DE2922055A1 - Verfahren zum herstellen von halbleitereigenschaften aufweisendem silicium - Google Patents
Verfahren zum herstellen von halbleitereigenschaften aufweisendem siliciumInfo
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- H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System further characterised by the doping material
Description
- Verfahren zum Herstellen von Halbleitereigenschaften
- aufweisendem Silicium Bei der Herstellung von ontoelektronischen Bauelementen, insbesondere von Solarzellen aus Silicium ist man bestrebt, möglichst billiges Silicium zu verwenden. Bekannt ist, daß dann aber der Wirkungsgrad der Zellen, das Verhältnis der gesamten Eins trahlungs energie pro Flächeneinheit zur photovoltaisch nutzbaren Solarenergie je Flächeneinheit entsprechend niedriger wird.
- Zur Zeit wird bei einkristallinem Silicium mit einem Wirkungsgrad von 15 - l8#, bei polykristallinem Silicium mit einem solchen von 8 - l0#, in Extremfällen mit größeren einkristallinen Bereichen sogar bis 12% und bei amorphem Silicium mit einem solchen von 1 - 3% gerechnet.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, den Wirkungsgrad sowohl bei einkristallinem als auch bei polykristallinem Silicium wesentlich zu verbessern. Die hier gegebene Lehre ist aber auch bei amorphem Silicium mit Vorteil anwendbar.
- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Wirkungsgrad von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit der Trägerlebensdauer des Materials einhergeht und daß die Trägerlebensdauer durch hohe Rekombinationsraten an Zwischengitterplätzen des Siliciums, an den Oberflächen und an den pn-Übergängen des Halbleiterkdrpers, und bei polykristallinem Silicium auch an den Korngrenzen des Siliciums um Zehnerpotenzen herabgesetzt wird. -Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mündet daher in dem bisher noch nicht gelösten Problem, die Rekombinationsrate herabzusetzen.
- Das Verfahren zur Herstellung von Halbleitereigenschaften aufweisendem Silicium sieht daher gemäß vorliegender Erfindung vor, daß dem hochreinen Silicium ein die Trägerlebensdauer erhöhendes Mittel eindiffundiert wird. Als die Trägerlebensdauer erhöhendes Mittel findet Blei Verwendung. Das Blei kann entweder in metallischer Form oder aus Verbindungen heraus, vorzugsweise aus Bleijodid (PbJ2), Bleichlorid (PbCl2), Bleitetraäthyl (Pb(C2H,), Bleiacetat (Pb(CH3C00)2) oder als Bleitetramethyl (Pb(Ch3)4) eindiffundiert werden.
- Als Bleiverbindungen e#gnen sich aber Bleihalogenide weniger gut, da sie zusätzlich Abtragungsphänomene zeigen.
- Erkannt wurde, daß der die Trägerlebensdauer herabsetzende atomare Wasserstoff an Zwi.mchengitterplätzen, an Korngrenzen, an Oberflächen und an pn-Übergängen vermehrt anzutreffen ist und daß es gilt, diese Wasserstoffradikale zu unschädlichem molekularen Wasserstoff zusammenzuführen. Dabei bringt Blei in der AbkSEhlungs- phase des Siliciums den atomaren Wasserstoff zur Reaktion und damit zum Ausscheiden, vorzugsweise zum Ausdiffundieren in die Atmosphäre.
- Das eingefügte Blei bleibt zwar im Silicium, zeigt aber keine schädlichen Effekte. Blei selbst verändert weder die Trägerlebensdauer, noch zeigt es eine die p- bzw.
- n-Leitfähigkeit beeinflussende Wirkung; es besitzt demnach keine Dotierstoffeigenschaften.
- Die zugesetzte Bleimenge soll 10-6 bis 1019, besser 10 7 bis 10 8 Gewichtsteile betragen. Grenzen hinsichtlich zu hoher Bleizugaben sind jedenfalls dort zu sehen, wo sich Lamellen aus metallischem Blei, zusammenhängende Bleischichten oder kleine Bleimetallstellen ausbilden. Sie gilt es insbesondere auf den Innenoberflächen des Polysiliciums zu vermeiden.
- Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung kann entweder ein vorzugsweise polykristalliner Siliciumstab als Ganzes in einem abgeschlossenen Gefäß einer Eindiffusion von Blei unterworfen werden, es ist aber ebenso möglich, einen einkristallinen oder amorphen Siliciumstab in Scheiben zu zerteilen und in einer allseitig geschlossenen Ampulle in den Scheibenstapel Blei zu diffundieren.
- Eine weitere Möglichkeit besteht darin, während eines Zuges beim tiegelfreien Zonenschmelzen den Siliciumstab mit gasförmigem, entweder verdampftem oder aus einer gasförmigen Verbindung stammenden Blei zu dotieren.
