DE1091672B - Diffusionsverfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Diffusionsverfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung

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DE1091672B DEN15093A DEN0015093A DE1091672B DE 1091672 B DE1091672 B DE 1091672B DE N15093 A DEN15093 A DE N15093A DE N0015093 A DEN0015093 A DE N0015093A DE 1091672 B DE1091672 B DE 1091672B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der eine in die Oberfläche eindiffundierte Zone eines bestimmten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen dickeren und einen dünneren miteinander zusammenhängenden Teil aufweist und bei der der dickere Teil mit einer ohmschen Elektrode und der dünnere Teil mit einer weiteren Elektrode versehen ist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung.
Eine bekannte Technik bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist die sogenannte Diffusionstechnik, bei der in einen halbleitenden Körper durch die Oberfläche eine geeignete Verunreinigung eindiffundiert wird, so daß in dem Körper eine oberflächlich diffundierte Schicht eines durch die Verunreinigung bestimmten Leitfähigkeitstyp gebildet wird. Auf dieser diffundierten Schicht werden darauf häufig mehrere Kontakte angebracht. Meistens liegt die Forderung vor, daß unter einem dieser Kontakte die Schicht äußerst dünn und mit Rücksicht auf die Dicke und die anderen Eigenschaften, z. B. den Verlauf der Verunreinigungskonzentration, sehr gut reproduzierbar sein soll, während es weiter gewünscht ist, daß mit dieser dünnen Schicht eine dickere, diffundierte Zone zusammenhängt, auf der z. B. eine Kontakt-Elektrode angebracht werden kann, die eine möglichst niederohmige Verbindung mit der diffundierten Zone bildet.
Es wurde bereits vorgeschlagen, in einem halbleitenden Körper durch Diffusion eine Schicht bestimmten Leitfähigkeitstyps auf die vorerwähnte Weise anzubringen, bis zu einer gewissen Tiefe in der diffundierten Schicht eine Höhlung zu ätzen und eine Legierungselektrode auf der diffundierten Schicht dadurch anzubringen, daß auf dem Boden der eingeätzten Höhlung Kontaktmaterial angebracht und das Ganze auf eine Temperatur erhitzt wird, die hinreichend hoch ist, um den. gewünschten Legierungsprozeß durchzuführen, die jedoch zu niedrig ist, um eine nennenswerte Diffusion zu veranlassen. Die Dicke der diffundierten Schicht unterhalb der Legierungselektrode ist beim Durchführen dieses Verfahrens von der ursprünglichen Eindringtiefe der diffundierten Schicht in den Körper, von der Tiefe der Ätzhöhlung und von der Eindringtiefe der Legierungselektrode in die diffundierte Schicht abhängig. Diese drei Faktoren haben auch einen Einfluß auf die Größe des spezifischen Widerstandes an der Stelle der Erstarrungsfläche während des Legierungsvorgangs, unmittelbar bevor die Wiederkristallisierung der Elektrode anfängt, und bedingen somit die Größe des spezifischen Widerstandes unmittelbar unterhalb der Legierungselektrode in der diffundierten Schicht, da in einer in die Oberfläche eindiffundierten Schicht der spezifische Widerstand in
Diffusionsverfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Mai 1957
Julian Robert Anthony Beale,
Wraysbury, Middlesex (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
hohem Maße ortsabhängig ist, d. h., er ist am niedrigsten unmittelbar unterhalb und in der Oberfläche. Von dort her nimmt er in Richtung des Inneren des halbleitenden Körpers stark zu.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, ein Verfahren zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile in bedeutend geringerem Maße aufweist. Die Erfindung zielt unter anderem auch darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung zu schaffen, bei der die besonderen Möglichkeiten der Diffusionstechnik, wie z. B. die dabei erzielbare Reproduzierbarkeit und die Ortsabhängigkeit des spezifischen Widerstandes in der diffundierten Schicht, weitgehendst zugunsten der herzustellenden Halbleiteranordnung benutzt werden, so daß diese in bedeutend höherem Maße als bisher die vorerwähnten Anforderungen und Wünsche erfüllen kann.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der eine in die Oberfläche eindiffundierte Zone eines bestimmten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen dickeren und einen dünneren miteinander zusammenhängenden Teil aufweist und bei der der dickere Teil mit einer ohmschen Elektrode und der dünnere Teil mit einer weiteren Elektrode versehen ist, wird gemäß der Erfindung die Eindiffusion der beiden Teile der Zone in der Weise durchgeführt, daß zunächst in einem homogenen Halbleiterkörper eine dickere Zone von der Oberfläche eindiffundiert wird, ein Teil,.z. B. durch Ätzen, dieser dickeren Zone wird bis zu einer solchen Tiefe wegge-
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nommen, die größer oder wenigstens nahezu so groß ist wie die Eindringtiefe der dickeren Zone, und es wird darauf durch Diffusion in die infolge der Wegnahme gebildete neue Oberfläche der dünnere Teil der diffundierten Zone hergestellt, der mit der vorher angebrachten diffundierten dickeren Zone zusammenhängt.
