DE1939267C3 - 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

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem aus der DE-AS 12 82 614 bekannten Verfahren der oben angegebenen Art wird der zu dotierende Halbleiterkörper in eine elektrochemische Feststoffkette geschaltet, die eine inerte Elektrode, den Halbleiterkörper, einen Körper aus einer ionenleitenden Verbindung vom Typ MeX und eine Metallelektrode aus dem Metall Me enthält. Diese Feststoffkette wird dann an eine solche Spannung gelegt, daß Ionen aus der ionenleitenden Verbindung, in der die Ionenleitung wesentlich größer sein soll als die Elektronenleitung, in den Halbleiterkörper diffundieren. Dieses Verfahren ist durch die Anforderungen, die an die ionenleitende Verbindung gestellt werden müssen, erhebliche Einschränkungen unterworfen und praktisch nur bei relativ hohen Temperaturen, z. B. 400° C, durchführbar.
Aus der DE-AS 12 71684 ist es bekannt, einen Dotierungsstoff durch thermischen Abbau oder Elektrolyse einer den Dotierungsstoff enthaltenden metallorganischen Alkylverbindung oder hydroaromatischen Verbindung direkt auf den Halbleiterkörper aufzubringen und den Dotierungsstoff dann auf eine solche Temperatur zu erhitzen, daß er in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der GB-PS 9 45 949 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dotieren einer isolierenden oder halbleitenden Schicht anzugeben, das einfach und mit geringem apparativen Aufwand durchführbar ist und von Natur aus vor allem bei dünnen Schichten wesentlich besser reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen gestattet als die bekannten Dotierungsverfahren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden ,der halbleitenden Material bestehenden Schicht, die auf einem Körper aus einem leitenden oder halbleitenden Material angeordnet ist, mit Ionen eines Dotierungsstoffes, bei welchem die Oberfläche der Schicht mit einem die Ionen enthaltenden Elektrolyten in Berührung gebracht und eine Spannung zwischen den Körper und den Elektrolyten gelegt wird, die mindestens zeitweise eine solche Polarität und einen solchen Betrag hat, daß die in dem Elektrolyten enthaltenen Ionen des Dotierungsstoffes in die Schicht wandern, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Elektrolyt
eine flüssige Elektrolytlösung eingesetzt wird.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich bestimmte Typen und Beträge der Leitfähigkeit der Schicht erzeugen und auch eine Stabilisierung der elektrische Eigenschaften der Schicht erreichen, die sich sonst normalerweise im Verlaufe der Zeit ändern.
Wenn die Ionen des Dotieruigsstoffes positiv geladen sind, muß der zu dotierende Halbleiterkörper mindestens zeitweise eine negative Polarität bezüglich
ίο der Elektrolytlösung haben, so daß in der zu dotierenden Schicht ein Feldgradient auftritt, der die Ionen in die Schicht hineinzuziehen strebt. Die Spannung wird vorzugsweise mit einer Spannungsquelle erzeugt, die einen wenigstens annähernd konstanten Strom abgibt Die an der Schicht liegende Spannung oder der durch die Schicht fließende Strom können zur Erzeugung eines vorgegebenen Dotierungsprofiles als Funktion der Zeit geändert werden.
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 Größe 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 Al2O3-Schicht hergestellt, was zum Beispiel durch anodische Oxidation oder durch Aufdampfen von Aluminium in einer O2-Atmosphäre bei etwa 10~3 Torr geschehen kann.
Die so gebildeten Anordnungen wurden in einen 1 prozentigep Elektrolyten eingebracht. Für eine Dotierung mit positiven Ionen wurden Elektrolytlösungen verwendet, die jeweils eines der folgenden Metallsalze enthielten: CdSO4, CuSO4, ZnSO4, AgNO3 und NiCl2. Versuche zur Dotierung mit negativen Ionen wurden mit Elektroiytlösungen durchgeführt, die NiJ2 oder AgJ enthielten.
Beim Dotieren mit positiven Ionen wurde die Al-Schicht 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, konstan- ten Strom lieferte. Beim Dotieren mit negativen Ionen wurde mit umgekehrter Polung gearbeitet.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde mit einer Stromdichte von etwa 0,1 bis 0,5|iA/mm2 gearbeitet. Die Dauer der Strombehandlung hängt von der Dicke der Aluminiumoxidschicht ab und beträgt etwa eine sec/A für eine Dotierung mit etwa 1019 Elementarladungen/cm3 bei Zimmertemperatur.
Messungen der Dotierungskonzentration ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit den Konzentra-
tionswerten, 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 beliebig gesteigert werden kann, sondern bei etwa 1021 Elementarladungen/cm3 eine Sättigung erreicht. Ähnliche Ergebnisse
dürften auch bei anderen Schichtmaterialien zu erwarten sein.
Das Verfahren gemäß det 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 Feidgradient genügender Größe 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.
Besonders geeignet ist das vorliegende Verfahren zur Herstellung alterungsbeständiger Isolierschichten und zur Herstellung von dotierten Schichten aus isolierenden odei halbleitenden Materialien in Halbleiterbauelementen, z. B. Metallbasistransistoren und Strahlungsmeßdioden, die eine dünne, zwischen zwei Metallelektroden angeordnete, dotierte Isolierschicht enthalten, welche von den Ladungsträgern durchtunnelt wird.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    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, bei welchem die Oberfläche der Schicht mit einem die Ionen enthaltenden Elektrolyten in Berührung gebracht und eine Spannung zwischen den Körper und den Elektrolyten gelegt wird, die mindestens zeitweise eine solche Polarität und einen solchen Betrag hat, daß die in dem Elektrolyten enthaltenen Ionen des Dotierungsstoffes in die Schicht wandern, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine flüssige Elektrolytlösung eingesetzt wird.
DE1939267A 1969-08-01 1969-08-01 Verfahren zum Dotieren einer aus einem isolierenden oder halbleitenden Material bestehenden Schicht Expired DE1939267C3 (de)

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