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Verfahren zum Einbau definierter Störstellen in Metall- oder Halbleiterschichten
Es ist bekannt, Halbleiterschichten aus Germanium oder Silicium mit defmiertem Störstelleneinbau
dadurch herzustellen, daß auf einem Träger aus dem Halbleitergrundmaterial der Halbleiterstoff
aus der Gasphase durch thermische Zersetzung eines Halogenids abgeschieden wird,
welches gleichzeitig die gewünschten Störstellen in dem gewünschten Mengenverhältnis
enthält, wobei sich die Halbleitersubstanz und die Störstellensubstanz gleichzeitig
auf dem Träger niederschlagen. Es ist weiterhin vorgesehen, daß mehrere solcher
Schichten mit verschiedenen Störstellenarten nacheinander erzeugt werden zwecks
Herstellung von mehreren übergängen zwischen Zonen verschiedenen Leitungstypus.
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Diese Verfahren haben den Nachteil, daß der Störstellengehalt während
des Verfahrens nicht gesteuert werden kann und daß deshalb die Erzeugung gleichmäßiger
Schichten mit wohldefmiertem Störstellengehalt schwierig ist.
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Es ist bekannt, bei der Herstellung von Halbleiterkörpern mit pn-Übergängen
die Komponente des einen Leitungstyps des Halbleiters aus einer gasförmigen Verbindung
auf die als Festkörper vorliegende Komponente des anderen Leitungstyps aufzubringen
bzw. den Dotierungstoff in Form einer Verbindung einem aus einem Halogenid des Halbleiters
bestehenden Reaktionsgas beizumischen, um den Halbleiter und den Dotierungstoff
gleichzeitig auf einer Unterlage, z. B. einem Halbleiterkristall, abscheiden zu
können.
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Es war ferner bekannt, zunächst eine Halbleiterschicht auf einem Träger
und auf diese Halbleiterschicht einen Dotierungstoff aus der Gasphase abzuscheiden
und den Dotierungsstoff dann durch eine Wärmebehandlung zum Eindiffundieren in den
Halbleiter zu bringen (französische Patentschrift 1064045).
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Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Einbau
definierter Störstellen in Metall- oder Halbleiterschichten durch Abscheiden des
Metalls und/oder des Halbleiters und der Störstellensubstanz aus der Gasphase auf
einen Trägerkörper, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Schichten des reinen
metallischen und/oder halbleitenden Grundmaterials abwechselnd mit Schichten der
reinen Störstellensubstanz auf den Träger niedergeschlagen und anschließend durch
eine oder mehrere Wärmebehandlungen homogenisiert werden.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht es, im Gegensatz zu dem
zuletzt genannten Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschicht von einem Leitungstyp
nicht nur eine Schicht aus Halbleitermaterial und Dotierungsstoff, sondern mindestens
zwei Störstellenschichten und mindestens zwei Halbleiterschichten zu verwenden.
Hierdurch werden nicht nur Schwierigkeiten bei der Herstellung einer Legierung vermieden,
sondern gleichzeitig auch exakte Bemessungen des Störstellengehaltes verzeichnet,
wie dies beün Bekannten nicht möglich ist. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren
je eine Störstellenschicht zwischen zwei Schichten des im aUgemeinen schwer
schmelzbaren Grundmaterials angeordnet wird, kann bei der zum Zweck der Homogenisierung
angewendeten Wärmebehandlung der Störstellen erzeugende Stoff bei weitem nicht in
dem Maß abdampfen, als dies beim Bekannten, bei dem eine solche Abdeckung nicht
vorgesehen ist, der Fall ist.
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Die Stärke der aufgebrachten Störstellenschichten ist also beim erfindungsgemäßen
Verfahren in wesentlich höherem Maß als beim Bekannten für den schließlich verzeichneten
Störstellengehalt bestimmend. Im übrigen ist auch nicht zu vergessen, daß eine Homogenisierung
durch einen Diffusionsprozeß (der bei der Anwendung von Halbleitermaterial wegen
der Gefahr einer Tropfenbildung notwendig bei dem festen Halbleiter stattfInden
muß) eine extrem lange Behandlungszeit erfordert, so daß auch eine Homogenisierung
nach dem Bekannten sich wesentlich schwieriger als beim erfindungsgemäßen Verfahren
erreichen läßt.
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Die Substanzen können aus der Gasphase entweder in an sich bekannter
Weise durch thermische Zersetzung und/oder Reduktion oder andere chemische Umsetzung
einer gasförmigen Ausgangsverbindung, vorzugsweise Halogenverbindung, gegebenenfalls
unter Anwesenheit eines geeigneten Reduktions,
mittels, beispielsweise
Wasserstoff, gqwonnen und/
oder durch Verdampfung, Kathodenzerstäubung od.dgl.
erzeugt werden. Durch mehrfache Anwendung des Verfahrens lassen sich unter Umständen
verschiedenemetallischeund/oderhalbleitendeSchichten mit verschiedenen Störsteilengehaiten--ü'b'ereinanderlagern,
wobei die verschiedenen Störstellengehalte sich durch die Erzielung unterschiedlicher
Konzentration imd/oder unterschiedlichen Leitungstypus und/oder unterschiedlicher
Haft- bzw. Rekombinationswirkung unterscheiden können.
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Als Donator- und Akzeptor-Zusätze kommen in erster Linie Elemente
der III. und/oder V. bzw. der II. und/oder VL Gruppe des Periodischen
Sy-
stems in Frage.
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Wenn das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von mindestens
teilweise oxydisg-hen Haibleitern angewendet wird, kann es vorteilhaft sein, die
mit Störstellen versehene Schicht nach oder während der Homogenisierung ganz oder
teilweise, z.B. durch einen anodischen Prozeß, zu oxydieren.
