DE2857640C2 - Verfahren zum Dotieren eines Halbleiters - Google Patents

Verfahren zum Dotieren eines Halbleiters

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterkörpers, wobei der Halbleiterkörper und eine planare AI2Oj-haltlge polykristalline P2O5-Quelle im Abstande voneinander so lange in einem Reaktionsraum erhitzt werden, bis In dem Halbleiterkörper eine N-Ieitende Zone ausgebildet worden ist.
Ein Verfahren dieser Art Ist aus der US-PS 39 98 668 bekannt. In dieser Druckschrift sind kristalline glaskeramische Materlallen beschrieben, die AI2O3 und P2OS enthalten und als P2Oj-Quelle für die Dampfphasendotierung von Halbleitern, Insbesondere P-Ieltendes Silicium. In Form von dünnen Platten, Scheiben oder Tabletten, geeignet sind. Der Einsatz dieser Materialien in der Praxis lsi jedoch wegen Ihrer relativ hohen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten begrenzt. Wenn die thermische Behandlung solcher PjOj-Quellen oder Dotierungsmittelwirte In Plattenform nicht mit größter Sorgfalt vorgenommen wird, was zeitaufwendig Ist, brechen die Platten Infolge der durch die thermische Behandlung entstehenden Spannungen,
Die Erfindung gehl von der Aufgabe aus. ein Verfahren zum Dotieren eines Halblelterkörpers zu schaffen, bei dem eine auch bei hohen Temperaturen nicht bruchgefährdeie Phosphorquelle aus festem oxidiertem Phosphor eingesetzt wird, wobei die Phosphorverbindung bei so hohen Temperaturen auf dem Halbleiter abgeschieden werden soll. daf3 die Verbindung zu Phosphor reduziert
Mol-%
P2O5
Al2O3
Ta2O5
SiO2
La2O3
45 -75
11 -28
6,5-13
O -20
0-7
wobei P2O5 + AI2O) + Ta2O5 mindestens 75 Mol-% der Zusammensetzung ausmacht und das Molverhältnis von P2O5 zu AI2O3 mindestens 2 ist. Gewöhnlich Hegt P2O5 In einer Menge nicht über 73 Mol-% vor und die Summe von SiO2 + La2O3 ist mindestens 2 Mol-%.
Wenn nicht genug Ta2O5 vorliegt, entsteht nur ein Glas und dieses Glas weist nicht nur eine hohe Wärmeausdehnung auf, sondern hat auch die Temperatur-Vlskosltäts-Eigenschaften eines Glases. Die polykristalline Dotierungsmittelquelle bleibt dagegen auch bei erhöhten Temperaturen starr.
Bevorzugt werden Dotierungsmittelquellen nachstehender Zusammensetzung eingesetzt.
Tabelle H
C<id
Mol-%
AI1O3 Ta2O, SlO2 La2O,
57 -75
12 -20
7,5-13
O -13
0-6
wobei P2Os + AI2O] + Ta2O5 mindestens 86 Mol-% und SIO2 + LajOj mindestens 2 Mol-% der Gesamtzusammensetzung ausmachen. Sowohl SlOj als auch TaiÖ, tragen dazu bei, die Temperatur herabzusetzen, die zum Schmelzen der Zusammensetzung erforderlich Ist, und
b5 bei Einsetzen der Dotierungsmittelquellen bei dem erflndungsgemälJen Dotierungsverfahren scheinen SiO2 und La2Oi das Freigeben des P30< aus dem Wirt bei der Dotierungstemperatur zu unterstützen. Der Mol-'^-Antell
PiOs Hegt in den Zusammensetzungen gemäß Tabelle H gewöhnlich nicht Ober 73.
Zur Herstellung der beim Verfahren nach der Erfindung eingesetzten Dotlerungsmittelquellen werden die Oxide gewöhnlich bei einer Temperatur im Bereich von 1590-1705° C geschmolzen; je nach Zusammensetzung reichen niedrigere Temperaturen aus, oder sind höhere Temperaturen erforderlich. Wesentlich Ist, daß eine vollständig erschmolzene homogene Schmelze erhalten wird. Das Schmelzen kann in einem elektrischen oder gasbeheizten Ofen, z. B. in Siliziumdioxid oder Platin, vorgenommen werden. Man kann die Schmelze in ihren Schmelzbehältern abkühlen lassen oder nachdem man sie in geeignete Formen gegossen hat. Während des Abküh-Iens verfestigt sich die Schmelze und kristallisiert teil- weise aus.
