DE1067131B - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einer zwischen einer Metallschicht und der Oberflache des Halbleiterkristalls erzeugten Randschicht - Google Patents

Description

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XKXtXHKt. KL. H 011

ÜTSCHES PATENTAMT

AUSLEGES'CHRIFT 1067131

S41996VIIIc/2Ig

AHMELDETACi 17. DEZEMBER 1954

βCKANNTM4CHONC
OrRASMtLDONG
CND ACSCABE OCS
At)SLECESCUHtFr: IS. O KTO B E R 1959

Die Erfindung bezieht sich .auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, beispielsweise Richtleiter oder Transistor, mit einer' zwischen einer ^ίctallschicht und der Oberfläche des Halbleiterkristalls erzeugten Randschicht

Bei · Transistormikrophonen. also einer auf dem Transistorprinzip, beruhenden Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Schwingungen, ist es bereits bekanntgeworden, eine sehr dünne Schicht von etwa 10-⁴Cm Stärke auf der Oberfläche 10-des verwendeten, n-leitcnden Halbleiters zur Erzeugung der gewünschten Transistorwirkung in eine p-lcitende Schicht umzuformen, auf der Kohleköroer. einen Kontakt bilden, wie es vom Emitter oder Kotlcktor eines Spitzentransistors her bekannt ist.

In der Hauptpatentanmeldung ist ein Verfahren zum .■ Herstellen einer Halbleiteranordnung, beispielsweise Richtleiter oder Transistor, beschrieben, mit einer zwischen einer Metallschicht und der Oberfläche des Halbleiterkristalis erzeugten Randschicht, bei dem ao die zwischen dem Halbleiterkristall und der Metallschicht befindliche Halbleiteroberfläche extrem gereinigt und auf der von jeder Fremdschicht befreiten Halbleiteroberfläche durch entsprechende weitere Oberflächenbehandlung eine in sich reine, homogene. zusammenhängende, im Vergleich zur Randschicht sehr dünne, beispielsweise '/ιο»μ Dicke aufweisende. Oxydschicht erzeugt wird, auf tier dann die Metallschicht aufgebracht wird. Es"isfin der HauptpatentajtmddunjJ^witterhirT ausgeführt, daß diese Fremdschicht aus einem oder mehreren Oxyden besteht, und es sind Verfahren zur Herstellung dieser Schicht angegeben. Zweckjjer Fremdschicht ist eine Vergrößerung der R"ärnl*perrwirkung.~d. h. eine Erhöhung der Sperrspannung i)ei gleichzeitiger Erniedrigung des Sperrstromes. · '

Erfindungsgemäß wird eine Weiterbildung <tes Verfahrens gemäß der Hauptpatentanmeldung. weicht auf Grund weiterer experimenteller Untersuchungen und theoretischer Überlegungen über mögliche Deutungen »o der durch die technischen Maßnahmen erziehen Wirkung ermöglicht worden ist. dadurch erreicht, daß an Stelle der Oxydschicht eine Fremdschicht verwendet wird, die aus einem oder mehreren Chalkogentden. ausgenommen den Oxyden, verzugsweisc des Halbleitermaterial und/oder einer Titanverbindung, beispielsweise Titandioxid, besteht oder solche enthält.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Beschaffenheit der zwischen Halbleiteroberfläche und Metalikoatakt befindlichen Fremdschicht infolge ihrer geringen Dicke von weniger als 1 μ. im allgemeinen sogar weniger als Vf u. besondere Eigenschaften hat, welche teilweise als Isolatoreigenschaften, teilweise als HalbfcrtgreigffnscfiäTten zu deuten sind.

Verfahren zum Herstellen

einer Halbleiteranordnung

mit einer zwischen einer Metallschicht

und der Oberfläche des HalbleiterkristaUs

erzeugten Randschicht

Zusatz zur Patentanmeldung S 40844 VHIc/21 j (Auslegwduiil 1044 286}

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g kr Sauerstoff unter Umständen

durch eine auf dem Halbleiter befindliche OxydMrhicht gebunden werden kann..Durch die Anwesenheit des Sauerstoffes auf der Oberfläche eines n-leitcndea Halbleiters.— nur tür einen solchen gilt die Betrachtung von Mott — werden an der Oberfläche des Halb; Idters Defektelektronen erzeugt, welche eineAnhet» des verbotenen Bandes am Rande des Halbleiter

Anmelder: Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Wittelsbadierplatz 2

Or. Alfred Politydci, Karlsruhe,

und Dr. Heinrich Kniepkamp, München-Solln,

sind als Erfinder genannt worden

'. An Hand der Zeichnung seien' zwei mögliche Deutungen der durch die Erfindung herbeigeführten Wirkung diskutiert. ^;

