DE1489135B2 - Verfahren zum Ändern der Dotierung von mindestens einem Teil eines einkristallinen Halbleiterkörpers - Google Patents
Verfahren zum Ändern der Dotierung von mindestens einem Teil eines einkristallinen HalbleiterkörpersInfo
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Description
ι 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern Verfahren zum Ändern der Dotierung eines Teils
der Dotierung von mindestens einem Teil eines ein- eines einkristallinen Halbleiterkörpers zu schaffen,
kristallinen Halbleiterkörpers durch Bombardieren so daß sich in dem Halbleiterkörper auf Grund der
mit Ionen eines dotierenden Fremdstoffes, mit dem Verteilung der dotierenden Fremdstoffe scharf bees
möglich ist, einem einkristallinen Halbleiterkörper 5 grenzte Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit und/
oder auch nur einem Teil desselben eine ganz be- oder unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps ergeben,
stimmte Leitfähigkeit zu geben oder die schon vor- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch handene Leitfähigkeit und/oder den Leitfähigkeitstyp gelöst, daß als Bombardierungsmittel Fremdstorfe in gewünschter Weise zu ändern. mit geringem Diffusionsvermögen verwendet werden,
stimmte Leitfähigkeit zu geben oder die schon vor- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch handene Leitfähigkeit und/oder den Leitfähigkeitstyp gelöst, daß als Bombardierungsmittel Fremdstorfe in gewünschter Weise zu ändern. mit geringem Diffusionsvermögen verwendet werden,
Bei einem bekannten Bombardierungsverfahren io die sich beim Bombardieren des Halbleiterkörpers
werden als dotierende Fremdstoffe Substitutionsver- in Gitterzwischenräumen ablagern, und daß der
unreinigungen wie Antimon, Arsen, Phosphor, GaI- Halbleiterkörper während des Bombardierens der
lium, Indium, Aluminium oder Gold verwendet, Halbleiterkörper auf einer solchen erhöhten Tem-
wobei nach der Bombardierung, die so lange an- peratur gehalten wird, bei der die beim Bombardieren
dauert, bis der betreffende Teil des Halbleiterkörpers 15 entstandenen Schäden des Kristallgitters beseitigt
die gewünschte Dotierung besitzt, der Halbleiter- werden.
körper erhitzt wird, um unter anderem die bei der Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird der
Bombardierung verursachten Gefügeschäden zu be- Vorteil erreicht, daß die dotierenden Fremdstoffe
seitigen. im Hinblick auf ihr geringes Diffusionsvermögen
Durch die nach dem Bombardieren erfolgende 20 im wesentlichen an ein und derselben Stelle innerErhitzung
des Halbleiterkörpers tritt bei dem be- halb der Gitterzwischenräume des Halbleiterkörpers
kannten Verfahren der Nachteil ein, daß sich die bleiben und daß eine nachträgliche Erwärmung des
Substitutionsverunreinigungen weiter in dem Halb- bombardierten Halbleiterkörpers nicht erforderlich
leiterkörper verteilen, so daß dadurch eine scharf ist, so daß die geschaffene scharf abgegrenzte Verabgegrenzte
Verteilung der Störstoffe innerhalb des 25 teilung der Fremdstoffe innerhalb des Halbleiter-Halbleiterkörpers
nicht erhalten werden kann. Die körpers aufrechterhalten bleibt.
