DE1049501B - Process for doping semiconductors, preferably for boron doping - Google Patents

Process for doping semiconductors, preferably for boron doping

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DE1049501B DENDAT1049501D DE1049501DA DE1049501B DE 1049501 B DE1049501 B DE 1049501B DE NDAT1049501 D DENDAT1049501 D DE NDAT1049501D DE 1049501D A DE1049501D A DE 1049501DA DE 1049501 B DE1049501 B DE 1049501B
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München Dr. Franz Nissl und Dr. Richard Wiesner
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Description

BI3U0THSK
OES nEUTSCHEPIBI3U0THSK
OES nEUTSCHEPI

PAttHTAMTtSPAttHTAMTtS

BUNDESBBPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL BBPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

kl. 21g 11/02kl. 21g 11/02

INTERNAT. KL. H 01INTERNAT. KL. H 01

•PATENTAMT• PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT 1049 501EXPLAINING PAPER 1049 501

S 52728 VIII c/21gS 52728 VIII c / 21g

ANMELDETAG: 14. MÄRZ 1957REGISTRATION DATE: MARCH 14, 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AÖSMäGESCHIUFTi 29. JANlJAB J 9 5 9NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE AÖSMÄGESCHIUFTi 29 JANlJAB J 9 5 9

Bei der Dotierung von Halbleiterkristallen ist bereits vorgeschlagen worden, daß der zu dotierende Halbleiterstoff, z. B. Silizium oder Germanium, mit elementarem Bor bei einer Temperatur unterhalb 600° C mehrere Stunden in einer Gasatmosphäre, die eine Reaktion mit Bor gestattet, erhitzt wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders für eine kräftige Dotierung mit Bor.When doping semiconductor crystals is already it has been proposed that the semiconductor material to be doped, e.g. B. silicon or germanium, with elemental boron at a temperature below 600 ° C for several hours in a gas atmosphere that a reaction with boron is allowed to be heated. This method is particularly suitable for heavy doping with boron.

In vielen Fällen ist zur Durchführung eines derartigen Dotierungsverfahrens ein verhältnismäßig niedriger Dampfdruck des Dotierungsmaterials erwünscht, z. B. zur Herstellung von oberflächlichen p-n-Übergängen bestimmten Störstellenverlaufes. Zur Erreichung dieses Zieles ist es bekannt, statt des Dotierungsmittels einen mit diesem Stoff versehenen Trägerkörper zu verwenden, an dessen Oberfläche bei einer bestimmten Temperatur ein kleinerer Dampfdruck des Dotierungsmittels herrscht, als dem Dampfdruck des Dotierungsmittels selbst entsprechen würde, z. B. bei der Herstellung von p-n-Übergängen, wenn eine oberflächliche p-Schicht erzeugt werden soll und von mit Arsen dotiertem Germanium ausgegangen wird.In many cases it is necessary to carry out such a Doping method, a relatively low vapor pressure of the doping material is desired, z. B. for the production of superficial p-n junctions certain impurity course. To the It is known to achieve this goal instead of the dopant to use a carrier body provided with this substance on its surface At a certain temperature there is a lower vapor pressure of the dopant than the vapor pressure of the dopant itself, e.g. B. in the production of p-n junctions, if a superficial p-layer is to be generated and arsenic-doped germanium is assumed.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dotierung von Halbleiterkristallen, z. B. von Silizium, unter Verwendung eines mit der Dotierungssubstanz beladenen Träger- bzw. Verdünnungskörpers, der bei der Dotierung der Halbleiterkörper die Dotierungssubstanz unter vermindertem Dampfdruck abgibt.The present invention relates to a method for doping semiconductor crystals, e.g. B. of silicon, using a carrier or dilution body loaded with the doping substance, which is used in the doping of the semiconductor body releases the dopant under reduced vapor pressure.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß als Träger- bzw. Verdünnungskörper für die Dotierungssubstanz das Evakuierungsrohr Verwendung findet und dabei zunächst Dotierungsmaterial in das Evakuierungsrohr einggjageirt wird und danach durch Erhitzen sowohl des Dotierungsrohres als auch der Halbleiterkörper diese dotiert werden.According to the invention it is provided that the evacuation tube is used as a carrier or dilution body for the doping substance and initially doping material is gjageirt into the evacuation tube and then by heating both the doping tube and the semiconductor body be endowed .

