DE1101624B - Verfahren zur Herstellung einer Legierungselektrode an einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Legierungselektrode an einer Halbleiteranordnung

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DE1101624B
DE1101624B DEI16646A DEI0016646A DE1101624B DE 1101624 B DE1101624 B DE 1101624B DE I16646 A DEI16646 A DE I16646A DE I0016646 A DEI0016646 A DE I0016646A DE 1101624 B DE1101624 B DE 1101624B
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Description

DEUTSCHES
Der nutzbare Frequenzbereich einer Legierungs-Halbleiteranordnung wird häufig durch die der Legierungselektrode eigenen -Kapazität begrenzt. Die Größe der Kapazität ist bestimmt durch die Zahl der den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungszentren im Halbleiterkristall, und zwar in unmittelbarer Nähe des von der Legierungselektrode gebildeten pn-Übergangs.
Die Halbleiteranordnung läßt sich nun durch ein Verfahren zur Herstellung einer Legierungselektrode an einer solchen Halbleiteranordnung, z. B. einem Transistor, einer Diode oder Fotozelle, mit einem Ausgangs-Halbleiterkörper aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps erfindungsgemäß dadurch verbessern, daß auf dem Halbleiterkörper eine Menge aus einem solchen Metall aufgebracht wird, das gegenüber den Fremdstoffen im Halbleiterkörper reaktionsträge ist und mit dem Halbleitermaterial legiert, daß die Metallmenge auf dem Halbleiterkörper geschmolzen wird, daß dann die Temperatur so erniedrigt wird, daß die Metallmenge teilweise erstarrt und bei der Rekristallisation durch Reinigung eine vorgelagerte eigenleitende oder schwach entgegengesetzt dotierte Zone entsteht, daß bei dieser Temperatur dann ein Fremdstoff aus einer Gasatmosphäre so eindiffundiert wird, daß an der Metallmenge eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps als des Halbleiterkörpers hergestellt wird, und daß dann die Temperatur so erniedrigt wird, daß die Metallmenge erstarrt. Damit wird zugleich eine verbesserte Halbleiteranordnung vom nip-Typ gewonnen.
Solche sind an sich bekannt. Nach einem bekannten Verfahren wird eine Schicht des Halbleiterkörpers im wesentlichen eigenleitend hergestellt und an dieser eine nicht ohmsche Kollektorelektrode angebracht. Eine zweite, an die erste angrenzende Schicht wird mit Störstellen versehen. An dieser zweiten Schicht werden eine nicht ohmsche Emitterelektrode und eine ohmsche Basiselektrode angebracht. Der Emitterelektrode ist eine dritte inselförmige Schicht im Halbleiterkörper vorgelagert, deren Leitfähigkeitstyp demjenigen der zweiten Schicht entgegengesetzt ist.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein Gradient des spezifischen Widerstandes in der Halbleiteranordnung mit sehr genauer Kontrolle der Störstellenkonzentration gebildet werden.
Das Verfahren nach der Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für einige beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Halbleiterkristall bezeichnet, der z. B. aus Germanium oder Silizium besteht. Es sei willkürlich angenommen, daß der Kristall 1 aus p-leitendem Material besteht und daß an seiner einen Verfahren zur Herstellung
einer Legierungselektrode
an einer Halbleiteranordnung
Anmelder:
IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen
Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Juni, 15. August
und 27. August 1958
Milton Genser, Poughkeepsie, Dutchess County, N. Y.,
und Fred Barson,
Wappingers Falls, Dutchess County, N. Y.
(V. St Α.),
sind als Erfinder genannt worden
Fläche eine Legierungselektrode vorgesehen ist. Mit 2 ist eine Grenzlinie bezeichnet, die einen Bereich des Halbleitermaterials 3 mit hohem spezifischem Widerstand, d. h. eine nahezu eigenleitende Zone, abgrenzt. Mit 4 ist eine Grenzlinie bezeichnet, die einen rekristallisierten Bereich 5 aus Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp abgrenzt, der wegen der willkürlichen Wahl eines p-leitenden Kristalls 1 mit η bezeichnet ist. In der Mitte des Legierungsanschlusses befindet sich ein Quantum Legierungsmaterial 6.
