CH471239A - Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem Körper aus Halbleitermaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem Körper aus Halbleitermaterial

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CH471239A
CH471239A CH1444462A CH1444462A CH471239A CH 471239 A CH471239 A CH 471239A CH 1444462 A CH1444462 A CH 1444462A CH 1444462 A CH1444462 A CH 1444462A CH 471239 A CH471239 A CH 471239A
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Description


  Verfahren     zur    Herstellung eines     Oxydbelages    auf einem Körper aus Halbleitermaterial    Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines       Oxydbelages    auf einem vorzugsweise einkristallinen  Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Sili  zium, unter Verwendung eines gasförmigen Oxydations  mittels vorgeschlagen worden, wobei dem Oxydations  mittel ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen  und/oder     Alkaliionen    abspaltender und sich mindestens  teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird. Das  Oxydationsmittel ist Wasserdampf. Es hat sich heraus  gestellt, dass auch Dampf aus Wasserstoffsuperoxyd ein  geeignetes Oxydationsmittel ist.  



  Die Erfindung ist eine Weiterbildung des vorge  schlagenen Verfahrens. Sie betrifft demgemäss ein Ver  fahren zur Herstellung eines     Oxydbelages    auf einem  Körper aus Halbleitermaterial unter Verwendung eines  gasförmigen Oxydationsmittels, wobei dem Oxydations  mittel ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoffionen  und/oder     Alkaliionen    abspaltender und sich mindestens  teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird.

   Dieses  Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeich  net, dass als Oxydationsmittel Dampf aus Wasser oder  Wasserstoffsuperoxyd verwendet wird, dem zusätzlich  ein bei Anwesenheit dieses Dampfes und bei erhöhter  Temperatur flüchtiger und einen     Dotierungsstoff    ent  haltender Stoff beigemengt wird, und dass nach der Bil  dung eines     Oxydbelages    auf dem Halbleiterkörper die  ser einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von  mehr als 1000  C während mehrerer Stunden unter  zogen wird. Der dem Dampf beigemengte Stoff enthält       Dotierungsstoff    vorteilhaft in chemischer Bindung.  



  Der     Dotierungsstoff    wird ebenfalls in die entste  hende     Oxydhaut    eingebaut und diffundiert bei der nach  folgenden Wärmebehandlung aus dieser     Oxydhaut    in  das angrenzende Halbleitermaterial. Hierdurch kann  dieses in Schichten bzw. im ganzen umdotiert werden,  bzw. es kann ihm eine höhere     Dotierungskonzentration     verliehen werden.  



  Die entstehenden     Oxydhäute    sind sehr dicht und  wisch- und chlorfest. Bei dem nachfolgenden Diffusions-         vorgang    diffundiert lediglich das in dem Oxyd vorhan  dene     Dotierungsmaterial    in den Halbleiterkörper, wäh  rend für von aussen einwirkende Fremdstoffe das Oxyd  als Maskierung und Abdeckung dient.  



  Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfin  dung näher erläutert werden. In der Figur ist ein Gerät  zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. In einer  Ampulle 2, welche aus Glas bzw. Quarz bestehen kann,  ist ein Ständer 3 angeordnet, welcher beispielsweise aus  einem mit Querschlitzen versehenen, halbierten Hohl  zylinder bestehen kann. In diesem Ständer 3 sind Halb  leiterscheiben 4, beispielsweise runde     Siliziumscheiben     oder     Germaniumscheiben,    ähnlich wie in einem Schall  plattenständer angeordnet. In einer Abschnürung der  Ampulle befindet sich eine Masse 5, welche aus Wasser,  einem Wasserstoffionen bzw.     Alkaliionen    abspaltenden  Stoff und einem einen     Dotierungsstoff    enthaltenden  Stoff besteht.

   Nach dem Einbringen der Masse 5 und  des mit den Halbleiterscheiben 4 versehenen Ständers 3  wird die Ampulle     abgeschmolzen,    wobei die in der Am  pulle befindliche Luft nicht entfernt zu werden braucht.  Danach wird die Ampulle beispielsweise in eine Stahl  röhre eingeschoben, deren Innendurchmesser etwa mit  dem Aussendurchmesser der Ampulle übereinstimmt,  und die Stahlröhre dann in einen Ofen, beispielsweise  einen elektrisch beheizten Widerstandsofen eingebracht.  Hiernach     erfolgt    die     Aufheizung    auf eine Temperatur  von mehr als 250  C, insbesondere auf etwa 350  C.  Diese Temperatur wird mehr als 30 Minuten aufrecht  erhalten. Zweckmässig wird die Dauer zu 8 bis 48 Stun  den, z. B. 16 Stunden bemessen.

