DE1414538A1 - Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number
DE1414538A1
DE1414538A1 DE19581414538 DE1414538A DE1414538A1 DE 1414538 A1 DE1414538 A1 DE 1414538A1 DE 19581414538 DE19581414538 DE 19581414538 DE 1414538 A DE1414538 A DE 1414538A DE 1414538 A1 DE1414538 A1 DE 1414538A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diffusion
layer
doping
semiconductor
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19581414538
Other languages
English (en)
Inventor
Henkels Herbert W
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE1414538A1 publication Critical patent/DE1414538A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/04—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the liquid state
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/228—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a liquid phase, e.g. alloy diffusion processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/24—Alloying of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, with a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Description

V/osDinghouse Electric Corporation München, den — E.MAJ1958
East Pittsburgh, Pennsylvania? USA ΜΛ ΙΛΛΑΟ
98/92 Do
?ertreteri Patentanwalt A-lssel PA 9/472/8
"Unterschiedliche Leitfähigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung"
(Priorität? 6, Mai 1957'1USA)
Die Erfindung bezieht sich auf transistoren und deren Herstellungsverfahren»
Bei der Herstellung von Transistoren treten große Schwierigkeiten beim sachgemäßen Vorbereiten und Zusammenbauen der verschiedenen dabei verwendeten Einzelteile auf, da diese Seile gewöhnlich sehr kleine Abmessungen besitzen»
Will man Emitter-» Kollektor- und Basiszonen mittels der herkömmlichen legierungatechnik erhalten, so steht man äen Schwierigkeiten einer ausreichenden Kontrolle des Verfahrens gegenüber, insbesondere ist die Dicke der dünnen Basisschicht richtig anzupassen, die für eine hohe Verstärkung und für das Arbeiten bei hohen Frequenzen benötigt wird. Andererseits tauchen bei der Verwendung der üblichen Diffusion aus der gasförmigen Phase, bei der man die für das Arbeiten bei hohen Frequenzen notwendige dünne Basisschicht erhält, große Schwierigkeiten auf, den Basiswiderstand in der dünnen, diffundierten Basiszone herabzusetzen und die Zuleitungen"des Transistors, ohne die dünnen Diffusionszonen zu durchdringen, herzustellen.
der Erfindung ist der Aufbau der'Seile eines ;tors mit einem vorbereiteten Plättchen durch. Verfahre», die so
Bar/Wm ■' l ·· ■' t. ■ ·..■ . :. · . -J
■"■- ■ :\ ■'':■* \ .8ß-tJI1-S/01$2 : ^ .Λ" .:. ^ . · ■ ■- - · ' ■■-* ' ■■■- · BAD OSi
kontrolliert werden können, daß eine solche Genauigkeit in den Abmessungen der aufgebauten Teile sichergestellt ist, daß Schaden an den anderen Teilen vermieden wird.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Transistoren anzugeben, das von Arbeitern mit der üblichen Erfahrung mit leicht anwendbaren Geräten durchgeführt werden kann.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Transistoren, deren Teile solche Abmessungen aufweisen und mit solcher Genauigkeit gefertigt sind, daß das Endprodukt bei hohen Frequenzen mit geringen Verlusten gut arbeitet.
Die Erfindung enthält demgemäß die verschiedenen Schritte, ihre Beziehung zueinander und ihre Reihenfolge und außerdem die Merkmale, Eigenschaften und die Beziehungen der Einzelteile untereinander, die in dem folgenden, genau geschilderten Erfindungsgegenstand veranschaulicht sind.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer unterschiedliche Leitfähigkeitszonen aufweisenden Halbleiteranordnung, bei dem an der Oberfläche eines Halbleiterplättehens, das eine bestimmte Grundcbtierung aufweist, in einem ersten Diffusion,*-:. schritt eine als Basiszone verwendbare Schicht entgegengesetzten
* r 2a -
BAD
809813/0162
Leitungatyp erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungsmaterial, dao aus ;?.wei Dotierungsmaterialien unterschiedlichen Leitungstyps und unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten besteht, auf die erste Diffusionsnchicht auflegiert wird, wobei das Dotierungsmaterial mit dem höheren Diffusionskoeffizienten den gleichen Leitungstyp wie die im ersten Diffusionsschritt erzeugte Oberflächenschicht hervorruft, und daß in einem zweiten Gehritt die Eindiffusion dieser beiden Dotierungsmaterialien in das Halbleiterplättchen vorgenommen wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung weist den Vorteil einer extrem dünnen Basiszone auf, die längs der wirksamen Legierungszone in gleichmäßiger Dicke verläuft. Sie besitzt fernerhin den Vorteil des Einmündens der extrem dünnen, diffundierten Basisschicht in eine diffundierte Basisanschlußschicht wesentlich größerer Dicke, die durch das Legierungsverfahren niederohmig kontaktiert wird, so daß ein extrem kleiner Basiswiderstand erzielt wird, der in Verbindung mit der extrem dünnen Basiszone eine hohe Grenzfrequenz von ca. 200 MHz ermöglicht.
Pur ein besseres Verständnis der Beschaffenheit und des Gegenstandes der Erfindung soll auf die folgende, eingehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen
Figur 1 die Einzelteile eines Transistors teilweise im Aufriß und teilweise im Schnitt zeigt, die in ihren jeweilig zugehörigen Stellungen als Vor-
809813/0162
- 3 BAD OBiQINAU
"bereitung zu dem Herstellungsverfahren angeordnet
sind}' v '
Figur 2 einen Schnitt der in Figur 1 gezeigten Teile nach aeraersten Verfahrensschritt darstellt»
Figur 3 einen Schnitt des bereits in Figur 2 gezeigten Tran-.Bistoraufbaues darstellt, der die Anordnung der Bestandteile nach dem zweiten Verfahrensschritt veranschaulicht; ' ■ ^ '
Figur 4 einen Schnitt einer von in Figur 2 gezeigten abweichenden Anordnung der Einzelteile darstellt, nachdem diese dem ereten Verfahrensschritt unterworfen wurden?
