DE1056747B - Verfahren zur Herstellung von mehreren p-n-UEbergaengen in Halbleiterkoerpern fuer Transistoren durch Diffusion - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von mehreren p-n-UEbergaengen in Halbleiterkoerpern fuer Transistoren durch Diffusion

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
kl. 21g 11/02
INTERNAT. KL. H Ol 1
AUSLEGESCHRIFT 1056 747,
W18524VIIIc/21g
-AN M E LD E TAG: 25. FEBRUAR 1956
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DEtt AUSLEGESCHRIFT:
6.MA1 1959
Die Erfindung befaßt sich mit Halbleitervorric.hr tungen, insbesondere mit den, gewöhnlich als Verbindungstransistoren und Feldeffekttransistoren bezeichneten Arten. Sie betrifft Verfahren zur Herstellung von mehreren p-n-Übergängen in Halbleiterkörpern, z. B. in Germanium oder Silizium, für Transistoren.
Für solche Vorrichtungen, die bei hohen Frequenzen arbeiten sollen, ist die Verwendung eines Halbleiterkörpers wünschenswert, der eine dünne Schicht von dem einen Leitfähigkeitstyp enthält, die an eine Schicht von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp angrenzt. Die Erfindung will die praktische Herstellung solcher Körper erleichtern.
Es soll zunächst die Anwendung der Erfindungsgedanken auf die Herstellung von Verbindungstransistoren behandelt werden. Die Erläuterung der Anwendung der gleichen Prinzipien auf die Herstellung von Feldeffekttransistoren wird anschließend gegeben.
Ein Verbindungstransistor besteht im allgemeinen aus einem Halbleiter — gewöhnlich Germanium. — der eine Mehrzahl aneinander angrenzender Schichten von verschiedenem Leitfähigkeitstyp enthält, so daß mehrere p-n-Übergänge in dem Halbleiter bestehen. In der allgemeinen Form eines Verbindungstransistors enthalt ein Germaniumkörper einen Basisbereich des einen Leitfähigkeitstyps, beispielsweise p-Typs, der zwischen den angrenzenden Emitter- und Kollektoorschiohten mit entgegengesetzter, also· n-Typ-Leitfähigkeit liegt.
Bei den üblichen Ausbildungsformen kann, der Emitter entweder ein Punktkontakt mit Gleichrichterwirkung zur Basis sein, oder es wird eine Zone mit Eigenleitfähigkeit zwischen Basis und Kollektorschicht gelegt, wie in dem Aufsatz von J. M. Early, »Trioden mit P-N-I-P- und N-P-I-N-Verbindungstransistören«, veröffentlicht im Bell-System-Teclmical-Journal, Mai 1954, S. 517 und 534, beschrieben wird.
Für die Arbeitsweise von Verbindungstransistoren dieser Art ist es charakteristisch, daß Fehlstellen als Ladungsträger aus dem Emitter in die Basissdh'icht auf Grund eines Signalimpulses geschickt werden, um dieselbe in Richtung auf den Kollektor zu durchqueren und dort in dem mit dem Kollektor verbundenen Stromkreis Ausgangsströme auftreten, zu lassen. In der üblichen Form des Verbindungstransistors bewegen sich die hineingeschickten Ladungsträger quer durch die Basisschicht hauptsächlich durch Diffusion, obwohl es mit einem geeigneten Konzentrationsgradienten. der »l>edoutsamen Verunreinigung« in der Basisschicht möglich ist, ein »eingebautes« elektrostatisches Feld zu errichten, das eine Drift der hineingeschickten Unterschuß-Ladungsträger bewirkt, die die Diffusion erhöht. Für die Rolle der Basisschioht Verfahren zur Herstellung
von mehreren p-n-übergängen
in Halbleiterkörpern für Transistoren
durch Diffusion
Anmelder:
Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7 *
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. März 1955
George Clement Dacey, Chatham, N. J.,
Charles Alexander Lee, New Providence, N, J.,
und William Shockley, Madison, N. J.
(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
in einem solchen Vorgang ist es charakteristisch, daß sie in starkem Maße die AusgangscharaJkteristik der Transistoren bestimmt. Für die Gleichförmigkeit der Ausgangscharaktcristik bei serienmäßiger Transistor-•fertigung ist Gleichmäßigkeit der Basisschichten in den Transistoren notwendig. Dementsprechend ist es wichtig, daß das Herstellungsverfahren selbst die Hcrstellbarkeit gleichförmiger Basisschichtcn gewährleistet.
Darüber hinaus ist es für die Rolle der Basisschicht in einem Verbindungstransistor noch von Bedeutung, daß hierzu eine besondere Anordnung und Verteilung der Verunreinigung notwendig ist, die aber die leichte Reproduzierbarkeit erschweren. Da insbesondere die Laufzeit für die Diffusion ein.es Ladungsträgers quer durch die Basisschicht die Arbeitsfrequenz, bei der noch eine beachtliche Verstärkung erzielt wird, η
oben, begrenzt, ist es für Iiochfrequenzaiiwendun;
wichtig, daß die Breite der Basisschicht schmal ist,
909 50!
3 4
^ bisher bei der Herstellung von Vcrbindungs- Feststellung, daß es für eine erfolgreiche serienmäßige transistoren für hohe Frequenzen benutzten Verfahren Fertigung von Transistoren von entscheidender Befühlten nicht zu guter Reproduzierbarkeit bei Massen- deutung ist, daß eine sehr genaue Steuerungsmöglichproduktion. Beispielsweise beruht eines der üblichen keit für die Konzentration der Diffusionsschicht bc-Verfahren auf der Umkehrung des Leitfähigkeitstyps 5 steht, welche in den umgewandelten Oberfiächcngegenüberlicgender Schichten eines dünnen Halb- bereich eingeführt ist, der als Emitterschicht dienen leiterplättchens zwecks Bildung von. Emitier- und soll. Die Überschreitung einer Konzentration von Kollektorschichten auf gegenüberliegaiden Seiten etwa 1018 Atomen/cm3 hat sich, wie bekannt, als nicht einer nicht umgewandelten-Zwischenschicht, die dann zweckdienlich erwiesen.