   Nach dieser Wärme  behandlung weisen die Halbleiterscheiben einen Oxyd  belag auf, welcher     Dotierungsmaterial    enthält. Die Am  pulle wird nun zerstört, und die herausgenommenen  Halbleiterscheiben werden einer Wärmebehandlung bei  einer Temperatur von mehr als 1000  C und mehreren  Stunden Dauer unterworfen.

   Die Temperatur und die  Dauer der Behandlung richten sich nach der gewählten  Schichtdicke sowie nach dem verwendeten     Dotierungs-          material.         <I>Beispiel 1</I>  In eine Glasampulle 2 wird ein Ständer 3 aus     Alu-          miniumblech        (99,99        %)        mit        etwa        10        Siliziumplättchen     mit einem spezifischen Widerstand von 200 Ohm - cm  eingebracht. Das Aluminiumblech hat ein Gewicht von  etwa 3 g.

   In den Nebenraum der Ampulle wird ein       Tropfen        Salzsäure        (HCl)        (35        %)        von        etwa        100        mg        Ge-          wicht    eingebracht. Nach dem     Abschmelzen    der Ampulle  erfolgt eine Wärmebehandlung bei etwa 300  C von 16  Stunden Dauer, wobei eine     Oxydschicht    mit einer Dicke  von einigen 1000 A entsteht, in welche Aluminium ein  gelagert ist.

   Anschliessend werden die so behandelten  Halbleiterscheiben etwa 16 Stunden bei einer Tempera  tur von 1280  C in einem Stickstoffstrom behandelt.  Stickstoff wirkt an sich     n-dotierend,    kann aber wegen  der     Oxydhaut    nicht in das Halbleitermaterial eindrin  gen. Nach dieser     Diffusionsbehandlung    ist das Silizium  bis zu einer Tiefe von 70 bis 130     ,u    mit Aluminium in  einer Konzentration von     3X1016    bis     2X1017        cm-3    do  tiert.

   Wenn das Silizium vorher     n-leitend    war, so befin  det sich in dieser Tiefe nun ein     pn-Übergang,    und der  Halbleiterkörper kann durch entsprechende Aufteilung  zu Halbleiterbauelementen, wie Transistoren und dgl.,  weiterverarbeitet werden. Die Lebensdauer der     Minori-          tätsträger    beträgt in dem so behandelten Halbleiterkör  per z =     3,us.     



  <I>Beispiel 11</I>  In einem     Ständer    3 aus Glas werden wiederum  Halbleiterscheiben innerhalb einer Ampulle angeordnet  und in einem Nebenraum der Ampulle ca. 50 mg Bor  säure     (HsB03)    und 100 mg Wasser (H20). Während  einer Wärmebehandlung bei 300  C von 16 Stunden  Dauer entsteht eine mit Bor dotierte     Oxydschicht,    aus  welcher durch einen Diffusionsvorgang wie in Beispiel I  das Bor in das Halbleitermaterial eindiffundiert und hier  eine     bordotierte    Schicht von etwa 60     ,u    Dicke erzeugt.

         DieKonzentration    des Bors beträgt hierbei etwa 3 X     101$     bis 1 X     1013    cm-     g.     



  <I>Beispiel</I>     III     Halbleiterscheiben werden in einem Ständer aus  Aluminium angeordnet. Im Nebenraum der Ampulle  werden     Salzsäure,    Borsäure und Wasser untergebracht.  Die Wärmebehandlung erfolgt wie in Beispiel I und     II.     <I>Beispiel IV</I>  In einem Ständer 3 aus Glas werden Halbleiter  scheiben 4 untergebracht und in einem Nebenraum der  Ampulle ca. 100 mg     Orthophosphorsäure        (HsP04)    so  wie etwa 100 mg Wasser     (H20).    Es schliesst sich eine  Wärmebehandlung bei einer Temperatur von<B>300'C</B>  von 16 Stunden Dauer an.

   In einer darauffolgenden  Wärmebehandlung bei etwa 1260  C von 16 Stunden  Dauer in einem Stickstoffstrom entsteht durch Diffusion  des Phosphors eine     n-leitende,    etwa 55     ,u    starke Halb  leiterzone. Die Phosphorkonzentration in dem so dotier  ten Halbleitermaterial beträgt etwa 2 X<B>1018</B>     bisl    X     1013          Cm-3.     



