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Halbleiteranordnung mit einem durch Einlegieren einer
Metallpille erzeugten pn-Übergang
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, insbesondere eines Mesa-Transistors, bei dem in eine, insbesondere durch Diffusion dotierte Zone eines Halbleiterkörpers eine Metallpille zur Erzeugung eines pn-Überganges einlegiert wird.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Hochfrequenzeigenschaften von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Mesa-Transistoren, zu verbessern.
EineVerbesserung der Hochfrequenzeigenschaften von Transistoren kann durch Verringerung des Basiswiderstandes, also z. B. durch Verkleinerung des Abstandes Basiskontakt-Emitterkontakt und durch Vergrösserung des Basiskontaktes erzielt werden.
Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Oberfläche der dotierten Zone des Halbleiterkörpers mit einer Schicht erhöhter Leitfähigkeit und wenigstens an den von der Metallpille nicht bedeckten Teilen der Oberfläche mit einer dünnen, sperrschichtfrei aufgebrachten metallischen Kontaktierungsschicht versehen wird ure die Metallpille, die vor dem Einlegieren wenigstens an ihrem Rand die Kontaktierungsschicht berührt, unter Verbrauch des Mctalls der Kontaktierungsschicht und Bildung einer Randzon3, insbesondere einer Grube, an den vorher von der Kontaktierungsschicht bedeckten Stellen in unmittelbarer Umgebung der Pille, in der der pn-Übergang zwischen der Halbleiterzone und der Rekristallisationszone an die Oberfläche tritt, einlegiert wird.
Beim Einlegieren der Metallpille wird die Kontaktierungsschicht im Bereich der Emitterelektrode aufgelöst und es entsteht eine schmale Randzone, insbesondere in Form einer Grube, in der der Halbleiterkörper nicht mehr von der Kontaktierungsschicht bedeckt wird und die die Legierungspille umschliesst.
InFig. 1 ist der pn-Übergang einer nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnung stark vergrössert dargestellt. Die n-leitende und insbesondere durchDiffusion in einem p -leiten - den Halbleiterkristall 5 erzeugte Zone l weist an ihrer Oberfläche einen überdotierten, also n-lei- tenden Bereich l'auf, durch den eine sperr & eieKontaktierung der Zone l durch die Kontaktierungs- schicht 4 gewährleistet wird.
DieLegierungspille 3 ist durch die überdotierte Schicht l'hindurch in die Zone l unter Bildung eines pn-Übergangs 6 und einer p-leitenden Rekristallisationszone 2 einlegiert. DieKontaktierungsschicht 4 reicht allseitig bis dicht an den pn-Übergang heran. In der beim Elnlegiereu der Pille 3 gebildeten Legierungsgrube 7 tritt der pn-Übergang 6 an die Ober- fläche. Die Legierungsgrube 7 kann auch bis in die Schicht l'erhöhter Leitfähigkeit hineinragen oder diese völlig durchdringen und bis in die Zone 1 reichen.
Es ist selbstverständlich, dass die angegebenen Leitungstypen nur als Ausführungsbeispiel dienen.
In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel für eine gemäss der Erfindung hergestellte Anordnung ein MesaTransistor dargestellt. Die z. B. aus Aluminium bestehende Emitterelektrode 3 ist unter Bildung einer Legierungsgrube 7, in der der pn-Übergang 6 an die Oberfläche tritt, in die diffundierte Zone 1 einlegiert. Die Kontaktierungsschicht 4 bildet die Basiselektrode des Transistors.
DerEmitteranschluss 9 und der Basisanschluss 8 sind mittels des bekannten Thermokompressionsverfahrensangebracht. Die Kollektorzone 5 ist mit der Metallschicht 10 sperrfrei kontaktiert.
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Eine derartige Anordnung weist gegenüber der bekannten Mesaanordnung mit kleinflächiger Basis- elektrode einen wesentlich verringerten Basisausbreitungswiderstand auf. Durch die Verringerung des Ba- sisausbreitungswiderstandes wird, wie bereits ausgeführt, eine Verbesserung der Hochftequenzeigenschaften des Transistors gewährleistet. Da die Basiselektrode die ganze Emitterelektrode umschliesst, wird ausser- i dem eine einseitige Belastung des Emitters beim Betrieb der Anordnung vermieden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Ausfübrungsbeispiele zur Her- stellung eines Mesa-Transistors näher erläutert.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird vor dem Aufbringen der Kontaktierungsschicht 4 und der
Metallpille 3 auf den z. B. aus Germanium bestehenden und mit einer diffundierten Schicht 1 ver 0 sehenen Halbleiterkörper eine Schicht aufgebracht, z. B. aufgedampft, die ein Metall enthält, das in der darunter liegenden Zone des Halbleiterkörpers den gleichen Leitungstyp. wie ihn diese Zone aufweist, er- zeugt und diese Schicht in den Halbleiterkörper unter Bildung einer überdotierten Zone l'einlegiert.