als Basisschicht dient. Es sind verschiedene spezielle io Bei einem Verfahren zur Herstellung von mehreren Verfahren bekannt, die auf diesem allgemeinen Prin- p-n-Übergängen in Halbleiterkörpern für Transistoren zip beruhen. Es ist indessen klar, daß es zur exakten durch Eindiffusion von Störstellenmaterial aus der Kontrolle der Basisschichtbreite bei solchen Verfahren Gas- oder Dampfphase bis zu einer Störstellenkonzennotwendig ist, sowohl die Breite des dünnen Hall>- tration unter etwa 1018 Atomen/cm3 und anschlicßenlcitcrplättchen.s zu regeln, von dem man ausgeht, als 15 der Rückumwandlung des oberflächennahen Teils der auch die Eindringtiefe der beiden umgewandelten Diffusionsschicht der Halbleiterkörper, deren Lei-Oberflächenschichten. Wenn insbesondere die Dicken tungstyp demjenigen der erzeugten Diffusionsschicht von Emitter- und Kollektorschicht groß im Vergleich entgegengesetzt ist, werden gemäß der Erfindung die zur gewünschten Breite der Basisschicht sind, wie Halbleiterkörper dem Einfluß einer das diffundiedies gewöhnlich bei den nach dieser Technik herge- 20 rende Störstellenmaterial als Dampf oder Gas abgebenstellten. Transistoren der Fall ist, so führen kleine den Dotierungsquelle in Form eines mit Störstellenfraktionelle Fehler in der Dicke dieser Emitter- und material dotierten Halbleitermaterials in einem Ofen Kollektorschichten und des Halbleiterkörpers zu star- ausgesetzt.
ken fraktionellen Fehlern in der endgültigen Dicke Wird p-Typ-Germanium als Ausgangsmaterial ver-
der Basisschicht. Dementsprechend ist es schwierig, as wandt, so empfiehlt es sicih., Arsen in Dampfzustand
mit diesen Techniken Gleichförmigkeit in der Pro- in die Oberfläche eindiffundieren zu lassen und als
duktion zu erreichen, besonders wenn Transistoren Dotierungsquelle mit Arsen dotiertes Germanium zu
mit Basisschichten von Bruchteilen eines Hundertstel- verwenden.
millimeters genau und serienmäßig hergestellt werden In ihrer weiteren Ausbildung empfielt die Erfin-
sollen. 30 dung, einen Teil des Halbleiterkörpers durch Ätzung
Es kommt hinzu, daß verschiedene andere Ver- abzutragen., so daß ein begrenzter erhabener Bereich fahren zur Herstellung eingelagerter Zonen von einem stehenbleibt, der die zurückverwaiidelte Oberlläc.hen-Störstellenleitfähigkeitstyp zwischen zwei Zonen vom schicht und die Diffusionsschicht umfaßt,
entgegengesetzten Störstellenleitfähigkeitstyp — bei- Weiter ist zu empfehlen, daß, falls ein Halbleiterspielsweise diejenigen, bei welchen Änderungen der 35 körper mit p-Typ-Leitfähigkeit als Grundmaterial Wachstumsgeschwindigkeit benutzt oder bedeutsame benutzt wird, als Schidht mit 11-Typ-Leitfähigkeit eine Verunreinigungen während des Wachstums eines Arsendiffusionsschicht aufgebracht wird und die Halbleiterkristalls eingeimpft werden — gleichfalls zurückverwandelteObernächenschicht mit p-Typ-Leitnieht völlig befriedigen oder nur begrenzt anwendbar fähigkeit durch Aluminium erzeugt wird, das mit der sind, wenn Halbleiterkörper mit genau vorbestimm- 4o zurückverwandelten Oberflächenschicht verschmolzen ter, dünner Zwischenzone von einem Typ der Stör- wird.
Stellenleitfähigkeit zwischen zwei Zonen vom ent- Die erläuterten allgemeinen Prinzipien können in
gegengesetzten Leitfähigkeitstyp serienmäßig fabri- ähnlicher Form auf die Herstellung von Halbleitern
ziert werden sollen. für Feldeffekttransistoren übertragen worden. Das
Weiterhin ist, wie bereits angedeutet wurde, bisher 45 Prinzip eines solchen Transistors ist in einem Aufsatz bekanntgewesen, daß bei geeignetem Konzentrations- von W. Shockley, »Ein unipolarer Feldeffekt-Trangradienten der bedeutsamen Verunreinigung in der sistor«, Proceedings of the I. R. E., S. 1365 bis 1376, Basiszone des Verbindungstransistors in diese ein November 1952, beschrieben. Zur Bildung eines Halbelektrostatisches Feld eingebaut werden kann, das der leiterkörpers, der sich für die Verwendung in solchen Diffusionsgeschwindigkeit der injizierten Unterschuß- 5o Vorrichtungen eignet, wird eine dünne Oberflächen-Ladungsträger eine zusätzliche Driftgeschwindigkeit schicht von dem einen Leitfähigkeitstyp auf einem bei der Wanderung erteilt Wenn eine solche Drift Halbleiter des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps die Diffusion erhöht, kann die Wanderungszeit für. gebildet, indem man ein geeignetes Störstcllenanaterial die injizierten Fehlstellen-Ladungsträger verringert eindiffundiert. Ein Teil der Oberfläche dieser Diffuwerden und damit die obere Frequenzgrenze des 55 sionsschicht wird in den entgegengesetzten Leitfähig-Transistors heraufgesetzt werden. Die bisher verfüg- keitstyp rückverwandelt, und dieser rückvcrwandcltc baren Verfahren schaffen jedoch keinen, für diesen Teil dient als Eingang des Feldeffekttransistors. Zweck genügend großen Konzentrationsgradienten Außerdem werden Ohmsche Anschlüsse an die Diffuder bedeutsamen Verunreinigung. sionsschichten an entgegengesetzten Enden der Ein-
Zur Behebung der geschilderten praktischen Be- 6o gangssteile angebracht, die als Ein- und Ausgang
schränkungen und zur Ermögliohung einer serien- dienen.
mäßigen Fertigung, von Transistoren, gleichmäßiger Die Erfindung soll in der nachfolgenden Bcschrei-
Qualität und hoher Leistungsfähigkeil madht die Er- bung an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert
findung von der Möglichkeit Gebrauch, die durch werden.
Eindringcnlassen von Störstellenmaterial geänderte 65 Fig. IA bis IG zeigen im Querschnitt in aufLeitfähigkeit einer Schicht oder Zone des Halbleiter- cinanderfolgenden Fabrikationsstufen einen Vcrkörpers im Wege der Diffusion zu ändern bzw. zu- bindungstransistor vom p-n-p-Typ mit Diffusionsrückzuverwandeln, wie es für Trockengleichrichter basis;
bereits vorgeschlagen worden ist. Darüber hinaus Fig. 2, 3 und 4 zeigen perspektivisch verschiedene
beruht die Erfindung auf xLer/Erkenntnis und auf der 70 Formen von Verbindungstransistoren mit Diffusions-
I 056 747
"· basis, die gemäß clem in Fig. 1A bis 1G erläuterten Verfahren hergestellt sind;
Fig. 5 ist ein Ronzentrationsdiagramm der vorherrschenden bedeutsamen Verunreinigung in aufeinanderfolgenden Zonen eines Verbindungstransistors, der nach dem in Fir. 1 A bis 1 G erläuterten Verfahren hergestellt ist;
Fig. 6 zeigt im Querschnitt einen p-n-i-p-Verbindungstran*.istor, der nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 7 zeigt einen Feldeffekttransistor, der nach der Erfindung hergestellt \vurd.e;
Fig. 8 zeigt einen Ofen, in dem ein Halbleiterplättchen in Gegenwart einer Charge aus Impfmaterial erhitzt wird;
Fig. 9 zeigt die relative Kanzentration des diffundierten Sloffs mit steigender Eindringtiefe in das Halbleiterplättchen.
