DE1232931B - Verfahren zum teilweisen Dotieren von Halbleiterkoerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

IM. Cl.:

B Ol j

Deutsche Kl.: 12 g -17/34

Nummer: 1232 931

Aktenzeichen: R27748IVc/12g

Anmeldetag: 12. April 1960

Auslegetag: 26. Januar 1967

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Flächenhalbleitern wird ein Halbleiterkörper von gegebenem Leitungstyp in einer Umgebung, welche einen den Leitungstyp bestimmenden Dotierungsstoff enthält und dem Halbleiterkörper die umgekehrte Leitfähigkeit zu verleihen vermag, erhitzt. Gewöhnlich liegt dieser Dotierungsstoff in Dampfform vor, er kann jedoch auch in flüssiger Form vorliegen. Der Dotierungsstoff kann ein Akzeptor oder ein Donator sein. Er diffundiert in den Halbleiterkörper bis auf ίο eine Tiefe ein, welche von der Temperatur und der Dauer der Erhitzung sowie von der Diffusionskonstante des Dotierungsstoffes abhängig ist. Da eine Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers somit in seiner Leitfähigkeit umgekehrt wird, entsteht eine Inversionsschicht, die auch gleichrichtende Schicht oder PN-Schicht genannt wird, an der Trennfläche der erwähnten Oberflächenschicht und des Restes des Halbleiterkörpers. Die so hergestellte Inversionsschicht erstreckt sich über alle Seiten des Halbleiterkörpers, wenn nicht bestimmte Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers vorher abgedeckt wurden, um die Eindiffusion auf eine bestimmte Fläche zu begrenzen. Bei der Herstellung von Halbleitern, wie Transistoren, müssen aber Größe und Form der In-Versionsschichten in einem Halbleiterkörper mit großer Genauigkeit zu beeinflussen sein.

Es ist bereits bekannt, Größe und Form von Inversionsschichten in einer Halbleiterscheibe dadurch zu beeinflussen, daß man Teile der Scheibenoberfläche mit einer Halbleiteroxydschicht abdeckt, bevor das Eindiffundieren erfolgt. Der Oxydüberzug kann aus dem Halbleiterkörper selbst hergestellt werden, wenn man beispielsweise eine Siliciumscheibe in. Gegenwart eines Oxydationsmittels erhitzt, wobei sich dann die Oberflächenschicht der Siliciumscheibe in Siliciumoxyd umwandelt. Das Oxydationsmittel kann, wie in der USA.-Patentschrift 2 802 760 beschrieben ist, Wasserdampf sein. Dieses Verfahren ist jedoch für andere Halbleiter, beispielsweise für Germanium und für die bekannten III-V-Verbindungen, nicht geeignet, da diese anderen Halbleiter leichter oxydieren als Silicium. Germaniumoxyd sublimiert bei der zum Eindiffundieren erforderlichen Temperatur und kann somit nicht als Abdeckung benutzt werden. Außerdem wird je nach der Dicke der Oxydschicht die Dicke der Halbleiterscheibe mehr oder weniger reduziert. Dies ruft eine Änderung des Abstandes der Inversionsschichten hervor und daher auch eine Änderung der aus solchen Halb- so leiterscheiben hergestellten fertigen Halbleiter.

Aus der USA.-Patentschrift 2 796 562 ist ein an-Verfahren zum teilweisen Dotieren
von Halbleiterkörpern

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.).

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, München 23> Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Eugene Leon Jordan, Bound Brook, N. J.;
Daniel Joseph Donahue, Somerville, N. J.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. April 1959 (806 683)

deres Verfahren zur Bildung einer Oxydschicht bekannt, das darin besteht, daß man das Oxyd auf die Halbleiterscheibe im Vakuum aufdampft, die vorher so abgedeckt worden ist, daß nur bestimmte Flächen der Halbleiterscheibe mit dem Oxyd bedeckt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Halbleiterscheibe selbst im Vakuum auf tiefer Temperatur bleibt und daher beim Aufdampfen des Oxydüberzugs weder beschädigt noch in ihrer Dicke verändert wird.

