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Verfahren zum Einbringen eines metallischen Gitters in eine einkristalline
Zone eines Halbleiterbauelements Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbetten
eines Metallgitters in einen Körper aus Halbleitermaterial, insbesondere ein Verfahren
zum Einbetten eines Metallgitters in eine relativ dünne Schicht.
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Flächentransistoren unterschiedlicher Typen werden zur Zeit in großem
Umfang verwendet. Die meisten Flächentransistoren besitzen Emitter-, Basis- und
Kollektorzonen aus Halbleitermaterial, welche Emitter- und Kollektorübergänge bilden.
Die Transistorwirkung wird durch Anlegen einer Durchlaßspannung an den Emitterübergang
erzielt, wodurch Ladungsträger in die Basiszone injiziert werden, von der sie zum
Kollektorübergang diffundieren. Die injizierten Ladungsträger bewirken, daß der
Sättigungswert des Sperrstromes des Kollektorüberganges ansteigt. Durch Anlegen
einer Last zwischen Basis und Kollektor oder Emitter und Kollektor wird eine Spannungsverstärkung
erhalten.
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An der Emitterzone, dem Rand der Basiszone und der Kollektorzone sind
ohmsche Kontakte angebracht. Der Widerstand vom Rand nach dem Inneren der Basiszone
wird als Basisausbreitungswiderstand bezeichnet.
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Für relativ niedrige Frequenzen kann die Basiszone verhältnismäßig
dick ausgebildet werden. Der Basisausbreitungswiderstand wird dadurch niedrig, und
die gesamte Basiszone ist an der Wirkungsweise des Halbleiterelements beteiligt.
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Wenn die Arbeitsfrequenz des Halbleiterbauelements höher gewählt wird,
wird es notwendig, die Dicke der Basiszone zu verringern, damit die injizierten
Ladungsträger quer durch die Basiszone in die Kollektorzone in einer Zeit diffundieren
können, welche kleiner ist als die Frequenz des angelegten Signals.
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Der Basisausbreitungswiderstand steigt mit abnehmender Dicke der Basiszone
an. Außerdem wächst bei höheren Frequenzen die Kapazität des Kollektorübergangs.
Der Basisausbreitungswiderstand und die Kapazität des Kollektorübergangs wirken
als ein Tiefpaßfilter, welches den Frequenzgang des Halbleiterbauelements begrenzt.
Diese Erscheinung kann dadurch beseitigt werden, daß die Basisschicht relativ schmal
gemacht wird und die ohmschen Kontakte entlang der eng beieinanderliegenden Ränder
angebracht werden. Das führt aber andererseits zu extrem kleinen Anordnungen, die
nicht für Leistungszwecke verwendet werden können.
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Es ist bekannt, den Basiswiderstand unter Beibehaltung einer relativ
großen Basisabmessung durch Einbetten einer metallischen Gitterstruktur in die Basisschicht
zu verringern. Eine andere Anordnung, bei der der Basisausbreitungswiderstand die
Arbeitsfrequenz begrenzt bzw. beeinträchtigt, ist die Vierschicht-Schaltanordnung.
Bekanntlich bestehen Vierschichtschalter aus vier benachbarten Halbleiterschichten,
die drei gleichrichtende übergänge bilden. Beim Anlegen einer Spannung quer zum
Schalter geht dieser bei einer Durchbruchspannung von einem Zustand hohen Widerstands
und geringen Stromes in einen Zustand hohen Stromes mit geringem Widerstand über.
Die Wirkungsweise derartiger Halbleiterbauelemente ist bekannt.
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Halbleiterbauelemente dieses Typs können in den Zustand mit geringem
Widerstand und hohem Strom umgeschaltet werden, indem an eine der inneren Halbleiterschichten
eine geeignete impulsartige Spaltspannung angelegt wird. Durch diese kann die Anordnung
schnell in den Durchbruchzustand bzw. hochleitenden Zustand gebracht werden. Dabei
kann die Spannung, die quer zur Anordnung angelegt ist, kleiner als die Durchbruchspannung
sein. In diesem Falle arbeitet die Anordnung wie ein gesteuerter Gleichrichter.
Durch Einfügen eines Gitters in eine oder beide Basisschichten können die Eigenschaften
der Anordnung durch Verringern des Ausbreitungswiderstands verbessert werden.
