DD281486A5

DD281486A5 - Verfahren zur herstellung von halbleiterkapazitaetsdioden

Info

Publication number: DD281486A5
Application number: DD31063587A
Authority: DD
Inventors: Rainer Pickenhain; Stacia Schwetlick; Werner Seifert; Gisela Biehne
Original assignee: Univ Leipzig
Priority date: 1987-12-17
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1990-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkapazitaetsdioden auf der Basis von GaAs mit groszer Kapazitaetsvariation und exponentiellem Verlauf der Kapazitaets-Spannungs-Kennlinie. Dabei wird das erforderliche Dotierungsprofil beim epitaxialen Wachstum durch die Zugabe von Ammoniak waehrend der Zuechtung erreicht.{Kristallwachstum; Gas-Phasen-Epitaxie; AIII-BV-Halbleiter; Halbleiter Bauelement; Kapazitaetsdiode}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkapazitätsdioden auf der Basis von GaAs mit großer Kapazitätsvariation und exponentiellem Verlauf der Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie.

Charakteristik des bekann '.υπ Standes der Technik

Verfahren zur Hersteljunß von Kapazitätsdioden mit ähnlichem Kar -,zitäts-Spannungs-Verlauf auf der Basis von Si p^n Übe.gingen mit starkem Dotierungsprofil sind aus QB 1182222 und aus der DT 2104752B2 bekannt. Unter einer Kapazitätsdiode mit großer Kapazitäts-Variatlon und exponentiellem Verlauf der Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie wird hier eine solche Diode verstanden, die in dei Abstimmkreisen von Rundfunkempfängern für ähnliche Wellenbereiche verwendbar ist.

An solche Kapazitätsdioden muß neben der Forderung nach einem hohen Dotierungsunterschied des Halbleiterkörpers und damit großer Kapazltlts-Variation die Forderung nach einem möglichst genau exponentiellen ''erlauf der Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie gestellt werden. Um Kapazitätsdioden herzustellen, die diesen Forderungen nahekommen, ist es auch beieite bekannt (Int. elekron. Rundschau 22 f «968] 10,249 bis 253), von einem Si-Halbleiterkörper auszugehen, auf den eine hochohmige Schicht vom gleichen Leistungstyp aufgebracht und in diese dann eine nlederohmige Zone, ebenfalls vom gleichen Leitungstyp eindiffundiert und anschließend durch eine weitere Diffusion der pn-übergang gebildet wird, Weiter ist es bekannt (PE 1947300), von einem Si-Halbleiterkörper auszugehen, auf den zunächst eine hochohmige Schicht vom gleichen Leitungstyp, dann eine Schicht vom entgegengesetzten Leitungstyp aufgebracht wird, die Dotierungsstoffe der ersten hochohmigen Schicht enthalten, die dann durch eine Wärmebehandlung in die hochohmige Schicht eindiffundiert werden und anschließend durch eine weitere Diffusion der pn-übergang hergestellt wird.

In der DE 2104752 wird ein verbessertes Verfahren angegeben, bei dem vor dem Einbringen des den pn-übergang bildenden Materials mindestens eine Eindiffusion von dem dem Grundkörper gleichen Leitungstyps erzeugenden Dotierungsmaterial in die letzte Schicht erfolgt, welche die Leitfähigkeit weiter erhöht. Mit diesem Verfahren ist es möglich, Kapazitäts-Dioden auf der Basis von Si so herzustellen, daß sie den oben genannten Forderungen genügen, Nachteile der genannten Verfahren sind vor allem in der Vielzahl der Prozeßschritte zu sehen (mehrere epitaktische Schichten, Aufbringen von Oxidschichten mit Fenstern für die nachfolgende Diffusion, mindestens zwei Diffusionsschritte zum Einbringen des Dotlerungsprofits bzw. des p^¥n-Übergangs), deren Ausführung mit hoher Präzision erfolg sn m uß, so daß solche Dioden sehr teuer in der Produktion sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es Kapazitätsdioden mit großer Kapazitätsvariation und exponentiellem Verlauf der Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie herzustellen.

