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Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung und eine nach diesem Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung.
Für den Betrieb von Halbleitergeräten bei 1000 MHz oder darüber benötigt man Halbleiterverbin- dungen, z. B. pn-Verbindungen, extrem kleiner Dimensionen in der Grössenordnung von 511 Durchmes- ser oder kleiner.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei welchem kleinflächige Halbleiterverbindungen, z. B. pn-Verbin- dungen, dadurch erzielt werden, dass auf der Oberfläche eines Siliciumkörpers eine Oxydschicht aufge- bracht wird und dass dann diese Oxydschicht mit photographischen Mitteln so verändert wird, dass eine Schablone für die nachfolgende Aufdampfung und Diffusion gebildet wird. Eine Siliciumscheibe wird hiezu zuerst in einer oxydierenden Atmosphäre zur Bildung eines Oxydfilmes erhitzt, welcher seinerseits mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckt wird. Ultraviolettes Licht wird dann durch eine Schablone auf bestimmte Teile der lichtempfindlichen Schicht Resendet und dann die Anordnung in einem Entwickler entwickelt.
Das Licht ändert den Widerstand der Schicht gegenüber dem Entwickler und nur diejenigen Teile der Schicht, welche nicht dem Licht ausgesetzt waren, werden weggelöst. Mit Fluorwasserstoff (Flusssäure) wird darauffolgend die Oxydschicht, welche nun nicht mehr mit der ursprünglich lichtempfindlichen Schicht bedeckt ist, weggelöst. Schliesslich wird der Rest der ursprünglich lichtempfindlichen Schicht abgewaschen. Es bleibt eine Siliciumscheibe übrig, welche eine Oxydschicht bestimmten Musters trägt. Letztere wird als Schablone für die weiteren Verfahrensschritte zur Erzeugung der Halbleiterverbindung verwendet.
Obwohl dieses Verfahren für Halbleiterverbindungen grösserer FlÅachenausdehnung vollkommen zufriedenstellend anwendbar ist, ergeben sich bei der Herstellung von Halbleiterverbindungen mit einer Flächenausdehnung von 5g Seitenlänge (Durchmesser) oder weniger Schwierigkeiten.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung mindestens einer Halbleiterverbindung, z. B. einer pn-Verbindung, einer pnVerbindung oder einer Halbleiterlegierung od. dgl., zuerst ein halbleitender Körper in an sich bekannter Weise mit einer Oxydschicht bedeckt wird, dann die Oxydschicht mit einer inerten Schicht, z. B.
Wachsschicht bedeckt wird, weiters die inerte Schicht zur Freilegung einer Fläche, welche die kleinstmögliche Halbleiterverbindungsfläche bestimmt, punktiert wird, darauffolgend die so freigelegte Fläche der Oxydschicht durch gesteuerte chemische Einflüsse so lange entfernt wird, bis die für die Halbleiterverbindung gewünschte Fläche freigelegt ist und schliesslich in an sich bekannter Weise die Halbleiterverbindungin der so freigelegten Fläche gebildet wird.
Ein Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1-9 zeigen die verschiedenen Verfahrensschritte.
Die Fig. 1 zeigt eine Scheibe Halbleitermaterial l, z. B. Silicium 0,01 Ohm. cm der n-Type, welches als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemässe Halbleiterverbindung verwendet wird. Die Scheibe wird mechanisch poliert und zuerst in Fluorwasserstoff (Flusssäure) und dann in Schwefelsäure gewaschen.
Darauffolgend wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine Oxydschicht 2 aufgebracht. Um diese Oxydschicht 2
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aufzubringen, wird die gereinigte Scheibe 1 in einer kontrollierten Atmosphäre von Sauerstoff einge- bracht und vier Stunden bei einer Temperatur von 11000 C erhitzt. Die Wachstumsgeschwindigkeit der
Oxydschicht 2 nimmt mit fortschreitender Zeit ab. Durch die genannte Behandlung wird eine Schicht von 0. 51l erreicht. Die gewünschte Oxyddicke wird durch die Zeit der Erhitzung erreicht und durch optische
Interferenzmessungen ermittelt. Die Farbränder, welche die Dicke der Oxydschicht bestimmen, können ohne Schwierigkeiten innerhalb des sichtbaren Lichtes bestimmt werden.
Die Scheibe wird dann nach der Bildung der Oxydschicht 2 abkühlen gelassen und dann wieder er- wärmt und mit einem säureabweisenden Wachs 3, z. B. Paraffinwachs, wie in Fig. 3 ersichtlich, bedeckt.
Nachdem die Wachsschicht 3 aufgebracht ist und sich gesetzt hat, wird sie oberhalb desjenigen Tei- les der Schicht punktiert, wo die pn-Verbindung entstehen soll, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Eine Näh- nadel Nr. 11, welche einen Durchmesser von 0,46 mm und eine feine Spitze hat, wird auf die Schei- be 3 durch (nicht dargestellte) Führungs- und Einstelleinrichtungen gesenkt. Es wird eine Federung ver - wendet, damit die Scheibe 1 und die Oxydschicht 2 nicht, wenn die Spitze in den Film eindringt, ver- letzt wird. Die Punktierung legt eine Fläche der Oxydschicht 2 frei, welche die kleinstmögliche Fläche der Halbleiterverbindung darstellt.