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Es ist bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfiriduno, möglich,
auch Schichten von der Größenordnung einiger Mikron oder weniger als etwa
1 #t oder mehr mit großer Gleichmäßigfeit der Störstellen zu erzeugen, wie
sie, beispielsweise in Eiektrolytkondensatoren verwendet werden. Außerdem
z - eichriet sich das Verfahren nach der Erfindung durch Einfachheit bezüglich
einer genauen Dosierung des Störstellengehaltes aus.
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Die Homogenisierung in den einzelnen Zonen unterschiedlicher metallischer
bzw. halbleitender Eigenschaften kann gegebenenfalls durch einen gemeinsamen Temperaturprozeß
er-zielt werden. Schärfere übergänge zwischen den verschiedenen Zonen erhält man
allerdings dadurch, daß die Zonen ein= zeln durch Wärmebehandlung homogenisiert
w- erden, wobei die Wärmebehandlung zwec-kmäßigerwgise nur von der oberen Seite
der Schichtanordnüng her, auf welcher sich die noch nicht. homogenisierten Einzelschichten
befinden, durchgeführt wird, wobei gegebenenfalls die untere Seite der Anordnung
auf einer gewunschten Temperatur gehalten wird, welche niedriier als die Temperungstemperatur
ist.
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Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfin= dungsgedankens ist es
insbesondere bei Blektrolyt7 kondensatoren unter Anwendung des geschilderten Verfahrens
möglich, Störstellengehalte im Dielektrie kum zu erzeugen, welche wöhldefiniert
sind und um eine bis zwei Größenordnungen höher liegen, als es bei Halbleitern üblich
ist. Die Störstellenkonzentra-: tion wurde bisher bei der Herstellung des Dielektrir
kums für Elek-trolytkondensatoren überhaupt nicht gezielt beeinflußt. Der Erfindung
zugrunde liegende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß sich bei solchen Kondensatoren
höhere Sperrspannungen dar durch er-zielen lassen, daß bei der Herstellung des Dielektrikums
von einem im Sinne der Halbleiterr technik hochreinen Material ausgegangen wird,
welches nach dem Vorstehenden insbeso-ndere aus der Gasphase gewonnen und in gezielter
Weise mit geeig "rieten Störstellen dotiert wird.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Halbleiteranordnung
nach der Erfindung in den verschiedenen Stadien des Verfahrens nach der Erfind dung
beispielsweise. dargestellt.
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F i g. 1 zeigt die Halbleiteranordnung nach Ber endigung des
ersten Arbeitsganges des Verfahrens nach der Erfindung zu# HerstpIlung eines Elektrolytkondensators
auf der Qr ,p4#lage von Aluminium.
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1 bedeutet eine Aluminiumschicht, welche als Trägerelektrode
dient und keine Störstellen besonderer Art besitzt. Auf ihr ist durch einen Aufdampfprozeß
eine Arsenschicht As, auf dieser eine Aluminiumschicht 2, auf dieser eine dünne
Galliumschicht Ga und auf dieser Wieder eine etwas dickere Schicht 3
aus Aluminium
erzeugt. Die Schichtdicken sind in dem Verhältnis gewählt,- in dem die Störstellenanteile
zu dem Anteil der Grundsubstanz stehen sollen. In einem zweiten Arbeitsgang wird
der aufgedampfte Schichtaufbau einer Wärinebehandlung unterzogen, so daß auf der
Trägerschicht 1 gemäß F i g. 2 eine homogene, mit Arsen und Galliwnstörstellen
versehene Aluminiumschicht 4 entsteht. In einem dritten Arbeitsgang wird die Schicht
4 ganz oder. teilweise durch eine Oxydation, vorzugsweise anodische Oxydation, in
ßihe Al 20.-Schi-cht5 mit eingebauten Arsen- und Galliumstörstellen verwandelt
(F i g. 3).
Vor und/oder. nach Durchführung des Verfahrens wird die Folie
in bei Elektrolytkondensgtoren bekannter Weise aufgerauht.
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Außer den bereits genannten Varianten ist es beie spielsweise möglich,
mehrere Arsen- und/oder Galliumschichten im Wechsel mit Aluminiumschichten anzuordnen
und die Reihenfolge der Schichten anders zu wählen, -ebenso die, Substanzen.
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Eine besonders zweckmäßige Abwandlung besteht unter anderem darin,
daß analog dem Ausführungs7 beispiel auch ein Flächengleichrichter oder Flächentransistor
oder. eine sonstige Halbleiteranordnung m. it einem oder. mehreren übergangen zwischen
Zonen unterschiedlichen Leitungstypus und/oder, unterschiedlicher Dotierungskonzefitration
hergestellt wird, welche gegebenenfalls als -magnetisch und/oder elektrisch steu6r-barer
Widerstand benutzt werden kann oder deren spannungsabhängige Kapazität des p#n#Überganges
für Modulations- und/öder Vera stärker- bzw. Steuerzwecke ausgenutzt wird. Hierbei
können unter. Umständen auch intrinsiczonen in d -er Anordnung enthalten
sein. Es ist aber auch möglich, einen homogenen Halbleiterkörper definierten Störr
stellengehaltes als spannungsabhängigen Widerstand, Hei& oder Kaltleiter, als
Hallmodulator oder mii mehreren Elektroden versehene Steuereinrichtung zur Ausnutzung
einer magnetischen Sper-r-schicht und/ oder eines bei geeigneter Vorspannung und
Beaufschlagung der Steuerelektroden ausgenutzten Zener-. stromes herzustellen.