DE1129622B

DE1129622B - Verfahren zur Herstellung der Halbleiterkoerper von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1129622B
Application number: DEE12527A
Authority: DE
Inventors: Masamichi Enomoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-06-20
Filing date: 1956-06-15
Publication date: 1962-05-17
Also published as: GB808580A; FR1154534A; BE548791A; US2850414A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiterkörper von Halbleiteranordnungen durch Aufdampfen von Halbleitermaterial und Dotierungsstoffen auf einen Trägerkörper und. späteres Aufschneiden des Trägerkörpers in getrennte Elemente. Es sind bereits Verfahren dieser Art in der Trockengleichrichterfertigung bekannt, bei denen die aus einer großen Platte geschnittenen Elemente einer Nachbehandlung unterzogen werden, um die beim Schneiden entstehenden Kurzschlüsse zwisehen den Elektroden zu beseitigen. Dazu werden die kleinen Platten in Rückstromrichtung Überspannungsstößen ausgesetzt. Außerdem werden parallel zu den Schnittkanten laufende Kerben vorgesehen, um die Schnittkanten von den wirksamen Elektrodenflächen elektrisch zu isolieren.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkörpern genügen den gestellten Anforderungen nicht, wenn Halbleiterkörper mit übereinstimmenden Eigenschaften in großen Stückzahlen gefertigt werden sollen. Insbesondere entstehen bei diesen bekannten Verfahren in den wenigsten Fällen Einkristalle.

Demgegenüber ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Herstellung von Halbleiterkörpern ohne die genannten Nachteile, d.h., es können mit dessen Hilfe große Stückzahlen von einkristallinen Halbleiterkörpern mit identischen Eigenschaften hergestellt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß vor dem Aufdampfen in den Trägerkörper Vertiefungen eingelassen werden, daß der aufgedampfte Film aus Halbleiter- und Dotierungsmaterial in voneinander isolierte und jeweils eine Vertiefung enthaltende Bereiche zerschnitten und anschließend der Trägerkörper im Hochvakuum so weit erhitzt wird, bis ein Zusammenschmelzen und Zusammenziehen des aufgedampften Films in den Vertiefungen infolge der Oberflächenspannung erfolgt und daß schließlich in jeder Vertiefung des Trägerkörpers durch langsames Abkühlen ein Einkristall gebildet wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine billige Massenherstellung qualitativ hochwertiger Halbleiterkörper, die sich untereinander durch gleiche Eigenschaften auszeichnen.

Bei Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial erfolgt das Erhitzen im Hochvakuum auf etwa 960° C.

Besonders zweckmäßig ist es, als Halbleitermaterial Germanium und als Dotierungsstoff Arsen oder Indium zu verwenden. Die Verwendung von Silizium an Stelle von Germanium als Halbleitermaterial ist ebenfalls vorteilhaft.

Verfahren zur Herstellung der Halbleiterkörper von Halbleiteranordnungen

Anmelder:
Masamichi Enomoto, Tokio

Vertreter: Dipl.-Ing. H.Leinweber, Patentanwalt, München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 20. Juni, 12. Juli und 20. Juli 1955
(Nr. 16 641, Nr. 18 843 und Nr. 19 540)

Masamichi Enomoto, Tokio,
ist als Erfinder genannt worden

Mit Hilfe der Zeichnung wird das Verfahren nach der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Trägerkörper,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Trägerkörper zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit p-n-p- oder n-p-n-Struktur und

Fig. 3 und 4 Draufsichten auf den in Fig. 2 gezeigten Trägerkörper nach Abdeckung mit einer Maske zum Abgrenzen der Bedampfungszonen.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, beispielsweise eines Transistors, beschrieben.

Die Trägerkörper mit den auf übliche Weise aufgedampften Schichten aus Halbleiter- und Dotierungsmaterial werden in einer Vorrichtung zum Zusammenschmelzen des aufgedampften Füms erhitzt.

Vor dem Zusammenschmelzen werden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, auf der Filmoberfläche jedes Trägerkörpers 1 in gleichen Abständen Längs- und Querschnitte 2, 3 vorgenommen. Diese Schnitte begrenzen Felder, in deren Mittelpunkt jeweils eine kleine Vertiefung 4 vorhanden ist. Diese Vertiefungen 4 werden auf der Trägerplatte vor dem Aufdampfen des Films in gleichen Abständen angebracht. Die Trägerplatten 1 werden dann in ein

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Vakuum von etwa 2 · 10~⁵ mm Hg gebracht und elektrisch auf etwa 960° C erhitzt. Die Erhitzungstemperatur sollte je nach den Bindeeigenschaften des Halbleitermaterials und der Dotierungsstoffe etwa 950 bis 1420° C betragen. Diesen Temperaturen werden die Filme etwa 30 bis 60 Sekunden lang ausgesetzt. Dann wird die Stromzufuhr unterbrochen und die verwendete Vorrichtung 24 Stunden lang abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt sollte die niedrigste Temperatur wenigstens etwa 150° C betragen.

