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Verfahren zum Herstellen eines Germaniumtransistors
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um einen Winkel von mindestens 3/80 und höchstens 50 aus ihrer Lage gedrehten Kristallebene mit niedrigen Miller fschen Indizes entspricht. Demgegenüber wird beim erfindungsgemässen Verfahren keine fehlerfreie einkristalline Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase angestrebt. Man möchte vielmehr das Eindiffundieren von Störstellen in eine Halbleiteroberfläche aus Germanium in definierter Weise derart gestalten, dass die erhaltenen Transistoren besonders günstige Hochfrequenzeigenschaften erhalten. Hiezu ist vor allem die bereits erwähnte Vergleichmässigung des Diffusionsverhaltens des die Basiszone bildenden Dotierungsstoffes von Bedeutung.
Weitere vorteilhafte Ausbildungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens sind unter anderem : 1. Als maskierende Schicht wird zweckmässig eine Kombination aus mindestens einer Six-Schicht und einer Si N-Schicht verwendet. Die maskierende Schicht wird mit Dotierungsstoff versetzt und ver- bleibt in einer bevorzugten Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Germaniumtransistors auch bei der fertigen Anordnung an der Halbleiteroberfläche zum Schutze der pn-Übergänge. Mitunter kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die während der Diffusionsprozesse verwendete Maskierung nach Beendigung der Diffusionsprozesse abzulösen und durch eine neue Oxydschicht bzw. Nitridschicht zu ersetzen.
2. Die Schutzschicht kann als Träger von Hilfselektroden (Feldelektroden) und leitenden, zur Kontaktierung dienenden Bahnen verwendet werden.
3. Insbesondere befasst sich auch eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens mit der Herstellung von Anschlusselektroden, wofür die Anwendung einer Schichtfolge von Chrom und Silber, Chrom und Aluminium oder reines Aluminium vorgeschlagen wird.
Im Einzelfall soll das erfindungsgemässe Verfahren an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen beschrieben werden.
Als Grundmaterial kann eine n-oder p-leitende Germaniumscheibe --1-- mit einkristalliner Struktur verwendet werden. Im Beispielsfalle wird von einer p-leitenden, auf einen spezifischen Widerstand von 3 Ohm. cm eingestellten, z. B. durch Gallium oder Indium dotierten Germaniumscheibe ausgegangen. Die Germaniumscheibe wird in üblicher Weise einer Polier- und Ätzbehandlung unterzogen.
Die Achse der Germaniumscheibe --1-- fällt zweckmässig mit einer 111-Richtung zusammen. Die mit --2-- bezeichnete ebene Oberfläche ist jedoch schräg zur 111-Achse herauspräpariert, derart, dass sie unter einem Winkel von mindestens 0, 50 und höchstens 40 zu einer Schar von 111-Flächen geneigt ist. Bevorzugt wird die Fehlorientierung des Oberflächen teiles --2-- des Germaniumkristalls --1-- auf einen Wert von 1 bis 2 zu einer Schar von 111-Flächen eingestellt.
Auf die ebene, wie angegeben, fehlorientierte Oberfläche --2-- des Germaniumkristalls --1-- wird nun eine maskierende Schicht aufgebracht und diese maskierende Schicht mit einem zur Halbleiteroberfläche durchgehenden Fenster --7-- versehen, um den zur Erzeugung der Basiszone dienenden Dotierungsstoff aus der Gasphase in den Halbleiterkristall lokalisiert eindiffundieren zu können. Dabei
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zusammengesetzten maskierenden Schichten zu verwenden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, wie es an Hand der Figuren beschrieben wird, wird auf die planare fehlorientierte Oberfläche --2- des Germaniumkristalls --1-- zunächst eine Siq-Schicht dann eine Si -Schicht --4-- und auf diese wieder eine SiQ-Schicht-5-- aus der Gasphase niedergegeschlagen. Hiezu werden an sich bekannte Reaktionsgase verwendet, in denen der Germaniumkristall
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ten durch thermische Zersetzung eines flüchtigen, zweckmässig mit einem inerten Gas verdünnten Kieselsäureesters, oder eines Siloxans, beispielsweise von Disiloxan, Si N-Schichten durch thermische Umsetzung eines aus flüchtigen Silanen und Ammoniak bestehenden, ebenfalls verdünnten Reaktionsgases erhalten.
