DE1193918B

DE1193918B - Verfahren zum Herstellen eines homogen dotierten, einkristallinen Halbleiterkoerpersdurch Zersetzen dampffoermiger Halbleiterhalogenide

Info

Publication number: DE1193918B
Application number: DES68933A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Erhard Sirtl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-06-14
Filing date: 1960-06-14
Publication date: 1965-06-03
Also published as: CH400711A; GB960892A; US3172857A; NL265948A; NL131267C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.

BOIj

12 c-2

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Nummer: 1193 918

Aktenzeichen: S 68933IV c/12 c

Anmeldetag: 14. Juni 1960

Auslegetag: 3. Juni 1965

Es ist bekannt, einkristalline Silicium- und Germaniumstäbe aus der Gasphase durch Zersetzen dampfförmiger Halogenide und Niederschlagen des Siliciums bzw. Germaniums auf einen einkristallinen Silicium- bzw. Germaniumträger herzustellen. Solche Stäbe auch mit definiertem homogenem Störstellengehalt durch Abscheiden des dotierten Halbleiters aus der Gasphase herzustellen, indem dem Reaktionsgas nachträglich der Dotierungsstoff in gasförmigem Zustande beigemischt wird, ist jedoch schwierig, weil eine exakte Abstimmung der Strömungsgeschwindigkeiten des eigentlichen Reaktionsgases und des dotierenden Gases sowie eine exakte Einstellung, insbesondere Konstanthaltung der Temperaturen, bei der die Erzeugung des eigentlichen Reaktionsgases und des dotierenden Gases stattfindet, erforderlich ist und auch selbst, wenn dies möglich ist, nicht mit Sicherheit erreicht werden kann, daß in dem zur Abscheidung verwendeten Reaktionsgefäß das Verhältnis zwischen Dotierungsstoff und Silicium oder Germanium mit der erforderlichen Genauigkeit konstant gehalten werden kann.

Beim bekannten Verfahren wird eine aus zwei parallelgeschalteten Verdampfergefäßen bestehende Anordnung verwendet, wobei das eine mit dem reinen Halbleiterhalogenid, das andere mit einer Mischung aus dem Halbleiterhalogenid und dem Halogenid eines Dotierungsstoffes gefüllt ist.

Verwendet man jedoch zwei Verdampfergefäße, so ist es erforderlich, daß die Temperaturen beider Verdampfer exakt auf einem einmal eingestellten Wert während des gesamten Abscheideverfahrens gehalten werden. Geringe Schwankungen der Temperaturen in den Verdampfern führen sofort zu einer Verschiebung im Konzentrationsverhältnis der von den Verdampfern an das Trägergas abgegebenen Halogenide und damit sofort zu einer merklichen Änderung des Dotierungsgrades des aus dem strömenden Reaktionsgas abgeschiedenen Halbleiters.

Weiterhin muß die Geschwindigkeit des Trägergases in den Verdampfern konstant gehalten werden. Das Verhältnis von Halbleiterhalogenid und Dotierungshalogenid im Reaktionsgas ist bei Verwendung von zwei Verdampfern in noch einem weitaus höheren Maße von Unterschieden der Strömungsgeschwindigkeiten des Trägergases in den beiden Verdampfern als von Temperaturschwankungen dieser Verdampfer abhängig. Infolge der Schwierigkeiten bei der Konstanthaltung von Temperatur und Gasgeschwindigkeit wird die Dotierung prinzipiell niemals gleichförmig, wenn man das Reaktionsgas aus Verfahren zum Herstellen eines homogen dotierten, einkristallinen Halbleiterkörpers durch Zersetzen dampfförmiger Halbleiterhalogenide

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Erhard Sirtl, München

zwei Verdampfern, gleichgültig ob gleichzeitig oder nacheinander speist. Eine nachträgliche Homogenisierung durch Zonenschmelzen ist hier unumgänglich.

Es wurde nun gefunden, daß man homogen dotierte einkristalline Halbleiterkörper mit einem füt Halbleitervorrichtungen erforderlichen Reinheitsgrad durch Zersetzen dampfförmiger Halbleiterhalogenide, die mit einem gasförmigen Dotierungsstoff, der einen gegenüber dem Halbleiterhalogenid um höchstens 50° C abweichenden Siedepunkt aufweist, und gegebenenfalls mit einem Trägergas und/oder nicht dotierenden, die Einkristallbildung fördernden Stoffen gemischt sind, und Niederschlagen der einen homogenen dotierten Halbleiter ergebenden Stoffe auf einen einkristallinen Träger gleichen Halbleitermaterials herstellen kann, wenn erfindungsgemäß die Mischung des Halbleiterhalogenids und des Dotierungsstoffes aus einem Gefäß verdampft wird. Dabei empfiehlt es sich, daß bei Verwendung eines Trägergases dieses mit einer Geschwindigkeit > 10 l/h durch das Gefäß geführt wird.

Die Anteile des vorgegebenen flüssigen Gemisches werden dabei so eingestellt, daß die Mengen des bei der zu verwendenden Umsetzungstemperatur auf dem Träger abgeschiedenen Halbleiters und Dotierungsstoffes beständig das gleiche Verhältnis wie im Träger aufweisen.

