DE1168567B - Verfahren zum Herstellen eines Transistors, insbesondere fuer Schaltzwecke - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Transistors, insbesondere fuer SchaltzweckeInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: HOIl
Deutsche Kl.: 21 g -11/02
Nummer: 1168 567
Aktenzeichen: N 19491 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 26. Januar 1961
Auslegetag: 23. April 1964
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Transistors, insbesondere für Schaltzwecke,
bei dem die Emitterzone durch Einlegieren eines Aktivators eines Typs in den Halbleiterkörper
des Transistors und bei dem mindestens der zwischen Kollektor und Emitter liegende Teil der Basiszone
durch gleichzeitige Eindiffusion eines Aktivators entgegengesetzten Typs hergestellt wird.
In bekannten Transistorschaltungen können störende Nachwirkungen (Speicherwirkungen) auftreten,
wenn der Transistor aus dem geöffneten Zustand plötzlich gesperrt werden soll. Im geöffneten Zustand
wird nämlich die Übergangsschicht zwischen der Kollektorzone und der Basiszone von dem Strom in
Vorwärtsrichtung durchflossen, was eine starke Injektion von Ladungsträgern in die Kollektorzone zur
Folge hat. Bevor der Transistor vollständig gesperrt ist, müssen diese Ladungsträger entfernt werden, was
eine nicht vernachlässigbare Zeit in Anspruch nimmt.
Die Lebensdauer dieser Ladungsträger kann durch den Zusatz bestimmter, Rekombinationszentren bildender
Materialien (Verunreinigungen), auch »Verminderer« genannt, in das Halbleitermaterial verkürzt
werden. Als solche Zusätze sind z. B. bei Germanium Eisen, Nickel, Kupfer und Gold anwendbar.
Bei der Herstellung schnell schaltbarer Dioden werden solche Zusätze häufig verwendet; bei der Herstellung
von Transistoren tritt jedoch der Nachteil auf, daß zum Erzielen einer hohen Verstärkung gerade
eine lange Lebensdauer der Ladungsträger mindestens in der Basiszone und insbesondere in demjenigen
Teil derselben notwendig ist, der zwischen Emitterzone und Kollektorzone liegt.
Auf Grund anderer Erwägungen, nämlich um Transistoren oder Dioden zu erhalten, die eine geringe
Temperaturabhängigkeit aufweisen, ist es bereits bekannt, ähnliche Verunreinigungen, z. B. Nikkei,
Kobalt, Eisen und Gold, dem Halbleitermaterial zuzusetzen. Soweit dabei auch eine Verkürzung der
Lebensdauer der Ladungsträger, auch in der Basiszone, auftritt, ergibt sich dabei eine Verminderung
des Verstärkungsfaktors.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß solche die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzende
Verunreinigungen keine nachteilige Verminderung des Verstärkungsfaktors bewirken, wenn ihre
Konzentration in demjenigen Teil der Basiszone, der zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone
liegt, sehr klein gemacht wird. Dies läßt sich bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erreichen,
wenn gemäß der Erfindung ein Halbleiterkörper verwendet wird, der mit einer die Lebens-Verfahren
zum Herstellen eines Transistors,
insbesondere für Schaltzwecke
insbesondere für Schaltzwecke
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande);
Vertreter:
Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Pieter Johannes Wilhelmus Jochems,
Oscar Willem Memelink,
Eindhoven (Niederlande)
Pieter Johannes Wilhelmus Jochems,
Oscar Willem Memelink,
Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 30. Januar 1960 (247 918)
dauer der Ladungsträger verkürzenden Verunreinigung dotiert ist» und wenn zum Einlegieren der
Emitterzone ein von einer solchen Verunreinigung freies Material benutzt wird.
Wenn nämlich das Emitterkontaktmaterial aufgeschmolzen und eine Verunreinigung zur Bildung
der Basiszone eindiffundiert wird, ergibt sich, daß gleichzeitig die Verunreinigung zur Verkürzung der
Lebensdauer aus der Nachbarschaft des geschmolzenen Kontaktmaterials in die Schmelze hinein und
damit aus der Basiszone heraus diffundiert. In der Basiszone wird somit die Konzentration der Verunreinigung
zur Verkürzung der Lebensdauer der Ladungsträger wesentlich herabgesetzt, so daß die
für einen hohen Verstärkungsfaktor wichtige größere Lebensdauer der Ladungsträger in diesem Teil des
Transistors wiederhergestellt wird.
Es erfolgt somit gewissermaßen eine Reinigung derjenigen Teile des Halbleiterkörpers, die in der
Nähe des aufgeschmolzenen Kontaktmaterials liegen, und zwar insoweit, als es sich um Verunreinigungen
handelt, die zwar im Halbleiterkörper, nicht aber im aufgeschmolzenen Kontaktmaterial vorhanden sind.