Mit »aus der Schmelze gebildet« ist gemeint, daß die Dotierungsrnittelquelle durch Kristallisation beim Abkühlen der Schmelze gebildet wurde. Mit «polykristallin» ist gemeint, daß das Produkt eine Unzahl von klei- nen Kristallen aufweist. Diese Kristalle sind willkürlich orientiert und fcngüch ist der Ausdehnungskoeffizient des Produkt im wesentlichen in allen Richtungen gleich; es wird angenommen, daß es mindestens zu 20 Volum-SK kristallin sind. Es wird ausdrücklich festgestellt, daß die Dotierungsmittelquelle und ihre Herstellung nicht Gegenstand der Erfindung sind.
Für die Verwendung als Halbleiter-Phosphor-Dotierungsquelle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, daß Materialien mit hohem Dampfdruck ausgeschlossen werden oder unter einem absoluten Minimum gehalten werden. Solche Materialien sind z. B. alle Alkalimetalloxide, f^wie Oxide von Blei, Kupfer, Zinn, Bor und Antimon. Es können derartige Oxid-Verunreinigungen In der Dampfphase zu unerwünschten Leitfähig- keitseigenschaften der resultierenden Halbleiter beitragen. Deshalb werden hochreine Ausgangimaterialien verlangt, wenn planare Dotierungsmittelquellen für das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden sollen.
Für die Dampfphasen-Diffusionsdotierung von Halb- *o leitern wird der polykristalline Körper in flache (planare) Gebilde von runder, rechteckiger, dreieckiger oder Irgendeiner anderen geometrischen Gestalt geschnitten. Besonders geeignet sind flache Scheiben oder dünne Plättchen eines Durchmessers von 5,08-15,24 cm und einer Dicke von nicht mehr als 0,051 mm. Es sind polykristalllne Körper solcher Gestalt gemeint, wenn von »planeren Dotierungsmittelquellen« die Rede ist.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung bezieht sich auf das Eindiffundieren von Phosphor In Silizium- und Ger- so manlum-Halbleiter.
Im allgemeinen wird die Diffusion einer Dotierungssubstanz In das Siliziummaterial durch Erhitzen einer vorbestimmten Menge des besonderen Dotierungsmittels zusammen mit dem Silizium, so daß die dotierenden Fremdatome von allen Selten den Halbleiterkörper durchsetzen können, bewirkt.
In del US-PS 39 98 668 ist ein Verfahren zur Phosphor-Dotierung von Silizium, wie vorstehend beschrieben, offenbart.
Verfahren zur Abscheidung eines Dotierungsmittels auf einen begrenzten Oberflächenberelch eines Halbleiterkörpers sind In der US-PS 32 87 187 beschrieben. Diese bekannten Verfahren erfordern die Abscheidung eines Oxids auf dem Halbleitermaterial mittels Dampfabscheldung und anschließendes Eindiffundieren der dotierenden Substanz in den Halbleiteroberflächenberelch durch Krhli/cn des Halbleiterkörper.
Siliziumbauteile mit einem elndlffundlerten P-N-Übergang werden durch Erhitzen von P-|eitenden Siliziumstückchen oder dflnnen Plättchen In Gegenwart einer Phosphorverbindung, wie Phosphorpentoxld, hergestellt. Es wird angenommen, daß das Phosphorpentoxid einen glasigen Film auf der Oberfläche des Plättchens bildet und dann zu elementarem Phosphor reduziert wird, der in das Silizium eindlffundiert. Der Phosphor kann bei einer niedrigeren Temperatur auf der Oberfläche des SiIiziumplättchens abgeschieden und bei höherer Temperatur eindlffundiert werden.
