DE1260445B - Process for diffusing gaseous doping material into a semiconductor crystal - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

BOIjBOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/34 German class: 12 g -17/34

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Auslegetag:Number:
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1260445
S95820IVc/12g
8. März 1965
8. Februar 19681260445
S95820IVc / 12g
March 8, 1965
February 8, 1968

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf Basis von Silicium, Siliciumcarbid und anderen Halbleiterstoffen wird häufig ein Dotierungsverfahren verwendet, bei dem gasförmiges Dotierungsmaterial in einen Halbleiterkristall zum Eindiffundieren gebracht wird. Dabei kann man den zu dotierenden Halbleiterkristall zusammen mit einem Gemisch aus einem Oxyd, einem Chlorid, Bromid oder Jodid des Dotierungsstoffes und einer inerten Trägersubstanz, z. B. SiO₂, in einem abgeschlossenen Gefäß erhitzen, so daß sich aus dem Gemisch dotierendes Gas entwickelt, welches mit dem Halbleiterkristall in Berührung gebracht wird. Dieses Verfahren wird insbesondere bei der Dotierung mit Bor angewendet, bei welchem ein pulverförmiges Gemisch aus B₂O₃ und SiO₂ als Quelle für das dotierende Gas angewendet wird.In the manufacture of semiconductor components based on silicon, silicon carbide and other semiconductor materials, a doping process is often used in which gaseous doping material is made to diffuse into a semiconductor crystal. The semiconductor crystal to be doped can be used together with a mixture of an oxide, a chloride, bromide or iodide of the dopant and an inert carrier substance, e.g. B. SiO ₂ , heat in a closed vessel, so that doping gas develops from the mixture, which is brought into contact with the semiconductor crystal. This method is used in particular for doping with boron, in which a powdery mixture of B ₂ O ₃ and SiO _{2 is used} as the source for the doping gas.

Bei diesem Verfahren werden häufig — insbesondere bei Verwendung von siliciumhaltigen Halbleitermaterialien — Oberflächenstörungen beobachtet, die zu ungleichmäßigen Diffusionsfronten führen. Diese Störungen, die zum Teil auf Ablagerung von Staubpartikeln während des Diffusionsprozesses beruhen (und die auch bei sorgfältigerer Präparierung der Halbleiteroberfläche auftreten), können bei einem Verfahren zum Eindiffundieren eines gasförmigen Dotierungsmaterials in einen Halbleiterkristall, der zusammen mit einem dotierungsstoffhaltigen Gemisch in einem Gefäß erhitzt und mit dem von dem Gemisch abgegebenen gasförmigen Dotierungsmaterial in Berührung gebracht wird, ausgeschaltet werden, wenn erfindungsgemäß dem dotierenden Gas eine fluorhaltige Substanz beigemischt wird.This process is often used - especially when using silicon-containing semiconductor materials - Surface defects observed that lead to uneven diffusion fronts. These disturbances, which are partly based on the deposition of dust particles during the diffusion process (and which also occur with more careful preparation of the semiconductor surface), can with a Method for diffusing a gaseous doping material into a semiconductor crystal which heated together with a dopant-containing mixture in a vessel and with that of the Mixture released gaseous doping material is brought into contact, switched off, if, according to the invention, a fluorine-containing substance is admixed with the doping gas.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Elektrodensystems mit mindestens einer gleichrichtenden Elektrode und einer ohmschen Verbindung wird das fertige Halbleiterbauelement vor dem Einbau in eine vakuumdicht zu verschließende Hülle der Einwirkung eines Halogens und/oder einer Halogen-Wasserstoff-Verbindung ausgesetzt. Hierdurch läßt sich eine Stabilisation der Halbleiteroberfläche für höhere Betriebstemperaturen erreichen.In a known method for producing a semiconducting electrode system with at least a rectifying electrode and an ohmic connection is the finished semiconductor component exposure to halogen prior to installation in a cover to be sealed in a vacuum-tight manner and / or exposed to a halogen-hydrogen compound. This allows the semiconductor surface to be stabilized for higher operating temperatures reach.

Demgegenüber dient die Erfindung der Vergleichmäßigung einer Diffusionsfront beim Eindiffundieren eines dotierenden Gases.In contrast, the invention serves to equalize a diffusion front during diffusion a doping gas.

Die damit erzielte Vergleichmäßigung der erhaltenen Dotierungsfronten ist für die Reproduzierbarkeit von pn-Übergängen und damit der elektrischen Eigenschaften der erhaltenen Halbleiteranordnungen von erheblichem Vorteil.The equalization of the doping fronts obtained in this way is important for reproducibility of pn junctions and thus the electrical properties of the semiconductor arrangements obtained of considerable advantage.

