DE2047176A1 - Halbleiterelement - Google Patents

Halbleiterelement

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DE2047176A1 DE19702047176 DE2047176A DE2047176A1 DE 2047176 A1 DE2047176 A1 DE 2047176A1 DE 19702047176 DE19702047176 DE 19702047176 DE 2047176 A DE2047176 A DE 2047176A DE 2047176 A1 DE2047176 A1 DE 2047176A1
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Description

Dr. phil. G. B. HAGEN
MÜNCHEN 71 (Solin)
Franz-Hals-Straße 21
Telefon 796213
OT 2802 München, den 18. September 1970
Dr.H./K./mü
Omron Tateisi Electronics Co., 10, Tsuchido-cho, Hanazono, ükyo-ku- Kyoto, ( JAPAN)
Halbleiterelement
Priorität: 2. Oktober 1969
Japan j Nr. 79099/1969
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Verschiedene Arten von photoelektrischen Halbleiterelementen sind bisher bekannt geworden und in der Praxis benutzt worden.
Ein bekanntes derartiges aus Silicium bestehendes Element wird so hergestellt, daß eine P-leitende (oder N-leitende) | Diffusionsschicht einer Dicke von wenigen/U oder weniger auf der Oberfläche eines N-leitenden (bzw. P-leitenden) Siliciumsubstrats erzeugt wird, so daß bei Auffallen von Licht auf den so erzeugten PN-Übergang zwischen der P-Schicht und der N-Schicht eine photoelektrische Spannung erzeugt wird.
Jedoch hat sich bei dem bekannten Silicium-Photoelementen der Nachteil ergeben, daß diese Elemente im Vergleich zu anderen Photoelementen, wie etwa Kadmiumsulfid-Photoelementen, teuer sind, was hauptsächlich darauf beruht, daß die Herstellung von Siliciuro4lementen oder Silicium-Solarzellen einen Diffusionsprozess erfordert, der. bei hoher Temperatur
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Bayerische Vereinsbank München 820993
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und kritischen Verfahrensbedingungen durchgeführt werden muß. Wenn andererseits erreicht werden soll, daß ein sol.-
ehes Photoelement eine dem menschlichen Auge ähnliche Spektralempfindlichkeit aufweist, nuß die erwählte Diffusions- . schicht extrem dünn, nämlich o,3 /U äüwa sein. Die Bildung einer derartig flach ein diffundiert en Schicht erfordert ein hohes Maß an Diffusionstechnik, was unvermeidbar hohe Herstellungskosten eines solchen Photοelementes zur Folge hat. Ferner muß bei den bekannten Photoelementen die Elektrode zur Abführung der Photospannung auf der erwähnten extrem fich eindiffundierten Schicht in einem sehr komplizierten Verfahren angebracht werden, was ein weiterer Grund für hohe Herstellungskosten ist.
Die Schwierigkeiten beim Durchführen einer so "flachen Diffusion haben ferner bei dem bekannten Photoelement eine ungenügende Spektralerapfindlichkeit im Bereich kurzer lißLlenlängen zur Folge, so daß der Anwendungsbereich eines solchen
Photoelements begrenzt ist.
Könnte man die diffundierte Schicht eines solchen Silicium-Photoelements durch eine lichtdurchlässige leitende Schicht aus Metalloxid ersetzen und hätte eine solche Metallschicht dieselben elektrischen Eigenschaften wie die Diffusionsschicht, so erhielte man ein äußerst vorteilhaftes Photoelement. Bei der Verfolgung dieses Ziels ist bereits vom Anmelder vorgeschlagen worden, auf ein Halbleitersubstrat eine Zinnoxidschicht (SnOp) aufzubringen, wodurch sich eine gleichrichtende und photoelektrische Halbleiteranordnung ergibt.
'Im Einzelnen wird eine solche Halbleiteranordnung dadurch erhalten, daß ein N-leitendes Substrat aus Siliciumeinkristall in einem Quarzrohr erwärmt wird, daß der Dampf eines Zinnsalzes, wie etwa Dimethyl-Zinndicloried (GBL 2SnCl2)»
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in das Quarzrohr eingeführt wird und daß eine Zinnoxidschicht auf dem Siliciumsubstrat pyrolytisch abgeschieden wird. Dabei ergab sich, daß zwischen, der Zinnoxidschicht und dem Siliciumsubstrato der. so erhaltenen Anordnung sich eine Sperrschicht ausbildete, die vermutlich eine Schottky-Sperrschicht ist und einem P-H-Übergang in einem Gleichrichterelement s1a?k ähnelt. Eine solche Sperrschicht kann zur Gleichrichtung oder zur Photoelektrischen Erzeugung einer elektromotorischen Kraft verwendet werden.