Der nächste Verfahrensschritt, gemäss Fig. 5, besteht im Weglösen der Oxydschicht 2 in der Umge- bung der Punktierung. Die Scheibe wird hiezu in Fluorwasserstoff (Flusssäure), z. B. eine Minute lang bei einer Temperatur von 200 C, eingetaucht, wodurch z. B. eine von Oxyd 2 befreite Fläche von 2, 541l Durchmesser entsteht. Es wird besonders bemerkt, dass die Stelle der Punktierung im Wachsfilm 3 nur den Angriffspunkt der Säure bestimmt, dass jedoch die Grösse der Fläche, an welcher der Oxydfilm weg- gelöst wird, von der Zeit der Säureeinwirkung abhängt. Man sieht daraus, dass in denjenigen Fällen, wo die wegzulösende Oxydfläche grösser wie der Nadelstich ist, die absolute Grösse der Nadelspitze nicht kritisch ist.
Der Rest des Wachsfilmes 3 wird dann durch ein Lösungsmittel weggelöst, wobei die Scheibe 1 mit der Oxydschicht 2 übrigbleibt, wie dies Fig. 6 zeigt. Diese Oxydschicht 2 ist demnach dort durchlöchert, wo dann im weiteren Verfahren auf dem Halbleiter 1 die Halbleiterverbindung gebildet werden soll.
Gemäss Fig. 7 wird dann eine Borsäureschicht 4 auf die Oxydschicht 2 und die oxydfreie Flächeder Scheibe 1 aufgebracht und. das Ganze dann eineinhalb Stunden lang bei 12200 C in einer Atmosphäre von feuchtem Sauerstoff gehalten.
Wie in Fig. 8 gezeigt wird, bewirkt diese Behandlung eine Diffusion von Bor in demjenigen Teil der Scheibe 1, welche oxydfrei war. Es wird ein Bereich von p-Leitfähigkeit gebildet, welcher 5 u dick ist und einen Durchmesser von 2, 54/-1 aufweist. Das Bor der Borsäure, welche auf der Oxydschicht2 líegç kann nicht durch die Schicht und in das Silicium dringen. Die mit der Oxydschicht noch bedeckten Teile der Scheibe 1 bleiben daher unberührt.
Ein elektrischer Kontakt wird auf dem p-Leitfähigkeitsbereich 5 durch Aufdampfung eines leitenden Materials, z. B. Kupfers, ermöglicht, auf welches leitende Material ein Anschlussdraht aufgelötet oder auf andere Weise aufgebracht werden kann. Der Rest des Boroxydes und der Oxydschicht 2 wird durch ein Waschen in Fluorwasserstoff (Flusssäure) entfernt.
Die Fig. 9 zeigt die Scheibe 1 mit n-Leitfähigkeit mit einem Bereich 5 der p-Leitfähigkeit.
Das Reinigen der Siliciumscheibe nach Fig. 1 kann an Stelle mechanischer Reinigung auch durch elektrolytische oder chemische Polierung erfolgen.
Die Herstellung der Oxydschicht 2 (s. Fig. 2) kann z. B. auch durch elektrolytische Ätzung erfolgen, wobei ein Essigsäure enthaltender Elektrolyt verwendet wird.
Die Oxydschicht kann auch durch Säuredämpfe, Säureaufsprühung oder Säurebespülung an Stelle des vollständigen Eintauchens entfernt werden. Es kann auch jede andere chemische Möglichkeit zur Entfernung der Oxydschicht in der Nähe der Punktierung angewendet werden, wie z. B. eine elektrolytische Entfernung. pn-Verbindungen können lach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch erreicht werden, dass Donatorenverunreinigungen im p-Leitfähigkeitsmaterial verwendet werden und die Akzeptorenverunreinigungen im n-Leitfähigkeitsmaterial. u. zw. beide in den Diffusionsverfahrensschritten, wie beschrieben, oder auch bei Legierungsverfahren, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren möglich sind.
Vielfachstrukturen können auch durch aufeinanderfolgende oder gleichzeitige Diffusion dieser Verurreinigungen hergestellt werden, wobei die Siliciumdioxydschablonen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden.
Reproduzierbare kreisrunde Verbindungen von 0, 7/1 Durchmesser können ohne Schwierigkeiten mit
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dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden. Das gleiche Verfahren kann auch zur Herstellung von Halbleiterverbindungen komplizierterer Muster verwendet werden. Man muss hiezu nur der Nadelspitze eine geeignete Form, z. B. eine kreisringförmige Form geben, um eine Ringhalbleiterverbindung zu erhalten oder mit der Nadel einen Kratzer machen, um eine linienförmige (längsgestreckte) Anordnung oder bei Verschiebung der Nadel nach einem Muster eine musterförmige Anordnung zu erhalten.
Unter "punktiert im Sinne dieser Erfindung wird demnach das bewegungsfreie und bzw. oder mit einer Bewegung verbundene Entfernen der inerten Schicht (Wachsschicht) verstanden.