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Verfahren zur Herstellung eines Transistors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit einem Halblei- terkörper, auf dem eine Emitter-und Basiselektrode nebeneinander in Form von Legierungselektroden an- gebracht sind, deren zugehörige Zonen aus umkristallisiertem, halbleitendem Material eine Verbindung mit der Basiszone herstellen.
Unter einer Legierungselektrode auf einem Halbleiterkörper wird hier eine
Elektrode verstanden, die dadurch hergestellt wird, dass man eine Menge aufzulegierenden Elektroden- materials im geschmolzenen Zustand auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers unterhalb des Schmelz- punktes des halbleitenden Materials des Körpers einen angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers lösen und darauf durch Abkühlung zunächst einen Teil des gelösten halbleitenden Materials in Form. einer am Kör- per anwachsenden Zone wiederauskristallisieren lässt, die sogenannte umkristallisierte Zone, worauf der verbleibende Teil der Schmelze erstarrt, der meistens grösstenteils aus dem auflegiertenElektrodenmate- rial besteht und weiter unten die erstarrte Zone genannt wird.
Diese erstarrte Zone ist durch die umkristallisierte Zone von dem ursprünglichen Material des Körpers getrennt. Das halbleitende Material der umkristallisierten Zone kann aus dem auflegierten Material wirksame Verunreinigungen aufgenommen haben, welche die spezifische Leitfähigkeit und den Leitfähigkeitstyp bedingen. Im vorliegenden Falle hat die umkristallisierte Zone des Emitters einen Leitfähigkeitstyp, der dem der Basiszone entgegengesetzt ist und die umkristallisierte Zone der Basiselektrode hat einen Leitfähigkeitstyp ähnlich dem der Basiszone.
Die Basiszone kann z. B. durch den halbleitenden Körper selber gebildet werden. Um den Frequenzbereich des Transistors nach den höheren Frequenzen hin zu vergrössern, ging das Bestreben dahin, den Abstand zwischen der Basiselektrode und dem Emitter und weiter die Stärke der Basiszone auf ein Mindestmass herabzusetzen. Es ist bekannt, eine solche dünne Zone durch eine Diffusionsbehandlung mit einer geeigneten, wirksamen Verunreinigung zu erzielen, wobei der Leitfähigkeitstyp dieser Zone dem des verbleibenden Teiles des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, der in diesem Falle die Kollektorzone bildet.
Eine solche durch Diffusionsbehandlung erhaltene Basiszone kann als Ganzes vor dem Anbringen der Emitter- und Basiselektrode angebracht werden ; sie kann auch mindestens teilweise während des Anbringens mindestens einer dieser Legierungselektroden durch Diffusion einerschnell diffundierenden Verunreinigung aus der aufgeschmolzenen Elektrode in das angrenzende Halbleitermaterial gebildet werden. Dabei kann gleichzeitig eine Verunreinigung aus der Umgebungsatmosphäre in die neben der Elektrode liegende Oberfläche des Halbleiterkörpers eindiffundieren. Diese Verunreinigung kann z. B. aus dem Elektrodenmaterial selbst verdampft werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt unter anderem, den Frequenzbereich eines Transistors, der durch dieses Verfahren hergestellt wird, und aus einem Halbleiterkörper besteht, auf dem die Emitter- und die Basiselektrode nebeneinander inForm von Legierungselektroden angebracht sind, deren zugehörige Zonen aus umkristallisiertem Halbleitermaterial einen Kontakt mit der Basiszone herstellen, weiter zu verbreitern.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anbringen dieser Legierungselektroden der zwischen diesen Elektroden liegende Teil der Oberfläche des Körpers in an sich bekannter Weise mit einem gegen Ätzmittel unempfindlichen Material abgedeckt wird, worauf das Ganze einer ebenfalls an sich bekannten Ätzbehandlung derart unterworfen wird, dass da* HmkthcdIMotB
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Material von mindestens einer dieser Elektroden von der von der andernElektrode abgewendeten Seite her über mindestens die Hälfte der durch die umkristallisierte Zone beanspruchten Kontaktoberfläche mit der
Basiszone weggenommen wird. Auf diese Weise können z.
