DE1297235B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines HalbleiterbauelementesInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- niedrig gewählt, daß praktisch keine Diffusion auf-
lung eines Halbleiterbauelementes mit einem Halb- treten kann.
leiterkörper, der mit wenigstens einer hochleitenden Es ist auch bekannt, für die Herstellung eines
Rekristallisationsschicht bedeckt ist, die mit einer pnp-Germaniumtransistors die Diffusion der Basis-
ersten Zuführungselektrode versehen ist und die 5 zone gleichzeitig mit dem Aufschmelzen des Akzep-
wenigstens an der Körperoberfläche an eine zweite tors durchzuführen. In diesem Falle wird als einen
Oberflächenschicht hoher Leitfähigkeit im Körper an- Akzeptor enthaltendes Material eine Legierung von
grenzt, die in einem Abstand von der Rekristalli- Blei oder Wismut mit höchstens wenigen Prozent
sationsschicht mit einer zweiten Zuführungselektrode Gallium oder Aluminium verwendet. Während des
elektrisch verbunden ist. io Aufschmelzens diffundiert ein Donator, z. B. von der
Ein so aufgebauter Halbleiterkörper wird z. B. an- Umgebung oder der aufgeschmolzenen Legierung
gewendet bei den sogenannten Diffusionstransistoren, aus, über die Schmelzen in das darunterliegende
bei denen die Legierungselektrode und die zugehörige Germanium und in die neben der Schmelze liegende
Rekristallisationsschicht eine Leitungsart haben, die Germaniumoberfläche und bildet die n-leitende
der der eindiffundierten Oberflächenschicht entgegen- 15 Basiszone, auf der beim Abkühlen infolge der Segre-
gesetzt ist. gation des Akzeptors eine p-leitende Emitterzone mit
So sind z. B. pnp-Germaniumdiffusionstransistoren der zugehörigen Emitterelektrode rekristallisiert. In
bekannt, bei denen eine η-leitende Diffusionsschicht einem Abstand von dieser Emitterelektrode wird
die Basiszone des Transistors bildet und durch die gleichzeitig oder nachher ein als Zuführungsleiter
Diffusion eines Donators, wie z. B. von Arsen, in 20 wirksamer Basiskontakt auf der η-leitenden Obereinen
p-leitenden Ausgangskörper erzielt wird. Auf flächenschicht angebracht. Der in der Umgebung der
die n-Ieitende Diffusionsschicht wird stellenweise Legierungsemitterelektrode liegende Teil der Basisdurch
das Aufschmelzen eines einen Akzeptor ent- zone wird durch Diffusion der wirksamen Donatorhaltenden
Kontaktmaterials eine als Emitter be- verunreinigungen von der Elektrodenschmelze aus
stimmte Legierungselektrode angebracht. Unter 25 erzielt.
dieser Legierungselektrode entsteht bei Abkühlung Den oben beschriebenen bekannten Herstellungs-
nach dem Aufschmelzen eine p-leitende rekristalli- verfahren haften verschiedene Nachteile und Be-
sierte Zone, die in die η-leitende Schicht nur bis zu schränkungen an. Um nämlich noch praktisch
einem Teil der Eindringtiefe der letzteren eindringt brauchbare elektrische Eigenschaften des pn-Über-
und daher unter anderem an der Oberfläche 30 ganges, insbesondere einen angemessen hohen Wert
in der Umgebung der η-leitenden Diffusions- der Durchschlagspannung zwischen den aneinander
schicht liegt, die in einem Abstand von der grenzenden p- und η-leitenden Schichten zu erzielen
Emitterelektrode mit dem Basiskontakt des Transi- und störende »Tunneleffekte« und einen Kurzschluß
stors versehen ist. zu vermeiden, wird bei diesen bekannten Verfahren
Auch sind bereits npn-Siliciumtransistoren be- 35 die Konzentration von Donatoren oder Akzeptoren in
kannt, die dadurch hergestellt werden, daß in einem einer der beiden Schichten, insbesondere an der
η-leitenden Ausgangskörper nacheinander oder Oberfläche des Körpers, kleiner als 1018/cm3 bei
gleichzeitig eine p-leitende Diffusionsschicht und im Germanium und 1019/cms bei Silicium gewählt. Da
Oberflächenteil der letzteren eine η-leitende Diffu- die Leitfähigkeit der Rekristallisationsschicht meist
sionsschicht angebracht werden. Eine Basiselektrode 4° hoch ist infolge einer hohen Konzentration von
mit der tiefer liegenden p-leitenden Schicht, welche wenigstens etwa 1018/cm3, häufig sogar beträchtlich
als Basiszone bestimmt ist, wird dadurch erhalten, höher als 1019/cms, und diese Konzentration der
daß auf der η-leitenden Schicht, die wenigstens teil- wirksamen Verunreinigungen in der rekristallisierten
weise als Emitterzone bestimmt ist, ein Akzeptor ent- Schicht sich schwer beeinflussen läßt, wirkt dies sich
haltendes Material, z. B. in Form eines Ringes, kurz- 45 in der Praxis so aus, daß die Konzentration der wirkzeitig
bei niedriger Temperatur aufgeschmolzen wird. samen Verunreinigungen in der Oberfläche der
Die p-leitende rekristallisierte Schicht unter dieser diffundierten Oberflächenschicht nicht nur nicht
ringförmigen Basiselektrode dringt durch die n-lei- höher als der obenerwähnte Wert gewählt werden
tende Schicht hindurch bis in die p-leitende Basis- kann, sondern sogar beträchtlich niedriger gewählt
zone und umgibt auf diese Weise einen von diesem 50 werden muß. Wenn diese diffundierte Oberflächen-Ring
eingeschlossenen Teil der η-leitenden Diffu- schicht als Basiszone dient, wie es bei einem pnpsionsschicht,
der als Emitterzone wirksam ist, auf Transistor der Fall ist, führt dies zu einem verhältnisder
noch ein Emitterkontakt als Zuführungsleiter an- mäßig hohen Basiswiderstand des Transistors, was
gebracht ist. besonders für einen großen Frequenzbereich und für
Als Legierungselektrodenmaterial wird in diesen 55 hohe Leistungen unerwünscht ist; ein gleicher Nach-
Fällen häufig Aluminium verwendet, das wegen teil tritt auf, wenn die diffundierte Oberflächenschicht
seiner guten Löslichkeit bei einem pnp-Transistor als Emitterzone wirksam ist, wie es bei einem npn-
eine hohe Leitfähigkeit in der rekristallisierten Transistor der Fall ist, weil dann zum Zwecke der
Emitterzone und deswegen auch einen hohen Emitterleistung der spezifische Widerstand in der
Emitterwirkungsgrad und bei einem npn-Transistor 60 Basiszone höher gewählt werden muß und auch der
einen niedrigen Basiskontaktwiderstand sicherstellt. Emitterwiderstand erhöht wird. Gegebenenfalls
Die Diffusion des Donators und das Aufschmelzen wären höhere Konzentrationen zulässig, aber dann
des Akzeptors werden in dieser Reihenfolge als ge- ist es notwendig, nachher beim Übergang tief zu
trennte Verfahrensschritte nacheinander durchge- ätzen, um einen Anschluß der beiden Schichten
führt, da für die Diffusion eine viel höhere Tempe- 65 wenigstens an der hochleitenden Oberfläche zu ver-
ratur und längere Zeitdauer als für das Aufschmelzen hüten. Dies geht wieder mit weiteren Verwicklungen
erforderlich sind. Dabei wird die Zeitdauer des Auf- einher, da die Eigenschaften des pn-Überganges
schmelzens möglichst kurz und die Temperatur so stark abhängig von der Eindringtiefe des Ätzmittels
3 4
werden, welche schwer reproduzierbar ist, und diese leitenden Rekristallisationsschicht bedeckt ist, die mit
tiefe Ätzverengung führt auch wieder zu einer einer ersten Zuführungselektrode versehen ist und
Erhöhung des Basiswiderstandes. Es wurde bereits die wenigstens an der Körperoberfläche an eine
vorgeschlagen, den Basiswiderstand dadurch herab- zweite Oberflächenschicht hoher Leitfähigkeit im
zusetzen, daß die Dicke des neben der rekristalli- 5 Körper angrenzt, die in einem Abstand von Rekrisierten
Emitterzone liegenden Teiles der diffundierten stallisationsschicht mit einer zweiten Zuführungs-Oberflächenschicht
durch Anwendung einer getrennten elektrode elektrisch verbunden ist, und ist dadurch
Vordiffusionsbehandlung größer gewählt wird, worauf gekennzeichnet, daß für das Einlegieren der Rekridie
erzielte dicke Diffusionsschicht stellenweise ent- stallisationsschicht ein Elektrodenmaterial verwendet
ferat wird und in der so entstandenen Höhlung die io wird, das für die wirksamen Verunreinigungen der
dünne Basiszone und die Emitterzone diffundiert zweiten Oberflächenschicht eine Getterfähigkeit be-
bzw. legiert werden. Diese zusätzlichen Bearbeitungen sitzt, und daß in der angrenzenden Oberflächenführen
aber zu einer weiteren Verwicklung der Her- schicht eine Oberflächenkonzentration von wenigstens
Stellungstechnik. Außerdem wurde bereits vorge- 3 · 1018/cm3, vorzugsweise von wenigstens 1019/cm3,
schlagen, vor dem Anbringen der Legierungselek- 15 von die Leitungsart bestimmenden wirksamen Vertrode
auf der diffundierten Oberflächenschicht, die unreinigungen vorhanden ist und daß schließlich
hohe Verunreinigungskonzentration in der Oberfläche beim Einlegieren die Temperatur und die Dauer des
durch teilweise Ausdiffusion im Vakuum herabzu- Aufschmelzens und der weiteren Erhitzung derart
setzen. Dieses Verfahren hat unter anderem den gewählt sind, daß infolge der Getterwirkung des
Nachteil, daß auf diese Weise gerade jener Teil der ao Elektrodenmaterials während des Legierens in der
Oberflächenschicht, der zur Herabsetzung des unmittelbaren Umgebung des Legierungselektroden-Reihenwiderstandes
am meisten beiträgt, entfernt materials selektiv eine Herabsetzung der Konzenwird.
