DE1036393B - Verfahren zur Herstellung von zwei p-n-UEbergaengen in Halbleiterkoerpern, z. B. Flaechentransistoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von zwei p-n-UEbergaengen in Halbleiterkoerpern, z. B. Flaechentransistoren

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DE1036393B DES40325A DES0040325A DE1036393B DE 1036393 B DE1036393 B DE 1036393B DE S40325 A DES40325 A DE S40325A DE S0040325 A DES0040325 A DE S0040325A DE 1036393 B DE1036393 B DE 1036393B
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Description

DEUTSCHES
Es ist bekannt, p-n-Übergänge in Halbleitern durch Einlegierung eines Donators oder Akzeptors in einem hochgereinigten oder anders dotierten Halbleiterkörper herzustellen. Durch Einlegieren von beiden Seiten entstehen auf diese Weise die sogenannten Legierungs- oder Diffusionstransistoren. Eine bekannte Ausführungsform dieser Art besteht aus einem η-leitenden, dünnen Germaniumstück, auf dessen beiden Oberflächen je eine gewisse Menge p-Leitung erzeugendes Indium auflegiert ist. Das dünne Germaniumstück ist auf diese Weise von zwei p-n-Übergängen eingeschlossen, und es können die so entstandenen drei Zonen in bekannter Weise als Transistor geschaltet werden.
Bei der Herstellung eines sogenannten Hook-Kollektors ist bereits vorgeschlagen worden, daß das Schmelzlegierungsstück zwei Stoffe enthält, welche, wenn sie in den Körper hineindiffundiert sind, in diesem Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp hervorrufen, wobei einer dieser Stoffe die Eigenschaft hat, viel rascher in den Körper des Halbleitermaterials hineinzudiffundieren als der andere, daß dabei eine Schicht von wieder ausgeschiedenem Halbleitermaterial unmittelbar unterhalb des Schmelzlegierungsstücks und an diesem angeschmolzen entsteht, wobei die Schicht aus wieder ausgeschiedenem Halbleitermaterial beide Stoffe in solchen Mengen enthält, daß der langsamer diffundierende Stoff vorherrschend ist und den Leitungstyp der wieder ausgeschiedenen Schicht bestimmt und weiter eine erste Diffusionsschicht sich im Halbleiterkörper unmittelbar unterhalb der wieder ausgeschiedenen Schicht befindet und ebenfalls eine vorherrschende Menge mit langsamer diffundierenden Stoffes enthält, so daß der Leitungstyp der ersten Diffusionsschicht von der gleichen Art wie derjenige der wieder ausgeschiedenen Schicht ist, und daß sich unterhalb der ersten Diffusionsschicht eine zweite Diffusionsschicht im Halbleiterkörper befindet, in welcher der rascher diffundierende Stoff vorherrschend ist, so daß die zweite Diffusionsschicht von einem Leitungstyp ist, der sowohl dem der Schicht des wieder ausgeschiedenen Halbleitermaterials als auch dem der ersten Diffusionsschicht entgegengesetzt ist.
