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