Die Anwendung des Erfindungsprinzips soll mit Bezug auf die Herstellung eines Germanium-p-n-p-Verbindungstransistors typischer Form beschrieben werden. Es ist natürlich klar, daß die Erfindungsprinzipien auch auf Transistoren anderer Form anwendbar sind.
Fig. 1A zeigt ein German ium plättchen 10 in zylindrischer Form, das eine Dicke oder Höhe von 0,25 mm und einen Radius von 1,25 mm hat. Das Germaniumplättchen ist aus Ein.kristallmaterial mit p-Typ-Leitfähigkeit und hat vorteilhaft einen spezifischen Widerstand von etwa 5 Ohm·cm. Ein soldier Widerstand und Leitfähigkeitstyp wird kennzeichnenderweise als Einkristall aus einer Germaniumschmelze gezüchtet, die mit Gallium versetzt ist.
Als erste Maßnahme l>ei der bevorzugten Ausführungsform. der Erfindung ist es gewöhnlich von Bedeutung, die Oberfläche des Plättchens von allen Spuren unerwünschter Verunreinigungen, insbesondere von Kupfer, zu befreien, das eine besonders wirksame Verunreinigung des Germaniums darstellt. Zu diesem Zweck wird das Plättchen vorteilhaft iiiKaliumcyanid und danach mit entionisiertem Wa-sser gewaschen und abgetrocknet.
Das saubere Germaniumplättchen ist nun für die Bildung einer OberflächendiffusionsscMcht vom n-Leitfähigkcitstyp fertig. Ein wichtiges Merkma.1 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung von Arsen als Diffusionssubstanz. Arsen hat sich als besonders bequem für genaue Kontrolle erwiesen, und genaue Kontrolle der Oberfiächendiffusionsschicht ist für das Verfahren nach der Erfindung lebenswichtig. Die Arsendiffusionsschicht der Oberfläche wird vorteilhaft gemäß nachfolgender Beschreibung in Verbindung mit Fig. 8 und 9 hergestellt.
Nach dieser Technik wird das saubere Germaniumplättchen in einen sauberen Ofen gebracht, vorzugsweise einen Molybdänofen, da ein soldier Ofen leichter kupferfrei zu halten ist. In den Ofen wird auch eine Germaniumcharge gegeben, ökonomischerweise polykristallines Material, aber von hoher Reinheit, das mit Arsen versetzt ist, damil eine Arsenkonzentration des Bodenkörpers vorliegt, die um einen vorgeschriebenen Betrag größer ist als die Arsenkonzentration, die für die auf dem Plättchen zu bildende Arsendiffusionsschicht gewünscht wird.
Es wurde insbesondere vorteilhaft gefundein, in dieser Weise ein Germanium zu verwenden, das mit Arsen bis zu einer Bodenkonzentration von etwa ΙΟ10 Atomen/cm3 versetzt ist, um in der Oberflächendiffusionsschicht des behandelten Stücks eine Konzentration von etwa 2·1017 Atomen/cm2 zu erreichen.
Die Arsenmenge in sonst reinem Germanium kann leicht durch Widerstandsmessung«! bestimmt wcrdcai. Das Germaniumplättahcn wird dann im Ofen für etwa 15 Minuten auf 800° C in dem Arsendampf erhitzt, der aus dem heißen polykristallinen Germanium hermisdifTundiert, und auf dem Plättchen bildet sich eine Oberflächen - Arsendiffusionsschicht. Für diesen Diffusionsprozeß ist es charakteristisch, daß die Konzentratiort der Arse.natome nach einer komplementären Fehlerfunktion mit wachsendem Abstand von der Oberfläche des Plättchens fällt. Dieser Konzentrationsgradient der Arsenatome läßt ein elekrostatisc'hes Feld in der Basiszone entstehen, welches den Unterschuß-Ladungsträgern, die von d.er Geberzone zur Wanderung quer durch die Basiszone hereingeschickt werden, eine Driftgeschwindigkeit erteilt.
Im speziellen ergibt die erwähnte Wärmebehandlung bei dieser besonderen Ausführungsform die BiI-dung einer Oberflächcndiffusionsschicht von ungefähr 0,005 mm Dicke mit einer Oberfiächenkonzentration von etwa 2·1017 Atomen/cm3, was einer Oberflächenleitfähigkeit von annähernd 10~2 Siemens/cm2 entspricht. Die Arsenkonzentration fällt mit wachsender Eindringtiefe, wie zuvor erwähnt. Es wurde vorteilhaft gefunden, die Überschreitung einer Oberfiächenkonzentration von 1018 Atomen/cm3 in dieser Diffusionsschicht zu vermeiden, um die Bildung einer guten Geberzone aus geschmolzenem Aluminium darauf zu ermöglichen.
In einigen Fällen kann das beschriebene Verfahren modifiziert werden, um eine Spitzenkonzentration des Arsens in einem Bereich unterhalb der Oberfläche und eine verringerte Konzentration auf der Haut zu erreichen. Eine solche Haut geringerer Arsenkonzentrarion kann zur Verwendung als Geberzone besser geeignet sein.
Alternativ kann eine geeignete Arsendiffusionsschidit gebildet werden, indem man einen Arsenvorra.t auf eine Temperatur erhitzt, die einen geeigneten Dampfdruck des Arsens bewirkt, und indem man ein Gennan,iumstüd< in der Gegenwart des Arsendampfes auf eine zur Diffusion des Arsens in das Plättdien geeignete Temperatur erhitzt.
Um eine überhöhte Oberfläclienkonzentration des Arsens zu vermeiden und gleidizeitig die gewünsdvte Eindringtiefe des Arsens zu erreichen, ist es vorteilhaft, zwei Zonen verschiedener Temperatur einzurichten und das Germaniumplättchen auf eine höhere Temperatur· zu erhitzen, als man zur Verdampfung des Arsens verwendet.