Herstellung von genau definierten pn-Übergängen Außerdem ermöglicht das Verfahren nach der
zwischen dem bombardierten Teil des Halbleiter- Erfindung das Ausgleichen der durch die Bombar-
körpers und dem übrigen Teil desselben ist auf diese dierung entstandenen Gefügeschäden bei relativ
Weise nicht möglich. 30 niedriger Temperatur, während im Vergleich dazu
Bei einem anderen bekannten Bombardierungs- die bei den bekannten Diffusionsverfahren entstan-
verfahren, das zur Herstellung einer Schicht mit denen Gefügeschäden in dem betreffenden kristallinen
erhöhter Lichtempfindlichkeit an der Oberfläche des Körper bisher nur durch Nachbehandlung mit hohen
bombardierten Körpers dient, wird die Bombardie- Temperaturen beseitigt werden konnten,
rung dieses Körpers mit Ionen eines inerten Gases 35 Um mit dem Verfahren nach der Erfindung die
wie Helium oder Argon durchgeführt. An einer elektrischen Eigenschaften des betreffenden Teiles
Warmbehandlung des bombardierten Halbleiterkör- des Halbleiterkörpers wirkungsvoll zu ändern, wird
pers ist hierbei nicht gedacht, da die Sensibilisierung der Körper so lange bombardiert, bis der bombar-
des Halbleiterkörpers auf dem Zusammenpressen dierte Teil des Halbleiterkörper eine solche Kon-
der Oberfläche dieses Körpers durch die Ionen beruht. 40 zentration an den dotierenden Fremdstoffen aufweist,
Im Hinblick darauf sind aber hier im Inneren des daß die elektrischen Eigenschaften des betreffenden
Halbleiterkörpers starke Gefügebeschädigungen vor- Teiles des Halbleiterkörpers im wesentlichen von
handen, so daß die elektrischen Eigenschaften des halb- den Fremdstoffen bestimmt werden. Die Größe der
leitenden Materials selbst verhältnismäßig schlecht sind. Konzentration des dotierenden Fremdstoffes als Bom-
Zum Ändern der elektrischen Leitfähigkeit bzw. 45 bardierungsmittel innerhalb des betreffenden Teiles
Dotierung von mindestens einem Teil eines Halb- des Halbleiterkörpers kann dabei durch Änderung
leiterkörpers ist es auch schon bekannt, Lithium als der Dauer der Bombardierung variiert werden.
Bombardierungsmittel zu verwenden. Dieser Stoff Zweckmäßigerweise wird bei einem gemäß dem
erfordert jedoch umständliche Behandlungsschritte; Verfahren nach der Erfindung behandelten einkristal-
außerdem lassen sich infolge des hohen Diffusions- 50 linen Halbleiterkörper die Konzentration des die
Vermögens des Lithiums keine scharf abgegrenzten Gitterzwischenräume im Halbleiterkörper einneh-
pn-Übergänge innerhalb des betreffenden bombar- menden Fremdstoffes größer als die Gleichgewichts-
dierten Halbleiterkörpers erreichen. löslichkeit der ursprünglichen Dotierung des HaIb-
Es ist ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines leiterkörpers gewählt.
pn-Übergangs in einem einkristallinen Halbleiter- 55 Um mit dem Bombardierungsverfahren nach der
körper bestimmten Leitfähigkeitstyps bekannt, bei Erfindung eine Halbleiterdiode mit genau definierten
dem der Halbleiterkörper nicht mit Ionen, sondern elektrischen Eigenschaften und mit einem scharf
seine Oberfläche mit Protonen bestrahlt wird. Dabei abgegrenzten pn-Übergang herstellen zu können,
werden durch Kernumwandlung von unmittelbar an wird zweckmäßigerweise ein einkristalliner HaIb-
der bestrahlten Oberfläche liegenden Atomen des 60 leiterkörper mit einer bestimmten Konzentration
Halbleiterkörpers neue Atome gebildet, die als Do- eines Substitutionsfremdstoffes verwendet und die
nator bzw. Akzeptor im Gitter wirksam sind. Auch Konzentration des sich in den Gitterzwischenräumen
bei diesem Verfahren besteht der Nachteil, daß die des Halbleiterkörpers'ablagernden Fremdstoffes im
durch die Bestrahlung hervorgerufenen Gefügeschä- bombardierten Teil größer als diejenige des Substi-
den, welche die elektrischen Eigenschaften des Halb- 65 tutionsfremdstoffes gewählt, so daß die Leitfähigkeit
leiterkörpers nachteilig beeinflussen, durch anschlie- des bombardierten Teiles von der Konzentration
ßendes Erhitzen beseitigt werden müssen. des sich in den Gitterzwischenräumen ablagernden
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fremdstoffes bestimmt wird.
