DE1221362B - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer HalbleiteranordnungInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1221362
Aktenzeichen: N 22597 VIII c/21 g
Anmeldetag: 12. Januar 1963
Auslegetag: 21. Juli 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem während einer
Legierungsbehandlung zum Erzeugen einer rekristallisierten Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps
in einem Halbleiterkörper aus einer Legierungsschmelze eine Diffusion von Aktivatoren zum Erzeugen
einer Diffusionszone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps erfolgt.
Dieses Herstellungsverfahren ist in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und wird insbesondere
zur Herstellung von Transistoren angewandt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Ausführungsformen dieses Herstellungsverfahrens Schwierigkeiten
bereiten, wenn die Stärke der diffundierten Zone, welche als Basiszone dient, äußerst gering, z. B.
kleiner als 1 μ, sein muß, während gleichzeitig der Basiswiderstand minimal sein soll, um einen großen
Frequenzbereich, z. B. bis zu 1000 MHz oder mehr, zu bestreichen. Es zeigte sich, daß diese Schwierigkeiten
insbesondere auftreten, wenn zur Bildung einer homogenen Legierungsschmelze eine gewisse Zeitdauer
benötigt wird, z. B. zum gleichmäßigen Lösen einer später zugesetzten Verunreinigung, z. B. Aluminium.
Die Erfindung bezweckt, ein einfaches verbessertes Verfahren zu schaffen, durch welches die bekannten
Legierungsdiffusionsbehandlungen zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, z. B. Transistoren mit
einem größeren Frequenzbereich, geeignet gemacht werden können.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird gemäß der Erfindung nach einer thermischen
Vorbehandlung bei einer niedrigen Temperatur zum Erzeugen einer homogenen Legierungsschmelze eine
Erhitzung auf eine so hohe Temperatur durchgeführt, daß die Legierungsschmelzfront schneller in
den Körper eindringt als die Diffusionsfront und sich beide Fronten praktisch verbinden, und schließlich
die Temperatur so weit erniedrigt, daß die Diffusion nahezu aufhört und die Stärke der Diffusionszone
nahe der Stelle der größten Eindringtiefe der Legierungsfront praktisch durch die Abkühlungsperiode
bedingt wird.
An der Stelle, wo eine Legierungsschmelzfront im Halbleiterkörper vorhanden ist und die Temperatur
erhöht wird, wird eine größere Menge des Körpers gelöst, so daß die Legierungsfront tiefer in den
Körper eindringt. Die Geschwindigkeit, mit der die Eindringtiefe der Legierungsfront zunimmt, hängt
von der Temperaturzunahme ab. Wenn eine Diffusionsfront in den Körper anfangs bis zu einer größeren
Tiefe eingedrungen ist als die Legierungsfront, Verfahren zum Herstellen einer
Halbleiteranordnung
Halbleiteranordnung
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Julian Robert Anthony Beale, Reigate, Surrey;
Andrew Francis Beer,
Pound Hill, Crawley, Sussex (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Januar 1962 (1223)
*
erfolgt somit eine Erhitzung auf eine so hohe Temperatur,
daß die Legierungsfront schneller eindringt als die Diffusionsfront. In der Praxis wird jedoch, unabhängig
davon, wieviel schneller die Legierungsfront eindringt als die Diffusionsfront, der Legierungsfront
stets eine sehr dünne Diffusionszone vorangehen. Wenn der Zustand erreicht wird, in dem die
Diffusionsfront schneller fortschreitet als es allein der Diffusionskoeffizient der betreffenden Verunreinigung
bedingen würde, und zwar mit der Geschwindigkeit der Legierungsfront, wird angenommen, daß die Legierungsfront
sich mit der Diffusionsfront zusammenfügt.
Die Behandlung auf niedrigerer Temperatur zum Bilden einer homogenen Schmelze wird oft teilweise
mit konstanter Temperatur durchgeführt. Die Be-
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handlung auf niedrigerer Temperatur und die Behandlung
auf höherer Temperatur können in gewissen Fällen vorteilhaft auch mit einer mit der Zeit
zunehmenden Temperatur durchgeführt werden.
Nachdem die Temperatur erreicht ist, bei welcher die Diffusion nahezu aufhört, wird die Abkühlgeschwindigkeit
zweckmäßig verringert, um nachträgliche Spannungen in und in der Nähe der rekristallisierten
Legierungszone zu verringern.
