<Desc/Clms Page number 1>
"WERKWIJ@E VOOR DE BEREIDING VAN ZEER
ZUIVER SILICIUM"
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen @an halfgeleidermateriaal.
Een reeds bekende werkwijze voor het vervaardigen van halfgeleider materiaal door neerslag uit de dampfase omvat de chemische reductie van een halide van de halfgeleider, zoals silicium tetrachloride door middel van waterstof. Bij een andere werkwijze wordt door de thermische ontleding van een hydride van de halfgeleider zoals silaan, het half- geleidermateriaal uit de dampfase vrijgemaakt.
Het bestuurde verontreinigen van het halfgeleider materie aal door de toevoeging van belangrijke onzuiverheden is van primair belang. De hoeveelheid van een onzuiverheid, nodig om de elektrische eigenschappen van het materiaal in enige mate van betekenis te wijzigen, is buitengewoon klein en het effect van dergelijke belangrijke onzuiverheden is in de
<Desc/Clms Page number 2>
techniek bekend.
Epitaxiale groei van verontreinigde lagen halfgeleider materiaal kan op passende wijze volgens een der beide bovenge- noemde werkwijzen worden uitgevoerd. In het geval van silicium zijn temperaturen van de orde van 1100 C nodig voor de onder- laag, zodat de.neerslag in de gewenste mechanische vorm is.
Als gevolg van de complexe en omkeerbare chemische reactie welke plaats vindt tussen SiC14 en H2 gedurende het neerslaan bij deze temperatuur, zijn ohloorionen beschikbaar, welke een rol spelen in secundaire chemische reacties en indien, zoals gebruikelijk is, de onderlaag reeds een onzuiverheid van betekenis en van het N-type bevat zoals b.v. fosfor, kunnen fosfor chloriden (b.v. P013) vrijgemaakt worden in de onmid- dellijke dampzone, De aanwezigheid van deze ongewenste on- zuiverheide stoort en compenseert de aanwezigheid van b,v.
BC13 met name een gewenste onzuiverheid, welke in bestuurde dosering wordt toegevoegd om een PN laag te vormen. De aanwezigheid van het ongewenste damptransport van PC13 of ander halfgeleiderhalide wordt niet bestuurd en leidt tot de vorming van een onbepaalde PN laag vooral waar het gewenste' is sterk verontreinigd silicium van het ene geleidbaarheids- type neer te slaan op zwaar verontreinigd silicium van het tegengestelde type geleidbaarheid.
Anderzijds wordt in het silaanproces slechts waterstof vrijgemaakt. Indien silicium wordt neegeslagen op een hete onderlaag bij 1100 C, welke een "doping" onzuiverheid bevat, b.v. fosfor, zal het vrijgekomen waterstofion niet gemakkelijk, een chemische combinatie aangaan met dit fosfor en zal PH3 onder deze omstandigheden niet in noemenswaarde hoeveelheid worden gevormd. Dit geldt ook voor een andere hydride formatie met dezelfde valentie.
Het verontreinigen van silaan kan op passende wijze ge- '
<Desc/Clms Page number 3>
schieden door het benutten van hydriden van de gewenste onzui verheids elementen: Deze zijn niet stabiel en in verdunde toe stand niet houdbaar. Het aanwijzen en meten van de kleine hoeveelheden welke voor het verontreinigen nodig zijn veroorzaken moeilijkheden bij het behandelen en verwerken bij het gewenste nauwkeurigheidsniveau.
Een bekende werkwijze voor het verontreinigen van silaan bij het epitaxiale neerslagproces bestaat daarin, dat men van' een bereid verdunningsmengsel van b.v. diboraan in water- stof uitgaat, dat zich in een passende verzamelcylinder bevindt en dat men bij dit mengsel een silaan-waterstofstroom mengt in een berekende verhouding. Ofschoon deze werkwijze bevredigend is voor zover booratomen in de siliciumtralie aanwezig zijn, is een bevredigende besturing van de aindresistiviteit moeilijk te verkrijgen @mdat (a) diboraan onstabiel! is (b) dit geabsorbeerd wordt op de wanden van de cylinder en (c) omdat onverwachte chemische reacties de concentratie wijzigen.
Volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het vervaardigen van een halfgeleidermateriaal, welke een belangrijk onzuiverheidselement bevat en waarbij een i gasvormig hydride van dit halfgeleiderelement gelijktijdig ; met een gasvormig hydride van dit belangrijk onzuiverheidselement in een ontladingszone wordt ontleed, waarbij dit gasvormig hydride van het belangrijk onzuiverheidselement ter plaatse wordt gevormd althans dichtbij deze ontledingszone.
Het hydride van het van betekenis zijnde onzuiverheidselement kan op elke wijze worden voortgebracht, dooh het verdient de voorkeur een proces te volgen, waarbij elektrische energie wordt benut waardoor een nauwkeurige besturing moge- lijk is van de opweksnelheid hetzij door besturing van de spanning van de aan/uit snelheid van de voeding zoals in de pulstechniek.
<Desc/Clms Page number 4>
De hydriden kunnen zodoende gevormd worden door atomische waterstof-te doen stromen over het onzuiverheidselement of een verbinding daarvan. De atomische waterstof wordt bereid door moleculaire waterstof te onderwerpen aan elektrische vonkvor- ming, elektrische glimontlading, ultraviolette straling, thermische dissociatie door een ver- hitte gloeidraad, of volgens andere in de techniek bekende werkwi j ze.
Het onzuiverheidselement, waarover de atomische water- stof wordt gevoerd kan op normale temperatuur zijn of op verhoogde temperatuur.
Het mechanisme voor de bereiding van het onzuiverheids hydride omvat tevens de mogelijke ionisatie van het onzui- verheidselement zelf indien het onderworpen wordt aan een elektrische ontlading of aan straling of verhit wordt.
Het hydride van het van betekenis zijnde onzuiverheids- ' element kan alternatief voortgebracht worden door elektro- lyse in een elektrolyt, of door het gesmolten zout waarbij del troden worden gebruikt of het elektrolyt bevat het element dat vereist is in chemische combinatie en het hybride wordt voortgebracht aan één e lektrode bij gebruik van inerte elek- ; troden bv. van platina of koolstof,
In het geval van silicium neerslag uit zijn monohydride, zijn de hydriden van de groepen 3 en 5 van belang als belang- rijke opwekkende gassen.
Voor een doping van het p-type kan het overgangshydride AlH of kunnen de hydriden diboraan i en digallaan opgewekt worden, Voor een verontreiniging van het
N-type worden de hydriden van arssnic en antimoon gebruikt.
Fosfine kan opgewekt worden door de werking van een elek- trische ontlading op een geleidend fosfide of een fosforhou- dend metaal.
2 woorden doorgehaald.
<Desc/Clms Page number 5>
Twee uitvoeringen, van de uitvinding zullen thans worden beschreven aan de hand der tekening welke alternatieve vormen van toestellen tonen voor de vervaardiging van halfgeleider-. materiaal dat aanmerkelijke zuiverheden bevat.
In Fig. 1 is een verzamel aylinder 1 met een stuurventie 2, welke een gasvormig mengsel van 3 volume procenten silaan en voor de rest waterstof bevat, via de buis 3, een stromings- meter 4 en een buis 5 verbonden met een ontledingskamer 6 welke een uitlaatbuis 7 en een uitstromer 8 bezit.
Rondom de kamer 6 is een induotiever warmingsspoel 9 aangebracht voor het verwarmen van een schijf monokristal- lijn silicium 10 op een koolstof susoeptor welke op een piedestal 12 wordt gedragen.
Een verzamelcylinder 13 met een stuurventiel 14 en welke zuivere waterstof bevat is via een palladium diffusiezuiveraar 16, een stromingsmeter 17 en een buis 18 aangesloten op een ontledingskamer 6.
Binnen de buis 18 bevinden zich aan de ingang tot de kamer 6 twer elektrodenparen 19 en 20, waarbij elk elektro- dppaar door draden 21 cf 22 verbonden is met een passende elektrische energiebron (niet afgebeeld) waardoor (wissel- stroom of gelijkstroom) vonkvorming tussen de elektroden van het paar wordt veroorzaakt.
De elektroden 19 bestaan uit arsenic en de elektroden 20 uit boor.
Ten einde verontreinigde siliciumlagen te vervaardigen door epitaxiale neerslag uit de dampfase, wordt de schijf silicium 10 door de inductieverwarmingsspoel 9 op een tempe- ratuur van 11000 C gebracht..