Fig. 1 B zeigt das Germaniumplättchen 10, auf dessen Oberfläche eine Arsendiffusionsschidit 11 vom η-Typ gebildet ist. In dem fertigen Vcrbindungstransistor dient der innere Teil dieser Arsendiffusionsschicht 11 als Basiszone.
Es ist für diese Oberflächendiffusionstechnik charakteristisch, daß der Widerstand und die Dicke der DiffusionsschJcht leicht mit einem hohen Genauigkeitsgrad geregelt werden kann, da alle ins Spiel kommenden Faktoren genauer Kontrolle zugänglich sind Die Koiiizentration des in die Oberfläche des Gennaniumplättcheiis diffundierten Arsens kann pinen vorgeschriebenen Wert erhalten, und die Eindringtiefe dieser Diffusionsschicht kann mit der Temperatur und Heizdauer genau gesteuert werden. Da somit alle Faktoren, die den Widerstand und die Eindringtiefe dieser Oberflächendiffusionssdiicht regeln, genauer Kontrolle zugänglich sind und leicht so oft, wie gewünscht, reproduziert werden können, ist es
einfach, Plättchen mit gleichen Arsendiffusionsschichtcn in Mengen herzustellen.
Als nächster .Schritt des Verfahrens gemäß Erfindung wird eine Emitterzone auf einem Teil der Arsentu'ffusionsschicht der Oberfläche, gebildet.
Gemäß einem anderen Merkmal der bevorzugten Ausführttiigsform der Erfindung wird diese Emitterzone durch Aufdampfen einer metallischen bedeutsamen Verunreinigung gebildet, die eine leichte räumliche Kontrolle gestattet, vorzugsweise Aluminium auf einem ausgewählten Teil der Plättchenoberfläche. Hierfür ist es wichtig, diejenigen Teile des Plättchens, die vom Aluminiumdampf während des Verdampfungsverfahrens frei gehalten werden sollen, abzudecken. Geeignete Abdecktechniken sind dem Fachmann bekannt.
In typischer Ausführung wird das Plättchen in einer Vorrichtung gehalten, die nur einen Teil einer Seite des Plättchens dem Aluminiumdampf aussetzt. Es ist wünschenswert, Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen, um Scliattenbiklung des Aluminiums an der Grenze des niedergeschlagenen Films zu vermeiden. Das ausgewählte Verdampfungsverfahren, sollte leichter Kontrolle sowohl der Menge als auch der Geometrie des niedergeschlagenen Aluminiums zugänglich sein und vorteilhafterweise ein Verfahren, das keine merkliche Erhitzung des Germaniumplättchens mit sich bringt.
Geeignete Verfahren werden in dem Buch »Vacuum-Technjk« von S. Dushman, J. Wiley and Sons, New York, N. Y. (1949), beschrieben. In Fig. 1C wird ein Germantumplättchen 10 mit einer ArsendifTusionsschicht 11 auf einem Teil 11^4 gezeigt, auf dem ein Aluminiumfilm 12 in Form eines runden Flecks von etwa 1,016 mm Durchmesser und einer Dicke von etwa 1000 AE niedergeschlagen, ist.
Der Aluminiumfilm wird dann mit dem Germaniumplättchcn legiert und bildet eine aluminiumlegierte Schicht vom p-Typ auf dem Teil 11^4 der Arsen,-diffusionszone vom η-Typ, auf der der Aluminiumfilm niedergeschlagen worden ist. Das Legieren wird vorteilhafterweise durch Einlegen des Germaniumplättchens auf ein Streifenheizgerät üblicher Form vorgenommen und das Plättchen zunächst auf die Temperatur des Eutektikums Aluminium—Germanium von etwa 424° C in einer Wasserstoffatmosphäre für annähernd 1 Minute erhitzt. Dieser erste Teil des Legierungsvorgangs sichert gleichmäßige Benetzung der Germaniumoberfläche durch das Aluminium, was für gute Reproduzierbarkeit der Charakteristik widhtig ist. Danach wird gemäß einem anderen Merkmal dieser bevorzugten Ausführungsform als zwaiter Teil des Legierungsvorganges das Germaniumpla.tr.chen für einen sehr kurzen Zeitabschnitt, vorzugsweise nur 72 Sekunde, auf etwa 700° C erhitzt, um auf der Plättchenoberfläche eine flüssige Phase zu bilden., die aus etwa 55 Atomprozent Aluminium und 45 Atomprozent Germanium besteht, damit sich das Aluminium mit dem Germanium legiert. Es wurde vorteilhaft gefunden., daß die Zeit für diesen Hochtemperaturabschnitt des LegierungsVorgangs kurz ist, um die Verunreinigung der gebildet en Verbindungssc'hicht klein zu halten Es wurde gefunden, daß die Charakteristik der gebildeten Verbindungsschicht schlechter wird, wenn das Plättchen für einen längeren Zeitabschnitt auf der erhöhten Temperatur gehalten wird. In Fig. ID wird das Germaniumplättchen nach dem Einlegieren des Alurniniumülms in die Oberfläche gezeigt. Beim Kristallisieren wird ein rekristallisierter Teil 13 des Abschnitts 11A in der Arsendiffusionsschicllit 11 in den p-Typ infolge der Einführung des Aluminiums aus dem Aluminiumfilm 12 verwandelt In dieser bevorzugten Technik der Bildung eines Aluminium-Schmelzschichtgebers sind Modifikationen möglich, wie etwa da,s Erhitzen des Plättchens wenig oberhalb der eutektische« Temperatur während des Aufdampfens des Aluminiumfilms. Es ist zweckmäßig, diese Technik, die in der Rekristallisation einer oder mehrerer Komponenten und
ίο des Halbleiters aus einer flüssigen Phase bestellt, ais »Schmelztechnik« zu bezeichnen und die Bildung der Verbindung an der Rekristallisationsgrenzfläche als eine »Schmelzbindung«. Diese Technik ist von der durchgehend als DifFusionstechnik beschriebenen zu unterscheiden," die keine solche Rekristallisation einschließt.
Als Ergebnis der beschriebenen Verfahrensstufen steht ein Halbleiter zur Verfügung, der eine p-n-p-Schichtverteilung der Leitfähigkeit l>esitzt. Eine
ao Arsendiffusionsschicht 11.4 vom η-Typ liegt zwischen der Hauptmasse 10 vom p-Typ und der aluminiumlegierten p-Typ-Schicht 13. Zur Bildung eines p-n-p-Verbindungstransistors ist es nur notwendig, geeignete Elektrodenzuführungen zu den. verschiedenen Zonen dos Halbleiterkörpers zu führen. In der Praxis wurde gefunden, daß sich auf der aluminiumlegierten p-Typ-Zon© 13 eine Restschicht von fast reinem Aluminium findet, die vorteilhaft als Emitterelektrode verwendet werden kann, doch ist es im allgemeinen vorzuziehen, auf der Arsendifrusionsschicht einen metallischen Film niederzuschlagen, der als Basiselektrode dient.