Die zu diffundierende Verunreinigung kann während der Behandlung aus der Umgebung zugeführt
oder auch vorher in die Legierung aufgenommen werden. Sie kann auch in Form einer vordiffundierten
Schicht in dem Halbleiterkörper vor dem Legierungsvorgang vorgesehen werden. Ein zu legierendes
Material kann anfangs schwach mit dem Körper legiert werden, worauf die Behandlung bei niedriger
Temperatur zur Bildung einer homogenen Schmelze durchgeführt wird.
Es ist oft vorteilhaft, zunächst ein nicht dotierendes Trägermaterial auf den Halbleiterkörper aufzulegieren
und dann durch eine Schmelzbehandlung einen Aktivator darin gleichmäßig zu lösen.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung z. B. bei p-leitendem Germanium oder n-leitendem
Silicium; das Trägermaterial kann aus Wismut, Blei oder Zinn bestehen. Im allgemeinen wird
Zinn nicht bei einem Germaniumkörper benutzt, da es zum Einlegieren bis zu einer zu großen Tiefe neigt,
während Wismut nicht bei einem Siliciumkörper verwendet wird, da es sich nicht hinreichend mit diesem
legiert. Bei Germanium kann vorteilhaft als Diffusionsverunreinigung Antimon und/oder Arsen und
als Akzeptormaterial vorzugsweise Aluminium benutzt werden.
Bei Silicium ist das Diffusionsakzeptormaterial vorzugsweise Bor und das Donatormaterial vorzugsweise
Arsen.
Es wird zweckmäßig gleichzeitig eine zweite rekristallisierte Zone des anderen Leitfähigkeitstyps
angebracht, die eine Ohmsche Verbindung mit der Diffusionszone herstellt. Zu diesem Zweck kann in
einem Zwischenstadium der Herstellung zunächst eine einheitliche Legierungselektrode hergestellt
werden, die darauf in zwei Teile geteilt wird, von denen ein Teil zur Bildung der Legierungszone des
einen Leitfähigkeitstyps und der andere zur Bildung der Legierungszone des anderen Leitfähigkeitstyps
bestimmt ist.
Nach dem Anbringen der rekristallisierten Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps und der Diffusionszone
wird die Oberfläche der Diffusionszone seitlich von der rekristallisierten Legierungszone des
einen Leitfähigkeitstyps vorzugsweise durch Ätzen verringert. Dabei kann auch durch Ätzen das Gebiet
des Überganges zwischen der rekristallisierten Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps und der
Diffusionszone verringert werden.
Es sei noch erwähnt, daß bereits ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsdiffusionstransistoren bekannt
war, bei dem nach der Diffusionsbehandlung eine kurze Nacherhitzung auf eine Temperatur höher
als die Diffusionstemperatur stattfindet. Die aufgeschmolzene Menge des Elektrodenmaterials wird dabei
nicht geändert. Während dieser Nacherhitzung wird das durch Streudiffusion der überwiegend segregierenden
Verunreinigung teilweise kompensierte Gebiet der diffundierten Zone gelöst. Die ursprünglich
diffundierte Zone wird jedoch nur teilweise gelöst, so daß dieses Verfahren zur Lösung der obengenannten,
der vorliegenden Anmeldung zugrunde liegenden Aufgabenstellung nicht geeignet ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
F i g. 1, 2 und 4 Querschnitte einer Halbleiteranordnung in verschiedenden Stufen des Verfahrens
zur Herstellung eines Transistors und
Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen zur weiteren Erläuterung dieses Verfahrens.
Die Querschnitte sind in den F i g. 1, 2 und 4 deutlichkeitshalber
nicht schraffiert.
Eine p-leitende einkristalline Germaniumplatte mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ohm ■ cm und
Abmessungen von 150 μ · 2 mm · 1,5 mm wird in eine Legierform aus Graphit mit Öffnungen für das
Legierungsmaterial an 20 Stellen gebracht, die in der Längsrichtung der Platte in nahezu gleichen Abständen
voneinander vorgesehen sind.
Eine Wismutkugel mit einem Durchmesser von etwa 175 μ, die 0,5 Gewichtsprozent Arsen enthält,
wird in jeder Öffnung untergebracht, und das Ganze wird in Wasserstoff auf 600° C während etwa 3 Minuten
erhitzt. Infolge der Erhitzung werden die Kügelchen auf gleiche Weise mit der Platte legiert
und derart an diese geheftet, daß ihre Stelle auf der Platte fixiert ist. Das Arsen wird dem Wismut zur
Förderung der Benetzung der Plattenoberfläche durch das Material des Kügelchens zugesetzt. Während
der Erhitzung vergrößert sich der Durchmesser der Kugel, d. h. bis auf etwa 230 μ.
