<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Herstellen eines, eine Querschnittsverminderung aufweisenden Etalbleiterkörpers für Halbleiteranordnungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines, eine Querschnittsverminderung aufweisenden Halbleiterkörpers für Halbleiteranordnungen, insbesondere flir Mesa-Transistoren.
Bei den bisher bekannten Verfahren wird eine Querschnittsverminderung eines Halbleiterkörpers entweder auf mechanischem Wege oder durch Ätzen erzielt. Bei der Entfernung von Teilen des Halbleiterkörpers auf mechanischem Wege wird die Halbleiteroberfläche vor allem durch die Werkzeuge verunreinigt. Auch beim Ätzen ist eine Verunreinigung der Halbleiteroberfläche durch die Ätzlösung nur schwer zu vermeiden. Ausserdem greifen. : die meisten Ätzmittel ungleichmässig an, was ebenfalls häufig störend wirkt. Weiter wird durch die notwendige Abdeckung der Teile des Halbleiterkörpers die durch das Ätzmittel nicht angegriffen werden sollen, ebenfalls häufig eine Verunreinigung durch die Maske hervorgerufen.
Durch die Erfindung wird ein Weg aufgezeigt, der es ermöglicht, diese Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass auf einem, insbesondere einkristallinen Halbleiterkörper eine Schablone, die Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt aufgebracht und dann durch eine chemische Transportreaktion der von der Schablone bedeckte Teil des Halbleiterkörpers teilweise abgetragen und der Halbleiterstoff auf der Unterseite der Schablone abgeschieden wird.
Die Reaktionszone, in der beim Verfahren gemäss der Erfindung die chemische Transportreaktion stattfindet, ist der Gasraum zwischen dem Halbleiterkörper und den den Halbleiterkörper bedeckenden Teilen der Schablone. Der für die Transportreaktion notwendige Temperatursprung wird vorteilhafterweise durch den von dem direkt oder indirekt geheizten Halbleiterkörper zu der Unterseite der Schablone erfolgenden Wärmeübergang erzeugt.
Der Mechanismus des Stofftransportes wird im folgenden für einen Halbleiterkörper aus Silicium näher erläutert.
Auf einen Halbleiterkörper aus Silicium mit einer geläppten Oberfläche, die eine gewisse Mindestrauhigkeit aufweisen muss, um die Diffusion des Gases in die Reaktionszone und den notwendigen Temperaturunterschied zwischen Halbleiterkörper und Schablone zu gewährleisten, wird eine Schablone aufgelegt, die mindestens an der dem Halbleiterkörper zugewendeten Oberfläche mit einem Überzug aus Halbleiterstoff, insbesondere aus dem gleichen Halbleiterstoff wie der Halbleiterkörper, versehen ist. Die dem Halbleiterkörper zugewendete Oberfläche der Schablone soll möglichst planpoliert sein, um ein gleichmässiges Aufwachsen des Halbleiterstoffes und damit eine gleichmässige Abtragung des Halbleiterkörpers zu gewährleisten.
Erhitzt mandenSiliciumkörper auf etwa 1100 C und leitet man in das Reaktionsgefäss ein SiHCL Ho -Gemisch ein, so dringt dieses Gemisch auch in den engen Raum zwischen der Schablone und der, insbesondere einkristallinen Siliciumschicht des Halbleiterkörpers ein. Das dort befindliche Gemisch wird unter Siliciumabscheidung zunächst weitgehend zersetzt. Bevor weiteres Frischgas nachdiffundieren kann, sorgt das eingeleitete Gasgemisch, das SiHClg und H, in einem Molverhältnis von zirka 0,03 enthält, durch den nach der Gleichung
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
EMI2.2
EMI2.3
temperatur von zirka 11000 C schon einen erheblichen Wert erreicht. Bei steigender Temperatur nimmt die Bildung des SiC12 ständig zu.