Zweckmässig ist dabei, wenn zumindest eine Teilschicht sofern die Schutzschicht auf der Halbleiteroberfläche nach Fertigstellung des Halbleiterbauelements verbleiben soll, mit einem Dotierungsstoff, z. B. Phosphor, versehen wird.
Im Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, s. insbesondere Fig. 1, besteht also die unterste, unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche --2-- aufsitzende Schicht --3-- des maskierenden Materials aus SiO und erhält eine Stärke von weniger als 2000 , die nach oben folgende Schicht
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lich seiner maskierenden Fähigkeiten überlegen ist, während anderseits eine unmittelbar auf einer Germaniumoberfläche aufwachsende Si N-Schieht zu hohe Termdichten ergibt, wodurch die Erzeugung eines pn-Übergangs in Frage gestellt wird. Im Beispielsfalle ist ausserdem auf der Si M-Schieht noeh- mals eine SiO2-Schicht --5-- aufgebracht.
Die Stärke der Schicht --4-- ist höchstens 1000 A, die der Oxydschicht --5-- beispielsweise einige Hundert A. Sie dient, wie noch beschrieben wird, als Ätzmaske.
Zur Erzeugung des Diffusionsfensters --7-- ist ausserdem eine Photolackmaske --6-- aufgebracht.
Die SiO-Oberflache der Schicht --5- wird nunmehr am Ort des Fensters --7-- einem Ätzmittel ausgesetzt, gegen das der Photolack --6-- maskiert. Da erfahrungsgemäss die zum Ätzen von SiO im vorliegenden Falle geeigneten Mittel, z. B. Flusssäure, die Sis N-Schicht-4-- nicht oder nur sehr wenig angreifen, wird im allgemeinen am Ort des Fensters --7-- nur die oberste Oxydschicht --5-abgeätzt, während die darun terliegenden Schichten --3 and 4-- nicht oder nur wenig beeinflusst werden. Nach Ablösen der Photolackmaske --6-- dienen jedoch die verbliebenen Teile (vgl. Fig. 2) der obersten Oxydschicht --5-- als Ätzmaske zur Erzeugung des Fensters --7-- in der darunterliegenden Si.
N 4- Schicht --4--. Zu diesem Zweck verwendet man ein Ätzmittel, welches das Sijs der Schicht --4-- auflöst, SiO hingegen praktisch nicht angreift. Beispielsweise kann heisse Phosphorsäure (mit einem Siedepunkt von 180 C) angewendet werden. Der durch die Ätzung der mit den Resten der SiO-Schicht
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Schicht-4-- erhalteneDiffusionsfenster nunmehr fertiggestellt ist. Die Reste der oberen SiO2-Schicht --5-- sind dann im allgemeinen durch die letzte Ätzung mit entfernt, so dass der in Fig. 4 dargestellte Zustand erreicht ist. Es kann nun die Diffusion des die Basiszone erzeugenden Aktivators vorgenommen werden.
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schicht.
Anderseits rufen die von einer Si N-Schicht hervorgerufenen mechanischen Verspannungen eine derartige Verzerrung eines unter einer SiO-Schieht unmittelbar angrenzenden Germaniumgitters hervor, dass die Entstehung einwandfrei funktionierender pn-Übergänge durch Diffusion in einem derart verzerrten Kristallgitter in Frage gestellt ist. Aus diesem Grund werden Oxydschicht-3-- und Si N4- Schicht, wie es auch nach dem oben gegebenen Beispiel der Fall ist, möglichst dünn gehalten.
Um noch auf einen weiteren Punkt hinzuweisen, ist festzustellen, dass eine unterhalb 8000C abgeschiedene Siliciumnitrid-Schicht nur schlecht stabilisiert und ausserdem schlecht maskierende Eigenschaften aufweist. Es wird also beim erfindungsgemässen Verfahren die SL-Schieht vorzugsweise oberhalb von 8000C abgeschieden, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass der Schmelzpunkt von Germanium nicht erreicht wird. Das unter solchen Temperaturbedingungen abgeschiedene SigN ist jedoch in Flusssäure und andern SiO angreifenden Ätzmitteln unlöslich.