Die Spitze jedes unlegierten Elektrodenkügelchens wird nun derart abgeschliffen, daß die Kügelchen um
etwa 60 μ über die Umgebungsfläche der Platte hervorragen, und jede vorstehende Elektrodenkugel wird
diametral in zwei Teile geteilt, z. B. mittels eines dünnen Rasiermessers, das einen schmalen Einschnitt
bis nahezu an die Plattenoberfläche hervorruft. Jeder Einschnitt wird durch Sandstrahlen bis in die Platte
vertieft.
Die F i g. 1 zeigt einen Teil der Platte mit einem der Elektrodenkügelchen in dieser Herstellungsstufe.
An der Platte 1 sind Teile 2 und 3 des Kügelchens schwach legiert, die durch einen Einschnitt 4 voneinander
getrennt sind, der bis etwa 10 μ in die Platte eindringt. Der Einschnitt 4 hat eine Breite von etwa
12 μ an der Oberfläche der Platte 1. Infolge des Sandstrahlern werden die Teile 2 und 3 auch etwas
abgeschliffen. Die frei gelassene Oberfläche der Platte 1 wird dabei weggeschliffen bis zu einer Tiefe
etwa gleich der Eindringtiefe des Einschnittes in der Platte 1. Dieses zusätzliche Abschleifen ist für die Erfindung
unwesentlich und daher nicht in den Figuren angedeutet. Das Legierungsgebiet ist nicht tief, und
die dünne rekristallisierte Zone unterhalb der Teile 2 und 3 ist nicht angegeben
Sehr fein verteiltes, sehr reines Aluminiumoxydpolierpulver
wird in Wasserstoff während einer Stunde auf 1000° C vorerhitzt und in Form eines
Kitts geknetet, der nach Mischung mit einer Flüssigkeit aus 9 Volumenteilen Aceton und 1 Volumenteil
Silicon über die Platte 1 ausgegossen wird, um die Einschnitte 4 auszufüllen.
Die Platte 1 wird dann in ein Siliciumoxydschiffchen gemeinsam mit einem kleineren Siliciumoxydschiffchen
mit einem Durchmesser von 1 cm und
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einer Höhe von 5 mm, mit einem Pulver aus Zinn ratur von 750° C sind erforderlich, damit das AIu-
und 15 Gewichtsprozent Arsen und 15 Gewichtspro- minium sich gut in flüssiger Form mit der flüssigen
zent Antimon gebracht. Wismut-Arsen-Antimon-Legierung vermischt und
Das Ganze wird auf 660° C während 10 Minuten darin löst. Diese Legierung enthält noch einen Gein
Wasserstoff erhitzt und dann abgekühlt. Beim An- 5 halt an Germanium an den Teilen, wo das Aluminium
fang dieser Erhitzung erhärtet der Kitt und begrenzt angebracht ist. Während dieser Perioden, welche geeine
weitere Ausdehnung der Legierungsgebiete; meinsam wie eine einzige Erhitzungsperiode auf
ebenso werden die Teile 2 und 3 voneinander ge- niedriger Temperatur betrachtet werden können,
trennt gehalten. Während der Erhitzung dringt die nimmt der Abstand zwischen der Legierungsfront
Legierungsfront bis zu einer Tiefe von etwa 2 μ ein, io und der naheliegenden Diffusionsfront zu. Da dieser
und es wird .gleichzeitig eine Diffusionsschicht mit Abstand maßgebend für die Basisstärke des Traneiner
Stärke von etwa 2 μ unter der Stelle gebildet, sistors ist, hätte die Basis eine Minimalbreite, die
wo die Legierungsfront am tiefsten eingedrungen ist. durch die Zeit bestimmt wird, welche zum Herstellen
Der als Gußform wirksame Kitt ist hinreichend porös, einer homogenen Schmelze erforderlich ist, wenn
um Arsen und Antimon nach den Schmelzzonen 15 keine anderen Vorkehrungen getroffen werden,