Der Kristall 1 ist an einer Kante mit einer Bruchlinie abgeschlossen dargestellt, um zu veranschaulichen, daß hier ein Anschluß zu einer größeren Halbleitervorrichtung hergestellt werden kann. Die Legierungselektrode kann z. B. gegenüber einem anderen pn-übergang innerhalb der Diffusionsstrecke während der Trägerlebensdauer angeordnet werden, wenn eine Transistorwirkung erzielt werden soll.
Der Aufbau der nach der Erfindung hergestellten Legierungselektrode ist fast analog einer pin-Struktur, bei der ein Bereich aus Halbleitermaterial mit sehr hohem spezifischem Widerstand zwischen Bereichen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp liegt. Da die Kapazität eines pn-Übergangs durch die Zahl der den
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Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungszentren in der unmittelbaren Umgebung des pn-Übergangs beeinflußt wird, ist deren Größe steuerbar und kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf sehr kleine Werte reduziert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf des Herstellungsverfahrens für die in Fig. 1 gezeigte Halbleiteranordnung. In einem ersten Verfahrensschritt •wird ein Quantum eines Legierungsmetalls 7 auf den Halbleiterkristall 1 aufgebracht. Hierbei kann es sich um jedes beliebige Metall handeln, das gegenüber den in dem Halbleitermaterial des Kristalls 1 zu verwendenden, den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen reaktionsträge ist und das eine Legierung mit dem Kristall 1 bei einer Temperatur bildet, die niedriger als der Schmelzpunkt des Kristalls 1 ist.
Im zweiten Verfahrensschritt wird die aus dem Metall 7 und dem Kristall 1 bestehende Kombination erhitzt, so daß gemäß der Darstellung der Stufe 2 das Metall 7 schmilzt und einen Schmelzkrater 8 bildet, der aus einer Legierung des Metalls 7 und des Materials des Halbleiterkristalls 1 besteht.
Im dritten Verfahrensschritt wird die Temperatur um einen bestimmten Wert reduziert, so daß ein Teil des Materials im Schmelzkrater 8 rekristallisiert und ein Bereich von Halbleitermaterial an den ursprünglichen Kristall 1 wieder angezüchtet wird. Der Anfang dieses neugezüchteten Bereichs ist durch eine Grenzlinie 9 gekennzeichnet, und der rekristallisierte Bereich selbst trägt das Bezugszeichen 10. Da die Temperatur nur um einen bestimmten Wert gesenkt worden ist, bleibt ein Teil des ursprünglichen Schmelzkraters 8 bestehen.
In der vierten Verfahrensstufe wird die Temperatur auf einem solchen Wert gehalten, daß ein Teil des Schmelzkraters, der eine Legierung aus dem Metall 7 und dem Kristall 1 enthält, übrigbleibt. Jetzt wird die den Kristall und das geschmolzene Metall umgebende Atmosphäre geändert und ein Dampf 11 zugeführt, der eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung solcher Art enthält, wie sie für die herzustellende Anordnung benötigt wird. Diese Verunreinigungen dringen aus dem Dampf 11 in das geschmolzene Material 8 in einer Konzentration ein, die durch die Konzentration der Verunreinigung des Dampfes 11 bestimmt ist. Durch Steuerung der Temperatur und der Konzentration erreicht man eine Steuerung des spezifischen Widerstandes in der Anordnung, da nach Absorption der Verunreinigungen im Schmelzbereich 8 durch Diffusions- und Segregationskoeffizienten der betreffenden Materialien die gewünschte Verteilung der Störstellen bei der Abkühlung erfolgt.
Im fünften Verfahrensschritt wird die Temperatur gesenkt, bis der ganze Schmelzbereich 8 erstarrt ist. Da der Schmelzkrater 8 aus dem Dampf mit Verunreinigungen in solcher Konzentration versehen worden ist, die ausreicht, um die bereits vorhandenen Verunreinigungen zu kompensieren, hat der bei der Erstarrung des Schmelzkraters 8 entstehende rekristallisierte Bereich einen Leitfähigkeitstyp, der dem des ursprünglichen Kristalls 1 entgegengesetzt ist. Diesem Bereich 13 ist ein Bereich 10 vorgelagert, in dem im wesentlichen die den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen sich nahezu kompensieren. Ein kleiner Teil des ursprünglichen Metalls 7 ist in der Mitte des rekristallisierten Bereiches 13 dargestellt. Er kann als ohmscher Kontakt dienen. Die Struktur der fünften Stufe in Fig. 2 entspricht dann der von Fig. 1, so daß der Knopf 6 dem Teil 7 entspricht. Der rekristallisierte n-Bereich 5 in Fig. 1 entspricht dem rekristallisierten Bereich 13 in der Stufe 5 der Fig. 2, und der rekristallisierte Bereich 3 hohen spezifischen Widerstandes in Fig. 1 entspricht dem rekristallisierten Bereich 10.