Darüber hinaus isfes bekannt, eine p-n-Schicht durch Aufschmelzen von Halbleitermaterial, das sowohl Donatormaterial als auch Akzeptormaterial enthält, herzustellen, wenn Donator und Akzeptor unterschiedliche Verteilungskoeffizienten besitzen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe· gestellt, durch besondere Ausbildung des auf den Halbleitergrundkörper aufzulegierenden Stoffes durch einen einzigen Legierungsvorgang zwei p-n-Übergänge gleichzeitig zu erzeugen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch
Verfahren, zur Herstellung von zwei
p-n-übergängen in Halbleiterkörpern,
z. B. Flächentransistoren
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Dr, Heinz Henker, München,
und Dr. phys. Franz Kerkhoff, Göttingen,
sind als Erfinder genannt worden
erreicht, daß die einlegierte Substanz einen Aktivator von höherem Diffusionskoeffizienten bei kleinerem Verteilungskoeffizienten und einen anderen, antipolaren Aktivator von niedrigem Diffusionskoeffizienten bei höherem Verteilungskoeffizienten enthält. Hierbei bedeutet bekanntlich der Verteilungskoeffizient das Verhältnis der Fremdstoffkonzentration in der festen Phase zu derjenigen in der flüssigen Pha.-e. In diesem Falle verbleibt praktisch nur der eine der beiden Teile an der Oberfläche des Grundstoffes und erzeugt dort einen Leitungstyp, während die andere Komponente in das Innere des Grundstoffes bis zu einem gewissen Grade eindringt und dort den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt. Ist der Grundkörper eigenleitend, so entsteht auf diese Weise eine Folge von p- und η-leitendem Material und eine Intrinsic-Zone. Besteht andererseits der Grundkörper von vorneherein aus einem Halbleiter solchen Leitungstyps, den auch die Komponente mit dem großen Verteilungskoeffizienten und der geringen Diffusionsgeschwindigkeit erzeugt, so erhält man drei aufeinanderfolgende Zonen p-n-p oder n-p-n, man kann also auf diese Weise einen vollständigen p-nrp- oder n-p-n-Transistör durch einen einzigen Legierungs Vorgang herstellen. Andererseits ist es aber auch möglich, den hierbei entstehenden zweiten p-n-Übergang als Hook auszunutzen. Dies empfiehlt sich besonders, weil man es durch passende Wahl der Diffusionsgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Verteilungskoeffizienten der beiden oder mehr Komponenten in der Hand hat, die hierbei entstehende mittlere Zone besonders dünn auszubilden. In diesem Falle wird man auf der entgegengesetzten Seite in üblicher Weise eine zweite
«09 597/443
Legierung· bzw. Eindiffusion eines Donators bzw. Akzeptors oder Donators und Akzeptors vornehmen. Man erhält auf diese Weise auf der anderen Seite entweder einen einfachen p-n-Übergang oder ebenfalls einen solchen mit Hook, d. h. einen p-n-p- bzw. n-p-n-Übergang. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist im übrigen mit besonderem Vorteil überall da anwendbar, wo es sich darum handelt, einen scharfen mit einem unscharfen p-n-Übergang zu kombinieren, wol>ei sinngemäß jeweils mindestens die eine der n- oder p-Zonen auch durch einen Intrinsic-Bereich ersetzt sein kann; dieser Vorteil beruht darauf, daß der durch Legierung entstehende Übergang erheblich schärfer ist als der durch Diffusion entstehende Übergang zwischen zwei Zonen unterschiedlichen Leitungstyps.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen p-leitenden Germaniumkristall, der in bekannter Weise mit zwei Vertiefungen versehen ist. In die rechte Vertiefung ist eine Legierung aus dem Donator Antimon mit dem neutralen Metall Blei eingebracht, die in an sich bekannter Weise in das Germanium teilweise einlegiert wird. Hierdurch entsteht zwischen der Legierungszone 2 aus Antimon und Blei und dem p-Germanium 1 eine schmale n-Zone 3. In die andere Vertiefung auf der linken Seite ist erfindüngsgemäß die Legierung aus dem p-leitenden Akzeptor Indium und dem n-leitenden Donator Lithium eingebracht.
Da das Indium eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit mit relativ großem Verteilungskoeffizienten besitzt, dagegen das Lithium eine besonders große Diffusionsgeschwindigkeit bei einem verhältnismäßig kleinen Verteilungskoeffizienten hat, entsteht bei der auf an sich ebenfalls in bekannter Weise vorgenommenen Einlegierung dieser Legierung in den Germaniumkristall 1 eine große p-leitende Zone 4 im wesentlichen aus Indium mit etwas Lithium darin und eine η-leitende, sehr schmale Zone 5 durch Anwesenheit des Lithiums im Germanium.