durchzulassen, die während der Erhitzung erzeugt Die Periode der Erhitzung auf niedrigere Tempewerden, so daß η-leitende rekristallisierte Zonen beim ratur geht einer Periode einer schnellen Temperatur-Abkühlen gebildet werden und außerdem eine Diffu- zunähme (750 bis 800° C) voran, während der die sion der Donatoren Arsen und Antimon aus den Legierungsfront schneller in den Körper eindringt als Schmelzzonen in das Germanium erfolgt. 20 die Diffusionsfront, mit der sie dann nahezu zusam-
durchzulassen, die während der Erhitzung erzeugt Die Periode der Erhitzung auf niedrigere Tempewerden, so daß η-leitende rekristallisierte Zonen beim ratur geht einer Periode einer schnellen Temperatur-Abkühlen gebildet werden und außerdem eine Diffu- zunähme (750 bis 800° C) voran, während der die sion der Donatoren Arsen und Antimon aus den Legierungsfront schneller in den Körper eindringt als Schmelzzonen in das Germanium erfolgt. 20 die Diffusionsfront, mit der sie dann nahezu zusam-
Die F i g. 2 zeigt das Ganze nach dem zuletzt ge- menfällt. Wie vorstehend bemerkt, decken sich die
nannten Vorgang. zwei Fronten nicht vollkommen, aber sie sind nur
Die Platte 1 hat eine η-leitende Diffusionszone 5 sehr wenig voneinander getrennt. Die Temperatur
mit Antimon und Arsen und rekristallisierte n-lei- wird darauf verringert, bis die Diffusion aufhört. Für
tende Zonen 6 und 7, auch mit Antimon und Arsen, 25 praktische Zwecke sind dies etwa 700° C für Arsen,
mit zugehörenden erstarrten Zonen 8 und 9, die im Der Diffusionskoeffizient für Arsen in Germanium
wesentlichen aus Wismut bestehen und kleine Mengen beträgt etwa 4· 1O-11 cm2/sec bei 800° C, 1,2·
Antimon, Arsen und Germanium enthalten. Die Kitt- 10"11 cm2/sec bei 750° C und 2,0· 10~12 cm2/sec bei
form 10 ist auch dargestellt. Es wird einleuchten, daß 690° C. Die Basisstärke wird durch die Zeit der
auch eine Diffusion aus der Oberfläche der Platte 1 30 Abkühlung von 800 auf 700° C bedingt, und je
stattgefunden hat, so daß die Diffusionszone 5 sich schneller diese Temperatur erzielbar ist, um so
durchgehend über die Oberfläche der Platte 1 unter- kleiner ist die Basisstärke. Wenn eine Basisstärke von
halb der rekristallisierten Zone 6 und 7 längs der mehr als die minimal erzielbare durch langsamere
Oberfläche der Einschnitte 4 erstreckt. Abkühlung verlangt wird, kann die langsamere Ab-
Die Kittform 15 wird darauf entfernt. Dies läßt 35 kühlung geregelt werden, wobei eine hohe Reprodu-
sich bequem von Hand durchführen, da der Kitt nach zierbarkeit der Basisstärke bei verschiedenen Anord-
dem Sintern spröde geworden ist. nungen erzielt wird.
Ein aluminiumhaltiger Brei aus Aluminium und Es ist ersichtlich, daß die Platte und der Ereinem
leicht verdampfbaren Bindemittel wird auf hitzungsofen eine thermische Trägheit haben, so daß
einen der getrennten Teile jedes ursprünglichen 40 die Temperaturänderungen nicht schroff stattfinden
Ansatzes angebracht, und die Kittform wird wieder können. Der thermische Zyklus der F i g. 3 ist gewisauf
die vorstehend beschriebene Weise angebracht. sermaßen idealisiert, um die geltenden Grundsätze
Das Ganze wird langsam erhitzt in der Weise, daß besser hervorzuheben.
