DE1133470B - Verfahren zum Herstellen von pn-UEbergaengen in langen Halbleiter-kristallen, insbesondere in Drahtform, fuer Halbleiterbauelemente durch Eindiffundieren von gasfoermigen dotierenden Fremdstoffen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von pn-UEbergaengen in langen Halbleiter-kristallen, insbesondere in Drahtform, fuer Halbleiterbauelemente durch Eindiffundieren von gasfoermigen dotierenden FremdstoffenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
115820 VIIIc/21g
ANMELDETAG: 24. DEZEMBER 1958
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT: 19. JULI 1962
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT: 19. JULI 1962
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in langen Halbleiterkristallen,
insbesondere in Drahtform, für Halbleiterbauelemente durch Eindiffundieren von gasförmigen
dotierenden Fremdstoffen.
Für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Dioden und Transistoren sind verschiedene Verfahren
zur Erzeugung von Übergängen zwischen Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps innerhalb
eines Halbleiterkristalls bekannt. Einige dieser Verfahren bauen auf der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit
von Verunreinigungen in einem Halbleitereinkristall auf, der auf eine geeignete Temperatur
gebracht wird.
So ist die Herstellung von Halbleitermaterialien in Stabform verschiedenen Querschnitts bekannt, die
aus einem oder mehreren Kristallen bestehen und an gewünschten Stellen in Längs- und Querrichtung pn-Grenzflächen
enthalten. Die Stäbe werden mit Hilfe eines Keimes aus dem Schmelztiegel gezogen, durch
Zusatz geeigneter Stoffe zur Tiegelmasse dotiert und während des Ziehprozesses gedreht, um über den
Querschnitt konstante elektrische Eigenschaften zu erzielen.
Es ist ferner bekannt, Fremdstoffe in einen Halbleiterkristall so einzudiffundieren, daß scheibenförmige
pn-Ubergänge abschnittsweise in Ziehrichtung erzeugt werden.
Schließlich ist ein Verfahren bekannt, nach welchem Plättchen eines Halbleiterkörpers in ein Reaktionsgefäß
eingebracht, durch Eindiffundieren von Fremdstoffen dotiert und anschließend zu den fertigen Elementen
nochmals zerschnitten werden.
Demgegenüber besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, daß der lange Halbleiterkristall kontinuierlich
durch einen Ofen gezogen wird, in dem eine solche Temperatur herrscht, daß der darin enthaltene
gasförmige Dotierungsstoff oder die gasförmigen Dotierungsstoffe mit unterschiedlichen Diffusionskonstanten
so tief koaxial allseitig eindiffundiert werden, daß sich koaxiale pn-Übergangsflächen bilden, und
daß die plättchenförmigen Halbleiterkörper für die Halbleiterbauelemente senkrecht zur Achse des Halbleiterkristalls
aus diesen geschnitten werden. In weiterer Ausbildung der Erfindung werden vor dem Abschneiden
der Plättchen an den langen Halbleiterkristall parallel und symmetrisch zu seiner Achse
zwei parallele Ebenen angeschliffen oder angeschnitten.
Damit ist ein gegenüber dem Bekannten wesentlich wirtschaftlicherer Herstellungsweg gegeben, denn es
können in einem einzigen kontinuierlichen Verfah-Verf ahren zum Herstellen
von pn-Übergängen in langen Halbleiterkristallen, insbesondere in Drahtform,
von pn-Übergängen in langen Halbleiterkristallen, insbesondere in Drahtform,
für Halbleiterbauelemente
durch Eindiffundieren von gasförmigen
durch Eindiffundieren von gasförmigen
dotierenden Fremdstoffen
Anmelder:
International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, HeUmuth-Hirth-Str. 42
Stuttgart-Zuffenhausen, HeUmuth-Hirth-Str. 42
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 27. Dezember 1957 (Nr. PV 754 763)
Frankreich vom 27. Dezember 1957 (Nr. PV 754 763)
Georges Goudet, Versailles, Seine-et-Oise,
und Charles Andre Meuleau, Paris (Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden
rensgang konzentrisch angeordnete pnp-Schichten erzeugt und nach einmaligem Zerschneiden des Stabes
fertige Halbleiterkörper für Halbleiterbauelemente erhalten werden.