Im Zwischenraum ist nun ein Siliciumtransport über die Gasphase nach dem Gleichgewicht
EMI2.4
EMI2.5
EMI2.6
EMI2.7
der Stelle niedrigerer Temperatur abscheidet. Das Silicium wird also vom erhitzten Halbleiterkörper auf die weniger heisse Unterseite der aufgelegten Schablone übertragen. Dadurch entsteht eine Vertiefung im Halbleiterkörper, also eine Querschnittsverminderung. Der SiCl-Partialdruck tritt bei dieser Transportreaktion umso stärker in Erscheinung, je höher die Arbeitstemperatur ist. Damit ist ein gesteigerter Siliciumtransport nach der Gleichung (2) verbunden.
Dieser Siliciumtransport ist bei einem Partialdruck des Sicle von wenigstens 10-6 atm bereits von der gleichen Grössenordnung wie die nach der Gleichung (1) im freien Gasraum erzielte Beschichtung der von der Schablone nicht bedeckten Teile des Halbleiterkörpers. Bei dem nach diesen Verfahren hergestellten Halbleiterkörpern wird also eine Querschnittsverminderung erzielt und gleichzeitig erfolgt auf den von der Schablone nicht bedeckten Teilen eine Abscheidung des Siliciums. Auf diese Weise können durch Zugabe eines gasförmigen Dotierungsstoffes zum eingeleiteten Reaktiongasgemisch gleichzeitig mit der Abtragung des Halbleiterkörpers Schichten, die eine vom Halbleiterkörper verschiedene Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyp aufweisen, abgeschieden werden.
Die abgeschiedenen Schichten weisen dabei etwa die gleiche Dicke auf, wie die durch die Transportreaktion abgetragenen bzw. auf der Unterseite der Schablone aufgewachsenen Schichten. Das Verfahren kann in analoger Weise auch für Halbleiterkörper aus Germanium, AIIIBV bzw.
AuBvI od. ähnlichen Halbleiterverbindungen angewendet werden.
Um einen Halbleiterkörper aus Germanium abzutragen, wird auf diesen eine Schablone aufgebracht, die wenigstens an der dem Germaniumkörper zugewendeten Oberfläche mit einem Überzug aus Halbleiterstoff, insbesondere aus Germanium versehen ist. In das Reaktionsgefäss wird dann z. B. ein Germanium- tetrachlorid'-Wasserstoffgemisch eingeleitet und durch thermische Zersetzung des Gemisches der Zwischenraum zwischen Germaniumscheibe und Schablone mit Chlorwasserstoff angereichert. Der Chlorwasserstoff bewirkt dann wieder eine Abtragung des Halbleiterkörpers und eine Abscheidung des Germaniums auf der Unterseite der Schablone, während aus dem Germaniumtetrachlorid an den von der Schablone nicht bedeckten Teilen der Oberfläche Germanium, insbesondere einkristallin zum Aufwachsen gebracht wird.
Galliumarsenid wird z. B. bei einer Temperatur von 8500 C nach der Gleichung.
EMI2.8
EMI2.9
der Temperatur zu.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch so durchgeführt werden, dass nur eine Abtragung de !
<Desc/Clms Page number 3>
Halbleiterkörpers und ein Aufwachsen des Halbleiterstoffes auf der Unterseite der Schablone erfolgt.
Eine Möglichkeit, den Transportvorgang allein durchzuführen, ergibt sich, wenn man nicht im stromenden Gassystem, sondern unter Einbringung eines definierten Gasgemisches im geschlossenen System arbeitet. Das Reaktionsgefäss wird also nach dem Einleiten des Gasgemisches verschlossen und das Mischungsverhältnis des eingeleiteten, aus einer Halogenverbindung des abzutragenden Halbleiterstoffes und dem Trägergas bestehenden Gasgemisches so gewählt, dass im wesentlichen nur eine Abscheidung des Halbleiterstoffes auf der Unterseite der Schablone erfolgt, also nur die darunterliegenden Teile des Halb-
EMI3.1
Es kann aber auch nur eine Halogeawasserstoffverbindung (z. B. Hel) mit dem Trägergas vermischt in das Reaktionsgefäss eingeleitet werden. Wird dabei im strömenden Reaktionsgas gearbeitet, so erfolgt auch eine Abtragung der freien Oberfläche des Halbleiterkörpers und der Halogenwasserstoff muss daher so stark verdünnt werden, dass diese Abtragung der nicht von der Schablone bedeckten Teile möglichst geringgehalten wird. Diese Abtragung kann praktisch auch dann ganz vermieden werden, wenn auch bei dieser Gaszusammensetzung im geschlossenen Reaktionsgefäss gearbeitet wird, das den Halogenwasserstoff und das Trägergas z. B.
