DE1939267A1 - Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material bestehenden Schicht - Google Patents

Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material bestehenden Schicht

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Description

8074-69/Dr.v.B/Schä/Bru
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.,
Göttingen, Bunsenstraße 10
Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material bestehenden Schicht
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material! bestehenden Schicht, die auf einem Körper aus einem leitenden ϊ oder halbleitenden Material angeordnet ist, mit Ionen eines Dotierungsstoffes.
Bei den bekannten Diffusions-Dotierungsverfahren wireL der zu dotierende Körper in Gegenwart des Dotierungsmaterials so weit erhitzt, daß das Dotierungsmaterial in die Oberfläche des Körpers, soweit diese nicht abgedeckt ist, eindiffundiert. Das Dotierungsmaterial kann sich dabei in Form eines Niederschlages auf der zu dotierenden Oberfläche befinden. Es ist auch bekannt, den Körper in einer das Dotierungsmaterial enthaltenden Gas- oder Dampfatmosphäre oder einem das Dotierungsmaterial enthaltenden Pulver zu erhitzen.
Es ist ferner bekannt, dotierte Siliziumoxidschichten durch thermisches Zersetzen einer von einem Trägergas mitgeführfeen gasförmigen Mischung aus einer organischen Siloxanverbindung und einer flüchtigen Verbindung des Dotierungsstoffes, z.B. Trimethylphosphat, oder Trimethylborat herzustellen (DT-OP 1444520).
Bei den bekannten Verfahren sind relativ aufwendige
009887/2007
Apparaturen erforderlich und die Verfahrensparameter müssen | sehr genau gesteuert werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu j erhalten. Ausserdem sind die bei den thermischen Verfahren auf-
; tretenden Dämpfe häufig sehr giftig, so daß strenge Sicherheits- l : maßnahmen erforderlich sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dotieren einer isolierenden oder halbleitenden ; * Schicht anzugeben, das einfach und mit geringem apparativem Aufwand durchführbar ist und von Natur aus vor allem bei dünnen : Schichten wesentlich leichter reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen gestattet als die bekannten Dotierungsverfahren. ;
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem · Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die : Schicht mit einem Ionen des Dotierungsstoffes enthaltenden Medium. . insbesondere einem flüssigen Elektrolyten, in Börührung gebracht ■ wird und daß zwischen den die Schicht tragenden Körper und das Medium eine Spannung angelegt wird, die mindestens zeitweise eine solche Polarität hat, daß die Ionen des Dotierungsstoffes aus dem Medium in die Schicht wandern.
Wenn die Ionen des Dotierungsstoffes positiv geladen sind, muß also der Körper mindestens zeitweise eine negative Polarität in bezug auf das Medium haben, so daß in der Schicht eir. Peldgradient auftritt, der die Ionen in die Schicht hineinzuziehen strebt.
Die Spannung wird vorzugsweise mit einer Spannungsquelle erzeugt, die einen wenigstens annähernd konstanten Strom abgibt.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wird die . an der Schicht liegende Spannung oder der durch die Schicht flie ßende Strom zur Erzeugung eines vorgegebenen Dotierungsprofiles als Funktion der Zeit geändert.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann ausser zur ; Erzeugung eines bestimmten Typs und Betrages der Leitfähigkeit der Schicht auch zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften der Schicht verwendet werden, die erfahrungsgemäss durch die thermische Alterung verlorengehen.
Der Dotierungsgrad und das Dotierungsprofil lassen sich durch die folgenden Parameter beeinflussen: Feldstärke in der Schicht, Dauer der Einwirkung eines Feldes bzw. des Fliessens eines Stromes bestimmter Grosse und Richtung; Temperatur der Schicht und/oder des Mediums, Konzentration bzw. Partialdruck der Ionen im Medium und chemische Zusammensetzung des Mediums.
Beispiel: Auf eine Glasplatte wurde eine Aluminiumschicht aufgedampft. Auf dieser Aluminiumschicht wurde mit Ausnahme eines zur Kontaktierung dienenden Bereiches eine Al3O5- , Schicht hergestellt, was zum Beispiel durchahodische Oxidation oder durch Aufdampfen von Aluminium in einer Q0 -Atmosphäre bei
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etwa 10 J Torr geschehen kann.