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Es sind Verfahren bekannt, um Gitter mehr oder weniger vollkommen
in Halbleitermaterial einzubetten. Es ist beispielsweise bekannt, den Emitter eines
Transistors gitterförmig auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers in Gräben anzuordnen
und
einen zweiten Halbleiterkörper auf dieser Oberfläche mittels
einer Zementschicht zu befestigen. Es sind ferner Trockengleichrichter mit einem
oder mehreren metallischen halb oder schlecht leitenden Steuergittern bekannt. Bei
diesen Trockengleichrichtern werden die Steuergitter in der Sperrschicht angeordnet
und sollen äquivalent zu gesteuerten Elektronenröhren zur Steuerung des Elekronenstromes
dienen. Die bekannten Verfahren zum Herstellen derartiger Anordnungen, insbesondere
durch Aufdampfen, sind verhältnismäßig umständlich und nicht geeignet, metallische
Gitter in einkristallinen Zonen eines Halbleiterbauelements einzubringen.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zum Einbringen
eines metallischen Gitters in eine einkristalline Zone eines Halbleiterbauelements
anzugeben. Erfindungsgemäß wird auf einer Oberfläche eines einkristallinen Halbleiterteils
eine metallische gitterförmige Elektrode aufgebracht und diese durch epitaktisches
Aufwachsen von Halbleitermaterial auf dem einkristallinen Halbleiterteil in Halbleitermaterial
vollkommen eingebettet.
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Die Erfindung ermöglicht es, Flächentransistoren zum Betrieb für hohe
Frequenzen mit einem metallischen Gitter in der einkristallinen Basiszone oder Vierschicht-Schalteranordnungen
mit einem metallischen Gitter in mindestens einer der Basiszonen herzustellen. Zwar
wird das einkristalline Wachstum der Zone in unmittelbarer Nähe des Gitters gestört.
Das Ausmaß der Kristallstörungen ist jedoch, insbesondere bei schmalen Gittern,
überraschenderweise so gering, wie weiter unten an Hand der F i g. 8 erläutert wird,
daß praktisch von einem Einkristall gesprochen werden kann.
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Die weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden
an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Flächentransistor nach
der Erfindung; F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen anderen Flächentransistor
nach der Erfindung; F i g. 3 gibt eine perspektivische Ansicht eines Flächentransistors
nach der Erfindung wieder; F i g. 4 veranschaulicht einzelne Verfahrensschritte
zum Einbetten eines metallischen Gitters in eine dünne Schicht aus Halbleitermaterial;
F i g. 5 zeigt Verfahrensschritte zum Einbetten eines metallischen Gitters in einen
Halbleiterkörper; F i g. 6 zeigt ein abgewandeltes Verfahren zum Einbetten eines
metallischen Gitters in eine Schicht aus Halbleitermaterial; F i g. 7 zeigt eine
abgewandelte Gitterkonstruktion nach der Erfindung; in der F i g. 8 ist ein vergrößerter
Ausschnitt der einen metallischen Gitterteil umgebenden Halbleiterschicht dargestellt;
in der F i g. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Gitterteils, das gemäß der Erfindung
eingebettet ist, dargestellt, welches von einer Zone höherer Verunreinigungskonzentration
umgeben ist als das übrige Halbleitermaterial; F i g.10 zeigt Verfahrensschritte
zum Herstellen einer Vierschichtanordnung mit einem eingebettenen Gitter in einer
Basisschicht; F i g. 11 zeigt Schritte eines anderen Verfahrens zum Herstellen einer
Vierschichtanordnung mit einem eingebetteten Gitter in einer Basiszone; F i g. 12
zeigt Verfahrensschritte zum Herstellen eines Transistors mit einem eingebetteten
metallischen Gitter; F i g. 13 zeigt Schritte eines weiteren Verfahrens zum Herstellen
einer Vierschichtanordnung mit metallischen Gittern; F i g. 14 zeigt ein weiteres
Verfahren zum Herstellen einer Vierschichtanordnung mit einem metallischen Gitter;
F i g. 15 zeigt Verfahrensschritte zum Herstellen einer Vierschichtanordnung mit
Gittern in jeder der Basisschichten; F i g. 16 zeigt ein abgewandtes Verfahren zum
Herstellen eines Transistors mit einem metallischen Gitter in der Basisschicht;
F i g. 17 zeigt ein Verfahren ähnlich dem in der F i g.11 dargestellten Verfahren,
bei dem jedoch Material eines anderen Leitfähigkeitstyps als bei dem vorhergehenden
Beispiel verwendet ist, wodurch ausgeführt werden soll, daß das Verfahren nach der
Erfindung mit Material von jedem Leitfähigkeitstyp durchführbar ist; F i g. 18 zeigt
Verfahrensschritte zum Herstellen einer Schalteranordnung mit einem eingebettenen
Gitter; F i g. 19 zeigt die Schritte eines weiteren Verfahrens zum Herstellen eines
Flächentransistors, und F i g. 20 zeigt Schritte zum Herstellen einer in der F i
g. 1 dargestellten Anordnung.