Als weiterer Schritt des Verfahrens wird demgemäß auf ausgewählten Teilen der Oberflachendiffusionsschicht 11 ein metallischer Film 'hergestellt, der als Zuführung zur Basiselektrode dient. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft ein dünner Film (etwa 4000 AE) einer Gold-Anttmon-Lcgierung (Gold mit 0,01 % Sb) in ringförmiger Gestalt aufgedampft, der die auf der Oberfläche des Halbleiters gebildete Emitterelektrode 12 umgibt. Zum Niederschlagen d.es Gold-Antimon-Films kann jede bekannte Technik verwendet werden,, die einen hohen Genauigkeitsgrad bezüglich Geometrie und Menge des niedeTgeschlagen.0.11 Films gestattet und trotzdem die »bedeutsame« Erhitzung des Germaniumkörpers vermeidet. Nachdem der Gold-Antimon-Film niedergeschlagen, ist, dient ein Er'hitzungsvorgang der Legierung d.es Films mit der Arsendiffusionsschicht des Halbleiterkörpers. Zu diesem Zweck wird das Germaniumstück auf etwa 356° C (Eutektikum Gold—Germanium) für eine solche Zeit erhitzt, daß der Film mit dem Germanium zu legieren, beginnt, und danach die Wärmequelle entfernt, bevor das Einlegieren des Films beendet ist.
Im besonderen wird die Erhitzung bereits unterbrochen, sobald die Benetzung der Plättchenoberfläche durch den Gold-Antimon-Film zu beobachten ist. Fig. 1E zeigt das Germaniumplättchen nach Fig. ID, auf dan eine Ringelektrode 14 aus Gold—
Antimon angebracht ist, die die Aluminium-Emitterelektrode 12 umgibt.
Darüber hinaus können bei der Herstellung einer Halblcitereinheit die als Verbindungstransistor in Form einer Tetrode, el. h. als Transistor, bei welchem zwei voneinander getrennte Elektrodenverbindungcn zur Basiszone hergestellt werden, an welche eine Gleichstromvorspannung angelegt wird, verwendet werden soll, an Stalle eines geschlossenen, Ringes um die Aluminium-Emitterelektrode auch zwei separate und getrennte Segmente, die einen gespaltenen Ring
bilden, rings um die Aluminium-Emitterelektrode niedergeschlagen werden.
Es bleibt noch die Herstellung einer Zuleitung zum Haupttdl dos Ilalblciterkörpers vom p-Typ, die als Kollektorclcktrode dient. Um die Entfernung der Arsondiffu.sions.scliicht in dem Bezirk zu umgehen, an dem die Zuleitung hergestellt werden soll, ist es vorteilhaft, durch die Arsendiffusiansstihicht hindurchzulöten, um die Kollektorelektrode mit dem Inneren des Plättchens zu verbinden. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, in das Lot eine Akzeptorverunreinigung einzuschließen. Zu diesem Zweck ist in der in Fig. 1F gezeigten bevorzugten Ausführungsform ein Stück Indium 16 als Lot benutzt worden, um eine Platinunterlage 17 einzulöten, die als Kollektorelektrode für dia Rückseite (die der Emitterelektrode gegenüberliegende Seite) des Germaniumplättchens dient, wobei das Indium völlig durch die dünne Arsendiffusionshaut dringt.
Vorteilhafterweise dient derselbe Heizvorgang, der zum Einlegieren des Goldbasisfilms auf eine Seite des Germaniumplättchens dient, gleichzeitig zum Einlegieren der Kolicktoreiektrode an der gegenüberliegenden Fläche des Germaniumplättchens. Nachdem dann die Oberseite des Plättchens in geeigneter Weise abgedeckt ist. wird die Kollektorverbindung durch Eintauchen des Plättchen^ in ein geeignetes Ätzbad für etwa 40Sekunden fertiggestellt. Die Schutzmaske wird dann von der Emitterseite entfernt. Fig. 1G zeigt das Plättchen, nachdem die Kollektorverbindung vom Ätzbad freigelegt worden ist.
Fig. 2 zeigt perspektivisch als Tetrode einen Verbind.ungstransistor 20 nach dem in Verbindung mit Fig. 1A bis 1 G beschriebenen Verfahren. Die Ausführung dieser Vorrichtung ist für die Arbeit mit Kollektorströmen bis zu 500 rnA verwendet worden. Die zur Kennzeichnung verwendeten Ziffern, sind die gleichen, wie sie bei der Besprechung von Fig. IA bis 1 G verwendet wurden.
Zum Schluß bleibt nur noch das Anbringe« von Zuleitungsdrähten zu den verschiedenen Elektrodenverbindungen, was in üblicher Weise gemacht werden kann, und die Verkapselung der gesamten Vorrichtung in geeigneter Form. Fig. 3 zeiigt perspektivisch eine Tetrode als Verbindungstransistor 30, der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt wird und dessen Konstruktion die obere Frequenzgrenze des Arbeitsbereichs auf Kosten des maximalen Kollektorstroms hinausrücken soll. In dieser Vorrichtung war das Gcrmaniumplättchen 31 von p-Typ ursprünglich ein Block von 1,28 mm Seitenlänge und 0,25 mm Dicke als Einkristall von etwa 5 Ohm·cm spezifischem Widerstand. Die Tiefe der Arsendiffusionsschicht ist 7,1 μ und die Arsenkonzentration in diieser Schicht etwa 5 -JO17 Atome/cm3. Der Geber 32 wird von einem Aluminiumnlmniederschlag von 0,025 mm Breite und 0,15 mm Länge gebildet. Die Basiselektroden. 33 aus Gold—Antimon sind geometrisch geradlinig begrenzt und auf beiden Sei ten der Emitterelektrode voneinander getrennt.. Sie erstrecken sich parallel hierzu und sind etwa 0,013 mm voneinander getrennt. Die gcomatrische Begrenzung der Emitterelektrode- und der Basiselcktrod.evcrbind.ungcn. ergab sich als besonders vorteilhaft für Geräte, die für Hochfrcqucnzempfindlichkeit bemessen waren. Beispielsweise hat die beschriebene Vorrichtung eine Alpha-Grenzfrccjucnz von etwa 180 Megahertz. Zum Schluß wird die Kollektorbegrcnzung durch eine geeignete Ätzung als Rondell von. etwa 0,305 mm Durchmesser, das Emittier- und Basiselektrode umgibt, fertiggestellt. Es wird auch eine Kollcktorclektrode
34 vorgesehen.
