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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von aus Silizium als Grundmaterial bestehenden, mindestens zwei durch Diffusion erzeugte Zonen unterschiedlichen, einander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweisenden npn-Transistoren, wobei die Diffusion der einzelnen Zonen aus auf der Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, die jeweiligen Dotierungsstoffe enthaltenden festen Stoffen erfolgt.
Das Aufbringen von Dotierungsstoff auf Siliziumkristallscheiben für die Fertigung von Halbleiterbauelementen für eine anschliessende Diffusion wird im allgemeinen in einem Ofen in einer mit dem Dotierungsstoff erfüllten Atmosphäre durchgeführt. Die Anzahl der Kristallscheiben, die in einem Arbeitsgang gleichzeitig mit dem Dotierungsstoff versehen werden können, ist durch den Abstand, den die Scheiben voneinander haben müssen, mehr oder weniger begrenzt, je nachdem, wie hoch die Anforderung an die Gleichmässigkeit der Dotierung ist. Für Halbleiterbauelemente mit hoher Leistung, welche relativ grosse Abmessungen aufweisen, ist dieser Arbeitsgang daher sehr teuer, da nur eine geringe Anzahl an Kristallscheiben gleichzeitig mit dem Dotierungsstoff versehen werden kann.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1046785 ist unter der amerikanischen Bezeichnung"Paint on"-Verfahren (Aufstreich-Verfahren) ein Verfahren bekannt, welches zur Herstellung von grossflächigen Halbleiterbauelementen besser geeignet ist, da es billiger durchzuführen ist, und keinen zu grossen Aufwand erfordert. Bei diesem Verfahren wird auf die Halbleiterkristalloberfläche eine an sich bekannte glasbildende Verbindung, welche als Bestandteil den Dotierungsstoff enthält, in Form einer Paste aufgebracht, getrocknet und in die Oberfläche eindiffundiert. Dabei entsteht unter der Glasur eine mit dem entsprechenden Leitfähigkeitstyp des Dotierungsstoffes versehene Zone in der Halbleiterkristalloberfläche.
Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass auf einer Seite der Halbleiterkristallscheibe nur eine p-Dotierung oder eine n-Dotierung erzeugt werden kann und nur schlecht eine Kombination beider Dotierungen nebeneinander, wie es für die Fertigung von Transistoren häufig erforderlich ist. Ausserdem erhält man durch unregelmässige Schichtdicken beim "Paint on"-Verfahren sehr oft Bauelemente mit grosser Streubreite der elektrischen Parameter.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 210479 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Dotierungsmaterial in einer auf den Halbleiterkörper aufzulegierenden Folie enthalten ist.
Die Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, in einfacher und rationeller Weise diffundierte Siliziumhalbleiterbauelemente, insbesondere Transistoren, mit nebeneinanderliegenden, unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisenden Bereichen unter Verwendung von festen, auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebrachten, den Dotierungsstoff enthaltenden Stoffen herzustellen.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass als fester Stoff mindestens zwei mit jeweils den entsprechenden Dotierungsstoffen versehene Nickelschichten verwendet werden, dass diese Nickelschichten einschliesslich der jeweils in ihnen enthaltenen Dotierungsstoffe auf chemischem Wege auf die für die Diffusion vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberfläche abgeschieden werden, dass die Zonen von unterschiedlichem, einander entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zur Erzeugung mindestens einer n-dotierten Zone unter Verwendung einer mit dem bekannten Dotierungsstoff Phosphor versehenen Nickelschicht als Dotierungsstoffquelle und zur Erzeugung einer p-dotierten Zone unter Verwendung einer mit dem bekannten Dotierungsstoff Bor versehenen Nickelschicht als Dotierungsstoffquelle gleichzeitig durch Erhitzen auf die Diffusionstemperatur gebildet werden.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass mehrere Nickelschichten mit unterschiedlicher Dotierung oder Dicke nebeneinander und bzw. oder übereinander so abgeschieden werden können, dass bei der anschliessenden Diffusion im Halbleiterkörper nebeneinanderliegende Zonen von in der Konzentration oder im Leitfähigkeitstyp unterschiedlicher Dotierung gleichzeitig erhalten werden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, den Gehalt an Dotierungsstoff in den Nickelschichten auf 3 bis 10% einzustellen.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel werden die den Dotierungsstoff enthaltenden Nickelschichten in einer Schichtstärke von ungefähr 0, 2 J1 abgeschieden. Durch Verändern der Dicke der Nickelschichten kann auch die abgeschiedene Menge des Dotierungsstoffes (Bor oder Phosphor) verändert werden.