Diese Schicht besteht z. B. aus Antimon und weist eine Dicke von etwa 20 bis 30 Ä auf. Diese Schicht wird dann, insbesondere vollständig, mit dem Halbleiterkörper legiert.
Das Aufdampfen des Antimons wird zweckmässig bei 5000C vorgenommen und die Temperatur beim nachfolgenden Einlegieren beträgt 6200C. Die an der Oberfläche der diffundierten Zone entstehende überdotierte Schicht l'gewährlei- stet eine sperrfreie Kontaktierung der diffundierten Basisschicht. Nach dem Einlegieren dieser Metall- schicht wird als Kontaktierungsschicht 4 z. B. eine Silberschicht von 80 Dicke bei 4000C aufgedampft.
Auf diese Silberschicht wird die Emitterelektrode aufgebracht, insbesondere durch eine Maske aufgedampft.
Die Emitterelektrode besteht z. B. aus 70 Gew.-% Aluminium und 30 Gew.-% Gold und wird bei 4000C mit einer Schichtdicke von 2000 aufgedampft und bei 500 C mit dem Halbleiterkörper legiert. Dabei diffundiert das Elektrodenmetall, insbesondere das Aluminium, durch die Kontaktierungsschicht 4 hin- durch und in derdiffündiertenZone l wirdderEmitter-pn-Übergang 6 gebildet. Gleichzeitig wird im Bereich der Emitterelektrode das Metall der Kontaktierungsschicht 4 aufgelöst und es entsteht eine die Emitterelektrode umschliessende Randzone, z. B. eine Legierungsgrube 7. Anschliessend kann auch auf die Kontaktierungsschicht 4 ein Metallfleck, wie er in Fig. 2 dargestellt und mit 12 bezeichnet ist, aufgedampft werden.
Der Emitter bzw. ganz allgemein die in den Halbleiterkörper einlegierte Elektrode kann auch aus einer Folge von verschiedenen Metallen gebildet werden. So kann z. B. vor dem Aufbringen des Emitters ein Metall in der Grösse der Emitterfläche aufgebracht und mit der Kontaktierungsschicht 4 legiert werden. Das Metall und die Legierungsbedingungen werden dabei so gewählt, dass die Metallschicht zu
Tröpfchen zusammenläuft. Auf diese Fläche wird dann das eigentliche Emittermetall aufgedampft und einlegiert. Durch das Zusammenziehen der Metallschicht zu Tröpfchen wird eine seitliche Ausbreitung der Emitterfläche verhindert, d. h. eine definierte Begrenzung dieser Fläche gewährleistet.
So kann z. B. nach dem Aufdampfen der Kontaktierungsschicht, aber vor dem Aufdampfen der eigentlichen Emitter- schicht, eine 500 dicke Goldschicht in einer der Emitterfläche entsprechenden Grösse aufgedampft und ein- legiert werden. Das Aufdampfen erfolgt dabei zweckmässig bei 4000C und das Einlegieren bei 5000C. Dann wird in der bereits oben beschriebenen Weise die eigentliche Emitterelektrode aufgedampft und einlegiert.
Gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung kann auch nach dem Einlegieren der Metallschicht, die die Überdotierung der Basiszone 1 bewirkt, die Emitterelektrode aufgedampft, jedoch nicht einle- giert werden. Dann wird die Kontaktierungsschicht in der beschriebenen Weise aufgedampft, die dann auch die Emitterelektrode bedeckt. Nun wird die Anordnung auf die Legierungstemperatur erhitzt. Da bei dieser Ausführungsform des Verfahrens das den pn-Übergang bildende Legierungsmetall nicht durch die
Kontaktierungsschicht 4 hindurchdiffundieren muss, kann diese dicker gemacht werden und damit der
Basisanschluss 8 eventuell direkt, also ohne Aufbringen einer weiteren Metallschicht 12, auf die
Kontaktierungsschicht aufgebracht werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung kann aber auch die für die Herstellung von Germanium-Mesa-Transistoren diffundierte Germaniumscheibe direkt, also ohne vorherigesAuidampfen und Einlegieren einer den gleichen Leitungstyp wie die diffundierte Zone erzeugenden Metallschicht, im Hochvakuum bei 550 - 6000C mit einer zirka 75 dickenSilber-Antimon-Schicht bedampft werden. Diese Schicht besteht dabei z. B. aus 99 Gen.-% Silber und 1 Gel. vlo Antimon. Die Emitterelektrode wird dann in der oben beschriebenen Weise aufgebracht und einlegiert. Dabei entsteht wieder im Bereich der Emitterelektrode eine diese umschliessende Randzone, z.
B. die Legierungsgrube 7, in der der Halbleiterkörper nicht mehr von der Kontaktierungsschicht 4 bedeckt ist und in der der pn-Übergang an die Oberfläche tritt. Gleichzeitig wird durch das in der Kontaktierungsschicht ent- haltene Antimon eine Überdotierung der diffundierten Zone in einem schmalen Bereich unter der Kontaktierungsschicht und damit ein sperrireier Kontakt erzielt.
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EMI3.1