Ein anderes Verfahren zum Eindiffundieren von Phosphorpentoxid in einen Halbleiterkristall Ist in der US-PS 35 40 951 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Quelle der Phosphorverbindung durch Schmelzen eines Erdalkaliphosphats mit Phosphorpentoxid hergestellt. Dabei wird das Schmelzprodukt von Calciumphosphat und Phosphorpentoxid verwendet. Wenn jedoch ein Gemisch von Calciumphosphat und Phosphorpentoxid eingesetzt wird, das beträchtliche Mengen Phosphorpentoxid enthält, wird das Material Im normalen Dotierungstemperaturbereich von 900-120O0C ein geschmolzenes Glas oder bestenfalls eine geschmolzene Masse sein. Das würde es erforderlich machen, die Phosphatmischungen oder Salze In einem Schiffchen oder Tiegel in einer Zone niedrigerer Temperatur als der, die für die nach dem Dotieren stattfindende Diffusion erforderlich wäre, zu halten. Die Anwendung dieses bekannten Verfahrens würde zwei verschiedene Temperaturzonen oder zwei verschiedene Reaktionsbedingungen einschließen. Die Notwendigkeit, die geschmolzenen Materialien in einem Schiffchen oder Tiegel zu halten, vermindert die Zahl der Silizium-Plättchen erheblich, die gleichzeitig in einer einheitlichen Temperaturzone behandelt werden können und kompliziert das Verfahren.
Ein weiteres, zum Stand der Technik gehörendes Vorgehen zum Dotieren von Silizium-Halbleiterplättchen beruht auf der Verwendung von Ammoniumphosphat-Dampf. In der US-PS 29 74 073 Ist ein Verfahren offenbart, bei welchem Ammoniumphosphat-Dampf benutzt wird. Dort Ist angegeben, daß ein glaslg.r phosphorhaltiger Oberflächenfilm auf dem Plättchen gebildet wird und daß etwas Phosphor aus dem Film in das Plättchen eindiffundiert unter Bildung einer N-Ieltenden Oberfläche auf dem Plättchen. Die in der Industrie angewandten Dotierungstemperaturen liegen gewöhnlich im Bereich von 900-120O0C; bei diesen Temperaturen zersetzt sich Ammoniumphosphat vollständig. Gearbeitet wird dabei In einem Zweizonenofen. Die Notwendigkeit der Unterhaltung von zwei Zonen mit verschiedenen Temperaturen bzw. zwei verschiedenen Reaktionstemperaturen stellt für die industrielle Durchführung dieses Verfahrens eine Belastung dar.
He'ßgepreßte feste Erdalkallphosphate als Diffusionsquellen sind In der US-PS 40 33 790 offenbart, aber der schwache Punkt dieser Plättchen Ist die relativ geringe Wärmeschockbeständigkeit. Kleine Erhltzungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten sind erforderlich, um Rissebildung der Phosphorquellen-Plättchen zu vermeiden. Das ist offensichtlich ein zeitraubender und kostensplellger Nachteil.
In der US-PS 39 54 525 ist ebenfalls ein heißgepreßtes Gemisch von Slllzlumphosphat und Zirkonphosphat als feste Diffusionsquelle offenbart. Sie ist aber gegenüber Temperaturünderungen empfindlich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Dotieren von Halbleitern werden die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren, bei denen flüssiae bzw.
geschmolzene Phosphoroxld-Quellen benutzt werden und der bekannten Verfahren, bei qenen ein Zwei-Zonen-Ofen, zwei Öfen oder zwei Behandlungen bei verschiedenen Temperaturen erforderlich sind, beseitigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Vorteile, die für die Aluminiumphosphat-Quelle gemäß US-PS 39 98 668 angegeben wurden. Darüber hinaus führt die Erfindung zu dem Vorteil, daß Infolge des niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Dotierstoffquelle die Gefahr, daß die Plättchen bei normaler Verwendung infolge Wä. meschock brechen, äußerst gerlirg ist. Diesen Vorteil weist die Doiierstoffquelle auch gegenüber den aus den US-PS 40 33 790 und 39 54 525 auf.
Ein geeignetes Vorgehen zur Durchführung des Verfahrens zum Dotieren von Halbleitern nach der Erfindur.s ist' folgendes:
Das P-Ieitende Silizium, das als Ausgangsmaterial eingesetzt wird, kann ein solches sein, das mit irgendeinem der bekannten Akzeptor-Fremdatome, wie Bor, Aluminium, Gallium und Indium, dotiert worden ist. Die Konzentration des Fremdatoms bzw. der Verunreinigung in dem Ausgangsmaterial wird in erster Linie von den Eigenschaften bestimmt, die von dem herzustellenden Bauteil verlangt werden.