Während der obigen Kühlperiode ziehen sich die Filme jedes einzelnen Feldes des Trägerkörpers in jeder Vertiefung 4 perlenförmig zusammen und entwickeln sich zu einem Halbleitereinkristall. Diese Entwicklung spielt sich wie folgt ab. Sobald der Film schmilzt, zieht sich jeder durch die Einschnitte 2, 3 begrenzte Filmabschnitt in der zugehörigen kleinen Vertiefung 4 zusammen. Bei Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial liegt die Temperatur in der Vorrichtung bei 958 bis 960° C. Nach dem vorstehend erwähnten Zusammenschmelzen und Zusammenziehen des aufgedampften Films in den jeweiligen Vertiefungen 4 wird die Temperatur in der Vorrichtung auf die Koagulierungstemperatur des Halbleitermaterials verringert. Da die Temperatur, bei der Germanium zu koagulieren beginnt, bei 920° C liegt, wird die Temperatur in dem Vakuumrezipienten dementsprechend fortschreitend bis auf 92O⁰C verringert. Bei nicht zu schneller gleichförmiger Absenkung der Temperatur während einer Zeitspanne von etwa 30 bis 40 Minuten beginnt sich das in geschmolzenem Zustand befindliche Halbleitermaterial lediglich an der Oberfläche gleichmäßig zu koagulieren. Deshalb wird ein Einkristallkeim zuerst an der Oberfläche der Schmelze gebildet. Da die Wärmekapazität des Trägerkörpers weit größer ist als diejenige des Schmelzkörpers, ist der Temperaturabfall des Trägerkörpers stets kleiner als der der Schmelze. Aus diesem Grunde befindet sich, selbst wenn die Oberfläche des Schmelzkörpers die Temperatur erreicht, bei der Keime erscheinen können, das Innere des Körpers in einem geschmolzenen Zustand; und eine gleichmäßige Bildung vieler Kristallkeime tritt folglich nicht ein. Der an der Oberfläche zuerst gebildete Kristallkeim besitzt ein spezifisches Gewicht, das geringer ist als das der geschmolzenen Masse, und bleibt deshalb an der Oberfläche des sich auf Grund der Oberflächenspannung ausbauchenden geschmolzenen Körpers. Mit fortschreitendem Temperaturabfall wachsen die Kristalle mit einem derartigen einzigen Keim als Basis. Die Zeit, während der in dem Rezipienten eine Temperatur von etwa 920° C aufrechterhalten wird (bei Verwendung von Germanium), ist im wesentlichen die Zeit, die die Kristalle benötigen, um genügend anzuwachsen. Sie liegt bei etwa 1 Stunde. Nach der Umwandlung können die Trägerkörper aus dem Erhitzer herausgenommen werden. An Stelle des Hochvakuums kann auch eine inerte Atmosphäre angewandt werden.

Es können auch verschiedene Dotierungsstoffe abwechselnd auf einem Halbleiterfilm zur Herstellung von n-p-n- oder p-n-p-Strukturen miteinander vereint werden.

Die Oberfläche einer aus einem hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Material hergestellten Trägerplatte 5 wird dann in viele Zonen mit zahlreichen Quer- und Längslinien 6 und 7 eingeteilt (Fig.). In dieser Fig. 2 sollen die sich'senkrecht erstreckenden Streifen 8, 9 und 10, wie sie durch die senkrechten Linien 7 abgeteilt werden, von links nach rechts n-, p- und η-leitende Zonen werden. Die Anordnung der jeweiligen Zonen wiederholt sich in der Aufeinanderfolge von links nach rechts gemäß der in Fig. 3 dargestellten Schablone.

Zunächst wird ein Halbleitermaterial auf der ganzen, in solche Zonen eingeteilten Trägerplatte 5 niedergeschlagen, dann werden nur die p-Zonen maskiert, und es wird 5wertiges Arsen als Dotierungsstoff aufgedampft.

Ist der Donatorfilm auf diese Weise hergestellt, so wird der auf den Streifen 8 und 10 befindliche Film abgedeckt. Dann wird, wie Fig. 4 zeigt, die Maskierung der Streifen 9 entfernt und Indium als Akzeptor auf den Streifen 9 niedergeschlagen. Der Film aus Halbleitermaterial und Dotierungsstoffen wird anschließend längs den Linien 6 und 11 der Fig. 2 durchschnitten und in zahlreiche aneinander angrenzende Elemente aufgeteilt, deren jedes eine n-p-n-'Struktur hat.

Die so vorbehandelte Trägerplatte 5 wird anschließend in eine geeignete Vorrichtung eingebracht und erhitzt. Dabei kommt in der Vertiefung 4 in der Mitte jeder n-p-n-Zone, das ist in der Mitte jeder p-Zone, das Zusammenschmelzen unter Bildung eines n-p-n-Halbleiterkörpers zustande.

Zur Herstellung eines p-n-p-Halbleiters werden die vorstehend angegebenen Verfahrensschritte umgekehrt. Bei dem Erhitzen der Trägerplatte werden gleichzeitig zahlreiche p-n-p-Halbleiterkörper gewonnen, die im Anschluß an das Zusammenschmelzen längs den Linien 6 und 11 der Fig. 2 voneinander getrennt werden.

Als Halbleitermaterial ist wahlweise auch Silizium verwendbar. Für die Trägerplatte können auch Glimmer oder Keramiken benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung der Halbleiterkörper von Halbleiteranordnungen durch Aufdampfen von Halbleitermaterial und Dotierungsstoffen auf einen Trägerkörper und späteres Aufschneiden des Trägerkörpers in getrennte Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen in den Trägerkörper Vertiefungen eingelassen werden, daß der aufgedampfte Film aus Halbleiter- und Dotierungsmaterial in voneinander isolierte und jeweils eine Vertiefung enthaltende Bereiche zerschnitten und anschließend der Trägerkörper im Hochvakuum so weit erhitzt wird, bis ein Zusammenschmelzen und Zusammenziehen des aufgedampften Films in den Vertiefungen infolge der Oberflächenspannung erfolgt und daß schließlich in jeder Vertiefung des Trägerkörpers durch langsames Abkühlen ein Einkristall gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial ein Erhitzen im Hochvakuum auf etwa 960° C erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Germanium und als Dotierungsstoff Arsen oder Indium verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial an Stelle von Germanium Silizium verwendet wird.