Darlegung das Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der Erkenntnis, daß eine Kapazitätsdiode mit oben genannten Merkmalen ein Dotierungsprofil nach den genannten Merkmalen aufweisen muß, ein solches Verfahren zu entwickeln, bei dem die Herstellung dieser Kapazitätsdiode in möglichst wenigen Schritten erfolgen kann. Insbesondere wurde angestrebt, ein Epitaxieverfahren zu entwickeln, mit Hilfe dessen die Züchtung (Herstellung) eines Halbleiterkörpers mit dem anzustrebenden Dotierungsprofil in möglichst einem Prozeßschritt erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Ausgangsmaterial ein GaAs-Substrat (Te- oder Sn-dotiert) mit einer n-Dotierungskonzentration von 10^t8cm~³ zu verwenden, auf welches im Halogen-Gasphasenabscheidungsverfahren eine GaAs-Schicht abgeschieden wird (in-situ), die ein Nettodotierungsprofil Abb. 1 enthalt, wobei die niedrige Dotierung von 5 x iO^ucm~' durch die Anwesenheit von NHj in der Gasphase erzielt wird, der Anstieg der Dotierung durch langsames stufenweises Abschalten der NH₃-Konzentration erfolgt, die hohe Dotierung der Schicht am Endo des Dotierungsprofils durch die Zugabe vpn SiCi₄ in die Gasphase erzeugt wird und die Raumladungszone durch Aufdampfen von Au durch eine SiO₂ Maske nach Anätzen dar obersten Schicht mit H₂SO<;H₂O₂:H₂O hergestellt wird. Insgesamt besteht die Herstellung der Kapazitätsdioden nur aus wenigen Prozeßschritten;

1. Vorbehandlung des Substrates,

2. Epitaktisches Aufwachsen der Schicht mit dem angestrebten Dotierungsprofil,

3. Aufbringen einer Maske zur definierten Erzeugung der Fläche der Kapazitätsdiode,

4. Bedampfung mit A j zur Erzeugung des Schottkykontaktes.

Das mit Hern Verfahren nach der Erfindung erreichte Dotierungsprofil kann der Beziehung N(x) = 1/x entsprechen, der ein Kapazitätsyerlauf InC « K - k' χ Ur entspricht. Dieser Kapazitätsverlauf ist einer der von den Anwendern von Kapazitätsdioden gewünschten Verläufe. In den beiden Beziehungen bedeuten;

N(x) : die Dotierungskonzentration am Orte

χ : Abstand von der Halbleiteroberfläche des Halbleiterkörper der Diode C : Diodenkapazität der Diode

K : Diodenkapazität bei Ur <= OV (Diffusionskapazität)

k* ; Proportionalitätsfaktor

Ua ; an der Diode anliegende Sperrspannung

Ein zu den geforderten Eigenschaften der Kapazitätsdiode führendes Dotierungsprofil läßt sich auf verschiedene Art und Weise erreichen. Das niedrige Niveau der Dotierung wird durch eine NH₃-Zugabe von 1 kPa bei einer Züchtungstemperatur von 725⁵C erreicht. Das einzustellende Profil N(X) =* 1/x kann nun durch Variation des NHs-Angebots und durch die Züchtungstemperatur erreicht werden. Der hochdotierte Ast des Nettodotierungsprofils wird in einfacher Weise durch die Zugabe von SiCI₄ realisiert, was einer Dotierung des Kristalls mit Si entspricht. Hier ist auch der Einsatz anderer Dotierelomonto z, B. Te denkbar. Die Erzeugung der Raumladungszone wird zweckmäßiger Weise durch die Herstellung sine.s Schottkykontaktes (Bedampfen von Au) vorgenommen. Es kann aber auch ein pn-übergang realisiert werden, z. B, durch Dotieren mit Zn, Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Dotiefungsprofil in einem Prozeßschritt (in der Gasphasenepitaxie) erzeugt wird, der einfach zu beherrschen ist und der es gestattet, das gewünschte Profil mit hoher Reproduzferbarkeit einzustellen. Mit diesem Verfahren können Kapazitätsdioden hergestellt werden, deren KapazitltsvaHationsbereich so groß und deren Kapazitätsverlauf so gut sind, daß sie als Abstimmelemente in Mittelwellen-Rundfunkempfängern und in Geräten, in denen ähnliche Anforderungen an die Abstimmelemente gestellt werden, eingesetet werden können. Darüber hinaus läßt sich auch ein beliebiges anderes Dotierungsprofil einstellen, so daß sich mit demselben Verfahren auch Kapazitätsdioden mit einem geringen Kapazitätsvariationsbereich hergestellt werden können. Durch die Verwendung von GaAs als Basfsmaterial wird auch im Gebiet dcif niedrigen Dotierung eine sehr hohe Beweglichkeit de· Ladungsträger erreicht, so daß auch Bauelemente, die bis in den Gigahertzbereich als Abstimmdioden mit beliebigem Kapazitätsvariationsbereich Verwendung finden können, mit diesem Verfahren hergestellt werden können.

