DE1112207B

DE1112207B - Verfahren zur Herstellung eines dotierten Bereiches in einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1112207B
Application number: DES61680A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hubert Patalong; Dr Phil Nat Norbert Schink
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-02-07
Filing date: 1959-02-07
Publication date: 1961-08-03

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S61680Vmc/21g

ANMELDETAG: 7. F E B RU AR 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. AUGUST 1961

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Photodioden u. dgl., bestehen meistens aus einem einkristallinen Grundkörper aus Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems, auf den Elektroden aufgebracht sind.

Bei verschiedenen Herstellungsverfahren derartiger Halbleiteranordnungen wird in den Grundkörper Elektrodenmaterial einlegiert, das ein Dotierungsmaterial enthält. Beispielsweise werden auf flache einkristalline Grundkörper aus p-Silizium Folien aus einer Gold-Antimon-Legierung (0,5 bis 1% Antimon) aufgelegt und durch Erwärmen einlegiert, wodurch z. B. die Emitterelektroden von npn-Transistoren hergestellt werden. Auch die Herstellung eines pn-Überganges in η-leitendem Halbleitermaterial ist möglich, wenn die Goldlegierung einen p-dotierenden Stoff, beispielsweise Indium oder Gallium, enthält.

Die auf solche Weise hergestellten pn-Übergänge zeigen trotz gleicher Dotierungskonzentration unterschiedliches Verhalten; beispielsweise hat der Verstärkungsfaktor solcher Transistoren unterschiedliche Werte. Eine Erklärung darüber ist darin zu suchen, daß die Gitterstruktur des rekristallisierten Halbleitermaterials gegenüber der vorher vorhandenen verändert ist. Man muß annehmen, daß während des Legierungsvorganges das aufgeschmolzene Halbleitermaterial beim Erkalten zwar wieder einkristallin rekristallisiert, daß aber geometrische Störungen durch eingebaute Fremdatome auftreten. Das Gitter ist durch den Einbau der meist einen größeren Atomradius besitzenden Dotierungsmaterialien aufgeweitet. Die Folge ist die Bildung von Rekombinationszentren und damit eine unkontrollierte Veränderung der Halbleitereigenschaften. Dies macht sich beispielsweise bei der Emitterelektrode besonders nachteilig bemerkbar, da die eingebrachten Ladungsträger durch die zusätzlichen Rekombinationszentren eine wesentlich geringere Lebensdauer als sonst haben. Durch das Verfahren nach der Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten Bereiches in einer Halbleiteranordnung mit einem Grundkörper aus einkristallinem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, in das Elektrodenmaterial einlegiert wird, das ein Dotierungsmaterial aus der III. oder V. Gruppe des Periodischen Systems enthält, dessen Atomradius größer als der des Halbleitermaterials ist. Erfindungsgemäß wird dem Elektrodenmaterial mindestens ein Stoff zugesetzt, dessen Atomradius kleiner als der des Halbleitermaterials ist und der keine gegendotierende Wirkung zeigt. Das Dotierungsmaterial kann auch Verfahren zur Herstellung

eines dotierten Bereiches

in einer Halbleiteranordnung

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Hubert Patalong, Pretzfeld,

und Dr. phil. nat. Norbert Schink, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

einen hinsichtlich des Leitfähigkeitstyps neutralen Stoff enthalten, beispielsweise Gold. Als Zusatzstoff mit geringerem Atomradius kommen insbesondere Sauerstoff und Schwefel in Frage.