Der halbleitende Körper, von dem ausgegangen wird, kann z. B. eigenleitend sein oder auch von demselben Leitfähigkeitstyp wie die einzudiffundierende Zone sein. Die Erfindung hat dabei unter anderem den Vorteil eines hohen Grades von Reproduzierbarkeit der Stärke der verhältnismäßig dünnen, diffundierten Zone und des günstigen spezifischen Widerstandes in dieser Zone. Weiter ergibt sich der Vorteil der gegenseitig unabhängigen Regelung der Diffusionsprozesse für die dicke und die dünne Zone. Der Leitfähigkeitstyp des halbleitenden Körpers ist jedoch vorzugsweise dem der zu diffundierenden Zone entgegengesetzt, da in diesem Falle neben den bereits erwähnten Vorteilen außerdem gesichert wird, daß durch den zweiten Diffusionsvorgang die Stelle eines p-n- oder n-p-Überganges gegenüber der Höhlung und der darin anzubringenden Elektrode bestimmt werden kann.
Die einzudiffundierende Verunreinigung kann bei den beiden Diffusionsvorgängen dieselbe sein. Die Wegnahme eines Teiles des Körpers erfolgt vorzugsweise durch Ätzen. Dabei kann eine Höhlung in dem halbleitenden Körper angebracht werden, während der Ätzvorgang auch derart durchgeführt werden kann, daß die Oberfläche des halbleitenden Körpers eine Stufe bildet. Wenn eine runde Höhlung angebracht wird, wird durch die hohe Oberflächenleitfähigkeit der dicken, diffundierten Schicht eine niederohmige ringförmige, elektrische Verbindung mit der in der Höhlung liegenden Elektrode hergestellt, auf welcher Oberfläche eine Elektrode angebracht werden kann, die an sich nicht ringförmig zu sein braucht.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auf weitem Gebiet anwenden und weist einen höheren Grad von Reproduzierbarkeit auf und ermöglicht eine Kontrolle der Eindringtiefe und der Stärke der dünnen, diffundierten Schicht unterhalb der neu gebildeten Oberfläche, da diese Stärke nicht mehr von so vielen Faktoren abhängig ist. Außerdem wird auf diese Weise eine niederohmige Schicht unterhalb der neuen Oberfläche und in dieser Oberfläche während des zweiten Diffusionsvorganges gebildet.
Die Diffusion der dünnen Schicht kann mittels eines auf der neu gebildeten Oberfläche angebrachten Stoffes oder von der Umgebungsatmosphäre her erfolgen. Die während des zweiten Diffusionsvorganges einzudiffundierende Verunreinigung befindet sich dabei in dem angebrachten Stoff oder wird durch die Umgebungsatmosphäre in die Höhlung eingeführt. Die Diffusion der verhältnismäßig dünnen Schicht kann auch von der verhältnismäßig dicken Schicht her erfolgen, in welchem Falle die einzudiffundierende Verunreinigung aus der verhältnismäßig dicken, vorher angebrachten Schicht zugeführt wird. In bezug auf diese Zuführung sind viele Abarten möglich. Es sei noch bemerkt, daß im letzteren Falle die Dauer der Erhitzung und/oder die Temperatur selbstverständlich anders gewählt werden müssen als bei der Erhitzung beim Legierungsvorgang eingangs erwähnter Art, und zwar derart, daß eine erhebliche Diffusion von der neu gebildeten Oberfläche her stattfindet. Es sei in dieser Beziehung noch darauf hingewiesen, daß bei den meisten Verunreinigungen und den meisten Halbleitern die Diffusion sich längs der Kristalloberfläche wesentlich schneller vollzieht als die Diffusion in das Innere des Kristalls.
