DE1521950B2 - Verfahren zur herstellung eines oxydbelages auf einem vor zugsweise einkristallinen halbleiterkoerper und anwendung des verfahrens zum vergleichmaessigen der oberflaeche und zum dotieren - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines oxydbelages auf einem vor zugsweise einkristallinen halbleiterkoerper und anwendung des verfahrens zum vergleichmaessigen der oberflaeche und zum dotieren

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Description

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden, Vierschichtenanordnungen u. dgl., bestehen meistens aus einem, im wesentlichen einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, wie z. B. den Elementen der IV. Gruppe des Periodischen Systems bzw. intermetallischen Verbindungen der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, auf dem Elektroden durch Diffusion oder Legierung aufgebracht sind.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, auf die Oberfläche eines derartigen Halbleiterkörpers einen Oxidbelag aufzubringen, da dieser nach Fertigstellung des . Halbleitergerätes weitgehend das Eindringen von Fremdstoffen verhindern kann.
Derartige Oxidbeläge können auch zur Maskierung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Diffusion dienen. Auf einen Halbleiterkörper, z. B. aus Germanium bzw. Silizium, wird eine Oxidhaut aufgebracht, danach wird auf fotochemischem Wege ein Teil der Oxidhaut entfernt und eine Diffusion von z. B. Phosphor oder Aluminium bei erhöhter Temperatur vorgenommen. Der entsprechende Dotierungsstoff dringt nur an den freigelegten Stellen ein, während die Oxidhaut an den übrigen Stellen als undurchlässige Maske dient.
Umgekehrt können auch Oxidhäute mit eingelagerten Dotierungsstoffen auf Halbleiterkörper aufgebracht und anschließend durch eine Wärmebehandlung die Dotierungsstoffe in das Halbleitermaterial eindiffundiert werden.
Weiter können Oxidhäute zur Vergleichmäßigung der Oberfläche von Halbleiterkörpern verwendet werden. Zunächst wird eine Oxidschicht aufgebracht und danach mit Hilfe von z. B. Flußsäure abgelöst. Die freigelegten Schichten entsprechen dann im wesentliehen den Gitterebenen.
Es ist bereits bekannt, zu diesen Zwecken auf einen einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial einen Oxidbelag in der Weise aufzubringen, daß der Körper an Luft bzw. in einer anderen sauerstoffhaltigen Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Die Erwärmung des Halbleiterkörpers muß in diesem Fall bis auf 600° C und darüber getrieben werden, damit ein dichter und beständiger Oxidbelag entsteht. Es ist auch bereits bekannt, eine derartige Oxydation bei höheren Temperaturen unter Verwendung von Wasserdampf durchzuführen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in den hohen zur Anwendung kommenden Temperaturen, welche es beispielsweise unmöglich machen, die Oxydation an fertigen legierten Halbleiteranordnungen vorzunehmen, weil die einlegierten Elektroden bei diesen Temperaturen aufschmelzen würden. Außerdem könnte bei derart hohen Temperaturen eine Diffusion der eingebrachten Verunreinigungen bzw. von anderweitig vorhandenen Fremdstoffen in unerwünschter Weise bewirkt werden. Zudem bringt erfahrungsgemäß eine Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen eine Verschlechterung der Lebensdauerwerte der Minoritätsträger im Halbleitermaterial mit sich..
Die Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden. Sie bezieht sich deshalb auf ein Verfahren zur Herstellung eines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, bei erhöhter Temperatur und unter Verwendung von Wasserdampf. Erfindungsgemäß wird der Körper mit Wasserdampf behandelt, dem einer der Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltenden und sich mindestens zum Teil verflüchtigenden Stoffe Natriumacetat, Orthophosphorsäure, Schwefelsäure, Dinatriumhydrogenphosphat, Kochsalz, Natriumjodid und Natriumarsenit beigemengt ist. Zweckmäßig wird der Körper bei einer Temperatur von mehr als 250° C, insbesondere von etwa 350° C, mindestens 30 Minuten lang behandelt.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise wisch- und chlorfeste Oxidhäute hergestellt werden können. Das läßt sich beispielsweise so erklären, daß ein Stoff, der Wasserstoff- und bzw. oder Alkaliionen abspaltet, die Fähigkeit besitzt, eine gewisse »Aufweichung« des Kristallgitters des Halbleitermaterials zu bewirken. Die Schwierigkeit bei der Aufbringung eines Oxidbelages auf einen Halbleiterkörper, beispielsweise aus Silizium oder Germanium, besteht sonst im wesentlichen darin, daß nach dem Entstehen einer ersten Oxidschicht diese ein Durchdringen von Sauerstoff und damit eine Oxydation der darunter liegenden Schichten verhindert. Im Gegensatz dazu besitzt anscheinend ein Wasserstoff- und/oder Alkaliionen abspaltender Stoff die Fähigkeit, den Transport von Sauerstoff durch diese erste entstehende Oxidschicht hindurch zu bewerkstelligen. Ein derartiger Stoff wirkt also quasi als »Katalysator« bei dem in Rede stehenden Vorgang. Offenbar spielt hierbei die Fähigkeit eines derartigen Stoffes, Oxidbeläge an- bzw. aufzulösen bzw. sich selbst in derartigen Belägen zu lösen, eine wesentliche Rolle.