Die so gebildeten Anordnungen wurden in einen 1-prozentigen Elektrolyten eingebracht. Für eine Dotierung mit positiven Ionen wurden Elektrolytlösungen verwendet, die jeweils eines der folgenden Metallsalze enthielten: CdSO1^, CuSO^, ZnSO1J, AgNO, und NiCl2. Versuche zur Dotierung mit negativen Ionen wurden mit Elektrolytlösungen durchgeführt, die NiJ2 oder AgJ enthielten.
Beim Dotieren mit positiven Ionen wurde die Al-SchicÜit an die negative Klemme und eine im Elektrolyten angeordnete Anode aus einem inerten Metall, wie Platin oder dem Metall des Verwendeten Metallsalzes an die positive Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen, die einen einstellbaren, konstanten Strom lieferte. Beim Dotieren mit negativen Ionen wurde mit umgekehr-/ ter Polung gearbeitet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wurde mit einer Strom dichte von etwa 0,1 bis 0,5 ,uA/mm gearbeitet. Die Dauer der Strombehandlung hängt von der Dicke der Aluminiumoxidschicht ab und beträgt etwa eine sec./S für eine Dotierung mit etwa 10 ^ EIe* mentarladungen/cnr bei Zimmertemperatur.
Messungen der Dotierungskonzentration ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit den Konzentrationswerten, die sich aus dem Produkt von Strom und Zeit errechnen lassen.
Das Dotierungsprofil lässt sich durch zeitliche Steuerung der an der Schicht liegenden Spannung bzw. des durch den schichtliegenden Stromes erreichen. Interessant ist auch, daß die Dotierungskonzentration bei Aluminiumoxidschichten nicht
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beliebig gesteigert werden kann, sondern bei etwa 10 Elementarladungen/ cm^ eine Sättigung erreicht. Ähnliche Ergebnisse dürften auch bei anderen Schichtmaterialien zu erwarten sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch mit anderen Medien als flüssigen Elektrolyten durchgeführt werden. Man kann z.B. mit pastenförmigen oder sogar festen Elektrolyten oder auch gasförmigen Medien arbeiten. Bevorzugt wird jedoch die Verwendung von flüssigen Elektrolyten, da das Verfahren dann am einfachsten durchzuführen ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann selbstverständlich auch auf andere isolierende und auch auf halbleitende Schichtmaterialien angewendet werden. Bei der Durchführung des : Verfahrens ist darauf zu achten, daß sich an der zu dotierenden Schicht ein Peldgradient genügender Grosse aufbauen kann. Die nicht von der Schicht bedeckten Oberflächenbereiche des Körpers müssen also gegebenenfalls abgedeckt, isoliert oder anderweitig ausser Berührung mit dem Medium gehalten werden.
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1930267
Besonders geeignet ist das vorliegende Verfahren zur Herstellung alterungsbeständiger Isolierschichten und zur Herstellung von dotierten Schichten aus isolierenden oder halbleitenden Materialien in Halbleiterbauelementen, z.B. Metallbasistransistoren und Strahlungsmeßdioden, die eine dünne , zwischen zwei Metallelektroden angeordnet, dotierte Isolierschicht enthalten, welche von den Ladungsträgern durchtunnelt wird.
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Claims (4)

4 93926? Pat entansprüche
1. Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material bestehenden Schicht , die auf einem Körper aus einem leitenden oder halbleitenden Material angeordnet ist» mit Ionen eines Dotierungsstoffes, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem Ionen des Dotierungsstoffes enthaltenden Medium, insbesondere einem flüssigen Elektrolyten, in Berührung gebracht wird und das zwischen dem die Schicht tragenden Körper und das Medium eine Spannung angelegt wird, die mindestens zeitweise eine solche Polarität und einen solchen Betrag hat, daß die Ionen des Dotierungsstoffes aus dem Medium in die Schicht wandern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung mit einer Spannungsquelle erzeugt wird, die einen wenigstens annähernd konstanten, vorzugsweise einstellbaren Strom abgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Schicht liegende Spannung oder der durch die Schicht fliessende Strom zur Erzeugung eines vorgegebenen Dotierungsprofiles als Funktion der Zeit geändert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Dotierung einer Al2 Schicht mit einer Stromdichte zwischen etwa 0,1 bis 0,5 ^uA/mm gearbeitet wird.
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