Nachdem durch Diffusion durch die neu gebildete 5 Oberfläche die dünne Zone unterhalb dieser Oberfläche gebildet worden ist, kann darauf z. B. ein Spitzenkontakt angebracht werden. Vorzugsweise wird jedoch nach der Diffusion auf der neu gebildeten Oberfläche eine Legierungselektrode angebracht. Gemaß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, auf der neu gebildeten Oberfläche eine Legierungselektrode anzubringen und die Legierung dieser Elektrode und die Diffusion der verhältnismäßig dünnen Schicht während eines einzigen Erhitzungsvorganges durchzuführen. Dies läßt sich auf eine bereits vorgeschlagene Weise durchführen, wobei während der Auflegierung durch die Grenzfläche zwischen dem halbleitenden Körper und der Schmelze die geeignete Verunreinigung in den Körper eindiffundiert wird und auf der so gebildeten Diffusionsschicht während der Abkühlung eine Schicht rekristallisiert, deren Leitfähigkeitstyp und Leitfähigkeit durch die Ausscheidungs- oder Segregationskonstanten der Verunreinigungen in der Schmelze bedingt werden.
Wird dabei auf der neu gebildeten Oberfläche eine ohmsche Elektrode angebracht, so enthält das aufzulegierende Kontaktmaterial die einzudiffundierende Verunreinigung und etwaige andere desselben Typs.
Das aufzuschmelzende Kontaktmaterial kann auch eine Verunreinigung mit einer hohen Segregationskonstante und einer niedrigen Diffusionsgeschwindigkeit, welche Verunreinigung den Leitfähigkeitstyp und die Leitfähigkeit der Legierungselektrode bedingt, und eine Verunreinigung mit einer niedrigen Segregationskonstante und einer hohen Diffusionsgeschwindigkeit enthalten, welche Verunreinigung den Leitfähigkeitstyp und die Leitfähigkeit der unterhalb der Legierungselektrode anzubringenden, diffundierten Zone bedingt. In diesem Falle ist es möglich, den Leitfähigkeitstyp und die Leitfähigkeit der Legierungselektrode und der diffundierten Schicht in einem einzigen Erhitzungsvorgang voneinander verschieden zu machen. Die einzudiffundierende Verunreinigung kann z. B.
auch während der Auflegierung durch die Atmosphäre in die Schmelze eingeführt werden. Es sind auch Kombinationen beider Verfahren möglich. Das aufzuschmelzende Kontaktmaterial kann auch noch andere Komponenten enthalten, die den Prozeß günstig beeinflussen, z. B. eine dritte Verunreinigung, wie z. B. Blei, das sich schlecht in dem Halbleiter löst und in bezug auf die Dotierung praktisch neutral ist, so daß es möglich ist, bei verhältnismäßig hoher Temperatur, welche die Diffusion günstig beeinflußt, eine geringe Eindringtiefe der Schmelze zu sichern. Es wird ohne weiteres einleuchten, daß dieser Prozeß viele Abänderungen zuläßt.