Figur 5 einen Schnitt durch den Transistoraufbau veranschaulicht, der bereits in Figur 4 gezeigt wurde, und der ""'■ die jeweilige'Anordnung'der Einzelteile nach dem zweiten Verfahreneschritt darstellt, und
Figur 6 einen Schnitt eines Transistors nach Abschluß der Arbeitsgänge «eigt._ (
Das' Verfahren,- daß hier beschrieben wird, kann für die Herstellung von sowohl aus Silicium als auch aus Germanium bestehenden Transistoren angewendet werden. Bs findet ebenfalls Anwendung bei der Herstellung von npn-, pnp-, pnip- und npin-Transistoren, die alle in der Fachwelt bekannt sind ο
Bei der,Herstellung von Transistoren der verschiedenen Typen, ^dIe vorstehend für verschiedene'Zwecke .aufgeführt wurden, wird ein Kristallplättchen ausgewählt oder hergestellt» Man fand bei
809813/0162 original inspected _4_
der Ausübung des Verfahrens? das nachstehend noch beschrieben wird, daß, w^nn man einen npn-Transistor aus einem Silizium-Kristallplättehen herstellt, er einen spezifischen Widerstand von 1 Ohm»cm bis ungefähr 20 Ohm,cm haben sollte. Bsi der Herstellung eines pnp-fransistora vmrde die Verwendung .von Halb-, leiterplättchen als vorteilhaft empfunden, bei denen die untere Grenze des spezifischen Widerstandes höher als die,für den npn-Iransisnar angegebene liegt. Gute Ergebnisse erzielte man mit pnp~£ransistoren» wenn ein Silizium-Plattchen einen spezifischen Widerstand von 5 Ohm.cm bis ungefähr 30 Ohm*cm aufwies» Die pnip- und npin-framsistoren machen die Verwendung eines Silizium-Plättchens notwendig, das einen spezifischen V/iderstand von ungefähr 50 Ohm.cm bis 1000 Ohm.cm besitzt„ Die i~Zone des pnip- oder npin-Aufbaues weist entweder auf hohen spezifischen Widerstand besitzendes oder auf intrinsic-leitendes Halbleitermaterial hin.
Die Abmessungen hängen von der speziell gewählten Geometrie der Elektroden und von der frequenz \χτΛ dem Leistungsbedarf der iPransistoranordnungen ab. Zwei hauptsächliche Formen von Emitterelektroden können verwendet werden, nämlich kreissoheibenformige und streifenförmige« Gewöhnlich wird die erstere für die niedrigeren Ströme übt kleineimAnordnungen vorgezogen, während die letztere Vorteile bei höheren Strömen und größeren Leistungen hat. Bei'eier Scheibenform wurden die Abmessungen von dfer Be- triebefroqpens abbäugen. Sine Scheibe sollte bei 200 MHz einen VQji aunUhernö ■ 0,075 oder 0,1 am (3 oder 4 mils) be-Der Scheibei^urchmeßser wird für höhere Frequenzen
■· ■'·.■-■ 'ao*ei3/oi62 ;: OR|Q'NAUNS?ECTED_5.
ringert und für niedrigere Frequenzen vergrößert« Bei kommerziellen Transistoren sollte die Scheibe einen !Durchmesser zwischen 0,5 und 0,75 mm (20 und 30 mils) haben« Kombinationen der beiden Formen sind auch möglich. Beispielsweise kann die Emitterelektrode «fauch die Form eines Ringes oder einer geteilten Scheibe besitzen- Bei der Streifenform wird im wesentlichen dieselbe länge des Umfanges für einen gleichartigen Betriebszustand verwendet, jedoch wird die Fläche der Emitterelektrode wegen der Streifenform verkleinert. Die Basiselektrode hat eine. Form, die der der Emitterelektrode nahekommt» Beispielsweise wird bei einer str'eifenförmigen Emitterelektrode die Basiselektrode aus parallelen Streifensegmenten bestehen= Bei einer scheibenförmigen Emitterelektrode hat die Basiselektrode die Form eines Ringes oder eines flachen Körpers mit einem kreisförmigen Loch, das die Emitterelektrode einsdiießto Die Kollektorelektrodenform soll, ,jeweils nach der speziellen Verwendung, rechteckig oder scheibenförmig sein. Die kleine Fläche der Kollektorelektrode sell unter Berücksichtigung der erforderlichen Leistung und Frequenz festgelegt werden» Im mittleren Frequenzbereich kann sich der Kollektorelektrodendurchmesser so um 3/8 bis 5/8 mm (15 bis 25 mils) bewegen, bei 200 MHz kann er dicht bei 0,1 bis 1/8 mm (4 bis 5 mils) liegen* Die Fläche der Kollektorelektrode, die eine bestimmte Arbeitsfrequenz erlaubt, wird teilweise durch die 2ran3istörstruktur festgelegt. Im allgemeinen können die pnip- und npin-Strukturen _eatsprechend den pnp- und npn~$y£en ausgeführt werden, "jedoch sit etwas kleineren Kollektoren=
QRiGiNALl^SPECTED
809B13/0ti2
1*14538
Die Halbleiterplättchen werden entsprechend den gewünschten Strukturen auegewählt. Pur den mittleren frequentereieh können "bei Verwendung der npin-Strukturen die Abmessungen 2x2« (80 χ 80 mils) betragen und die Dicke kann so um "1/20 asm (2 .MIb) liegen. Die Dimensionen des Plättchens und der feile werden, um gewünschten Baaiswiderstand, Kollektorkapazität land verlangten Stromverstärkungsfaktor zu schaffen, entsprechend dem Arbeitsfrequenzbereieh gewählt«. ■ *
Zur Herstellung des Halbleiterplättciiens wird ein Silizium- oder Sermaniumetücfc aus einem Kristall geschnitten, der bereite beim Ziehen aus der Schmelze dotiert worden ist, um ihm einen vorher festgelegten leitfähigkeitscharakter zu geben. -Das Plättchen wird dann geläppt und -sehlieBlich auf die erforderlichen Abmessungen geätzt.