Der als Trägerkörper dienende Hohlkörper, insbesondere rohrform ige Körper^ jnjt verhältnismäßig großer Oberfläche ist so dimensioniert, "d"äg_de'r"zq dotierende nalbieiterkristall.z. B. aus~(3ermanium oder Silizium, in ihn eingebracht werden kann und dadurch von diesem allseitig umschlossen wir37TBeT"geeignerer Temperatur entweicht dem Trägerkorper Dampf des Dotierungsmittels, der den zu dotierenden Halbleiter allseitig umspült und so zu einer sehr gleichmäßigen Anlagerung der Dotierungssubstanz führt. Als Xrä^ gersubstanz eignet sich insbesondere Quarz, eventuell auch gewisse Glassorteri. Jis hat der! besonderen Vorteil, daß man das als Trägerkörper dienende Quarzrohr direkt als Evakuierungsrohr oder Durchströmungsgefäß verwenden kann, je nachdem, ob die Dotierung des Halbleiters im Vakuum oder einer Gasatmosphäre vorgenommen werden soll. Das Verfahren eignet sich besonders gut zur Dotierung mitThe hollow body serving as the carrier body , in particular tubular body, with a relatively large surface area is dimensioned in such a way that "d"äg_de'r"z q do ting nalbieiterkrist all, e.g. from ~ (3ermanium or Silicon, which can be introduced into it and thus enclosed by it on all sides, is escaped from the carrier body at a more suitable temperature, vapor of the dopant which washes around the semiconductor to be doped on all sides and thus leads to a very even deposition of the dopant Quartz is particularly suitable, and possibly also certain glass sorters.This has the particular advantage that the quartz tube serving as the carrier body can be used directly as an evacuation tube or flow-through vessel, depending on whether the semiconductor is doped in a vacuum or in a gas atmosphere The method is particularly suitable for doping with

Verfahren zur Dotierung von Halbleitern, vorzugsweise zur BordotierungProcess for doping semiconductors, preferably for boron doping

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich, Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Franz Nissl und Dr. Richard Wiesner, München, sind als Erfinder genannt wordenDr. Franz Nissl and Dr. Richard Wiesner, Munich, have been named as the inventor

Bor, ist aber keineswegs auf diesen Stoff beschränkt und läßt sich auch auf Phosphor oder Aluminium übertragen.Boron, however, is by no means restricted to this substance and can also be used on phosphorus or aluminum transfer.

Ein Vorteil, den das Verfahren gemäß der Erfindung gegenüber Verfahren hat, die als Trägerkörper Halbleitermaterialien besitzen, in welche Doticrungsstoffe einlegiert sind und die aus diesem herausdiffundieren müssen, um eine gezielte Dotierung in den zur Dotierung vorgesehenen Halbleiterkristallen zu erhalten, besteht, abgesehen davon, daß der eigens hierfür vorzusehende Trägerkörper eingespart wird, darin, daß keine chemischen Reaktionen der Dotierungsinaterialien mit der Oberfläche des Reaktionsgefäßes auftreten, dadurch werden auch unkontrollierbare Verluste durch diese Reaktionen vermieden. Fernerhin ist die Kapazität zur Aufnahme von Dotierungsmaterial, die die Gefäßwand besitzt, groß, verglichen mit einem in dem Gefäß unterzubringenden Trägerkörper.An advantage that the method according to the invention has over methods that act as a carrier body Have semiconductor materials in which dopants are alloyed and which diffuse out of it must in order to achieve a targeted doping in the semiconductor crystals intended for doping to obtain, exists, apart from the fact that the specially provided support body is saved, in that no chemical reactions of the doping materials occur with the surface of the reaction vessel, thereby also becoming uncontrollable Losses caused by these reactions are avoided. Furthermore, the capacity to absorb doping material, which the vessel wall possesses, large compared to one to be accommodated in the vessel Carrier body.

An Hand des Beispiels von Bor ahs Dotierungssubstanz und einem Quarzrohr als Trägerkörper sei da.s Verfahren näher beschrieben. Das Quarzrohr wird, durch Temperung zusammen mit"einem entsprechenden Oxyd, z. JbJ7E2~U3T~rm''Vakuum oder in einem .Schutzgas mit T3or in oxydischer Form beladen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, von der Dotierungssubstanz selbst, also z. B. elementarem Bor auszugchen und sie ebenfalls durch Tempern in den Quarz einzubauen. FaJIs der Dampfdruck der Substanz bei den vorgesehenen Temperaturen zu gering ist, muß eine (jasatmosphäre angewandt, werden, die sich mit der" Substanz beim Tempern" zu einer leichter flüchtigen VerbTnaun^mnsetztJQas so beladene Quarzrohr diet zur Aufnahme des zu dotierenden Halbleiters, inUsing the example of boron as a dopant and a quartz tube as the carrier body, the process will be described in more detail. Since s is quartz tube by heating together with "a corresponding oxide, z. J bJ7E 2 ~ U 3 ~ T rm''Vakuum or loaded in a .Schutzgas with T3or in oxidic form Another possibility is. Of the doping substance itself so as FaJIs z. auszugchen elemental boron and they also incorporate by annealing in the quartz., the vapor pressure of the substance at the vo rgesehenen temperatures is too low, must be a (jasatm osphäre a ngewandt be extending substance with the "Sub during tempering "to a more volatile connection, the quartz tube loaded in this way for accommodating the semiconductor to be doped, in