Zur Gewinnung einer klaren Vorstellung werden noch folgende Angaben gemacht:
Kristall 1 —
p-leitendes Germanium
spezifischer Widerstand:
5 Ohm · cm
Legierungsmetall reines Blei
Temperatur in der
Stufe 2
Temperatur in der
Stufe 3
7000C
500° C, von 700° C ausgehend mit einer Geschwindigkeit
von 10° C in der Minute
abgekühlt
In der Verfahrensstufe 4 wird bei 500° C ein Arsendampf in einer Konzentration von etwa 10le Atomen/ccm verwendet.
Der Bereich 3 hohen spezifischen Widerstandes in Fig. 1 ist fast eigenleitend und hat eine Tiefe von etwa 0,005 cm, während der n-Bereich 5 eine Stärke von etwa 0,01 cm hat.
Durch die zweistufige Rekristallisation in Verbindung mit der Einführung von den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen aus dem Dampf im zweiten Verfahrensschritt findet im ersten Schritt eine Zonenverfeinerung statt, so daß der Verunreinigungsgehalt des Halbleitermaterials im ersten rekristallisierten " Bereich so niedrig ist, daß das Material fast eigenleitend ist, und durch eine Steuerung der Rekristallisationsgeschwindigkeit und des Punktes, an dem sie unterbrochen wird, kann die Stärke des Bereiches und des Verunreinigungsgradienten und -quantums kontrolliert werden.
Als Beispiel sei angenommen, daß der Bereich an der Bruchlinie des Kristalls 1 in Fig. 1 durch einen diffundierten pn-übergang ersetzt worden ist und daß die Legierungselektrode nach Fig. 1 als Emitter dienen soll. Dann wird der eigenleitende Bereich ziemlich dünn gemacht mit einem relativ steilen Gradienten, so daß die Injektionsleistung beibehalten wird.
Vorstehend sind nur Verfahrensschritte beschrieben worden, welche das Einlegieren der Elektrode betreffen. Darüber hinaus sind natürlich weitere Maßnahmen, wie z. B. Ätzung und Anbringung von Basiselektroden, nötig, umbestimmteHalbleiteranordnungen, wie z. B. Transistoren, Dioden oder Fotozellen, herzustellen.
Bei Halbleiteranordnungen ist vielfach ein Bereich mit abgestuftem spezifischem Widerstand vorteilhaft, dessen Wert in dem an den ursprünglichen Halbleiterkörper angrenzenden Teil hoch ist und bis zu einem niedrigeren Wert in der Nähe eines Bereiches vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche des Kristalls abnimmt.
So gibt es einen solchen Bereich, z. B. in dem bekannten »Drift«-Transistor, in dem der Bereich abgestuften spezifischen Widerstandes als Basisbereich, der ursprüngliche Halbleiterkörper als Kollektorbereich und der rekristallisierte Bereich als Emitter dienen. Die bisher für die Herstellung solcher Strukturen angewandten Verfahren sind sehr kompliziert, beinhalten im allgemeinen die Diffusion von Verunreinigungen bei hohen Temperaturen und sind
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großenteils abhängig von den individuellen physikalischen Eigenschaften sowohl des Halbleiterkörpers als auch der als Donatoren und Akzeptoren für die den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen dienenden Elemente. In vielen Fällen sind die physikaiischen Eigenschaften, wie der Dampfdruck der verwendeten Elemente, derart, daß bestimmte Elemente nicht in Verbindung mit bestimmten Halbleiterstoffen verwendet werden konnten, weil die verschiedenen physikalischen Eigenschaften nicht zusammen paßten.
An Hand der Fig. 3 und 4 sei nachstehend ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen beschrieben, bei dem es auf genaue Kontrolle der physikalischen Eigenschaften der verwendeten Stoffe nicht mehr so genau ankommt.