Bs gibt verschiedene Arten von Ätzmitteln, die sowohl für Silizium- als auch für Germaniumätzung geeignet sind. Ein AtE-mittel, das eine Mischung aus Salpetersäure, l'luorwaßBerstoff und Brom mit einem kleinen Zusatz von Azetylsäure enthält, wurde als zufriedenstellend gefunden. \
Wenn das Blättchen 10 soweit*gefertigt ist, wird es gemäß der Erfindung im wesentlichen drei ?erfahrensschrittön unterworfen. Sie sind zwar nicht die einzigen Schritte des Verfahrens, doch sind sie diejenigen Sehritte, die die Herstellung eines Transie-r' tors mit großer Genauigkeit ermöglichen und damit den hohen.
.809813/0182
Prozentsatz am Ausschuß, der früher bei Anwendung von bisher · üblichen Verfahren anfiel, vermeidet.
Die drei wesentlichen Verfahrensschritte, die eine Kontrolle des Verfahrens sulasoen, unü die eine Genauigkeit der Abmessungen der Transistorteile sicherstellen,, sind erstens Diffusion von Dotierungsmaterial,,daß eine bestimmte leitfähigkeit dem Plättchen hervorruft,' dann Legieren gewisser Einzelteile
an das Plättchen und schließlich Diffusion -von Dotierungsmaterialien in das Plättchen, die auf den an das Plättchen legi'er-• ten Teile aufgebracht worden sind.
■ Die Diffusionsschritte nehmen-eine geraume Zeit in Anspruch,. um das* Eindringen, der Dotierungsmaterialien in das Plättchen bis EU der festgelegten Tiefe au erreichen und deshalb können diese mit größer Genauigkeit kontrolliert werden. Die Biffusionskonstanteh der Dotierungsmaterialien sind bekannt und daher
- kann die-für ein spezielle!,Eotiferuagematerial benötigte Zeit, um bis au einer bestimmten Tiefe in das blättchen einzudringen,
' leicht vorherbestimmt werden. ' ·■·
Der herzustellende Transistortyp bestimmt das tür die Dotierung ■ 3es Silizium- oder öermaniumplättchens zn verwendende Dotierungsmaterial, durch das das Plättchen einen gewünschten Leit-' fählgkeltsohärakter erhält. Wenn ein Plättchen-Sröirboneu spe-. ', zifischem Wi&erötÄnä at^s Siliisium oöer aermaniua hergestellt worden ist, soll es einer Folge von Diffusions-, Legierungen ''
ORIGINAL IHTprrrsQ
809813/0102 " "8^
und wiederum Diffusionsschritten unterworfen werden» Die für die Dotierung zu wählenden Elemente hängen von dem herausteilenden iransistortyp ab und werden nachstehend einzeln beschrieben» Bei der Herstellung eines" npn-Eransistors wird das benötigte Plättchen aus einem Silizium- oder ßermaniumteristall hergestellt, der beim Ziehen aus der Schmelze mit einem Donator dotiert worden ist.
Der erste Schritt schließt die Anwendung und Diffusion eines Dotierungsmaterials der Gruppe III des Periodischen Systems, ZoBo Aluminum Oder Sallium, *& das Plättchen ein, damit ein Teil der Oberfläche oder einer Oberflächenschicht eine festgelegte Irägereigenschaft erhalte Das Diffusionsverfahren soll solange fortgesetzt werden, bis das Dotierungsmaterial in das Plättchen 10 bis zu einer 5iefe von mehr als 1/80 mm (O9S mil) eingedrungen ist» Da die Diffusionskoeffizienten für jede gegebene temperatur dieser Dotierungsmaterialien im Silizium oder Germanium bekannt Bind, kann die Eindringungstiefe mit großer Genauigkeit kontrolliert werden. Der Oberflächenteil oder die Schicht, die einer Diffusion von Aluminium oder Gallium'unterworfen wurde, erfährt möglicherweise eine weitere Ausdehnung bei ier Herstellung der Basis eines npn-Transistorsu
Soll ein pnp-2ransistor hergestellt werden» so wird das Plättchen aus einem Kristall herausgeschnitten, der mit Akzeptor-Material während des Ziehens aus der Schmelze dotiert wurde, um dem Kristall p-Leitfähigkeit zu geben* Die Oberfläche"des Kri-
809813/0162 ~9~
stalls wird darin mit einem aus der Gruppe Y des Periodischen Systems gewählten Element dotiert. Gute Ergebnisse wurden bei der Wahl von Arsen, Antimon und Phosphor für das Diffundieren in die Oberfläche des p-leitenden Plättchens erzielt. Arsen, . Phosphor und Antimon können auch auf die Oberfläche des ^lättchens aufgedampft werden. Die Diffusion soll so lange erfolgen, bis dös Dotierungsmaterial in das Plättchen bis zu einer Tiefe Ton über l/aö mm (0,5 mil) eingedrungen ist.