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen in der Anwendung von niedrigen Temperaturen, wodurch es möglich ist, beispielsweise Halbleiteranordnungen, welche mit einlegierten Elektroden aus einem Gold-Halbleiter-Eutektikum versehen sind, nach vollständiger Fertigstellung mit einem schützenden Oxidbelag an der Halbleiteroberfläche zu versehen. Das Gold-Germanium- bzw. das Gold-Silizium-Eutektikum besitzt eine Schmelztemperatur von 360 bzw. 370° C.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In eine Ampulle 2, welche beispielsweise aus Glas oder Quarz bestehen kann, wird bei 3 eine geringe Menge Wasser sowie eine geringe Menge eines Wasserstoff- und bzw. oder Alkaliionen abspaltenden Stoffes eingebracht, beispielsweise 100 mg Wasser und 20 mg Kochsalz. Hiervon durch eine Einschnürung getrennt werden beispielsweise 40 scheibenförmige Halbleiterkörper 4 von beispielsweise 12 mm Durchmesser und 0,1 bis 0,40 mm Stärke aus Silizium eingebracht. Anschließend wird die Ampulle abgeschmolzen; die Entfernung der in der Ampulle vorhandenen Luft erwies sich bei der praktischen Durchführung nicht als notwendig. Danach wird die Ampulle in eine ihrem Umfang entsprechende Stahlröhre gesteckt und das Ganze in einen Ofen eingebracht, in welchem eine Erwärmung auf etwa 320° C von 16 Stunden Dauer vorgenommen wird. In der Ampulle entsteht bei der Wärmebehandlung ein erhöhter Druck. Die Stahlröhre dient unter anderem zum Schutz vor Glassplittern bei einer gegebenenfalls auftretenden Explosion der Ampulle.
Nach der Wärmebehandlung sind derartige Halbleiterkörper mit einer Oxidschicht von etwa 1000 A Dicke bedeckt. Eine derartige Oxidschicht wirkt isolierend bis über 800 V.
Als Wasserstoffionen und bzw. oder Alkaliionen abspaltende Stoffe haben sich Natriumacetat CH3COONa · 3H2O, Orthophosphorsäure H3PO4, Schwefelsäure H.,SO4, Dinatriumhydrogenphosphat Na2HPO4 · 12HäÖ, Kochsalz NaCl, Natriumiodid NaJ und Natriumarsenit Na3AsO3 als geeignet erwiesen. Bei der Behandlung von beispielsweise Silizium oder Germanium mit derartigen Stoffen in Verbindung mit Wasserdampf entstehen Oxidhäute von verhältnismäßig großer Dicke und hoher Widerstandsfähigkeit. So werden derartige Schichten beispielsweise von Chlor bei 900° C nicht durchdrungen. Das darunterliegende Silizium wird demzufolge von dem Chlor nicht angegriffen. Weiter sind die Oxidschichten verhältnismäßig abreibfest und können nicht mit Hilfe von Filterpapier abgewischt werden, im Gegensatz zu solchen Oxidschichten, welche nach bekannten anderen Verfahren bei niedrigen Temperaturen erzeugt sind und erfahrungsgemäß mit Hilfe von Filterpapier angekratzt werden können.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Oxidbelages auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, bei erhöhter Temperatur und unter Verwendung von Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit Wasserdampf behandelt wird, dem einer der Wasserstoffionen und/oder Alkaliionen abspaltenden und sich mindestens teilweise verflüchtigenden Stoffe Natriumacetat, Orthophosphorsäure, Schwefelsäure, Dinatriumhydrogenphosphat, Kochsalz, Natriumjodid und Natriumarsenit beigemengt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper bei einer Temperatur von mehr als 250° C, insbesondere von etwa 350° C behandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper unter erhöhtem Druck behandelt wird.
4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Vergleichmäßigen der Oberfläche von Halbleiterkörpern in der Weise, daß die aufgebrachten Oxidbeläge wieder abgelöst und dadurch den Gitterebenen entsprechende Schichten freigelegt werden.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in Halbleiterkörper in der Weise, daß Oxidbeläge mit eingelagerten Dotierungsstoffen auf die Halbleiterkörper aufgebracht und die Halbleiterkörper einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Maskieren beim Eindiffundieren von Dotierungsstoffen in begrenzte Oberflächenteile von Halbleiterkörpern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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