Als für den vorliegenden Zweck besonders ge-Verfahren zum Eindiffundieren von gasförmigem Dotierungsmaterial in einen HalbleiterkristallAs a particularly ge method for the present purpose for diffusing gaseous doping material into a semiconductor crystal

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8000 Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Franz-Xaver Wassermann, 8000 MünchenFranz-Xaver Wassermann, 8000 Munich

eignete fluorhaltige Substanzen sind Fluorwasserstoff und Arnmoniumfmorid zu erwähnen. Diese werden zweckmäßig dem das dotierende Gas entwickelnden Gemisch in so geringer Menge beigegeben, daß eineSuitable fluorine-containing substances are hydrogen fluoride and ammonium fluoride. These will expediently added to the mixture developing the doping gas in such a small amount that one

ao merkliche Behinderung der Dotierung und eine Ätzwirkung auf den Halbleiter oder die übrigen anwesenden Substanzen nicht möglich ist.ao noticeable obstruction of the doping and an etching effect on the semiconductor or the other present Substances is not possible.

Als Quelle für das dotierende Gas kann ein pulverförmiges Gemisch aus reinem SiO₂ mit einemA powdery mixture of pure SiO ₂ with a

Oxyd bzw. einem Chlorid, Bromid oder Jodid der dotierenden Substanz verwendet werden. Es genügt, wenn man dem Gemisch fluorhaltige Substanz, z. B. NH₄F, in geringen Spuren (z. B. weniger als 1 °/o des Gesamtgewichtes) beimischt. Es ist auch möglich, die fluorhaltige Substanz in die Wandung des Dotierungsgefäßes einzubauen. Es besteht deshalb insbesondere bei Verwendung eines aus Quarz bestehenden Dotierungsgefäßes die Möglichkeit, sowohl den Dotierungsstoff (beispielsweise Bor) als auch die fluorhaltige Substanz vor dem Dotierungsprozeß durch Erhitzen des in Kontakt mit den besagten Substanzen stehenden Dotierungsgefäßes in die Wandung des Dotierungsgefäßes einzubauen. Während des eigentlichen Dotierungsprozesses dient dann die Wandung des Reaktionsgefäßes in an sich bekannter Weise als Quelle für den Dotierungsstoff und gleichzeitig gemäß der Erfindung als Quelle für die fluorhaltige Substanz.Oxide or a chloride, bromide or iodide of the doping substance can be used. It is sufficient if the mixture contains fluorine-containing substance such. B. NH ₄ F, added in small traces (z. B. less than 1% of the total weight). It is also possible to build the fluorine-containing substance into the wall of the doping vessel. There is therefore the possibility, especially when using a doping vessel made of quartz, to incorporate both the dopant (e.g. boron) and the fluorine-containing substance into the wall of the doping vessel by heating the doping vessel in contact with the said substances. During the actual doping process, the wall of the reaction vessel then serves in a manner known per se as a source for the dopant and at the same time, according to the invention, as a source for the fluorine-containing substance.

In der Zeichnung wird eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Apparatur dargestellt. Das Dotierungsgefäß 1 besteht aus einer Quarzampulle, in welcher die aus Silicium bestehenden Halbleitereinkristalle 3 auf einem aus Quarz bestehenden siebartigen Untersatz 2 ruhen. Unterhalb des Untersatzes 2 befindet sich am Boden des Dotierungsgefäßes 1 ein als Quelle für das dotierende Gas dienendes Gemisch 4 aus SiO₂ und B₂O₃ The drawing shows an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention. The doping vessel 1 consists of a quartz ampoule, in which the semiconductor single crystals 3 made of silicon rest on a sieve-like base 2 made of quartz. Below the base 2, on the bottom of the doping vessel 1, there is a mixture 4 of SiO ₂ and B ₂ O _{3 which serves as a source for the doping gas}

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oder P₂O₅. Die Anordnung wird in einen Ofen 5 eingebracht, durch welchen sowohl die Halbleiterkristalle 3 als auch die Quelle 4 für den Dotierungsstoff auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden. or P ₂ O ₅ . The arrangement is placed in a furnace 5, through which both the semiconductor crystals 3 and the source 4 for the dopant are heated to the required temperature.

Claims (4)

5 Patentansprüche:5 claims: 1. Verfahren zum Eindiffundieren eines gasförmigen Dotierungsmaterials in einen Halbleiterkristall, der zusammen mit einem dotierungsstoffhaltigen Gemisch in einem Gefäß erhitzt und mit dem von dem Gemisch abgegebenen gasförmigen Dotierungsmaterial in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus dem dotierenden Gas und einer fluorhaltigen Substanz verwendet wird.1. A method for diffusing a gaseous doping material into a semiconductor crystal, which is heated together with a mixture containing dopants in a vessel and brought into contact with the gaseous doping material given off by the mixture is, characterized in that a mixture of the doping gas and a fluorine-containing substance is used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorhaltige Substanz Fluorwasserstoff bzw. Ammoniumfluorid verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the fluorine-containing substance Hydrogen fluoride or ammonium fluoride is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fluorhaltige Substanz dem als Quelle für das dotierende Gas dienenden Gemisch beigegeben wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fluorine-containing substance is added to the mixture serving as a source for the doping gas. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die fluorhaltige Substanz vor dem DifEusionsprozeß durch Beladen in die Wandung des Dotierungsgefäßes eingebaut wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least the fluorine-containing substance before the diffusion process by loading into the wall of the doping vessel is installed. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 573.Considered publications:
German interpretative document No. 1052 573. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 507/603 1.68 © Bundesdruckerei Berlin809 507/603 1.68 © Bundesdruckerei Berlin