Bei der Herstellung von pnip- oder npin-Transistoren wird ein Plättchen, das ziemlich unterschiedliche Eigenschaften besitzt, hergestellt. Der Kristall, aus dem es angefertigt ist, soll während des Ziehens aus der Schmelze nicht stark dotiert werden» Das aus Silizium oder Germanium bestehende Plättchen wird daher einen hohen spezifischen Widerstand besitzen, wenn das Verfahren zur Herstellung des !Transistors beginnt. Das Plättchen wird aus einem Kristall geschnitten* geläppt und in derselben Weise wie vorstehend beschrieben geätzt, damit es auf die richtige" Größe gebracht wird»
In der Zeichnung, und da besond-ers in I1IgUr 1, wird ein rechteckiges Plättchen 10 gezeigt, das durch Diffusion mit einem Dotierungsmaterial behandelt wurde, bis das letztere bis zur Linie 11 durchgedrungen ist. Das für die Diffusion gewählte Dotierungsmaterial hängt von dem gewünschten Typ dos herzustellenden Transistors ab«. ■
. -10-
8P813/0162
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird nunmehr beschrieben» und zvmr zuerst ein npn-Silissiumtransistor und als eweites ein pnp-Germöriumtransistor. für die Herstellung eines npn-Transistors wird ein Silisiumplättehen, das mit einem Donator-.dotiert .wurde, verwendet« Im falle eines pnp-Tranaistore wird ein mit Akzeptor dotiertes Gerrnaniumplättchen verwendet. Wenn bei der Herstellung eines npn- · Transistors ein Siliziumplättehen 10 verwendet wird, wird ein .Dotierungsmaterial, wie Aluminium oder Gallium, bei .einer Temperatur von mehr als 10000G bis 13000C in einer Schicht bis zu einer Tiefe von-über 1/80" mm (0,5 mil) eindiffundiert ο Nach der Diffusion besitzt die Zone 11f eine leitfähigkeit vom p-Typ, während bei dem von der Linie 11 umgebenen Teil noch eine n-Bofierung vorherrscht. In dem Teil 10 gibt es deshalb zwei Abschnitte oder 2onen, die entgegengehet äste "Leitfähigkeit aufweisen. Bei der Herstellung eines Oermanium-npn-Transirtore wird, um eine Gleitende Oberflächenschicht au erhalten, ein Element aus der Gruppe .V des Periodischen Systems bei einer. Temperatur von beispieleweise TOO0C bis 9000C in den vorbereiteten Teil 10 eindiffundiertc
Der nächste Verfahrensschritt enthält die Herstellung einer Bmitterlegierung. Bei der Herstellung eines Siliaium-npn-v Transistors kann der Emitter aus einer geeigneten Legierung gefertigt werden, der zwei im Silizium entgegengesetzte Le.itfähigkeithervorrufende Botierungastoffβ enthält. Zwei Legie-: rungen, die als zufriedenstellend gefunden wurden, sind erstens
809813/0162
eine Legierung aus Gold, Aluminium und Antimon und zweitens eine Legierung aus Silber, Aluminium und Antimon. In der ersten Legierung sollte der Goldgehalt annähernd 99$ bis 99,5%, in der zweiten Legierung der Biitergehalt annähernd 99$ "bis 99»5$ betragen. Aluminium und Antimon stellen den Rest dar und sind in einem aolchen Verhältnis vorhanden, wie zur Herstellung eines n^-Typs benötigt -wird, wenn p-leitendes Material in das Plättchen 10 einlegiert weiden ist·. Bas Verhältnis von Antimon zu Aluminium sollte gleich 1 od-er mehr als 1 sein. Man wählt 'diese speziellen Dotierungsmittel in der Legierung, weil der Akzeptor Aluminium einen weit größeren Diffusionskoeffizienten als der Donator Antimon besitzt.
Bei der Herstellung eines pnp~0ermaniuttr3}ransistora enthält die verwendete Emitterlegierung Donator- und Akzeptormaterial in solch einem Verhältnis, da0 die verschiedenen Verteilungskoeffizienten der Materialien $ine Akzeptorablagerung im Germanium nach dem Eindringen der Emitterlegierung in das Oermaniumplättchen 10 bewirken. Solch eine Legierung kann aus fast reinem Indium mit einer kleinen Spur Arsen bestehen«
Bei der Herstellung eines npn-Silizium-Transietore wird ein Körper 12, der einem*nagel- oder If-förmigeii flächen Draht oder Band nachgebildet ist, aus inertem Material, wie tantal, Wolfram oder Molybdän,gefertigt". Der Kopf des Nagels 12-wird mit einer
Sohioht 13* einer passenden Smitterlegierung, überzogen, die beispielsweise aus Gold, Aluminium und Antimon, wenn ein npn-Silizium-TransiBtor hergestellt werden soll und aus Indium und
8 0 9 8 1 3 / 0 1 6 2 0mQl"Ai inspected *12-
Arsen, werm ein php-öermanium-üfransistor gewünscht wird, besteht* Die Legierungen können auf die Hagel auf verschiedene V/eise aufgebracht werden» beispielsweise durch lintauohen des Kopfes der Nägel in die Legierung, wenn sich letztere in einem geochmolzenen Zustand befindet, oder du-reh Umwickeln des Hagelkopfes mit einer dvnn&nt aus dem Legierungsmaterial bestehenden Folie mit anschließendem Schmelzen. Desweiteren kann eine sehr dünne Schicht bequem durch Aufdampfen oder sonst einem bekannten öalvanisie:rungr-^erfahren aufgebracht werden»
Die Dicke des Überzuges oder der Schicht 13 sollte sich in der Größenordnung von 1/400 bis t/40 mm (0,1 bis 1 mil) bewegen»
Als nächstee wird ein Ring 14 oder irgend ein anderes Kontakt- ■ stück geeigneter Form hergestellt, das einen Überzug 15 mit ' einer auegewählten Legierung» die ein Dotierungsmaterial ent~ hält» besitzt. Der Hing 14 mit dem aus einem Dotierungsmaterial bestellenden geeigneten Überzug f5 bildet einen elektrischen Kontakt mit der Basis des Transistors. Ein BaBiakontakt kann auch leicht durch Aufdampfen oder durch Anlegieren hergestellt werden,»
Bsi der Herstellung eir.es Siliaiua-npn~3?rensistors wird ein anderer, inerter, nagelfürmiger Körper 16 mit eimer Donatorsohicht 1t Überzogen. Pur die Fertigung eines-oexiiianium-pnp-Iranaistors wird ein Überzug aus Indium verwendet.