Wie wohlbekannt ist, ist die Zinnoxidschicht lichdurchlässig und leitend. Sorgt man daher dafür, daß Licht durch die Zinnoxidschicht auf die Grenzschicht fallen kann, so ergibt sich | ein Photohalbleiterelement. Es wurde beobachtet, daß die Spektral -Kennlinie eines solchen Photohalbleiterelementes derart ist, daß im sichtbaren Wellenlängenbereich eine höhere Empfindlichkeit als bei bekannten Siliciumhalbleiter-Photoeleraenten vorhanden ist. Weitere Vorteile liegen in einem höhere Ausgangsstrom bei geringer Lichteinstrahlung sowie in befriedigenden Temperatureigenschaften und Ansprecheigenschaften. Weitere Einzelheiten werden in einer schwebenden deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben.
Ein Problem bei der Verwendung einer solchen SnOo-Halbleiteranordnung als Gleichrichterelement, Photoelement, usw. | besteht darin, daß "beim Zerschneiden der scheibenförmigen Anordnung in kleine Scheibchen oder beim Anbringen eines Zuführungsdrahtes an der die SnOp-Schicht kontaktierenden Elektrodenschicht aus Nickel mittels Ihermokonpression die zwischen dem SnOp und dem Halbleiter befindliche Grenzschicht erheblich beschädigt wird, so daß die Sperreigenschaften des resultierenden Halbleiterelements beeinträchtigt werden; dies macht es schwierig, derartige Halbleiterelemente mit gleichmäßigen Kennlinien herzustellen. Zudem ist die Kennlinie in üperrichtung eines solchen Halbleiterelements nicht immei/ausreichend gut.
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Inzwischen hat sich ein Bedarf nach Integrierung einer Vielzahl solcher SnCU-Halbleiterelemente in einem einzigen Substrat ergeben, und zwar zum Beispiel im Zuge der Entwicklung von Lesevorrichtungen.
icht
Die Zinnoxidsch/ist chemisch stabil und gegenüber Atzungen widerstandsfähig, was es schwierig macht, die Zinnoxidschicht genau in den gewünschten Gebieten auf dem Halbleitersubstrat aufzubringen, daß heißt, die auf die gesamte Hauptfläche des Substrats aufgebrachte Zinnoxidschicht genau zu ätzen.
Ein Halbleiterelement kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß auf der Hauptfläche eines Halbleitersubstrats eine Schicht aus isolierendem Material in solcher Weise angeordnet ist, daß ein Teil der Hauptfläche des Substrats von der Schicht frei bleibt, und daß eine Zinnoxidschicht mindestens auf dem von der isolierenden Schicht freigelassenen Gebiet des Substrates angeordnet ist zwecks Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht zwischen dem Substrat und der Zinnoxidschicht. Die so gebildete Sperrschicht wird von der isolierenden Schicht umgeben, liegt also nicht frei, so daß eine gute Gleichrichter-Kennlinie derselben gewährleistet wird.
Falls die so hergestellte Anordnung in ScteLbchen zerschnitten werden soll, kann dort geschnitten werden, wo sich die isolierende Schicht befindet. Es wurde gefunden, daß die Sperrschicht durch den Schneidvorgang nicht zerstört wird und die Gleichrichtungs-Kennlinie auch nicht beeinträchtigt wird. Wenn eine solche Anordnung mit einer Elektrode versehen werden soll, wird die Elektrode an dem Teil der SnO0-Schicht befestigt, der sich über der isolierenden Schicht ,erstreckt, so daß dieser Vorgang die Sperrschicht ebenfalls nicht beeinträchtigt.
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Die isolierende Schicht schützt ferner die Sperrschicht vor Beschädigungen "beim Photoätzen der SnO^-Schicht, wenn die Anordnung zur Herstellung eines integrierten SnOg-Halbleiterelements verwendet werden soll. -Im Einzelnen wird ein integriertes SnO«-Halbleiterelement so hergestellt, daß derjenige Teil der SnC^-Schicht, der sich auf der isolierenden Schicht befindet, teilweise weggeätzt wird, wodurch sich eine Vielzahl voneinander getrennter SnOo-Schichtäbsehnitte ergibt, von denen jeder von de£ isolierenden Sc.iicht umgeben ist und mit dem Halbleitersubstrat eine Sperrschicht bildet. Die SnOp-Schicht wird dabei in den Gebieten, in denen sich eine Sperrschicht befindet, nicht geätzt, so daß keine Gefahr be- I steht, daß die Eigenschaften der Sperrschicht sich verschlechtern.