In Fig. 4 wird ein Halbleiterkörper 35 für die Verwendung in Verbindungstransistoren gezeigt, der ge-S maß dem beschriebenen Verfahren 'hergestellt ist und eine Emitterzone in alternativer Zusammenstellung zeigt. In diesem Fall ist auf einen Germaniumkörper
35 vom p-Typ einseitig Arsen eindiffundiert zwecks Bildung einer Oberflächenzone36 vom η-Typ. Anschließend ist ein Alummiumfilm gleichartiger Formgebung auf diese Oberflächenzone aufgedampft und damit verschmolzen worden, um auf dem niedergeschlagenen Oberflächenteil eine p-Typ-Zone37 zu bilden, die als Emitter dient. Anschließend ist ein Gold-Antimon-Film gleicher Form getrennt von der Emitterzone auf die n-Typ-Oberfläche aufgeschmolzen worden, um eine leitende Verbindung zu schaffen, die als Basiszone 38 dient.
In. Fig. 5 sind die diesbezüglichen Konzentrationen
ao der vorherrschenden bedeutsamen Verunreinigungen in aufeinanderfolgenden Zonen eines Verbindungstransistors von der in Fig. 2 und 3 gezeigten, und gemäß Erfindung aufgebauten Art aufgetragen. Als Abszisse ist die in das Gcrnianiumplättchen hinemreichende Entfernung gewählt. Die Konzentration der relativen Akzeptorverunreinigung ist mit positiven Ordinatenwerten und die Konzentration der relativen Donatorverunreinigung mit negativen Ordinatenwerten aufgetragen. Emitter- und KoI lek tor zone zei-
gen sich beide durch das Überwiegen, von Donatoratomen charakterisiert, womit p-Typ-Ldt.fahigkeit besteht und die Basiszone durch das Vorwiegen von Akzeptoratomen, womit n-Typ-Leitfähigkeit besteht. Weiter zeigt sich, daß das Vorwiegen der Donatoratome mit zunehmender Entfernung von der Emitterzone in' Richtung auf die Kollektorzone abnimmt. Ein Gradient dieser Art gibt Anlaß zur Entstehung eines elektrostatischen Feldes, das die Laufzeit eines hcreingeschickten Löcherstroms quer durch die Basiszone verringert und damit die obere Grenze für den nutzbaren Bereich der Arbeitsfrequenz erhöht.
Wie l>ereits früher angedeutet, sind zahlreiche Modifikationen in der bevorzugten Ausführungsform, die bis ins einzelne beschrieben ist, möglich.. Erstens können zur Bildung einer Diffusionsobcrfiächenzone, die als Basiszone dienen soll, in manchen Fällen andere Dona.torelemente an Stelle von Arsen benutzt werden. Antimon, Phosphor und Wismut können typischer Ersatz sein. Außerdem können zur Bildung leitender Anschlüsse von der Basiselektrode zur Diffusionsbasiszone andere Stoffe als Zinn-A.ntimon-Legierung an Stelle der beschriebenen Gold-Antimon-Legierung dienen. Darüber hinaus können andere geeignete Akzeptorelemente, wie Indium oder Bor, an Stelle des Aluminiums als Verunreinigung zur Bildung der Emitterzone verwendet werden. Im einzelnen kann es, wenn ein Element, wie Bor, verwendet wird, vorzuziehen sein, einen. Oberflächentcil der ersten Diffusionsobcrflachenschicht durch einen anschließenden Diffusionsvorgang umzukehren.. Typisch hierfür ist die Erhitzung von Bortctrachlorid und. das Eindiffundicrenlassen des Bordampfcs in einen schmalen Oberflächenteil der n-Typ-Diffnsionsschicht, um sie zwecks Verwendung als Emitterzone in den p-Typ umzuwandeln. Schließlich kann auch'die Technik des Ionenbombardements zur Bildung der Geberzone verwendet werden. Weiterhin kann dieKollektorelektrode an die p-Typ-Masse des Transistors beispielsweise durch Verwendung einer Gold-Gallium-Legierung als Schmelzmittel an Stelle des beschriebenen Indiums
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verwendet werden. Außerdem ist es möglich, n-p-n-Veibindungstraiisistoreii aus Germanium mit einer Diffusionsbasis nach ähnlichen Prinzipien herzustellen, bei denen die bestimmenden Faktoren geeignet abgewandelt sind. Insbesondere können Aluminium und Bor in typischer Weise als Akzeptortyp bei der Bildung der DiiTtisiotishoMMSsone verwendet werden, und Arsen, Phosphor und Wismut als Verunreinigung für den Donatortyp zwecks Umwandlung ein.es Oberflächenteils der zuerst gebildeten Diffusionsoberflächcnschicht zwecks Verwendung einer Emitterzone. Obwohl Germanium gewöhnlich das bevorzugte Halbleitermaterial für die Verwendung in Verbindung.stransistoren ist, gibt es Fälle, in denen der Halbleiterkörper vorteilhaft aus einem anderen Material wie Silizjum, einer Germanium-Silizium-Legierung oder einer Verbindung aus der III. und V. Nebengruppe des' periodischen Systems 3er kleinen te, wie indiumantimonid—oder Aluminium^. ^eid^ besteht. Verbiii3ungstransistoßen., die Halbkö lh Stff d d
Teiterkörper aus solchen Stoffen verwenden, werden vorteilhaft gemäß den beschriebenen allgemeinen Prinzipien durch geeignete Auswahl der Bestimmungsgrößen hergestellt. Schließlich können die Erfindungsprinzipien leicht auf die Herstellung von. Verbindungstransistoren der Art ausgedehnt werden, die im vorerwähnten Beil-System-Technical -Journal beschrieben sind und die durch eine zwischen Basis- und Kollektorzone liegende Zone mit Eigetnleitfäbigkeit zwecks l>esserer Hochfrequenzfunktion gekennzeichnet sind.
Es ist zweckmäßig, die Anwendung· der Erfindungsprinzipien speziell mit Bezug auf die Herstellung einer typischen Ausführung der Germanium-p-n-i-p-Einheit der Art zu behandeln, die im Querschnitt in Fig. 6 gezeigt ist.