Der große Vorteil dieses besonderen Verfahrens nach der Erfindung ist unter anderem in der Tatsache enthalten, daß die Diffusion der dünnen Zone durch die Grenzfläche zwischen Schmelze und Halbleiterkörper erfolgt, so daß die Stärke der dünnen diffundierten Zone und die Konzentration der Verunreinigungen darin von noch weniger Faktoren abhängig sind und nur durch den zweiten Diffusionsvorgang bedingt werden. Die Verfahren nach der Erfindung lassen sich bei der Herstellung mancherlei Halbleiteranordnungen benutzen. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, die Möglichkeit auszunutzen, eine ohmsche Verbindung mit der verhältnismäßig dünnen Zone herzustellen, in-
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dem eine ohmsche Elektrode auf der umgebenden, verhältnismäßig dicken Zone angebracht wird. Das Verfahren eignet sich z. B. für Anwendung bei der Herstellung von »Field-effect«-Transistoren, bei denen auf der neu gebildeten Oberfläche eine Elektrode angebracht wird, die eine ohmsche Verbindung mit der diffundierten Zone herstellt. Die Erfindung eignet sich weiter besonders zur Herstellung einer p-n-p- oder einer n-p-n-Transistorstruktur, in welchem Falle auf der neu gebildeten Oberfläche eine Elektrode angebracht wird, die eine gleichrichtende Verbindung mit der diffundierten Zone herstellt. In beiden Fällen ist der Leitfähigkeitstyp des Körpers, von dem ausgegangen wird, vorzugsweise dem der einzudiffundierenden Verunreinigung entgegengesetzt.
Da der Frequenzbereich einer Halbleiteranordnung unter anderem von der Größe der Oberfläche neben dem Übergang zwischen der diffundierten Zone und dem ursprünglichen Körper abhängig ist, wird diese Oberfläche nach den Diffusionsvorgängen Vorzugsweise durch Wegnahme eines Teiles des Körpers beschränkt, z. B. durch Ätzen. Dazu kann ein Teil des Körpers nahe der Stelle weggenommen werden, wo in der Zeit zwischen den Diffusionsvorgängen bereits ein Teil weggenommen wird, und zwar bis zu einer Tiefe, die größer ist als oder wenigstens nahezu so groß ist wie die örtliche Tiefe der diffundierten Zone. Dazu wird jedoch vorzugsweise ein Teil des halbleitenden Körpers gegenüber der Stelle entfernt, wo nach dem ersten Diffusionsvorgang ein Teil weggenommen worden ist.
Einige Merkmale der Erfindung werden nachstehend an Hand einiger Figuren beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen im Schnitt die aufeinanderfolgenden Stufen eines Herstellungsverfahrens eines Transistors gemäß der Erfindung;
Fig. 5 zeigt im Schnitt einen Transistor, der durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist, das von dem Verfahren nach den Fig. 1 bis 4 abweicht;
Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Teil eines »Fieldeffect«-Transistors, der durch ein Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist;
Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht einen anderen Transistor in einer der nach Fig. 2 entsprechenden Stufe der Herstellung gemäß der Erfindung, und
Fig. 8 zeigt einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine ursprünglich rechtwinklige halbleitende Platte 1 des p-Typs z. B. aus Germanium. Die Platte hatte eine Stärke von etwa 124 μ und einen ursprünglichen, spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm·cm. Diese Platte wurde in einer rohrförmigen Ofenkammer mit einem Durchmesser von etwa 3,8 cm angeordnet. Der Ofen enthielt weiter einen Vorrat Antimontrichlorid. Die halbleitende Platte und der Vorrat Antimontrichlorid wurden in der Ofenkammer auf Schiffchen angebracht. Es wurde durch die Ofenkammer eine Wasserstoffströmung mit einer Geschwindigkeit von etwa 1401 pro Stunde geführt. Die halbleitende Platte und das Antimontrichlorid wurden in der Ofenkammer gesondert erhitzt, und zwar das Antimontrichlorid auf eine Temperatur von etwa 50'° C und die halbleitende Platte auf eine Temperatur von 830° C. Diese Temperaturbehandlung fand während etwa zweier Stunden statt, während welcher Zeit Antimon von der Umgebungsatmosphäre in der Ofenkammer her in die halbleitende Platte eindiffundierte, in der es somit einem p-n-Ubergang in einem gewissen Abstand unterhalb der Oberfläche bildete, wie dies in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 2 angegeben ist.