Die isolierende Schicht in dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement verhindert damit eine Beschädigung der Sperrschicht und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften derselben durch die verschiedenen Bearbeitungsschritte, denen das Element noch unterworfen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: g
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung, auf äav die vorliegende Erfindung aufbaut;
Figur 2 ein Diagramm, welches die Gleichrichter-Kennlinie der Anordnung von Figur 1 zeigt;
Figuren 3 bis 7 Querschnittsansichten des erfindungsgemäßen
Halbleiterelements in verschiedenen Fertigungsstufen;
Figur 8a eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterelements;
Figur 8B einen Querschnitt durch das Halbleiterelement von Figur 8A entlang der Linie VIIIB - VIIIB; und
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Figur 9 einen Querschnit^iurch ein Halbleiterelement gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
In Figur 1 wird ein Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung gezeigt, auf der die vorliegende Anmeldung aufbaut. Diese Halbleiter-ranordnung enthält ein Substrat 1, das z. B. aus N-leitendem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 1JL ctd bestehen kann, sowie eine Zinnoxid schicht (SnO2), die auf die Substratoberfläche durch Phyrolyse von z. B. Dimethyl-Zinndichlorid aufgebracht wurde. Die SnOp-Sehieht 2 wird dabei so gewählt, daß sie exBßhohe !leitfähigkeit aufweist und selbst einen N-leitenden Halbleiter darstellt. Diese Leitfähigkeit solVnahe der von Metall liegen, d„ h. einer feien Elektronen-Konzentration von ca. 10 Atome/cirr entsprechen. Die SnO2- Schicht mit den Eigenschaften eines S-leitenden Halbleiters kann durch eine schnell ablaufende chemische Reaktion mit dem Endprodukt SnOp erzeugt werden, wob-ei als wesentlich der Überschuß an Metall (Mangel an Sauerstoff) angesehen wird, der sich durch die Schnelligkeit einer solchen Reaktion ergibt.
Es wurde entdeckt, daß eine Halbleiteranordnung solcher Struktur und solcher Zusammensetzung Gleichrichtereigenschaften aufweist und bei Auftreffen von Strahlung auf die in der Anordnung gebildete Grenzschicht einen photoelektrischen Effekt zeigt. Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen besteht darin, daß SnO2 als Metall betrachtet wird und die Grenzschicht als eine zwischen der SnOp-Schicht und dem Halbleitersubstrat gebildete Schottkey-Sperrschicht wirkt.
In Figur 2 wird die Strom-Spannungscharakteridik der Halbleiteranordnung von Figur 1 gezeigt. In dem Diagramm zeigt Kurve A die Durchlaßcharakteristik der Anordnung, während die Kurve B die Sperrcharakteristik eines durch Zerschneiden einer solchen Anordnung erhaltenen Halbleiterscheibchens zeigt.
In den Figuren 3 bis 7 werden Querschnittansichten einer erfindungsgeraäßen Halbleiteranordnung in verschiedenen Fertigungsstufen gezeigt.
In Figur 3 ist eine Schicht 32 z. B. aus SiO2 auf der Hauptfläche eines Substrats 31 aus Η-leitendem Siliciumeinkristall mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 1 Sc. cm und einer Dicke von 8000 S. aufgebracht. Das Halbleitersubstrat 31 kann entweder eine Kombination einer N-leitenden Schicht hohen spezifischen Widerstandes sein, die auf eine andere !-leitende Schickt geringen spezifischen Widerstandes aufgebracht ist, oder es kann sich um eine N-leitende Schicht handeln, Λ die eine P-leitende Schicht ganz oder teilweise bedeckt. Die SiO^-Schicht 32 kann entweder durch das bekannte thermische Verfahren oder durch !Pyrolyse von Silan bei relativ niedriger Temperatur aufgebracht werden. Ein derartiges Verfahren zum Bilden einer elektrisch-isolierenden Schicht gehört zum Stand der Technik.
An Stelle der SiOp-Schicht kann auch irgend ein anderes isolierendes Material verwendet werden. Als solche isolierende Materialien bieten sich z. B. an: Siliciumnitrid (Si-,N,), Bleiglas (SiOp-PbO), Aluminiumglas (SiOp-Al2O,,) usw. Es ist ratsam, die isolierende Schicht 32 bei einer relativ nie- ä drigen Temperatur zu bilden, vorzugsweise bei einer nicht hoher als 900° G liegenden Temperatur. Die Erwärmung auf eine extrem hohe Temperatur würde eine teurere Apparatur erfordern und gleichzeitig eine stärkere Beanspruchung des Halbleitersubstrats mit sich bringen.
Vorzugsweise wird die SiOp-Schicht durch Pyrolyse von Silan bei einer relativ niedrigen Temperatur von weniger als 700° C aufgebracht, und darauf wird PbO darauf abgeschieden, um eine Schicht aus Bleiglas zu bilden. Durch Verwendung einer solchen Isolierschicht ist es möglich, die Halbleiteranordnung bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa
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500° - 700° C herzustellen, und zwar während, des gesamten Herstellungsprozesses einschließlich der iia nachfolgenden noch beschriebenen Verfahrensschritte.