In Fig. 3 ist ein Transistor gezeigt, dessen Körper aus Halbleitermaterial, z. B. η-leitendem Germanium oder Silizium besteht. Ein η-leitender Bereich 2 nimmt einen Teil der einen Fläche des Körpers 1 ein, und an den. Bereich 2 ist ein ohmscher Basiskontakt 3 angeschlossen. Ein Bereich 4 mit abgestuftem spezifischem Widerstand, dessen Leitfähigkeitstyp hier mit ρ bezeichnet ist, dringt in den η-Bereich des Körpers 1 ein und bildet mit ihm einen pn-übergang 5. Ein rekristallisierter n-Bereich 6 bildet einen pn-übergang 7 mit dem p-Bereich. Mit 8 und 9 sind die ohmschen Anschlüsse zum Körper 1 und zum rekristallisierten n-Bereich 6 bezeichnet.
Der Transistor nach Fig. 3 besitzt einen sehr dünnen Basisbereich 4 mit abgestuftem spezifischem Widerstand, der in dem an den pn-übergang angrenzenden Teil von einem niedrigen Wert an dem Emitter-pn-Übergang 7 zu einem höheren Wert am Kcllektor-pn-Übergang 5 ansteigt. Der rekristallisierte Emitterbereich 6 hat einen konstanten niedrigen spezifischen Widerstand, der für eine gute Injektion der Träger sorgt.
Andererseits hat der diffundierte Kollektor-pn-Übergang 5 einen solchen Gradienten, daß das dem pn-übergang zugeordnete Feld über einen so großen Bereich verteilt ist, daß die Stärke der Felder am pn-Übergang für einen Durchschlag nicht ausreicht.
Vorteilhaft ist ferner der großflächige p-Bereich 2 auf der Oberfläche des Transistors, an die das Basiselement 3 angeschlossen ist. Dadurch wird der Basis- widerstand gering.
Ferner kann die Ausbildungsform nach Fig. 3 mit einem sogenannten »Hook«-Kollektor versehen werden, indem der ohmsche Kontakt 8 durch einen weiteren pn-Übergang ersetzt wird.
Halbleiteranordnungen nach Fig. 3 können nach dem in Fig. 4 veranschaulichten Verfahren hergestellt werden. Danach wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Halbleiterkörper mit einer n-leitenden und einer p-leitenden Schicht hergestellt. Ein solcher Körper ist unter der Bezeichnung »doppelt dotierter« Halbleiterkörper an sich bekannt. Bei dem in dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Körper handelt es sich um ein kompensiertes Material, bei dem die Donatoren gegenüber den Akzeptoren überwiegen.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Quantum eines Legierungsmetalls mit den gleichen Eigenschaften, wie in Verbindung mit Fig. 2 angegeben, in Kontakt mit dem Körper gebracht.
Die Donatoren sollen höhere Diffusionskoeffizienten als die Akzeptoren haben. Die Donatoren diffundieren nach dem Erwärmen aus dem Halbleiterkristall heraus und in den Schmelzkrater der Legierung hinein.
Da der ursprüngliche Kristall doppelt dotiert war, d. h. sowohl Donator- als auch Akzeptorstoffe enthielt, bleibt die ursprüngliche Vorherrschaft der Donatoren nach ihrer Wanderung in den Schmelzkrater nicht erhalten. Der entstehende Bereich, aus dem sie herausdiffundiert sind, enthält dann ein Übergewicht von Akzeptoren, und es entsteht ein pn-Übergang. Ein dünner rekristallisierter Bereich wird gebildet, wenn jetzt die Temperatur leicht gesenkt wird, bis eine gewisse Erstarrung eintritt.
In Fig. 4 ist der η-leitende Körper 1 über einen pn-Übergang 5 mit dem p-Bereich 4 verbunden, der durch die Diffusion entsteht. Der Bereich 4 wiederum ist mit der dünnen, bereits vorhandenen dünnen p-Schicht2 verbunden, die eine große Ausdehnung hat. Der Schmelzkrater aus Lösemetall und Halbleitermaterial ist durch die Ziffer 10 bezeichnet.