Schwankungen der Verdampfertemperatur und der Trägergasgeschwindigkeit müssen hier auf beide Bestandteile des Gemisches in gleicher Weise einwirken, so daß es nur noch darauf ankommt, ein unterschiedliches Abdampfen der beiden Komponenten des flüssigen Gemisches und damit eine Verschiebung des Verhältnisses dieser Komponenten in dem flüssigen Gemisch (Destillationseffekt) zu verhindern.

509 578/260

Bei den üblicherweise zur Herstellung von Silicium oder Germanium verwendeten einfachen Halogenverbindungen, z.B. SiCl₄, SiHCl₃ oder GeCl₄, GeHCl₃, ist bei Zimmertemperatur bereits eine ausreichende Verdampfung gegeben. Das gleiche gilt auch von einer Reihe von Chloriden oder Bromiden der üblicherweise zu verwendenden Dotierungsstoffe, z. B. PCI,

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AsCl₃, BBr₃.

Durch Temperaturschwankungen im Verdampfergefäß, etwa im Bereich ±3°, wird erfahrungsgemäß der Anteil der dotierenden Atome zu denen des Halbleiters im Dampfraum nicht merklich geändert. Maßnahmen zur strengen Konstanthaltung der Temperatur des Verdampfungsgefäßes sind deshalb überflüssig.

Der in dem Verdampfungsgefäß entwickelte Dampf wird unmittelbar in das Reaktionsgefäß, in welchem die Darstellung des Halbleiters vorgenommen wird, eingeleitet. Als Trägergas bedient man sich vorzugsweise eines Stromes gereinigten Wasserstoffgases, welcher in das Verdampfungsgefäß eingeleitet, sich mit dem Dampf der Halbleiterhalogenverbindung und des Halogenids des Dotierungsstoffes belädt und anschließend dem Reaktionsgefäß zugeführt wird. Es ist dabei zweckmäßig, wenn das Reaktionsgas nach dem Verlassen des Verdampfungsgefäßes ständig auf höherer Temperatur, als sie im Verdampfungsgefäß herrscht, gehalten wird.

Eine homogene Dotierung des Halbleiters ist auch bei langen Abscheidungszeiten gegeben. Solange die Abscheidungstemperatur konstant bleibt sind Änderungen der Dotierung nur durch Änderung der Zusammensetzung des Gemisches im Verdampfungsgefäß möglich. Andererseits wird sich das Verhältnis Dotierstoffe zu Halbleiterstoffe nicht merklich ändern, wenn die Abscheidungstemperatur nur um einige Grade schwankt.

Wenn die Dotierung des auf dem Träger abgeschiedenen Halbleiters mit der des Trägers übereinstimmen soll, muß die Zusammensetzung des Gemisches im Verdampfungsgefäß so geregelt werden, daß das Verhältnis der in elementarem Zustand abgeschiedenen Dotierungsatome zu dem der gleichzeitig abgeschiedenen Halbleiteratome dem entsprechenden Verhältnis im Träger entspricht. Um dies zu erreichen, werden für die für das Abscheideverfahren zu verwendende Halbleiterhalogenverbindung und die Halogenverbindung des Dotierungsstoffes Standardlösungen mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt und das Verhältnis der bei der beabsichtigten Abscheidungstemperatur (Trägertemperatur) aus dem aus den Standardlösungen in der beschriebenen Weise hergestellten Reaktionsgas auf einem Träger gleichzeitig abgeschiedenen Dotierungsund Halbleiteratomen, ζ. Β. mittels Leitfähigkeitsmessungen, bestimmt. Als Träger kann bei diesen Voruntersuchungen ein Körper aus hochreinem, nicht dotiertem Silicium oder Germanium dienen.

Die an den Standardlösungen gewonnenen Ergebnisse lassen sich unter Aufstellung einer Eichkurve verwenden, welche die für die Abscheidung des Halbleiters mit der gleichen Dotierung, wie sie der Träger aufweist, erforderliche Zusammensetzung des in das Verdampfungsgefäß einzubringenden Halogengemisches zu ermitteln gestattet. Die Standardlösungen lassen sich leicht herstellen und aufbewahren.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen, homogen dotierten Halbleiterkörpers durch Zersetzen dampfförmiger Halbleiterhalogenide, die mit einem gasförmigen Dotierungsstoff, der einen gegenüber dem Halbleiterhalogenid um höchstens 50° C abweichenden Siedepunkt aufweist, und gegebenenfalls mit einem Trägergas und/oder nicht dotierenden, die Einkristallbildung fördernden Stoffen gemischt sind, mit Niederschlagen des, einen homogen dotierten Halbleiter ergebenden Stoffes auf einen einkristallinen Träger gleichen Halbleitermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des Halbleiterhalogenids und des Dotierungsstoffes aus einem Gefäß verdampft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Trägergases dieses mit einer Geschwindigkeit >10 l/h durch das Gefäß geführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 682105;
USA.-Patentschrift Nr. 2556 711.