Darauf wird, wie in Figur 4 gezeigt wird, ein Teil der isolierenden Schicht 32 durch Photoätzung entfernt, wobei z. B. eine kreisförmige Öffnung 302 gebildet wird. Es ist auch möglich, die Isolierschicht 32 in solcher Weise aufzubringen, daß die Öffnung 302 bereits in diesem Verfahrensstadium gebildet wird. Jedoch kann dadurch, daß zuerst eine Isolierschicht gleichmäßiger Dicke auf der gesamten Hauptfläche des Substrates gebildet wird und dann die nicht benötigten Teile durch Photoätzung entfernt werden, daß größere Muster erreicht werden. Es können Schichten aus SiOp, SiOp-PbO usw. durch das Verfahren der Photoätzung mit hohem Präzisionsgrad hergestellt werden.
Bei dem nächsten in Figur 5 gezeigten Verfahrensschritt wird· eine Zinnoxidschicht 33 auf die gesamte mit der Isolierschicht 32 versehene Hauptfläche aufgebracht, so daß die gezeigte Halbleiteranordnung entsteht. Dies erfolgt dadurch, daß zunächst das Halbleitersubstrat 31 in einem Reaktionsrohr aus Quarz auf etwa 500 C aufgeheizt wird und dann ein zinnhaltiger Dampf in das Reaktionsrohr eingeführt wird, so daß eine Zinnoxidschicht 33 sich pyrolytisch auf dem Substrat 31 abscheidet. Für diese Reaktion kann.ζ. B. Dimethylzinndiclorid (CH^ ρ SnCIp) benutzt werden, was sich als besonders vorteilhaft herausstellte. Es ist jedoch auch möglich, eine wässrige Lösung von Zinntetrachlorid (SnCl-) oder dessen Lösung in einem organischen Lösungsmittel zu verwenden.
Als Trägergas kann eine oxidierende Atmosphäre wie Luft oder Sauerstoff verwendet werden. Die Zinnoxidschicht 33 kann in einer Dicke von ca. 7ooo α aufgebracht werden, wozu man die genannte pyrolytisch^ Reaktion 60 Sekunden lang ablaufen läßt. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Schicht 33 wurde der zinnhaltigen Reaktionskomponente ein Gewichtsanteil von 0,5 fo Antimonoxid (Sb0O.,) hinzu gefügt.
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Es wurde gefunden, daß ein N-Siliciurahalbleiter ein geeignetes Material zur Bildung des Substrats der Anordnung darstellte. Jedoch kann eine Halbleiteranordnung mit ähnlichen Gleichrichtereigenschaften auch unter Verwendung von P-leitendem Silicium hergestellt werden. Bei Verwendung von P-MaterM wurde jedoch gefunden, daß es vorteilhaft war, die Aufbringung des SnO2 bei einer etwas höheren Temperatur vorzunehmen oder die Anordnung nach Aufbringung des SnO2 bei einer etwas höheren Temperatur vorzunehmen oder die Anordnung nach Aufbringung des SnOp bei der obengenannten Reaktionstemperatur dann einer geeigneten Wärmebehandlung zu unterwerfen. Ferner wurde gefunden, daß Halbleiteranordnungen mit ähnlichen | Gleichrichtereigenschaften auch mit Ge oder GaAs als Subotratmaterial hergestellt werden konnten.
Darauf folgt die Bildung der Elektroden 34 und 35 auf beiden Hauptflächen -des Substrats, wie Figur 6 zeigt. Diese Elektroden 34 und 35 werden durch Aufbringen von Nickel durch Aufdampfung im Vakuum mit einer Schichtdicke von 8000 S gebildet. Wie aus Figur 6 ersichtlich bedeckt die Elektode 34 ein solches Gebiet, daß sie sich selektiv auf demjenigen Teil der Zinnoxidschicht befindet, der auf der Isolierschicht 32 aufliegt. Die Elektrode 34 wird so hergestellt, daß zunächst auf die gesamte Hauptfläche des Substrats,31 Nickel aufgebracht wird und dann λ die nicht benötigten Teile/bekannter Weise durch Photoätzung entfernt werden. Die Elektrode -35 kann dann entbehrt werden, wenn das Substrat 31 mittels einer eutektischen Gold-Siliciumschicht an einem goldplatierten Trägerkörper befestigt wird.
Als Material zur Bildung der Elektrode auf der Zinnoxidschicht erwies sich Nickel als besonders günstig wegen seiner Leitfähigkeit, seiner Adhäsion an der Schicht, wegen-seiner geringen Kosten und seiner günstigen Löteigenschaften. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen Silber, Gold, Chrom oder Aluminium 'au verwenden. Besonders im Fall einer integrierten Schal-
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tung deren Einzelheiten nachstehend anhand der Figuren 8A und 8B beschrieben werden, hat die Elektrode zur Kontaktierung der SnO2~Schicht eine kleine Kontaktfläche und neigt zum Abblättern. Daher wird für die Elektrode einer solchen integrierten Schaltung vorzugsweise ein Drei schicht enauf "bau vorgesehen, wobei eine Ti-Schicht auf der SnO2-Schicht, darauf eine erste Metallschicht und darauf eine zweite MetallSchicht aufgebracht wird. Als Material für die erste Metallschicht wird vorzugsweise Gu oder Ag verwendet, während Au, Ii oder Al vorzugsweise als Material für die zweite Metallschicht verwendet wird.