Als nächaleß wird das Plättchen 10 und die Körper 12, Ί4 und 16 mit ihren Überzügen 13, 15 wnä 17 in Schablonen aus Graphit in
vorher festgelegten relativen Stellungen montiert«. Die Graphit schablonen werden nicht beschrieben, da ihr Gebrauch in der !Technik allgemein bekannt ist. Nachdem die einzelnen Seile an da'o Plättchen 10 gebracht worden sind, werden sie auf eine •Temperatur die bei der Herstellung von Silizium-Transistoren über 12000C, aber unterhalb des βοοπιβΙζρμηΐΓίιβΒ von Siliziumv bei der Herstellung" von Germanium-fransistoren -Vber 8000C, aber unterhalb des Schmelzpunktes von Germanium liegt, gebracht Diese Temperaturen liegen über den Diffusionstemperaturen der Materialien. Bei diesen !Temperaturen werden die Körper 12, und 16 mit ihren Überzügen 12, 15 und 17 an das Plättchen 10 legiert. Die Überzüge legieren mit einem Seil des angrenzenden Silizium oder Germanium zusammen und bilden eine Schmelze, die reich en Silizium oder Germanium ist. Sie können dann 100 C bis 3000C unter die Schmelztemperatur auf die Diffusionstemperaturen abgekehlt werden. Während der Abkühlung lagert sich Silizium oder Germanium von den geschmolzenen Überzügen 13V 15 und 17 ab. Das erstarrte Silizium oder Germanium ist mit den Verunreinigungen aer überzüge dotiert.
■■■ ■ ■ - ' · -."·
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird bei der Herstellung eines npn-iransistors und bei Verwendung eines Siliziumplättchens 10 beim Äneinanderlegie ren der einzelnen Teile bei Verwendung von Aluminium und Antimon als Dotierungsmaterial in der an dem Körper 12 befindlichen Schicht 13 so ausgeführt, daß die Schicht 13 schmilzt und gänzlich durch die äußere Schicht 11» des Plättchens 10 dringt, die mit einem Akzeptor dotiert ist. De-r Akzeptormaterial enthaltende Überzug 15 auf
809813/OU2 .
dem Hing 14* kann nun schmelzen und "in, aber nicht durch die p-leitende Schicht ■ 11 * dringen. Me aus Donatormaterial bestehende Schicht 17, die sich auf der Kollektorelektrode befindet, läßt man schmelzen und durch die p-leitende Schicht 11». hindurchdringen.
Bei der Herstellung eines pup-Transistors wird ein Germanium-" plättchen benutzt. Sie aus Indium und Arsen bestehende Emitterlegierung dringt durch die äußere Schicht 11! des Plattchens 10 t die in einem ersten Diffusionsschritt mit einer n-leitenden Schicht dotiert worden ist. Me Schicht 15 der JDotierungslegierung, beispielsweise atfs Sold und Antimon, die sich auf dem Ring 14 "befindet, kann in die η-leitende Schicht 11' eindringen und mit dieser verschmelzen» darf sie aber nicht durchdringen« Das. Akzeptormaterial 17 auf öe© feil 16 läSt man durch die n-lei« tende Schicht 11' dringen.
Es ist nicht wesentlich, daS beide Überzüge 13 und 17 gleichzeitig an das Plättchen 10 legiert werden. Der Körper 12 mit dem Überzug 13 kann zuerst an das Plättchen 10 legiert v/erden und dann kann der nächste Diffusionsschritt erfolgen. Der KJövper
mit dem überzug 17 kann zu einem späteren Seitpunkt anlegiert werden, da·er bei dem zweiten Biffusionsaehritt des Verfahrens keine Rolle spielt. Bevor der' Körper. 16 mit dem tiberzug 17 an das Plättchen 10 legiert wird, wird der $eil des Plättehens 10, an den es legiert würden soll, vorzugsweise geläppt und geätzt, · um alle störenden Binfliisee 211 beseitigen. Wenn der Körper 16 an • ORlGlNALiMSPEGTED ^15_
809813/0.162
das Plattehen 10 legiert worden ist, sollte dafür Sorge getragen werden, sicherzustellen, daß es nicht durch den mittleren Seil des Plättebens-dringt.
Der in Figur 2 gezeigte Aufbau, der beispielsweise für die Herstellung eines npn-Silizium-Transi stors verwendet wurde? v/ird bei Verwendung von Aluminium und Antimon 15 bis 60 Minuten lang auf einer Diffusionstemperatur von 1OQO0G bis 13000C gehalten» Das Aluminium in dem wieder abgelagerten Silizium der Schicht 13 wird weiter als das Antimon in das Plättchen eindiffundieren= Solch eine Diffusion des Akzeptors Aluminium .hat eine p-leitende Schicht 18 zur Folges die an den Enden die p-Schicht 11' des PläTttclxens 10 berührt und damit eine Basisschicht 19 des Transistors, wie in Figur 3 dargestellt, bildet»
Bei diesem zweiten Diffusionsschritt wird, da Aluminium und Antimon verschiedene Diffusionskoeffizienten besitzen, wovan das Aluminium den höheren aufweist, eine mit einem Akzeptor dotierte Schicht 18 hergestellt, während die Schicht 13, die auch daß wieder abgelagerte Silizium enthält, einen Überschuß von ■ Antimon über' Aluminium zurückbehält, was eine η-leitende Siliziumschicht hervorruft. Daher haben wir drei Teile 13S 19 und den mittleren Teil 22 des Plättchens 10, in denen p- und n-leitende Dotierungen. abwechseln9#woduroh zwei pn-Übergänze entstehen. In der den Emitter bildenden Schicht 13 herrscht das Donatarmaterial vor» In der nächsten, der Basisschicht 19? herrscht das Akzeptormaterial, das aue Aluminium besteht* vor,»,während
80981 3/0162
in dem mittleren feil 22 des Plättchens 10 das Bonatormaterial die Oberhand besitzt.'
Die auf dem Körper 16 aufgebrachte Schicht 1? ist so an das Plattchen legiert, daß die η-dotierte Schicht 17 durch die überwiegend mit Akaeptorisaterial dotierte, äußere Schicht dringt und mit dem mittleren feil des Plättchens 10, dern-dotiertiiat, eine Verbindung herstellt, wodurch/einen npn-franöistor ergibt» Die Körper 12 und 16, die als Unterlage für die Dotierungsschichten 13 und 1? di'enen, und zwar ia^orherbeetimmten, relativen Lagen zum Plättchen 10, wercten bei der Abkühlung der Anordnung durch die Schichten 15 und 17 befestigt und sind für die Herstellung des elektrischen \KontsIct es des Transistors des elektrischen Kontaktes des fraMstors notwendig,
zum fragen des Ringes 14 verwendeter Körper 20 kann zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes an der fransistor- *eßis 18 verwendet werden. Die feile 12, 16 und 20 sind notwendige Leitungsanschlüsse und werden aus Materialien gefertigt, die in der Lage Bind» den erforderlichen elektrischen Strom abfahren au können, die aber im wesentlichen inert sind und nicht von den bei der Herstellung des fransistors angewandten Diffusions- und Legierungeverfahren beeinflußt werden. Bei-der Herstellung der Teile 12, 16 und 20 wurden Materialien, wie tantal, Wolfram oder Molybdän als sehr zufriedenstellend gefunden. . .