Da hierbei das Kontaktmaterial während einer verhältnismäßig langen Zeit bei verhältnismäßig hoher
Temperatur mit dem Halbleiterkörper in Berührung steht, um die diffundierte Basisschicht zu erzeugen,
ist auch eine Wanderung von Verunreinigungen aus
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dem Halbleiterkörper in das Kontaktmaterial in ausreichendem Maße möglich.
Die Konzentration (Q1) dieser Verunreinigungen
im geschmolzenen Kontaktmaterial soll geringer sein als die Konzentration (C k s) der betreffenden Verunreinigungen
in dem von dem Konktaktmaterial bedeckten Oberflächenteil des Halbleiterkörpers, geteilt
durch den Verteilungskoeffizienten k der betreffenden Verunreinigung zwischen der betreffenden
Schmelze und dem festen Stoff. Diese Bedingung kann wie folgt angegeben werden:
1
K
K
Ck,s
Dies bedeutet, daß die Konzentration der Verunreinigungen in dem Elektrodenmaterial so gering ist,
daß die Verunreinigungen aus dem festen Stoff in die Schmelze wandern. Bei den üblichen Verunreinigungen
dieser Art, z. B. Eisen, Nickel, Gold und Kupfer, ist der Koeffizient k so klein, daß diese Bedingung
leicht erfüllt werden kann.
Es sei bemerkt, daß es für die Erfindung nicht wesentlich ist, daß die Konzentration der die Lebensdauer
der Ladungsträger verkürzenden Verunreinigungen im Halbleiterkörper, der nach diesem Verfahren
behandelt wird, homogen ist, da die Wirkung in erster Linie für das Gebiet beabsichtigt ist, wo die
Basiszone zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone gebildet wird.
Es sei weiter darauf hingewiesen, daß der Halbleiterkörper nicht nur eine Emitter-, eine Basis- und
eine Kollektorzone, sondern, wie z. B. bei npnp-Transistoren, noch andere Zonen enthalten kann.
Vorzugsweise hat der Teil der Basiszone, der sich zwischen der Emitter- und der Kollektorzone befindet,
eine Stärke von minimal 0,1 μ. Andererseits beträgt diese Stärke zweckmäßig nicht mehr als 2 μ,
um eine effektive Verminderung der »Verminderer« in diesem Teil der Basiszone zu erreichen.
Wenn der Halbleiterkörper aus Germanium besteht, so werden als die Lebensdauer kürzende Verunreinigungen
vorzugsweise eines oder mehrere der Elemente Gold, Eisen, Nickel oder Kupfer verwendet.
In diesem Fall wird die Basisschicht zweckmäßig durch Diffusion von Arsen und/oder Antimon gebildet.
Besteht der Körper aus Silicium, so können vorzugsweise Eisen und/oder Gold als Rekombinationszentren
und mindestens eines der Elemente-Aluminium, Indium oder Gallium als Verunreinigung
verwendet werden, die durch Diffusion die Basisschicht bilden.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in einer Zeichnung veranschaulicht
ist.
Die Figuren zeigen verschiedene Herstellungsstufen eines Transistors in schematischen Schnitten, wobei
insbesondere dünne Schichten in vergrößertem Maßstab gezeichnet sind.
Als Ausgangsmaterial dient z. B. eine p-leitende Germaniumscheibe 1 (s. F i g. 1) mit einer Stärke von
200 μ und einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm · cm. Auf einer Seite wird eine Goldschicht 2
mit einer Stärke von 0,3 bis 0,4 μ aufgedampft, aus der das Gold durch eine 4 Stunden lange Erhitzung
in Wasserstoff bei 800° C in das Material der Scheibe eindiffundiert wird. Die Goldschicht 2 legiert sich
dabei gleichzeitig mit dem Germanium und verschwindet teilweise durch Diffusion. Selbstverständlich
kann auch eine Scheibe benutzt werden, die aus einem Germaniumkörper gesägt ist, der als Ganzes
mit Rekombinationszentren wie z. B. Gold dotiert wurde.
Darauf wird der obere Teil der Scheibe bis zu einer Stärke von 100 μ weggeätzt, um etwaige Oberflächenverunreinigungen
vollkommen zu beseitigen (s. Fig. 2).