Wasserstoff in einer solchen Zusammensetzung enthält, dass nur eine Abtra- gung des von der Schablone bedeckten Halbleiterkörpers und eine Abscheidung auf der Unterseite der Schablone infolge der Transportreaktion erfolgt.
Die Aufheizung des Halbleiterkörpers kann beim Verfahren gemäss der Erfindung durch direkten Stromdurchgang erfolgen, indem ein stabförmiger Halbleiterkörper verwendet wird, der mit Elektroden versehen und der in der bei der Epitaxie bekannten Weise aufgeheizt wird. Es kann aber auch eine indirekte Aufheizung des Halbleiterkörpers erfolgen durch Aufbringen des Körpers auf einen Heizer, der z. B. aus Siliciumkarbid oder mit Siliciumkarbid überzogenem Graphit besteht und der durch direkten Stromdurchgang oder induktiv aufgeheizt wird.
Weiter kann die Schablone beim Verfahren gemäss der Erfindung auch ganz aus dem Halbleitermaterial, insbesondere aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Halbleiterkörper bestehen. Falls sie jedoch nur mit dem Halbleitermaterial überzogen ist, wird als Träger für den Überzug vorzugsweise ein Körper aus Graphit oder Siliciumkarbid verwendet. Vor allem wegen der Reinheit ist die Verwendung einer wenigstens an der dem Halbleiterkörper zugewendeten Oberfläche aus Halbleitermaterial bestehenden Schablone'günstig. Grundsätzlich kann jedoch auch eine Schablone, die aus einem inerten Material, z. B. hochreinen Graphit besteht, verwendet werden.
Die Schablone kann mehrere, beliebig geformte Öffnungen aufweisen. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist daher mit Vorteil auch zur Herstellung von Festkörperschaltkreisen anwendbar, bei denen die aktiven und passiven Teile einer elektrischen Schaltung in einem einzigen Halbleiterkörper vereinigt sind. Weiter können durch Aufteilung des Halbleiterkörpers an den vorher von der Schablone bedeckten Stellen mehrere, insbesondere gleiche Halbleiteranordnungen hergestellt werden, die einen Halbleiterkörper mit einer Querschnittsverminderung aufweisen.
Zu einer näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden noch die Herstellung eines MesaTransistors, insbesondere eines Silicium-Mesa-Transistors beschrieben.
In Fig. 1 ist der abzutragende Halbleiterkörper mit 1 bezeichnet. Dieser Halbleiterkörper wird auf einen Heizer 3 aufgebracht und dann mit einer Schablone 2, die mehrere, insbesondere gleiche kreisrunde Löcher aufweist, von denen in der Figur zwei dargestellt und mit 4 und 5 bezeichnet sind. Mittels des Heizers 3 wird der Halbleiterkörper aufgeheizt und nach dessen Aufheizung ein Gasgemisch, das z. B. aus Siliciumschloroform und Wasserstoff besteht, in das Reaktionsgefäss eingeleitet. Es findet dann, wie bereits beschrieben, infolge der Transportreaktion an den von der Schablone bedeckten Teilen eine Abtragung des Halbleiterkörpers statt und gleichzeitig wird auf den von der Schablone nicht bedeckten Teilen des insbesondere einkristallinen Halbleiterkörpers eine insbesondere einkristalline Schicht zum Aufwachsen gebracht.
Durch Zugabe von Dotierungsstoffen wird diese auf den nicht bedeckten Teilen der Oberfläche aufwachsende Schicht so dotiert, dass sie den entgegengesetzten Leitungstyp wie der Halbleiterkörper aufweist. In Fig. 2 ist die Anordnung nach erfolgter Abscheidung bzw. Abtragung dargestellt.