Bas Legieren άβτ Schichten -13, 15 und 17 an das Plättchen 10 bei der Herstellung eines Gerraanimapiip-iEransistorB ist dem
Hand des für die Herstellung eines npn-Silizium-Transistors beschriebenen Verfahrens sehr ähnlich. Die Verfahrensschritte
Zonen
sind die gleichen, nur sind die/mit entgegengesetzte leitfähigkeit hervorrufenden Dotierungsmaterialien dotiert. Diese werden durch die gewählten Dotierungsmaterialien und den Unterschied der Diffusionskonstanten der Dotierungsmaterialien bestimmt« Arsen in der Diffusionslegierung wird schneller eindiffundieren als Indium, um eine Basiszone 18 vom n-ÜJyp zu bilden, die sich aus der äußeren, ■ durch die Linie 11 der in Figur 1 dargestellten-Anordnung abgetrennten Schicht verbindet.
Die Emitterlegierung kann auf den Körper 12 nach einem der bereits beschriebenen Verfahren aufgebracht werden« Wird dies in form einer Metallfolie gemacht, so sollte diese annähernd 1/80 bis 1/40 mm (0,5 bis 1 mil) stark sein. Wenn der Überzug au£ das Teil 12 gebracht \Vird, ist er für das Legierungsverfahren fertig/
Auf den Sing.14 wird, wenn man einen npn-Silizium-Sransistor herateilt, eine Schicht 15 eines geeignetentAkzeptormaterials, zlB. Aluminium, aufgebracht. Bei der Herstellung eines pnp-Germanium-Transietors soll die zum Aufbringen auf den Hing 14 geeignete Legierung , ZoB. aus Zinn und Antimon oder Gold und Antimon, Donatoreigenschaft aufweisen.Während des-Legierungsverfahrens wird der Ring von dem inerten Körper 20 getragen.
Bei der Herstellung eines npn-Siliaium-iPransietore wird auf die Oberfläche -der Kollektorelektrode 16 eine Dog
809813/0102 ~18~
1*14538
aufweisende Legierung, ζ»Β» eine Gold-Antimon-Legierung, als Schicht 17 dargestellt, aufgebracht. Das Donatoreigensehaft aufweisende Dotierungsmaterial kann Arsen, Phosphor oder Antimon sein» Die Kollektorelektrode 16 und der Körper 12 mit der Emitterschicht 13 kannln demselben Arbeitsgang an das Plättchen 10 legiert werden oder- es kann auch später in einem zweiten Legierungsverfahren angebracht werden.. Bei der Legierung der Kollektorelektrode 16 ist es wichtig, daß der Teil des Plattehens, auf den es angebracht werden soll, zuerst durch Ätzen gereinigt v/ird und daß das Legierungs verfahr en kontrolliert wird, uia sicherzustellen, daß das Dotierungsmaterial durch die äußere Schicht des Plättchens 10 dringt, die bereits beiia ersten Diffusionsschritt dotiert wurde« Desweiteren muß dafür. Sorge getragen werden, sicherzustellen, daß das Dotierungsmaterial der Schicht 17 nicht völlig durch Plättchen hindurchdringt und nicht mit der Schicht in Berührung kommt- lachdem das Legieren der Schichten 13, 15 und 17 an das Plättchen 10 durchgeführt wurde, wird ea auf die Diffusionstemperatur de^Dotierungsmaterialien, die vom Körper 12 getragen werden, abgekühlt«
Ohne E^cksieht darauf, ob die Schicht 17 im ersten Legierungsverfahren an das Plättchen 10 legiert wurde oder nicht, haben wir nun eine aus drei Schichten bestehende npn-Struktur, wenn ein Siliziumplättehen verwendet wird und eine aus drei Schichten be-Dtehende pnp-Staäktur bei der Herstellung eines !Transistors aus einem Öerffianru-mplättchen. Wenn die Schicht 17 an das Plättchen 10- zur gleichen Zeit wie die anderen Körper legiert wird, ist der
.8098 13/0.16-2 - 19"
Transistor, ob er nun vom Typ npn oder vom Typ pnp ist, voll-'* ständig; er hat eine Emitterschient 13, einen Basisring 14 und eine Kollektorschieht 17,
Bei der Herstellung Neines pfcip-Germanium-Transistora wird der Germanium-Kristall oder das Plättchen dotiert, um ein n-leitendes Material mit einer Leitfähigkeit von 30 bis 40 Ohm«cm . zu erhalten. Der npin-Silizium-Transistor wird aus einem Kristall oder Plättchen hergestellt, das mit Akzeptormaterial dotiert wird, um eine Leitfähigkeit von 100 bis 500 0nm.em zu' - erhalten»
• Wenn das Plättchen 1o" aus einem Kristall aus beispielsweise ■ . Silizium.oder Germanium von hohem spezifischem Widerstand geschnitten wird, wird es so, v/ie bereite beschrieben, behandelt,. Nachdem das Plättchen 10 geläppt und auf die genaue Größe geätzt worden ist, wird es- einem ^Diffusionsverfahren unterworfen. Pur den pnip-Geraanium-Transistor. wird in diesem Diffusionsverfahren ein Donator, wie Arsen, Antimon oder Phosphor £n die Oberfläche dee Plfcttöheüs bis Vu einer $iefe voa ungefähr 1/40 mm {1 mil) eindiffundiert. Das ergibt ein Glättetet 1Ö, tfeeieen Mittelteil aus n-leitendem Oermaniuia mit_· hohem spezifischem Widerstand belteht'und eine etariin-äotie^te OberÜtföHnäbbioht be-
:ϋΜ·χ· -aeiU^nahm^; iuf Figur
den npln-^iUaiüm-TransiBtor ein Akaeptonaat.erlli, ^ie'Gallium
809813/0162
WAL !^FE
-2/6-
oder Aluminium, in die Oberfläche des Plättchens 10 bis zu einer Tiefe von ungefähr 1/40 mm (1 roil) eindiffundiert« Das hat ein Siliziumplättchen 10 zur Folge, dessen mittlerer !Beil 22 bis aur Linie 11 aus p-leitendem Silizium mit einem hohen spezifischen "Widerstand mit stark p-dotierter Oberflächenschicht 11' besteht.