Die Bildung von P-N-Übergängen nach der Erfindung findet in erwünschtem Ausmaß bei P-leitendem Silizium eines spezifischen Widerstands im Bereich von 13 0hm cm statt. Es ist selbstverständlich, daß die genaue Größe und Natur der Plättchen nicht kritisch ist. Z. B. haben die üblicherweise verwendeten Plättchen einen Durchmesser von 2,54 cm, 5,08 oder 7,62 cm oder sogar darüber. Die Dicke kann im Bereich von 0,127-0,508 mm liegen, obwohl davon auch abgewichen werden kann. Typische Plättchen sind 0,203-0,254 mm dick. Ebenso kann der spezifische Widerstand geeigneter P-Ieitender Silizium-Ausgangsmaterialien im Bereich von etwa 3-15 Ohm · cm liegen.
Beim erfindungsgemäßen Vorgehen wächst eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Plättchens aus Silizium oder einem anderen Halbleiter. Es kann eine Maske oder ein Schutzüberzug vorgesehen werden, um ein Muster zu entwickeln, wie das in der einschlägigen Technik bekannt ist. Der Überzug oder Film ist von glasiger Natur und seine Zusammensetzung kann etwas schwanken: es wird angenommen, daß er aus P2O5 besteht. In jedem Fall enthält der Film Phosphor in dieser oder einer anderen Form. Die Temperatur bei diesem Vorgehen ist derart, daß gleichzeitig etwas Phosphor aus einem Film oder Niederschlag In das Plättchen eindiffundiert unter Bildung einer dünnen Phosphor-Diffusions-Oberflächenschicht oder -region unter der Oberfläche. An der Grenzschicht zwischen der Phosphor-Diffuslons-Oberflächenschicht und dem P-Ieltenden SÜIziumplättchen wird eine Barriere oder Grenzschicht gebildet. Die Tiefe des elndlffundlerten Übergangs kann variieren, hat aber Im allgemeinen eine Dicke bis zu 10 Mikron. Die kleinste Dicke ist z. B. etwa 0,1 Mikron.
Nachdem die P2O5-Dämpfe bei 800-1200° C mit der heißen Siliziumoberfläche reagiert haben, diffundiert mit kontinuierlichem Erhitzen elementarer Phosphor In das t>o Siliziumplättchen hinein.
Dabei wird mit einem Inerten Trägergas, wie Argon oder Stickstoff, die Dotierung gesteuert und verstärkt, wobei das Gas In einer Richtung senkrecht zu den Plättchenoberflilchen strömt. tn
Der Ausdruck »inertes Gas« bedeutet hierin, daß das Trägergas nicht 'n die chemische Reaktion zwischen den P.O<-Dämpfen und der heißen Sillziumoberfläche Ungreift. Nach dem Dotieren kann durch einfache Hitzebehandlung in einer Inerten Atmosphäre die Diffusionstiefe weiter vergrößert werden.
Beispiel 1
Es wurde ein aus der Schmelze geformter polykrlstalliner Körper nachstehender Zusammensetzung hergestellt
Mol-%
AI2O,
Ta2O5
La2O3
67,2
15,3
4,9
9,6
3,0
Dabei wurde wie folgt vorgegangen:
Folgende Ansatzkomponenten wurden geschmolzen:
Gew.TIe.
Quarz
Aiuminiummetaphosphai 2
Phosphorsäure'
Tantaloxid *
Lanthanoxid 5
405,000'
!0 267,50O2
10 420,000 s
6 282,500'
1 462,500s
1 JiO2 99,98%, AI2Oj 0,006%, Fe2O, 0,0004%. Na2O 0,0014%, K2O 0,0005%, Ll2O 0,0006%
2 AI2O, 22,6%, P1O5 75,2%, SiO2 0,32%, Fe2O, 0,0054%.
3 P2O5 61,8%, Fe2O, 0,0007%, Rest auf 100% Wasser.
4 Ta2O5 99,9%. Fe2O, 0,0002%, SiO2 0.0225%; WO, 0,0032%.
5 La2O, 99,9%, Fe2O, 0,0005% (Prozente bedeuten Gew.-%)
Die Ansatzkomponenten wurden gemischt und der Ansatz in einem Platingefäß in einem elektrischen Ofen in Luft erhitzt. Dabei wurde die Temperatur graduell innerhalb von 2 Stunden von 1095 auf 1650° C erhöht und 4 Stunden bei 1650° gehalten. Dann wurde die Schmelze In einen anderen Ofen eingestellt, worin sie 4 Stunden bei 675° C gehalten wurde. Während dieser Zeit kristallisierte die Schmelze beim Abkühlen zu einem partiell kristallinen Block. Ihr durchschnittlicher Wärmeausdehnungskoeffizient war I2x10~7/°C Im Bereich von 0-300° C und 19,7 χ ΙΟ"70 C im Bereich von 0-700° C.