Aus diesem Grunde kann beim bevorzugten an Hand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens bei der Erzeugung des Diffusionsfensters --7-- nicht die Si N -Schicht zugleich mit der darunterliegenden SiO-Schieht durchgeätzt werden, sofern man die SiO2-Schicht --5-- zugleich als Ätzmaske verwenden will. Hiezu ist man aber gezwungen, weil bisher kein Photolack od. dgl. als Ätzmaske zur Verfügung steht, welche zugleich die Ätzung eines über 8000C abgeschiedenen SiN erlaubt, ohne sich von der Unterlage abzulösen.
In die mit der Diffusionsmaske gemäss Fig. 4 bedeckte Germaniumoberfläche --2-- wird nun aus der Gasphase ein den Leitungstyp der Basiszone bestimmender Aktivator, z. B. Antimon, Arsen oder Phosphor, in bekannter Weise zum Eindiffundieren gebracht. Hiedurch entsteht die Basiszone --8-- mit
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nicht überschritten wird. Zu bemerken ist noch, dass die Germaniumscheibe --1-- beispielsweise eine Dicke von 0, 15 mm aufweist.
Zweckmässigerweise wird man auch in diesem Falle aus einer grösseren Halbleiterscheibe eine Vielzahl solcher Transistoren gleichzeitig herstellen, indem man in die die grosse Scheibe bedeckende maskierende Schicht eine Vielzahl äquidistanter Fenster --7-- unter Verwendung geeigneter Photo-
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masken in bekannter Weise einätzt, dann in einem gemeinsamen Diffusionsprozess eine Vielzahl von Basiszonen --8-- und schliesslich auch von Emitterzonen erzeugt.
Nach Herstellung der Basiszone wird der Emitter durch Einlegieren hergestellt, wobei eine Legierungstiefe von höchstens 0, 8 iL zugelassen ist. Bevorzugt wird man das den Emitter bildende Dotierungmaterial auf die Halbleiteroberfläche lokalisiert aufdampfen und dann einlegieren. Um ein definiert lokalisiertes Aufdampfen zu erreichen, wird eine Aufdampfmaske, z. B. aus Photolack, verwendet, die gerade den Ort des zu erzeugenden Emitters bzw. bei Simultanherstellung die Stellender zu erzeugenden Emitterzonen an der Halbleiteroberfläche freilässt. Die Photolackmaske ist in Fig. 5 dargestellt und mit - bezeichnet. Sie lässt das Fenster --11-- zur Halbleiteroberfläche --2-- frei.
Die aufgedampfte Emitterschicht wird dann, gegebenenfalls nach Entfernung der Photolackmaske, einlegiert und führt zur Entstehung einer Emitterzone --12-- mit pn-Übergang --14- zur Basiszone --8--.
Es empfiehlt sich, das den Emitter erzeugende Material nicht nur am Ort des zu erzeugenden Emitters, sondern auch auf einem zusätzlich freigelegten, abseits des pn-Übergangs zur Basis angeordneten Bereich der Kollektorzone nach Entfernung der maskierenden Schichten von dieser Stelle aufzudampfen und in die Kollektorzone einzulegieren. Es entsteht in dem p-leitenden Bereich der Kollektorzone (dem ursprünglichen Material desHalbleitergrundkristalls) eine-beispielsweiseringfôrmige-hoch- dotierte p+-Zone --16--. Diese p+-Zone wird dann mit einer Elektrode kontaktiert, die sich in Form einer Metallisierung der Schutzschicht --3, 4-- bis in die Nähe des pn-Übergangs --9--, gegebenenfalls sogar bis in die unmittelbare Nähe des pn-Übergangs --14--, erstrecken kann.
Eine derartige Hilfszone am Kollektor erhöht die stabilisierende Wirkung. Ausserdem reduziert sie den Kollektorbahnwiderstand. Das Einlegieren des die Zone --16-- hervorrufenden Materials geschieht zweckmässig gleichzeitig mit dem Einlegieren des Emitters.
Gleichzeitig oder nacheinander mit dem Emitter wird auch eine die Basiszone kontaktierende Elektrode erzeugt, indem man ein entsprechendes, das Material der Zone --8-- sperrfrei kontaktierendes Metall abseits vom Emitter, beispielsweise in Form eines den Emitter konzentrisch umgebenden Ringes--15--, einlegiert.