3 4
Als Fremdstoff für die sich in den Gitterzwischen- F i g. 2 mit einer schmalen Durchlaßöffnung für
räumen des zu bombardierenden einkristallinen Halb- Ionenstrahlen 38 versehen und dient im übrigen
leiterkörpers ablagernde Dotierung werden ein oder dazu, die elektrischen Aggregate und den mittleren
mehrere Elemente der Gruppe Natrium, Kalium, Teil der Platte 25 gegen den Ionenstrahl 37 abzu-
Rubidium und Caesium gewählt. 5 schirmen.
Zweckmäßigerweise wird der einkristalline Halb- Die Abmessungen der Öffnung 38 betragen bei
leiterkörper während der Bombardierung auf einer der beschriebenen Vorrichtung etwa 6,5 · 19 mm.
Temperatur von etwa 300 bis etwa 7000C gehalten. Zwischen der Ionenquelle 22 und der Platte 32 kön-
Diese Temperatur reicht dabei gerade aus, die bei nen Ionenablenkungssysteme angeordnet werden, um
der Bombardierung entstandenen Schaden des Kristall- io den Ionenstrahl auf bekannte Weise auf jede ge-
gitters des Halbleiterkörpers zu beseitigen. wünschte Stelle hin zu richten.
Um die Eindringtiefe der Ionen des dotierenden Der zu bombardierende Halbleiterkörper mit Ab-Fremdstoffes
innerhalb des zu bombardierenden ein- messung^n von etwa 12,5 · 25 · 0,1 mm wird vorzugskristallinen
Halbleiterkörpers genau steuern zu kön- weise zuerst geläppt und geätzt, um Verunreininen,
wird derselbe in bezug auf den Ionenstrahl so 15 gungsn zu beseitigen. Dann wird der Halbleiterkörper
ausgerichtet, daß sich die Ionen in dem Halbleiter- auf der Graphitplatte 31 angeordnet und die Verkörper
längs einer vorbestimmten Kristallrichtung schlußplatte 25 mit dem Behälter 20 durch die Schraubewegen,
ben 39 verbunden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Bei allen hier beschriebenen Vorrichtungen war
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach 20 der Halbleiterkörper jeweils so kristallographisch
der Erfindung näher erläutert. orientiert, daß die Ionen in 110-Richtung wandern.
F i g. 1 zeigt die Vorrichtung zum Durchführen Hierbei treffen die Ionen schräg auf den zu bombar-
des Verfahrens nach der Erfindung in einem senk- dierenden Halbleiterkörper auf, wodurch größere
rechten Schnitt; Eindringtiefen erzielt werden. Dabei tritt vor allem
F i g. 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung längs der 25 eine sehr tief eindringende Komponente auf, so daß
Schnittlinie 2-2 von F i g. 1; die Konzentration des Bombardierungsmittels in einer
F i g. 3 a und 3 b zeigen im Schnitt Halbleiter- bestimmten Tiefe des Halbleiterkörpers einen ge-
körper, die jeweils mit Ionenstrahlen verschiedener ringen Anstieg erhält. Es sei bemerkt, daß man mit
Energie bombardiert worden sind; dem Verfahren nach der Erfindung auch einen steilen
F i g. 4 a und 4 b zeigen den Verlauf der Dotie- 30 Anstieg erzielen kann, wenn man mit anderen Kristall-
rung der bombardierten Halbleiterkörper von Orientierungen als der angegebenen Orientierung
F ig. 3a und 3b. arbeitet.
Bei der in F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung In der Kammer 40 selbst wird ein Vakuum von
wird zur Bombardierung von Halbleitermaterial ein z. B. etwa 10~5 bis etwa 10~9 Torr aufrechterhalten.