Silaan en waterstof uit de cylinder 1 worden gelijktij- dig met waterstof uit de cylinder 13 naar de ontladingskamer 6 geleid. Het proces wordt uitgevoerd bij of boven atmos-
<Desc/Clms Page number 6>
ferische druk,' ofwel bij lage druk waar de waterstof en het silaan via passende ventielen naar een luchtledige ont- ledingskamer worden gevoerd. De concentratie van silaan dat vanuit de oylinder 1 wordt toegevoerd is meer dan nodig is bij de epitaxiale neerslag, en de gewenste concentratie voor elke bijzondere-toepassing wordt verkregen door bijmen-;' ging met de waterstof uit de cylinder 13.
Bij dit silaanproces is het noodzakelijk, dat deconcen- tratie van silaan aanzienlijk minder is dan normaal. Een eerste trap bij het bereiken van de gewenste concentratie is. dat het silaan met waterstof wordt opgezameld in de cylinder
1 en de eindtrap is het bijmengen van waterstof uit de oylinder 13. Stel dat het eerst nodig is op de silicium schijf 10 een laag van een enkel kristal silicium en van het
N-type geleidbaarheid neer te slaan, dan worden de arsenio elektroden 19 bekrachtigd waardoor tussen deze elektroden vonkvorming optreedt.
Dit leidt tot de vorming van atomische waterstof uit de stroom moleculaire waterstof, 'welke over de ' elektroden 19 vloeit met het gevolg dat een hydride van ' arsenic opgewekt wordt door het aangaan van een reactie tussen de arsenic en de atomische waterstof. Het voortge- brachte hydride wordt nu naar de kamer 6 gevoerd door de waterstof uit de cylinder 13 en ontleedt met het silaan op de verhitte silicium schijf10 zodat de laag van het N-type j wordt gevormd.
Indien het nodig is een laag van het uit een enkel kristal bestaande silioium van het N-type neer te slaan wordt de vonkvorming aan de arsenik elektrode tot stilstand gebracht, terwijl de boorelektroden 20 bekrachtigd worden met het gevolg, dat boorhydriden opgewekt worden door middel ? van de reactie tussen boor en de door de vorkvorming ontstane'
<Desc/Clms Page number 7>
atomische waterstof. Het Hoor hybride komt dan in de kamer 6 en wordt daar ontleed met het silaan op de verhitte silicium- schijf 10, waardoor de laag van het N-type ontstaat.
Boor is een slechte elektrische geleider en ten einde de vonkvorming tussen de boorelektroden 20 te verkrijgen, is een hoge spanning nodig. Een lager spanning kan gebruikt wor- den, indien de boorelektroden 20 enig silicium bevatten ten einde de geleidbaarheid te verbeteren. Alternatief kunnen de boorelektroden 20 van tevoren verhit worden door deze te opgeven door een passend verhittingsorgaan, zoals een uitstra- lende elektrische verhittinpoel welke de elektroden vóór de vonkvorming op een temperatuur van br. 8000 tot 1000 C brengt.
Indien dit geschiedt, kunnen de boorelektroden onder- gebracht worden in een stuk buis, welke in parallel ligt met de buis welke de arsenic elektroden bevat, waarbij passen- de kranen voor het aan en uitschakelen aanwezig zijn, zodat het vereiste hydride naar de ontledingskamer kan worden ge- leid.
In Fig. 2 bezit een verzamelcylinder 23 een stuurventiel 24 en slechts silaan, waarbij deze cylinder via de buis 25, een stromingsmeter 26, de buis 27, een naaldklep 28 en een bis 29 met een ontledingskamer 30 is verbonden. De uitlaatbuis 31 van de kamer 30 is via een drukregelaar 32 verbonden met een vacuumpomp 33, terwijl via de buis 35 een manometer 34 met de kamer 30 is verbonden.
Binnen de kamer 30 bevindt zich een uiteen enkel kristal bestaande silicium schijf 36 op een koolstof susceptor 37 welke gedragen wordt op een piedestal 38. Een inductiever- hittingsspoel 39 voor het verhitten van de silioiumschijf 36 omgeeft de kamer 30.
<Desc/Clms Page number 8>
Binnen de kamer 30 bevinden zich twee elektrodenparen 40 en 41, waarbij elk elektrodenpaar door 42 of 43 verbonden is met een passende (niet aangegeven)' energiebron, waardoor, tussen de elektroden van een paar een (wisselstroom- of gelijkstroom-)vonkvorming wordt veroorzaakt.
