DE975925C

DE975925C - Verfahren zum Herstellen eines definierten, abgestuft verteilten Stoerstellengehaltes in einem Halbleiterkoerper

Info

Publication number: DE975925C
Application number: DES30275A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Dorendorf; Heinz Dr Henker; Georg Dipl-Chem Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-09-17
Filing date: 1952-09-17
Publication date: 1962-12-13

Description

Bekanntlich müssen halbleitende Substanzen, insbesondere Germanium oder Silizium, einen bestimmten definierten Störstellengehalt besitzen, um die erstrebte Wirkung zu zeigen. Mit den bisherigen Verfahren ist es schwierig, die Störstellenmenge in dem gewünschten Grad in den Halbleiter einzubringen, insbesondere, weil beim Schmelzen im Vakuum ein nicht erfaßbarer Teil des Störstellen bedingenden Zusatzstoffes verdampft und

ίο beim Kristallisieren des Halbleiters schließlich zum Teil eine Entmischung eintritt. Auch bei flächenhaften Anordnungen mit entgegengesetztem Leitungstyp, beispielsweise p-n-p- oder n-p-n-Elementen, sind die bekannten Verfahren nicht geeignet, reproduzierbare Werte zu erzielen.

Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen Störstellen enthaltender Halbleiter, insbesondere für Trockengleichrichter, besteht darin, daß man einen möglichst Störstellenfreien Halbleiter in einem Gasraum, der die als Störstellen einzubringenden Substanzen als Ionen einer Gasentladung enthält, auf ein Potential solcher Polarität bringt, daß die Ionen auf der Oberfläche des Halbleiters aufgefangen werden.

Die aufgefangenen Ionen diffundieren dann in den Halbleiter ein. Der sich erhitzende Halbleiter begünstigt infolge seiner höheren Temperatur die Diffusion im Halbleiter. Da die Diffusion der Ionen im Halbleiter mit steigender Temperatur zunimmt, ist es zweckmäßig, ihn während der Dif-

209 732/17

fusion durch Ionenbombardement und/oder durch anderweitige Erhitzung auf erhöhter Temperatur zu halten.

Es war ferner bekannt, daß durch Diffusion hergestellte pn-Übergänge eine nichtlineare Konzentrationsverteilung der Dotierungsstoffe besitzen, die bei manchen Halbleiteranordnungen mit Erfolg ausgenutzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ίο zum Herstellen eines definierten, abgestuft verteilten Störstellengehaltes in einem insbesondere aus Silizium oder Germanium bestehenden Halbleiterkörper durch Eindiffundierung eines Störstellen erzeugenden Zusatzstoffes in den einen entgegengesetzten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterkörper, der in einem den Zusatzstoff in "definierter regelbarer Konzentration enthaltenden Gas erhitzt wird, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit des Zusatzstoffes im Halbleiter durch die Temperatur des ao Halbleiterkörpers gesteuert wird, und schlägt vor, daß ein Halbleiterkörper und ein verdampfbarer Zusatzstoff voneinander getrennt in einem Gefäß, insbesondere einer Ampulle, untergebracht und durch Erhitzen der Anordnung in dem Gefäß ein der gewünschten Konzentration des Zusatzstoffes - in der Gasphase entsprechender Dampfdruck erzeugt wird, daß die Erhitzung so vorgenommen wird, daß sich der Halbleiterkörper während des Diffusionsvorganges auf einer höheren Temperatur als der zu verdampfende Zusatzstoff befindet, daß die Diffusion frühzeitig abgebrochen wird und die Schärfe des Überganges durch Änderung der Diffusionsgeschwindigkeit und des Dampfdruckes des Zusatzstoffes eingestellt wird.

Nach dem gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren lassen sich auch im Rahmen einer Großfertigung Halbleiterbauelemente mit genau vorher bestimmten Werten auf einfache Weise herstellen, da die Konzentration des in den Halbleiterkristall eindiffundierenden Zusatzstoffes sowie seine Diffusionsgeschwindigkeit lediglich durch Einstellung zweier Temperaturen bestimmt ist und außerdem ein Niederschlag des Zusatzstoffes an der Oberfläche des Kristalls in Form einer Schicht vermieden ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann beispielsweise in folgender Weise durchgeführt werden:

Man bringt den halbleitenden Stoff und den die Störstellen hervorrufenden Zusatzstoff getrennt voneinander in einer Ampulle unter, die evakuiert wird. Durch Erhitzen der Ampulle entsteht ein von • der Erhitzungstemperatur abhängiger Dampfdruck des Zusatzstoffes, der Atome in den Halbleiter eindiffundieren läßt. Da man durch Regelung der Temperatur des zu verdampfenden Zusatzstoffes es in der Hand hat, den Dampfdruck beliebig einzustellen, wird auch die eindiffundierte Menge entsprechend verschieden sein.