Ionenstrahl hoher Geschwindigkeit verwendet. Die 35 Die Kammer 40 kann zuerst gegettert werden, und
Vorrichtung umfaßt einen zylinderförmigen Behäl- zwar durch Einführen von Caesium und/oder Durchter
20, dessen eines Ende bei 24 offen ist und an spülen mit einem inerten Gas, wozu ein Behälter 41
dessen geschlossenem Ende ein Wolframkontakt- mit Caesium, das auf etwa 180 bis etwa 2000C erhitzt
Ionisator 22 und ein lonenbeschleuniger von be- ist, über ein Ventil 42 mit dem Behälter 20 verbunden
kannter Konstruktion und Wirkungsweise vorgesehen 4° wird. Dar Caesiumdampf wird dann etwa 1I2 Stunde
ist. Die Öffnung 24 wird mit Hilfe einer Halbleiter- lang durch die Kammer 40 geleitet, um den von
trag- und Verschlußplatte 25 aus Aluminium ver- dem System absorbierten Sauerstoff zu beseitigen,
schlossen, die gegenüber dem Behälter 20 mit Hilfe Das Heizelement 30 aus Wolfram wird auf eine
einer Dichtung 19 abgedichtet ist und ein platten- Temperatur von etwa 300 bis etwa 700° C gebracht,
förmiges Heizelement 30, eine Abschirmungsanord- 45 um den Halbleiterkörper 32 zu erhitzen. Die Tempenung
33 und elektrische Anschlüsse 18 umfaßt, die ratur des Halbleiterkörpers kann je nach den Bomabgedichtet
in Öffnungen 27 eingebaut sind. Die bardierungsbedingungen und dem verwendeten Halbäußeren Enden 28 der Anschlüsse 18 sind mit einer leitermaterial in weiten Grenzen variiert werden und
hier nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden, wird während der Bombardierung gerade so groß
während die inneren Enden 29 mit dem streifenför- 50 gewählt, daß die auf die Bombardierungen zurückmigen
Heizelement 30 aus Tantal verbunden sind zuführenden Defekte und Schäden des Halbleiterund
das Heizelement unterstützen. Das Heizelement gefüges im wesentlichen beseitigt werden. Die Tempeträgt
eine Graphitplatte 31, auf der die zu bombar- ratur liegt dann auf jeden Fall tiefer als diejenige
dierenden Halbleiterkörper 32 festgehalten werden. Temperatur, bei welcher die ursprünglich in dem zu
Dabei können hier nicht gezeigte isolierende Halte- 55 bombardierenden Halbleiterkörper enthaltenen Verorgane
aus Glimmer benutzt werden, um den Halb- unreinigungen sowie das Bombardierungsmaterial
leiterkörper 32 und die Graphitplatte 31 an dem innerhalb des Halbleiterkörpers leicht diffundieren.
Heizelement 30 festzuhalten. Bei dem mit Bor gedopten Silizium wird diese Tem-
Eine Öffnung 26 des Behälters 20 dient zum An- peratur bei Bombardierung mit Caesiumionen zwi-"
schließen einer Vakuumpumpe, damit während der 60 sehen etwa 300 und etwa 7000C, vorzugsweise auf
Bombardierung ein geeignetes Vakuum aufrecht- etwa 5000C gehalten, um die bei der Bombardierung
erhalten werden kann. entstandenen Schaden des Kristallgitters zu beseitigen.
Die Abschirmungsanordnung 33 wird durch eine Im Falle der Bombardierung mit Natriumionen liegt
Abschirmungsplatte 34 aus Molybdän gebildet und die bevorzugte Temperatur jedoch unter 5000C, d. h.
von zwei durch einen Abstand getrennten Säulen- 65 bei etwa 4500C, denn Natriumionen haben ein
teilen 35 getragen. Die Platte 34 und die Säulen- geringeres Volumen, und daher bewirken Natriumteile
35 sind an der Innenseite der Verschlußplatte 25 ionen nicht so große Schaden im Kristallgittergefüge.
mit Schrauben 36 befestigt. Die Platte 34 ist gemäß Wenn der Halbleiterkörper mit Caesiumionen bei
einer Beschleunigungsspannung von 5 keV während einer Zeitdauer von 30 Minuten bombardiert wird,
führt dies zu einer Eindringtiefe der Caesiumionen bis zu 1000 Ä. Bei fortschreitend höheren Beschleunigungsspannungen
ergeben sich entsprechend größere Eindringtiefen. Die Bombardierungsdauer kann dabei
zwischen wenigen Minuten und einigen Stunden variieren und bestimmt die Konzentration des Bombardierungsmittels
innerhalb der bombardierten Halbleiterkörper sowie die Dicke der Schicht mit der
durch die Bombardierung geänderten Leitfähigkeit.