In der dritten Verfahrensstufe wird der Halbleiterkörper, während die Wärmezufuhr genügend groß ist, damit der Krater 10 geschmolzen, bleibt, einer Atmosphäre mit einem Donatorengehalt ausgesetzt. Diese Atmosphäre besteht aus einem Dampf 11 mit einem Donator, z. B. Arsen, der im Dampf in genügender Menge fein verteilt ist, so daß das Arsen aus dem Dampf von dem geschmolzenen Material 10 absorbiert werden kann. Dies soll soweit geschehen, bis die Donatorsubstanz im geschmolzenen Material 10 in einer solchen Konzentration enthalten ist, daß sie, multipliziert mit dem Segregationskoeffizienten der betreffenden, aus dem Dampf eingeführten Donatorverunreinigung, die Konzentration einer eventuell in der geschmolzenen Zone vorhandenen Akzeptorstörsubstanz, multipliziert mit dem Segregationskoeffizienten, kompensiert. Jetzt wird der Halbleiterkörper abgekühlt, damit der geschmolzene Bereich erstarrt. Während der Abkühlung rekristallisiert ein Teil des Halbleitermaterials aus, und zwar mit derselben Kristallstruktur, wie sie im ursprünglichen Kristall vorhanden war. Jetzt segregieren genügend viele Donatorteilchen in den rekristallisierten Bereich, so daß ein n-Bereich 6 entsteht, der mit dem p-Bereich einen pn-Übergang 7 bildet. Der restliche Teil des Schmelzkraters 10 kann nach der Erstarrung als ohmscher Anschluß für den rekristallisierten n-Bereich dienen.
Die Wiedergabe in Fig. 3 ist nicht genau maßstäblich gehalten, um die Darstellung anschaulicher zu machen. Bei dem Körper in Fig. 3 kann es sich um einen Einkristall, z. B. aus Germanium, Silizium oder einem aus einer intermetallischen Verbindung bestehenden Halbleitermaterial handeln. Die Größe des Kristalls kann etwa 0,050 cm im Quadrat betragen und die Dicke von der freiliegenden Oberfläche des Bereiches 2 bis zu dem ohmschen Kontakt 8 etwa 0,0012 cm. Der Bereich 2 kann 0,0005 cm stark sein. Das Lösemittelmetall kann eine Bleikugel mit einem Durchmesser von 0,012 cm sein. Der Kristall 1 kann etwa 0,00002% Arsen und 0,00001% Indium enthalten und eine n-Leitfähigkeit von etwa 2 Ohm · cm besitzen. Die Anordnung wird 2 Stunden lang auf 750° C erhitzt, damit die Verunreinigungen vom n-Leitfähigkeitstyp in den Schmelzbereich 10 hineindiffundieren können. Eine Atmosphäre 11 aus Arsen in einer Konzentration von etwa 1016 Atomen auf den Kubikzentimeter läßt man einige Minuten lang auf die Oberfläche des Kristalls 1 einwirken. Während dieser Zeit bleibt der Bereich 10 geschmolzen. Dann wird der Kristall 1 auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Die Struktur im Verfahrensschritt 4 nach Fig. 4 kann in dem in Fig. 3 gezeigten Transistor durch die
Anbringung von ohmschen Kontakten 3, 8 und 9 nach an sich bekannten Verfahren umgeformt werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren ist das Verhalten der verwendeten Verunreinigungen im Kristall oder im Legierungsmetall anstatt ihr Verhalten in der Umgebung wesentlich.
Durch das Verfahren nach der Erfindung werden zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit bestimmten Verunreinigungsstoffen auch die. Maßnahmen bei der Diffusion in intermetallischen. Halbleiterverbindungen der III-V-Gruppe sehr vereinfacht. Gleichzeitig ist es durch die Wahl der Verunreinigungsstoffe mit dem Verfahren nach der Erfindung möglich, Halbleiteranordnungen in weniger Verfahrensschritten und mit weniger strengen Umgebungstoleranzen herzustellen. Das geschieht mittels einer Kombination des Legierens und des Diffundierens aus dem Legierungsbereich in den intermetallischen Halbleiterkristall der III-V-Gruppe, wobei bestimmte Verunreinigungsstoffe verwendet werden, die selche physikalischen Eigenschaften haben, daß ihre Xeigung zum Segregieren und Diffundieren, zusammenwirkt. Es findet also· in einem einzigen Erwärmungszyklus die Diffusion bei einer bestimmten Temperatur statt und führt zu einer ersten Zone in dem Halbleiterkristall, und bei der folgenden Abkühlung findet eine Segregation statt, die eine zweite Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in dem Halbleitermaterial hervorruft.
In Fig. 5 ist ein npn-»Drift«-Transistor als Beispiel für eine Halbleiteranordnung gegeben, die aus den intermetallischen. Verbindungen der Gruppe IH-V hergestellt werden kann. Die Anwendung besteht aus einem intermetallischen Halbleiterkörper 1, z. B. Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Aluminiumantimonid. Der Körper 1 hat einen n-leitenden KoIlektorbereich 2, der durch den Zusatz entsprechender Mengen von. den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen, z. B. Selen oder Tellur, hergestellt werden kann.
