DE2939491A1

DE2939491A1 - Verfahren zum herstellen von halbleitereigenschaften aufweisendem, mit indium hochdotiertem silicium

Info

Publication number: DE2939491A1
Application number: DE19792939491
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Bernd 8000 München Baur; Dipl.-Chem. Dr. Norbert Schink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-04-30

Description

Verfahren zum Herstellen von Halbleitereigenschaften
aufweisendem. mit Indium hochdotiertem Silicium Bei der Herstellung von optoelektronischen Bauelementen aus Silicium, insbesondere bei Infrarotsensoren, wird als Ausgangsmaterial Silicium benötigt, das eine sehr hohe Dotierungskonzentration von Indium aufweist. Der Wirkungsgrad von Infrarotsensoren hängt u.a. sehr stark von dieser Indiumkonzentration ab. In der Praxis werden Konzentrationen von 1019 , sogar von 1O20 Indiumatome pro cm3 gefordert. Letzteres liegt bereits an der Löslichkeitsgrenze des Indiums in Silicium.
Eine befriedigende Lösung, Indium in solch hoher Konzentration in Silicium einzubauen, gibt es bisher nicht.
Indium hat einen für diese Fälle zu hohen Dampfdruck; es verdampft schnell und kann daher nicht in befriedigender Weise in das Silicium eingebaut werden.
Diese Schwierigkeiten werden bei dem Verfahren zur Herstellung von Halbleitereigenschaften aufweisendem, mit Indium hochdotiertem Silicium gemäß vorliegender Erfindung dadurch vermieden, daß stangen- oder barrenförmiges Silicium durch eine Indium enthaltende metallische Legierung dotiert wird. Die Dotierung des Siliciumswird am einfachsten durch tiegelfreies Zonenschmelzen vorgenommen. Vorzugsweise besteht die metallische Legierung aus Indium und Gold, Indium und Silber, Indium und Zinn oder Indium und Silicium. Legierungen aus 3 Gewichtsteilen Zinn und einem Gewichtsteil Indium, aus 5 Gewichtsteilen Silber und einem Gewichtsteil Indium, aus 3 Gewichtsteilen Gold und einem Gewichtsteil Indium oder aus 9 Gewichtsteilen Silicium und einem Gewichtsteil Indium haben sich besonders bewährt.
Zweckmäßigerweise wird die das Indium enthaltende Legierung in zum Dotieren geeignete Formkörper wie Scheiben, Zylinder oder dergl. zerteilt. Gemäß vorliegender Erfindung kann damit in einfacher Weise die Dotierung des Siliciumsmit der den Dotierstoff enthaltenden Leerung auch beim tiegelfreien Zonenschmelzen vorgenommen werden, was bisher wegen des hohen Damvdruckes von Indium nicht möglich war. Es besteht die Möglichkeit, entweder die den Dotierstoff enthaltende Legierung als Scheibe in den Anfang des zonenzuschmelzenden Stabes einzubringen oder das Legierungsmaterial längs des Stabes kontinuierlich, z.B. in einer Nut, oder an diskreten Stellen aufzubringen, um das Indium während des Zonenschmelzens gleichmäßig über die gesamte Stablänge zu verteilen.
Dadurch, daß eine Vorlegierung aus Indium und einem weiteren Element wie Zinn, Silber, Gold oder Silicium hergestellt wird und diese Legierung als Dotiermaterial Verwendung findet, gelingt es, den Dampfdruck des Indiums stark herabzusetzen und das Indium in erheblich stärkerer Konzentration in das Silicium einzubauen.
Es liegt im Rahmen der Kenntnisse eines Fachmannes, die benötigte Indiummenge und die Konzentration der Legierung auszurechnen. Bei vorgegebener Stablänge und Stabdurchmesser, d.h. bei vorgegebenem Stabvolumen und der benötigten Indiummenge - unter BerUcksichtigung der Indiumabdampfrate - kann bei gewählter Form des Legierungsformkörpers das benötigte Legierungsverhältnis ermittelt werden. Bekanntlich sind die zur Legierung verwendeten Stoffe wie beispielsweise Silber und Indium lückenlos mischbar.
Zur Erläuterung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung kann als Beispiel ein 3-Zoll-Stab verwendet werden.