Dieses Verfahren kann dazu benutzt werden, die seitliche Ausbreitung von Elektroden, die auf eine Oberfläche auflegiert werden, zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Oxydüberzug nicht das Oxyd des speziellen verwendeten Halbleiters sein muß, sondern daß man beispielsweise einen Überzug von Siliciumdioxyd im Vakuum auf eine Germaniumscheibe aufdampfen kann. Es wurde jedoch gefunden, daß solche Siliciumdioxydschichten sich für Legierungsverfahren nicht eignen, da sie an Germaniumscheiben nicht gut genug haften. Die im Vakuum aufgedampften Siliciumdioxydschichten werden auch manchmal durch Lösungsmittel, wie Wasser und Aceton, angegriffen, die in der Halbleitertechnik verwendet werden. Siliciummonoxydüberzüge haften besser als

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Siliciumdioxydüberzüge, jedoch hat es sich als schwierig herausgestellt, die' Siliciummonoxydüberzüge zu entfernen, ohne die Oberfläche des Halbleiterkörpers zu beschädigen.

Die genannten Nachteile lassen sich bei einem Verfahren zum teilweisen Dotieren von Halbleiterkörpern, insbesondere aus Germanium öder Phosphiden, Arseniden und Antimoniden des Aluminiums, Galliums und Indiums, wobei zuerst durch Erhitzen in einer Dampf atmosphäre auf der gesamten Oberfläche eine Schutzschicht erzeugt, dann die Schutzschicht teilweise wieder entfernt und an diesen Stellen in dem Körper schließlich durch Erhitzen in einer einen Dotierungsstoff enthaltenden Atmosphäre ein PN-Übergang erzeugt wird, vermeiden, wenn erfindungsgemäß die Schutzschicht durch Erhitzen, des Halbleiterkörpers in einer eine Siloxanverbindung enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des Halbleiterstoffes und über der Zersetzungstemperatur der Verbindung hergestellt wird.

Die genaue Natur der Schutzschicht ist nicht bekannt. Nach dem Eindiffundieren des Dotierungsstoffes kann die Schutzschicht ohne Beschädigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers entfernt werden.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 a bis If sind schematisch dargestellte Querschnitte durch den Halbleiterkörper nach den einzelnen Verfahrensschritten, während

F i g. 2 einen Schnitt durch einen fertigen Halbleiter, der nach dem Verfahren nach F i g. 1 hergestellt ist, veranschaulicht.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Herstellung eines NPN-Transistors beschrieben werden. Die Erfindung ist jedoch ebensogut anwendbar bei der Herstellung von PNP-Transistoren, Tetroden und Dioden.

Gemäß Fig. la wird von einer geschliffenen und geätzten Halbleiterscheibe 10 aus monokristallinem, sehr reinem η-Germanium ausgegangen, die etwa 0,15 mm Dicke und einen spezifischen Widerstand von etwa 0,1 bis 2,0 Ohm-cm aufwies.

Gemäß Fig. Ib wird eine Oberflächenschicht 11 der Scheibe 10 durch Eindiffundieren eines Akzeptors, beispielsweise Indiums, p-leitend gemacht. Die Zone 11 war ungefähr 0,002 mm dick. An der Übergangsstelle von der Zone 11 in den Rest des Halbleiterkörpers entstand dadurch eine PN-Schicht 12.

Gemäß Fig. Ic wird auf der Unterseite der Scheibe lO die eindiffundierte Schicht 11 durch Abschleifen und Abätzen entfernt, so daß die Scheibe 10 auf die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke gebracht wird. Sodann wird die Scheibe im Dampf einer organischen Siloxanverbindung erhitzt, so daß sich eine Schutzschicht 13 auf der Halbleiterscheibe niederschlägt. Da Germanium einen Schmelzpunkt über 900° C besitzt, während Siloxanverbindungen sich im allgemeinen bereits bei 600° C zu zersetzen beginnen, hat man die Auswahl zwischen einer großen Anzahl von Siloxanverbindungen, und es kann der Temperaturbereich von 650 bis 800° C ausgenutzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Scheibe 10 für 10 bis 15 Minuten auf 700° C in einem Quarzofen erhitzt, welcher Äthyltriäthoxysilan enthält. Als Trägergas zum Transport der Siloxandämpfe durch den Ofen dient Argon. Sauerstoff kann für diesen Zweck nicht verwendet werden.