Aus dem so geformten polykristallinen Block wurden Plättchen geschnitten. Sie waren etv»a 5,08 cm im Durchmesser und 1,524 mm dick. Diese Plättchen wurden zum Dotieren von Siliziumplättchen, in der Art wie In der US-PS 3998668 in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben, verwendet. Verschiedene Plättchen wurden bei 1050° C und 1100° C unterschiedlich lang gealtert und dann zum Dotieren von Siliziumplättchen verwendet, Indem sie vertikal in das Porzellangestell in einein Ofen tT) Abstand von etwa 0,254 cm von der Oberfläche der Siliziumplättchen entfernt gestellt wurden. Während des Dotierens wurde ein Stickstoffgasstrcm langsam durch den Ofen geleitet.
Dotiert wurde bei 1050° C und 11001X eine halbe und eine Stunde. Bei den 1100° C-Versuchen wurde ein Ofen aus Porzellan eines Durchmessers von 7,62 cm benutzt und 1 I pro Min. Stickstoffgas durchgeleitet. Bei den 1050" C-Vcrsuchen wurde ein Porzellanofep eines Durchmessers von 10,16cm benutzt und 3 1 pro Min. Stickstoffgas durchgeleitet. Der spezifische Oberflächenwiderstarvl der dotierten Siliziummuster (in Ohm nro F:läche) wurüe gemessen. Nachstehend sind die Hrgeb li.sse tabellarisch aufgeführt:
Gallert bei " C/h Spez. Widerstand nach h/' C
1100/90 1/2 /1100 6,2
1100/90 1 /1100 4.1
1050/138 1/2 /1050 7.9
1050/138 1 /1050 4.2
Diese Frgebnis.se zeigen die iange Lebensdauer der Zusammensetzung dieses Beispiels. Es traten keine Risstoildungen infolge Wärmeschockbeanspruchung auf.
In der Tabelle III sind weitere Beispiele von aus der Schmelze geformten polykristallinen Körpern angeführt, die die F.igenschaften. wie vorstehend diskutiert, aufwei-
Tabelle IH
sen. In der Tabelle 111 steht α für Wärmeausdehnungskoeffizient Die spezifischen Widerstände In Beispiel 1 und Tabelle III sind die Werte für den spezifischen Oberflilchenwlderstand (in Ohm pro Fläche), die nach llltzealterung der Plättchen bei 1100" C In der in der Tabelle in Stunden angegebenen /elt und anschließendem Dotieren von P-Ieltenclen Sili/iumpliittchen eine halbe Stunde lang bei 1100" C in der In Beispiel I beschriebenen Weise erhalten wurden. Das Testen wurde nach der 4-Punki-Leitfählgkelts-Prüfmethode nach etwa 30-60 Sekunden langem Wegätzen des glasigen Films von der Silizlumoberfläche mit einer 5^lgen wäßrigen HF-Lösung vorgenommen. Die Oberflächen der Zusammensetzung des Beispiels I und der iVjlsplele der Tabelle IH sind alle N-leltend.