In Fig. 1 bedeutet .1 den Halbleiter, beispielsweise. dm-n_Siliziun)kri>taU. und 2 die darauf angeordnete MetaÜscliicht, iHiispielsweise eine Goldschicht. Zwischen beiden Schichten- bildet sich an der Trennfläche bekanntlieh cine S'»genannte Schottky sehe Randaperr-.schicht mit "entsprechender Bandaufbäumung (dicke Linien) aus. Xach Untersuchungen von Mot t wird die Sperrwirkung wesentlich erhöht bzw. ermögliclit da- ■ durch, daß'sich freier Sauerstciffjn düiinster Sc.hicljt auf der Oberfläche des Halbleiters t>eimdetTTlott gibt an. daß

Claims (3)

der in Fig. 1 dargestellten Weise (dünne Linien) bewirken. Hierdurch entsteht die Möglichkeit, daß Elektronen aus dem besetzten Band des Halbleiters in das Metal! übertreten .können. Das Leitungsband des Metalls ist aaf der rechten Seit«; der Fig. 1 dargestellt. Die Anwesenheit der Defektelektronen auf der Halbleiteroberfläche ist durch Pluszeichen angedeutet. Diese Deutung von MOtt kann unter L'nutändvn auch zur Deutung der durch die Maßnahme nach der Erfindung erzielten Wirkung mit herangezogen werden. Es ist allerdings insofern eine zusätzliche Betrachtung ,anzustellen, als MOtt bei seiner Theorie voraussetzt, daß die Oxydschicht von zu vernachlässigender Dicke ist und nur den Zweck hat, freien Sauerstoff zu binden, welcher die Defektelektronen liefern soll. Aus *s diesem Grunde ist auch bisher experimentell nach der von MOtt angegebenen Theorie noch nicht verfahren worden, weil die Herstellung einer derart dünnen Oxydschicht nicht möglich erschien. Tatsächlich ist deritaod von der Größenordnung von 10'* Ohm "bei einer Schichtlänge von 5 cm und einer Schichtbreitc von 2 cm auf. während der Widerstand in Richtung senkrecht zur HalbleitcrolKirfläche kleiner als 1 Ohm S ist. bei Schichtbieite und -länge von etwa 1-2cm. Die einleitenden Ülwrlcgungen lassen sich dahingehend zusammenfassen, daß die zwischen Halbleiter» olxirfiäche und Metallkotitaktfläche angeordnete Fremdschicht die Eigenschaft besitzen muß:

1. dem Leitfähigkeitstypus der Halbleitergrundsubstanz entgegengesetzte Ladungsträger zu liefern und

2. so dünn zu sein, daß eine Durchtunnetung durch die Majoritätsträger des Halbleiters in Frage.kommt; als Schichtdicke hat sich ein Bereich zwischen ViM bzw. V» und 1 μ ergeben.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens ist _die Fremdschicht eine halbleitende Schicht von entgegengesetztem Lettungstypu» wie"cfie

die gemäß der Erfindung vorgesehene Fremdschicht, ao rTalbleite?gfufi3suBstanz^ * S te besteht beispielsweise insbesondere Oxydschicht, dicker als die nach Mott aus Oxyden oder anderen Chalkogeniden, welche gevorausgesetzte Oxydschicht. Die Fremdschicht nach gebenenfalls durch Störung des stöchiometrischen der Erfindung soll nämlich rein und homogen sein und Gleichgewichtes nach dem Prinzip der gelenkten Vain sich möglichst zusammenhängen. Diese Anforde- lenzen in gewünschter Weise p- oder η-leitend sind, rung ist nach den Überlegungen von MOtt nicht zu as Sulfide oder Telluride oder auch Titanoxyde, etwa stellen, weil die Oxydschicht selbst bei der theorett- ΤΠΧ. konTm^^eispicTs"weiseTiierfuT"in" Frage* sehen Überlegung außer Betracht gelassen wird und Der Aufbringung der Freradschicht geht eine exnur als Träger für den wirksamen Sauerstoff dient. treme Reinigung, vorzugsweise eine Politur d^r Obcr-Demgegenüber ist die zusammenhängende Fremd- -fläche des Halbleiterkristalls voraus, wobei sich zur schicht nach der Erfindjung, sofern sie eine reine, ein- 30 Behandlung von Silicium besonders ein bereits vorfache Oxydschicht ist, als eine Isolierschicht anzu- geschlagenes Gemisch von 40^>/»iger Flußsäure und sehen, welche so dick ist, daf5 sie in sich gut zusammen- rauchender Salpetersäure als zweckmäßig erwiesen hängend und homogen ausgebildet ist. und die anderer- hat. Anschließend an diese Vorbehandlung wird die seits so dünn sein muß, daß sie durch den Tunnel- Oberfläche gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur effekt von den Ladungsträgern durchdrungen werden 35 einer Sauerstoff- oder sauerstoffhaltigen Atmosphäre kann. Auf Grund der im Zusammenhang mit der Er- ausgesetzt. Gegebenenfalls tritt an Stelle der Behandfindung angestellten Versuche hat sich gezeigt, daß die
Fremdschicht bis zu etwa ¹Zj μ stark sein kann und daß
sie zweckmäßig dicker als '/»μ, mindestens jedoch
Vim> μ sein soll.