Ein p-leitender Basisbereich 3 hat einen abgestuften spezifischen Widerstand, der von einem hohen Wert in der Xähe des Kollektorbereiches 2 auf einen niedrigen Wert in der Nähe des Emitter-pn-Übergangs 4 abnimmt. Der Kollektor-pn-Übergang des Transistors nach Fig. 5 ist als das Element 5 dargestellt. Ein rekristallisierter η-leitender Bereich 6 dient als Emitter, und zum Emitter, zur Basis und zum Kollektor des Transistors führen die ohmschen Anschlüsse^ 8, bzw. 9.
Eine solche Vorrichtung nach Fig. 5 wurde im allgemeinen mit Hilfe einer Diffusion hergestellt, um den Widerstandsgradienten im Basisbereich zu bilden. Diese bekannte Technik führte bei den einatomigen Halbleitermaterialien zu schwierigen Problemen bezüglich der Verunreinigungs- und Konzentrationskcntrolle in dem Dampf, da eine zu große Konzentration die Bildung von Legierungen fördert. Bei Verwendung der intermetallischen Verbindungen wurden die Probleme noch komplizierter durch die Erhöhung der Zahl der verwendeten Elemente, da jedes Element seine eigenen physikalischen, Eigenschaften besitzt, die mit den physikalischen Eigenschaften der anderen Elemente verträglich sein müssen.
Fig. 6 zeigt nun die Technik der Herstellung von intermetallischen Halbleiteranordnungen nach dem erfindungsgemäß en Verfahren. Der Halbleiterkörper 1 besteht aus einer η-leitenden intermetallischen Verbindung der Gruppe III-V. Der Körper 1 kann jede beliebige Form oder eine beliebige Bauteilform für die spätere Verarbeitung zu beliebigen Anordnungen haben und; ist hier als einfache rechteckige Tafel dargestellt. Die Angabe des n-Leitfähigkeitstyps deutet auf das Vorherrschen von Donatorverunreinigungen, z. B. Selen oder Tellur, hin. In intermetallischen. Verbindungen werden, Verunreinigungen zur Bestimmung des Leitfähigkeitstyps verwendet, die nicht aus derselben Spalte des Periodischen Systems wie die Metalle der Verbindung entnommen, werden. Für intermetallische Verbindungen der Gruppe HI-V verwendet man gewöhnlich die Gruppe VI für die Donatoren und die Gruppe II für die Akzeptoren.
Im zweiten. Verfahrensschritt wird eine Legierung 10 aus Zinn als Legierungsmetall und kleinen Mengen von n- und p-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen in Kontakt mit dem Halbleiterkörper gebracht. Es hat sich gezeigt, daß Akzeptorelemente, z. B. Zink oder Aluminium, schneller in intermetallisehe Verb indungen der Gruppe III-V hineindiffundieren als die DonatOTelemente Selen oder Tellur. Gleichzeitig hat es sich herausgestellt, daß Selen oder Tellur schneller als Zink oder Aluminium aus einer Schmelze segregieren, wenn die Erstarrung in einem noch zu erklärenden Schritt statfindet.
Infolgedessen kann die Legierung aus einem Lösungsmetall bestehen, das einen Teil des Körpers 1 bei einer Temperatur schmelzen und auflösen kann, welche unter dem Schmelzpunkt des Körpers 1 liegt, und das reaktionsträge hinsichtlich der Dotierung des Körpers 1 mit den entsprechenden Donator- und Akzeptorverunreinigungen ist. Zinn ist ein gut geeignetes Lösungsmetall. Beispiele für Legierungen, die für das Verfahren nach der Erfindung vorteilhaft sind, sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.
Legierung 1
Zinn 99,8%
Zink 0,1 %>
<l·0 Selen 0,1%
Legierung 2
Zinn 99,8°/o
Zink 0,1%
Tellur 0,1%
Legierung 3 Legierung 4
Zinn 99,8% Zinn 99,8%
Aluminium 0,1% Aluminium O',l% Selen 0,1% Tellur 0,1%
Da die Konzentration einer bestimmten Verunreinigung in einer Schmelze den Einfluß verschiedener Diffusions- und Segregationskoeffizienten aufheben kann, müssen die Konzentrationen der beiden Verunreinigungen etwa gleichgehalten werden.