Man kann die Bombardierungsenergie des Ionenstrahls dabei so einstellen, daß sich die Ionen, wie
es in Fig. 3a und 3b gezeigt ist, im Inneren des bombardierten Halbleiterkörpers in einer Zone vorbestimmter
Tiefe ablagern, die von der jeweiligen Bombardierungsenergie abhängt. Gemäß F i g. 4 ändert
sich dabei die Konzentration des Bombardierungsmittels innerhalb der betreffenden Zone des
Halbleiterkörpers in Abhängigkeit von dem Abstand zur Oberfläche des bombardierten Halbleiterkörpers
hin und besitzt etwa in der Mitte der Zone ein Maximum. Um die Konzentration der abgelagerten Ionen
innerhalb der betreffenden Schicht des Halbleiterkörpers konstant zu halten, wird daher die Breite
dieser Schicht möglichst klein gehalten. Wenn man dabei zusätzlich ausschließlich monoergetische Ionen
zum Bombardieren des Halbleiterkörpers erhält, kann man genau definierte Werte für die Eindringtiefe
der Ionen erhalten.
Ist die Bombardierung des betreffenden Teils des Halbleiterkörpers mit Ionen abgeschlossen, weist der
Halbleiterkörper im Inneren eine scharfe Grenze zwischen dem bombardierten Teil und dem restlichen
Teil des Halbleiterkörpers auf. Eine nachfolgende Wärmebehandlung des bombardierten Halbleiterkörpers
ist hierbei nicht erforderlich. Soll jedoch die scharfe Übergangsstelle im Inneren des Halbleiterkörpers
gemäß einem bestimmten Dotierungsprofil verbreitert werden, kann allerdings der bombardierte
Halbleiterkörper in entsprechender Weise erwärmt werden.
In der folgenden Tabelle sind die Daten eines Versuches angegeben, der an mit Bor dotierten
Siliziumproben durchgeführt wurde, die entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung mit Caesium-
oder Natriumionen bombardiert wurden:
Energie des Ionenstrahls in keV .... 10
Dauer des Durchspülens mit Gas
Dauer des Durchspülens mit Gas
in Minuten 30
Dichte des Strahls in μΑ/cm2 3
Vakuum in Torr 10~B
Bombardierungsdauer in Minuten .. 30
Bombardierungsrichtung <110>
Temperatur in ° C 500
Akzeptorkonzentration des zu bombardierenden Halbleiterkörpers in
Atome/cm3 4 · 1017
Die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der bombardierten Halbleiterkörper wurden mit Hilfe
genormter Verfahren gemessen. Dabei ergaben sich folgende Meßergebnisse:
Tabelle | II | bis 150 | Natriumionen | bis | 17 |
Caesium ionen |
|||||
5 Durchbruchsspannung |
|||||
in V | bis 1200 | bis | 500 | ||
Feldeffekt — Träger | 13 bis 14 | ||||
beweglichkeit in | bis 250 | 300 | bis | ||
ίο cma/V -see | 2500 | ||||
Breite des pn - Über | 75 | ||||
ganges in Ä, Vor | 1700 | 1700 | |||
spannung 0 | |||||
Flächenleitfähigkeit, | 800 | 1400 | |||
15 μS/Quadratfläche ... | |||||
150 | |||||
Eine beeinflußbare Umwandlung von Teilen des Halbleitermaterials in den η-leitenden Typ durch
Bombardierung wurde auch dann festgestellt, wenn die ursprünglich im Halbleitermaterial vorhandene
Dotierung im Bereich zwischen 4 · 1016 bis etwa 4 · 1019 Atome/cm3 liegt. Daraus folgt, daß es mit
dem Verfahren nach der Erfindung möglich ist, Halbleiterkörper, deren ursprüngliche Dotierung in-
nerhalb eines großen Bereiches schwankt, einer Überdotierung zu unterziehen und Donator-Konzentrationen
bis mindestens zu 4 · 1019 Atome/cm3 zu erreichen.
Änderungen der Bombardierungsbedingungen unter Verwendung von Caesiumionen führten dabei zu Änderungen der elektrischen Eigenschaften. Beispielsweise führte eine Verkürzung der Bombardierungszeit auf 6 Minuten zu regellosen Werten der Flächenleitfähigkeit des bombardierten Halbleiterkörpers.