tration der erwähnten wirksamen Verunreinigungen
Weiter war bereits ein Verfahren bekannt, bei dem in der Oberflächenschicht erzielt wird, die eine effekdurch
Auflegieren eines reaktionsträgen Materials 95 tive Erniedrigung der örtlichen Leitfähigkeit bewirkt.
auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leit- Mit der Getterfähigkeit des Elektrodenmaterials
fähigkeitstyps und darauffolgende teilweise Rekri- wird hier in weitem Sinne gemeint, daß das Elektrostallisierung
durch Segregation eine eigenleitende denmaterial, gegebenenfalls nach erfolgter Aufnahme
oder schwach entgegengesetzt dotierte Zone erzeugt von Halbleitermaterial durch Legieren, wenigstens
wird. Anschließend wird durch Eindiffusion eines 30 bei der erwähnten höheren Temperatur die Fähigkeit
Aktivators aus einer Gasatmosphäre in der Schmelze besitzt, die wirksamen Verunreinigungen aus der aneine
Zone entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt. grenzenden Oberflächenschicht, die durch Diffusion
Mit diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, in den Halbleiterkörper oder durch teilweise Diffueine
Rekristallisationsschicht und eine praktisch sion längs der Halbleiteroberfläche das Elektrodendaran
grenzende hochdotierte Schicht zu erzeugen und 35 material erreichen, in sich aufzunehmen und festzudabei
das Auftreten von Kurzschluß- oder Tunnel- halten. Diese Getterwirkung kann unter anderem auf
effekten zu vermeiden. physikalisch-chemischen oder chemischen Wechsel-
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, Wirkungen beruhen, z. B. auf einer größeren Löslichdaß
das genannte, nicht nur bei Transistoren, sondern keit der wirksamen Verunreinigungen im Elektrodenauch
bei anderen Halbleiterbauelementen auftretende 40 material, oder auf der Bildung von Legierungen oder
Problem, eine Oberflächenschicht mit besonders chemischen Verbindungen, wie es z. B. mit den für
hoher Oberflächenkonzentration unmittelbar an eine Germanium und Silizium üblichen Donatormate-Legierungselektrode
angrenzend zu erzeugen, ohne rialien aus der Vten Spalte des Periodischen Systems
dabei die elektrischen Eigenschaften des Überganges und den Akzeptormaterialien aus der IIIten Spalte des
zwischen der Legierungselektrode mit der züge- 45 Periodischen Systems der Fall sein kann, die miteinhörigen
Rekristallisationsschicht und dem Halb- ander Am-Bv-Verbindungen, wie z. B. Aluminiumleiterkörper
in unzulässiger Weise zu stören, in ein- arsenid, bilden können.
fächer Weise dadurch gelöst werden kann, daß ein Falls die Getterwirkung bereits bei einer niedrige-
Legierungselektrodenmaterial mit einer Getterfähig- ren Temperatur als die Legierungstemperatur hoch
keit für die wirksamen Verunreinigungen der Ober- 50 genug ist, kann die weitere Erhitzung völlig oder teil-
flächenschicht verwendet wird, welches bei hin- weise bei einer niedrigeren Temperatur als die
reichend hoher Temperatur lange genug erhitzt wird, Schmelztemperatur der Legierungselektrode durch-
um einem wesentlichen Teil der wirksamen Verun- geführt werden. Die Zeitdauer zur Erzielung der be-
reinigungen in der unmittelbaren Umgebung des absichtigten Herabsetzung der Leitfähigkeit wird dann
Legierungselektrodenmaterials Gelegenheit zu geben, 55 im allgemeinen beträchtlich langer sein, da die wirk-
die getternde Legierungselektrode zu erreichen. Hier- samen Verunreinigungen bei dieser niedrigeren Tem-
durch kann in einfacher Weise selektiv in der un- peratur eine wesentlich niedrigere Diffusionsgeschwin-
mittelbaren Nähe der Legierungselektrode über einen digkeit haben und somit längere Zeit brauchen, um
sehr kurzen Abstand, von z. B. 0,1 bis 1 Mikron, der das Elektrodenmaterial zu erreichen. Bei dieser wei-
durch die Temperatur bzw. Zeitdauer bedingt ist, 60 teren Erhitzung auf niedrigerer Temperatur wird die
eine beträchtliche Konzentrationserniedrigung be- Bildung der Rekristallisationsschicht praktisch nicht
sonders auch in der Halbleiteroberfläche bewirkt mehr beeinflußt, was von Vorteil sein kann,
werden, wobei unter gewissen Verhältnissen auch Vorteilhaft kann auch eine weitere Erhitzung an-
von der hohen Oberflächen-Diffusionsgeschwindig- gewendet werden, bei der das Elektrodenmaterial
keit Gebrauch gemacht werden kann. 65 sich im geschmolzenen Zustand befindet. In diesem
Die Erfindung geht somit aus einem Verfahren zur Fall kann die weitere Erhitzung aus einer Schmelz-Herstellung
eines Halbleiterbauelementes mit einem behandlung während längerer Zeit und/oder bei
Halbleiterkörper, der mit wenigstens einer hoch- höherer Temperatur bestehen, als es unter den ge-
5 6
gebenen Verhältnissen zum Aufschmelzen und Legie- der Vorwärtsrichtung bestimmt ist. Die Herabsetzung
ren üblich ist. Eine weitere Erhitzung auf höhere der für die Leitung effektiven Verunreinigungskon-Temperatur,
wobei sich das Elektrodenmaterial im zentration, welche durch Anwendung des Verfahrens
geschmolzenen Zustand befindet, bietet den Vorteil, nach der Erfindung selektiv über sehr kurzen Abdaß
die Getterfähigkeit des Elektrodenmaterials und 5 stand von der Legierungselektrode bewerkstelligt werdie
Diffusionsgeschwindigkeit der wirksamen Ver- den kann, ist günstig, um den für viele Halbleiterbauunreinigungen
bei höherer Temperatur beträchtlich elemente, wie Transistoren und sonstige Bauelemente
höher sein können und auch die Abführung ab dem mit p-n-Übergängen unerwünschten Kurzschluß und
Rand in den Rest des Elektrodenmaterials durch die einen negativen Widerstand durch Tunneln der
Schmelze hindurch beträchtlich schneller verlaufen io Ladungsträger in der Vorwärtsrichtung zu verhüten,
kann. während im Rest der Oberflächenschicht der Vorteil
Bei der weiteren Erhitzung kann der Körper im einer besonders hohen Oberflächenkonzentration beiganzen
auf die gewünschte Temperatur erhitzt wer- behalten werden kann.