örtlich wurde darauf ein Teil des Körpers durch Ätzung einer Höhlung 3 weggenommen, die tiefer war als die Eindringtiefe des p-n-Überganges 2. Dazu wurde der Körper zunächst mit einer Maskenschicht versehen, die aus Polystyrol in einer Lösung von Methyläthylketon bestand, und eine runde öffnung frei gelassen wurde, worauf während etwa 20 Minuten in einer Lösung 1 Volumteiles 40% HF, 1 Volumteiles 20% Wasserstoffperoxyd und 4 Volumteile Wasser geätzt wurde. Statt dieses Verfahrens können selbstverständlich auch andere Methoden zum örtliehen Wegätzen von Halbleitermaterial benutzt werden. Die Höhlung 3 ist praktisch rund. Dann wurde auf dem Boden der Höhlung 3 ein Kügelchen aus 98 Gewichtsprozent Blei, 1 Gewichtsprozent GaI-lium und 1 Gewichtsprozent Antimon mit einem Durchmesser von etwa 125 μ angebracht. Das Ganze wurde darauf auf 750° C während etwa 101 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt, worauf der in Fig. 2 dargestellte Körper erhalten wurde.
Das Antimon diffundiert bedeutend schneller in das Germanium als das Gallium, so daß unterhalb der Höhlung eine mit der ersten, verhältnismäßig dicken, diffundierten Zone zusammenhängende, dünne, diffundierte Zone desselben Leitfähigkeitstyps erhalten wurde, die örtlich tiefer in den Körper eingedrungen war, ähnlich wie der dadurch bedingte p-n-Übergang 6. Auf dieser diffundierten Zone des n-Typs kristallisiert sich eine Schicht 5 des p-Typs, da die Segregationskonstante von Gallium höher ist als die von Antimon; auf dieser auskristallisierten Schicht 5 erstarrt der Metallteil 4 der Elektrode, der im wesentliehen aus Blei besteht. Da das Schmelzen des Kügelchens und die Lösung des Galliums und Antimons in der Schmelze schnell vor sich gehen, erfolgt die Diffusion des Antimons praktisch von der maximalen Eindringtiefe der Grenzfläche zwischen Schmelze und Halbleiter her. Das Blei dient als Trägermaterial und ist als Verunreinigung unwesentlich.
Während der letzten, kombinierten Diffusionslegierungsstufe dringt der p-n-Übergang, der in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 2 angedeutet ist, noch etwas weiter in den Körper ein und kann eine tiefere Lage einnehmen, die beispielsweise in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 7 angegeben ist. Da die Diffusion sich längs der Oberfläche sehr schnell vollzieht, wird von der ursprünglich diffundierten Schicht und von der Schmelze her auch in den Wänden der Höhlung durch Diffusion eine Oberfläche hoher Leitfähigkeit gebildet, die eine niederohmige Verbindung zwisehen der diffundierten Schicht unterhalb des Gebiets5 des p-Typs und der ursprünglichen Körperfläche ermöglicht.
Fig. 3 zeigt eine weitere Stufe des Verfahrens, in der der Teil 8 des Körpers gegenüber der vorher angebrachten Höhlung durch Ätzen weggenommen ist. Eine ohmsche Elektrode 9, 10 ist auf der diffundierten Zone des η-Typs dadurch angebracht, daß bei 650° C ein Kügelchen aus 99 Gewichtsprozent Blei und 1 Gewichtsprozent Arsen auflegiert wird und eine auskristallisierte Schicht 10 des η-Typs und ein darauf erstarrter Bleikontakt 9 entstehen. Auf der unteren Seite des Körpers ist eine Legierungselektrode 11, 12 angebracht, die mit der Schicht des p-Typs eine ohmsehe Verbindung herstellt, indem bei 450° C ein Kügelchen aus Indium auflegiert wird. In beiden Fällen erfolgt die Legierung in einer Wasserstoffatmosphäre während etwa 6 Minuten.