Als Elektrode für das Siliciumsubstrat kann auch eine eutektische Kristallschicht von Au oder Au-Sb rait Si verwendet werden. Zur eutektischen Kristallisation ist jedoch eine Temperatur von ca? 390 G erforderlich, was die Gleichrichtereigenschaft der SnOp-Si-Anordnung verschlechtern kann. Eine bevorzugte andere Elektrodenstruktur besteht aus zwei Schichten, wobei eine Ti-Schicht auf das Substrat und darauf eine Hi-Schicht aufgebracht wird. Eine so aufgebaute Elektrode kann bei einer
Temperatur von ca. 200 C hergestellt werden, was keine Verschlechterung der Gleichrichtereigenschaft der Halbleiteranordnung zur Folge hat und trotzdem einen guten elektrischen Kontakt gewährleistet.
Wie in Figur 6 gezeigt wird, wird das Substrat durch ein geeignetes Verfahren wie etwa durch Ritzen entlang der Linie VII-VII in Halbleiterseheibchen, wie in Figur 7 gezeigt verteilt. Da das Gebiet, durch welches die Linie YII - VII verlauft, eine Isolierschicht 32, d. h. Siliciumdioxid oder ähnliches, zwischen dem Substrat 31 und der Zinnoxidschicht 33 enthält, kann das Zerteilen in bekannter Weise durch Ritzen •mit einem Diamantschneider oder ähnlichem erfolgen, wobei das nachfolgende Brechen keine ungünstigen Einwirkungen auf die Sperrschichtcharakteristik der Haibleitor hat. Mit anderen Worten sorgt die isolierenden Schicht unterhalb der Zinn-
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oxid sch! clit -vollständig dafür, daß beim Zerschneiden eine Beschädigung der Sperrschicht vermieden wird·.
In Figur 2 zeigte die Kurve C die Sperrkennlinie des Halbleiterscheibehens gemäß Figur 7· Wie diese Kurve zeigt, hat die innerhalb des von der isolierenden Schicht eingeschlossenen Gebietes liegende Grenzschicht, die dadurch an ihren Rändern geschützt ist, eine besser stabilisierte Sperrkennlinie und einen geringeren Sperrstrom als ein Element, dessen Grenzschichtrand freiliegt.
Da die Elektrode 34 außerhalb des Gebietes der Sperrschjc ht gebildet ist, wird die gesamte in dem Scheibchen vorgesehene " Sperrschicht auch in dem Fall effektiv ausgenutzt, daß eine Verwendung als Photoelement vorgesehen ist. Die Anwendung von Druck auf die Elektrode34 beim Anbringen eines Zuführungsdrahtes beeinträchtigt daher in keiner Weise die Gleichrichfcereigenschaften, da keine Sperrschicht sich unterhalb der Elektrode befindet, die auf einen Teil der SnOp-Schicht 33 oberhalb der Siliciumd!oxidschicht sich befindet. Ein anderer Vorteil dieser Grenzschichtanordnung ist der, daß für lange Zeit eine Stabilität gegenüber Umgebungseinflüssen besteht.
Die Figuren 8A und 8B zeigen eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiters, bei dem ein ET-leiten- t des Siliciumsubstrat 41» eine darauf aufgebrachte Siliciumdioxid schicht 42fflit einer Öffnung 402, eine Zinnoxid schicht 43, die auf dae Substrat 41 an den Stellen aufgebracht ist, an denen das Substrat durch die Öffnung 402 hindurch freiliegt, und lickelelektroden 44 und 46 vorgesehen sind. Zunächst wird die Siliciumdioxid schicht 42 auf die gesamte Hauptfläche des Substrats 41 aufgebracht und dann Teile davon wieder entfernt, um die Öffnungen 402 zu bilden durch welche eine Vielzahl von voneinander isolierten freileigenden Gebieten der ilauptfläche des Substrats geschaffen wird. Die
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Zinnoxidschicht 43 wird dann auf der gesamten Hauptfläche gebildet, und zwar auch dort, wo sich die Siliciumdioxid schicht 42 befindet und somit entsteht die Grenzschicht zwischen dem Substrat 41 und der Zinnoxidschicht 43 nur/n der genannten Vielzahl von Öffnungen, die von der Siliciumdioxidschicht 42 umgeben werden,
Die Zinnoxidschicht 43 wird an den Stellen,an denen sie auf der Siliciumdioxidschicht 42 aufliegt, wieder teilweise entfernt, so daß Trenngebiete 403 gebildet werden, die die HaIbleiteranordnung in eine Vielzahl von Sperrschichtgebieten Ψ unterteilen. Die Photoätztechnik kann zur Unterteilung der Zinnoxidschicht 43 in einer Vielzahl von Abschnitten wirksam angewendet werden. Da Zinnoxid chemisch sehr stabil ist, ist es schwierig zu ätzen. Jedoch kann der Ätzvorgang mit relativ hoher Präzision so durchgeführt werden, daß an den Stellen, an denen die Schicht weggeätzt werdei/soll, zunächst Zink aufgebracht wird, dieses mit einer verdünnten Salzsäurelösung zwecks leichter Reduzierung der · Oberfläche der Zinnoxidschicht wieder weggelöst wird, darauf wieder Zink aufgebracht wird und dieses mit konzentrierter Salzsäurelösung zusammen mit der darunter befindlichen Zinnoxidschicht weggeätzt wird.