An Hand der Zeichnungen sollen im folgenden die Erfindung und weitere Ausführungen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines langgestreckten Halbleiterkristalls nach der Diffusion;
Fig. 2 und 3 zeigen den Querschnitt und die Ansicht eines Transistors;
Fig. 4 zeigt die Art der Bearbeitung eines HaIblejterkristalls,
dessen Querschnitt in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 5 zeigt schematisch eine Schleifeneinrichtung zur Herstellung der Form gemäß Fig. 4.
Um das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, wird ein Einkristall mit bestimmtem Leitungstyp verwendet, vorzugsweise in langgestreckter Form
oder Drahtform. Aufeinanderfolgende koaxial angeordnete Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit werden
im Kristall erzeugt, indem man von der Oberfläche
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des Kristalls Verunreinigungen eindiffundieren läßt.
Dieser Vorgang geschieht vorzugsweise kontinuierlich. Wenn z. B. ein Halbleiter in Drahtform verwendet
wird, wickelt man diesen auf zwei Spulen, eine Auf- und eine Abwickelspule. Es sind dann Mittel 5
vorzusehen, die die Spulen so bewegen, daß der Draht mit konstanter Geschwindigkeit ab- bzw. aufgerollt
werden kann.
Der Halbleiterkristall wird durch einen Ofen geführt, in dem eine solche Temperatur herrscht, daß ίο
sich der darin enthaltene Dotierungsstoff oder die darin enthaltenen Dotierungsstoffe in gasförmigem
Zustand befinden und von der Oberfläche aus in den Halbleiterkristall koaxial eindiffundieren. Werden zwei
Dotierungsstoffe A und B verwendet, so sind diese so zu wählen, daß ζ. B. der Stoff A schneller als der Stoff
B in den Kristall eindiffundiert. Die Art der Dotierungsstoffe und das Mengenverhältnis werden so ausgesucht,
daß der Stoff A dem Halbleiterkristall einen zu dem ursprünglichen Typ entgegengesetzten Leitungstyp
verleiht und daß die Stoffe A und B in dem Bereich, in dem sie gleichzeitig wirken, dem Halbleiterkristall
den gleichen Leitungstyp wie der ursprüngliche vermitteln. Die anderen Bedingungen, bei
denen die Diffusion stattfindet, besonders die Temperatur und die Dauer des Vorganges, werden auf bekannte
Art festgelegt.
Folgende Dotierungsstoffe können verwendet werden: Für einen Germanium-Kristall, Arsen als Donator
und Gallium als Akzeptor. Für einen Silizium-Kristall, Aluminium als Donator und Antimon als
Akzeptor. Die erste der angegebenen Verunreinigungen der beiden Beispiele diffundiert schneller als die
zweite.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Halbleiterkristalls nach der Diffusion der Verunreinigungen. Wenn z. B.
der Ausgangskristall vom η-Typ war, besteht die Schicht 1, in der die Verunreinigungen A und B
gleichzeitig eingewirkt haben, aus Halbleitermaterial vom η-Typ. Die Schicht 2, in die nur noch die Verunreinigung
A gelangt ist, besteht aus p-Typ-Halbleitermaterial.
Die mittlere Zone 3 besitzt noch den ursprünglichen Leitungstyp wie der Ausgangskristall,
d. h. im vorliegenden Falle n-Leitungstyp.