Ausfuhrungsbeisplete

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung für die Züchtung des Nettodotieningsproftls ist in der Abbildung 1 dargestellt. Auf ein η-dotiertes Substrat 1 im gegebenen Fall GaAsrTe wird im Trichfoddverfahrsn (pVe« ⁼ 440Pa, T = 725°C) eine Epitaxieschicht von lOpm in folgender Weise aufgebracht, daß 2 in den ersten 4,5μηι des Wachstums 1 kPa NH₃ zusätzlich In die Abscheidungszone eingeleitet werden, für das Wachstum weiterer 1,7 pm 0,8kPa 3. Anschließend 4 wird die NHrZufuhr abgebrochen und nach der Abscheidung von 1 μαι Epitaxieschicht der Si-Dotiergasstrom bei einem Si-Partialdruck von 0,03Pa zugeschaltet. Nach dem Aufwachsen weiterer 0,6pm S erfolgt eine allmähliche Erhöhung des Sl-Dotierungsstromes in der Weise, daß der Si-Pariiald ruck in der Gasphase nach Abscheidung weiterer 1,3pm Epitaxieschicht 0,3Pa erreicht 6. Unter diesen Bedingungen wird abschließend eine 1 pm dicke Deckschicht aufgebracht 7. An Stelle von Si können dabei auch andere n-Dotanden wie z. B. Schv, dfel oder Tellur eingesetzt werden.

Das Im Züchtungsprozsß erreichte Dotierungsprofit ist das angestrebte und ist ebenfalls in Abb. 1 dargestellt. Zur Erzeugung der Raumladungszofie wird nun nach Säubern (Anätzen) der Oberfläche ein Schottkykontakt bzw. ein pn-übergang nach einem der üblichen Verfahren aufgebracht. Eine Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie, die die durch Züchtung nach obigem Ausführungsbeispiel erhalten wurde, zeigt Abb.2.

Claims

1. Verfanren zum Herstellen von Halbleiterkapazitätsdioden mit großor Kapazitätsvariation und exponentiellem Verlauf dbrKapazitäts-Spannungskennlinio auf der Basis von GaAs, gekennzeichnet dadurch, daß bei der auf einem r-ioderohmigen Substrat durch epitaktisches Wachstum unter Anwesenheit von NH3 im Halogen-Gasabscheidungsverfahren zuerst eine hochohmige Schicht aufgebracht wird, danach wird durch Senkung des NH₃-Angebots, Variation der Züchtungstemperatur und Zugabe eines n-Dotanden die Dotierungskonzentration bis zu einer Konzentration von 10¹⁸ erhöht, durch Aufdampfen von Au durch eine vorher aufgebrachte Maske (SiC>2 o,ä.) wird abschließend ein Schoitkykontakt aufgebracht, dessen Fläche den Absolutwert der Kapazität bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die hochohmige Schicht durch die Anwesenheit von NH₃ und einer geeigneten Züchtungstemperatur beim epitaktischen Aufwachsen entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Gradient in der Dotierung durch Variation der Züchtungstemperatur und/oder durch Verringerung der NHs-Zugabe beim epitaktischen Wachstum erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß durch Zugabe von SiCI₄ (bzw. eines anderen Detanden z. B, Te) in die Gasphase die Dotierungskonzentration nahe der Oberfläche weiter erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß nach Abätzen der obersten Schicht bis zum Beginn des Dotierungsgradienten eine Maske auf die Oberfläche aufgebracht wird, durch die Au definierter Fläche aufgedampft wird, so daß eine Raumladungszone derart entsteht, daß durch Variation einer anzulegenden Spannung die Raumladungszone bis zur hochohmigen Schicht ausgedehnt werden kann. '

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der angestrebte Dotierungsverlauf in-situ beim epitaktischen Aufwachsen erzielt wird.