Die vorwiegend verwendeten Halbleitermaterialien Germanium und Silizium haben einen Atomradius von 1,22 bzw. 1,17 A. Die p-Leitung hervorrufenden Substanzen Indium (1,25), Gallium (1,50) und Aluminium (1,25) sowie die η-Leitung hervorrufenden Substanzen Antimon (1,41) und Wismut (1,52) besitzen zum Teil erheblich größere Atomradien. Auch die als bezüglich des Leitfähigkeitstyps neutrale Stoffe verwendeten Substanzen wie Gold (1,34), Silber (1,34) und Blei (1,54) tragen zur Aufweitung des Atomgitters und damit zur Bildung von Rekombinationszentren bei. Soweit die schädlichen Bestandteile aus dem Elektrodenmaterial entfernt werden dürfen, wird man sie natürlich entfernen, beispielsweise Kalzium (1,74). Teilweise ist dies aber nicht möglich, da die Stoffe wichtige Funktionen, z. B. als Dotierungsmaterial, erfüllen. Durch die Hinzunahme von Stoffen mit kleinerem Atomradius kann eine Kompensation der schädlichen Wirkungen herbeigeführt werden. Diese Stoffe dürfen natürlich keine gegendotierende Wirkung aufweisen. Sauerstoff (0,66) und Schwefel (1,04) haben sich dafür in jeder Hinsicht als sehr geeignet erwiesen.

Der Zusatz der genannten Stoffe zum Elektrodenmaterial kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sauer-

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stoff kann beispielsweise in der Weise eingebracht werden, daß ein Teil des Elektrodenmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre (Luft) erhitzt wird. Ferner kann z. B. nur ein Bestandteil eines aus einem bezüglich des Leitungstyps neutralen Grundmaterial 5 und dotierenden Substanzen bestehenden Dotierungsmaterials in Luft geröstet und dann mit den übrigen Bestandteilen zusammenlegiert werden.

Auf ähnliche Weise kann beim Zusatz von Schwefel verfahren werden. Ein Teil des Elektrodenmaterials wird in pulverförmigem Zustand mit pulverförmigem Schwefel gemischt und anschließend erhitzt. Auch hier kann nur ein Bestandteil des Elektrodenmaterials mit dem Schwefelzusatz versehen und anschließend mit den anderen Bestandteilen zusammenlegiert werden.

Es ist auch möglich, dem Elektrodenmaterial sowohl Sauerstoff als auch Schwefel zuzusetzen. Zweckmäßig wird dabei so verfahren, daß zunächst ein Teil des Elektrodenmaterials in Anwesenheit von Sauerstoff erhitzt, ein weiterer Teil mit Schwefel erhitzt und danach der geröstete und der geschwefelte Teil miteinander und eventuell mit einem dritten unbehandelten Teil des Elektrodenmaterials zusammenlegiert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines dotierten Bereiches in einer Halbleiteranordnung mit einem Grundkörper aus einkristallinem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, in den Elektrodenmaterial einlegiert wird, das ein Dotierungsmaterial aus der III. oder V. Gruppe des Periodischen Systems enthält, dessen Atomradius größer als der des Halbleitermaterials ist, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Elektrodenmaterial mindestens ein Stoff zugesetzt wird, dessen Atomradius kleiner als der des Halbleitermaterials ist und der keine gegendotierende Wirkung zeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial einen hinsichtlich des Leitfähigkeitstyps neutralen Stoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial Gold enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrodenmaterial Sauerstoff zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Elektrodenmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt wird.

O.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Elektrodenmaterials oxydiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Bestandteil des Elektrodenmaterials in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt und dann mit den anderen Bestandteilen zusammengeschmolzen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrodenmaterial Schwefel zugesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Elektrodenmaterials zusammen mit Schwefel erhitzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Elektrodenmaterials in pulverförmigem Zustand mit pulverförmigem Schwefel gemischt und anschließend erhitzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bestandteil des Elektrodenmaterials zusammen mit Schwefel erhitzt und anschließend mit den anderen Bestandteilen des Elektrodenmaterials legiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrodenmaterial sowohl Sauerstoff als auch Schwefel zugesetzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1037 015;
USA.-Patentschriften Nr. 2 600 997, 2 809165;
Gmelin, Handbuch der Anorg. Chemie, 8. Auflage, Germanium, Ergänzungsband, 1958, S. 366.