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In der F i g. 1 ist ein Hochfrequenztransistor dargestellt. Der Transistor
weist eine n-leitende Kollektorzone 11 mit verhältnismäßig hoher Verunreinigungskonzentration
auf. Eine im wesentlichen intrinsicleitende Schicht 12 ist mit der benachbarten
Kollektorzone bei 13 verbunden. Eine Basisschicht mit einer relativ niedrigen Verunreinigungskonzentration
schließt sich an die andere Seite der Intrinsicschicht an und bildet mit dieser
einen übergang 15. Die Übergänge 13 und 15 und die Intrinsicschicht stellen einen
gleichrichtenden Kollektorübergang 17 dar, der durch Klammern an der linken Seite
der Figur angedeutet ist. Der pn-übergang ist verhältnismäßig breit ausgebildet
Wie allgemein bekannt ist, weist ein derartiger Kollektorübergang eine verhältnismäßig
geringe übergangskapazität auf und ermöglicht die Verwendung eines solchen Transistors
für hohe Frequenzen.
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Eine Emitterschicht 18 bildet einen gleichrichtenden übergang 19 mit
der Basisschicht 14. Die Emitterschicht hat vorzugsweise eine verhältnismäßig hohe
Verunreinigungskonzentration, wodurch eine hohe Ergiebigkeit des Emitterübergangs
19 erreicht wird.
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Zum Vermindern des Basisausbreitungswiderstands ist ein metallisches
Gitter 21 in die Basisschicht 14 eingelagert. Es ist zweckmäßig, die Gitterteile
21 mit einer Schicht 22 zu umgeben, die den gleichen Verunreinigungstyp, aber eine
höhere Verunreinigungskonzentration als die Basisschicht aufweist. Diese Schichten
höherer Verunreinigungskonzentration sollen das Entstehen von Sperrschichten an
der Berührungsstelle zwischen dem Metallgitter und dem umgebenden Halbleitermaterial
der Basisschicht verhindern. Sie verhindern eine Sekundäremission vom Gitter in
die Basisschicht.
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Die Schichten setzen außerdem die Injektionsergiebigkeit des Teils
des Emitterübergangs herab, der in unmittelbarer Nähe der Gitterteile liegt. Dadurch
wird
die Gefahr herabgesetzt, daß durch das Metallgitter vom Emitter injizierte Elektronen
vernichtet werden.
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Eine in der F i g. 1 dargestellte Anordnung weist eine relativ niedrige
Kollektorkapazität und einen relativ niedrigen Basisausbreitungswiderstand auf.
Sie ist somit für die Verwendung bei verhältnismäßig hohen Frequenzen geeignet.
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Bei einer praktischen Ausführung einer solchen Anordnung kann z. B.
die Schicht 12 eine Dicke der Größenordnung 2[t, die Basisschicht 14 eine Dicke
der Größenordnung von 2 [, die Basisschicht 14 eine Dicke der Größenordnung 1 u
mit einem metallischen Gitter einer Dicke 1/z u und eines Abstandes von 2 u aufweisen.
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In der F i g. 2 ist ein Flächentransistor mit drei benachbarten Schichten
26, 27 und 28 dargestellt, welche einen Kollektorübergang 29 und einen Emitterübergang
31 bilden. In die Basisschicht ist ein metallisches Gitter 32 eingebettet, um den
Basisausbreitungswiderstand zu verringern. Es sei darauf hingewiesen, daß der Leitfähigkeitstyp
der Basiszone, der Kollektorzone und der Emitterzone der in der F i g. 2 dargestellten
Anordnung vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die entsprechenden Schichten
der in der F i g. 1 dargestellten Anordnung sind. Daraus ist zu entnehmen, daß das
Verfahren der vorliegenden Erfindung für alle Schichten irgendeines Leitfähigkeitstyps
brauchbar ist.
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In der F i g. 3 ist die perspektivische Ansicht einer Anordnung zu
sehen, welche eine Kollektorschicht 33, eine Basisschicht 34 und eine Emitterschicht
36 aufweist. Diese Schichten bilden Kollektor- und Emitterübergänge 37 und 38. Die
Anordnung wurde maskiert und geätzt, um die Enden des metallischen Giters
39 a freizulegen. Dadurch wird die Herstellung eines ohmschen Kontaktes 39
mit den Enden des Gitters ermöglicht. Außerdem werden ohmsche Kontakte 35 und 40
mit den Emitter- und Kollektorzonen hergestellt.