die Temperatur um etwa 10° C pro Minute zunimmt, Die letzte Abkühlung unterhalb 650 oder 600° C
bis etwa 750° C erreicht sind. Diese Temperatur wird 45 wird verhältnismäßig langsam durchgeführt, da bei
während etwa 2,5 Minuten beibehalten. Dann wird hoher Abkühlungsgeschwindigkeit das Material Risse
die Temperatur schnell mit etwa 60° C pro Minute aufweisen kann. Die Kittform wird darauf entfernt,
auf etwa 800° C erhöht. Das Ganze wird dann un- Die F i g. 4 zeigt einen Teil der Platte entsprechend mittelbar in den Abkühlteil eines Ofens übergeführt, dem der F i g. 1 und 2 in letzterer Stufe. Der AIuwo die Temperatur etwa 200° C beträgt, während 50 miniumbrei wird auf dem linken Teil der zwei geder Ofen gleichzeitig abgeschaltet wird. Nach 2,5 Se- trennten Elektrodenteile angebracht. Der erstarrte künden wird das Ganze wieder nach einem Ofen- Teil 11 besteht im wesentlichen aus Wismut und entgebiet mit einer maximalen Temperatur von 700° C hält Arsen, Antimon, Aluminium und Germanium, verschoben. Die vorerwähnten Temperaturen lassen und der erstarrte Teil 12 besteht im wesentlichen aus sich bequem mittels eines Ofens mit einem Silicium- 55 Wismut und enthält Arsen, Antimon und Germaoxydrohr erzielen, das von einer Heizwicklung für nium. Die zugehörenden rekristallisierten Zonen 13 die Gebiete von 700 und 800° C umgeben wird und und 14 dringen tiefer in die Platte 1 ein als die entdas eine zweite Wicklung auf der Außenseite des sprechenden Zonen 6 und 7 nach der F i g. 1 und beRohres in dem Gebiet besitzt, wo die Temperatur stehen im wesentlichen aus Germanium. Die Zone 13 von 800° C vorherrschen soll. 60 enthält außer Germanium Aluminium, Arsen,
auf etwa 800° C erhöht. Das Ganze wird dann un- Die F i g. 4 zeigt einen Teil der Platte entsprechend mittelbar in den Abkühlteil eines Ofens übergeführt, dem der F i g. 1 und 2 in letzterer Stufe. Der AIuwo die Temperatur etwa 200° C beträgt, während 50 miniumbrei wird auf dem linken Teil der zwei geder Ofen gleichzeitig abgeschaltet wird. Nach 2,5 Se- trennten Elektrodenteile angebracht. Der erstarrte künden wird das Ganze wieder nach einem Ofen- Teil 11 besteht im wesentlichen aus Wismut und entgebiet mit einer maximalen Temperatur von 700° C hält Arsen, Antimon, Aluminium und Germanium, verschoben. Die vorerwähnten Temperaturen lassen und der erstarrte Teil 12 besteht im wesentlichen aus sich bequem mittels eines Ofens mit einem Silicium- 55 Wismut und enthält Arsen, Antimon und Germaoxydrohr erzielen, das von einer Heizwicklung für nium. Die zugehörenden rekristallisierten Zonen 13 die Gebiete von 700 und 800° C umgeben wird und und 14 dringen tiefer in die Platte 1 ein als die entdas eine zweite Wicklung auf der Außenseite des sprechenden Zonen 6 und 7 nach der F i g. 1 und beRohres in dem Gebiet besitzt, wo die Temperatur stehen im wesentlichen aus Germanium. Die Zone 13 von 800° C vorherrschen soll. 60 enthält außer Germanium Aluminium, Arsen,
Die Fig. 3 zeigt einen Teil des thermischen Antimon und Wismut, und die Zone 14 enthält außer
Zyklus, dem das Ganze unterworfen wird. Die Zeit- Germanium Arsen, Antimon und Wismut. Wie üb-
skala ist nicht linear. Unterhalb von 650° C wird die lieh sind die Mengen der Aktivatoren Aluminium,
Abkühlung allmählich weniger stark, und unterhalb Arsen und Antimon in den Schmelzen sehr groß im
600° C beträgt die Abkühlgeschwindigkeit 5 bis 65 Vergleich zu den Mengen, welche in den rekristalli-
10° C pro Minute. sierten Zonen vorhanden sein können, so daß die
Die Periode der langsamen Erhitzung auf 750° C Leitfähigkeitsarten der Zonen durch die Segregations-
und die Periode der Aufrechterhaltung der Tempe- koeffizienten der Aktivatoren bedingt werden. Die
etwa 500° C in Wasserstoff angebracht, wobei nach dem Abkühlen das Indium auf einen Nickelstreifen
gebracht wird, indem die Oberfläche des Indiumkontaktes mit dem Nickelstreifen verschmolzen wird, der
5 auf einer heißen Platte mit einer Temperatur von etwa 180° C liegt.
Es werden Nickeldrahtverbindungen an den erstarrten Teilen 11 und 12 durch Löten mit Hilfe eines
heißen Luftstrahles und unter Verwendung eines
Zone 13 ist p-leitend infolge der vorherrschenden Wirkung des Aluminiums, und die Zone 14 ist n-leitend.
Es kann zwar eine kleine Menge Aluminium in dem rechten geschmolzenen Teil eindringen, aber
diese Menge ist klein, und deren Effekt wird noch durch die Reaktion mit dem Arsen in der Schmelze
verringert, so daß dieser Umstand vernachlässigbar ist.
