DE1178518C2 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-bauelementen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Internat. Kl.: HOIl

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1178 518

Aktenzeichen: J 22464 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 4. Oktober 1962

Auslegetag: 24. September 1964

Ausgabetag: 26. Mai 1965

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen aus der Gasphase unter Verwendung von Masken.

Bei der Massenherstellung von Halbleiterbauelementen sind dadurch Schwierigkeiten aufgetreten, daß die Bauelemente wegen ihrer sehr kleinen geometrischen Abmessungen schwer zu handhaben sind, z. B. beim Zerschneiden auf die richtige Größe, beim Auslichten der Bauelemente zwecks Anbringung der Elektroden sowie beim Bestücken der Schaltungen mit diesem Baulement. Die Schwierigkeiten sind besonders groß, wenn die Bauelemente in mehreren getrennten Verfahrensschritten hergestellt werden, weil es sehr schwierig ist, genau dieselben Verfahrensschritte auf jedes Bauelement einer Gruppe anzuwenden. Daher haben bei dem obengenannten Vorgehen die elektrischen Größen der Endprodukte große Streuungen. Zur Herabsetzung dieser Streuungen sowie zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit sind genaue Messungen und Kontrollen während des Fertigungsprozesses erforderlich.

Es ist bekannt, mehr oder weniger ohne diese unbequemen zusätzlichen Maßnahmen der obengenannten Art für eine größere Menge von Einzelelementen eine gute Reproduzierbarkeit sowie geringere Fertigumgsstreuungen dadurch zu erzielen, daß diese in einem Verfahrensgange aus einem größeren Halbleiterverband hergestellt werden, wobei jedes Einzelelement einem Teilbezirk des Ausgangshalbleiterkörpers entspricht. Insbesondere sind zur Vereinfachung auch Aufdampfverfahren in Verbindung mit maskenartigen Abschirmungsvorrichtungen der Oberfläche der zu bedampfenden Halbleiterkörper angewendet worden. Dies gilt sowohl für gewöhnliche Aufdampfverfahren als auch für die Anwendung von thermischen Zersetzungsreaktionen, die unter dem Namen Disproportionierungsreaktionen bekanntgeworden sind und bei der Herstellung von Halbleiterkörpern mit epitaktisch aufgebrachten Schichten Bedeutung erlangt haben. Bei diesen Verfahren sind durchweg für die Herstellung zweier oder mehrerer Sperrschichten ebenfalls zwei oder mehrere maskenartige Abdeckungen erforderlich.

Eine Verminderung auf nur eine Abdeckung bei zwei Sperrschichten und damit eine entsprechende Vereinfachung der Herstellung von Halbleiterbauelementen ergibt sich nun erfindungsgemäß dadurch, daß beim Abscheiden des Halbleitermaterials zwischen der Maske (3) und dem Halbleiter (1) ein durchgehender enger Spalt gelassen wird, daß ein erstes Halogenid (7) über diese Anordnung geleitet wird und eine Halbleiterschicht mit einem ersten Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Patentiert für:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

John Carter Marinace, Yorktown Heights, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. Oktober 1961 (143 322)

Leitfähigkeitstyp (z. B. p) in dem Spalt niedergeschlagen wird und daß dann ein zweites Halogenid, das eine Halbleiterschicht des anderen Leitfähigkeitstyps (z. B. ή) erzeugt, über die Anordnung geleitet wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn an Stelle des engen Spalts Vertiefungen vorgesehen werden, die mit den Löchern der Maske in Verbindung stehen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt, wie ein bekanntes Herstellungsverfahren von Halbleiterbauelementen abläuft;

F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Anordnung, die bei dem Verfahren nach der Erfindung benutzt werden kann;

F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht des Halbleitergebildes, das mit der Anordnung von Fig. 2 erzielt wird; F i g. 4 zeigt eine Seitenansicht eines bevorzugten Maskierungsschemas;

Fig. 5 zeigt eine Matrix aus Bauelementen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.

In F i g. 1 sind die Verfahrensschritte gezeigt, die bei dem bekannten Verfahren mit Erfolg verwendet worden sind. Bei dem Schritt 1 ist eine Unterlage 1 dargestellt, die z. B. aus einer Germaniumplatte bestehen kann, deren Oberseite mit 2 bezeichnet ist.

Bei dem Schritt 2 ist eine Maske 3 dargestellt, die bei dieser bekannten Technik verwendet wird und auf der Oberseite der Unterlage 1 angeordnet ist. Die