De elektroden 40 bestaan uit arsenio en de elektroden 41 uit boor. De boorelektroden 41 kunnen enig silicium bevatten om de vonkspanning te verlagen of deze elektroden kunnen tevo-' ren verhit worden zoals boven reeds beschreven is.
Ten einde verontreinigde siliciumlagen door epitaxiale neerslag uit de dampfase te vervaardigen, wordt de silicium schijf 36 op een temperatuur van 1100 C gebracht door de in- ductieverhittingsspoel 39. De druk binnen de kamer 30 wordt verlaagt tot 0,1 mm kwik.
Silaan uit de cylinder 23 wordt in de gewenste concen- tratie aan de ontledingskamer 30 geleverd door een passende bijstelling van de naaldklep 28. Zoals in het geval van de werkwijze welke in verband met Fig. 1 is beschreven, is de concentratie van het silaan aanzienlijk lager dan normaal doch bij de thans te beschrijven werkwijze, wordt deze con- voor centratie bereikt door lage druk welke/de reactie wordt gebruikt, waarbij geen verdunde waterstof aanwezig is.
Het silaan wordt aan de verhitte onderlaag 36 ontleed in silicium en waterstof. De aldus gevormde waterstof verschaft de waterstof bron welke daarop wordt tot atomische waterstof door de vorkvorming tussen het ene elektrodenpaar 37 en 38.
Zoals reeds voor Fig. 1 is beschreven, groeit een siliciumlaag van het N-type of P-type op de schijf36, al naar het feit of vonkvorming optreedt tussen het elektrodenpaar 40 en 41 als gevolg van de vorming en daaropvolgende ontleding van het hydride van hetjuiste verontreinigingselement.
<Desc/Clms Page number 9>
Terwijl het de voorkeur verdient bij de zo juist beschre- ven werwijze onverdund silaan te gebruiken, kan ook verdunde waterstof gevoegd worden bij het silaan in de cylinder 23, in welk geval de ontledingskamer 30 onder hogere druk van de orde van 10 mm kwik kan staan, aangezien de gewenste concen- tratie van silaan nu in twee trappen wordt verkregen,
Daar de voor de vorming van de onzuiverheidshydriden ver- eiste waterstof gedurende het werkelijke, proces wordt gevorme , zal bij benutting van een oplosmiddel voor het silaan, het niet essentieel zijn om voor dit doel waterstof te gebruiken, zodat elk inert gas voor deze verdunning kan worden benut.
Om praktische redenen en aangezien waterstof gemakkelijk in zuivere vorm geschikbaar is, wordt het gebruik van een an- der verdunningsgas niet aanbevolen.
Dit mogelijk gebruik van ander oplosgassen geldt ook voor de werkwijze van Fig. 1. zowel als alternatief voor het ver- dunnen van het silaan of als extra oplosmiddel en als extra of oplosmiddel met de waterstof /als alternatief draaggas, in- dien de hybriden door elektrolyse worden gevormd.
De volgende alternatieven zijn van toepassing op beide bovenbeschreven uitvoeringen.
In plaats, dat de vonkelektrode vervaardigd zijn van het gewenste verontreinigingselement kan de ironkvorming voor het produceren van de atomische waterstof ook worden uitgevoerd tussen indifferente elektroden welke een kern van het gewen- ste verontreinigingselement bezitten of een verbinding daar- van in de nabijheid van de elektroden.
De elektroden van elke vorm kunnen vervangen worden door een bestuurde bron voor ultraviolet licht, welke zo is aangebracht dat deze bij bekrachtiging atomische waterstof opwekt, waarbij deze atomische waterstof een reactie aangaat met een op passen wijze opgesteld lichaam van het gewenste
<Desc/Clms Page number 10>
onzuiverheidselement of een verbinding daarvan.ter bereiding van het hydride. Op gelijksoortige wijze kan de atomische waterstof voortgebracht worden door moleculaire waterstof te leiden over een verhitte gloeidraad b.v. van wolf raam.
Een glimontlading kan ook tot stand gebracht worden tus- sen op passende wijze opgestelde elektroden voor het opwek- j' ken van atomische waterstof. In dit geval wanneer de werkwijze van Fig. 1 wordt gevolgd, is de druk in de buis waar de reac- tie ter vorming van het hydride plaats,vindt, aanzienlijk lager dan de atmosferische druk.