B. die für einen hohen Frequenzbereich ungün- stigen Innenkapazitäten des Transistors verringert werden, ohne dass der Abstand zwischen der Emitter- und Basiselektrode vergrössert wird. Es ist dabei möglich, lediglich von der Basiselektrode umkristalli- siertes Material wegzunehmen. Umkristallisiertes Material wird vorzugsweise mindestens von dem Emit- ter entfernt, so dass die Kapazität der gleichrichtenden Emitter-Basisschicht verringert wird. Die durch die umkristallisierte Zone beanspruchte Kontaktoberfläche mit der Basiszone beträgt vorzugsweise nicht mehr als ein Viertel der ursprünglichen Kontaktoberfläche. Es sei bemerkt, dass Ätzbehandlungen unter
Verwendung von Abdeckungen an sich bereits bekannt sind.
Es sei weiter bemerkt, dass es an sich bekannt ist, bei einem Transistor mit einer durch Diffusion erhaltenen Basiszone, auf der die Emitter- und Basiselektrode nahe einander angeordnet sind, die Basiszone ausserhalb der durch diese beiden Elektroden bedeckten Teile und dem dazwischenliegenden Teil durch eine Ätzbehandlung weitgehendst zu entfernen, so dass der Übergang zwischen der Basiszone und der Kol- lektorzone auf eine kleine Oberfläche beschränkt wird, wodurch auch die Kapazität dieses Übergangs gering ist. Bei einer solchen Ätzbehandlung ist es öfters unvermeidlich, dass auch ein kleiner Teil der umkristallisierten Zone der Emitter-und/oder der Basiselektrode entfernt wird.
Es handelt sich dabei jedoch um die Wegnahme umkristallisierten Materials über nur einen kleinen Teil. der ursprünglich durch die umkristallisierte Zone eingenommenen Kontaktoberfläche mit der Basiszone, während bei dem Verfahren nach der Erfindung das umkristallisierte Material über mindestens die Hälfte der ursprünglich durch die umkristallisierte Zone beanspruchten Kontaktoberfläche entfernt wird. Die erstarrte Zone, die dabei aus der umkristallisierten Zone hervorragen kann, kann noch hinreichend gross sein, um eine gute Befe- stigung eines Anschlusses zu ermöglichen.
Das weggenommene Material wird vorzugsweise durch Isoliermaterial, z. B. eine Isolierschicht ersetzt. Auf diese Weise wird der hervorragende Teil der erstarrten Zone zweckdienlich abgestützt.
Der Abstand zwischen der Emitter- und der Basiselektrode ist vorzugsweise klein, z. B. kleiner als 25011. Die Abmessungen der durch die umkristallisierte Zone beanspruchten Oberfläche können dabei von der gleichen Grössenordnung sein, während die Abmessungen der erstarrten Zone wesentlich grösser sein können.
Unterhalb des Teiles der ursprünglichen Kontaktfläche, wo das umkristallisierte Material weggenommen worden ist, ist vorzugsweise die Basiszone an sich auch wenigstens zum Teil entfernt, so dass auch die Kontaktoberfläche zwischen der Kollektor- und der Basiszone und somit die Kapazität zwischen der Basis und dem Kollektor weiter verringert werden.
Die Ätzbehandlung wird vorzugsweise so'lange fortgesetzt, bis maximal ein Viertel der von der umkristallisierten Zone eingenommenen Kontaktoberfläche mit der Basiszone verbleibt.