Auf dieser Scheibe, die hier mit 3 bezeichnet wird,
ίο werden zwei Mengen Kontaktmaterial angebracht,
die in Form von Kügelchen mit einem Durchmesser von 150 μ und einem gegenseitigen Abstand von
40 μ angebracht werden. Diese Kügelchen bestehen aus Legierungen von Blei mit 5 Gewichtsprozent
Antimon und etwa 1 Gewichtsprozent Aluminium bzw. Blei mit 5 Gewichtsprozent Antimon.
Durch Erhitzen in Wasserstoff für 6 Minuten bei einer Temperatur von etwa 750° C wird das Kontaktmaterial
auflegiert (s. Fig. 3). Dabei diffundiert das Antimon aus dem Material in die Oberfläche der
p-leitenden Scheibe und bildet dort eine Basiszone mit einer Stärke von etwa 1 μ. Diese Schicht 4 bedeckt
die ganze Scheibe und setzt sich unterhalb der Kontakte 5 und 6 fort, was in F i g. 3 in vergrößertem
Maßstab veranschaulicht ist. Während des Aufschmelzvorganges wird in dem Kontaktmaterial Germanium
gelöst, welches beim Abkühlen rekristallisiert und unterhalb der Kontakte 5 und 6 zwei Schichten 7
und S bildet, von denen die erstere durch den Antimongehalt η-Leitfähigkeit und die zweite Schicht 8
infolge der großen Löslichkeit von Aluminium im Germanium p-Leitfähigkeit aufweist. Die Schicht 8
bildet somit die Emitterzone, während die Teile 4 und 7 die Basiszone bilden.
Während dieses Diffusionsvorganges wandert eine kleine Menge Gold aus der unmittelbaren Nähe der
Kontakte in eine Richtung, die der Richtung des diffundierenden Antimons entgegengesetzt ist, wodurch
die Anzahl der Rekombinationszentren in der Basiszone wenigstens teilweise verringert wird.
Es ist dabei besonders wichtig, daß die Rekombinationszentren aus demjenigen Teil der Basiszone 4
weggesaugt werden, der sich zwischen der Emitterzone 8 und der Kollektorzone befindet. Die Kollektorzone
wird in diesem Falle durch denjenigen Teil der Scheibe 3 gebildet, der sich unterhalb der Schicht 4
befindet.
Schließlich wird ein maskierender Stoff 9 wie z. B. Lack zwischen den Kontakten 5 und 6 angebracht,
nachdem diese mit Zuführungsdrähten 10 und 11 versehen worden sind und nachdem die Scheibe 3
z.B. mittels Indium mit etwas Gallium auf einem Kollektorkontakt 12 festgelötet worden ist. Der die
Kontakte 5 und 6 umgebende, an der Oberfläche der Scheibe 3 liegende Teil wird darauf weggeätzt
(s. Fig.4).
Auf diese Weise erhält man einen Transistor, der sowohl einen annehmbaren Verstärkungsfaktor und
einen niedrigen Kollektor-Basis-Ableitungsstrom als auch die für schnelle Schaltungen erforderliche
schnelle Rekombination der Ladungsträger aufweist.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines Transistors, insbesondere für Schaltzwecke, bei dem die
Emitterzone durch Einlegieren eines Aktivators eines Typs in den Halbleiterkörper des Transistors
und bei dem mindestens der zwischen Kollektor
und Emitter liegende Teil der Basiszone durch gleichzeitige Eindiffusion eines Aktivators entgegengesetzten
Typs hergestellt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung eines
Halbleiterkörpers, der mit einer die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Verunreinigung
dotiert ist, und durch die Verwendung eines von einer solchen Verunreinigung freien Materials
zum Einlegieren der Emitterzone.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß derjenige Teil der Basiszone, der zwischen der Emitter- und der Kollektorzone
liegt, eine Stärke von mindestens 0,1 μ hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der Basiszone,
der zwischen Emitter- und Kollektorzone liegt, eine Stärke von maximal 2 μ hat.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterkörper aus Germanium besteht und daß als die Lebensdauer der Ladungsträger
verkürzende Verunreinigung Gold, Eisen, Nickel und/oder Kupfer verwendet werden.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß als die durch Diffusion die Basisschicht bildende Verunreinigung Arsen und/oder Antimon
verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
aus Silizium besteht und daß als die Lebensdauer verkürzende Verunreinigung Gold
und/oder Eisen verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als die durch Diffusion die
Basisschicht bildende Verunreinigung Aluminium, Indium und/oder Gallium verwendet werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1051983,
632;
632;
deutsche Auslegeschrift S 43734 VTII c/21 g (bekanntgemacht
am 18.10.1956);
französische Patentschrift Nr. 1163 048;
»Proc. Phys. Soc.« London, Vol. 70,1957, Part. 11
Sect. B, S. 1087 bis 1089.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 560/304 4.64
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