Jk Angesichts der Tatsache, daß die Gebiete, in denen die Grenzschicht gebildet wird, genau durch eine isolierende Schicht wie etwa Siliciumdioxid begrenzt und geschützt werden, erfordert dieses Verfahren der Ätzung der Zinnoxidschicht auf der Isolierschicht keinen hohen Präzisionsgrad, und es ist sogar die Anwendung von mechanischer Kraft von Entfernung der Zinnoxidschicht in gewissen Maße möglich. Es ist daher auch möglich, die Zinnoxid schicht 43 in eine Vielzahl von Abschnitten dadurch zu unterteilen, daß an Stelle von Ätzen geritzt wird, was wesentlich wirksamer und. einfacher ist.
Falls Nickel als Material für die Elektrode der SnO2-Scliioht verwendet wird, wie das Z. B. bei der Herstellung der HuIb-
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leiteranordnungen der Figuren 7 und 8B geschieht muß auf folgendes hingewiesen werden. Um Elektroden in einem gewünschten Muster zu erzeugen, wird normalerweise Nickel auf die gesamte SnO2-Schicht des Plättchens aufgebracht und dann werden die nicht benötigten Teile des aufgebrachten Nickels durch Photoätzen entfernt, so daß das gewünschte Elektrodenmuster entsteht. Als Ätzmittel wird eine Eisenchloridlösung verwendet. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, daß die Ätzgeschwindigkeit beim Ätzen des Nickels in dem Gebiet der Sperrschicht d. h. in dem Gebiet der SnO^-Si-Struktur, 5-6 mal größer ist als in dem Gebiet der SiOp-Schicht, d. h. in dem Gebiet der SnOp-SiOg-Struktur. Daher ist es vorteilhaft, zunächst die nicht benötigten Teile der Eckelschicht in dem Gebiet der SnOp-SiOp-Struktur wegzuätzen und. dann das Verfahren zu wiederholen um die nichtbenötigten Teile der Nickelschicht in den Gebieten der SnOp-Si-Struktur zu entfernen.
Im Einzelnen wird die Nickelschicht zunächst auf die gesamte auf dem Substrat befindliche SnOp-Schicht aufgebracht, und diese Nickelschicht wird gemäß einem ersten Muster maskiert, wobei diejenigen Gebiete, in denen die Elektroden gebildet werden sollen, und die Gebiete der SnOp-Si-Struktur bedeckt werden, und die Nickelschicht in dem unmaskierten Gebiet wird' durch Ätzen entfernt. Danach wird eine zweite Maskierung gemäß einem zweiten Muster durchgeführt, wobei mindestens die Gebiete bedeckt werden, in deim die Elektroden gebildet werden sollen, und die Nickelschicht in dem unmaskierten Gebiet wird wieder durch Ätzen entfernt. Darauf wird die Maskierung von der nun das gewünschte Muster aufweisenden Nickelschicht entfernt. Bei diesem Verfahren wird die eine Kante der gebildeten Nickelschicht-elektrode, nämlich die Kante der SnOp-Si-Struktur nur dem zweiten Ätzvorgang unterworfen, d. h. nur einmal geätzt, wogegen die andere Kante, d. h. die Kante auf der Seite der SnOo-SiOp-Struktur sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ätzvorgang unterworfen wird, also zweimal geätzt
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wird. Dies erbigt einen übermäßigen Ätzangriff an der Kante der ÜTickelelektrode auf der Seite der SnOp-SiOp-ötruktur. Es ist daher ratsam, dies bei dem Entwurf der ersten zweiten Maske zu berücksichtigen, nämlich eine Kompensierung dieses übermäßigen Ätzangriffes vorzusehen.