Andere Siloxane, beispielsweise Dimethyldiäthoxysilan, Tetraäthoxysilan, Amyltriäthoxysilan, Phenyltriäthoxysilan, Diphenyldiäthoxysilan und Vinyltriäthoxysilan, können ebenfalls benutzt werden. Die genaue Natur der sich bildenden Schutzschicht 13 ist dicht bekannt, vermutlich ist sie jedoch eine Mischung aus Siliciumoxyd und Siliciumdioxyd.

Gemäß Fig. Id wird die ganze Oberfläche der Scheibe 10 mit einer gegen Säure widerstandsfähigen

ίο Schicht 14 bedeckt. Dazu wird Apiezonwachs in gelöster Form aufgesprüht und dann getrocknet. Sodann wird eine Reihe von Linien 15 mit einer Breite von ungefähr 0,025 mm und einem Abstand von ungefähr 0,75 mm in die Schicht 14 eingeritzt, wie in Fig. Ie zu erkennen ist.

Die Scheibe 10 wird dann in ein Ätzmittel aus 5°/oiger Flußsäure eingetaucht. Das Ätzmittel löst diejenigen Teile der Schutzschicht 13, welche nicht durch die Wachsschicht 14 geschützt sind, so daß die Scheibe dann das Aussehen der Fig. If annimmt.

Gemäß Fig. Ig wird dann die Wachsschicht 14 durch ein Lösungsmittel, beispielsweise Kohlenstoffdisulfid oder Trichlorethylen, abgelöst. Die Scheibe 10 wird sodann in einem Pulver, welches einen Donator enthält, erhitzt. Im vorliegenden Fall wurde ein Pulver aus 95 °/o Germanium und 5 % Arsen verwendet, in welchem die Scheibe 10 für etwa 30 Minuten auf etwa 700° C erhitzt wurde. Derjenige Teil der Schutzschicht 13, der auf der Scheibe zurückgeblieben ist, dient als Abdeckung gegen die Eindiffusion von Arsen. Unter diesen Umständen diffundiert Arsen in die Scheibe bis zu einer Tiefe von etwa 0,12 mm an den Stellen 16 ein, an denen die Schicht 14 weggeritzt wurde. An den Grenzen zwisehen den p-Zonen 11 und den Zonen, in welche Arsen eindiffundiert ist, entstehen Inversionsschichten 17.

Zur Fertigstellung wird die Scheibe 10 in Flußsäure gewaschen, um die Reste der Schutzschicht 13 zu entfernen, längs der senkrechten gestrichelten Linien α'-α', b'-b', c'-c' und d'-d' zerschnitten und an ihr die Elektroden 22, 24, 26 angebracht, so daß ein fertiges Halbleiterbauelement nach F i g. 2 entsteht.

Statt wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel mit N-Germanium zu beginnen, kann man auch mit P-Germanium beginnen und PNP-Halbleiter herstellen. Ferner kann man auch andere Donatoren, beispielsweise Antimon und Phosphor, an Stelle von Arsen verwenden und andere Akzeptoren, beispielsweise Aluminium und Gallium, an Stelle von Indium. Die Erfindung kann auch auf P- und N-Scheiben aus III-V-Halbleitern angewendet werden, welche die Phosphide, Arsenide und Antimonide von Aluminium, Gallium und Indium umfassen.

Die Schutzschicht 13 kann auch abgeschliffen oder nach dem Photoresistverfahren behandelt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum teilweisen Dotieren von HaIbleiterkörpern, insbesondere aus Germanium oder Phosphinen, Arseniden und Antimoniden des Aluminiums, Galliums und Indiums, wobei zuerst durch Erhitzen in einer Dampf atmosphäre auf der gesamten Oberfläche eine Schutzschicht erzeugt, dann die Schutzschicht teilweise wieder entfernt und an diesen Stellen in dem Körper schließlich durch Erhitzen in einer einen Dotierungsstoff enthaltenden Atmosphäre ein PN-

   Übergang erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch Erhitzen des Halbleiterkörpers in einer eine Siloxanverbindung enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des Halbleiterstoffes und über der Zersetzungstemperatur der Siloxanverbindung hergestellt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 802 760.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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