Fig. 4 zeigt wieder eine weitere Stufe des Verfahrens, in der die Oberfläche des p-n-Überganges, der durch die gestrichelte Linie 7 angegeben ist, durch Ätzen beschränkt ist. Die dazu entfernten Teile sind in dieser Figur auch durch 8 bezeichnet. Mit den Elektroden 9, 4 und 11 sind die Nickelzuführungsdrähte 14, 13 bzw. 15 verbunden. Schließlich wird der p-n-p-Transistor nach Fig. 4 auf bekannte Weise abgearbeitet und z. B. mit einer Lackschicht umgeben. Dieser Transistor, bei dem 4, 9 und 11 die Emitter-, die Basis- bzw. die Kollektorelektrode bezeichnen, hat die günstige Eigenschaft, daß die Stärke der diffundierten Basiszone zwischen der gestrichelten Linie 6 und dem Gebiet 5 des p-Typs sehr genau bestimmt wird durch die zweite Diffusionsstufe, und die Diffusion praktisch von der am weitesten eingedrungenen Erstarrungsfläche unterhalb der Schmelze her erfolgt. Diese Erstarrungsfläche deckt sich praktisch mit der Grenzfläche zwischen dem Gebiet 5 des p-Typs und der Basiszone. Weiter ergibt sich dabei infolge der Diffusion längs der Wände der Höhlung eine hochdotierte, niederohmige Oberfläche in den Wänden der Höhlung, die eine niederohmige Verbindung zwischen der diffundierten Schicht unterhalb des Gebiets 5 des p-Typs und dem niederohmigen Oberflächenring um die Höhlung mit dem Basiskontakt bildet. Der spezifische Widerstand des Gebiets des η-Typs unterhalb des Gebiets 10 des p-Typs nimmt von der Emitterelektrode 4, 5 her in Richtung der Kollektorelektrode 12, 11 zu, da die Antimonkonzentration nahe der Antimonquelle maximal sein wird. Infolgedessen ist der Basiswiderstand niedrig, während außerdem in der Basiszone ein Driftfeld vorhanden ist, wodurch die von dem Emitter injizierten Löcher zusätzlich in Richtung des Kollektors beschleunigt werden, was für den Frequenzbereich des Transistors vorteilhaft ist. Infolge der Beschränkung der Oberfläche des p-n-Uberganges durch Wegnahme der Teile wird die Kollektorkapazität verringert. Sowohl diese Verringerung der Kollektorkapazität als auch die Verringerung des Basis-Reihenwiderstandes fördern eine Verbesserung des Frequenzbereiches des Transistors.
Fig. 5 zeigt einen anderen Transistor in derselben Stufe der Herstellung wie in Fig. 4. Die Herstellung dieses Transistors erfolgt ähnlich wie der vorstehend geschilderte, mit nur dieser Ausnahme, daß in der letzten Stufe der Bearbeitung nach Fig. 5 die Oberfläche des p-n-Überganges, der durch die gestrichelte Linie 7 angegeben ist, durch Wegnahme eines Teiles des Körpers von der der Höhlung 3 des Körpers gegenüberliegenden Seite her beschränkt wird. Der ursprüngliche Körperumfang wird durch die Stichpunktlinie 17 und der weggenommene Teil durch die Bezugsziffer 16 angedeutet. Die Transistoren nach den Fig. 4 und 5 sind p-n-p-Transistoren.
Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil eines »Field-effect«-Transistors besonderen Typs. Bei diesem Feldwirkungstransistor liegt die Strombahn von der Zuführungselektrode zu der Abfuhrelektrode an der Oberfläche eines halbleitenden Körpers. Die Herstellung erfolgt ähnlich wie nach den Fig. 1 bis 4. In diesem Falle jedoch besteht das in der Höhlung zu legierende Kügelchen aus 99 Gewichtsprozent Blei und 1 Gewichtsprozent Antimon. Während des Legierungsvorganges diffundiert das Antimon wieder durch die Grenzfläche zwischen Schmelze und Halbleiterkörper in den Körper ein und bildet in dem Körper des p-Typs wieder auf ähnliche Weise einen p-n-Übergang, der in Fig. 6 durch die gestrichelte Linie 6, 7 angedeutet ist. Infolge des Fehlens eines Akzeptors, wie z. B.