Beispiel: 2 3 66,3 - 15,2 - 2 - 25 4 S ft 7 8 9 2,9 10 11 12
Komponente 21,2 27.1 24,0 20
P2O5 68,3 2,5 - 30,6 66,3 66,3 67,2 67,2 69,6 61,2 63,2 63,5 63,6 63,2
AI2O3 18,0 8 — 130 17,7 21,2 15,2 15,3 13 15,3 15.3 13 20,9 15,3
SiO2 0,5 2 14 6,0 0,4 2,5 2,4 0,4 0,3 10,4 6,4 10,4 2,5 7,4
Ta2Os 10.3 62 10,1 6.5 10,1 10,1 10,1 10,1 10,1 10,1 10 10,1
Nb2O5 - 16,5 - 3,5 - - - - - - - -
La2O3 2,9 9,5 5.0 - 5 7 3 5 3 3 4
<zX10\ (0-3000C) 21,6 10 26.2 20,1 26,7 25." 27,9 9,8 - 8,5 21.4 9,6
aXlO7, (0-700° C) 33,4 26.9 27,8 30,2 24.0 23,5 17,5 24 18,9 19.0 13.5
Alterungszeit, h 75,5 48 19 35,5 18,5 89 2 24,6 - 20,5 16
Spez. Widerstand 4,9 6.0 4,3 4,1 2,7 5,5 1 6,2 3,5
Beispiel: 13 15 16 17 18 19 2,5 2! 22 23
P2O5 63,5 61.9 62 62,3 62,8 62,3 31 62,3 62,8 63,2
AI2O3 13 23.5 23.5 21.1 17,6 21,1 21,1 17,6 15,3
SiO2 5,9 2,1 2,1 2 2 6,6 6,6 6,5 3,9
Ta2O5 12,6 10 10 10 10 10 8 10 12,6
Nb2O5 - - - - - - 2 - -
La2O3 5 2,5 - 2 5 - - 3 5
ZrO2 - - 2,5 2,5 2,5 - - - -
aXIO7, (0-3000C) 14,5 20,4 14,4 21,3 19,2 21,0 26,5 23.5 16,6
aXIO7. tO-7OO°C) 18,2 14,4 23,5 20,6 14,0 27,4 32,1 25,2 19,4
Alterungszeit, h 32 18.5 - - 6,5 17,5 0.5 ... 43,5
Spez. Widerstand 4,0 4.7 — 7,1 8,7 2,7 — 4,9
Beispiel: 24 26 27 28 29 30 32 33 34
P2O5 62,6 64,8 - 5 62,8 65,2 60,5 64,8 60,8 63,2 62,5 62,4 56,8
Al2O3 !9,4 17,7 20.11 17,6 15,3 20 17,7 17,6 15.3 20 14,1 17,6
SiO2 0.5 2,4 16.4 4,5 6,4 6,5 4,5 8,4 8,4 4,5 11,4 15,5
Ta2O5 12,5 10 40 10 10.1 10 10 10 10,1 10 10,1 10
Nb2O5 - 3.2 - - - - - - - - -
La2O3 5 5 3 3 3 3 3 3 2 -
eXlO". (0-300=0 15.2 20.4 11.9 17,3 13,4 14,2 14,9 18,9 13,4 11,2
aXIO", (0-7000C) 15.5 40,6 19,7 24.1 19,2 17,6 22,9 23.1 21,2 19,7
Aitemngszeit. h !6 55 !7 !6 20 42 17,5 0,5 59 -
Suez. Widerstand 9,3 5.3 2.8 3.1 3,3 3,3 3,0 2,4 4,9 —
■ Beispiel: 9 36 - 3 37 28 57 640 40 41 10 42 41 44 45 I
P2O5 28,5
Al2O3 35 57,2 56,9 64,8 65,2 66,8 64.8 64,8 66,8 ι
Fortsetzung SiO2 15,3 17,6 38 }<> 17,7 15,3 17,7 17,7 17.7 17,7 I
Beispiel: Ta2O5 56.9 15,5 12.5 5.5 4.4 2,5 0,4 3 3,5
Komponente GeO2 17,6 10,0 10 64,9 63.2 10 10,1 10,1 10 12,6 10,1 Ii
P2O5 La2O3 13,5 - - 15,3 15,3 - - - - - -
Al2O3 I aXIO7, (0-30O0C) 10 2 3 4,4 3,9 2 5 3 5 2 2 i
SiO2 I oXl O7, (0-7000C) - - - 10,4 10,1 - - - 2 - -
T-O5 I Alterungszeit, h 2 22,6 20,3 - 2,5 12,6 13 15,0 21,3 18,6 16,2
Nb2O5 I Spez. Widerstand - 29,4 21,1 3 5 19,7 16 21,2 13,6 21,7 19,1
La2O3 Beispiel: 22,1 - 18,5 2 - 18 0,25 - I 7 17 %
ZrO2 P2O5 27.3 - 4,5 18,6 17,4 12,5 2,3 - 3,0 4,8 3,8
aXlO', (0-30O0C) Al2O3 18 21,5 34,6 ;,
αΧ ΙΟ7, (0-70O0C) SiO2 4,4 40 - ΐ;
Alterungszeit, h Ta2O5 5,7 - 56 *ι
Spez. Widerstand Nb2O5 47 48 51 52 53 54 55 63,2
La2O3 62,8 64,9 69,2 67,2 64,4 65,7 62,8 15,3 i'