  <I>Beispiel V</I>  Die Halbleiterscheiben werden in einem Ständer aus  Glas oder Aluminium innerhalb der Ampulle unterge  bracht. Im Nebenraum der Ampulle     wird    eine Masse  aus Aluminiumchlorid mit Kristallwasser     (AICI3.   <B>611,0)</B>  sowie von Wasser     (H20)    untergebracht. Durch Hydro  lyse entsteht Salzsäure, und es werden Wasserstoffionen  frei. Die Behandlung verläuft wie in den Beispielen 1  bis 4.

      <I>Beispiel</I>     VI     Es stellte sich heraus, dass bei der Verwendung von  Schwefelsäure     (H2S04)        die    Diffusion des Schwefels aus  den hierbei erzeugten     Oxydschichten        wesentlich    tiefer  bzw. schneller als bei anderen Stoffen verläuft, und dass  deshalb hiermit leicht eine Dotierung nach dem Prinzip  der sogenannten Überholdiffusion möglich ist.     Man     kann also beispielsweise Halbleiterscheiben innerhalb  einer Ampulle in einem Ständer aus Glas unterbringen  und in einem Nebenraum der Ampulle 50 mg Schwefel  säure, 50 mg Phosphorsäure und 100 mg Wasser. Die  bei der ersten Wärmebehandlung entstehenden Oxyd  häute enthalten sowohl Schwefel als auch Phosphor.

   Bei  der anschliessenden zweiten Wärmebehandlung dringt  der Schwefel tiefer als der Phosphor ein, es bildet sich  eine phosphordotierte,     niederohmige    n+ -Schicht mit  einer vorgelagerten, weniger stark dotierten und dem  zufolge     höherohmigen    n+ -Schicht.  



  In ähnlicher Weise ist eine gleichzeitige Diffusion  mit Schwefel und Bor möglich, wobei aussen eine     p++-          Schicht    (Bor) und innen eine     n-Schicht    (Schwefel) ent  steht. Hierbei können ebenfalls 50 mg Schwefelsäure,  50 mg Borsäure und 100 mg Wasser für die Erzeugung  der     Oxydhäute    verwendet werden.  



  Selbstverständlich kann auch bei dem ersten Er  wärmungsvorgang ein kontinuierliches Verfahren mit  laufender Beschickung eines Ofens mit Halbleiterschei  ben und mit den Behandlungsgasen vorgesehen werden.  Die Verwendung einer abgeschlossenen Ampulle ist  aber insbesondere bei kleineren Serien sowie bei Ver  suchen vorteilhaft.  



  In allen beschriebenen Beispielen hat es sich als  zweckmässig erwiesen, das Wasser durch Wasserstoff  superoxyd zu ersetzen, und zwar     zweckmässigerweise    in       konzentrierterer        Form        (30        %).        Wenn        Wasserstoffsuper-          oxyd    in der gleichen Menge wie das Wasser verwendet  wird, so entsteht bei gleichen Behandlungsbedingungen  eine etwa doppelt so starke     Oxydschicht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung eines Oxydbelages auf einem Körper aus Halbleitermaterial unter Verwendung eines gasförmigen Oxydationsmittels, wobei dem Oxy dationsmittel ein bei erhöhter Temperatur Wasserstoff ionen und/oder Alkaliionen abspaltender und sich min destens teilweise verflüchtigender Stoff beigemengt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxydationsmittel Dampf aus Wasser oder Wasserstoffsuperoxyd verwen det wird, dem zusätzlich ein bei Anwesenheit dieses Dampfes und bei erhöhter Temperatur flüchtiger und einen Dotierungsstoff enthaltender Stoff beigemengt wird,
    und dass nach der Bildung eines Oxydbelages auf dem Halbleiterkörper dieser einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mehr als 1000 C während mehrerer Stunden unterzogen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Herstellung des Oxydbelages bei einer Temperatur von mehr als 250 C, insbesondere von etwa 300 C, durchgeführt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass dem gasförmigen Oxydationsmittel Alu miniumchlorid beigemengt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass dem gasförmigen Oxydationsmittel Ortho- phosphorsäure beigemengt wird. 4.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass dem gasförmigen Oxydationsmittel gleich zeitig ein n-Dotierung hervorrufender und ein p-Dotie- rung hervorrufender Stoff beigemengt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass dem Dampf ein bei dessen Anwesenheit und bei erhöhter Temperatur flüchtiger Stoff beigemengt wird, der einen Dotierungsstoff in chemischer Bindung enthält.
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