Gallium, wird auch die auskristallisierte Schicht 5 vom η-Typ sein, so daß das ganze halbleitende Gebiet oberhalb der gestrichelten Linie 6, 7 des η-Typs ist und nur ein einziger p-n-Übergang im Körper gebildet wird.
Weiter gibt es noch einen weiteren Ätzvorgang, bei dem örtlich, d. h. zwischen der strichpunktierten Linie 19 und der Linie 21 in der Wand der Höhlung die niederohmige Oberfläche weggenommen wird. Die Strombahn zwischen den zwei ohmschen Elektroden 9, 10 und 4, 5, von denen eine die Zuführungs- und die andere die Abführelektrode ist, weist infolgedessen eine örtliche, ringförmige Verengung auf. Der auf dem unterhalb der gestrichelten Linie 6, 7 liegenden Gebiet des p-Typs angebrachte Kontakt bildet gemeinsam mit diesem Gebiet die Steuerelektrode des FeIdwirkungstransistors.
Wenn an der Steuerelektrode eine Sperrspannung in bezug auf die anderen Elektroden angelegt wird, bildet sich eine Erschöpfungsschicht, die weiter in das n-Typ-Gebiet eindringt, je höher die Sperrspannung ist. Ein, Beispiel der Ausdehnung der Erschöpfungsschicht in dem n-Typ-Gebiet ist durch die Linie 20 angedeutet. Die Erschöpfungsschicht liegt also zwischen der gestrichelten Linie 6, 7 und der Linie 20. Durch Änderung der Sperrspannung und der entsprechenden Ausdehnung der Erschöpfungsschicht kann der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden 9, 10 und 4, 5 zwischen einem Zustand, bei dem die Erschöpfungsschicht noch praktisch nicht in das n-Typ-Gebiet eingedrungen ist, und dem anderen äußersten Zustand geändert werden, in dem die Strombahn ganz gesperrt ist, da die Erschöpfungsschicht sich bis in die Oberfläche 21 ausgedehnt hat.
Die Verbindungen 12, 11 und 15 (in Fig. 6 nicht dargestellt) und 9, 10 und 14 können auf dieselbe Weise angebracht werden, wie an Hand der Fig. 4 und 5 beschrieben ist. Die Halbleiteranordnung nach Fig. 6 eignet sich vorzüglich als Feldwirkungstransistor. Die Wegnahme des ringförmigen Gebiets in der Wand der Höhlung (zwischen der gestrichelten Linie 13 und der Linie 20) verhütet, daß die Erschöpfungsschicht die erwähnte Strombahn nicht ganz sperren könnte, da eine Erschöpfungsschicht schwer in ein hochdotiertes Gebiet eindringen kann. Es ist empfehlenswert, nur örtlich die niederohmige Oberfläche zu entfernen. Die Tatsache, daß bei diesem Feldwirkungstransistor an den Schlitz unmittelbar auf beiden Seiten sich wieder die hochdotierten, niederohmigen Oberflächen anschließen, die auf einer Seite mit der Elektrode 9,10 und auf der anderen Seite mit der Elektrode 4, 5 eine niederohmige Verbindung herstellen, ist sehr günstig für das Frequenzverhalten und die Stabilität dieses Transistors.
Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein anderes Beispiel eines Verfahrens nach der Erfindung, bei dem ein Teil des Körpers zwischen den zwei DifFusionsvorgängen entfernt wird, so daß eine Stufenoberfläche erhalten wird. Die Stufe 22 hat den in Fig. 7 in einer Draufsicht dargestellten V-förmigen Verlauf. Das Legierungskügelchen wird dabei in dem Winkel der V-förmigen Stufe angeordnet, und die Diffusionslegierungsstufe wird auf vorstehend geschilderte Weise durchgeführt, so daß die diffundierte Zone mit dem p-n-Übergang 6 der auskristallisierten Schicht 5 und dem Metallteil 4 erhalten werden. Die anderen Stufen der Bearbeitung sind den vorstehend an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen ähnlich und brauchen daher nicht weiter erläutert zu werden.