Die Ätzbehandlung erfolgt vorzugsweise in mehreren Stufen mit zwischenzeitlicher Messung der Kapazität des Basis-Emitterüberganges. Es können dabei mehrere Ätzbäder verwendet werden, die vorzugsweise Ätzmittel in verschiedenen Konzentrationen enthalten, während auch verschiedene Stromdurchgänge benutzt werden können, so dass während der ersten Stufe das Ätzen schneller vor sich geht als in späteren Stufen, um die gewünschte Kapazität genau erzielen zu können. Dieses Verfahren eignet sich vorzüglich für die Automatisierung, z. B. indem beim Erreichen der gewünschten Kapazität oder beim Erreichen eines etwas niedrigeren Wertes die Ätzbehandlung selbsttätig unterbrochen wird.
Nach dem Anbringen der Legierungselektroden und vor der Ätzbehandlung kann bei mindestens einer der Legierungselektroden von der von der andern Elektrode abgewendeten Seite her ein Teil mechanisch entfernt werden, z. B. indem dieser Teil weggeschnitten wird.
Auf diese Weise ist die endgültige Form der umkristallisierten Zone nach dem Ätzen weniger abhängig von der ursprünglichen Form der Legierungselektrode und diese endgültige Form lässt sich regeln, indem eine geeignete Form der Front gewählt wird, von der her das Wegätzen stattfindet.
Das erfindungsgemässe Verfahren, dadurch hergestellte Transistoren und eine Messanordnung werden an Hand beiliegender, schematischer Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Transistors, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines Transistors nach Fig. l, Fig. 3 zeigt ein Schaltbild zum Messen der Kapazität zwischen der Basis und dem Emitter, Fig. 4 blockschematisch ein Ätzverfahren in verschiedenen Stufen, die Fig. 5 und 6 zeigen teilweise Draufsichten auf zwei andere Transistoren und Fig. 7 zeigt teilweise einen Querschnitt durch den Transistor nach Fig. 6.
In den Figuren ist deutlichkeitshalber die Schraffierung der Querschnitte nicht angegeben ; entsprechende Einzelteile oder Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, enthält ein Transistor eine erstarrte Zone 1, die im wesent-
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unterhalb der Zonen 1 und 3 eindringt, wodurch der Transistor mechanisch versteift wird.
Fig. 2 zeigt lediglich die Nut 12 und die Linien 18,19, 20 und 20a, die nahezu kreisförmig verlau- fen, da die Konturen der Zonen 1 und 3, die durch den Lack in der Nut 12 zusammengefügt werden vor dem weiteren Ätzen anfangs nahezu kreisförmig waren.
Der auf diese Weise hergestellte Transistor wird darauf auf bekannte Weise umhüllt.
Der vorstehend beschriebene Transistor hat niedrige Emitter-Basis-und Basis-Kollektorkapazitäten infolge der grossen Verringerung der Oberfläche des Basis-Emitter- und Basis-Kollektorüberganges.
Das Mass des Ätzens kann durch Überwachung der Kapazität des Basis-Emitterüberganges geregelt werden, da beiderseits desselben Material. mit einem niedrigen spezifischen Widerstand vorhanden ist.
Die Kapazität ist hinreichend hoch um eine Messung zu erlauben, auch wenn die Oberfläche des Über- ganges klein ist. Fig. 3 zeigt eine Schaltung zum Messen der Basis-Emitterkapazität. Die Schaltung ent- hält einen Generator 21 für Signale mit einer Frequenz von etwa 20 MHz und mit einer geringen Signal- stärke von etwa 50 mV. Der Generator 21 ist in Reihe mit dem Emitter-Basisübergang des Transistors und mit einem Widerstand 22 geschaltet. Eine Leitung 23 ist mit dem Emitter und eine Leitung 24 ist mit der
Basis des Transistors verbunden.
Das über dem Widerstand 22 auftretende Signal wird mittels eines Wech- selspannungsmessers 25 gemessen, der eine Anzeige der Kapazität des Basis-Emitterüberganges liefert.
