27
FR2410871B1 (de) 1982-12-10
GB2012482A (en) 1979-07-25
JPS5477063A (en) 1979-06-20
US4260448A (en) 1981-04-07
DK153429B (da) 1988-07-11
IT1106372B (it) 1985-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19609107B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern
DE102012214085A1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung
DE60026286T2 (de) MIT Ga DOTIERTER CZOCHRALSKI-EINKRISTALL UND WAFER UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
DE69630328T2 (de) Präziser kontrollierter Niederschlag von Sauerstoff in Silizium
DE2753488C2 (de) Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung
DE69218704T2 (de) Brennelementanordnung und deren Bestandteile
DE102008046617B4 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren für deren Herstellung
DE112013003894B4 (de) Verfahren zum Züchten von Silizium-Einkristall
DE102010028924A1 (de) Vefahren zur Herstellung eines Siliciumeinkristalls und Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers
DE2619965A1 (de) Verfahren zur einstellung des sauerstoffgehalts in siliciumkristallen
DE60106074T2 (de) Verfahren zur herstellung von silizium mit niedriger defektdichte mit hoher wachstumrate
DE2433991A1 (de) Verfahren zum dotieren einer halbleiterschicht
DE2341311C3 (de) Verfahren zum Einstellen der Lebensdauer von Ladungsträgern in Halbleiterkörpern
EP1238395B1 (de) Brennelement für einen druckwasser-reaktor und verfahren zur herstellung seiner hüllrohre
DE1154878B (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkoerpern fuer Halbleiteranordnungen aus n-leitendem Silizium durch Bestrahlen mit thermischen Neutronen
DE102004039208B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leistungsbauelements mit einer vergrabenen n-dotierten Halbleiterzone und Leistungsbauelement
DE2362264A1 (de) Verfahren zum herstellen von homogen dotierten siliciumeinkristallen mit n-leitfaehigkeit und einstellbarer dotierstoffkonzentration durch neutronenbestrahlung
DE2733384C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Brutstoff- oder Brenn- und Brutstoffkernen für Brennelemente von Kernreaktoren
DE1149830B (de) Verwendung von Actinidenoxydhydratsolen als Kernbrennstoff
DE112009000239T5 (de) Silizium-Einkristall-Züchtungsvorrichtung und Quarztiegel
EP4151782B1 (de) Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium
DE1769538A1 (de) Verfahren zur Kontrolle der Keimbildung
DE19709929C1 (de) Hüllrohr eines Brennstabs für ein Siedewasserreaktor-Brennelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1433101B2 (de) Verfahren zur Bildung von Hydriden in einem Legierungsteil, das aus Zirkonium und Uran besteht
DE112017003487B4 (de) Verfahren zum Produzieren eines neutronenbestrahlten Siliziumeinkristalls

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee