DE1246685B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

IntCL:

C 3OB 3 1

BOIj '

Deutsche KL: 12 g -17/34

Nummer: 1 246 685

Aktenzeichen: R 26983IV c/12 g

Anmeldetag: 21. Dezember 1959

Auslegetag: 10. August 1967

In der britischen Patentschrift 753 140 ist ein Verfahren zum Herstellen von Flächentransistoren bekannt, bei dem zuerst in eine Seite einer Halbleiterscheibe Gold und dann in die gegenüberliegende Seite der Halbleiterscheibe Aluminium eindiffundiert wird, um auf beiden Seiten der η-leitenden Scheibe p-leitende Schichten und damit eine pnp-Struktur zu erzeugen. Im weiteren Verlaufe der Fertigung wird die Scheibe dann zur Beseitigung von Gitterdefekten, die bei der Diffusionserhitzung entstanden waren, erneut erhitzt, die Temperatur bei dieser erneuten Erhitzung wird jedoch so niedrig gehalten, daß keine nennenswerte weitere Diffusion der Dotierungsstoffe eintritt.

In der deutschen Auslegeschrift 1033 787 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit doppelten pn-Übergängen bzw. npn- oder pnp-Zonen mittels Eindiffusion eines Akzeptor- und eines Donatorelementes verschiedener Diffusionsgeschwindigkeiten beschrieben, bei dem die beiden Aktivatorelemente, die eine unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeit haben, gleichzeitig in die erhitzte Halbleiteroberfläche eindiffundiert werden.

Demgegenüber kann bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei welchem der Leitungstyp einer dünnen Oberflächenschicht eines Halbleiterkörpers, der aus einem Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps besteht, umgekehrt, ein Teil der Oberflächenschicht mit dem umgekehrten zweiten Leitungstyp entfernt und der Halbleiterkörper erhitzt wird, der spezifische Widerstand an der zu kontaktierenden Oberfläche der durch Diffusion gebildeten Zonen verringert und gleichzeitig eine seitliche Ausbreitung der Dotierungsatome verhindert und damit die Bildung von ebenen Diffusionsfronten gefördert werden, wenn erfindungsgemäß der Halbleiterkörper in einer Atmosphäre erhitzt wird, die ein den ersten Leitungstyp erzeugendes Verunreinigungsmaterial enthält, dessen Konzentration jedoch nicht ausreicht, den Leitimgstyp der erhalten gebliebenen Oberflächenteile des zweiten Leitungstyps wieder in den ersten Leitungstyp umzukehren.

Bei einem solchen Verfahren, bei dem der Leitungstyp einer dünnen Schicht auf beiden Seiten eines plättchenförmigen Halbleiterkörpers umgekehrt wird, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vor dem Erhitzen des Halbleiterkörpers nur von einer Seite Teile der Oberflächenschicht entfernt.

Bei Verwendung einer p-leitenden Siliciumscheibe als Halbleiterkörper wird dieser vorzugsweise auf 1000 bis 1350^aC in einer Bortrioxyddampf enthaltenden Atmosphäre mit einer solchen Konzentration erhitzt, daß etwa 10¹⁸ bis 10¹⁹ Atome Bor je cm³ in Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Lome Dewey Armstrong,
Somerville, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Dezember 1958
(782 874)

~

die Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eingeführt werden.

Vorzugsweise wird der Halbleiterkörper in einem Pulver erhitzt, das aus dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers und einem geeigneten Dotierungsstoff entsteht.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. la bis If Schnittansichten eines Teiles einer Halbleiterscheibe während aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines nach dem Verfahren gemäß F i g. 1 hergestellten Halbleiterbauelementes und

F i g. 3 a bis 3 f Schnittansichten zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

Aus einem p-leitenden Süiciumeinkristall mit einem spezifischen Widerstand von etwa 3 bis 10 Ohm/cm wird eine Halbleiterscheibe 10 (Fig. la) herausgeschnitten und mit einer Mischung von Flußsäure und Salpetersäure auf eine Dicke von etwa 0,25 mm abgeätzt.

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Die Scheibe 10 wird dann etwa 30 Minuten bei eines Trägergases, das eine das Schiffchen enthal-

1200° C in Ammoniumphosphatdampf erhitzt. Da- tende Röhre durchströmt, und schließlich durch die

bei .bilden sich auf der Ober- und Unterseite der Menge des benutzten Bortrioxyds beeinflußt. Die

Scheibe 10 glasartige, phosphorhaltige Schichten Ii, Menge des in die Scheibe eindiäundierten Bors reicht

1Γ und gleichzeitig diffundiert etwas Phosphor in die 5 jedoch nicht aus, um den Leitungstyp der Schichten

Scheibe 10 ein, so daß η-leitende Schichten 12, 12' 12 in den erhöhten Bereichen 16 zu ändern. Diese

entstehen, die mit dem p-leitenden Rest der Scheibe Schichten in den Mesas sind so stark mit Phosphor

10 pn-Schichten 13 bzw. 13' bilden (F i g. 1 b). dotiert, daß sie selbst in der akzeptorhaltigen Atmo-

Die Scheibe wird dann etwa eine Minute in Sphäre η-leitend bleiben. Die Erhitzung in der akzep-48%ige Flußsäure eingetaucht, um die glasartigen io torhaltigen Atmosphäre hat zwei Wirkungen: ZuSchichten 11,11' zu entfernen. Die Siliciumscheibe 10 nächst wird eine Diffusion von Donatoratomen, d. h. wird dabei nicht nennenswert angeätzt. von Phosphoratomen, von den einzelnen Mesas 16

Bestimmte Bereiche wenigstens einer Oberfläche in seitlicher Richtung über die p-leitende Oberfläder Scheibe 10 werden dann mit einer Ätzschutz- chenschicht 17 der Scheibe verhindert und dadurch schicht überzogen. Im vorliegenden Falle wird auf i₅ die Bildung von ebenen Diffusionsfronten der Phosdie η-leitende Schicht 12 eine perforierte Metallmaske phoratome unter den Erhöhungen 16 gefördert, wie aufgelegt und eine Lösung von Apiezonwachs in F i g. 1 f zeigt. Außerdem wird der spezifische WiderTetrachlorkohlenstoff aufgesprüht. Nach Entfernen stand der p-leitenden Oberfläche 17 verkleinert. Da der Maske bleiben auf der Oberfläche der Scheibe der Basisanschluß des durch das beschriebene Verkleine Wachsflecke 14 (Fig. Ic) zurück. Die die ao fahren gebildeten Transistors später an der Fläche 17 n-Schicht 12' tragende Seite der Halbleiterscheibe angebracht wird, erleichtert die erhöhte Leitfähigkeit wird dann auf einem Glasscheibchen 15 befestigt. an dieser Oberfläche die Anbringung eines ohmschen

Die so vorbereitete Scheibe 10 wird dann eine Basisanschlusses, und der Basiswiderstand des Tranhalbe Minute in einer Mischung aus einem Volumen- sistors wird verringert.

teil konzentrierter Flußsäure und vier Volumenteilen 25 Die Scheibe 10 wird nun längs der Ebenen a'-a', konzentrierter Salpetersäure behandelt. Dabei wird b'-b', c'-c' usw. in einzelne Systeme zerschnitten, so eine ungefähr 0,008 mm dicke Schicht von den nicht daß man nach der Kontaktierung mit einer Emitterdurch die Wachsfleckchen 14 abgedeckten Oberflä- leitung 22, einem Basisanschluß 24 und einem Kolchen der Siliciumscheibe 10 abgeätzt. Da die lektoranschluß26 das in Fig. 2 dargestellte HaIbn-Schicht 12 nur etwa 0,006 mm dick ist, wird sie an 30 leiterbauelement erhält. Zur Kontaktierung können den nicht abgedeckten Teilen der Scheibe einschließ- die Elektrodenflächen durch Plattieren mit Nickellich des angrenzenden pn-Überganges entfernt und schichten versehen werden, an denen dann Platinder p-leitende Hauptteil der Scheibe wird dort frei- drahte angelötet werden,
gelegt. Die Schicht 12' wird durch das Glasscheibchen 15 gegen das Ätzmittel geschützt. Die Wachs- 35 Beispiel 2
fleckchen 14 werden nun durch mehrmaliges Waschen der Scheibe 10 in Tetrachlorkohlenstoff oder Wie F i g. 3 a zeigt, wird eine einseitig offene Röhre einem anderen Lösungsmittel entfernt, und die 37 mit einem Pulver 36 gefüllt, das aus einer 99 GeScheibe 10 wird dann vom Glasscheibchen 15 abge- wichtsprozent Germanium und 1 Gewichtsprozent löst. Die behandelte Oberfläche der Scheibe 10 weist 40 Arsen enthaltenden Legierung besteht. In das Pulver nun mindestens einen erhöhten Teil 16 (Fig. Ie) auf, 36 wird mindestens eine Scheibe 30 aus p-Germader in Größe und Form einem Wachsfieckchen 14 nium eingebettet und die so vorbereitete Röhre wird entspricht und als »Mesa« bezeichnet werden soll. dann in einem Wasserstoffofen etwa 15 Minuten auf

Die Scheibe 10 wird nun von neuem erhitzt, so etwa 850° C erhitzt. Dabei diffundiert Arsen aus daß Phosphor von den stehengebliebenen Teilen der 45 dem Pulver 36 in die Scheibe 30, so daß eine etwa n-Schicht 12 tiefer in die Scheibe eindiffundiert. Auch 0,008 mm dicke Oberflächenschicht 32 (Fig. 3b) von der n-Schicht 12' diffundiert Phosphor weiter in η-leitend wird und pn-übergang 33 entsteht,
die Scheibe hinein. Durch diesen Verfahrensschritt Wie Fig. 3c zeigt, wird dann ein Bereich auf der läßt sich der Abstand zwischen den einander gegen- einen Seite der Scheibe mit einer Wachsschicht 34 überliegenden pn-Schichten 13, 13' leicht einstellen. 50 abgedeckt, und die andere Seite der Scheibe wird mit Gemäß der Erfindung wird diese erneute Erhitzung Wachs auf einer Glasscheibe 35 befestigt. Die so vorin einer Umgebung durchgeführt, die einen Dotie- bereitete Halbleiterscheibe wird dann etwa eine rungs- oder Verunreinigungsstoff enthält, der dem Minute in einem aus Flußsäure und Salpetersäure beursprünglichen Leitungstyp der Halbleiterscheibe 10 stehenden Ätzmittel geätzt, wobei eine etwa 0,013 mm entspricht. Da bei dem vorliegenden Beispiel von 55 dicke Schicht weggeätzt wird und eine Erhöhung 36 einer p-leitenden Scheibe ausgegangen worden war, (F i g. 3 d) unter der Wachsschicht 34 stehenbleibt, muß also das Medium, in dem die erneute Erhitzung Die Ränder der Scheibe 30 werden dann mittels eines durchgeführt wird, einen Akzeptor, z. B. Bor, ent- Ultraschall-Schneidwerkzeuges entfernt,
halten. Die Wachsschicht 34 wird anschließend mit Tetra-

Die Scheibe 10 wird bei dem vorliegenden Beispiel 60 chlorkohlenstoff entfernt und die Scheibe 30 wird

in ein Schiffchen, z. B. aus Quarzglas, gelegt und von der Glasscheibe 35 abgenommen. Eine oder

dann etwa 8 Stunden bei etwa 1300° C in einer Bor- mehrere Scheiben 30 werden hierauf, wie Fig. 3e

trioxyd enthaltenden Atmosphäre erhitzt. Es wird zeigt (entsprechend Fig. 3a), in ein Pulver einge-

so viel Bortrioxid verwendet, daß sich an der bettet, das durch Mahlen einer Legierung aus

p-leitenden Oberfläche 17 der Scheibe eine Akzeptor- 05 99,99% Germanium und 0,01Vo Indium hergestellt

konzentration von etwa 10¹⁸ bis 10¹⁹ cm~^s ergibt. wurde, und etwa zwei Stunden bei 850° C in einer

Die Konzentration wird durch die Temperatur des reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Die Dicke der

Bortrioxyds, durch die Strömungsgeschwindigkeit eindiffundiertes Arsen enthaltenden Schicht 32 nimmt

dabei auf etwa 0,03 mm zu. Das eindiffundierende Indium erhöht zwar die Leitfähigkeit an der freigelegten Oberfläche der p-leitenden Scheibe, reicht jedoch nicht aus, die η-Leitfähigkeit der Schicht 32 in dem erhöhten Bereich 36 umzukehren. Das Bauelement wird dann in üblicher Weise kontaktiert.

Die an Hand der obigen Beispiele beschriebenen Verfahren lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln. An Stelle von bipolaren Transistordioden können auch Dioden oder Tetroden, Mehrfach-Halbleiterbauelemente oder Unipolar-Transistoren hergestellt werden.

Bei Beispiel 1 kann auch von einer n-leitenden Siliciumscheibe ausgegangen werden und in dieser durch Eindiffundieren eines Akzeptors eine p-leitende Oberflächenschicht erzeugen, in dem beispielsweise die Scheibe in einer Bortrioxyd enthaltenden Atmosphäre erhitzt wird. Bei der zweiten Erhitzung wird dann eine einen Donator, wie Phosphor, enthaltende Atmosphäre verwendet.

Bei einer Abwandlung des Beispiels 1 wird die Phosphor enthaltende Schicht 11, 11' nicht entfernt, wie es an Hand von Fig. Ic beschrieben worden war, sondern die Ätzschutzschicht wird unmittelbar auf die glasartige Schicht U aufgebracht. Bei der zweiten Erhitzung ist dann mehr Phosphor verfügbar, um die Phosphor enthaltenden Schichten zu vertiefen.

Zur Herstellung von pnp-Halbleiterbauelementen kann beispielsweise eine n-Gennaniumscheibe drei Stunden bei 850° C in einem Pulver erhitzt werden, das aus Germanium mit 0,1 % Gallium besteht. Beim zweiten Erbitzungsschritt wird die Germaniumscheibe dann in ein Pulver eingebettet, das aus Germanium mit 0,01 % Arsen besteht.

Es können auch andere Dotierungsstoffe und andere Diffusionsverfahren verwendet werden. Die Beispiele können beispielsweise dahingehend abgewandelt werden, daß bei der Diffusion statt eines Dampfes oder eines Pulvers eine Flüssigkeit verwendet wird. Statt der beschriebenen Wachs-Ätzschutzschichten können Photolacke verwendet werden.

Die nachfolgende Erhitzung kann im Vakuum oder einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden

anstatt, wie beschrieben, in einer reduzierenden Atmosphäre.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei welchem der Leitungstyp einer dünnen Oberflächenschicht eines Halbleiterkörpers, der aus einem Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps besteht, umgekehrt, ein Teil der Oberflächenschicht mit dem umgekehrten, zweiten Leitungstyp entfernt und der Halbleiterkörper erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in einer Atmosphäre erhitzt wird, die ein den ersten Leitungstyp erzeugendes Verunreinigungsmaterial enthält, dessen Konzentration jedoch nicht ausreicht, den Leitungstyp der erhalten gebliebenen Oberflächenteile des zweiten Leitungstyps wieder in den ersten Leitungstyp umzukehren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Leitungstyp einer dünnen Schicht auf beiden Seiten eines plättchenförmigen Halbleiterkörpers umgekehrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erhitzen des Halbleiterkörpers nur von einer Seite Teile der Oberflächenschicht entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine p-leitende Siliciumscheibe als Halbleiterkörper verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf 1000 bis 1350° C in einer Bortrioxyddampf enthaltenden Atmosphäre einer solchen Konzentration, daß etwa 10¹⁸ bis 10¹⁹ Atome Bor je cm³ in die Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eingeführt werden, erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in einem Pulver, das aus dem Halbleitermaterial des HaibTelterkörpers und einem geeigneten Dotierungsstoff besteht, erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1033 787;
britische Patentschrift Nr. 753 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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