AT238262B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Einlegieren eines Metalls in einen Halbleiterkörper - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch
Einlegieren eines Metalls in einen Halbleiterkörper 
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Halbleiteranordnungen durch elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf bestimmten, hiefür vorgesehenen Flächen eines Halbleiterkörpers und Einlegieren des Metalls in den Halbleiterkörper. Sie bezieht sich im besonderen auf die Herstellung von Halbleiteranordnungen aus Halbleitereinkristallen, die aus im Zinkblendgitter kristallisierenden halbleitenden Verbindungen bestehen, wie etwa aus   AUIBV-     oder AUBVI- Verbindungen.   



   Zur elektrolytischen Aufbringung von Metallen auf bestimmten, hiefür vorgesehenen Flächen dieser Halbleiterkörper sind mehrere Verfahren bekannt. Sie bestehen im wesentlichen darin, dass die Flächen, auf denen keine Metallabscheidung erfolgen soll, mit Abdecklack abgedeckt werden, der nach der elektrolytischen Behandlung des Halbleiterkörpers wieder abgelöst werden kann. 



   Bei der Durchführung dieser Verfahren wurde die Beobachtung gemacht, dass sich der Abdecklack in den verwendeten alkalischen Elektrolytbädern an manchen Stellen von den abgedeckten Flächen   ablöst..,   so dass die dadurch freigelegten Stellen des Halbleiterkörpers der Metallisierung zugänglich werden. Die Ablösung der an diesen Stellen unerwünscht abgeschiedenen Metallschicht bereitet aber oft Schwierigkeiten und kann recht zeitraubend   sein ; oft   wird auch die Lebensdauer der Minoritätsträger des Halbleiters durch das Ablösen dieser Schicht ungünstig beeinflusst. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem für die Herstellung von Halbleiteranordnungen ohne die Verwendung eines Abdecklacks oder anderer Abdeckmasken eine elektrolytische Metallabscheidung auf bestimmten, hiefür vorgesehenen Flächen eines aus einer im Zinkblendegitter kristallisierenden Halbleiterverbindung bestehenden Halbleiterkörpers durchgeführt werden kann, so dass die Nachteile der oben genannten Verfahren nicht in Erscheinung treten. 



   Das Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Einlegieren wenigstens eines Metalls in einen Halbleiterkörper ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer im Zinkblendegitter kristallisierenden Halbleiterverbindung bestehender Einkristall mit zwei parallelen in der 111Ebene liegenden Oberflächen verwendet wird, dass die Abscheidung des Metalls aus einem alkalischen, das Metall in Komplexbindung enthaltenden Elektrolytbad vorgenommen und das Einlegieren der abgeschiedenen Metallschicht in den Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise durchgeführt wird. 



   Eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass ein dendritischer Einkristall verwendet wird. Ebenso ist die selektive elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf einem Scheibchen des Halbleitermaterials möglich, wenn dieses so aus einem einkristallinen Halbleiterkörper herausgeschnitten wird, dass die ausgedehnten parallelen Flächen in der 111-Ebene des Kristalls liegen. 



   Als im Zinkblendegitter kristallisierende Halbleiterverbindungen kommen bekanntlich sowohl   AniBv-Verbindungen, wie   beispielsweise Galliumarsenid, Galliumphosphid, Galliumantimonid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Indiumantimonidusw. als auch AIIBVI-Verbindungen, wie beispielsweise Zinksulfid, Zinkselenid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid usw. in Frage. 



   Wie aus der das Kristallgitter einer   AmBV-Verbindung,   beispielsweise von Galliumarsenid, darstellenden Zeichnung ersichtlich ist, befinden sich an der   111-Oberfläche,   die äusserste Atomreihe bildend, 

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 die Galliumatome   1,   an der   111-Oberfläche   als äusserste Atomreihe die Arsenatome 2 der Halbleiterverbindungen. 



   Die einzelnen Atome sind dreifach an das Gitter gebunden. Die   dreiwertigen Am "Atome,   im Beispiel die Galliumatome, sind also valenzmässig abgesättigt. Aus der Fünfwertigkeit der By-Atome, im Beispiel des Arsens, bleibt jedoch durch die nur dreifache Absättigung durch das Gitter ein freies ungebundenes Elektronenpaar am Arsen, so dass sich an dieser Oberfläche eine gegenüber der   111-Oberfläche   höhere Reaktionsfähigkeit gegen elektrophile Agentien ergibt. Die unterschiedliche Besetzung der äusseren Atomreihe an den   111-Flächen   führt also zu einem Unterschied im elektrochemischen Potential-der beiden   lll-Flächen, u.   zw. ist bei Galliumarsenid die Arsenseite um etwa 300 mV elektronegativer als die   Galliumseite.   