; Die Diffusionsschicht 5 hat eine größere Stärke an
der Oberfläche der Platte 1, wodurch ein niedriger io Lotes aus einem Eutektikum von Blei und Zinn an-Reihenwiderstand erzielt wird; sie ist aber nahe gebracht.
der Oberfläche der Platte 1, wodurch ein niedriger io Lotes aus einem Eutektikum von Blei und Zinn an-Reihenwiderstand erzielt wird; sie ist aber nahe gebracht.
den rekristallisierten Zonen 13 und 14 im Bereich Die auf diese Weise fertiggestellten Körper werden
der Zonen 15 und 16 sehr dünn, in diesem Falle darauf elektrolytisch in einem Natriumhydroxydetwa
5/8 μ. Aus der linken Legierungsfront diffun- oder Kaliumhydroxydbad dadurch geätzt, daß ein
dieren Aluminium, Arsen und Antimon und aus der 15 hoher Strom von einigen τη Amp der Elektrode 12 zurechten
Legierungsfront Arsen und Antimon. Der geführt wird. Der Boden des Einschnittes 4 wird wäh-Diffusionskoeffizient
von Aluminium ist verhältnis- rend des Ätzvorganges durch einen Lack in dem Einmäßig
niedrig, so daß die ganze Schicht 5 mit den schnitt 4 abgeschirmt, der Lack nach der Ätzung geTeilen
15 und 16 η-leitend ist. Die Diffusion erfolgt löst. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis ein großer Teil
annähernd aus und längs der Oberfläche der Platte 1 20 des Materials unterhalb der Zonenil und 12 ent-
und bei dem Einschnitt 4. fernt ist, was durch die gestrichelten Linien 28 und
Die Fig. 5 zeigt in beliebigem Maßstab die Art 29 in der Fig. 4 angedeutete ist; der Emitter-Basisder
Diffusion der Aktivatoren aus einer Schmelzfront
in das naheliegende feste Germanium. Zur Vereinfachung werden nur Aluminium und Arsen betrach- 25
tet. In der Fig. 5 ist die Konzentration (cone) gegen
den Abstand (x) in der Platte 1 aufgetragen. Die horizontalen Linien 17 und 18 deuten die Konzentrationen von Aluminium und Arsen in der rekristallisierten Zone 13, und die vertikale Linie 19 deutet die 30 20 Ohm erreicht werden, so daß der Transistor sich größte Eindringtiefe der Legierungsfront an. In dieser zur Verwendung bei Frequenzen von mehr als Figur wird auch der Effekt eines etwaigen Aktivators 1000 MHz eignet.
in das naheliegende feste Germanium. Zur Vereinfachung werden nur Aluminium und Arsen betrach- 25
tet. In der Fig. 5 ist die Konzentration (cone) gegen
den Abstand (x) in der Platte 1 aufgetragen. Die horizontalen Linien 17 und 18 deuten die Konzentrationen von Aluminium und Arsen in der rekristallisierten Zone 13, und die vertikale Linie 19 deutet die 30 20 Ohm erreicht werden, so daß der Transistor sich größte Eindringtiefe der Legierungsfront an. In dieser zur Verwendung bei Frequenzen von mehr als Figur wird auch der Effekt eines etwaigen Aktivators 1000 MHz eignet.
in der Platte vernachlässigt. Es ist nicht notwendig, eine Periode konstanter
Die geringe Diffusion zu Beginn der Abkühlung Temperatur von 750° C nach der F i g. 2 aufrechtzuwird
vernachlässigt. Die Neuverteilung der Alu- 35 erhalten, sofern nur eine hinreichend lange Zeit zur
miniiumkonzentration infolge der Diffusion während Bildung einer homogenen Schmelze zur Verfügung
steht und sofern die darauf erfolgende Zunahme der Temperatur sich hinreichend schnell vollzieht, um die
Legierungsfront praktisch mit der naheliegenden
Punkt 22 erreicht ist. Die wahrnehmbare Diffusion 40 Diffusionsfront zusammenfallen zu lassen. Das Ervon
Arsen hat eine Tiefe entsprechend dem Punkt hitzen von 680 auf 800° C läßt sich daher mit einer
nahezu konstanten Geschwindigkeit von etwa 50° C pro Minute durchführen. Ferner muß der Einschnitt^
in die Platte 1 hinreichend groß sein, um die beiden
sion stärker, was durch die gestrichelten Linien 24 45 geschmolzenen Zonen voneinander zu trennen. Je
und 25 angedeutet ist, und die Breite der Basis ist höher die maximale Erhitzungetemperatur ist, um so
somit größer und wird durch" den horizontalen Ab- tiefer muß der Einschnitt 4 sein,
stand zwischen den Punkten 26 und 27 bedingt. Die Elektrodenpaare brauchen nicht durch Auf-
DIe Diffüsionsschicht 5 enthält die Donatoren schmelzen einer größeren Elektrode und durch nach-Äntimon
und Arsen. Es wird jedoch eine kleinere 50 trägliches Schneiden der letzteren in zwei Teile her-Menge
Arsen im Teil 15 der Schicht 5 vorhanden gestellt zu werden. Die Elektroden können auch gesein,
da eine gewisse Reaktion zwischen dem Arsen trennt in einem kleinen Abstand voneinander auf-
und dem Aluminium in dem linken Schmelzteil legiert werden, wobei sich eine Kittform erübrigen
auftritt. kann. Wenn die Platte aus Silicium besteht, werden
Wismut ist sowohl in den rekristallisierten Zonen 55 die Elektroden im allgemeinen getrennt auflegiert.