den, z. B. in einem Ofen, in dem auch das Auf- Selbstverständlich kann das Elektrodenmaterial
schmelzen erfolgt. Während der weiteren Erhitzung 15 selbst wirksame Verunreinigungen enthalten, vorauskann
auch ein elektrischer Strom, z. B. in Form von gesetzt, daß sie nicht durch gleichzeitige Ausdiffusion
Stromimpulsen, durch den Übergang von der Rekri- den durch die Getterwirkung beabsichtigten Effekt
stallisationsschicht zur Oberflächenschicht über die einer Konzentrationsabnahme der wirksamen Verunauf
diesen Schichten vorhandenen Zuführungselek- reinigungen der Oberflächenschicht und der örtlichen
troden geschickt werden. Diese Stromdurchführung, ao effektiven Leitungsabnahme völlig zunichte machen,
die naturgemäß nicht so intensiv sein soll, daß damit Dem Elektrodenmaterial werden daher zweckmäßig
unerwünschte Änderungen in der Struktur des Kör- wirksame Verunreinigungen zugesetzt, die eine bepers
und der Elektroden einhergehen, kann teilweise trächtlich niedrigere Diffusionsgeschwindigkeit haben
zur weiteren Erhitzung beitragen und auch am Über- als die Diffusionsgeschwindigkeit der wirksamen Vergang
eine Wärmeableitung herbeiführen, besonders 35 unreinigungen der zweiten Oberflächenschicht, so daß
wenn es sich um einen pn-übergang handelt, und auf der Effekt der Getterwirkung praktisch nicht oder nur
diese Weise auch eine Erhöhung der Diffusions- wenig durch Ausdiffusion gestört wird. Ein gewisses
geschwindigkeit veranlassen. Nach Maßgabe des Maß der Ausdiffusion ist in der Praxis schwer ver-Fortschreitens
der Konzentrationserniedrigung beim meidbar und ist auch nicht hinderlich, solange die
Übergang wird die damit einhergehende Widerstands- 30 Leitungsabnahme infolge der Getterwirkung wenigerhöhung
dieser Wärmeableitung besonders in der stens teilweise beibehalten wird. Es ist aber auch
Umgebung des Übergangs konzentrieren und daher möglich, in bestimmten Fällen im Elektrodenmaterial
eine selektive Konzentrationsherabsetzung beim wirksame Verunreinigungen zu verwenden, die eine
Übergang in Zusammenwirkung mit der Getterwir- höhere Diffusionsgeschwindigkeit haben, wenn sie
kung des Elektrodenmaterials begünstigen können. 35 z. B. erst am Ende der Getterbehandlung zugeführt
Die Erfindung kann für die Herstellung von Halb- werden oder ein Elektrodenmaterial verwendet wird,
leiterbauelementen vorteilhaft sein, bei denen die das diese Verunreinigungen dermaßen an sich bindet,
Leitungsart der Rekristallisationsschicht und des daß eine Ausdiffusion wenigstens in solchem Maße
Elektrodenmaterials gleich der der angrenzenden vermieden wird, daß die effektive Leitungsabnahme
Oberflächenschicht ist, z. B. um zwischen der Re- 40 nicht völlig zunichte gemacht wird. Wenn die Verkristallisationsschicht
und der angrenzenden Ober- unreinigung im Elektrodenmaterial von entgegenflächenschicht
über einen sehr kurzen Abstand einen gesetzter Art ist, kann sie bei geringer Ausdiffusion
Halbleiterbereich mit effektiver Leitungsherabsetzung unter gewissen Verhältnissen zu einer weiteren Abzu
bewirken. Dieser Bereich kann z. B. als photo- nähme der effektiven Leitung durch Ausgleich beiempfindlicher
Teil einer Photozelle mit sehr kleinem 45 tragen. Unter Berücksichtigung des Vorhergehenden
Elektrodenabstand verwendet werden, bei der die kann für die Bildung eines p-n-Übergangs das Elek-Rekristallisationsschicht
mit der Legierungselektrode trodenmaterial Donatorverunreinigungen für die BiI-einerseits
und die Oberflächenschicht mit der Zufüh- dung einer η-leitenden Rekristallisationsschicht entrungselektrode
andererseits die Elektroden darstellen. halten, während in der angrenzenden Oberflächen-Dieser
Bereich kann z. B. auch den Zwischenraum 50 schicht Akzeptorverunreinigungen für die Bildung
zwischen einer Zu- und Abführungselektrode eines einer p-leitenden Oberflächenschicht verwendet wer-Feldeffekttransistors
darstellen, wozu mit diesem Be- den. Andererseits ist für die Bildung eines p-n-Überreich
noch eine Torelektrode verbunden werden ganges mit besonderem Vorteil ein Elektrodenmatemuß.
rial verwendbar, das wenigstens teilweise aus Akzep-
Die Erfindung ist aber auch besonders vorteilhaft 55 torverunreinigungen für die Bildung einer p-leitenden
für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Rekristallisationsschicht besteht, während in der aneinem
p-n-Übergang. In diesem Fall besteht das grenzenden Oberflächenschicht Donatorverunreini-Elektrodenmaterial
wenigstens teilweise aus wirk- gungen für die Bildung einer η-leitenden Oberflächensamen
Verunreinigungen einer Art entgegengesetzt zu schicht verwendet werden. Letzteres Verfahren bietet,
der der danebenliegenden zweiten Oberflächenschicht, 60 wenigstens für den am meisten üblichen Halbleiter
so daß nach dem Legieren zwischen der Rekristallisa- Germanium, der Vorteil, daß die Akzeptormaterialien
tionsschicht der Legierungselektrode und der erwähn- selbst, insbesondere Aluminium und auch Indium,
ten Oberflächenschicht ein p-n-Übergang gebildet eine Getterwirkung für die Donatorverunreinigungen
wird. Die Erfindung ist besonders von Wichtigkeit für haben und in zweckmäßiger Weise mit einem HaIbdie
Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes 65 leiter legiert werden können, während die Diffusionsmit
einem p-n-Übergang, dessen p-n-Übergang zwi- geschwindigkeit dieser Akzeptormaterialien, wenigschen
der Rekristallisationsschichl und der zweiten stens in Germanium, gegenüber der der Donatorver-Oberflächenschicht
im wesentlichen zum Betrieb in unreinigungen vernachlässigbar ist.
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Die Oberflächenschicht mit der hohen Oberflächen- niedergeschlagen, während auf dieser Rekristallisakonzentration
kann vorher im Körper angebracht tionsschicht sich der Rest des Elektrodenmaterials als
sein und z. B. aus einer in an sich aus der Epitaxial- metallisch leitende Elektrodenschicht abscheidet. Auf
technik bekannten Weise auf der Halbleiteroberfläche dieser metallisch leitenden Elektrodenschicht kann in
epitaktisch aus der Dampfphase oder Flüssigkeits- 5 vielen Fällen vorteilhaft die Zuführungselektrode für
phase angewachsenen Halbleiterschicht bestehen, in die Rekristallisationsschicht befestigt werden. Es ist
der während des Anwachsens die wirksamen Ver- aber auch möglich, diese Elektrodenschicht von der
unreinigungen eingebaut sind. Die Oberflächenschicht Rekristallisationsschicht zu entfernen und die Zufühkann
in einfacher Weise auch durch Diffusion wirk- rungselektrode unmittelbar auf der Rekristallisationssamer
Verunreinigungen im Körper angebracht wer- io schicht anzubringen, was in jenen Fällen vorteilhaft
den. Falls das Elektrodenmaterial eine so hohe sein kann, in denen die Befestigung eines Zuführungs-Getterwirkung
besitzt, daß es gleichzeitig eine ort- leiters auf der Elektrodenschicht schwerer ist als auf
liehe Maskierungsschicht darstellt, welche die Diffu- der Rekristallisationsschicht.
sion der wirksamen Verunreinigungen durch das Die Temperatur und Zeitdauer des Aufschmelzens
Elektrodenmaterial selbst in den darunterliegenden 15 und der weiteren Erhitzung müssen für eine effektive
Halbleiter lange genug sperrt, kann die Oberflächen- Getterwirkung hoch genug bzw. lange genug gewählt
schicht auch erst während des Aufschmelzens des werden, um die wirksamen Verunreinigungen zum
Elektrodenmaterials im ganzen durch Diffusion wirk- getternden Elektrodenmaterial diffundieren zu lassen,
samer Verunreinigungen von der Umgebung aus im so daß beim Übergang der rekristallisierten Schicht
Körper angebracht werden, was z. B. mit einem eine ao eine effektive Leitungsabnahme erzielt wird, andererhinreichend
große Konzentration an Aluminium be- seits aber nicht so hoch und lange, daß dadurch ansitzenden
Elektrodenmaterial möglich ist, das für die dere Größen der Struktur des Halbleiterkörpers, wie
Bildung einer p-leitenden Rekristallisationsschicht in z. B. die Dicke der Basisschicht eines Transistors, da-Germanium
verwendbar ist und gleichzeitig eine mas- durch in unzulässiger Weise beeinträchtigt werden
kierende und getternde Wirkung für die Donatoren 35 würden. Es ergibt sich, daß dies in der Praxis sehr
Antimon und Arsen aufweist. Die Diffusion der gut verwirklichbar ist, indem z. B. bei der Herstellung
Oberflächenschicht während des Aufschmelzens des eines Diffusionstransistors ein Teil der Diffusion der
Elektrodenmaterials bietet den Vorteil, daß die Auf- Emitterzone oder der Basiszone während des Aufschmelzbehandlung,
die weitere Erhitzung zum Get- schmelzens und der weiteren Erhitzung erfolgt. Außertern
und das Anbringen der Oberflächenschicht in 30 dem können unter gewissen Verhältnissen die wirkeinem
Vorgang kombiniert werden, da während der samen Verunreinigungen der Oberflächenschicht auf
Diffusion der Oberflächenschicht das Elektrodenmate- ihrem Weg zum getternden Elektrodenmaterial wenigrial
naturgemäß auch Zeit genug hat, seine Getter- stens teilweise längs der Halbleiteroberfläche laufen,
wirkung auszuüben. Die Diffusion der Oberflächen- wo die Diffusionsgeschwindigkeit im allgemeinen
schicht kann vorteilhaft vor dem Aufschmelzen des 35 größer ist als im Körper. Die Temperatur und die
Elektrodenmaterials durchgeführt werden. Das Elek- Zeitdauer hängen also auch von der Diffusionstrodenmaterial
braucht dann nicht so lange und so geschwindigkeit, von der ursprünglichen Oberflächenintensiv der Einwirkung der diffundierenden Verun- konzentration und der gewünschten Abnähme, von
reinigungen ausgesetzt zu werden. Auf diese Weise dem Abstand, über den die Abnahme erfolgen muß,
sind auch Elektrodenmaterialien mit einer weniger 40 und von der Getterfähigkeit des Elektrodenmaterials
hohen Getterleistung, welche für Maskierung unge- ab. Mit einer effektiven Leitungsabnahme wird eine
eignet wären, verwendbar. Außerdem braucht in das solche Konzentrationsabnahme gemeint, daß sie für
Elektrodenmaterial lediglich ein niedriger Gehalt an das gegebene Halbleiterbauelement einen praktisch
den wirksamen Verunreinigungen der Oberflächen- brauchbaren Effekt liefert, wie z. B. eine praktisch
schicht aufgenommen zu werden, und die Dauer der 45 brauchbare Erhöhung des Widerstandes zwischen den
Wechselwirkung zwischen dem Elektrodenmaterial Elektroden im Fall der Photozelle und des Feldeffekt-
und den wirksamen Verunreinigungen ist kürzer, wo- transistors, die im vorhergehenden bereits besprochen
durch praktisch keine chemischen Umsetzungen im wurden. Im Fall eines p-n-Überganges zwischen der
Elektrodenmaterial erfolgen, welche die Befestigung Rekristallisationsschicht und der Oberflächenschicht
von Zuführungsleitungen, z. B. durch Wärme-Druck- 50 werden die Temperatur und die Zeitdauer des AufVerbindung,
auf dem Legierungselektrodenmaterial schmelzens und der weiteren Erhitzung zweckmäßig
erschweren könnten. Um eine Abnahme der Ober- wenigstens derart gewählt, daß ein Kurzschluß oder
flächenkonzentration zu verhüten oder die Ober- das Auftreten negativer Widerstände durch Tunneln
flächenkonzentration noch weiter zu erhöhen, kann in der Vorwärtscharakteristik, ohne Nachätzbehandes
im Fall einer wenigstens teilweise vorher ange- 55 lung oder nach Anwendung höchstens einer leichten
brachten Oberflächenschicht erwünscht sein, während Nachätzbehandlung, vermieden werden. Dabei sollte
des Aufschmelzens und/oder der weiteren Erhitzung eine Durchschlagspannung in der Sperrichtung von
eine wirksame Verunreinigung gleicher Art wie die wenigstens 0,1V oder sogar 0,2 V erreicht werden.
Oberflächenschicht, insbesondere die wirksame Ver- Diese Werte und noch beträchtlich höhere Werte
unreinigung der Oberflächenschicht selbst, von der 60 können durch Anwendung der Erfindung sogar bei
Umgebung aus in Form von Dampf der Halbleiter- hohen Oberflächenkonzentrationen von z.B. 7-1019
oberfläche zuzuführen. Wenn unter den herrschenden pro Kubikzentimeter in vielen Fällen bereits ohne
Verhältnissen des Aufschmelzens und der weiteren Nachätzbehandlung erzielt werden. Auch im Fall
Erhitzung praktisch keine oder wenigstens keine einer leichten Nachätzbehandlung, und dies gilt um
störende Abnahme auftritt, kann auf diese zusatz- 65 so mehr, wenn sogar diese durch Anwendung der Erliche
Zuführung verzichtet werden. findung überflüssig ist, wird bereits eine beträchtliche
Die Rekristallisationsschicht wird nach dem Auf- Verbesserung gegenüber den bekannten Verfahren
schmelzen aus der Elektrodenmaterialschmelze erreicht, bei denen sogar bei beträchtlich niedrigeren
9 10
Oberflächenkonzentrationen das Wegätzen eines be- geringe Schichtstärken, z. B. von nur wenigen Mikron
trächtlichen Teiles der Oberfläche beim Übergang oder noch kleiner, wie sie bei sehr hohen Frequenzen
notwendig war und eine sehr kritische Bearbeitung für die Basiszone eines Transistors erforderlich sind,
bedeutete. Obwohl daher durch Anwendung der Er- erreichen. Besonders bei diesen geringen Schichtfindung
in vielen Fällen ohne Nachätzbehandlung ge- 5 stärken und auch für größere Leistungen werden aber
arbeitet werden kann oder höchstens eine leichte die Reihenwiderstände in diesen Schichten, z. B. der
Nachätzbehandlung genügt, ist es bei dem Verfahren Basiswiderstand, ein großes Hindernis für die Ausnach
der Erfindung auch möglich, für eine weitere dehnung des Frequenzbereiches bilden, da diese Rei-Erhöhung
der Durchschlagspannung den durch An- henwiderstände einen beträchtlichen Verlust an Verwendung
der Erfindung erzielten an sich bereits gün- io Stärkung und eine Erhöhung des Rauschpegels herstigen
Wert durch eine Nachätzbehandlung weiter zu beiführen. In dieser Hinsicht liefert das Verfahren
erhöhen. nach der Erfindung gerade eine besonders wertvolle
Wenn während des Aufschmelzens und der weite- Ergänzung der bekannten Techniken, da sie es mögren
Erhitzung die Oberflächenschicht noch zu einem lieh macht, in einfacher Weise Schichten mit sehr
beträchtlichen Teil in den Körper weiter eindiffun- 15 hohen Oberflächenkonzentrationen in einem sehr kurdiert
wird, werden die Temperatur und die Zeitdauer zen gegenseitigen Abstand, der durch Zeitdauer und
naturgemäß auch für eine effektive Getterwirkung Temperatur einfach einstellbar ist, nebeneinander in
hinreichend sein. Zur Erzielung einer günstigen einer Halbleiteroberfläche anzubringen, wodurch die
Getterwirkung werden zweckmäßig eine Temperatur Reihenwiderstände und ihre nachteiligen Effekte
und eine Zeitdauer des Aufschmelzens und der wei- ao wesentlich herabgesetzt werden können,
teren Erhitzung verwendet, deren Diffusionspunkt Durch Anwendung der Erfindung kann sowohl in D ■ t wenigstens gleich 1O-11 cm2 ist, wobei D die der Rekristallisationsschicht als auch in der unmittel-Diffusionskonstante in cm2/Sek. der wirksamen Ver- bar angrenzenden Diffusionsschicht eine besonders unreinigung der Oberflächenschicht im Halbleiter- hohe Leitfähigkeit verwendet werden, und infolge körper bei der verwendeten Temperaturbehandlung 25 der Getterwirkung kann während des Aufschmelzens und t die Zeitdauer in Sekunden darstellt. Wenn sich und der weiteren Erhitzung selektiv beim Übergang die Temperatur ändert, wird der über die Zeitdauer eine beträchtliche Konzentrationsabnahme über einen integrierte Wert dieses Produktes gemeint. In dieser sehr kurzen Abstand erreicht werden, was für einen Hinsicht und unter anderem auch durch die Anwen- hohen Basiswiderstand günstig ist.
dung einer höheren Oberflächenkonzentration unter- 30 Als akzeptorhaltiges Elektrodenmaterial mit Getscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung auch terfähigkeit hat sich insbesondere ein Elektrodendeutlich von den bekannten Verfahren, bei denen nur material als geeignet erwiesen, das eine hinreichende bei niedriger Temperatur und/oder so kurze Zeit Konzentration an Aluminium enthält, vorzugsweise nachlegiert wird, daß praktisch keine Diffusion auf- wenigstens 30 Atomprozent, und vielfach ist es betreten kann. 35 sonders zweckmäßig, ein im wesentlichen aus AIu-
teren Erhitzung verwendet, deren Diffusionspunkt Durch Anwendung der Erfindung kann sowohl in D ■ t wenigstens gleich 1O-11 cm2 ist, wobei D die der Rekristallisationsschicht als auch in der unmittel-Diffusionskonstante in cm2/Sek. der wirksamen Ver- bar angrenzenden Diffusionsschicht eine besonders unreinigung der Oberflächenschicht im Halbleiter- hohe Leitfähigkeit verwendet werden, und infolge körper bei der verwendeten Temperaturbehandlung 25 der Getterwirkung kann während des Aufschmelzens und t die Zeitdauer in Sekunden darstellt. Wenn sich und der weiteren Erhitzung selektiv beim Übergang die Temperatur ändert, wird der über die Zeitdauer eine beträchtliche Konzentrationsabnahme über einen integrierte Wert dieses Produktes gemeint. In dieser sehr kurzen Abstand erreicht werden, was für einen Hinsicht und unter anderem auch durch die Anwen- hohen Basiswiderstand günstig ist.
dung einer höheren Oberflächenkonzentration unter- 30 Als akzeptorhaltiges Elektrodenmaterial mit Getscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung auch terfähigkeit hat sich insbesondere ein Elektrodendeutlich von den bekannten Verfahren, bei denen nur material als geeignet erwiesen, das eine hinreichende bei niedriger Temperatur und/oder so kurze Zeit Konzentration an Aluminium enthält, vorzugsweise nachlegiert wird, daß praktisch keine Diffusion auf- wenigstens 30 Atomprozent, und vielfach ist es betreten kann. 35 sonders zweckmäßig, ein im wesentlichen aus AIu-
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfin- minium bestehendes Elektrodenmaterial zu verwendung
sind gewünschtenfalls auch noch höhere Ober- den, dem zur Förderung eines gleichmäßigen Legieflächenkonzentrationen
als 1019/cm3, insbesondere rens vorteilhaft auch eine kleine Indiummenge zugevon
wenigstens 2 · 109 cm3 vorteilhaft verwendbar. setzt sein kann. Auch Indium und Indium-Gallium-Die
Oberflächenkonzentration kann sogar höher als 40 Legierungen haben sich geeignet erwiesen, obwohl
4 · 1019/cm3 gewählt werden. So wurden in der Praxis Aluminium in vielen Fällen wegen seiner geringegünstige
Ergebnisse, z. B. bereits mit 7 · 1019/cm3 ren Oberflächendiffusionsgeschwindigkeit, besonders
Arsen in Germanium mit einem aluminiumhaltigen beim Legieren mit Germanium, vorzuziehen ist. Alu-Elektrodenmaterial
erreicht, und auch bei noch minium besitzt außerdem die Eigenschaft, daß es die höheren Konzentrationen kann das Verfahren 45 Donatordiffusion hinreichend lange maskieren kann,
nach der Erfindung vorteilhaft angewendet Obwohl die Erfindung auch bei anderen Halbleitern
werden. anwendbar ist und unter anderem bei Silicium ähn-
Die Erfindung sowie deren oben beschriebene Aus- liehe günstige Effekte mit z. B. Aluminium als Elek-
führungsform sind von besonderer Wichtigkeit für trodenmaterial auftreten können, hat sich die Erfin-
die Herstellung von Transistoren für ultrahohe Fre- 50 dung doch bei der Herstellung von Halbleitervorrich-
quenzen, z. B. mit einer Grenzfrequenz über 500MHz, tungen mit einem Halbleiterkörper aus Germanium
und für die Herstellung von Leistungstransistoren besonders nützlich erwiesen. Als wirksame Verunrei-
mit einem großen Frequenzbereich. Bei diesen Tran- nigungen für die Oberflächenschicht sind mit beson-
sistoren, welche in der zur Zeit am meisten üblichen ders günstigem Effekt, insbesondere in Germanium
Form als Diffusionstransistoren ausgebildet sind und 55 und in Kombination mit Aluminium oder Indium als
bei denen auf einer Seite des Halbleiterkörpers eine Elektrodenmaterial, die Donatoren Antimon und
Emitterschicht und eine Oberflächenschicht der Arsen, besonders Arsen wegen der höheren Löslich-
Basiszone nebeneinanderliegen, kann durch Anwen- keit von Arsen in Germanium, verwendbar,
dung des Verfahrens nach der Erfindung mit beson- Die Erfindung sowie einige besondere Ausfüh-
derem Vorteil eine der beiden Schichten durch das 60 rungsformen derselben werden jetzt beispielsweise an
Aufschmelzen von dem Elektrodenmaterial mit Hand einiger detaillierteren Ausführungsbeispiele
Getterfähigkeit gebildet werden, während in der an- und schematischen Figuren näher erläutert,
deren Schicht die erwähnte hohe Oberflächenkonzen- F i g. 1, 2, 4, 5 und 6 zeigen im Querschnitt auf-
tration eingebaut wird, wobei die zuletzt genannte einanderfolgende Stadien eines Halbleiterkörpers bei
Schicht durch epitaktisches Anwachsen oder durch 65 der Herstellung eines n-p-n-Transistors;
Diffusion angebracht sein kann. Durch epitaktisches Fig. 3 ist eine Draufsicht des Halbleiterkörpers
Anwachsen und insbesondere auch durch Feststoff- nach Fig. 4;
diffusion lassen sich mit großer Genauigkeit äußerst Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterkör-
11 12
pers eines p-n-p-Transistors während des erfindungs- Maßstab darstellen. Auch in den weiteren F i g. 4
gemäßen Herstellungsverfahrens. bis 6 ist zur Vereinfachung und Verdeutlichung der
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Ger- Zeichnung nur die Behandlung dieses Teiles der
maniumtransistoren der n-p-n-Art für hohe Frequen- Platte 1 dargestellt, weil die Behandlung der anderen
zen wird z. B. von einer η-leitenden Germanium- 5 99 Teile gleichzeitig (wenigstens bis F i g. 5) und in
platte 1 mit einem spezifischen Widerstand von etwa gleicher Weise erfolgt.
0,5 Ohm cm und mit Abmessungen von z.B. F i g. 3 zeigt in Draufsicht deutlicher die Form des
10 mm · 10 mm · 100 μ ausgegangen, so daß 100 die- Ringes 4, der eine Höhlung 10 aufweist und um-
ser Transistoren gleichzeitig auf dieser Platte herge- schließt, die gegenüber dem Ring asymmetrisch liegt
stellt werden können. Die Platte 1 enthält den Lei- io und eine Oberfläche der η-leitenden Schicht 13 frei
tungstyp bestimmende Verunreinigung Antimon in läßt. Der Ring hat einen Außendurchmesser von etwa
einer Konzentration von etwa 3 · 1015/cm3, das in 60 μ, und die Form der Höhlung 10 entspricht etwa
Germanium schnell eindiffundiert (s. F i g. 1). der eines Halbkreises, der den gleichen Mittelpunkt
In die η-leitende Platte 1 wird eine etwa 1,6 μ hat wie der Umriß des Ringes und einen Radius von
starke p-leitende Schicht 2 dadurch eindiffundiert, 15 etwa 20 bis 25 μ. Diese längliche Form der Höhlung
daß die mit 4 ■ 1018 Indiumatome pro Kubikzentime- bietet den zusätzlichen Vorteil einer günstigen Komter
enthaltenden Germaniumpulver bedeckte Platte bination eines niedrigen Basiswiderstandes und einer
etwa 2 Stunden lang in einer Wasserstoffatmosphäre niedrigen Kollektorkapazität und gestattet dennoch
bei etwa 800° C erhitzt wird. Da Indium eine lang- eine einfache Kontaktierung. Die Stärke des aufgesam
diffundierende Verunreinigung ist, hat das ao dampften Ringes vor dem Legieren beträgt etwa
schnell diffundierende Antimon Zeit genug, auch 0,4 μ. Durch das Aufschmelzen entsteht eine Renoch
auszudiffundieren, wodurch die als Basiszone kristallisationsschicht 5 mit praktisch gleicher Gestalt
bestimmte p-leitende Schicht 2 über den p-n-Über- wie der Ring 4. Die Rekrisallisationsschicht 5, welche
gang 3 schließlich in eine η-leitende Übergangsschicht durch den Aluminiumgehalt eine hohe Akzentorkonmit
einer herabgesetzten effektiven Donatorkonzen- 25 zentration von 1019/cm3 bis 1020/cm3 besitzt, dringt
tration übergeht, auch durch Ausgleich im Ursprung- bis auf kurzen Abstand vom p-n-Ubergang 3 in die
lieh η-leitenden inneren Körperteil, der als Kollektor- Platte ein. Wenn der spezifische Widerstand der n-leizone
bestimmt ist. Noch günstiger ist ein p-n~-n+- tenden Schicht 1 nicht zu niedrig ist oder keine hohen
Übergang von der Basiszone zum Kollektor, der zum Anforderungen an die Kollektorkapazität gestellt
Erreichen einer niedrigen Kollektorkapazität und 30 werden, darf die Rekristallisationsschicht 5 gewünscheines
niedrigen Kollektorwiderstandes angestrebt tenfalls auch bis in den η-leitenden Körper einwird,
wenn dieser Übergang durch epitaktisches dringen.