Sondere Siliziums. Man hat also zwei getrennte Arbeitsgänge: Special silicon. So you have two separate work steps:

1. Beladen eines Trägermaterials mit Dotierungssubstanz und 1. Loading a carrier material with dopant and

2. Benutzung des beladenen Trägerkörpers zur eigentlichen Dotierung.2. Use of the loaded carrier body for the actual doping.

Als besonderer Vorteil dieses Verfahrens sei erwähnt, daß hygroskopische Stoffe, auch wenn man von ihnen ausgeht, im zweiten Arbeitsgang nicht mehr jo auftreten. Speziell bei der Dotierung von z. B. Silizium in einem mit Boroxyd belandenen Quarzrohr bei ^-Atmosphäre oder im Vakuum entstehen erfahrungsgemäß sehr gleichmäßige p-Schichten, deren Dicke und Leitfähigkeit durch entsprechende Wahl und Dauer der Temperaturbehandlung gut variierbar sind.A particular advantage of this process should be mentioned that hygroscopic substances, even if one starts from them, no longer jo in the second step appear. Especially when doping z. B. silicon in a quartz tube loaded with boron oxide ^ Atmosphere or in a vacuum, experience has shown that very uniform p-layers arise Thickness and conductivity can be varied well through the appropriate choice and duration of the temperature treatment are.

Die mit dem Verfahren bearbeiteten Halbleiter haben rauhe Oberflächen und tragen keine Überzüge von überschüssigem Bor oder einer Borverbindung, ao Sie sind deshalb zur Kontaktierung besonders gut geeignet. Die Abscheidung bzw. Diffusion des Bors erfolgt langsam, so daß flache p-n-Übergänge erzeugt werden, die besonders hohe Sperrspannungen aufweisen. The semiconductors processed with the method have rough surfaces and do not have any coatings excess boron or a boron compound, ao They are therefore particularly well suited for contacting. The deposition or diffusion of boron takes place slowly, so that shallow p-n junctions are produced that have particularly high reverse voltages.

AusführungsbeispieleEmbodiments

1. Arbeitsgang: Beladen eines Quarzrohres1st step: loading a quartz tube

a) mit elementarem Bor direkt. In einem Quarzrohr wird amorphes Bor mehrere Stunden bei einigen 10-2 Torr-Luft und einer Temperatur von 1100 bis 12000C getempert. Der Vorgang erfolgt am Pumpstand selbst unter Aufrechterhaltung des angegebenen Druckes. Es bilden sich zunächst B2O3 und eventuell auch Suboxyde, die verdampfen und bei der hohen Temperatur vom Quarz aufgenommen bzw. gelöst werden. a) with elemental boron directly. In a quartz tube amorphous boron is annealed for several hours at a few 10- 2 Torr air and a temperature of 1100-1200 0 C. The process takes place at the pumping station itself while maintaining the specified pressure. Initially, B 2 O 3 and possibly also sub-oxides are formed, which evaporate and are absorbed or dissolved by the quartz at the high temperature.

b) mit B2O3. Einige Gramm B2O3 werden in ein gut gereinigtes und vorgeglühtes Kohleschiffchen gelegt. Das Schiffchen steckt man in ein Quarzrohr, evakuiert, flammt ab und zieht das Rohr unter Vakuum ab. Dann wird das Rohr mit dem Schiffchen 1 Stunde lang bei 1100 bis 12*00° C getempert, wobei ebenfalls Boroxyd in das Quarzrohr eingebaut wird. Man taucht Quarzrohre in eine konzentrierte Bor- j) säurelösung, läßt diese antrocknen und tempert anschließend in einem etwas größeren abgeschmolzenen Rohr unter Vakuum bei 1100 bis 1200° C. 'b) with B 2 O 3 . A few grams of B 2 O 3 are placed in a well-cleaned and pre-annealed coal boat. The boat is put into a quartz tube, evacuated, flamed and the tube is pulled off under vacuum. Then the tube with the boat is tempered for 1 hour at 1100 to 12 * 00 ° C, with boron oxide also being built into the quartz tube. Quartz tubes are immersed in a concentrated boric acid solution, allowed to dry and then tempered in a somewhat larger melted tube under vacuum at 1100 to 1200 ° C. '