Für die Herstellung einer solchen Einheit wird eine Diffusionsoberflächeiischicht 41 vom η-Typ auf einem Einkristall-Germaniumplättchen 40 gebildet, das praktisch .nur EigenJeitfähigkeit besitzt und das mit einer Vertiefung durch eine geeignete lokale Ätztechnik versehen worden ist. Diese n-Typ-Schicht 41 wird vorteilhaft durch die Eindiffusion von Arsen in der oben beschriebenen Art hergestellt. Danach wird mittels geeigneter Ätztechnik diese Oberflächenschicht vom Germaniumkörper entfernt mit Ausnahme desjenigen Teils der Oberfläche, die die Stirnfläche bildet, d. h. die Fläche, auf der die Emitterzone gebildet werden soll. Dann wird ein Oberflächenteil der restlichen n-Typ-Oberflächcnschicht in den p-Typ verwandelt, um die Geberzone 43, wie oben beschrieben, herzustellen, dazu ein Oberflächenteil der Rückseite der Zone mit Eigcnleitfähigkeit in den p-Typ verwandelt, um die Emitterzone 44 zu bilden. Auch dies wird vorteilhaft durch Aufdampfen von Aluminium und anschließendes Einlegieren in den übrigen Teil des Germaniumkörpers vollzogen. Es ist vorzuziehen, daß der Aluminiumfilm, der auf der eigenleitfähigen Rückseite niedergeschlagen wird, dicker ist als der auf der Diffusionsfrontfläche vom η-Typ, da es gewöhnlich wünschenswert ist, tiefer in. die eigenlcitfähigc Zone zwecks Bildung der Kollektorzone hiiietnztilegiiiron, als dies für die n-Typ-Diffusionszonc tunlich ist, ohne sie völlig zu durchdringen.
Wie bei den zuvor behandelten. p-n-p-Einheitai kann die Konzentration des Aluminiums auf den Oberflächen der neu gebildeten Zonen vom p-Typ nach d.em Legieren ausreichend hoch sein, so daß direkt Drahtzuführungen damit verbunden werden können. Es ist jedoch immer vorteilhaft, einen exponierten Teil der Diffusionszone vom η-Typ zu metallisieren, der als Basiszone dient zwecks Bildung von Elektroden, an welche Zuführungen von niedrigem Widerstand gelegt werden. Eine solche Basiselektrode kann S durch Aufdampfen und anschließendes Einlegieren einer Gold-An.timon-Legierung in der vorbeschriebenen Art erfolg«!.
Es ist natürlich durchführbar, p-n-i-n-Einheiten in analoger Weise durch geeignete Änderungen herzustellen, wie sie oben in der Unterscheidung d,er Herstellungsverfahren für p-n-p- und n-p-n-Einheitcn behandelt worden sind.
Weiterhin können bei der Herstellung von n-p-i-n- und p-n-i-p-Einheiten Ensatzmaßnahmen der in Verbindung mit der Herstellung der n-p-n-Einheiten beschriebenen Art getroffen, werden, sowohl beim verwendeten Halbleitermaterial und den Elementen der bedeutsamen Verunreinigung wie bei der Art der Herstellung der Emitterzone und der Verbindungen zu den verschiedenen Zonen.
Fig. 7 zeigt einen Halbleiterkörper, der in einem Feldeffekttransistor Verwendung finden soll und der nach den beschriebenen Prinzipien hergestellt worden ist. Ein Germaniumplättchen 50 vom p-Typ hart auf as seiner Breitseite eine dünne Arsendiffusionsschicht 51, die n-Typ-Leitfähigkeit besitzt. Gold-Antimon-Elektroden 52 und 53 werden mit voneinander getrennten Teilen der n-Typ-Schicht verschmolzen und bilden damit leitende Verbindungen., die als Zuleitungs- und Ableitungselektroden dienen. Zwischen den Elektroden 52 und 53 ist ein Aluminiumfilm 54 mit der Oberflächenschicht verschmolzen, um einen Teil der Hautschi cbt zu p-Typ-Leitfähigkeit zu verwandeln, welcher Teil als Eingang dient. Beim Arbeiten dient die dünne n-Typ-Schicht als leitender Kanal für Elektronen zwischen Zugang und Abgang. Durch Bildung einer Diffusionsoberflächenschicht vom einen Leitfähigkeitstyp auf einem massiven Körper vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wirkt dieser als passive Unterlage, wodurch das Problem der Verwirklichung- des dünnen leitenden Kanals auf einem gegebenen Leitfähigkeitstyp erleichtert wird. Durch umgekehrte Schaltung der Gleichrichterschicht zwischen dem massiven p-Typ-Teil des Körpers und der n-Typ-Diffusionsschicht ist der p-Typ-Teil als Isolator wirksam. Die Breite des leitenden Kanals und somit seine Leitfähigkeit wird von der Raumladungsschicht bestimmt, die mit der verschmolzenen Gleichric'hterschicht verbunden ist, die ihrerseits mit dem Eingang verbunden ist, der gleichfalls umgekehrt geschaltet wird.
Die verschiedenen Abwandlungen, die oben in der Beschreibung des Herstellungsprozesses von Halbleitern für Verbindungstransistoren vorgeschlagen wurden, können auch in den Verfahren zur Darstellung von Halbleiterkörpern für die Verwendung in Feldeffekttransistoren benutzt werden..
Es soll nun unter Bezugnahme aufj^jg^cine Einrichtung in schematischer Fonn~vtTrgeiu1irT" werden, die zur Bildung der Oberflächenschicht mit p-Typ-Leitfähigkeit geeignet ist. In einer Kammer 56, die beispielsweise aus einem feuerfesten Material wie Quar?, mit einem Minimum unerwünschter Verunreinigung beim Erliitzen besteht, befindet sich auf einer geeigneten Unterlage ein jQfen57L der vorzugsweise aus Molybdän oder einän anderen geeigneten Material, das leicht von 1>ed.eutsamen Verunreinigungen, insbesondere Kupfer, zu befreien ist, besteht. Die Möglichkeit des Evakuiercns wird für die Kammer 56 und damit für den Ofen 57 vorgesehen. Induktionsspulen 58, denen Hodhfrequenzströme zu-
C 30 θ 3 1/0 δ
geführt werden, umgeben die Kammer 56, um das Innere des Ofens zu erhitzen. Zur Regulierung der Ofentcmperatur sind geeignete (nicht gezeigte) Temperaturmcßvorricbtungen vorgesehen. Innerhalb des Ofens ist eine Impfcharge 59 untergebracht, die nach einer bevorzugren^Tusführungsform der Erfindimg aus einer Masse polykristallinen Germaniums besteht, das Arsen gelöst enthält, aber sonst hochgereinigt ist. Typisch für die Germaniummasse ist eine Konzentration von gelöstem Arsen von etwa 1019 Atomen/cm3, was bei Raumtemperatur einem Widerstand von 0,002 Ohm-cm für die Impfcharge entspricht. Der Ofen enthält ferner ein Germaniumplättchen 10, vorteilhaft als Einkristall und typisch mit p-Typ-Leit fähigkeit, das durch Zugabe von Gallium als Impfsubstanz dem Germanium während der Kristallzüchtung zugesetzt wurde. Das Germaniumplättchen 10 wird vorteilhaft vorbehandelt, um Oberflächenverunreinigungen, insbesondere Kupfer, auf ein Minimum zu bringen. Eine typische Behandlung umschließt die ao Oberflächenpolitur und das Waschen mit Kaliumcyanid.