Änderungen der Bombardierungsbedingungen unter Verwendung von Caesiumionen führten dabei zu Änderungen der elektrischen Eigenschaften. Beispielsweise führte eine Verkürzung der Bombardierungszeit auf 6 Minuten zu regellosen Werten der Flächenleitfähigkeit des bombardierten Halbleiterkörpers.
Daraus folgt, daß Bombardierungszeiten von mehr als einigen Minuten erforderlich sind, um unter den
vorstehend genannten genormten Bedingungen einen stetigen Zustand zu erreichen. Eine Erhöhung der
Temperatur des Halbleiterkörpers während der Bombardierung auf 7000C beeinflußte nur geringfügig
die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials, während eine Herabsetzung der Temperatur auf
300° C hingegen zu einer Abnahme der Flächenleitfähigkeit um zwei oder drei Größenordnungen führte.
Eine Erhitzung des Halbleiterkörpers auf 500° C während 2 Stunden nach der Bombardierung hatte
im wesentlichen keine Wirkung, während eine 45stündige Erhitzung auf 500° C zu einer Abnahme der
Flächenleitfähigkeit auf ein Viertel führte.
Es zeigte sich weiterhin, daß eine Herabsetzung der Energie der Caesiumionen auf 3 keV eine Verringerung
der Flächenleitfähigkeit auf etwa ein Fünftel und eine Verringerung der Donatorkonzentration
auf etwa die Hälfte zur Folge hatte.
Messungen der Flächenleitfähigkeit bei mit Caesium bombardierten Proben ergaben Werte von etwa 200
bis etwa 250 Mikro-Siemens pro Quadratfläche bei einer Dotierungskonzentration von 4 · 10ie/cm3 über
einen Bereich einer entgegengesetzten Vorspannung
von 10,8 bis 0 Volt. Ähnliche Messungen an mit Natriumionen bombardierten Proben zeigten eine
Verachtfachung der Flächenleitfähigkeit bei Anlegen der gleichen entgegengesetzten Vorspannung und bei
gleicher Dotierung. Daraus geht hervor, daß sich das Verfahren nach der Erfindung auch zum Herstellen
von Bauelementen eignet, wie sie unter der Bezeichnung Feldeffekttransistoren bekannt sind, bei denen
hohe Werte der Flächenleitfähigkeit erwünscht und
7 8
eine genaue Festlegung des Bereichs der geänderten den gleichen oder einen entgegengesetzten Anstieg
Leitfähigkeit erforderlich ist. haben. Auf diese Weise kann man die Breite der
Messungen der Breite der Zonen geänderter Leit- Sperrschicht nicht nur durch den Gradienten der
fähigkeit, wie sie bei mit Caesium bombardierten als Donatoren wirkenden Bombardierungsionen be-Halbleiterkörpern
erzeugt wurden, deren Ursprung- 5 einflussen, sondern auch durch eine geeignete Komliche
Dotierungsmenge bei 4 · 1016 Atomen/cm lag, bination des Donatorgradienten und des Akzeptorzeigten,
daß diese Breite zwischen etwa 800 und gradienten. Wie schon erwähnt, kann man den
etwa 1200 Ä lag, während sich für die Trägerbeweg- Donatorgradienten dadurch steiler machen, daß man
lichkeiten Werte von 100 cm2/V · see ergaben. eine Kristallorientierung auswählt, die nicht mit der
Mit Natriumionen bombardierte Halbleiterkörper io <110>-Richtung zusammenfällt,
besaßen im Vergleich dazu eine Breite der Zonen In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sich
geänderter Leitfähigkeit zwischen 1700 und etwa mit dem Verfahren nach der Erfindung Sperrschichten
2500 Ä bei Trägerbeweglichkeitswerten von 400 bis herstellen lassen, die jede gewünschte geometrische
550 cm2/V · see. Diese Werte waren somit etwa um Form besitzen, indem beispielsweise der Ionenstrahl
das Fünffache höher als bei der Bombardierung mit 15 abgelenkt wird oder mit Hilfe des Oxydmaskierungs-
Caesiumionen. Daraus folgt, daß durch die Wahl Verfahrens mit Öffnungen versehene Masken ver-
der Bombardierungsionen die Breite der Halbleiter- wendet werden,
zonen beeinflußt werden kann. Mit Hilfe des bekannten Nsutronenaktivierungs-
Wie bereits erwähnt, richtet sich der Abstand der Verfahrens gemessene Konzentrationen von Bombarim
Innern des , Halbleiterkörpers gelagerten Sperr- 20 dierungsionen, die mittels des Verfahrens nach der
schicht von der der Ionenquelle zugewandten Ober- Erfindung im Inneren des betreffenden bombardierten
fläche dieses Halbleiters nach der Energie der Bom- Halbleiterkörpers erreicht wurden, ergaben bei Verbardierungsionen,
aber auch nach der Konzentration Wendung von Caesiumionen als Bombardierungsder
abgelagerten Ionen im Vergleich zur Ursprung- mittel Werte, die etwa 0,15 μg/cm2 betrugen oder
liehen Dotierung des Halbleiterkörpers sowie nach 25 erheblich über der maximalen Gleichgewichtslöslichder
Kristallorientierung. In denjenigen Fällen, in keit des Caesiums im bombardierten Teil des Halbweichen
die Temperatur relativ hoch ist oder mit leiterkörpers und über der Borkonzentration innereiner
langen Bombardierung gearbeitet wird, nimmt halb dieses gesamten umgewandelten Teiles lagen,
der Abstand der Sperrschicht von der Oberfläche Dies geht deutlich aus Fig. 4a und 4b hervor,
des Halbleiterkörpers zu, wobei der Anstieg des 30 in denen die Konzentration des Caesiums gegenüber
pn-Übergangs geringer wird. der Konzentration des zur Dotierung dienenden
Bei Halbleiterkörpern aus Silizium mit einer gleich- Bors im bombardierten Teil des Halbleiters mit
mäßigen Borakzeptorkonzentration, die unter stan- dargestellt ist.
dardisierten Bedingungen bombardiert wurden, konn- Als Wert für den Donatorgradienten, wie er aus
ten durch Verwendung umdotierender Ionen Sperr- 35 F i g. 4 ersichtlich ist, wurde bei einer Gesamtdotieschichten
erzielt werden, die der Oberfläche des Halb- rung von 1017/cm3 ein Wert von etwa 1022/cm4
leiterkörpers ganz nahe benachbart waren, so daß gemessen. Dieser Anstieg ist dabei sowohl von der
diese Halbleiter als Sonnenzellen Verwendung finden Breite der Sperrschicht als auch von der gesamten
können. Solche Sperrschichten wurden beim Bom- Menge des Akzeptors als ursprüngliche Dotierungsbardieren
sowohl mit Caesiumionen als auch mit 40 mittel des Halbleiterkörpers abhängig. D^nn wenn
Natriumionen erzielt. Messungen, die an diesen man die Akzeptormenge verkleinert, entsteht der
Halbleiterkörpern vorgenommen wurden, zeigten einen pn-übergang an einem tiefer liegenden Punkt des in
Photostrom, der mit dem Photostrom von Bau- F i g. 4 gezeigten Konzentrationsverlaufes des Doelementen
vergleichbar ist, welche mit Hilfe bekannter nators, bei dem ein niedrigerer Gradient und infolge-Diffusionsverfahren
hergestellt worden sind. Der mit 45 dessen eine größere Breite der Sperrschicht vorNatrium
bombardierte Halbleiterkörper lieferte dabei handen ist.
den stärkeren Photostrom. Obwohl bei den beschriebenen Versuchen HaIb-
den stärkeren Photostrom. Obwohl bei den beschriebenen Versuchen HaIb-
Wie Messungen zeigten, werden bei Umgebungs- leiterkörper verwendet wurden, deren ursprüngliche
temperatur die beschriebenen Eigenschaften von bom- Dotierung sich aus Stoffen der Gruppe III des Peri-
bardierten Halbleiterkörpern durch das Diffusions- 50 odischen Systems zusammensetzt, können mittels des
vermögen der abgelagerten Ionen kaum beeinflußt. erfindungsgemäßen Verfahrens auch Halbleiterkörper
Das Diffusionsvermögen von Natriumionen in einer bombardiert werden, die mit Elementen der GruppeV
unter standardisierten Bedingungen bombardierten des Periodischen Systems dotiert sind. In diesem
Probe war dabei um etwa fünf Größenordnungen Falle würde man bei der Bombardierung mit Ionen
geringer als bei Lithium, während das Diffusions- 55 im Inneren des Halbleiterkörpers Zonen erhalten,
vermögen von Caesium wiederum um mehrere deren Leitfähigkeit vom n+-Typ ist.