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2. Arbeitsgang: Dotierung von SiliziuimcneToen in den beladenen Ouarzrahre» . n ~ 2nd operation: doping of silicon clay in the loaded ouarzrahre ». n ~

Siliziumscheiben werden nach der üblichen Vorbehandlung in ein beladenes Quarzrohr eingebracht und darin etwa 15 Stunden bei 1200° C im Hochvakuum getempert. Das Rohr kann dabei entweder an der laufenden Hochvakuumpumpe verbleiben oder nach dem Evakuieren und Abftammen abgezogen werden. An Stelle des Hochvakuums kann im Quarzrohr auch ein Druck von 10-2 Torr gut gereinigten Stickstoffes eingestellt werden. Die so dotierten Halbleiterkörper eignen sich sehr gut für Richtleiter, Transistoren, insbesondere für Fototransistoren und Fotodioden.After the usual pretreatment, silicon wafers are placed in a loaded quartz tube and tempered in a high vacuum at 1200 ° C. for about 15 hours. The pipe can either remain on the running high vacuum pump or be removed after evacuation and removal. Instead of the high vacuum in the quartz tube, a pressure of 10 -2 Torr may well cleaned nitrogen be set. The semiconductor bodies doped in this way are very suitable for directional conductors, transistors, in particular for phototransistors and photodiodes.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Dotierung von Halbleiterkristallen, z. B. von Silizium, unter Verwendung eines mit der Doherungssubstanz beladenen Träger- bzw. Verdünnungskörpers, der bei der !Dotierung der Halbleiterkörper die Dotierungssubstanz unter vermindertem Dampfdruck abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger- bzw. Verdünnungskörper für die Dotierungssubstanz*das Eva-·1. Method for doping semicon ter kr isallen, z. B. of silicon , using a carrier or dilution body loaded with the doping substance, which releases the doping substance under reduced vapor pressure during the doping of the semiconductor body, characterized in that ß as a carrier or dilution body for the doping substance z * the Eva - · " kuierungsrohr verwendet"wird una dabei'zunächst das JL>otierungslnaterial in 'das Evakuierungsrohr eingelagert wird und danach durch Erhitzen des jjotierungsröhres als auch der Halbleiterkörper diese dotiert werden."Kuierungsrohr used" is the una JL> otierungslnaterial dabei'zunächst is stored in r 'the Evakuierungsroh and then they are endowed by heating the jjotierungsröhres and the semiconductor body. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungssubstanz für das insbesondere aus SiO2 bestehende Rohr elementares Bor oder ein Oxyd oder ein Suboxyd des Bors, z.B. B2O3, benutzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that elemental boron or an oxide or a suboxide of boron, for example B 2 O 3 , is used as the doping substance for the tube consisting in particular of SiO 2. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beladung des Evakuierungsrohres in diesem der Dotierungsstoff, z. B. Bor, vorzugsweise in amorpher Form im Vakuum mehrere Stunden lang bei einer Temperatur von 1100 bis 1200° C erhitzt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that for loading the evacuation tube in this the dopant, e.g. B. boron, preferably in amorphous form in a vacuum several Is heated for hours at a temperature of 1100 to 1200 ° C. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Evakuierungsrohr in konzentrierte Borsäurelösung getaucht, anschließend getrocknet und anschließend bei 1100 bis 12000C im Vakuum getempert wird, wodurch eine Beladung des Rohres mit Bor herbeigeführt wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the evacuation tube is immersed in concentrated boric acid solution, then dried and then annealed at 1100 to 1200 0 C in a vacuum, whereby a loading of the tube with boron is brought about. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 894 293;
österreichische Patentschrift Nr. 187 556;
Zeitschrift »Radio Mentor«, 1956, H. 7, S. 438; Bell. Syst. techn. Journ., Bd. 35 (1956), S. 24/25.Considered publications:
German Patent No. 894 293;
Austrian Patent No. 187 556;
"Radio Mentor" magazine, 1956, no. 7, p. 438; Bell. Syst. techn. Journ., Vol. 35 (1956), pp. 24/25. © 509 747/377 1.© 509 747/377 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1170082B (en) * 1960-03-25 1964-05-14 Western Electric Co Method for manufacturing semiconductor components

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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