Als ander alternatief kau het opwekken van het hydride van het gewenste onzuiverheidselement door elektrolyse geschieden,
De boven beschreven werkwijzen kunnen evenzeer worden toegepast op andere halfgeleidermaterialen zoals germanium, in welk geval het hydride van germanium wordt gebruikt. Wan- neer boor of dergelijke elementen met elechte elektrische geleidbaarheid als vonkelektroden worden gebruikt, kan de geleidbaarheid verbeterd worden door een kleine hoeveelheid germanium in het boor op te nemen. In het algemeen, is het toegevoegde materiaal ter verlaging van het weerstandbiedend vermogen verenigbaar met het proces.
<Desc / Clms Page number 1>
"PROCESS @ E FOR THE PREPARATION OF VERY
PURE SILICON "
The invention relates to a method for manufacturing a semiconductor material.
An already known method for manufacturing semiconductor material by vapor deposition comprises the chemical reduction of a halide of the semiconductor, such as silicon tetrachloride, by means of hydrogen. In another process, thermal decomposition of a hydride from the semiconductor such as silane releases the semiconductor material from the vapor phase.
Controlled contamination of the semiconductor matter by the addition of important impurities is of primary importance. The amount of an impurity required to change the electrical properties of the material to any significant degree is extremely small, and the effect of such important impurities is in the
<Desc / Clms Page number 2>
known technique.
Epitaxial growth of contaminated semiconductor material layers can be suitably carried out by either of the above methods. In the case of silicon, temperatures of the order of 1100 DEG C. are required for the substrate so that the precipitate is in the desired mechanical form.
Due to the complex and reversible chemical reaction that takes place between SiCl4 and H2 during the precipitation at this temperature, chlorine ions are available which play a role in secondary chemical reactions and if, as is usual, the substrate already has a significant impurity and of the N-type such as e.g. phosphorus, phosphorus chlorides (e.g., PO13) can be released into the immediate vapor zone. The presence of this undesired impurity interferes with and compensates for the presence of e.g.
BC13 in particular is a desired impurity, which is added in controlled dosage to form a PN layer. The presence of the unwanted vapor transport of PC13 or other semiconductor halide is not controlled and leads to the formation of an indeterminate PN layer especially where it is desired to deposit highly contaminated silicon of one conductivity type on heavily contaminated silicon of the opposite type. conductivity.
On the other hand, only hydrogen is released in the silane process. If silicon is deposited on a hot substrate at 1100 ° C, which contains a "doping" impurity, e.g. phosphorus, the released hydrogen ion will not readily form a chemical combination with this phosphorus and PH3 will not be formed in significant amount under these conditions. This also applies to another hydride formation with the same valence.
Contamination of silane can be appropriately avoided.
<Desc / Clms Page number 3>
are effected by utilizing hydrides of the desired impurity elements: These are not stable and cannot be kept in a dilute state. Identifying and measuring the small amounts required for contamination causes difficulties in handling and processing at the desired level of accuracy.
A known method of contaminating silane in the epitaxial deposition process consists in removing a prepared diluent mixture of e.g. diborane goes out into hydrogen, which is contained in a suitable collection cylinder and a silane-hydrogen stream is mixed with this mixture in a calculated ratio. While this method is satisfactory as far as boron atoms are present in the silicon grating, satisfactory control of the wind resistivity is difficult to obtain because (a) diborane is unstable! is (b) this is absorbed on the walls of the cylinder and (c) because unexpected chemical reactions change the concentration.
According to the invention there is provided a method for manufacturing a semiconductor material, which contains a major impurity element and wherein a gaseous hydride of this semiconductor element simultaneously; with a gaseous hydride of this major impurity element is decomposed in a discharge zone, this gaseous hydride of the major impurity element being formed in situ at least close to this decomposition zone.
The hydride of the impurity element of interest can be produced in any way, but it is preferable to follow a process that utilizes electrical energy to allow precise control of the rate of generation or by controlling the voltage of the power supply. / off speed of the feed as in the pulse technique.
<Desc / Clms Page number 4>
The hydrides can thus be formed by flowing atomic hydrogen over the impurity element or a compound thereof. The atomic hydrogen is prepared by subjecting molecular hydrogen to electrical sparking, electrical glow discharge, ultraviolet radiation, thermal dissociation through a heated filament, or by other method known in the art.