Im Rahmen der Erfindung soll es auch liegen, den Diffusionsprozess in zwei Schritten durchzuführen, wobei die Kristallscheiben zunächst unter Verwendung eines Abstandshalters so lange erhitzt werden, bis keine flüssige Phase der mit dem Dotierungsstoff versetzten Nickelschichten mehr auf der Siliziumoberfläche vorhanden ist, und dann der Diffusionsprozess mit dichtgepackten Kristallscheiben ohne Abstand voneinander zu Ende geführt wird. Beim ersten Verfahrensschritt befinden sich die Kristallscheiben in einer Halterung, so dass ein Abstand zwischen den Scheiben gewährleistet ist, und die Scheiben durch die geschmolzene Nickellegierung, welche durch die Nickelschicht zusammen mit dem Silizium entsteht, nicht zusammenkleben.
Der weitere Diffusionsprozess kann dann durch Stapelung ohne Abstand zwischen den Scheiben durchgeführt werden ; dadurch ist eine wesentlich bessere Ausnutzung der Diffusionsanlage möglich.
Für den ersten Diffusionsschritt genügen 60 min bei 12500C in Inertgasatmosphäre oder an Luft.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass gleichzeitig mit der Dotierung eine Nickelbelegung erfolgt, so dass bei nachfolgender Diffusion die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger sehr
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viel höher bleibt als ohne Nickel. Ausserdem wird die spätere sperrfreie Kontaktierung der entsprechenden Bereiche wesentlich erleichtert.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen weitere Einzelheiten und Vorteile hervorgehen, näher erläutert werden : Die Fig. 1 bis 4 zeigen den Herstellungsgang eines npn-Siliziumtransistors ; die Fig. 5 bis 8 zeigen ebenfalls den Herstellungsgang eines npn-Transistors, aber unter Zwischenschaltung einer selektiven Ätzung. Die Fig. 9 bis 12 zeigen den Herstellungsgang eines diffundierten npn-Transistors. In den dargestellten Zeichnungen ist jeweils nur ein Ausschnitt aus einer eine Vielzahl von gleichartigen Anordnungen tragenden Kristallscheibe, welcher eine einzige Anordnung enthält, gezeigt.
Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen. In Fig. 1 wird von einer p-dotierten Siliziumeinkristallscheibe--l--ausgegangen, welche durch einen ganzflächigen Oxydationsprozess mit einer SiO2-Schicht --2-- überzogen wird. Dann wird die Anordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, unter Verwendung der
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Reste der Oxydschicht mit--2--und die zusätzlich aufgebrachte, mit einer Phosphordotierung (3 bis 10%) versehene Nickelschicht mit --3-- auf der Oberseite der Kristallscheibe und mit --4-- auf der Unterseite der Kristallscheibe bezeichnet. Das Aufbringen dieser Nickelschicht in einer Schichtstärke von ungefähr 0, 2 jH erfolgt auf nass-chemischem Wege.
Dabei wird die teilweise mit der Oxydschicht versehene Anordnung bei 900C mit einer ammoniakalischen Nickelsulfatlösung, welche Zusätze von Natriumhypophosphid und Diaminhydrogencitrat enthält, behandelt, wobei sich nur an den freien, d. h. nicht mit der Si02-Schicht bedeckten Kristalloberflächen eine Nickelschicht-3, 4-niederschlägt.