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Maske 3, die ζ. B. aus Glas besteht, hat an geeigneten Stellungen Öffnungen 4. Nach Auflegen der Maske 3 auf die Unterlage 1 wird das Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase eingeleitet. Dieser Prozeß ist bereits in der Literatur ausführlich beschrieben worden. Es handelt sich dabei um eine Reaktion, bei der ein Halogen, z. B. Jod, mit einem Halbleitermaterial eine gasförmige Halbleiter-Halogenid-Verbindung bildet. Danach schlägt sich das aus dem Gas durch thermische Zersetzung dieser Verbindung frei werdende Halbleitermaterial epitaktisch auf der Unterlage nieder, die sich in einer Zone mit entsprechend gewählter Temperatur befindet. Bei diesem Prozeß kann verschieden dotiertes Halbleitermaterial nacheinander so aufgebracht werden, daß Zonen mit abwechselnd verschiedenen Leitfähigkeitstypen entstehen, wodurch schließlich, wie im Schritt 3 dargestellt, mehrere getrennte Systeme 5 erhalten werden, die sich oben auf der Unterlage 1 befinden. Diese Systeme können z.B. zwei Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthalten. Da die Systeme 5 monokristalline Erweiterungen der Unterlage 1 sind, ist eine ihrer Elektroden an einen gemeinsamen Punkt angeschlossen, so daß nur ein einziger ohmscher Kontakt zur Unterlage 1 nötig ist. Anschlüsse werden zu den oberen Teilen der einzelnen Systeme hergestellt, um das Bauelement zu vervollständigen.

In der F i g. 2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen durch positives Maskieren dargestellt, d. h. durch Maskieren, das das Aufbringen von Material unter der Maske gestattet und so zum Entstehen eines Gebildes führt, das als positive Form bezeichnet werden kann. Geeignete mechanische Mittel, die aus den Elementen 6 a und 6 b bestehen, werden zweckmäßig verwendet, um die Maske in einer solchen Weise einzustellen, daß ein Spalt in der Größenordnung von 25· 10~³cm zwischen Maske und Halbleiterkörper entsteht. Natürlich können z. B. auch Unterlegscheiben zu diesem Zweck verwendet werden. Das Abscheiden des Halbleitermaterials aus dem Halogenidgas erfolgt jetzt vorzugsweise unter der Maske 3, so daß gemäß F i g. 3 dadurch mehrere getrennte Zonen 8 gebildet werden. Es ist nicht völlig klar, warum das Abscheiden vorzugsweise unter der Maske erfolgt, aber es wird angenommen, daß unter der Maske eine höhere Gel₂-Konzentration (z. B. bei Verwendung von Germanium) herrscht und daher die Reaktion dort schneller vor sich geht.

Mit Hilfe der Erfindung wird also die bekannte Technik sehr verfeinert. Diese Verfeinerung kann mit großem Vorteil ausgenutzt werden durch eine in F i g. 4 gezeigte Abänderung, bei der als Maske ein besonders !geformtes Gebilde verwendet wird.

Die Maske 9 gleicht der oben in F i g. 1 gezeigten Maske 3. Auf der Unterseite der Maske 9 sind jedoch Vertiefungen 10 vorgesehen, deren Tiefe etwa 25.· 10~³ cm beträgt. In den Vertiefungen 10 scheidet sich dann Halbleitermaterial ab. Dieses Abscheiden wird fortgesetzt, bis die Vertiefungen ganz mit Halbleitermaterial 12 ausgefüllt sind. Danach wird durch bekannte Verfahren der Leitfähigkeitstyp des aufgebrachten Materials verändert, so daß in unserem Beispiel Material 13 vom Leitfähigkeitstyp η in die Löcher der öffnungen 11 eingebracht wird.

Fig. 5 zeigt abschließend den Aufbau der Matrizen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Es befinden sich mehrere getrennte Systeme auf der Oberseite der Unterlage 1. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß für die so hergestellten Bauelemente der Bereich des pn-Übergangs sehr klein ist. Die Bereiche 12 und 13 sind am pn-übergang 14 miteinander verbunden. Da der Teil 12 infolge der Maskierung sehr dünn ist, ist der pn-Übergang'14 sehr klein. Bei der in F i g. 5 gezeigten Anordnung hat die Unterlage einen sehr hohen spezifischen Widerstand und wirkt in diesem Falle als Isolator. Es ist aber klar, daß auch eine Unterlage mit anderem spezifischem Widerstand benutzt werden kann.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden also in einfacher Weise gleichzeitig mehrere Bauelemente hergestellt, deren pn-Übergänge sehr klein sind und die so aufgebaut sind, daß sich die elektrischen Leitungen leicht anbringen lassen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Zonen unterschiedlichen Leitungstyps durch Abscheiden von Halbleitermaterial aus gasförmigen Halbleiterhalogeniden auf einen Halbleiterkristall mit Hilfe thermischer Zersetzung unter Verwendung von Masken, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abscheiden des Halbleitermaterials zwischen der Maske (3) und dem Halbleiterkristall (1) ein durchgehender enger Spalt gelassen wird, daß ein erstes Halogenid (7) über diese Anordnung geleitet und eine Halbleiterschicht der einen Leitfähigkeit (p) in dem Spalt niedergeschlagen wird und daß dann ein zweites Halogenid, welches eine Halbleiterschicht der anderen Leitfähigkeit (n) erzeugt, über die Anordnung geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des engen Spaltes zwischen dem Halbleiterkristall und der Maske an der mit dem Halbleiterkristall in Berührung kommenden Fläche Ausnehmungen (10) angebracht werden, welche mit den Löchern (11) der Maske verbunden sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes oder die Tiefe der Ausnehmungen (10) etwa 25 · IO-³ cm betragen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall (1) einen hohen spezifischen Widerstand besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»IBMTechnical Disclosure Bulletin«, Vol. 3,Nr. 4, September 1960, S. 42;

»Proc. IRE«, 1960, S. 1642/1643.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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