Vollständigkeitshalber wird noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich selbstverständlich nicht
auf die vorstehend geschilderten Beispiele beschränkt. Sie beschränkt sich ebensowenig auf die Herstellung der vorstehend beschriebenen Hableiteranordnungen. Viele Abarten sind möglich. Die Erfindung läßt sich z. B. mit anderen als den erwähnten Halbleitermaterialien durchführen, z. B. mit Silicium oder halbleitenden Verbindungen.

Claims (15)

Patentansprüche: IO
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der eine in die Oberfläche eindiffundierte Zone eines bestimmten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen dickeren und einen dünneren miteinander zusammenhängenden Teil aufweist und bei der der dickere Teil mit einer ohmschen Elektrode und der dünnere Teil mit einer weiteren Elektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindiffusion der beiden Teile der Zone in der Weise durchgeführt wird, daß zunächst in einem homogenen Halbleiterkörper eine dickere Zone von der Oberfläche eindiffundiert wird, daß ein Teil, z. B. durch Ätzen, dieser dickeren Zone bis zu einer solchen Tiefe weggenommen wird, die größer oder wenigstens nahezu so groß ist wie die Eindringtiefe der dickeren Zone, und daß darauf durch Diffusion in die infolge der Wegnahme gebildete neue Oberfläche der dünnere Teil der diffundierten Zone hergestellt wird, der mit der vorher angebrachten diffundierten dickeren Zone zusammenhängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitfähigkeitstyp des Halbleiterkörpers dem der eindiffundierten Zone entgegengesetzt gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion des dünneren Teils der diffundierten Zone von einem auf der neu gebildeten Oberfläche angebrachten Stoff her vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion des dünneren Teils der diffundierten Zone von der Umgebungsatmosphäre her vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion des dünneren Teils von dem dickeren Teil her vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der neu gebildeten Oberfläche eine Legierungselektrode angebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegieren dieser Legierungselektrode und das Diffundieren des dünneren Teils der diffundierten Zone während eines einzigen Erhitzungsvorganges durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der neu gebildeten Oberfläche eine ohmsche Elektrode anlegiert wird und daß dem aufzulegierenden Elektrodenmaterial die einzudiffundierende Verunreinigung und gegebenenfalls andere Verunreinigungen desselben Leitfähigkeitstyps zugesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der neu gebildeten Oberfläche eine gleichrichtende Elektrode anlegiert wird und daß dem aufzulegierenden Elektrodenmaterial eine Verunreinigung eines Leitfähigkeitstyps mit hoher Diffusionsgeschwindigkeit und geringer Abscheidungskonstante und eine Verunreinigung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit niedriger Diffusionsgeschwindigkeit und großer Abscheidungskonstante zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Legierungsvorganges die einzudiffundierende Verunreinigung der Schmelze von der Umgebungsatmosphäre her zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzulegierende Elektrodenmaterial im wesentlichen aus einer in dem Halbleiterkörper schlecht löslichen Komponente hergestellt wird, die in bezug auf die Dotierung praktisch neutral ist.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein p-n-p- oder n-p-n-Transistor hergestellt wird und daß auf der neu gebildeten Oberfläche eine Elektrode angebracht wird, die einen gleichrichtenden Übergang mit der diffundierten Zone herstellt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldwirkungstransistor hergestellt wird und daß auf der neu gebildeten Oberfläche eine Elektrode angebracht wird, die eine ohmsche Verbindung mit der diffundierten Zone herstellt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Diffusions Vorgang die Größe der Oberfläche des Überganges zwischen der diffundierten Zone und dem Halbleiterkörper durch Wegnahme eines Teiles des Halbleiterkörpers, ζ. Β. durch Ätzen, beschränkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Halbleiterkörpers gegenüber der Stelle weggenommen wird, an der nach dem ersten Diffusionsvorgang ein Teil entfernt worden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 193 945;
britische Patentschrift Nr. 753 133.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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