Der für die Herstellung von npin- und pnip-'Iransistoren benötigte Emitter enthält die entsprechenden Emitterlegierungen einschließlich der n- und p-Leitfähigkeit erzeugenden Dotierungsmaterial! on, v/ie es bereits jeweils für die Fertigung von npn-Silizium-und pnp-G-ermanium-fransistoren beschrieben wurde. Die Kollektorelektrode 16. trägt eine Schicht 17 aus Donatormaterial für den npin-Silizium-Sransistor und aus Akzeptormaterial für den pnip-G-ermanium-Transistor. Auf den Basisring 14 wird eine aus Akzeptormaterial bestehende Dotierungsschicht 15 für einen oiliziura-npin-Transistor und eine aus Donatarmaterial bestehende Dotierungsschicht für den pnip-Germanium-Transistor aufgebracht, um eine Verbindung mit dem Material, das einen hohen spezifischen Widerstand besitzt, herzustellen» Die nächste Stufe ist das Legierungsverfahren, in dem die Bmitterschicht 13 und die Dotierungsschicht 15.» die von dem Hing 14 getragen v/erden, an das Plättchen 10 legiert werden. Die auf die Kollektorelektrode aufgebrachte Schicht 17 kann in demselben Arbeitsgang an dao Plättchen 10 legiert werden«
Bei diesem Legi^rungsachritt kann das in der vom Hing 14 getragenen Schicht 15 enthaltene·: Dotierungsmaterial durch die Ober-
09813/0162
-21-
U14538
flächenschicht 11» zwischen der Linie 11 und der Plättchenoberfläche durchdringen, um mit dem hohen spezifischen Widerstand aufweisen Material in dem Mittelteil des Plättchens 10 in Berührung zu kommen, ohne eine Verschlechterung hervorzu- · rufen. Die Schicht 13 des Emitterkörpers 12 durchdringt die Schicht 11' und tritt in das intrinsic-leitende oder hohen spezifischen liderctand aufweisende Material ein. Die Emitterlegierungen sind so gewählt, daß sie Leitfähigkeitgarten in dem v.'iedererstarrten Halbleiter hervorrufen, die entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp des hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Materials ufi der Oberflächenschicht sind. An dieser Stelle des .Herstellungsverfahrens der npin- und der pnip-Strulctur s.ind sie echte hin- und pip-Typen, da die Emitterlegicrungen in die hohen Widerstand aufweisenden Materialien vom p- bzw« vom η-Typ eindringen, p-leitende Basiszonen mit niedrigem spezifischem Widerstand für npin-Transistoren und η-leitende für pnip-Transistoren müssen durch das spätere Diffusionsverfahren, das nachstehend beschrieben wird, erzeugt werden.
Nachdem das Schmelz- und Legierungsverfahren beendet wurde, wird die Temperatur der Einzelteile herabgesetzt und der zweite Schritt des Diffusionsverfahrens begonnen. Da die von der Kollektorelektrode 12 getragene Legierung Dotierungsmaterial verschiedener Diffusionskoeffizienten enthält, werden unterschiedliche' Diffusione§tatfindeno Der endgültige Transistor ist in Figur 5 dargestellt. Bei·dem npin-Silizium-Iransistor wird der Akzeptor Aluminium der Emitterlegierung 13 schneller eindiffun- -
8 09813/0 162 -22-
dferen als der Donator Antimon, um eine Schicht zu bilden, bei ; der er so vorherrscht, wie bei der vorerwähnten Bildung der einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzenden p-leitenden Basiszone. Bei dem pnip-ö-ermanium-TransiBtor wird der Donator Arsen schneller eindiffundieren als der Akzeptor Indium, wobei er eine Schicht bildet, in der er so vorherrscht," wie er bei der beschriebenen Bildung der einen niedrigen spezifischen Wi-derstand aufweisenden n~leitenden Basiszone. Daher erzeugt auch dieser Diffusionsverfahrensschritt zwei Schichten -13 und 18o Die Schicht 18 verbindet sich mit d^r Schicht 19» Auf diese Weise ist es möglich, transistoren herzustellen, die vier Zonen besitzen» Sie werden als pnip- oder npin-Strukturen bezeichnet,
V/ie bereits ausgeführt, ist-bei dem beschriebenen Verfahren eine genaue Kontrolle bei der Herstellung von Transistoren mit gewünschte Punktionen ausführenden Zonen vorherbestimmter Dioke möglich. Transistoren, die wirksam in Hoehfrequenzsysteraen mit geringem Leistungsverlust arbeiten, können leicht durch die beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In Figur 6 ist" , ein pnip-Silizium-Transietor dargestellt, der aen Anforderungen eines bei 100 MHz arbeitenden Leistungstransistors gerecht wird. In dieser Anordnung gemäß der Erfindung hat der p-Leitfähigkeit aufweisende Emitter 13 eine Schichtdicke von 10 cm* Die durch, einen kontrollierten Diffusionssehritt eingefügte9 η-leitende Basiszone 19 kann in der M^tte unterhalb des Emitters in einer Stärke von 0,14 . 10 cm hergestellt werden, während weiter außen,an der Stelle, wo der Hing 14 die Basis berührt,.