Wie aus der in Figur 2 gezeigten G-leichricht er charakteristik hervorgeht, ergeben die erfindungsgemäßen Halbleitereleeente hervorragende Gleichrichtereigenschaften und .können daher als Gleichrichter verwendet werden. Wie jedoch wohlbekannt ist, ist Zinnoxid lichtdurchlässig, und daher kann bei fer-Jr Wendung der Sperrschicht als Gleichrichterelement, d. ta· aid Diode, die Sperrschicht unbeabsichtigterweise einer Lichteinstrahlung durch die Zinnoxidschicht ausgesetzt werden, und die daraus entstehende elektromotorische Kraft würde die Stabilität der Gleichrichtercharakteristik des Elements beeinträchtigen. Es kann daher vorteilhalt sein, diesen beschriebenen Effekt zu eliminieren.
Figur 9 ist ein Querschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, die als Halbleiterelement geeignet ist. Die Anordnung von Figur 9 enthält ein U-Iei tendes SiIiciumsubstrat 51> eine isolierende Schicht 52 etwa aus SiIifc ciumoxid, eine Zinnoxidschfcht 53 und eine Elektrodeniaetallschicht 54 z. B. aus nickel. Bei der Anordnung von figur 9 sind im Gegensatz zu der von Figur 7 der Bereich der Sperrschicht und deren Räder mit einer lichtundurchlässigen metallischen Elektrodenschicht 54 "bedeckt, wobei diese Elektrodenschicht 54 die Sperrschicht vor Licht schützt. In Hinblick auf die Stromspannungscharakteristik (Verminderung des Widerstandes in Durchlaßrichtung) und auch aus fertigungs-.technischen Gründen wird bevorzugt, als undurchlässige Sehiht die metallische Elektrodenschicht zu verwenden. Es ist jedoch auch möglich, isolierende Schichten, wie z. B. undurcialässiges Kunstharz, zu verwenden.
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Wenn zur Lichtabschirmung die metallische Elektrodenschicht verwendet wird, wird die Zinnoxidschicht vorzugsweise so dünn wie möglich gemacht-, nämlich vorzugsweise 2000 - 5000 £. Es wird ferner vorgezogen, als Halbleitersubstrat eine Kombination einer Schicht geringen spezifischen Widerstandes mit einer darauf befindlichen Schicht hohen spezifischen Widerstandes zu verwenden.
Im vorstehenden wurde lediglich der Bau eines einfachen G-leichri.chterelements beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch sum Bau anderer Elemente verwendet werden , wie
sie z. B. durch Integration von Transistoren entstehen. |
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    r 1J Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Hauptfläche eines Halbleitersubstrats
    (31, 41, 51) eine Schicht (32, 42, 52) aus isolierendem Material in solcher Weise angeordnet ist, daß ein Teil der Hauptfläche des Substrats von der Schicht frei bleibt, und daß eine Zinnoxid schicht (33, 43, 53) mindestens auf dem von der isolierenden Schicht frei gelassenen Gebiet des Substrates angeordnet ist zwecks Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht zwischen dem Substrat und der Zinnoxid schicht.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitersubstrat (31, 41, 51)
    aus einem Element der Gruppe Si, Ge und GaAs besteht.
    3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei c h η e t , daß eine Metallelektrode (34, 44, 54) auf
    dem Teil der Zinnoxidschicht (33, 43, 53) angeordnet ist, der auf der isolierenden Schicht (32, 42, 52) angeordnet ist.
    4· Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Nickel besteht.
    5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennz e i ch η e t , daß die Elektrode aus einer auf der Zinnoxidschicht (33, 43, '53) aufgebrachten Ti-Schicht, einer ersten darauf aufgebrachten Metallschicht und einer zweiten
    darauf aufgebrachten Metallschicht besteht.
    6. Anordnung naiiAnspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dal3 die erste Metallschicht ein Element
    der Gruppe Cu und Ag ist und daß die zweite Metallschicht
    ein Element der Gruppe Au und Ni und Al ist.
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    οτ 2802 - e-- ?Ö47176;
    7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei c h η e t , daß die isolierende Schicht (32, 42, 52) aus einem Material der Gruppe SiO2, Si5N4, SiO2-Al2O2 und SiO2-PbO besteht.
    8; Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η z e i ch η e t , daß die isolierende Schicht (42) eine solche Struktur aufweist, daß eine Vielzahl von freiliegenden Bereichen (402) auf einem gemeinsamen Substrat (41) und damit eine Vielzahl von gleichrichtenden Sperrschichten gebildet wird, und daß in dem Gebiet der isolierenden Schicht die Zinnoxidschicht (43) zerteilt wird zwecks Bildung einer j Vielzahl von unabhängig voneinander arbeitenden Gleichrichterel.ementen.
    9« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß ein Strahlungsempfang durch die lichtdurchlässige leitende Zinnoxidschicht vorgesehen ist und eine Herausführung der entstehenden photoelektrischen Spannung vorgesehen ist.