Mit einer Stablänge von 1 m und einem Durchmesser von 70 mm hat dieser Stab - spezifisches Gewicht beträgt 2,4 - ein Gewicht von 9,24 kg.
Beim Einbau von 10 3 Indiumatomanteilen im Silicium erfordert dies 9,24 Gramm x 4,1 - 38 Gramm Indium, dabei ist 4,1 das Verhältnis der Atomgewichte von Indium (115) zu Silicium (28). Soll als Dotierungsmaterial eine Legierung von 9 Teilen Silicium zu einem Teil Indium verwendet werden, so werden 380 Gramm der Silicium-Indium-Legierung benötigt. Erfahrungsgemäß verdampft etwa 50 X, so daß etwa 600 Gramm einer 9:1 Silicium-Indium-Legierung für einen 3-Zoll-Stab gebraucht werden.
Wird bei dem zur Dotierung vorgesehenen Silicium-Indium-Formkörper eine Stabform mit dem gleichen Durchmesser wie ihn der Siliciumstab besitzt (70 mm), gewählt, dann folgt eine Länge von 6,5 cm.
Um einen Siliciumstab von 1 m Länge und 70 mm Durchmesser mit 2 bis 5 x 1019 Atomen Indium pro cm3 Silicium zu dotieren, wird ein Silicium-Indium-Legierungskörper von 6,5 cm Länge und 70 mm Durchmesser benötigt, wenn der Legierungskörper aus 9 Teilen Silicium und einem Teil Indium besteht.
18 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Halbleitereigenschaften aufweisendem, mit Indium hochdotiertem Silicium, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß stangen-oder barrenförmiges Silicium durch eine Indium enthaltende metallische Legierung dotiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Siliciums mit Indium durch tiegelfreies Zonenschmelzen vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Indium und Zinn besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Indium und Silber besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Indium und Gold besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Indium und Silicium besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus drei Gewichtsteilen Zinn und einem Gewichtsteil Indium besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus fünf Gewichtsteilen Silber und einem Gewichtsteil Indium besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus drei Gewichtsteilen Gold und einem Gewichtsteil Indium besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus neun Gewichtsteilen Silicium und einem Gewichtsteil Indium besteht.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Indium mit einer Konzentration von etwa 1019 Indiumatomen pro cm3 in das Siliciumnaterial eingebaut wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Indium mit einer Konzentration von etwa io20 Indiumatomen pro cm3 in das Siliciummaterial eingebaut wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Indium enthaltende Legierung in zum Dotieren geeignete Formkörper wie Scheiben und dergl. zerteilt wird.
14. Verfahren nach wenigstens einem der AnsprUche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Siliciums mit der Indium enthaltenden Legierung durch einen Zonenzug während des tiegelfreien Zonenschmelzens vorgenommen wird.
15. Verfahren nach wenigstens einem der AnsprUche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dotierstoff enthaltende Legierung als Scheibe oder Zylinder in den Anfang des zonenzuschmelzenden Stabes eingebracht und das Indium gleichmäßig über die gesamte Stablänge verteilt wird.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial längs des Stabes kontinuierlich oder an diskreten Stellen aufgebracht und mittels tiegelfreien Zonenschmelzens gleichmäßig über die gesamte Stablänge verteilt wird.
17. Verwendung des mit Indium hochdotierten Siliciums, hergestellt nach einem der AnsprUche 1 bis 16, zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen.
18. Verwendung des mit Indium hochdotierten Siliciums, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Herstellung von Infrarotsensoren.