ZrO2 46 17,6 17,1 15,3 15,3 14,1 16,7 17,6 7,4
aXIO7, (0-30O0C) 68,6 2 0,4 49 50 3,4 4,4 10,4 0,4 5,5 11,1 ·(
S
aXIO7, (0-70O0C) 18,8 12,6 12,6 64,8 66,8 10,1 10,1 9,1 11,2 11 -
Alterungszeit, h 0,5 - - 17,7 17,7 - - - 3 - 3 I
Spez. Widerstand 10,1 5 5 4 1,9 2 3 2 3 3 11,5 I
Beispiel: - 14,3 17,3 11,6 11,6 7,0 10,4 10,6 17,8 16,3 17 I
P2O5 2 34,6 24,3 - - 17,7 18,3 19,3 17,8 16,9 17
Al2O3 16,6 42 35,5 2 2 - - - 3 - 5,0 I
SiO2 21,0 4,8 6,8 15,6 14,8 3,2 67 i
Ta2O5 - 58 59 20,2 21,2 62 63 64 65 66 67,2 I
Nb2O5 67 67,2 - - 65 66,8 68,9 69,2 69,2 15,3 I
La2O3 57 16,5 15,3 16,5 17,7 17,1 15,3 15,3 6,4 i
I aXIO7. <O-300°C) 62,5 2,4 5,4 60 61 4,4 3,4 1,9 3,4 4,4 9,1 I
20 11,1 9,1 65 64,8 11,1 9,1 9,1 9,1 8,1 -
3,5 - - 16,5 17,7 - - - - - 2 I
11 3 3 3,4 5,5 3 3 3 3 3 - I
- - - 11,1 9 - - - - - 18,9 I
3 16,2 13,1 - - 10,3 27,8 30 16,5 20,5 22,2 1
- 18,7 19,3 4 3 15,5 31,7 31,3 25,2 25,8 -
16,9 - - - - 58 27,5 27,5 27,2 -
16,0 19,4 12,6 4,9 4,8 7,0 ' 7 78
16,5 69 70 19,6 19,3 73 74 75 76 77 72,5
8,3 70,7 70,4 - - 70,7 69,2 65,2 69,5 69,2 13,6
68 15,3 17,1 15,3 15,3 15,3 13 15,3 2,9
72,2 1,9 0,4 71 72 1,4 2,9 6,9 4,9 5,4 8,1
15,3 9,1 9,1 72,5 66,8 9,6 9,6 9,6 9,6 8,1 -
0,4 - 13,6 17,7 - - - - - 3
9,1 3 1,8 2,9 3 3 3 3 2 26,1
- 29,4 9,1 9,6 27,4 26,1 21,5 21,8 20
3 - -
27,6 3 3
24,8 28,1
11 12
Fortsetzung
Beispiel: 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 Komponente
«XIO7, (0-700° C) 29.8 36,8 32,1 33,5 31,8 32.8 30,3 27,9 28,5 24,8 31,5
Alterungszeit, h 56.5 - 2 38,5 -
Spez. Widerstand 7,8 3,0 - 6,5 -
Beispiel: 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89
P2O5 67,2 67,2 69,2 67,2 46,7 47,7 56,3 56,3 61,6 56,8 51,3
Al2O3 15,3 15,3 15,3 15,3 20,9 21,4 21,1 21,1 25,8 17,6 23,2
SiO2 2.9 3,4 0,9 4,2 17,5 15,9 10,1 12,5 2,6 10,5 10,5
Ta2Os 9,6 9,1 - 5 - 17 9,6 9 ,3 10 94 7,7 10 95 10 96 10 97 15 7 10
ZrOj - 29,9 - 21 - - 5 51,9 7,2 2,5 56 - 51,9 - 51,9 - 14 5
La2O3 5 34,5 - 0,5* 5 4 - 17,6 - - 23,4 - 17,6 - 17,6 - - -
aXIO7, (0-30O0C) 26,8 137 7,2 26,6 27 ,1 12 16,5 16 15 5,6 19 10,5 20 15,5 — 16
nXlO7, (0-70O0C) 34,5 6,4 25,2 29 ,8 16 9 20 22 10 25 10 25 10,0 98 19
Alterungszeit, h 21 91 21 - - 5 - - 5 - 5 - 3 51,9 -
Spez. Widerstand 3.2 51,9 3,2 — — - — — - — - — 2 17,6 -
Beispiel: 90 17,6 92 93 - - 4,9 - 10,5 99
P2O, 63,2 15,5 51,9 51,9 - - - - 10 63,2
Al2O3 15,3 10 17,6 17,6 11 17 11 14 5 26,4
SiO2 3,9 5 18 18 19 23 16 17 5 -
Ta2O5 12,6 7,5 10 - - - - - 10,3
ZrO2 - 5 2,5 _ _ _ - -
La2O3 2 - - 26 -
MgO - - - 23 -
CaO 3 - - - -
«rXlO7, (0-30O0C) 8 17 17 _ 18,1
<rX107, (0-70O0C) 26,1 24 22 24,1
Alterungszeit, h - !) - - -
Spez. Widerstand - - - —
*) dotiert bei 105O0C.
