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 Halbleiterkörpers

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DE1489135B2 DE19641489135 DE1489135A DE1489135B2 DE 1489135 B2 DE1489135 B2 DE 1489135B2 DE 19641489135 DE19641489135 DE 19641489135 DE 1489135 A DE1489135 A DE 1489135A DE 1489135 B2 DE1489135 B2 DE 1489135B2
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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,
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:
Tabelle I
Energie des Ionenstrahls in keV .... 10
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.
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
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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-
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)

Patentansprüche:
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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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3401107A (en) * 1965-08-05 1968-09-10 Gen Electric Method of manufacturing semiconductor camera tube targets
USB421061I5 (de) * 1964-12-24
US3383567A (en) * 1965-09-15 1968-05-14 Ion Physics Corp Solid state translating device comprising irradiation implanted conductivity ions
US3459603A (en) * 1966-01-12 1969-08-05 Us Air Force Method for preparing electroluminescent light sources
US3461361A (en) * 1966-02-24 1969-08-12 Rca Corp Complementary mos transistor integrated circuits with inversion layer formed by ionic discharge bombardment
US3413531A (en) * 1966-09-06 1968-11-26 Ion Physics Corp High frequency field effect transistor
US3457632A (en) * 1966-10-07 1969-07-29 Us Air Force Process for implanting buried layers in semiconductor devices
US3468727A (en) * 1966-11-15 1969-09-23 Nasa Method of temperature compensating semiconductor strain gages
US3515956A (en) * 1967-10-16 1970-06-02 Ion Physics Corp High-voltage semiconductor device having a guard ring containing substitutionally active ions in interstitial positions
US3520741A (en) * 1967-12-18 1970-07-14 Hughes Aircraft Co Method of simultaneous epitaxial growth and ion implantation
US3544398A (en) * 1968-07-11 1970-12-01 Hughes Aircraft Co Method of preventing avalanching in semiconductor devices
JPS4915377B1 (de) * 1968-10-04 1974-04-15
US3667116A (en) * 1969-05-15 1972-06-06 Avio Di Felice Method of manufacturing zener diodes having improved characteristics
US3634738A (en) * 1970-10-06 1972-01-11 Kev Electronics Corp Diode having a voltage variable capacitance characteristic and method of making same
US3940847A (en) * 1974-07-26 1976-03-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method of fabricating ion implanted znse p-n junction devices
US4111720A (en) * 1977-03-31 1978-09-05 International Business Machines Corporation Method for forming a non-epitaxial bipolar integrated circuit
CA1131797A (en) * 1979-08-20 1982-09-14 Jagir S. Multani Fabrication of a semiconductor device in a simulated epitaxial layer
US20080072469A1 (en) * 2006-09-27 2008-03-27 Parker Kevin P Apparatus and method for binding thick sheets including photographs
US20080073899A1 (en) * 2006-09-27 2008-03-27 Parker Kevin P Apparatus and method for binding thick sheets including photographs

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL88584C (de) * 1950-01-31
US2787564A (en) * 1954-10-28 1957-04-02 Bell Telephone Labor Inc Forming semiconductive devices by ionic bombardment
US3132408A (en) * 1962-01-18 1964-05-12 Gen Electric Method of making semiconductor strain sensitive devices

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Publication number Publication date
DE1489135A1 (de) 1970-06-04
BE642710A (de) 1964-05-15
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NL141710B (nl) 1974-03-15
GB1035151A (en) 1966-07-06
US3293084A (en) 1966-12-20

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