In Fig. 2 ist eine andere Anordnung dargestellt, die aus einem normalen p-n-p-Übergang besteht. 6 ist ein p-leitendes Germaniumkristallstück, das als Kollektor wirkt und auf einer beliebigen, metallischen Unterlage 7 angeordnet ist. Von oben ist eine Legierung aus Antimon und Lithium in den Germaniumkristall einlegiert. Hierbei sind zwei Zonen entstanden, nämlich erstens die äußere und größere Zone 8, die als Emitter wirkt und aus der Legierung Germanium-Antimon-Lithium besteht, welche überwiegend p-leitend ist. Dazwischen ist eine n-leitende, als Basis wirkende Schicht 9 entstanden, die von der Eindiffusion des Lithiums in den Germaniumkristall herrührt.
Fig. 3 zeigt einen n-p-n-Transistor, dessen Mittelzone wiederum aus einem p-leitenden Germaniumkristall besteht. Der Kollektor rechts besteht aus Antimon, das in bekannter Weise auf den Germaniumkristall 10 auflegiert ist, während der Emitter 12 aus einer Legierung von Antimon, Blei, Kupfer und Germanium besteht. Das als Akzeptor wirkende Kupfer hat eine erheblich größere Diffusionsgeschwindigkeit als Antimon und dringt daher durch Diffusion verhältnismäßig tief in die mittlere Zone des p-leitenden Germaniums ein. Die sich hierbei ergebende Konzentrationsabnahme des Donators vom Emitter zum Kollektor hin ist unterhalb des Germaniumkristalls durch die Kurve 13 angedeutet.
Fig. 4 zeigt eine entsprechende Anordnung eines p-n-p-Transistors mit einem Mittelbereich 14 aus η-leitendem Germanium. Der Kollektor 15 besteht aus Gallium, Indium oder Aluminium, während der Emitter 16 aus einer entsprechenden Lithiumlegierung mit Gallium, Indium oder Aluminium hergestellt ist. Die Kurve 17 zeigt wiederum die Abnahme der
ίο η-Dotierung innerhalb des Germaniumkristalls von links nach rechts an.
Als weitere Möglichkeit sei noch darauf hingewiesen, daß unter Umständen mindestens eine der Legierungskomponenten des Kollektors oder Emitters auch ein solches Metall sein kann, welches zwar entweder von sich aus oder durch entsprechende Dotierung eine ausgeprägte p- oder η-Leitung besitzt, jedoch praktisch überhaupt keine Diffusionsfähigkeit und einen äußerst kleinen Verteilungskoeffizienten aufweist. In diesem Falle würde der äußerste Teil dieser Legierungszone nur eine reine Metallisierung der darunterliegenden p- oder η-leitenden Zone darstellen und eine Schottkysche Randschicht erzeugen, an die sich eine durch Diffusion des anderen oder der anderen Legierungspartner erzeugte p- oder η-leitende Zone anschließt.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von wenigstens zwei p-n-Übergängen in Halbleiterkörpern, z. B.
Flächentransistoren, durch Legierung und/oder Diffusion, bei dem das Aktivatormaterial aus mindestens einem Donator und einem Akzeptor unterschiedlichen Diffusions- und Verteilungskoeffizienten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die einlegierte Substanz einen Aktivator von höherem Diffusionskoeffizienten bei kleinerem Verteilungskoeffizienten und einen anderen, antipolaren Aktivator von niedrigem Diffusionskoeffizienten bei höherem Verteilungskoeffizienten enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Legierung auch das Halbleitermaterial selbst enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff hoher Diffusionsgeschwindigkeit Lithium oder Kupfer oder Nickel dient.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich einen bezüglich des Leitungstyps neutralen Stoff, z. B. Blei, enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Aktivator enthält, welcher Haftstellen, Rekombinationszentren oder sonstige Störstellen im HaIbleiter zu erzeugen vermag.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Legieren ein elektrisches Feld bzw. Stromdurchgang angewendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen W 6649 VIIIc/21g
(bekanntgemacht am 3.4. 52),JV752 VIIIc/21g 11/02 (bekanntgemacht am 28. 1. 54);
Journal of Metals, 6 (1954), S. 295.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patentanmeldung W 14766 VIIIc/21g
11/02 (bekanntgemacht am 9. 2. 56).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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