Obwohl das Dotierungsverfahren nach der Erfindung darauf beschränkt und z. B. auf Halbleiter mit N-Leltfä-
insbesondere im Hinblick auf die Herstellung von P-N- 50 higkeit als Ausgangsmaterial und Erzeugung von N-N*-
Übergängen, ausgehend von P-leltenden Halbleitern Übergängen, wie weiter vorn erläutert, anwendbar, beschrieben worden ist, ist das Dotierungsverfahren nicht

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterkörpers, wobei der Halbleiterkörper und eine planare, Al2O3-haltige polykristalline P2Os-Quelle im Abstande voneinander so lange in einem Reaktionsraum erhitzt werden, bis in dem Halbleiterkörper eine N-Ieitende Zone ausgebildet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus der Schmelze gebildete polykristalline P2Os-Quelle mit (in Mol-%) 45 bis 75 P2Os, 11 bis 28 AJ2Oi, 6,5 bis 13 Ta2O5, O bis 20 SiO2, O bis 7 La2O3 eingesetzt wird, wobei P20s+Ali0j+Ta20s mindestens 75 Mol-% der Gesamtzusammensetzung ausmachen, das Molverhältnis von P2Os zu Al2Oj mindestens 2 ist und der durchschnittliche lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Quelle weniger als 32.10-7/oC im Bereich von O bis 30O0C und weniger als 42.10-7/"C im Bereich von O bis 700° C betragt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von SiO2 und La2O3 mindestens 2 Mol-% der Zusammensetzung der P2Os-Quelle betragt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine P2O5-Quelle mit (in Mol-%) 57 bis 75 P2O5, 12 bis 20 AI2O3, 7,5 bis 13 Ta2O5, O bis 13 SiO2, O bis 6 La2O3 eingesetzt wird, wobei P2O5+AI2O3+Ta2O5 mindestens 86 Mol-% und SiO2+ La2O3 mindestens 2 Mol-% der Zusammensetzung ausmachen und das Molverhältnis von P2O5 zu AI2O3 mindestens 2 beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas eingesetzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein P-Siliclum-Körper eingesetzt wird.
wird und der Phosphor In den Halbleiterkörper eindlffundiert.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine aus der Schmelze gebildete polykristalline P2O5-QuelIe mit (in Mol-%) 45 bis 75 P2O5, 11 bis 28 AI2O3, 6,5 bis 13 Ta2O5, O bis 20 SiO2, O bis 7 La2O3 eingesetzt wird, wobei P2Os+Al2Oi+Ta2O$ mindestens 75 Mol-% der Gesamtzu-
m sammensetzung ausmachen, das Molverhältnis von P2O5 zu Al2O3 mindestens 2 ist und der durchschnittliche lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Quelle weniger als 32.ΙΟ"7/" C im Bereich von O bis 300° C und weniger als 42.10-7/" C im Bereich von O bis 700° C beträgt.
Durch »mit...« ist gemeint, daß die. angegebenen Komponenten die wesentlichen für die Lösung der gestellten Aufgabe sind. Neben ihnen können noch andere Oxide (vgl. Tabelle III) vorliegen in Mengen, daß die polykristalline Struktur und die bestimmen Wärme ausdehnungskoeffizienten erhalten bleiben.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird also ein aus der Schmelze gebildeter polykristalliner keramischer Körper als Dotierungsmittelquelle eingesetzt, der als einzige wesentliche Bestandteile P2O5, Ta2O5 und AI2O3 und wahlweise kleine Mengen von SiO/ und La2O3 enthält; die Zusammensetzung ist in der nachstehenden Tabelle I übersichtlich dargestellt:
Tabelle I
Oxid
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