Der Zusatzstoff wird auf die Dotierung des Halbleiters so abgestimmt, daß er den entgegengesetzten Leitungstyp zu dieser Dotierung erzeugt. Durch frühzeitiges Abbrechen der Diffusion erreicht man, daß nicht der gesamte halbleitende Stoff homogen durchsetzt wird, sondern daß er in bestimmter, von seinem Dampfdruck und der Temperatur des Halbleiters abhängiger Menge bis zu -einer bestimmten Tiefe in den halbleitenden Stoff eindringt. Der Grad der Schärfe des Überganges von einem Leitungstyp zum anderen wird hierbei weitgehend durch Änderung der Diffusionsgeschwindigkeit und des Dampfdruckes beeinflußt. ■ Die Diffusionsgeschwindigkeit wird dabei ausschließlich durch die Temperatur, auf welcher der Halbleiterstoff gehalten wird, geregelt. Für die genannten Hälbleiterstoffe empfiehlt sich eine Temperatur zwischen ungefähr 500 und 950⁰C, während die Temperatur des Zusatzstoffes, die zusammen mit der Temperatur des Halbleiters die Menge des in den Halbleiter eindiffundierenden Zusatzstoffes bestimmt, jeweils niedriger als die Temperatur des Halbleiterstoffes gewählt wird.

Im Prinzip ist es auch möglich, statt mit einer evakuierten Ampulle zu arbeiten, das Verfahren unter Schutzgas durchzuführen.

Bei geeigneter Anordnung der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Einrichtung ist es möglich, einen Halbleiterstoff auf zwei verschiedenen Flächenseiten gleichzeitig mit gleichem oder auch verschiedenem Zusatzstoff zu behandeln. Beispielsweise kann man den Halbleiter in Form einer Scheibe wählen und auf die beiden geschliffenen Oberflächen je ein Quarzrohr fest aufliegend anbringen, in welchem sich die verschiedenen Zusatzstoffe befinden. Die Gesamtanordnung wird in einem evakuierten oder mit einem geeigneten Schutzgas gefüllten Gefäß untergebracht und nunmehr sowohl der Halbleiter als auch die Zusatzstoffe beispielsweise durch Induktionsheizung auf die erforderlichen Temperaturen gebracht.

Es ist jedoch auch möglich, auf der gleichen Flächenseite eines Halbleiters gleichzeitig nebeneinander verschiedene Zusatzstoffe eindiffundieren zu lassen, indem man entsprechend viele mit verschiedenen Zusatzstoffen versehene Röhrchen auf diese Flächenseite des Halbleiters auflegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum Herstellen eines definierten, abgestuft verteilten Störstellengehaltes in »» einem insbesondere aus Silizium oder Germanium bestehenden Halbleiterkörper durch Eindiffundieren eines Störstellen erzeugenden Zusatzstoffes in den einen entgegengesetzten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterkörper, der in einem den Zusatzstoff in definierter regelbarer Konzentration enthaltenden Gas erhitzt wird, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit des Zusatzstoffes im Halbleiter durch die Temperatur des Halbleiterkörpers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper und ein verdampfbarer Zusatzstoff voneinander getrennt in einem Gefäß, insbesondere einer Ampulle, untergebracht und durch Erhitzen der Anordnung in dem Gefäß ein der gewünschten Konzentration des Zusatzstoffes in der Gas-

phase entsprechender Dampfdruck erzeugt wird, daß die Erhitzung so vorgenommen wird, daß sich der Halbleiterkörper während des Diffusionsvorganges auf einer höheren Temperatur als der zu verdampfende Zusatzstoff befindet, und daß die Diffusion frühzeitig abgebrochen wird und die Schärfe des Überganges durch Änderung der Diffusionsgeschwindigkeit und des Dampfdruckes des Zusatzstoffes eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter auf eine Temperatur zwischen ungefähr 500 und 950° C und der Zusatzstoff auf eine jeweils niedrigere Temperatur als der Halbleiter gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter auf zwei verschiedenen Flächenseiten gleichzeitig mit gleichen oder verschiedenen Zusatzstoffen behandelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter auf der gleichen Fläche nebeneinander gleichzeitig mit verschiedenen Zusatzstoffen behandelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampften Zusatzstoffe den jeweiligen Stellen der Halbleiteroberfläche durch dicht aufliegende Quarzröhren zugeleitet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 840418;

Zeitschrift für Physik, Bd. 106, 1937, S. 93 bis 101, Bd. 119, 1942, S. ι bis 21, Bd. 125, 1949, S. 451 bis 454;

Zeitschrift für Naturforschung, 1946, S. 13 bis ij;

deutsche Patentanmeldungen I 4676 (bekanntgemacht am 27. 3. 1952), I 4677 (bekanntgemacht am 29. 5. 1952), L 9048 (bekanntgemacht am 11. 6. 1952), W 7362 (bekanntgemacht am 11.6.1952); britische Patentschrift Nr. 594959;

USA.-Patentschrift Nr. 2 504627;

Zeitschrift »Phys. Rev.«, Bd. 80, Nr. 3, S. 467, 468.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 970 900.

© 209 732/17 12.62