In Fig. 6 ist die noch nicht mit einer Feldelektrode-16-kontaktierte Anordnung dargestellt, wie sie auf Grund der bisher beschriebenen Prozesse erhalten wird. Anschliessend an diesen Zustand empfiehlt es sich, die durch die maskierende Schicht-3 und 4-gebildete Schutzschicht entweder abzulösen und zu erneuern, oder, was im Interesse der bisher beschriebenen Schritte als zweckmässiger erscheint, zu ergänzen. Beim zuletzt genannten Verfahren wird die in Fig. 5 dargestellte Anordnung vollständig mit einer unterhalb von 5000C hergestellten isolierenden Schicht, zweckmässig aus SiO, überzogen.
Dann muss jedoch diese Schutzschicht --14-- an den Stellen beabsichtigter und noch nicht durchgeführer Kontaktierung nochmals lokal entfernt werden, wozu wieder die bekannte Photolacktechnik ein ausgezeichnetes Mittel bietet. Hiedurch werden entweder bereits vorhandene, in Form einer Metal- lisierung der Halbleiteroberfläche vorliegende Elektroden oder eine noch nicht mit einem elektrischen Anschluss versehene Stelle der Halbleiteroberfläche freigelegt (z.
B. die Stelle der erzeugenden Kollektorelektrode) und auf --13-- eine der nun zu beschreibenden Weisen mit elektrischen Anschlüssen versehen. a) Die nach dem soeben beschriebenen Prozess hergestellte, mit Ausnahme der zu kontaktierenden Stellen mit der isolierenden Schutzschicht bedeckte Germaniumscheibe wird unter Vakuum mit einem Kontaktmetall, vorzugsweise Aluminium oder einer Chromlegierung mit Aluminium oder Silber vollständig bedeckt.
Dann wird diese Metallisierung an den nicht zur Kontaktierung vorgesehenen Stellen zweckmässig unter Verwendung einer Ätzmaske aus Photolack wieder abgelöst, wobei man das Ätzmittel so wählt, dass es das Material der Schutzschicht bzw. der Halbleiter nicht angreift. b) Eine Alternative zu a) sieht vor, das Kontaktmetall nur lokalisiert aufzudampfen, wozu wieder Bedampfungsmasken, insbesondere aus Photolack, Verwendung finden. c) Schliesslich kann man daran denken, die zu kontaktierenden Stellen nicht durch Aufdampfen zu kontaktieren, sondern eventuell sogar unter Weglassung der zweiten Maskierungsschicht durch Thermokompression oder auf andere Weise mittels entsprechender Anschlussdrähte direkt zu kontaktieren.
Die schliesslich erhaltene Struktur ist in Fig. 7 dargestellt. Die elektrischen Anschlüsse sind mit - bezeichnet.
Die so hergestellte Anordnung wird in einem Metallgehäuse montiert, wobei der Träger --18--, z. B. eine Metallplatte, gleichzeitig als Kollektorelektrode verwendet und mit der Kollektorzone --1-des Transistors durch Legieren verbunden wird. Eine andere zweckmässige Montageform sieht die Einbettung des Transistors mit seinen Elektroden in einer Kunststoffhülle, z. B. Epoxydharz, vor. Dabei
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ist die vorherige Abdeckung des Transistors mit Silikonlack zweckmässig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen eines Germaniumtransistors, bei dem die mit einer maskierenden Schicht bedeckte Oberfläche eines dotierten Germaniumkristalls mit einem zum Halbleitermaterial durchgehenden Fenster versehen, durch dieses Fenster ein den entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufender Aktivator zur Erzeugung einer Basiszone mit pn-Übergang zu dem als Kollektorzone dienenden Grundmaterial des Halbleiterkristalls eindiffundiert und im Bereich dieser Basiszone eine die Kollektorzone nirgends berührende Emitterzone hergestellt wird, bei dem ferner die tiefste Stelle des Basis-Kol- lektor-Übergangs auf eine Tiefe von 1 bis 3 li, die des durch Legieren hergestellten Emitterübergangs auf eine Tiefe von höchstens 0, 8ji eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der die Basiszone erzeugende Aktivator gegen eine Schar von 111-Flächen um mindestens 10 und höchstens 20 geneigten ebenen Oberflächenteil des Germaniumkristalls eindiffundiert wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.