Mit 6,7 und 8 sind die auf der Unterseite der Schablone infolge der chemischen Transportreaktion aufgewachsenen Halbleiterschichten bezeichnet. Der Halbleiterkörper 1 weist an diesen von der Schablone bedeckten Stellen der Dicke der aufgewachsenen Schicht entsprechende Vertiefungen auf. Mit 9 und 10 sind die auf der Oberseite infolge der Zersetzung des Silikochloroforms aufgewachsenen Schichten des entgegengesetzten Leitfähigkeittyps wie der Halbleiteckö : per bezeichnet. Diese Schichten weisen etwa die gleiche Dicke wie die auf der Unterseite der Schablone infolge der Transportreaktion aufgewachse-
<Desc/Clms Page number 4>
nen Schichten auf. Sie stellen die Basiszone des Mesa-Transistors dar.
Man erhält auf diese Weise auf der Mantelfläche der Mesa einen äusserst sauberen pn-Übergang zwischen Halbleiterkörper l und epitaxial aufgewachsener Schicht 9 bzw. 10, der mit 11 bzw. 12 bezeichnet ist. Durch Zerteilen des Halbleiterkörpers an den eine relativ geringe Dicke aufweisenden, vorher von der Schablone bedeckten Teilen des Halbleiterkörpers kann die Anordnung in mehrere Halbleiteranordnungen mit einem Halbleiterkörper, der eine Querschnittsverminderung aufweist, zerteilt werden.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des Verfahrens dargestellt, bei dem der Halbleiterkörper, der teilweise abgetragen werden soll, bereits einen parallel zu der von der Schablone bedeckten Oberflä- che verlaufenden pn-Übergang aufweist. Dieser pn-Übergang wird vorteilhafterweise durch Eindiffusion eines Dotierungsstoffes in den Halbleiterkörper hergestellt. Durch entsprechende Maskierung bei der Diffusion oder durch Abätzen entsprechender Teile der Diffusionsschicht entsteht ein Halbleiterkörper, der aus einer Zone 13 des einen Leitfähigkeittyps und einer durch Diffusion hergestellten Zone 14 des entge, gengesetzten Leitungstyps besteht. Auf die mit der diffundierten Schicht versehenen Oberfläche des Halbleiterkörpers wird die Schablone 2 aufgebracht.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird nun so durchgeführt, dass praktisch nur eine Abtragung des Halbleiterkörpers, jedoch keine Abscheidung auf den nicht bedeckten Teilen der Halbleiteroberfläche erfolgt. Solche Ausführungsformen des Verfahrens wurden im vorhergehenden bereits beschrieben.
In Fig. 4 ist die Anordnung nach der Abtragung des Halbleiterkörpers infolge der chemischen Transportreaktion dargestellt. Die auf der Unterseite der Schablone abgeschiedenen Halbleiterschichten 6,7 und 8 weisen eine Dicke auf, die grösser als die Dicke der diffundierten Schicht 14 ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der pn-Übergang auf der Mantelfläche der Mesa an die Oberfläche tritt. Auf diese Weise können natürlich auch mehrere parallel zur ausgedehnten Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufende pn-Übergänge freigelegt werden. Die Flächen in der Vertiefung, an denen der oder die pn-Übergänge an die Oberfläche treten, sind äusserst sauber und ungestört. Durch Schnitte, die parallel und senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, können wieder einzelne Halbleiteranordnungen gewonnen werden.
Durch Aufdampfen und Einlegieren von Emitter- und Basiselektrode in der in der Mesatechnik bekannten Weise und Anbringen einer Kollektorelektrode an der Unterseite des als Kollektor dienenden Halbleiterkörpers 13 wird dann der Mesa-Transistor fertiggestellt.
Die Dicke der in der Zeiteinheit abgetragenen Schicht hängt von der Gas zusammensetzung und der Temperatur des abzutragenden Halbleiterkörpers ab. Die Vertiefungen bzw.'die Mesahöhe kann also durch entsprechende Wahl dieser Parameter in definierter Weise eingestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen eines, eine Querschnittsverminderung aufweisenden Halbleiterkörpers für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Mesa-Transistoren, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen, insbesondere einkristallinen Halbleiterkörper eine Schablone aufgebracht wird, die Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt und dann durch eine chemische Transportreaktion die von der Schablone bedeckten Teile des Halbleiterkörpers teilweise abgetragen und der Halbleiterstoff auf der Unterseite de : Schablone abgeschieden wird.