Es hat sich ergeben, dass diese Kapazität gemessen werden kann, sogar wenn der Transistor in Wasser getaucht ist, wenn nur dafür gesorgt wird, dass der Widerstand des Wassers hoch ist, z. B. höher als
1000 Ohm. cm. Infolge der Anschlüsse an die Basis und an den Emitter wird eine Streukapazität auftreten, die grösser ist, wenn der Transistor in Wasser getaucht ist, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 80 besitzt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Kapazität des Basis-Emitterüberganges bei einer Vorspannung von Null Volt bis zu einem Sollwert von z. B etwa 7 pF überwacht werden kann, während die Streukapazität eines in Wasser getauchten Transistors etwa 3 t l pF beträgt.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung, in der die Ätzbehandlung von Transistoren automatisch durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung hat eine Anzahl von Stellen, bei denen abwechselnd eine Ätzung (bei den Stellen 26) und Spülen in Wasser und die Überwachung bei den Stellen 27 stattfindet. Die Überwachung erfolgt mittels einer Schaltung der vorstehend an Hand der Fig. 3 beschriebenen Art. Die über dem Widerstand 22 während der Überwachung erzeugte Spannung wird nicht einem Voltmeter zugeführt, sondern einer Regelvorrichtung, welche bedingt, ob eine Fortsetzung des Ätzvorganges notwendig ist oder nicht. Die Vorrichtung enthält ausserdem ein Zufuhrglied 28 für die Transistoren und einAbfuhrglied 29 (s. Fig. 4).
Ein Transistor wird in einem Halter an die Stelle 28 geführt und wird darauf nach der ersten Stelle 26 geleitet, wo der Transistor selbsttätig vor dem Ätzen elektrisch angeschlossen und in die Ätzflüssigkeit eines Bades 30 getaucht wird. Nach einer vorherbestimmten Zeit wird der Transistor nach der ersten Überwachungsstelle27 geführt, welche mit Leitungen 23 und 24 (s. Fig. 3) der Schaltung versehen ist, und in das Bad 31 (s. Fig. 4) mit Spülwasser getaucht. Nach hinreichendem Spülen wird die Schaltung 32 eingeschaltet und die Kapazität des Basis-Emitterüberganges wird gemessen.
Wenn die Kapazität noch nicht hinreichend herabgesetzt ist, wird der Transistor nach der zweiten Ätzstelle 26 geführt über eine durch die gestrichelte Linie 33 angedeutete Bahn, wobei er wieder einer Ätzbehandlung unterworfen wird, unter Anwendung eines zweiten Ätzbades 30. Der gleiche Vorgang erfolgt bei jeder weiteren Stelle 26 und 27, bis die gewünschte Kapazität erreicht ist. Wenn die gewünschte Kapazität erreicht ist, macht der Ausgang der Schaltung 32 ein Relais 34 wirksam, so dass das Ätzen nicht weiter fortgesetzt wird. Die gestrichelte Linie 33 deutet die durchlaufene Bahn in der Vorrichtung an. Der Transistor erreicht schliesslich das Abfuhrglied 29, wo er aus der Vorrichtung weggenommen wird. Es ist nicht notwendig, das Ätzen bei jeder Stelle 26 in gleichem Masse erfolgen zu lassen.
Das Ätzen erfolgt in einem erheblichen Ausmass vorzugsweise bei der ersten Arbeitsstelle 26, worauf Ätzen in geringerem Masse bei den weiteren Stellen 26 stattfindet, damit die gewünschte Kapazität allmählich erzielt wird. Das Mass des Ätzens an einer nächstfolgenden Stelle kann von der bei der vorhergehenden Messung festgestellten Kapazität abhängig gemacht werden.
Bei der schematisch in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung braucht der Weg 33 nicht linear zu sein. Es kann z. B. auch eine umlaufende Bahn benutzt werden. Weiter kann eine einzige Überwachungsschaltung in Verbindung mit jeder Stelle 27 nacheinander verwendet werden, wobei die Messung durchgeführt wird, bevor die Reihe der Transistoren sich weiter nach den Arbeitsstellen bewegt.