Anwachsen aus der Dampfphase auf einer η-leiten- Der Ring 4 besteht beim Aufdampfen vorzugsweise
den Unterlage oder durch eine Kombination von An- im wesentlichen aus Aluminium mit einem Gehalt
wachsen und Diffusion, wie bereits in der Einleitung 35 an Indium, z. B. 6 Volumprozent. Zweckmäßig wird
angegeben wurde, hergestellt wird. zuerst das Indium und dann das Aluminium aufge-
Die Oberseite der Platte 1 wird dann mit einer ätz- dampft. Der Indiumzusatz begünstigt ein gleichmäßibeständigen
Wachsschicht bedeckt und von ihrer ges Legieren des Germaniums. Unterseite wird in einem aus 10 Volumteilen HF Das Aluminium 4 hat eine Getterfähigkeit für
(50%), 14 Volumteilen HNO3 (65%), 1 Volumteil 40 Arsen. Das Aufschmelzen des Aluminiums 4 und die
H2O und 0,5 Volumteil Alkohol bestehenden Ätz- weitere Erhitzung werden zu einer Temperaturbebad
eine etwa 5 μ starke Schicht (einschließlich der handlung kombiniert, wozu das Ganze in einem Ofen
Schicht 2 an der Unterseite) gemäß der gestrichelten auf 700° C erhitzt wird, und zwar derart, daß in einer
Linie 6 weggeätzt. Anschließend wird die Platte Zeitdauer von 50 Sekunden die Temperatur von 500
5 Minuten lang bei 650° C in einer Arsenatmosphäre 45 auf 700° C erhöht wird, dann die Temperatur einige
erhitzt, wobei als Diffusionsquelle reines Arsen ver- Sekunden lang, z. B. 2 Sekunden, auf 700° C aufwendet
wird, das auf 440° C erhitzt wird. Das Ganze rechterhalten wird und schließlich 90 Sekunden lang
erfolgt in einer reinen H2-Atmosphäre. Während die- von 700 auf 500° C abgekühlt wird. Bei 500 bzw.
ser Erhitzung wird im Körper (s. F i g. 2) allseitig 600 und 700° C beträgt die Diffusionskonstante von
eine η-leitende Schicht 13 mit einer Stärke von 0,4 μ 50 Arsen 2 · 10~15 cnWSek. bzw. 1,1 · 10~13 cm2/Sek.
gebildet, deren Konzentration an der Oberfläche etwa und 2,6 · 10~12 cm2/Sek. bei einer Oberflächenkon-7
· 1019 pro Kubikzentimeter beträgt und die als zentration von 7 · 1019 As/cm3. Das integrierte D ■ t
Emitterzone bestimmt ist. Auf die Oberseite werden Produkt dieser Temperaturbehandlung beträgt wenigdann
auf die n-Schicht 13, gleichmäßig verteilt und stens 3 · 10-" cm2. Die Diffusionskonstante ist unter
in einem gegenseitigen Abstand von etwa 0,9 mm, 55 500° C vernachlässigbar. Während dieser Tempera-100
im wesentlichen nur aus Aluminium bestehende turbehandlung kann das Arsen aus der Oberflächen-Ringe
4 über eine Maske in an sich üblicher Weise schicht 13 in das angrenzende Aluminium 3 und die
in 10 Reihen von je 10 aufgedampft. In F i g. 2 ist dadurch entstandene Schmelze eindiffundieren, so
der Querschnitt der Platte an der Stelle einer Reihe daß das Aluminium als Getter wirksam ist. Hierdurch
von 10 Ringen dargestellt. Anschließend erfolgen das 60 ist am Rand des Aluminiumringes 4 und der p-leiten-Aufschmelzen
des Aluminiums 4 und die weitere Er- den Rekristallisationsschicht 5 über einen sehr kurzen
hitzung. Abstand, von 0,1 bis 1 μ, eine herabgesetzte Arsen-
Das eine und das andere kann an Hand der F i g. 3 konzentration im Bereich 6 gebildet. Nach dem Abnäher
erläutert werden, welche in Draufsicht bzw. in kühlen werden aus der Schmelze des Aluminiums 4,
Querschnitt einen Teil der Platte nach Fig. 1, näm- 65 das durch die η-leitende Schicht 13 hindurch bis zur
lieh denjenigen Teil, der sich zwischen den gestrichel- Linie 8 in die Schicht 2 durch Lösung von Germaten
Linien 7 befindet und einem endgültigen Transi- nium eingedrungen ist (s. F i g. 5), die p-leitende Restor
entspricht, detaillierter und in vergrößertem kristallisationsschicht 5 und der Kontakt 4 abge-
13 14
schieden, so daß an der Oberfläche des Körpers eine Es ergibt sich, daß ein solcher Transistor der n-p-nhochdotierte
p-leitende Rekristallisationsschicht 5 mit Art, auch durch die Anwendung des Verfahrens nach
dem Kontakt 4 neben einem hochdotierten Ober- der Erfindung, außerordentlich gute Eigenschaften
flächenteil der η-leitenden Diffusionsschicht 13 liegt. besitzt und die Herstellung infolge der Anwendung
Trotzdem ergibt sich, daß ein Kurzschluß und stö- 5 der Erfindung doch einfach und reproduzierbar ist.
rende Tunneleffekte vermieden sind, und die für So beträgt die Verstärkung eines solchen Transistors
einen Emitterübergang günstige Durchschlagsspan- bei 800 MHz noch 13 bis 16 db und die Emitternung
von 0,2 bis 0,4 V wird meist bereits ohne durchschlagsspannung 0,12 bis 0,4 V. Die Grenzfreleichte
Nachätzbehandlung erreicht, das als über- quenz ist z.B. höher als 2000MHz oder noch höher,
raschend anzusehen ist. io Der Rauschfaktor kann außerdem außerordentlich
In den F i g. 4 bis 6 ist daher dargestellt, daß der niedrig sein, nämlich 5 bis 6 db, was auf das Auf tre-Emitterübergang
9 die Halbleiteroberfläche in kur- ten eines sehr niedrigen Basiswiderstandes von etwa
zem Abstand von der Schmelze 12 bzw. vom Basis- 25 bis 50 Ohm cm bei der gegebenen geringen Stärke
kontaktring 4 schneidet, wofür auch an einem ge- der Basiszone von etwa 1 μ hinweist,
machten Schliff einer größeren Ausbildung einer sol- 15 Es hat sich auch als möglich erwiesen, die Diffuchen
Konfiguration Hinweise gefunden sind. Die sion der Schicht 13 völlig oder teilweise nach dem
Saugwirkung der Elektrodenmaterialschmelze kann Anbringen der Aluminiumringe 4 während des Aufsogar
so intensiv sein, daß die Donatorkonzentration schmelzens durchzuführen, wobei die Aluminiumüber
diesen Abstand dermaßen herabgesetzt wird, Germanium-Schmelze neben der Getterwirkung auch
daß eine dünne p-leitende Schicht 6 von der ur- ao eine hinreichend maskierende Wirkung aufweist. Die
sprünglichen Schicht 2 zwischen der Schmelze und Zeitdauer des Aufschmelzens ist in diesem Fall entder
η-leitenden Diffusionsschicht verbleibt. Eine so sprechend langer, um die gewünschte Eindringtiefe
große Herabsetzung der Donatorkonzentration, ob- der Schicht 13 zu erzielen. Das obengegebene Beiwohl
diese vorzugsweise angestrebt wird, ist aber spiel, bei dem die Diffusion der Schicht 13 im wesentnicht
notwendig, da eine Verbesserung der Durch- as liehen vor dem Anbringen der Aluminiumringe 4 erschlagspannung
naturgemäß auch dann erreicht wird, folgte, bietet aber den Vorteil, daß der Zuführungswenn die η-leitende Diffusionsschicht 13 mit herab- draht 23 nachher einfacher und fester am Alumigesetzter
Donatorkonzentration an der Rekristallisa- niumring 4 geheftet werden kann, wahrscheinlich
tionsschicht 5 und dem Basiskontakt 4 angrenzt. wegen des Umstandes, daß die Aluminium-Germa-
Die außerhalb des Ringes 4 liegenden Teile der 30 nium-Schmelze kürzere Zeit der Arseneinwirkung
η-leitenden Schicht 13 und der p-leitenden Schicht 14 ausgesetzt wurde,
werden anschließend längs der gestrichelten Linien Aus folgenden Prüfungen möge hervorgehen, daß
15 weggeätzt (s. Fig. 5). Dazu wird die Unterseite nicht nur Kontaktmaterialien geeignet sind, die
der Platte mittels einer ätzbeständigen Wachsschicht wenigstens zur Hauptsache aus Aluminium be-
16 maskiert, und auf die Oberseite der Platte wird 35 stehen.
gleichfalls eine Maskierungsschicht 17 auf die Ringe 4 So wurde festgestellt, daß z.B. Kontaktmaterial-
und die Höhlung 10 aufgebracht, was z. B. auf photo- schichten aus Aluminium—Gold—Nickel (0,1 μ Al,
graphischem Wege oder durch Aufdampfen über eine 0,1 μ Au, 0,1 μ Ni) und aus Aluminium—Blei (0,1 μ
Maske in an sich üblicher Weise erfolgen kann. Das Al, 0,1 μ Pb, 0,1 μ Al) gleichfalls eine Getterwirkung
Ganze wird anschließend in einem aus 10 Volum- 40 für Arsen aufweisen. Die Durchschlagspannung beteilen
HF (50%), 14 Volumteilen HNO3 (65%), trägt in beiden Fällen nach leichtem Anätzen etwa
1 Volumteil H2O und 0,5 Volumteil Alkohol be- 0,3 V. Ähnliche günstige Ergebnisse werden auch mit
stehenden Ätzbad untergetaucht, bis etwa 5 μ längs Indium und Indium-Gallium-Legierungen, z. B.
der gestrichelten Linien 15 von der Oberseite wegge- 0,5 % Ga, erzielt.