   Die Unterschiede in den elektrochemischen Potentialen der 111-Flächen von im Zinkblendegitter kristallisierenden AIIIBV-Verbindungen-das gleiche gilt natürlich auch für im Zinkblendegitter kristal- 
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 auf den   111-Flächen   entstehen, nicht jedoch auf den   lll-Flächen ;   im letzten Fall dringt das Ätzmittel schnell von einer Fehlstelle an der Oberfläche des Kristalls ausgehend in den Kristall ein, während auf der   111-Fläche   die Ätzfiguren sich langsam in der Ebene der Kristalloberfläche ausdehnen können. 



   Die Identifizierung der unterschiedlichen 111-Flächen wurde bei diesem Versuch mit Hilfe von Röntgenstrahlen durchgeführt. 



   Bei der Erfindung geht man von dem Gedanken aus, die verschiedenen elektrochemischen Potentiale der   111-Flächen   dieser Halbleiterkristalle für die elektrolytische Abscheidung von Metallen auf bestimmte Flächen bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen auszunutzen. Auf Grund eingehender Untersuchungen wurde die Erkenntnis gewonnen, dass alkalische, das abzuscheidende   Metall in Komplex-   bindung enthaltende Elektrolytbäder für die selektive Abscheidung am besten geeignet sind. 



   Beispielsweise kann auf einem einkristallinen, bandförmigen   Galliumarseniddendriten,   dessen breite .Flächen 111-Flächen sind, sofern alkalische cyanidhaltige Zinklösungen verwendet werden, das Zink immer auf der Arsenseite des Dendriten abgeschieden werden, sogar dann, wenn diese Seite der Gegenelektrode abgewendet ist. 



   Für die Abscheidung der Metalle Cadmium, Kupfer, Indium oder Silber erweisen sich ebenfalls cyanidhaltige alkalische Bäder am geeignetsten,
Für die einseitige Abscheidung von Zinn wird zweckmässig als Komplexbildner dem Elektrolyten Äthylendiamintetraessigsäure (Na-Salz) zugesetzt. Ebenso kann für die Zink- oder Kupferabscheidungder wässerigen Lösung eines oder mehrerer Salze dieser Metalle an Stelle von Cyaniden Äthylendiamintetraessigsäure als Komplexbildner zugesetzt werden. 



   Beispielsweise erweist sich für die Zinkabscheidung gemäss einem Merkmal der Erfindung auf den   iii-Flächen   von Galliumarsenid- oder Galliumphosphid-Dendriten, deren äussere Oberflächen durch 111- 
 EMI2.2 
 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> :60 <SEP> g <SEP> Zn <SEP> (CN) <SEP> ;

   <SEP> j, <SEP> 
<tb> 42 <SEP> g <SEP> NaCN, <SEP> 
<tb> 50 <SEP> g <SEP> NaOH,
<tb> 
 jeweils pro 11   Elektrolytlösung.  
Indium lässt sich am besten aus einem Elektrolyten abscheiden, der 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> 90 <SEP> g <SEP> JnCls. <SEP> 
<tb> 150 <SEP> g <SEP> KCN <SEP> und <SEP> 
<tb> 15g <SEP> KOH, <SEP> 
<tb> 
 jeweils pro   11 Elektrolytlösung, enthält,  
Für die Zinnabscheidung erhält man mit einem Bad, bei dem 

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 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> 50 <SEP> g <SEP> Na2SnO3. <SEP> 3H2O,
<tb> 12 <SEP> g <SEP> NaOH, <SEP> 
<tb> 15 <SEP> g <SEP> CH, <SEP> COONa <SEP> und
<tb> 5-20 <SEP> g <SEP> Äthylendiamintetraessigsäuie <SEP> (Na-Salz) <SEP> 
<tb> 
 jeweils pro 11 Elektrolytlösung in Wasser gelöst sind, die besten Erfolge. 



   Bei allen diesen Bädern wird eine Abscheidung des jeweiligen Metalls einwandfrei nur an   den Hl-   Flächen beobachtet, also an den Flächen, deren äussere Atomreihe bei den   AmBV. Verbindungen   durch By-Atome, bei den AIIBVI-Verbindungen durch die BVI-Atome gebildet wird, u. zw. ist die selektivität so vollkommen, dass sich hiedurch ohne weiteres die 111-und die   111-Flächen     vonAIIIBv-bzw.     AByi-Kristallen   einwandfrei identifizieren lassen, wodurch sich das relativ aufwendige Verfahren der Identifizierung mit Röntgenstrahlung auf einfache Weise umgehen lässt. 



   Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird ausserdem die Beobachtung gemacht, dass, wenn erst einmal eine Metallschicht lediglich nur eine Seite des Kristalls bedeckt, sich auch andere Metalle aus beliebigen elektrolytischen Bädern auf dieser Metallschicht abscheiden lassen, ohne sich auf der andern Seite des Kristalls niederzuschlagen. Die zuerst abgeschiedene Metallschicht wirkt bei der nachfolgenden elektrolytischen Behandlung mit üblichen Elektrolytbädern gleichsam als Katalysator für die weitere Metallisierung. 



   Nach Belieben können auch mehrere Metalle gleichzeitig zur Abscheidung gebracht werden. 



   Die Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden gestaltet sich mit Hilfe des Verfahrens gemäss der Erfindung relativ einfach. 



   Zum Beispiel können Spitzendioden dadurch gewonnen werden, dass auf einem bandförmigen, ndotierten Galliumarsenid-Dendriten mit sich an der Oberfläche erstreckenden   ll1-Flächen   aus einem 
 EMI3.2 
 schlagen wird und auf dieser Schicht eine dünne Nickelschicht. Der Dendrit wird zur Legierungsbildung auf einer Tantalunterlage etwa   10 sec   im Wasserstoffstrom auf einer Temperatur von etwa 5000 C ge halten und anschliessend mit Hilfe von Ultraschall in Scheiben zerlegt. Auf der   111-Fläche   der einzelnen Scheiben wird dann zur Herstellung eines pn-Überganges beispielsweise eine aus Zink bestehende Spitze, z. B. mit Hilfe eines Drahtes aufgebracht und im Wasserstoffstrom einlegiert. 



     Flächendioden   lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren vorteilhafterweise dadurch her, stellen, dass z. B. auf einem durch Silicium n-dotierten, aus Galliumarsenid bestehenden Dendriten auf der   iii-Fläche   nach einem Merkmal der Erfindung zuerst eine Schicht Zinn und darüber eine Schicht Nickel, anschliessend unter Abdeckung der ïïï-Fläche mit Abdecklack auf der   111-Fläche   eine Schicht Zink oder Nickel abgeschieden wird. Dann wird der Abdecklack mit Essigester entfernt. Durch 10 sec langem Erhitzen auf etwa 5000 C werden die Metallschichten in den Galliumarsenid-Dendriten   einde:   giert ; dabei bildet sich am Übergang Zinn/n-Galliumarsenid ein sperrfreier Kontakt und am Übergang Zink/n-Galliumarsenid der Diodenkontakt aus. 



   Ebenso kann der sperrende Kontakt durch Indium gebildet werden. 



   Durch entsprechende Verfahrensschritte lassen sich nach dem Verfahren gemäss der Erfindung auch Transistoren aus   AIIIBV-oder AIIBv -Verbindungen herstellen.   



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Einlegieren wenigstens eines Metalls in einen Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer im Zinkblendegitter kristallisierenden Halbleiterverbindung bestehender Einkristall mit zwei parallelen in der   111-Ebene   liegenden Oberflächen verwendet wird und dass die Abscheidung des Metalls aus einem alkalischen, das   Metallin   Komplexbindung enthaltenden, Elektrolytbad vorgenommen und das Einlegieren der abgeschiedenen Me tallschicht in den Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise durchgeführt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dendritischer Einkristall verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung der Metalle Zink, Cadmium, Kupfer, Indium oder Silber ein cyanidhaltiges Elektrolytbad verwendet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung der Me- <Desc/Clms Page number 4> talle Zink, Zinn oder Kupfer ein äthylendiamintetraessigsäure-hältiges Elektrolytbad verwendet wird.

   5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung von Zink auf Galliumarsenid oder Galliumphosphid ein Elektrolytbad der Zusammensetzung EMI4.1 <tb> <tb> 60 <SEP> g <SEP> Zn <SEP> (CN) <SEP> 2/l, <SEP> <tb> 42 <SEP> g <SEP> NaCN/1, <tb> 80 <SEP> g <SEP> NaOH/1 <SEP> <tb> verwendet wird.

   6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung von Indium auf Galliumarsenid oder Galliumphosphid ein Elektrolytbad der Zusammensetzung EMI4.2 <tb> <tb> 90 <SEP> g <SEP> InCl3/l, <SEP> <tb> 150 <SEP> g <SEP> KCN/l, <tb> 35 <SEP> g <SEP> KOH/1 <tb> verwendet wird.

   7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung von Zinn auf Galliumarsenid oder Galliumphosphid ein Elektrolytbad der Zusammensetzung EMI4.3 <tb> <tb> 80 <SEP> g <SEP> Naz <SEP> SnOs. <SEP> 3HzO/l. <SEP> <tb>

   12 <SEP> g <SEP> NaOH/l, <tb> 15 <SEP> CHjCOONa/L <tb> 5-20 <SEP> g <SEP> Äthylendiamintetraessigsäure/l <tb> verwendet wird.

   8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Metalle abgeschieden werden.