Um Halbleiterbauelemente herzustellen und die Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit freizulegen, wird
der langgestreckte Halbleiterkörper nach der Diffusion senkrecht zur Achse in Plättchen geschnitten. Fig. 2
und 3 zeigen einen Querschnitt und die Ansicht eines Transistors, der aus diesen Plättchen hergestellt
wurde. Die äußere Schicht 4, die die größere Oberfläche darstellt, wird vorzugsweise als Kollektorzone
benutzt. Für diesen Fall wird die Verunreinigung, die durch Diffusion in den Halbleiterkristall gelangt, entsprechend
gewählt. Die Schicht 4 wird durch einen metallischen Zylinder 5, der mit einem Anschlußdraht
6 versehen ist, kontaktiert. Die Schicht 7 stellt die Basiszone dar, und die mittlere Schicht 8 wird als
Emitterzone benutzt. Anschlußdrähte 10 und 11 werden in bekannter Weise an die Schichten angelötet
oder befestigt, damit sie niederohmige Kontakte mit der Basiszone 7 und der Emitterzone 8 bilden. Durch
diese Anordnung, bei der die Kollektorzone eine größere Oberfläche als die Emitterzone hat, wird ein
hoher Stromverstärkungsfaktor und eine gute Ableitung der Verlustleistung erzielt.
Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, als Emitterzone die äußere Schicht zu verwenden,
deren Oberfläche größer als die der inneren Schichten ist.
Es ist weiterhin möglich, die Schichten unterschiedlichen Leitungstyps freizulegen, indem der langgestreckte
Halbleiterkörper parallel zu seiner Achse so geschliffen oder geschnitten wird, daß zwei parallele
Ebenen symmetrisch zu seiner Achse entstehen. Ein Querschnitt des Bandes, das auf diese Weise erhalten
wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in Fig. 1. So können z.B. aufeinanderfolgende
npnpn-Schichten hergestellt werden. Das Band wird dann in Plättchen geschnitten und die
Schichten entsprechend dem gewünschten Zweck mit Elektroden-Anschlüssen versehen.
Die Bearbeitung des langgestreckten Halbleiterkörpers
zu einem Band kann kontinuierlich durchgeführt werden, so wie es in Fig. 5 dargestellt ist, indem der
Draht 11 durch zwei Diamantschleif steine hindurchläuft.
In den vorstehenden Beispielen wurde der Fall betrachtet,
daß zwei Verunreinigungen in den Halbleiter eindiffundieren, wodurch zwei koaxiale pn-Übergänge
erzielt werden. Das Verfahren kann aber auch mit nur einem Dotierungsstoff durchgeführt werden, wobei
nur ein koaxialer pn-Übergang erzielt wird.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in langen Halbleiterkristallen, insbesondere
in Drahtform, für Halbleiterbauelemente durch Eindiffundieren von gasförmigen dotierenden
Fremdstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der lange Halbleiterkristall kontinuierlich durch
einen Ofen gezogen wird, in dem eine solche Temperatur herrscht, daß der darin enthaltene
gasförmige Dotierungsstoff oder die gasförmigen Dotierungsstoffe mit unterschiedlichen Diffusionskonstanten so tief koaxial allseitig eindiffundiert
werden, daß sich koaxiale pn-Übergangsflächen bilden, und daß die plättchenförmigen Halbleiterkörper
für die Halbleiterbauelemente senkrecht zur Achse des Halbleiterkristalls aus diesem geschnitten
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an den langen Halbleiterkristall vor Abschneiden der plättchenförmigen Halbleiterkörper
parallel und symmetrisch zu seiner Achse zwei parallele Ebenen angeschliffen oder
angeschnitten werden.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 894 293;
britische Patentschrift Nr. 753160; französische Patentschrift Nr. 1135 345.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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|---|---|---|---|---|
| DE894293C (de) * | 1951-06-29 | 1953-10-22 | Western Electric Co | Verfahren zur Herstellung eines Kristalls aus Halbleitermaterial |
| GB753160A (en) * | 1953-04-02 | 1956-07-18 | Standard Telephcnes And Gables | Method of making p-n crystals of germanium or silicon semiconductors |
| FR1135345A (fr) * | 1954-07-15 | 1957-04-26 | Siemens Ag | Procédé pour la fabrication de redresseurs, transistors, et dispositifs analogues à partir d'un semi-conducteur |
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- 1958-12-24 DE DEI15820A patent/DE1133470B/de active Pending
- 1958-12-24 GB GB4170458A patent/GB853397A/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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