The impurity element over which the atomic hydrogen is carried can be at normal temperature or at elevated temperature.
The mechanism for preparing the impurity hydride also includes the possible ionization of the impurity element itself when subjected to an electrical discharge or radiation or heated.
The hydride of the significant impurity element can alternatively be generated by electrolysis in an electrolyte, or by the molten salt using the trodes or the electrolyte contains the element required in chemical combination and the hybrid is generated. to one electrode when using inert electrodes; trodes e.g. of platinum or carbon,
In the case of silicon precipitation from its monohydride, the hydrides of groups 3 and 5 are of interest as important generating gases.
For a doping of the p-type, the transition hydride AlH or the hydrides diborane i and digallan can be generated. For a contamination of the
N-type, the hydrides of arssnic and antimony are used.
Phosphine can be generated by the action of an electric discharge on a conductive phosphide or a phosphorus-containing metal.
Crossed out 2 words.
<Desc / Clms Page number 5>
Two embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings showing alternative forms of devices for semiconductor fabrication. material containing significant purities.
In fig. 1 is a collection cylinder 1 with a control valve 2, which contains a gaseous mixture of 3% by volume of silane and the remainder hydrogen, via the tube 3, a flow meter 4 and a tube 5 connected to a decomposition chamber 6 which is an outlet tube 7 and has an outflow device 8.
Around the chamber 6 is provided an induction heating coil 9 for heating a disk of single crystal silicon 10 on a carbon susoeptor supported on a pedestal 12.
A collection cylinder 13 with a control valve 14 and containing pure hydrogen is connected via a palladium diffusion purifier 16, a flow meter 17 and a tube 18 to a decomposition chamber 6.
Within the tube 18, at the entrance to the chamber 6, there are two electrode pairs 19 and 20, each electrode pair being connected by wires 21 or 22 to a suitable electrical power source (not shown) causing (alternating current or direct current) arcing between electrodes from the pair.
The electrodes 19 consist of arsenic and the electrodes 20 of boron.
In order to produce contaminated silicon layers by vapor phase epitaxial deposition, the silicon disk 10 is brought to a temperature of 11000 ° C by the induction heating coil 9.
Silane and hydrogen from the cylinder 1 are simultaneously supplied with hydrogen from the cylinder 13 to the discharge chamber 6. The process is carried out at or above atmospheric
<Desc / Clms Page number 6>
feric pressure, or at low pressure where the hydrogen and silane are fed through appropriate valves to an airless decomposition chamber. The concentration of silane supplied from cylinder 1 is greater than is required in the epitaxial deposition, and the desired concentration for any particular application is obtained by admixture. went with the hydrogen from the cylinder 13.
In this silane process, it is necessary that silane deconcentration is considerably less than normal. A first step in achieving the desired concentration is. that the silane is collected with hydrogen in the cylinder
1 and the final stage is the admixture of hydrogen from the cylinder 13. Suppose that it is first necessary on the silicon disc 10 a layer of a single crystal silicon and of the
In order to deposit N-type conductivity, the arsenio electrodes 19 are energized, causing arcing to occur between these electrodes.
This leads to the formation of atomic hydrogen from the molecular hydrogen stream flowing over the electrodes 19 with the result that an arsenic hydride is generated by reacting between the arsenic and the atomic hydrogen. The resulting hydride is now fed to the chamber 6 by the hydrogen from the cylinder 13 and decomposes with the silane on the heated silicon disk 10 to form the N-type layer j.
If it is necessary to deposit a layer of the single crystal N-type silicon, arsenic at the arsenic electrode is stopped while the boron electrodes 20 are energized with the result that borohydrides are generated by means of a. of the reaction between boron and the fork formation '
<Desc / Clms Page number 7>
atomic hydrogen. The Hoor hybrid then enters the chamber 6 and is there decomposed with the silane on the heated silicon disk 10, creating the N-type layer.
Drill is a poor electrical conductor and in order to achieve arcing between the drill electrodes 20, a high voltage is required. A lower voltage can be used if the drilling electrodes 20 contain some silicon to improve conductivity. Alternatively, the drilling electrodes 20 may be preheated by specifying them through a suitable heating means, such as a radiating electric heater coil which sets the electrodes to a temperature of br. Before sparking. 8000 to 1000 C.