ätzt ist, worauf die Maskierungsschichten 16 und 17 45 Aus nachfolgendem Beispiel möge hervorgehen,
gelöst und entfernt werden. daß die Getterwirkung und die teilweise Maskierwir-Die
ganze Platte nach Fig. 1 hat bisher dieselbe kung auch bei Anwendung einer vordiffundierten
Behandlung erfahren. Jetzt wird die Platte 1 durch Schicht verwertet werden können.
Kratzen und Brechen in die einzelnen 100 Transisto- In eine p-leitende Germaniumplatte mit einem speren
geteilt. Die Unterseite jedes Transistors wird 50 zifischen Widerstand von etwa 0,5 Ohm cm wird
(s. F i g. 6) auf einem vergoldeten Fernicoträger 20 4 Minuten lang bei 650° C Arsen bei einer Obermit
einer Goldschicht 20 bei etwa 500° C gelötet. flächenkonzentration von 7 · 1019/cm3 eindiffundiert
Der Ring 4 mit der rekristallisierten Schicht 5, der (As-Quelle auf 440° C), wobei eine 0,6 μ starke nals
ohmsche Basisverbindung dient, umschließt den Schicht entsteht. Auf diese wird ein Aluminium-Emitter
13 in sehr kurzem und automatisch reprodu- 55 Indium-Ring mit gleichen Abmessungen und gleicher
zierbarem Abstand, so daß Schwierigkeiten beim An- Zusammensetzung, wie bereits an Hand der F i g. 3
bringen eines Basiskontaktes in kurzem Abstand von bis 6 beschrieben wurde, aufgedampft und bei 700° C
der Emitterzone bereits vermieden sind. Auf der bis auf eine Tiefe von etwa 1 μ vorlegiert. Darauf
Emitterzone 13 und auf der breiten Seite des Ringes wird eine beträchtliche weitere Arsendiffusion angewerden
anschließend in an sich bekannter Weise 60 wendet, nämlich 4 Minuten lang bei 650° C, wobei
durch »Druckschweißen« etwa 7 μ starke Au-Drähte der Ring wieder zur Hauptsache geschmolzen ist und
bzw. 23 mit Hilfe eines Saphirmeißels angebracht. Arsen bei einer Oberflächenkonzentration von
Darauf wird das Ganze nötigenfalls in einem aus 7 · 1019/cm3 zugeführt wird. Die endgültige Stärke der
10%igem H2O2 bestehenden leichten Ätzmittel bei Diffusionsschicht beträgt 0,9 μ und unter der
Zimmertemperatur leicht angeätzt, um etwaige 65 Schmelze oder der daraus entstandenen p-leitenden
Metallüberreste von der Oberfläche zu entfernen. Rekristallisationsschicht ist keine Donatordiffusion
Der Transistor ist jetzt so weit fertig, daß er in oder wenigstens keine η-leitende Schicht nachweisüblicher
Weise in einer Hülle montiert werden kann. bar. Die Durchschlagspannung beträgt meist ohne
Nachätzen, gegebenenfalls nach leichtem Ätzen, infolge der Saugwirkung der Schmelze noch etwa 0,3 V.
An Hand der F i g. 7 wird jetzt eine Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung für die
Herstellung eines Transistors der p-n-p-Art auf Germanium beschrieben.
Dabei wird von einer η-leitenden Germaniumplatte
41 mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 1 Ohm cm ausgegangen. In die Platte wird zunächst
Arsen bei einer hohen Oberflächenkonzentration, von z. B. 2 · 1019/cm3, eindiffundiert. Während der Diffusion
wird die Platte 41 auf etwa 750° C erhitzt, wobei eine η-leitende Diffusionsschicht 42 mit einer
Stärke von etwa 2 μ gebildet wird. In der Diffusionsschicht 42 hat auf die für Diffusion übliche Weise die
Konzentration an der Oberfläche den vorerwähnten hohen Wert, während sie in größerer Tiefe stark abnimmt.
Die Schicht mit hoher Oberflächenkonzentration ist schematisch mit 45 bezeichnet. Auf die
Schicht 45 wird ein Streifen aus einer Al-In-Legierung 43 (7 Volumprozent In) in der Stärke von 0,3 μ und
mit einer Länge und Breite von 100 μ bzw. 25 μ aufgedampft und anschließend bei 650° C einlegiert,
wobei die Eindringtiefe der Schmelzfront 44 etwa 0,7 μ beträgt. Die Aufschmelzbehandlung wird so »5
lange ausgeführt, bis eine beträchtliche Getterwirkung auftreten kann. Beim Abkühlen setzt sich auf der
Schmelze die p-leitende Rekristallisationsschicht 46 infolge der hohen Segregationskonstante von Aluminium
an und schließlich ein metallischer Kontakt 43. Während des Aufschmelzens erfolgt praktisch keine
Donatordiffusion aus der Umgebung über die Schmelzfront 44, und infolge der Getterwirkung kann
trotz der hohen Oberflächenkonzentration doch eine günstige Durchschlagspannung zwischen der Emitterschicht
43 und der Basisschicht (42; 54) erreicht werden. Die Schichten 42 und 45 können in üblicher
Weise gleichzeitig oder nachher mit Basiskontakten versehen werden, z. B. in Form von zwei gleich großen
aus einer Au-Sb-Legierung (2% Sb) bestehenden Streifen 47, so daß eine niedrige Basiswiderstandsverbindung
über die hochdotierte Oberflächenschicht der Basisschicht 42 hergestellt ist.
Der so behandelte Körper nach F i g. 7 kann in üblicher Weise zur Herstellung eines Transistors der
p-n-p-Art weiterbehandelt werden, wozu der Kollektorübergang 48 durch eine Ätzbehandlung längs der
gestrichelten Linien 49 unter gleichzeitiger Maskierung des Körpers bei den Streifen 46 und 43 und dazwischen
beschränkt wird und die Schichten 42 und
45 an der Unterseite weggeätzt werden, um eine ohmsche Verbindung mit der Kollektorzone 41 herzustellen.
Es ist möglich, die Diffusion der Basisschicht 42 infolge der maskierenden Wirkung des
Aluminiums in zwei Schritten durchzuführen. Während des ersten Schrittes vor dem Anbringen und
Aufschmelzen des Aluminiums 46 wird dann bei einer niedrigeren Oberflächenkonzentration, z. B. von
1016 cm3 As, eine z. B. 1,5 μ starke η-leitende Schicht
42 gebildet. Während des Aufschmelzens und der weiteren Erhitzung des Aluminiums 46 wird dann
kurzzeitig eine hohe Oberflächenkonzentration von
z. B. 7 · 1019/cm3 angelegt, so daß in der Oberfläche
der η-leitenden Schicht 42 eine z. B. wenige Zehntel Mikron starke hochleitende Oberflächenschicht gebildet
wird. Infolge der Getterwirkung kann aber in der direkten Nähe des Randes der Aluminiumschicht
46 eine niedrigere Oberflächenkonzentration beibehalten werden. Die Diffusion in zwei Schritten, wobei
der letzte Diffusionsschritt während des Aufschmelzens des Aluminiums durchgeführt wird, bietet noch
den Vorteil, daß der Konzentrationsgradient des Donators in dem unter der Rekristallisationsschicht
46 liegenden Teil der Basiszone unabhängig von der hohen Oberflächenkonzentration in der Oberfläche
festgelegt oder gewählt werden kann.
In den vorhergehenden Beispielen wurde stets Arsen als Verunreinigung verwendet. Ähnliche Ergebnisse
sind aber auch mit anderen Donatoren, wie Antimon, erzielbar, wenn auch Arsen besonders bei
hohen Oberflächenkonzentrationen über 1019/cm3
vorzuziehen ist.
Schließlich wird bemerkt, daß z. B. die Transistorausbildungen nach F i g. 7 dadurch weiter verbessert
werden können, daß an Stelle von einem homogenen p-leitenden Körper von einem Körper mit einem
p--p+-Aufbau ausgegangen wird, wobei der hochleitende p+-Teil eine Unterlage ist, auf der die
schwach leitende ρ "-Schicht epitaktisch aus der Dampfphase angewachsen ist. Die erwähnte Donatordiffusion
kann dann in die p~-Schicht durchgeführt werden. Bei der Ausbildung nach den F i g. 1 bis 6
können andere längliche Gestalten der Höhlungen verwendet werden, oder der Basiskontakt kann ringförmig
sein und eine damit konzentrische Höhlung umschließen. Die Emitterzone kann auch als längliche
Schicht neben einem länglichen Basiskontaktstreifen oder zwischen zwei Basiskontaktstreifen ausgebildet
sein. Bei der Ausbildung nach F i g. 7 kann man auch eine ringförmige Emitterelektrode 31 verwenden
und innerhalb und/oder außerhalb dieses Ringes einen oder mehrere Basiskontakte anbringen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist auch für die Herstellung eines in einem Halbleiterkörper eingebauten
Kreises verwendbar, in den ein Halbleiterbauelement der eingangs beschriebenen Art aufgenommen
ist. Bei geeigneter Wahl des Elektrodenmaterials, so daß dieses eine hinreichende Getterfähigkeit aufweist,
kommen auch andere Halbleiter für Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung in Frage.
So können z.B. bei den AinBv-Verbindungen die
Akzeptoren aus der II. Spalte des Periodischen Systems mit den Donatoren aus der VI. Spalte
Verbindungen darstellen, wodurch eine Getterwirkung eines Elementes der einen Spalt für das Element
der anderen Spalt auftreten kann.
Claims (26)
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit einem Halbleiterkörper, der mit
wenigstens einer hochleitenden Rekristallisationsschicht bedeckt ist, die mit einer ersten Zuführungselektrode
versehen ist und die wenigstens an der Körperoberfläche an eine zweite Oberflächenschicht
hoher Leitfähigkeit im Körper angrenzt, die in einem Abstand von der Rekristallisationsschicht mit einer zweiten Zuführungselektrode
elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß für das Einlegieren der Rekristallisationsschicht (5) ein Elektrodenmaterial (4)
verwendet wird, das für die wirksamen Verunreinigungen der zweiten Oberflächenschicht eine
Getterfähigkeit besitzt, und daß in der angrenzenden Oberflächenschicht eine Oberflächenkonzentration
von wenigstens 3 · 1018/cm3, vorzugsweise
909 524/317
von wenigstens 1019/cm3, von die Leitungsart bestimmenden
wirksamen Verunreinigungen vorhanden ist und daß schließlich beim Einlegieren die Temperatur und die Dauer des Aufschmelzen
und der weiteren Erhitzung derart gewählt sind, daß infolge der Getterwirkung des Elektrodenmaterials
während des Legierens in der unmittelbaren Umgebung des Legierungselektrodenmaterials
(4) selektiv eine Herabsetzung der Konzentration der erwähnten wirksamen Verunreinigungen
in der Oberflächenschicht erzielt wird, die eine effektive Erniedrigung der örtlichen Leitfähigkeit
bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Legieren die weitere Erhitzung
wenigstens teilweise bei einer im Vergleich zur Schmelztemperatur der Legierungselektrode
niedrigeren Temperatur durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der weiteren Erhitzung das
Elektrodenmaterial sich im geschmolzenen Zustand befindet.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
während der weiteren Erhitzung ein elektrischer Strom, z. B. in Form von Stromimpulsen, durch
den Übergang der Rekristallisationsschicht geschickt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Verunreinigungen des Elektrodenmaterials eine beträchtlich kleinere
Diffusionsgeschwindigkeit haben als die wirksamen Verunreinigungen in der zweiten Oberflächenschicht.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächenschicht epitaktisch aus der Dampfphase oder Flüssigkeit auf dem
Körper abgeschieden wird und während des Abscheidens die hohe Konzentration an wirksamen
Verunreinigungen eingebaut wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächenschicht durch die Diffusion von Verunreinigungen in dem Körper
angebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial auch
eine maskierende Wirkung besitzt und daß die Oberflächenschicht erst während des Aufschmelzens
des Elektrodenmaterials und der weiteren Erhitzung im ganzen durch Diffusion angebracht
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion der Oberflächenschicht
wenigstens teilweise vor dem Aufbringen und Aufschmelzen des Elektrodenmaterials
durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion der Oberflächenschicht
wenigstens zur Hauptsache vor dem Aufbringen und Aufschmelzen des Elektrodenmaterials
durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem Aufschmelzen und der weiteren Erhitzung eine solche Temperatur und Zeitdauer angewendet wird, daß das Produkt aus
der Diffusionskonstanten in cm2/Sek. und der Diffusionszeit
in Sekunden wenigstens gleich 10-" cm2 ist.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Oberflächenkonzentration von wenigstens 2 · 1019/cm3, vorzugsweise größer als 5 · 1019/cm3
in der Oberflächenschicht angebracht wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 und 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren zur Herstellung eines Transistors angewendet wird, wobei die Rekristallisationsschicht
die Emitterschicht und die Oberflächenschicht hoher Leitfähigkeit die Basiszone des Transistors bildet.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines p-n-p-Transistors,
bei dem in der Oberfläche eines p-leitenden Körpers eine η-leitende Basisschicht durch
die Diffusion von Donatoren angebracht ist und stellenweise in dieser Basisschicht eine p-leitende
Emitterschicht durch Legieren angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Einlegieren
des erwähnten Elektrodenmaterials die p-leitende rekristallisierte Emitterschicht gebildet wird und
wenigstens in einem danebenliegenden Oberflächenteil der Basisschicht die erwähnte Oberflächenschicht
mit hoher Oberflächenkonzentration durch Diffusion angebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht und die erwähnte
Oberflächenschicht mit hoher Oberflächenkonzentration vor dem Anbringen und Aufschmelzen
des Elektrodenmaterials angebracht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion der Basisschicht
in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei zunächst die Basiszone vor dem Anbringen und Aufschmelzen
des Elektrodenmaterials mit einer niedrigeren Oberflächenkonzentration eindiffundiert
wird und während des Aufschmelzens und der weiteren Erhitzung die erwähnte hohe Konzentration
in die Oberfläche eindiffundiert wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines n-p-n-Diffusionstransistors,
bei dem in einem Halbleiterkörper, der eine als Basiszone bestimmte p-leitende Schicht besitzt, in die als Basiszone bestimmte
Schicht stellenweise eine p-leitende Rekristallisationsschicht für die Verbindung mit der
Basiszuführungselektrode legiert ist und in einem angrenzenden Teil der Basiszone durch die Diffusion
eines Donators eine η-leitende Emitterschicht angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die p-leitende Rekristallisationsschicht durch das Einlegieren des erwähnten Elektrodenmaterials
hergestellt wird und die η-leitende Emitterschicht durch die Diffusion eines Donators mit
der erwähnten hohen Oberflächenkonzentration gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Bildung der Rekristallisationsschicht
bestimmte Elektrodenmaterial derart angebracht wird, daß es einen frei liegenden
Teil der Halbleiteroberfläche umschließt, und daß die Emitterschicht wenigstens in dem
umschlossenen frei liegenden Oberflächenteil durch Diffusion gebildet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion der
Emitterschicht völlig während des Aufschmelzens und der weiteren Erhitzung des Elektrodenmaterials
durchgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die als Emitterschicht
bestimmte η-leitende Schicht wenigstens teilweise vor dem Anbringen und Aufschmelzen
des Elektrodenmaterials in der p-leitenden Basiszone angebracht wird, worauf das Elektrodenmaterial
auf die η-leitende Schicht aufgebracht und durch Aufschmelzen bis in die p-leitende
Basiszone angebracht wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß
während des Aufschmelzens und der weiteren Erhitzung aus der Umgebung eine wirksame Verunreinigung
gleicher Art wie die der Oberflächenschicht zugesetzt wird, um eine Abnahme der
Oberflächenkonzentration zu vermeiden oder die Oberflächenkonzentration zu erhöhen.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Elektrodenmaterial verwendet wird, das wenigstens Aluminium, vorzugsweise
wenigstens 30 Atomprozent Aluminium, enthält.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial im
wesentlichen aus Aluminium besteht.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrodenmaterial eine
kleine Indiummenge zugesetzt ist.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
das Elektrodenmaterial aus Indium oder einer Indium-Gallium-Legierung besteht.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Antimon oder Arsen als wirksame Donatorverunreinigungen in der Oberflächenschicht
verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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