In Fig. 3 ist die Anordnung dargestellt, nachdem die in Fig.2 mit --2-- bezeichnete SiO2-Schicht ganz entfernt worden ist. Anschliessend wird die gesamte Anordnung (1, 3,4) mit einer zweiten Nickelschicht--S-- überzogen, welche als Dotierungsstoff Bor enthält. Das Aufbringen dieser Nickelschicht erfolgt ebenfalls auf nass-chemischem Wege, u. zw. wird dabei die mit der ersten Nickelschicht--3 und 4--versehene Kristallscheibe --l-- bei 67 C mit einer ammoniakalischen Nickelsulfatlösung, welche Zusätze von Natriumborat, Natriumborhydrat und Diaminhydrogencitrat enthält, behandelt.
Die Dicke der Schicht--5--bzw. der Borgehalt in dieser Nickelschicht wird so eingestellt, dass bei der anschliessenden Diffusion die Zahl der aus der Schicht--5--in den Halbleiterkristall eindiffundierenden Störstellen im Gebiet--6 und 7-- (s. Fig. 4) gegenüber den aus der Schicht-3 und 4-eindiffundierenden Störstellen klein ist. Die Nickelschichten legieren bzw. diffundieren weitgehend in den Halbleiterkörper ein und werden nicht entfernt.
Fig. 4 zeigt die Transistoranordnung nach dem Diffusionsprozess im Temperaturbereich von 1000 bis 1300 C unter Verwendung der mit den Dotierungen versehenen Nickelschichten als Diffusionsquellen. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen--l--die p-dotierte Basiszone,--6--die eindiffundierte n-leitende Emitterzone, --7-- die n+-leitende Kollektorzone und-8-die aus der mit der Bordotierung versehenen Nickelschicht erzeugte höher dotierte p-leitende Zone, welche ebenso wie die Zonen--6 und 7--die sperrfreie Kontaktmetallisierung der einzelnen Bereiche durch das Vorhandensein von Nickel erleichtert.
Nach dem Aufbringen der Metallkontakte wird die Kristallscheibe, auf der eine Vielzahl von gleichen Anordnungen untergebracht ist, in die einzelnen Anordnungen zerlegt, welche dann der Montage zugeführt werden.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines npn-Transistors. Dabei wird, wie in Fig. 5 dargestellt, ebenfalls von einer p-dotierten Siliziumkristallscheibe-11-ausgegangen. Diese Kristallscheibe--11--wird auf nass-chemischem Wege, also stromlos, ganzflächig mit einer mit einer Phosphordotierung versehenen Nickelschicht--12--in einer Schichtstärke von 0, 2 ju überzogen.
Dann wird, wie in Fig. 6 dargestellt, mittels der bekannten Verfahrensschritte einer selektiven Ätzung die mit der Phosphordotierung versehene Nickelschicht bis auf die für den Emitter- und Kollektorbereich bestimmte Nickelschicht-13 und 14-entfernt, wobei die über diesen Nickelschichten aufgebrachte Schutzschicht --15--, welche beispielsweise aus Photolack, Wachs oder Picein oder aus einer Oxyd- bzw. Nitridschicht besteht, zur Maskierung für eine weitere Nickelabscheidung stehenbleibt.
Fig. 7 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 6, wobei noch zusätzlich auf der freien Oberfläche eine zweite Nickelschicht --16-- aufgebracht ist, welche mit einer 5% eigen Bordotierung versehen ist und auf die gleiche Weise entsteht, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Fig. 8 zeigt die erhaltene Transistoranordnung nach dem Diffusionsprozess im Temperaturbereich von 1000
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Zone, über welche die Basiszone kontaktiert wird, bezeichnet. Die Weiterverarbeitung erfolgt, wie beim Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.
In den Fig. 9 bis 12 wird der Herstellungsgang eines diffundierten npn-Transistors beschrieben. Dabei wird, wie in Fig. 9 dargestellt, von einer n-dotierten Siliziumeinkristallscheibe-21-ausgegangen, welche ganzflächig und auf beiden Seiten mit einer p-dotierten Nickelschicht --22-- mit Borzusatz auf nass-chemischem Wege, wie bereits beschrieben, versehen wird. Anschliessend wird, wie aus Fig. 10 ersichtlich, durch einen
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