13 und 14 als auch in der Diffusionsschicht 5 vor- Das Aluminium oder ein anderer passender Akzeptor
handen. Die Mengen Wismut in den Zonen 13 und kann nicht nur in Form eines Breies, sondern auch
Übergang wird dabei verkleinert, und die Emitter-Basis-Kapazität wird verringert.
Die geätzten Körper werden darauf gewaschen und getrocknet und gesondert auf bekannte Weise mit
einer Hülle versehen.
Bei einem auf diese Weise hergestellten Transistor kann ein Basiswiderstand von nicht mehr als etwa
der Abkühlung ist durch die Kurve 20 und die des Arsens durch die Kurve 21 angedeutet. Das Aluminium
herrscht vor, bis eine Tiefe entsprechend dem
123, so daß die Breite der Basis durch den horizontalen
Abstand zwischen den Punkten 22 und 23 bedingt wird. Bei langsamerer Abkühlung ist die Diffu-
14 und in der Schicht 5 sind gering, da Wismut keine
große Löslichkeit in Germanium aufweist.
Die Platte wird in 20 Stücke durch Zerschneiden 60 zwischen jedem der nebeneinanderliegenden Paare
von Kontakten (11 und 12) z. B. durch Sägen oder Scheuern der Plattenoberfläche und durch Brechen
mit der Hand geteilt.
durch Aufdampfen auf einem der Elektrodenteile angebracht werden.
Bei einem Germaniumkörper empfiehlt es sich, mit einer Platte anzufangen, die "aus p-leitendem
Geremanium besteht, und bei einem Siliciumkörper empfiehlt sich die Verwendung einer n-leitenden
Siliciumplatte, da die üblichen Donatoren schneller
Ein Kollektorkontakt und eine Zuleitung werden 65 in Germanium eindiffundieren als die bekannten
an jedem Stück durch Auflegieren eines Indium- Akzeptoren, während die bekannten Akzeptoren
kügelchens mit einem Durchmesser von 1 mm auf die schneller in Silicium eindiffundieren als die bekann-
Plattel gegenüber der Zone 13 durch Erhitzung auf ten Donatoren.
Wenn ein Verfahren vorstehend beschriebener Art zur Herstellung eines Siliciumtransistors durchgeführt
wird, müssen die Temperaturen höher gewählt werden, um die Diffusion in das und das Legieren
auf dem Silicium zu sichern. Es können dann zwei 5 Zinnkügelchen als Trägermaterial benutzt werden.
Das Diffusionsmaterial kann in diesem Falle Bor oder Phosphor sein, die auch in Form einer vordiffundierten
Schicht in der Platte vorgesehen werden können. Es kann Aluminiumbrei auf eine Elektrode
im wesentlichen aus Zinn und auch mit Silicium und Bor und/oder Phosphor gestrichen werden, worauf
das Ganze in einer arsenhaltigen Atmosphäre erhitzt wird. Das Arsen greift die geschmolzene Zone mit
dem Aluminium nicht an, und die rekristallisierte Zone ist nach wie vor p-leitend, während die andere
geschmolzene Zone Arsen aufnimmt und n-leitend wird. Die Aufnahme von Arsen zum Erzielen einer
homogenen Schmelzzone mit einer hinreichenden Arsenmenge beansprucht gewisse Zeit, aber nicht eine
so lange Zeit wie die homogene Zone mit Aluminium in dem vorstehend beschriebenen Beispiel, in dem ein
Germaniumkörper verwendet wird; die letzte Erhitzung wird auf gleiche Weise auf eine höhere Temperatur
durchgeführt, so daß die Legierungsfront die naheliegende Diffusionsfront überholt.