Zwecks Bildung der gewünschten Arsendiffusionsschicht auf dem Germaniumplättchen wird, der Ofen evakuiert und dann mit seinem» Inhalt auf eine solche Temperatur und während solcher Zeit erhitzt, die für die gewünschten Eigenschaften der Diffusionsschicht festgelegt ist.
Die Konzentration des in die Oberfläche des Germaniumstücks diffundierten. Arsens kann durch die Arsenkonzentration der Impfcharge gesteuert werden. Die Impfcharge hat gewöhnlich eine im Verhältnis zum behandelten Plättchen große Masse. Die Arbeitstemperatur des Ofens regelt den Umfang, in dem Arsen in das Germaniumplättchen eindiffundiert, wodurch zusammen mit der Heizdauer die Diffusionstiefe des Arsens in das Germaniumplättchen bestimmt wird. Für eine typische Impfcharge der beschriebenen Art bewirkt eine Heizzeit von etwa 15 Minuten bei einer Temperatur von annähernd 800° C in einem Germaniumplättchen vom p-Typ und einem ursprünglichen spezifischen Widerstand von 5 Ohm-cm das Entstehen einer n-Typ-Arsendiffusionsschicht von 0,0046 mm Tiefe mit einer Arsenoberflächenkonzentration von annähernd 2 · 1017 Atomen/cm3 und einer Oberflächenleitfähigkeit von etwa 10-2 Siemens/cm2. Für ein Diffusionsverfahren dieser Art ist es charakteristisch, daß es im Halbleiterplättchen einen Konzentratiunsgrad.ien.ten des eindiffundierenden Stoffs in der Diffusionsschicht bewirkt, der den Charakter einer komplementären Fehlerkurve besitzt. In Fig. 9 ist in der ausgezogenen Kurve 60 die relative Konzentration des Diffusionsmittcls gegen die Eindringtiefe des Diffusionsstoffes, wie sie bei der beschriebenen Technik entsteht, aufgetragen.
Veränderungen einer solchen Verteilung können leicht bewirkt werden. Durch aufeinanderfolgende Diffusionsgänge, bei dencQ Impf Chargen mit verschiedenen Konzern trationerT der Verunreinigung ver~ wendet werden, wird die Regelung fies Könzentrationsgradien.ten, vorgesehen. Beispielsweise kann die durch einen ersten Arbeitsgang entstehende Konzentration an der Oberfläche der Diffusionsschicht durch einen zweiten Arbeitsgang verringert werden, bei dem eine Impfcharge von relativ kleiner Konzentration an Verunreinigung verwendet wird. Für einige Anwendungsgebiete könnte auch ein solcher zweiter Arbeitsgang in einer Atmospäre erfolgen, die frei von Diffusionsdampf ist, wie sie entsteht, wenn die Impfcharge aus halbleitendem Material mit Eigenleitfähigkeit besteht.
um einen Oberflächenteil herzustellen, in dem die Konzentration des Diffusionsstoffs verhältnismäßig gering ist. Dies ergibt eine Verschiebung des »Spitzenwertes in der Diffusionskonzentration in einem etwas von der Oberfläche abgerückten Bereich, wie die punktierte Linie 61 in Fig. 9 zeigt.
Wie oben kurz angedeutet, braucht der Träger des Impfmaterials zur Dampfdruckherabsetzung eines Diffusionsstoffs nicht notwendigerweise ein Halbleiter zu sein, obgleich eine solche Wahl die erwähnten Vorteile hat. Andererseits kann aus Gründen der Wirtschaftlichkeit der Diffusionsstoff in einem anderen geeigneten Trägermaterial gelöst sein,, wie Blei oder Zinn, die das zu behandelnde Blöckchen nicht unerwünscht verunreinigen.
Es ist im allgemeinen erwünscht, daß die Masse des Impfmaterials größer ist als die des zu behandelnden Blöckchens. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, das Plättchen in einem t Ofen zu erhitzen, der mit einem Material ausgekleidet ist oder daraus hergestellt, das als Impfcharge dient, wie etwa polykristallines Germanium, das Arsen enthält, aber sonst von hoher Reinheit ist.

Claims (4)

Patentansprüche.
1. Verfahren zur Herstellung λόιι Halbleiterkörpern, z. B. aus Germanium oder Silizium mit mehreren p-n-Übergängen für Transistoren durch Eindiffusion von Störstellcnmaterial aus der Gasoder Dampfphase, bis zu einer Störstellenkonzentration unter etwa 1018 Atomen/cm3 und anschließender Rückumwandlung des oberflächennahen Bereichs der Diffusionsschicht der Halbleiterkörper, deren Leitungstyp demjenigen der erzeugten Diffusionsschichten entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper dem Einfluß einer das diffundierende Störstellenmaterial als Dampf oder Gas abgebenden Dotierungsquelle in Form pin fts mit
dtit Hlblitti
gq
dotierten Halbleitermaterials ln.emcm Ofen ausgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper Germanium und als Dotierungsquelle mit Arsen dotiertes Germanium verwendet wird,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Halblc'itcrköripers zur Bildung eines begrenzten erhabenen Bereichs, der die Diffusionsschicht und die zurückverwandelte Oberflächenschicht umfaßt, durch Ätzung abgetragen wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines p-n-p-Halbleiterkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper p-Typ-Leitfähigkeit besitzt und die diffundierte Oberflächenschicht eine Arsendiffusionsschicht mit n-Typ-Lcitfäliigkeit ist und daß die zurückverwandelte Oberflächenschicht mit p-Typ-Lekfähigkeit dxtrch Aluminium erzeugt wird, das mit der zurückverwandcltcn Oberflächenschicht verschmolzen, wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Bekann.tgemach.te Unterlagen der deutschen Patentanmeldungen R 12771 VIII c/21g (bekanntgemacht am 12. 5. 1955), S 27348 VIII c/21g (bekanntgemacht am 25. 6. 1953);
DE1956W0018524 1955-03-23 1956-02-25 Verfahren zur Herstellung von mehreren p-n-UEbergaengen in Halbleiterkoerpern fuer Transistoren durch Diffusion Expired DE1056747C2 (de)

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