Im dritten Verfahrensschritt wird ein Schmelzkrater in der Oberfläche des Halbleiterkristalls gebildet. Ein Schmelzkrater aus der Legierung 10 ist als Element 11 in der Darstellung der dritten Verfahrensstufe dargestellt. Bei einem Körper 1 aus Indiumantimonid bildet die Legierung 1 einen Schmelzkrater 11 bei über 400° C.
Es ist klar, daß die zum Schmelzen der Legierung der Halbleiterverbindung nötige Erwärmung viel geringer als die für eine Diffusion erforderliche ist, so daß die Wärmebeilastungen verringert werden. Die p-Verunreinigung diffundiert in den Kristall und bildet einen p-Bereich 12 (s. Darstellung der Verfahrensstufe 3) und damit einen pn-übergang 13. Dieser pn-übergang 13 entspricht dem pn-übergang 5 in der in Fig. 5 gezeigten Anordnung.
In einem vierten Verfahrensschritt wird der Körper 1 mit dem Schmelzkrater 10 so weit abgekühlt, daß der Schmelzkrater 10 erstarrt. Auf Grund des
höheren Segregationskoeffizienten der n-Verunreinigung ist der rekristallisierte Bereich, der um die Ränder des Schmelzkraters herum zu Beginn des Erstarrungsvorganges wächst, η-leitend. Der erstarrte übrige Teil der Legierung ist auch hier mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, obwohl es sich dabei nicht mehr um einen Schmelzkrater handelt. An diesen Teil kann ein späterer ohmscher Anschluß, wie z. B. 7 in Fig. 5, angeschloss'en werden.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird also in einem einzigen Heizzyklus ein diffundierter Bereich des einen Leitfähigkeitstyps mit abgestuftem spezifischem Widerstand in dem Kristall gebildet, der einen pn-Übergang bilden kann, und direkt dahinter und parallel dazu befindet sich ein zweiter pn-Übergang, der die Grenze eines rekristallisierten Bereiches vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bildet. Da der p-Bereich 12 durch Diffusion gebildet worden ist, ist der Widerstandsgradient so, daß der Fluß der Minoritätsträger verstärkt wird, die am pn-übergang des rekristallisierten N-Bereiches und des Bereiches 12 injiziert werden.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Legierungselektrode an einer Halbleiteranordnung, ζ. Β. Transistor, Diode oder Fotozelle, mit einem Ausgangs-Halbleiterkörper aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterkörper eine Menge aus einem solchen Metall aufgebracht wird, das gegenüber den Fremdstoffen im Halbleiterkörper reaktionsträge ist und mit dem Halbleitermaterial legiert, daß die Metallmenge auf dem Halbleiterkörper geschmolzen wird, daß dann die Temperatur so erniedrigt wird, daß die Metallmenge teilweise erstarrt und bei der Rekristallisation durch Reinigung eine vorgelagerte eigenleitende oder schwach entgegengesetzt dotierte Zone entsteht, daß bei dieser Temperatur dann ein Fremdstoff aus einer Gasatmosphäre so eindiffundiert wird, daß an der Metallmenge eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps als des Halbleiterkörpers hergestellt wird, und daß dann die Temperatur so erniedrigt wird, daß die Metallmenge erstarrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall aus Blei oder Zinn besteht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall 0,1 % Zinn oder 0,1 % Aluminium enthält.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall 0,1 % Selen oder 0,1 % Tellur enthält.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper, auf den das Legierungsmetall aufgebracht wird, ein doppelt dotierter Halbleiterkörper ist.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper, auf den das Legierungsmetall aufgebracht wird, ein intermetallischer Halbleiterkörper ist.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper, auf den das Legierungsmetall aufgebracht wird, aus p-leitendem Germanium und das Legierungsmetall aus reinem Blei besteht, daß eine Erwärmung bei 700° C durchgeführt wird, damit sich ein Teil des halbleitenden Materials in der Legierungssubstanz auflöst, daß dann eine Temperaturänderung bis auf 500° C mit einer Geschwindigkeit von 10° C pro Minute stattfindet und anschließend eine Nachbehandlung in einem Arsendampf bef 50O0C erfolgt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1025 994, 1 027 800, 780', 1056 747;
USA.-Patentschrift Nr. 2 763 822.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
109 529/560 2.61
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