Das Ätzen kann auch bei einem Transistor mit zwei Legierungszonen durchgeführt werden, die durch Auflegieren an zwei getrennten Stellen eines Halbleiterkörpers erhalten sind, was in Fig. 5 angedeutet ist. Das umkristallisierte Material wird dabei unterhalb der beiden erstarrten Schichten weggeätzt wer-
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Der Transistor enthält zwei erstarrte Zonen 36 und 37 ; die Zonen 36 und 37 werden durch nicht dar- gestellte Drähte mittels nicht angedeuteten Lots verbunden. Eine Zone 38 aus ätzbeständigem Material wird zwischen den zwei Zonen 36 und 37 angeordnet, z. B. mittels eines Pinsels. Der Transistor wird dar- auf auf die an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene Weise geätzt, wobei die aufeinanderfolgenden Ätzpegel durch die gestrichelten Linien 39 angedeutet sind.
Ein anderes Verfahren ist in den Fig. 6 und 7 veranschaulicht. Dabei wird ein Teil jeder erstarrten
Zone 36 und 37 entfernt, wobei jeder der beiden Teile jeweils von der andern Zone abgewendet ist. Bei dem dargestellten Transistor wird annähernd die Hälfte jeder dieser Zonen, d. h. die schraffierten Tei- le 40 und 41, z. B. mit einem scharfen Messer entfernt. Darauf wird die ätzbeständige Schicht 38 an- gebracht. Die weiteren Stufen des Wegätzen sind durch die Linien 39 angedeutet, wobei die volle Li- nie 39 in Fig. 7 das endgültige Mass des Ätzens angibt. Es wird in diesem.
Falle nicht eine dünne, lang- gestreckte Kontaktzone zwischen dem umkristallisierten Material und dem erstarrten Material erhalten, wie bei dem in Fig. 5 angegebenen Transistor, sondern eine kurze, breitere Kontaktzone, wie in den
Fig. 6 und 7 angedeutet ist, in welchem Falle ein niedrigerer Basiswiderstand erzielt wird.
Es sei bemerkt, dass bei den drei Ausführungsformen der Fig. 1, 2,5, 6 und 7 die Abmessungen der erstarrten Zonen grösser sind als die der Kontaktzonen zwischen dem umkristallisierten Material und dem erstarrten Material, das nach dem Ätzen zurückbleibt, so dass im Falle einer sehr kleinen Kontaktober- fläche zwischen dem umkristallisierten Material und der Basiszone es jedenfalls verhältnismässig einfach ist, Drähte an den erstarrten Schichten anzubringen.
Statt des Polystyrenlacks und des Äthylmethylketons als Lösungsmittel können auch andere, dem anzuwendenden Ätzmittel widerstandsfähige Lacke z. B. Cerric Black Resist verwendet werden, welches letztere Material käuflich unter der Bezeichnung DH 5353 bei Cellon Ltd erhältlich ist, wobei Aceton als Lösungsmittel benutzt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit einem Halbleiterkörper, auf dem die Emitterund die Basiselektrode nebeneinander in Form von Legierungselektroden angebracht sind, deren zugehörige Zonen umkristallisierten, halbleitenden Materials einen Kontakt mit der Basiszone herstellen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anbringen dieser Legierungselektroden der zwischen diesen Elektroden liegende Teil der Oberfläche des Körpers in an sich bekannter Weise mit einem gegen Ätzmittel unempfindlichen Material abgedeckt wird, worauf das Ganze einer ebenfalls an sich bekannten Ätzbehandlung derart unterworfen wird,
dass das umkristallisierte Material von mindestens einer dieser Elektroden von der von der andern Elektrode abgewendeten Seite her über mindestens die Hälfte der durch die umkristallisierte Zone beanspruchten Kontaktoberfläche mit der Basiszone weggenommen wird.