If this is done, the drilling electrodes can be housed in a length of tubing which is in parallel with the tubing containing the arsenic electrodes, with appropriate on and off taps provided so that the required hydride can reach the decomposition chamber. be guided.
In fig. 2, a collection cylinder 23 has a pilot valve 24 and silane only, this cylinder being connected to a decomposition chamber 30 via the tube 25, a flow meter 26, the tube 27, a needle valve 28 and a bis 29. The outlet tube 31 of the chamber 30 is connected via a pressure regulator 32 to a vacuum pump 33, while a pressure gauge 34 is connected to the chamber 30 via the tube 35.
Within the chamber 30 is a single crystal silicon wafer 36 on a carbon susceptor 37 which is supported on a pedestal 38. An induction heating coil 39 for heating the silicon wafer 36 surrounds the chamber 30.
<Desc / Clms Page number 8>
Within the chamber 30 are two pairs of electrodes 40 and 41, each pair of electrodes being connected by 42 or 43 to an appropriate (not shown) energy source, causing arcing (AC or DC) between the electrodes of a pair. .
The electrodes 40 consist of arsenio and the electrodes 41 of boron. The drilling electrodes 41 may contain some silicon to reduce the spark voltage or these electrodes may be preheated as described above.
In order to produce contaminated silicon layers by vapor phase epitaxial deposition, the silicon wafer 36 is brought to a temperature of 1100 ° C by the induction heating coil 39. The pressure within the chamber 30 is reduced to 0.1 mm of mercury.
Silane from the cylinder 23 is supplied to the decomposition chamber 30 in the desired concentration by appropriate adjustment of the needle valve 28. As in the case of the method described in connection with FIG. 1, the concentration of the silane is significantly lower than normal, but in the process to be described now, this concentration is achieved by the low pressure used by the reaction, with no dilute hydrogen present.
The silane is decomposed into silicon and hydrogen on the heated underlayer 36. The hydrogen thus formed provides the hydrogen source which thereon becomes atomic hydrogen by the fork formation between the one pair of electrodes 37 and 38.
As already for fig. 1, an N-type or P-type silicon layer grows on the disk 36, depending on whether arcing occurs between the electrode pair 40 and 41 due to the formation and subsequent decomposition of the hydride of the proper impurity element.
<Desc / Clms Page number 9>
While it is preferred to use neat silane in the process just described, dilute hydrogen may also be added to the silane in the cylinder 23, in which case the decomposition chamber 30 may be under higher pressure of the order of 10 mm mercury. since the desired concentration of silane is now obtained in two stages,
Since the hydrogen required to form the impurity hydrides is formed during the actual process, when using a solvent for the silane, it will not be essential to use hydrogen for this purpose, so that any inert gas can be used for this dilution. are exploited.
For practical reasons and since hydrogen is readily available in its pure form, the use of any other diluent gas is not recommended.
This possible use of other dissolving gases also applies to the method of FIG. 1. both as an alternative to diluting the silane or as an additional solvent and as an additional or solvent with the hydrogen / alternative carrier gas, if the hybrids are formed by electrolysis.
The following alternatives apply to both embodiments described above.
Instead of the spark electrodes being made of the desired impurity element, the iron formation to produce the atomic hydrogen can also be carried out between indifferent electrodes having a core of the desired impurity element or a connection thereof in the vicinity of the electrodes. .
The electrodes of any shape can be replaced by a controlled ultraviolet light source arranged to generate atomic hydrogen when energized, reacting this atomic hydrogen with an appropriately arranged body of the desired
<Desc / Clms Page number 10>
impurity element or a compound thereof to prepare the hydride. Similarly, the atomic hydrogen can be generated by passing molecular hydrogen over a heated filament e.g. from wolf window.
A glow discharge can also be established between appropriately disposed electrodes for generating atomic hydrogen. In this case, when the method of FIG. 1, the pressure in the tube where the reaction to form the hydride takes place is significantly lower than atmospheric pressure.
As another alternative, the generation of the hydride of the desired impurity element can be by electrolysis,
The above methods can be equally applied to other semiconductor materials such as germanium, in which case the hydride of germanium is used. When boron or such elements with real electrical conductivity are used as spark electrodes, the conductivity can be improved by including a small amount of germanium in the boron. In general, the added resistivity lowering material is compatible with the process.