- Hierbei muß aber die Abdampfrate des Bleis mit bertoksichtigt werden. Bleieinbau in der Größenordnung von 10 8 Gewichtsanteilen ist beim Zonenschmelzen aber auf alle Fälle erreichbar.
- Zur Diffusion wird das Reaktionsgefäß auf etwa 12500C erhitzt und während mehrerer Stunden, beispielsweise während dreier Tage das Blei eindiffundiert.
- Gleichzeitig mit der Bleidiffusion kann auch ein die Leitfähigkeit des Siliciums bestimmender Dotierstoff, vorzugsweise Phosphor, mit eindiffundiert werden. Mit dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung läßt sich ein Bleizusatz in den Grenzen von 10 6 bis 10 9, besser 10 7 bis 10 8, Gewichtsanteilen erzielen.
- Bei der sogenannten Ämpullendiffusion mit Blei wurden für 500 g Siliciumscheiben 0,5 mg metallisches Blei verwendet. Die hermetisch abgeschlossene und evakuierte Ampulle wurde dann auf 125000 erhitzt und das Blei 24 Stunden lang zur Eindiffusion gebracht. Gleich gute Ergebnisse konnten aber auch mit 1 mg Bleiacetat für 500 g Siliciumscheiben erzielt werden, wobei die verwendete Ampulle ebenfalls für 24 Stunden auf 125000 erhitzt worden war.
- 19 Patentansprüche
Claims (19)
- PatentansDrtche ly Verfahren zur Herstellung von Haibleitereigenschaften aufweisendem Silicium, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß dem hochreinen Silicium ein die Trägerlebensdauer erhöhendes Mittel eindiffundiert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch i, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als die Trägerlebensdauer erhöhendes Mittel Blei verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß zur Bleidiffusion metallisches Blei verwendet wird.
- 4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 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 zur Bleidiffusion Bleijodid (PbJ2) verwendet wird.
- 5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 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 zur Bleidiffusion Bleichlorid (PbCl2) verwendet wird.
- 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 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 zur Bleidiffusion Bleitetraäthyl (Pb(C2H5)4) verwendet wird.
- 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 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 zur Bleidiffusion Bleitetramethyl (Pb(CH7)4) verwendet wird.
- 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 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 zur Bleidiffusion Bleiacetat (Pb(CH3C00)2) verwendet wird.
- 9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein vorzugsweise polykristalliner Siliciumstab als Ganzes in einem abgeschlossenen Gefäß einer Eindiffusion von Blei unterworfen wird.
- 10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Siliciumstab in Scheiben zerteilt und der Scheibenstapel in einer allseitig geschlossenen Ampulle mit Blei diffundiert wird.
- 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß während eines Zuges beim tiegelfreien Zonenachmelzen der Stab mit gasförmigem Blei dotiert wird.
- 12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n Z e i c h n e t, daß während eines Zuges beim tiegelfreien Zonenschmelzen der Stab mit einer gasförmigen Bleiverbindung dotiert wird.
- 13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Reaktionsgefäß auf etwa 125000 erhitzt und dabei das Blei zur Eindiffusion in das Halbleitermaterial gebracht wird.
- 14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß gleichzeitig mit der Bleidiffusion ein die Leitfähigkeit des Siliciums bestimmender Dotierstoff eindiffundiert wird.
- 15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit der Bleidiffusion gleichzeitig eine Phosphordiffusion vorgenommen wird.
- 16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bleidiffusion über mehrere Stunden, vorzugsweise während dreier Tage, vorgenommen wird.
- 17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bleizusatz 10 6 bis 10 9, besser 10 -7 bis 10 8 Gewichtsanteile beträgt.
- 18. Verwendung des mit Blei diffundierten Siliciums, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 17, zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen.
- 19. Verwendung des mit Blei diffundierten Siliciums, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 17, zur Herstellung von Solarzellen.
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| DE1419280A1 (de) * | 1954-06-23 | 1969-04-30 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von pn-UEbergaengen in Halbleiterstaeben |
| DE2019251A1 (de) * | 1970-04-21 | 1971-11-04 | Siemens Ag | Verfahren zum Eindiffundieren oder Einlegieren eines Fremdstoffes in einen Halbleiterkoerper |
| DE2525571A1 (de) * | 1975-06-09 | 1976-12-30 | Siemens Ag | Verfahren zum herstellen von scheibenfoermigen siliciumkoerpern durch giessen aus der schmelze |
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1980
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DE-B.: Rost, R.: Silicium als Halbleiter, 1966, S. 65 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55162222A (en) | 1980-12-17 |
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