Es ist weiter nicht notwendig, zwei rekristallisierte Zonen des η-Typs bzw. des p-Typs auf die vorstehend
geschilderte Weise anzubringen durch Anwendung zwei gesonderter Kügelchen oder durch Anbringung
eines einzigen, später geteilten Kügelchens, da ein Ohmscher Kontakt mit der Diffusionszone auf
andere bekannte Weise erhalten werden kann, indem eines der Kügelchen später aufgeschmolzen wird. Im
allgemeinen jedoch wird der Kontakt mit der Diffusionszone vorzugsweise nahe an der Emitterzone angebracht,
um den Widerstand zwischen der Basiselektrode auf der Diffusionszone und dem pn-übergang
an der Emitterelektrode niedrig zu halten.
40
Claims (18)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem während einer Legierungsbehandlung
zum Erzeugen einer rekristallisierten Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps in
einem Halbleiterkörper aus einer Legierungsschmelze eine Diffusion von Aktivatoren zum Erzeugen
einer Diffusionszone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps erfolgt, dadurchgekennzeichnet,
daß nach einer thermischen Vorbehandlung bei einer niedrigen Temperatur
zum Erzeugen einer homogenen Legierungsschmelze eine Erhitzung auf eine so hohe Tempe-
ratur durchgeführt wird, daß die Legierungsschmelzfront schneller in den Körper eindringt
als die Diffusionsfront und sich beide Fronten praktisch verbinden, und schließlich die Temperatur
so weit erniedrigt wird, daß die Diffusion nahezu aufhört und die Stärke der Diffusionszone
nahe der Stelle der größten Eindringtiefe der Legierungsfront praktisch durch die Abkühlungsperiode bedingt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung auf niedrigerer
Temperatur, teilweise bei nahezu konstanter Temperatur durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung auf niedrigerer
Temperatur und die Behandlung auf höherer Temperatur bei einer mit der Zeit zunehmenden
Temperatur durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Erreichen der Temperatur, bei welcher die Diffusion nahezu aufhört, die Abkühlungsgeschwindigkeit verringert wird, um Spannungen
in und in der Nähe der rekristallisierten Legierungszone zu verringern.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu
diffundierende Material in Form einer vordiffundierten Schicht im Halbleiterkörper vor dem Legierungsvorgang
angebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu
legierende Material zunächst schwach an den Halbleiterkörper legiert und daß dann die Behandlung
auf niedrigere Temperatur zur Bildung einer homogenen Schmelze durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Trägermaterial auf den Körper auflegiert wird und daß ein Aktivator über eine Schmelzbehandlung
diesem Material zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Körper aus p-leitendem Germanium besteht.
9. Verfahren nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial
aus Wismut oder Blei besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper
aus η-leitendem Silicium besteht.
11. Verfahren nach Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial
aus Zinn oder Blei besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eindiffundierende
Donatorverunreinigung aus Antimon und/oder Arsen besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptorverunreinigung
aus Aluminium besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eindiffundierende
Akzeptorverunreinigung aus Bor besteht.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
zweite rekristallisierte Zone des anderen Leitfähigkeitstyps angebracht wird, die eine Ohmsche
Verbindung mit der Diffusionszone herstellt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zwischenstufe der
Herstellung eine einheitliche Legierungselektrodenzone angebracht wird, die in zwei Teile geteilt
wird, von denen ein Teil als Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps und der andere Teil
als Legierungszone des anderen Leitfähigkeitstyps dient.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Anbringen der rekristallisierten Zone des einen Leitfähigkeitstyps und der Diffusionszone
die Oberfläche der Diffusionszone neben der re-
609 590/298
kristallisierten Legierungszone des einen Leitfähigkeitstyps
durch Ätzen verkleinert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ätzen auch der
Übergang zwischen der rekristallisierten Zone des einen Leitfähigkeitstyps und der Diffusionszone
verringert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift S 42219 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 30. 8.1956);
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 040 697, 090 770, 1 094 371, 1105 524;
östereichische Patentschrift Nr. 204 604; französische Patentschrift Nr. 1163 048.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB122362A GB993251A (en) | 1962-01-12 | 1962-01-12 | Improvements in and relating to methods of manufacturing semiconductor devices |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1221362B true DE1221362B (de) | 1966-07-21 |
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ID=9718260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEN22597A Pending DE1221362B (de) | 1962-01-12 | 1963-01-12 | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung |
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CH (1) | CH441241A (de) |
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- NL NL287617D patent/NL287617A/xx unknown
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- 1963-01-10 CH CH26763A patent/CH441241A/de unknown
- 1963-01-11 ES ES284071A patent/ES284071A1/es not_active Expired
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- 1963-01-12 DE DEN22597A patent/DE1221362B/de active Pending
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GB993251A (en) | 1965-05-26 |
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