Größenordnungen geringer war als das von Natrium. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es auch
Obwohl bei allen bei den beschriebenen Versuchen möglich, pnp-Halbleiter herzustellen, indem die beverwendeten
Halbleiterkörpern aus Silizium Akzeptor- treffenden Halbleiterkörper mit einer Folge von
dotierungen verwendet wurden, die gleichmäßig inner- 60 Ionen verschiedener Energiewerte bombardiert werden,
halb des gesamten Halbleiterkörpers verteilt sind, ist Es ist außerdem möglich, zwei oder mehr Arten von
es auch möglich, die Akzeptoren auf einen oder Ionen zu verwenden, und zwar entweder nacheinmehrere
Teile des Halbleiterkörpers sowie auf mehrere ander oder gleichzeitig, um eine oder mehrere Zonen
Sperrschichten zu konzentrieren. veränderter Leitfähigkeit innerhalb des betreffenden
Ferner ist im Rahmen der Erfindung daran gedacht, 65 Halbleiterkörpers zu erzeugen oder um den Konzen-Akzeptor-Dotierungs-Konzentrationsgradienten
in trationsgradienten der im Inneren des Halbleiter-Kombination mit Gradienten der Bombardierungs- körpers abgelagerten Ionen im Bereich der Sperrionen
anzuwenden, wobei diese Gradienten entweder schicht zu beeinflussen.
Claims (7)
1. Verfahren zum Ändern der Dotierung von mindestens einem Teil eines einkristallinen Halbleiterkörpers
durch Bombardieren mit Ionen eines dotierenden Fremdstoffes, dadurchgekennzeichnet,
daß als Bombardierungsmittel Fremdstoffe mit geringem Diffusionsvermögen verwendet
werden, die sich beim Bombardieren des Halbleiterkörpers in Gitterzwischenräumen ablagern,
und daß der Halbleiterkörper während des Bombardierens auf einer solchen erhöhten
Temperatur gehalten wird, bei der die beim Bombardieren entstandenen Schäden des Kristallgitters
beseitigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des die Gitterzwischenräume
im Halbleiterkörper einnehmenden Fremdstoffes größer als die Gleichgewichtslöslichkeit
der ursprünglichen Dotierung des einkristallinen Halbleiterkörpers gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein p-leitender einkristalliner
Halbleiterkörper verwendet wird und daß zum Bombardieren Ionen eines Fremdstoffes gewählt
werden, die den betreffenden bombardierten Teil des Halbleiterkörpers η-leitend machen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
zeichnet, daß ein einkristalliner Halbleiterkörper mit einer bestimmten Konzentration eines Substitutionsfremdstoffes
verwendet wird und daß die Konzentration des sich in den Gitterzwischenräumen des Halbleiterkörpers ablagernden Fremdstoffes
im bombardierten Teil größer als diejenige des Substitutionsfremdstoffes gewählt wird, so
daß die Leitfähigkeit des bombardierten Teiles von der Konzentration des sich in den Gitterzwischenräumen
ablagernden Fremdstoffes bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den
Gitterzwischenräumen des einkristallinen Halbleiterkörpers ablagernden Fremdstoffe aus einem
oder mehreren der Elemente Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium bestehen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einkristalline
Halbleiterkörper während der Bombardierung auf einer Temperatur von etwa 300 bis etwa 7000C
gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
zum Steuern der Eindringtiefe der Ionen in bezug auf den Ionenstrahl so ausgerichtet wird, daß sich
die Ionen in dem Halbleiterkörper längs einer vorbestimmten Kristallrichtung bewegen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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