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In den F i g. 4A bis 4D sind die Verfahrensschritte zum Herstellen
einer dünnen Schicht mit einem eingebetteten metallischen Gitter dargestellt. Die
F i g. 4 A zeigt das Ausgangsmaterial, wozu z. B. ein Plättchen 41 aus n-leitendem
Silizium verwendet werden kann. Im ersten Verfahrensschritt wird eine verhältnismäßig
dünne Schicht 42 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp auf einer Oberfläche des
Halbleiterplättchens 41 erzeugt. Die Schicht 42 kann z. B. durch epitaktisches Aufwachsen
einer p-Schicht 42 auf der oberen Oberfläche des Halbleiterplättchens mit n-Leitfähigkeit
erzeugt werden. Die Schicht kann in der gewünschten Dicke und mit der gewünschten
Verunreinigungskonzentration durch Steuern der Verunreinigungskonzentration des
verwendeten Dampfes und der Aufwachszeit eingestellt werden. Wie aus der folgenden
Beschreibung zu entnehmen sein wird, kann die p-Schicht 42 ebensogut auch durch
einen Diffusionsvorgang hergestellt werden.
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Bekanntlich stellt das epitaktische Aufwachsen eine Abscheidung aus
der Dampfphase dar, wodurch eine Schicht gebildet wird, die die gleiche kristallographische
Orientierung wie das als Abscheidungsbasis dienende Material aufweist. Eine solche
Schicht kann z. B. auf einem Siliziumplättchen erzeugt werden, indem über das auf
eine Temperatur von etwa 1200° C erhitzte Halbleiterplättchen ein Gas geleitet wird,
das aus einer Siliziumverbindung, z. B. Siliziumtetrachlorid, und Wasserstoff besteht.
Die Zeitdauer, während das erhitzte Halbleiterplättchen dem Gasstrom ausgesetzt
ist, bestimmt die Dicke der aufgewachsenen Schicht.
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Ebenso können die Schichten mit einer genau definierten Verunreinigungskonzentration
aufgewachsen werden. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß eine verdampfbare
Lösung hergestellt wird, die Silizium und das Verunreinigungsmaterial in der gewünschten
Zusammensetzung enthält. Das Wasserstoffgas wird durch diese Lösung und zusammen
mit dem aus ihr entstehenden Dampf über das Halbleiterplättchen geleitet. Zum Beispiel
kann zum Herstellen einer n-Schicht die Lösung aus PC13 in SiC14 bestehen und zum
Herstellen von p-Schichten aus BBrs in SiC14.
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Es sind aber auch noch andere Möglichkeiten zum Aufwachsen von epitaktischen
Schichten brauchbar, die ohne Einschränkung für die Erfindung verwendet werden können.
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Beim nächsten Schritt wird gemäß der F i g. 4 C ein metallisches Gitter
43 auf die obere Oberfläche der Schicht 42 aufgebracht. Das metallische Gitter kann
z. B. durch Aufdampfen eines Metalls durch eine Maske erzeugt werden, wodurch eine
Reihe von parallelen Metallbahnen entstehen. Das Gitter kann z. B. eine Reihe paralleler
drahtartiger Bahnen, wie es in der F i g. 4 C dargestellt ist, aufweisen. Es kann
auch netzförmig, wie es in der F i g. 7 dargestellt ist, aufgebaut sein. Dort sind
breitere parallele Streifen durch schmalere Streifen verbunden. Ebensogut kann auch
irgendeine andere Ausbildung des Gitters durch geeignete Maskierung und Bedampfung
erreicht werden.
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Das Gitter kann außerdem auch aus verhältnismäßig dünnen Drähten aufgebaut
werden, die auf die Oberfläche der Anordnung in engem Kontakt mit dieser aufgebracht
werden. Ebensogut kann das Gitter auch mittels anderer bekannter Verfahren zum Herstellen
dünner Metallschichten auf die Oberfläche aufgebracht werden.
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Die aufgebrachten Gitter werden mit einer solchen Dicke und einem
solchen Abstand hergestellt, daß während eines folgenden epitaktischen Aufwachsprozesses
das Halbleitermaterial das Gitter vollkommen umgeben und einhüllen kann. Vorzugsweise
wird die Dicke so gewählt, daß die Dicke des metallischen Gitters und der Schicht
42 kleiner ist als die Dicke, die die fertige gesamte Schicht mit dem eingebetteten
Gitter aufweisen soll.
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Als letzter Schritt zum Einbetten des metallischen Gitters in die
Halbleiterschicht ist wiederum das epitaktische Aufwachsen einer Schicht vorgesehen,
welche das metallische Gitter überdeckt und als geschlossene Schicht ausgebildet
wird.
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In der F i g. 8 ist ein Abschnitt des metallischen Gitters mit dem
dieses umgebenden Halbleitermaterial zur besseren Veranschaulichung vergrößert dargestellt.
Die horizontale gestrichelte Linie ergibt die Trennung zwischen der ersten aufgewachsenen
Schicht 42 und der zuletzt aufgewachsenen Schicht 44 an. Die Schicht 42 war geschlossen
epitaktisch aufgewachsen. Vermutlich weist eine durch die gestrichelte Linie 46
angedeutete Schicht kurz oberhalb des Metallgitters eine etwas andere kristallographische
Orientierung auf als die übrige Schicht 44. Bei einer ausreichenden Dicke des aufgewachsenen
Materials
stellt dieses jedoch praktisch einen Einkristall dar. Um die Ausdehnung der Störungsschicht
46 zu verringern, ist es zweckmäßig, das Gitter 43 möglichst schmal auszubilden.
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In bestimmten Fällen ist es wünschenswert, ein metallisches Gitter
lediglich in ein Plättchen aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps einzubetten
und nicht in eine sehr dünne Schicht. In der F i g. 5 ist ein Verfahren zum Einbetten
eines Gitters in ein Plättchen aus Halbleitermaterial dargestellt. In der F i g.
5 A wird von einem Halbleiterplättchen, z. B. vom p-Leitfähigkeitstyp, ausgegangen.
Dieses wird nach einer der bereits geschilderten Methoden mit einem Gitter 43 versehen.
Anschließend wird eine p-leitende Schicht 47 epitaktisch auf der oberen Oberfläche
erzeugt und das metallische Gitter in diese Schicht eingebettet. Es entsteht damit
ein p-leitendes Halbleiterplättchen mit einem darin eingebetteten Gitter gemäß der
F i g. 5 C.
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In der F i g. 6 wird ein Verfahren veranschaulicht, daß ähnlich dem
an Hand von F i g. 4 erläuterten Verfahren ist, bei dem jedoch das metallische Gitter
in Vertiefungen innerhalb der aufgewachsenen dünnen Schicht 42A eingelagert ist.
In der F i g. 6 A ist ein Halbleiterplättchen 41 dargestejlt. Bei dem in der F i
g. 6 B dargestellten Schritt wird auf dem Halbleiterplättchen eine dünne p-leitende
Schicht erzeugt. Diese Schicht kann z. B. wiederum durch epitaktisches Aufwachsen
erzeugt werden. Die p-leitende Schicht wird dann mit Rillen 48, wie es in der F
i g. 6 C dargestellt ist, versehen. Diese Rillen können durch Maskieren und Ätzen,
durch Einkratzen oder durch andere geeignete mechanische Verfahren erzeugt werden.
Der nächste Schritt des Verfahrens ist in F i g. 6 D dargestellt und besteht in
der Einbringung des metallischen Gitters 49 in die Rillen, so daß die obere Oberfläche
des metallischen Gitters mit der Oberfläche der p-leitenden Schicht 42A abschließt.
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Das metallische Material 49 kann aus Drähten bestehen, welche in die
Rillen eingelegt werden. Es kann ebenfalls durch eine Absetzung eines Metalls aus
einer Flüssigkeit oder durch Aufdampfen aufgebracht werden, auch ist es möglich,
das metallische Material durch Vibrieren in die Rillen einzubringen. Bei dem in
der F i g. 6E dargestellten folgenden Schritt wird eine epitaktische Schicht ebenfalls
aus p-leitendem Material aufgebracht, so daß die Gitterteile 49 in der p-Schicht
eingebettet werden.
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In der F i g. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Metallgitters
51, das in einem p-leitenden Material eingebettet ist, zu sehen. Der Zeichnung ist
zu entnehmen, daß das Metallgitter von einer Schicht 50 umgeben ist, die eine höhere
Konzentration des gleichen Verunreinigungstyps aufweist als die übrige umgebende
Schicht. Die gestrichelte Linie 52 deutet die Berührungsfläche zwischen der oberen
aufgewachsenen epitaktischen Schicht aus p-leitendem Material und der benachbarten
unteren Schicht des gleichen Materials an. Letztere kann aus einem Halbleiterplättchen,
einer epitaktischen Schicht oder einer Diffusionsschicht bestehen.
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Das mit einer Schicht 50 starker Verunreinigungskonzentration umgebene
metallische Gitter 51 kann hergestellt werden, indem das metallische Material an
seiner Oberfläche mit geeignetem Verunreinigungsmaterial überzogen oder Teile davon
mit dem Verfahrensschritt, mit dem ein Metallgitter auf der Verunreinigungsmaterial
legiert werden. In dem dargestellten Beispiel kann das metallische Material z. B.
mit Bor, Aluminium, Gallium oder Indium überzogen werden. Wenn das metallische Material
in n-leitendem Material eingebettet ist, wird es mit Phosphor, Arsen, Antimon oder
anderem Donatormaterial überzogen oder legiert.
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Ebenso kann das hochdotierte Basismaterial auf der dem Emitterübergang
zugekehrten Seite des Gitters durch die bekannte Oxydmaskierung oder Diffusionstechnik
hergestellt werden.
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Vorzugsweise wird metallisches Material verwendet, das den gleichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie das Halbleitermaterial, damit bei
Temperaturänderungen keine Spannungen entstehen. Bei Verwendung von Halbleiteranordnungen
aus Silizium eignet sich z. B. Molybdän. Ebensogut eignen sich aber auch andere
Metalle oder metallische Legierungen, welche im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten
wie das Halbleitermaterial aufweisen. Außer Silizium kann selbstverständlich auch
anderes Halbleitermaterial verwendet werden.
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Die F i g. 10 bis 18 zeigen Verfahrensschritte zum Herstellen verschiedener
Typen von Halbleiteranordnungen mit eingeschlossenen Gittern. In der F i g.10 ist
die Herstellung einer Vierschicht-Schalteranordnung bzw. eines gesteuerten Gleichrichters
dargestellt, in welcher eine Gitterstruktur in einer der Basisschichten zum Anbringen
einer Steuerelektrode angeordnet ist. In der F i g. 10 A ist ein p-leitendes Halbleiterplättchen
dargestellt. In der F i g. 10 B ist eine n-Schicht, die mit der p-Schicht einen
gleichrichtenden Übergang darstellt, angebracht. Die n-Schicht kann entweder durch
epitaktisches Aufwachsen oder durch einen Diffusionsprozeß erzeugt werden. In dem
dargestellten Beispiel soll die Schicht durch epitaktisches Aufwachsen erzeugt sein.
Eine weitere epitaktische Schicht bildet einen gleichrichtenden Übergang mit der
darunterliegenden n-leitenden Schicht, wie es der F i g. 10 C zu entnehmen ist.
In der F i g. 10 D ist ein metallisches Gitter auf der oberen Oberfläche der p-leitenden
Schicht nach einem der im 'vorhergehenden beschriebenen Verfahren angebracht. Gemäß
der F i g. 10E wird die epitaktische Schicht durch weiteres Aufwachsen von p-leitendem
Material verstärkt und das metallische Gitter eingebettet wird. Eine weitere epitaktisch
aufgebrachte Schicht aus n-leitendem Material vervollständigt die npnp-leitende
Anordnung mit einem metallischen Gitter in ihrer p-leitenden Basisschicht.
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Die Verfahrensschritte in den F i g. 11 A bis 11 E entsprechen denen
in der F i g. 10. Es wird lediglich die zuletzt aufgebrachte n-leitende Schicht
(F i g.11 F) durch Maskieren und einen Diffusionsprozeß auf der oberen Oberfläche
erzeugt.
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In der F i g. 12 sind die Verfahrensschritte zum Herstellen eines
Transistors mit einem metallischen Gitter in der Basisschicht dargestellt. Die F
i g. 12A zeigt ein n-leitendes Halbleiterplättchen. Gemäß der F i g. 12B wird eine
p-leitende Schicht auf der oberen Oberfläche des Halbleiterplättchens erzeugt. Wie
bereits im vorhergehenden ausführlich beschrieben ist, kann die p-leitende Schicht
entweder durch ein epitaktisches Verfahren oder durch Diffusion erzeugt werden.
In dem dargestellten Beispiel soll angenommen werden, daß die Schicht durch epitaktisches
Aufwachsen erzeugt wurde. In der F i g. 12 C ist der
oberen Oberfläche
aufgebracht wird, dargestellt. Gemäß der F i g. 12D wird eine zusätzliche epitaktische
Schicht erzeugt, durch welche das Metallgitter innerhalb der p-leitenden Schicht
eingebettet wird. Eine anschließende Maskierung und ein Diffusionsvorgang bilden
eine n-leitende Emitterzone, welche einen gleichrichtenden Übergang mit der p-leitenden
Basiszone bildet. Geeignete ohmsche Kontakte können dann mit der Emitter- und Kollektorzone
sowie mit den Enden des Gitters hergestellt werden, wie in Zusammenhang mit der
F i g. 3 bereits erläutert wurde.
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Die F i g. 13 zeigt einen Vierschichtschalter mit einem metallischen
Gitter in einer der Basisschichten. Die Anordnung gemäß der F i g. 13 wird durch
eine Kombination von epitaktischem Aufwachsen und Diffusion hergestellt. Das n-leitende
Halbleiterplättchen (F i g. 13 A) wird einem epitaktischen Aufwachsprozeß unterworfen,
um eine dünne p-leitende Schicht auf einer Oberfläche zu erzeugen (F i g.14 B),
wodurch ein gleichrichtender Übergang erhalten wird. Anschließend wird ein metallisches
Gitter auf der oberen Oberfläche der p-leitenden Schicht gemäß der F i g. 13C angebracht.
Ein weiterer epitaktischer Prozeß dient zum Einbetten des Gitters in der p-Schicht.
Schließlich wird die Anordnung maskiert und einem Diffusionsprozeß unterworfen,
um eine untere p-leitende Schicht mit einem gleichrichtenden Übergang zu dem n-leitenden
Plättchen zu erzeugen. Mittels eines weiteren Diffusionsvorgangs wird gemäß der
F i g. 13 F eine obere n-leitende Schicht erzeugt, welche mit der p-leitenden Basisschicht,
die das eingebettete Gitter enthält, einen gleichrichtenden Übergang bildet.
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Die F i g. 14 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zum Herstellen
einer Vierschichtanordnung, bei welcher von einem in der F i g. 14A dargestellten
n-leitenden Halbleiterplättchen ausgegangen wird. Durch epitaktisches Aufwachsen
wird eine p-leitende Schicht auf einer Oberfläche erzeugt, (F i g. 14 B). Auf dieser
epitaktischen Schicht wird ein metallisches Gitter erzeugt (F i g. 14 C), und schließlich
durch Fortsetzung des epitaktischen Prozesses das Gitter in eine Schicht aus p-leitendem
Material eingebettet (F i g. 14 D). Durch einen weiteren in der F i g. 14 E dargestellten
epitaktischen Prozeß wird eine obere Schicht aus n-leitendem Material hergestellt,
welche einen gleichrichtenden Übergang mit der p-leitenden Schicht bildet. Bei diesem
Schritt des Verfahrens liegt ein Flächentransistor vor mit einem in der Basisschicht
eingebetteten metallischen Gitter. Ein weiterer epitaktischer Prozeß oder ein Diffusionsprozeß
kann eine p-leitende Schicht ausbilden, so daß schließlich eine pnpn-Anordnung vorliegt,
die ein metallisches Gitter in der p-leitenden Basisschicht aufweist.
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Für bestimmte Fälle kann es wünschenswert sein, Schalteranordnungen
herzustellen, die in jeder der inneren Basisschichten ein metallisches Gitter aufweisen.
Eine derartige Anordnung ist in der F i g. 15H dargestellt. Ein Halbleiterplättchen
(F i g. 15 A) aus p-leitendem Material wird einem epitaktischen Aufwachsprozeß unterworfen,
um eine obere n-leitende Schicht gemäß F i g. 15 B zu erzeugen. Anschließend wird
ein Gitter angebracht (F i g. 15 C). Durch Fortsetzung des epitaktischen Aufwachsprozesses
wird die n-Schicht verstärkt und das Gitter eingebettet (17! g. 15 D). Anschließend
wird auf der noch freien Oberfläche des p-leitenden Halbleiterplättchens gemäß der
F i g. 15 E ein metallisches Gitter angebracht. Mittels eines epitaktischen Aufwachsprozesses
wird dieses Gitter in eine p-leitende Schicht eingebettet (F i g. 15 F). Bei dem
bisherigen Verfahren ist ein pn-übergang erzeugt worden, bei dem die den Übergang
bildenden Schichten jede ein eingebettetes metallisches Gitter aufweisen. Gemäß
der F i g. 15 G wird auf epitaktischem Wege eine p-leitende Schicht über der n-leitenden
Schicht unter Bildung eines gleichrichtenden Überganges erzeugt. Schließlich wird
gemäß der F i g.15 H eine weitere epitaktische Schicht aus n-leitendem Material
unter Bildung eines gleichrichtenden Überganges auf die Oberfläche der p-Schicht
aufgebracht, wodurch eine Vierschichtanordnung entsteht, die in jeder der beiden
Basisschichten ein metallisches Gitter aufweist.
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Die F i g. 16 veranschaulicht die Arbeitsgänge zum Herstellen eines
Flächentransistors mit einem metallischen Gitter in der Basiszone. Gemäß der F i
g. 16 A wird von einem p-leitenden Halbleiterkörper in Form eines Plättchens ausgegangen.
Der Halbleiterkörper wird, wie die F i g. 16B veranschaulicht, einem epitaktischen
Prozeß unterworfen, um eine relativ dünne n-leitende Schicht zu erhalten. Danach
wird ein metallisches Gitter gemäß der F i g. 16 C auf die n-leitende Schicht aufgebracht.
Die F i g. 16 D veranschaulicht einen weiteren epitaktischen Prozeß, bei dem eine
n-leitende Basiszone mit einem darin eingebetteten Gitter entsteht. Die einzelnen
Streifen des Gitters sind von Zonen erhöhter Verunreinigungskonzentrationen (n+)
umgeben. Dieses kann, wie bereits beschrieben, durch Verwendung einer Metalllegierung
mit n-dotierenden Verunreinigungen, beispielsweise mit Phosphor, Arsen oder Antimon,
erreicht werden. Nach einem weiteren epitaktischen Prozeß wird schließlich der in
F i g. 16 E dargestellte Transistor mit einem metallischen Gitter in der Basiszone
erhalten, der noch mit Kontaktelektroden versehen wird.
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In der F i g. 17 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Transistors
dargestellt. Es wird gemäß der F i g. 17 A von einem n-leitenden Halbleiterplättchen
ausgegangen, in dem durch einen Diffusionsvorgang eine p-leitende Schicht erzeugt
wird (F i g. 17 B). Anschließend wird auf der Oberfläche der p-leitenden Schicht
gemäß der F i g. 17 C ein metallisches Gitter aufgebracht und durch einen epitaktischen
Vorgang in der p-leitenden Schicht eingebettet (F i g. 17 C). Durch geeignete Maskierung
in Verbindung mit einem Diffusionsvorgang wird eine n-leitende Diffusionsschicht
erzeugt, welche die Emitterzone des Transistors gemäß der F i g. 17 E darstellt.
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In der F i g. 18 wird die Herstellung eines Hochspannungsschalters
dargestellt. Ein n+-leitendes Halbleiterplättchen (F i g. 18 A), welches teilweise
durch Einbringen von p-leitendem Material, z. B. Gallium, kompensiert ist, wird
einem ersten epitaktischen Aufwachsprozeß unterworfen, um eine intrinsicleitende
Schicht gemäß der F i g. 18 B zu erzeugen. Durch epitaktisches Aufwachsen wird dann
eine n--Schicht auf der Intrisicschicht erzeugt, welche mit dieser einen Übergang
bildet. Gitter werden in der bereits beschriebenen Weise, wie es in der F i g. 18
B dargestellt ist, aufgebracht und durch einen weiteren epitaktischen Prozeß in
die n--Schicht
eingebettet (F i g. 18E). Auf der n--Schicht wird
dann eine p-Schicht erzeugt, z. B. durch epitaktisches Aufwachsen (F i g. 18 F).
Schließlich wird das Plättchen einem Diffusionsprozeß unterworfen, wobei das Akzeptorverunreinigungsmaterial
zum Teil aus der kompensierten n+-Schicht herausdiffundiert in die Intrisicschicht,
wobei eine p--Schicht (-Schicht) neben der n-Schicht erzeugt wird. Man erhält damit
eine pn-ip-n+-Struktur mit einem metallischen Gitter in der n-leitenden Basisschicht.
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Die F i g. 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,
bei dem ein Flächentransistor mit einem metallischen Gitter in der Basisschicht
erzeugt wird. Es wird von einem p-leitenden Halbleiterplättchen in der F i g. 19
A ausgegangen. Dieses wird mit einem metallischen Gitter versehen (F i g. 19 B).
Durch Erzeugen einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht wird das metallische Gitter
in einer n-leitenden Schicht eingebettet. Wenn das Gitter aus geeignetem Material
besteht, in dem Donatorverunreinigungen vorhanden sind, wird dieses von einer n-leitenden
Schicht mit großer Verunreinigungskonzentration umgeben, die einen Übergang mit
der darunterliegenden p-leitenden Schicht bildet (F i g.19 C). Durch epitaktisches
Aufwachsen wird im folgenden eine p-leitende Schicht (F i g. 19 D) erzeugt, wodurch
ein pnp-Transistor mit einem metallischen Gitter in der Basisschicht entsteht.
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Durch einen ähnlichen wie dem in der F i g. 19 veranschaulichten Prozeß
kann eine Anordnung erzeugt werden, bei der das Gitter in einer intrinsicleitenden
Schicht eingebettet ist. Das metallische Gitter wird dabei direkt auf eine intrinsicleitende
Schicht aufgebracht. Ein derartiges Verfahren ist in der F i g. 20 dargestellt,
wodurch ein npin-Transistor erzeugt werden kann.
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Ein Halbleiterplättchen aus stark verunreinigtem n-leitenden Material
(F i g. 20 A) erhält durch epitaktisches Aufwachsen eine intrinsicleitende Schicht
(F i g. 20 B). In der F i g. 20 C wird das Gitter aufgebracht und durch epitaktisches
Aufwachsen eine p-leitende Schicht erzeugt, die gleichzeitig das Gitter einbettet.
Die das Gitter umgebenden Zonen erhöhter Verunreinigung bilden einen Übergang mit
der Barunterliegenden Intrinsicschicht. Ein folgender epitaktischer Vorgang bildet
eine obere n-leitende Schicht, wodurch eine npin++-Struktur mit einem Gitter in
der Basis entsteht.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß das Verfahren nach der
Erfindung eine sehr anpassungsfähige Methode zum Herstellen unterschiedlicher Typen
von Halbleiteranordnungen mit einem Metallgitter in einer oder mehreren Schichten
darstellt. Alle diese Anordnungen haben gemeinsam, daß der Basisausbreitungswiderstand
niedrig ist, so daß sie bei hohen Frequenzen verwendet werden können. Das Verfahren
nach der Erfindung kann für die Herstellung von Halbleiterstrukturen verwendet werden,
die bisher nur schwer realisiert werden konnten.