Da bei derartigen im Verhältnis zu der Mottschen
Zwischenschicht⁴ erheblich dickeren Schichten auch
THKh andere physikalische Wirkungen auftreten können, sei an Hand der Fig. 2 eine andere'Überlegung
durchgeführt, welche bei der Schichtbildung'nach der 45 werden kann. Erfindung ebenfalls Platz greifen kann und möglicher- Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Halbweise zusätzlich zur ersten Deutungsart in Betracht leiter, wie Germanium, Silicium. Verbindungen von kommt. Hiernach besteht die dünne Fremdschicht, Elementen der III. und, V., IL und VI., I. und welche mit 3 bezeichnet ist., aus einer halblgjtendcn VII. Gruppe des Periodischen Systems sowie deren Substanz, die beispielsweise" oluTch ein Gemisch so Mehtfachverbindungen. . . . mehrerer Oxyde zustande kommen kann. Dabei ist es
wichtig, daß diese Schicht den entgegengesetzten Lci-

FäirHes n-Siliciums p-leitcnd ist. Die Zwischenschicht bewirkt dann"

lung mit Sauerstoff eine entsprechende Behandlung mit einer Schwefel-, Telluratmosphäre od. dgl. Es ist unter Umständen auch möglich, das gewünschte Oxyd, insbesondere SHiciumoxyd, Siliciumtellurid, Titanoxyd od. dgl. durch Aufdampfen auf die Halbleiteroberfläche aufzubringen, wobei der Aufdampfvorgang entweder an Stelle der atmosphärischen Behandlung bzw. Temperung oder zusätzlich zu dieser angewandt

PatentaSSPBOCME:

das" Zustandekommen eines ■p-n-Ulter.r ganges, welcher gegebenenfalls zusätzlich zur Schottky^chcn Randschicht eine übliche Flächcnrichtleiterwirkung hervorruft: Die Verformung des Leitungsbandes in den drei Schichten 1, 3 und 2 ist in Üblicher Weise in der Fig. 2 angedeutet. * ■

Es ist gemessen worden, daß Ise» der beispielsweise!» Anordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. sich folgende Leitiähigkeitseigenscnattcn der gegebenenfalls p-lcitendcn Zwischenschicht 3 auf der n-lcitenden Siliciumschicht 1 ergeben: Die Schicht 3 hat eine Dicke von '/ta μ und besteht aus Siliciumoxyd, welches gegebenenfalls aus mehreren Oxydschichten-geinischt ■ sein kann. Die Kathode 2'besteht aus Go*d, Silber oder auch Kupfer. In Richtung des Pfeiles S parallel zur Schichtung weist die Zwischenschicht einen Wi- 7«

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-, anordnung, beispielsweise Richtleiter oder Transistor, mit einer zwischen einer Metallschicht'und der Oberfläche des Halbleiterkristalls erzeugten Randschicht, bei dem die zwischen dem Halbleiterkristall und der Metallschicht befindliche' Halbleiteroberfläche zunächst extrem gereinigt und auf der von jeder Fremdschicht befreiten Halbleiteroberfläche durch entsprechende weitere Oberflächenbehandlung eine in sich reine, homogene, zusammenhängende, im Vergleich, zur Randschicht sehr dünne, beispielsweise 'Λωμ Dicke aufweisende Oxydschicht erzeugt wird, auf der dann die Metallschicht aufgebracht wird, nach Patentanmeldung S 40844 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Oxydschicht eine Fremd-

schicht verwendet wird, die aus einem oder mehreren Chalkogenide«, ausgenommen den Oxyden, vorzugsweise des Halbleitermaterials, nnd/oder einer Titanverbindung, beiipielsweise Titandioxyd, besteht oder solche enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Fretndschicht zwischen ¹Am und 1 μ gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Politur der Halb- te leitsroberfläche, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, die Halbleiteroberfläche einem flüssigen und/oder gasförmigen Medium ausgesetzt wird und dabei die Fremdschicht durch Verbindung^·

bildung erzeugt wird. _. ' '"*"*

—?T~ Verfahren" nach Anspruch 1 oder. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fret .-!schicht aufgedampft

wird. ~ ■ ~ ——·,

■^"SrVerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode im Vakuum, zweckmäßig unmittelbar nach der Aufbringung der Fremdschicht, durch Bedampf er. erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA-Patentschrift Nr. 2 497 770.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen