DE1277828B

DE1277828B - Verfahren zum Entfernen von unerwuenschten Verunreinigungen aus einem Halbleiterkoerpr

Info

Publication number: DE1277828B
Application number: DE1963F0041251
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hiromu Haruki; Dipl-Ing Hidemi Matsuzawa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1963-11-12
Filing date: 1963-11-12
Publication date: 1968-09-19

Description

Verfahren zum Entfernen von unerwünschten Verunreinigungen aus einem Halbleiterkörper Bekannt sind Verfahren zum Herstellen einer dotierten Zone in Halbleiterkörpern aus Germanium, Silicium oder einer intermetallischen Verbindung durch eine Wärmebehandlung, z. B. durch Diffusion, durch einkristalline Abscheidung aus der Gasphase od. dgl. Derartige Verfahren bringen bekanntlich den Nachteil mit sich, daß schädliche Verunreinigungen während des Wärmebehandlungsprozesses, bei dem kein aufgeschmolzener Teil vorliegt, in das Halbleitermaterial eindringen und hier zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der Minoritätsträger oder der Beweglichkeit der Majoritätsträger führen können.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bereits bekannt, den Halbleiterkörper nach der ersten Wärinebehandlung bei niedriger Temperatur noch längere Zeit zu behandeln. Die Wirkungsweise dieses Verfahrens soll darin bestehen, daß die schädlichen Verunreinigungen, die während der ersten Wärmebehandlung in das Halbleitermaterial eindringen und gegen die Minoritätsträger aktiv sind, während der zweiten Wärmebehandlung in Getterstellen im Halbleiterkörper absorbiert werden.
Es ist weiterhin bereits bekannt, eine zweite Wärmebehandlung vorzunehmen, während der ein hochreiner Stoff, der entweder in den Halbleiterkörper sehr schwer eindringt oder nach seinem Eindringen auf den Halbleiterkörper keinen schädlichen Einfluß nimmt und welcher mit dem Halbleiterkörper zusammenschmelzen kann, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht wird, und die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als der Schmelztemperatur dieses hochreinen Stoffes durchzuführen.
Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung dieses Verfahrens. Sie-'bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von unerwünschten Verunreinigungen aus einem mehrere unterschiedlich dotierte Bereiche enthaltenden scheibenförmigen Halbleiterkörper durch eine Wärmebehandlung des Halbleiterkörpers im Vakuum. Erfindungsgemäß wird die Wärmebehandlung so durchgeführt, daß an einer Stelle des Halbleiterkörpers eine bis zu einer begrenzten Eindringtiefe reichende Schmelze entsteht.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folgende: Die unerwünschten Verunreinigungen im Halbleiterkörper trennen sich von diesem, wenn man ein hochreines Metall nach dem Einbringen der gewünschten Verunreinigungen auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufbringt und bei höherer Temperatur mit dem Halbleiterkörper zusammenschmelzen läßt. Diese schädlichen Verunreinigungen verteilen sich entsprechend dem Verteilungskoeffizienten zwischen dem aufgeschmolzenen Teil an der Oberfläche des Halbleiterkörpers und dem festen Halbleitermaterial zwischen dem aufgeschmolzenen Teil und dem festen Teil. Da der Verteilungskoeffizient der schädlichen Verunreinigungen, z. B. von Schwermetallen wie Kupfer oder Eisen, meistens unter 1 liegt, werden die schädlichen Verunreinigungen zum größeren Teil in dem aufgeschmolzenen Teil gesammelt. Wird nun die Wärmebehandlung im Vakuum durchgeführt, so nehmen die gesammelten Verunreinigungen bis zum Ausgleichszustand ab, der durch die Höhe des Vakuums und den Dampfdruck bei der Wärmebehandlung bestimmt wird. Da die Verunreinigungen aus dem aufgeschmolzenen Teil ausdampfen, wird auch die Verunreinigungsdichte im festen Halbleiterkörper bis zu einem Wert vermindert, der sich durch Multiplizierung der Dichte im aufgeschmolzenen Teil im Ausgleichszustand mit dem Verteilungskoeffizienten ergibt. Die Eigenschaften des Halbleiterkörpers werden daher durch Zusammenwirken der Verdampfung der Verunreinigungen im Vakuum und der Sammlung der Verunreinigungen aus dem Halbleiterkörper im aufgeschmolzenen Teil erheblich verbessert. Als hochreiner Stoff, der auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird, kann z. B. Germanium, Aluminium oder Wismut verwendet werden. Weiter ist auch jeder andere Stoff, der die obenerwähnten Bedingungen erfüllen kann, verwendbar.
An Hand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.
In F i g. 1 ist eine Halbleiteranordnung in Form eines steuerbaren Siliciumgleichrichters (Stromtor vom pnpn-Typ) wiedergegeben. Eine Siliciumscheibe vom n-Leitungstyp ist mit 1 bezeichnet. Sie hat zwei schwach dotierte Bereiche, welche durch Diffusion aus der Gasphase eines Metalls der III. Gruppe des Periodensystems der Elemente erzeugt sind. Die Scheibe hat also eine pnp-Struktur. Wenn man diese Scheibe mit pnp-Struktur nach dem Aufdampfen von Germanium auf beiden Flachseiten bei einer Temperatur von etwa 1000' C 30 Minuten lang im Vakuum behandelt, so entsteht eine Germanium-Silicium-Legierung. Sie kann anschließend durch Ätzung entfernt werden. Danach wird an den beiden p-dotierten Bereichen des Halbleiterkörpers ein stark dotierter p-leitender Bereich 3 und ein stark dotierter n-leitender Bereich 5 durch Einlegierung einer Aluminiumfolie 2 bzw. einer Gold-Antimon-Legierung 4 hergestellt. Weiter ist eine Steuerelektrode 6 aus einer Gold-Bohr-Legierung in die obere p-leitende Zone einlegiert, wodurch ein Stark dotierter p-leitender Bereich 7 entsteht. Die Trägerscheibe 8 besteht aus Wolfram oder Molybdän.
Der Spannungsabfall in Flußrichtung bei einem steuerbaren Gleichrichter vom pnpn-Typ wird im Fall, daß die Dicke jeder Siliciumscheibe von pnp-Struktur gleich ist, im wesentlichen durch die Lebensdauer im Inneren der Scheibe und die Dotierungshöhe der Bereiche 3 und 5 bestimmt. Die Dotierungshöhe kann unter der Bedingung, daß das Material der Legierungselektroden aus Aluminium oder Gold-Antimon immer gleichmäßig ist, reproduzierbar bestimmt werden, während die Lebensdauer der Minoritätsträger in der Scheibe von pnp-Straktur während der Eindiffusion der Verunreinigungen so herabgesetzt wird, daß eine Streuung der Lebensdauer eintritt. Als Folge davon wird die Streuung des Spannungsabfalls in Flußrichtung ebenfalls vergrößert.
In F i g. 2 ist die Stromkennlinie in Flußrichtung eines steuerbaren Gleichrichters dargestellt, in der die Spannung als Abszisse und der Strom als Ordinate aufgetragen ist. Die Kurve 1 zeigt die Kennlinie eines Stromtors, zu dessen Herstellung eine Scheibe von pnp-Struktur verwendet ist, in die fast keine schädlichen Verunreinigungen eingedrungen sind und deren Lebensdauer daher nicht erheblich herabgesetzt ist. Kurve 2 zeigt die Kennlinie eines Stromtores, zu dessen Herstellung eine Scheibe verwendet wurde, welche während des Diffasionsprozesses schädliche Verunreinigungen aufgenommen hat. Werden derartige Scheiben der erfindungsgemäßen Temperung im Vakuum mit einer Schmelzstelle unterworfen, so wird die Kurve 1 nach l' und die Kurve 2 nach 2' verbessert. Wie aus der Figur zu ersehen ist, erhöht sich die Lebensdauer im Halbleiterkörper, und man erhält bei dem Halbleiterkörper, dessen Lebensdauer erheblich herabgesetzt war, nun eine gleichmäßige Kennlinie ohne Streuung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann als aufzudampfender Stoff auch hochreines Aluminium verwendet werden. Hierbei ist eine Wärinebellandlung von etwa einer Minute Dauer bei einer Temperatur von etwa 8001 C notwendig. Es besteht weiter die Möglichkeit, den Stoff statt auf die ganze Fläche des Halbleiterkörpers nur auf einen Teil der Oberfläche aufzudampfen und dort schmelzen zu lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt, wie bereits gesagt, den Vorteil, daß auch bei einem Halbleiterkörper, in welchem die Lebensdauer der Minoritätsträger während des Diffusionsverfahrens merklich herabgesetzt ist, gleichmäßige günstige Werte erreicht werden können. Die Erfindung hat daher die bei dem bisherigen Diffusionsverfahren auftretende Herabsetzung der Lebensdauer erheblich vermindert.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Entfernen von unerwünschten Verunreinigungen aus einem mehrere unterschiedlich dotierte Bereiche enthaltenden scheibenförmigen Halbleiterkörper durch eine Wärmebehandlung des Halbleiterkörpers im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung so durchgeführt wird, daß an einer Stelle des Halbleiterkörpers eine bis zu einer begrenzten Eindringtiefe reichende Schmelze entsteht.
2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberfläche des Halbleiterkörpers zum Erzeugen der Schmelze ein Stoff mit niedrigerem Schmelzpunkt als das Material des Halbleiterkörpers aufgebracht und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen den Schmelzpunkten des Halbleitermaterials und des aufgebrachten Stoffes durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus Silicium Germanium aufgedampft wird. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers Aluminium aufgebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1029 941, 1032 555, 1062 431, 1121223; Fortschritte der Physik, 9 (1961), 8, S. 417 bis 419.