    10. Anordnung nach Anspruchi, dadurch gekennz eich net , daß auf die Zinnoxidschicht (53) ein lichtundurchläsELges MaterM (54) aufgebracht wird, um mindestens
    die Sperrschichtbereiche gegen Licht abzuschirmen. i
    11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Li ent undurchlässige Material (54) leitend ist und die Elektrode bildet.
    12. Verfahren zur Herstellung des Halbleiterelements gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daU auf/die Hauptfläche eines Halbleitersubstrates (31, 41, 51) eine Schicht (32, 42 , 52) aus isolierendem Material aufgebracht wird, wobei bestimmte Gebiete des Substrats freibleiben,
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    daß eine Zinnoxidschicht (33, 43, 53) mindestens auf die freigebliebenen Gebiete des Substrats aufgebracht wird, zwecks Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht zwischen dem Substrat und. der Zinnoxidschicht und daß eine Bearbeiteung der so gebildeten Anordnung in den Bereichen erfolgt, in denen sich die isolierende Schicht {32, 42, 52) befindet.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß als Material für das Halbleitersubstrat ein Glied der Gruppe Si, Ge und GaAs gewählt wird.
    % 14, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeidhnet , daß die Schicht aus isolierendem Material bei einer niedrigen Temperatur (7oo° C) gebildet wird.
    ns
    15. Verfahren nach A'pruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine leitende Schicht (34, 44, 54) auf die Zinnoxidschicht aufgebracht wird..
    16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die isolierende Schicht in der Weise gebildet wird, daß zunächst eine isolierende Schicht auf ein großes Gebiet der Substrathauptfläche aufgebracht wird und dann eine Öffnung (302, 402) in dieser isolierenden Schicht
    ψ erzeugt wird.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Öffnungen (502, 402) zwecks Bildung einer Vielzahl von&perrsehichtabsehnitten vorgesehen wird.
    .18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die isolierende Schicht in solcher Weise gebildet wird, daß eine Viel-zahl von freiliegenden Bereichen zwecks Bildung einer Vielzahl von Sperrsehiehtabschnitten entstehen.
    o-o CM«*·
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    oder 18
    19· Verfahren nach Anspruch ίψ, dadurch gekennzeichnet , daß eine Weiterverarbeitung zu dem Zweck erfolgt, daß jeder der Sperrschichtabschnitte ein unabhängiges gleichrichtendes Element "bildet.
    20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Weiterverarbeitung darin besteht, daß ein Ritzvorgang zwecks Erzeugung einer Vielzahl von gleichrichtenden Halbleiterscheibchen durchgeführt wird.
    21 . Verfahren nach Anspruch 19* dadurchgekennseichent , daß die Zinnoxidschicht (43) bei der genannten Weiterverarbeitung so zerteilt wird, daß eine Vielzahl von gleichrichtenden, unabhängig voneinander arbeitenden HaIbleitereletnenten entstellt, die zu einer integrierten Schaltung zusammengefaßt werden.
    22. Verfahren nach Anspruch 12, da durch gekennzeichnet , daß als Substratinaterial Silicium gewählt wird und als Material für die Isolierung der Schicht SiOp gewählt wird und daß eine matallische Elektrodenschicht (34, 44, 54) auf der SnOp-Schielrfc gebildet wird.
    2'3. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennz ei eh η e t , daß eine sich über die ganze SnOp-Schicht erstreckende Metallschicht gebildet wird und daß dieses Metallschicht geätzt wird um Metallelektroden gemäß dem gewünschten Muster zu erzeugen.
    24· Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekenn*- z e ichnet , daß beim Ätzen der Metallschicht zunächst die nicht benötigten Schichtabschnitte in dem Gebiet der SnOp-SiOp-utruktur entfernt werden und dann die nich-t benötigten ochichtaliselffiitte der Metallschicht in dem Bereich der SnOp-
    Si- Struktur entfernt werden.
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    Io
    25. Verfahren nach Anspruch 22, 25 und 24- , dadurch gekennzeichnet , daß die Metallelektrode aus Wickel besteht.
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DE19702047176 1969-10-02 1970-09-24 Halbleiterbauelement Expired DE2047176C3 (de)

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JP7909969 1969-10-02

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DE2047176A1 true DE2047176A1 (de) 1971-04-29
DE2047176B2 DE2047176B2 (de) 1972-06-29
DE2047176C3 DE2047176C3 (de) 1976-09-30

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2633878A1 (de) * 1975-07-28 1977-02-17 Kilby Jack St Clair Energiewandler

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DE2633878A1 (de) * 1975-07-28 1977-02-17 Kilby Jack St Clair Energiewandler

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DE2047176B2 (de) 1972-06-29
GB1322056A (en) 1973-07-04
FR2064108A1 (de) 1971-07-16
FR2064108B1 (de) 1976-03-19

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