80 9813/0152 -23-
die Stärke 2,5 χ 10 cm beträgt. Die £>icke-des einen hoben spezifischen Widerstand besitzenden Materials 21, das intrineic-. . oder schwach η-leitend sein kann, beträgt 1Cf^ cm. Die Dicke wird im wesentlichen von der Tiefe der Emitterlegierung, der ' Kollektorlegierungen und der Stärke des Ausgangsplättchens festgelegt und ist weit weniger kritisch als jene, die bei den gewöhnlichen iegierungs- oder Diffusionsverfahren verlangt v/erden (n.14 . 10 cm). Die p~Typ aufweisende Kollektorzone 17, die an das Plättchen, das aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand besteht, legiert wird, hat eine Dicke von 0,1 χ ΊΟ"' cm. Die hier angegebenen 'Zahlen wurden i*ir gewisse Ausgangsmaterialien aus Silicium gemacht. Etwas abweichende Zahlen werden für die npin-Silizium-Anordnung oder für die pnip-Gtermanium-Anordnung gebrauchte . . , ''·■_■
Nachdem die Diffusions-, legierungs- und Diffusionsschritte
beendet sind, muß die Anordnung geätzt werden. Bei sorgfältig vorgenommener elektrolytischer Ätzung wird als Endprodukt ein bis zu 100 MHz arbeitender, oben als Auaftfhrungebeie'piel be-'Betriebener Typ entstehen; ;;- -■·.'.*?.,
Transistoren, die nach diesem Diffusions-, Legierung^»- und Diffusionsverfahren- hergestellt werden, besitzen i'ioßeÄVoT- ' . ■ ^eile. Dieses Verfahren kann eo gesteuert werden, daß gewisse Teile auf besUarate^I>iraenei|toen festgiiegt, werdejn' ^&nenV um mit niedrigem LelstungoverlusVb.ii"- höhen FrequeneeÄiarbeiten
zu können. BeiapielGweise ist die Stärke der Basis,'die an den
. OWQWAL INSPECTED 8098 13/0162 ~Z/^
King 14 angrenzt, so groß, da der ilußwj&rstand des Basisstromes niedrig ist. Deshalb kann die zum Betrieb des Iransis- ■ tors erforderliche Spannung, um die Betriebsströme zu liefern, klein sein und der ieistungsverlust an der Basis ist gering« Die Sicke in der Mitte der Basis zwischen dem Emitter und Kollektor kann durch die exakte Steta?ung des Diffusionsverfahrens sehr gering gehalten werden. Daher können die Transistoren, die durch die gemäß der Erfindung angegebene Folge von Verfabrenssehritten von Diffusion, Legierung und Diffusion hergestellt werden, "bei sehr hohen Irequenzen und für hohe Verstärkung verwendet werden»
Die dünne Basiszone wird ohne zeitraubende Arbeitsvorgänge erhalten und kann durch das Verfahren gemäß der Erfindung in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Schwierige Lötvorgänge, die bei herkömmlichen Verfahren die zum Betrieb bei Hochfrequenz erforderliche, sehr dünne Basiszone gefähräen, werden vermieden» Das Verfahren stellt einen Aufbau her, der all die innewohnenden Vorteile einer mit Driftfeld arbeitenden Anordnung besitzt«
- oben Da gevdL8.se Veränderungen bei der Ausführung des/dargelegten Verfahrens und gewisse Abwandlungen in dem Gegenstand, der die Erfindung verkörpert, vorgenommen v/erden können5 ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen, wird darauf verwiesen, daß alle Aussagen, die in der Beschreibung enthalten sind, oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt wurden, als erläuternd und nicht in einem begrenzten Sinn aufgefaßt werden sollen<,
809813/0162
12 Patentansprüche ■ " ' ·, .-^WiAt WSPHCT*"·-··
6 figuren ·;, . -25-

Claims (1)

  1. Patent ansprüche
    Verfahren zur Herstellung einer unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisenden Halbleiteranordnung, bei dem an der Oberfläche eines .Halbleiterplättchens, das eine bestimmte Grunddotierung aufweist, in einem ersten Diffusionsschritt eine als Basiszone verwendbare Schicht entgegengesetzten Leitungstyps erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungsmaterial, das aus zwei DotierungsmaterialiHn unterschiedlichen Leitungstyps und unterschiedlichen Diffusionckoeffizienten besteht, auf die erste Diffusionsöchicht auflegiert wird, wobei das Dotierungsmaterial mit dem höheren Diffusionskoeffizienten den gleichen Leitungstyp wie die im ersten Diffusionsnehritt erzeugte Oberflächenschicht hervorruft, und daß in einem zweiten Schritt die Eindiffusion dieser beiden Dotierungsmaterialien in das Halbletberplättchen vorgenommen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis der beiden im. Legierungsmaterial enthaltenen DotierungsmaterialiBn derart gewählt wird, daß das langsamer diffundierende Dotierungsmaterial überwiegt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den zweiten Diffusionsschritt von dem den höheren Diffusionskoeffizienten aufweisenden Dotierungsmaterial eine
    - 26 -
    809813/0162
    Verbreiterung eines Teils der durch den ersten Diffusionsschritt erzeugten Oberflächenschicht nach dem Innern des Halbleiterplättchens vorgenommen wird, während gleichzeitig durch das Dotierungsmaterial mit dem niedrigeren Diffusionskoeffizienten eine hieran anschließende, als Emitterzone verwendbare Schicht erzeugt wird.
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das Halbleiterplättehen eine Kollektor elektrode anlegiert wird, welche Dotierungsmaterial enthalt, das gegenüber der beim ersten Diffusionsschritt erzeugten, OberiLächenschieht entgegengesetzten Leitungstyp erzielt und beim zweiten Diffusionsschritt in das Halbleiterplättchen eindiffundiert wird.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem η-leitenden Halbleiterplättchen in einem ersten Diffusionsschritt eine p-leitende Oberflächenschicht erzeugt wird und das im Legierungsmaterial enthaltene Akzeptormaterial mit einem gegenüber dem Donatoumaterial größeren Diffusionskoeffizienten gewählt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zxxT Bildung einer Kcllektorelektrode Donatormaterial als Legierungselektrode aufgebracht wird, das beim zweiten Diffu-•rionscci.ritt in das liai^la^erplättchen eir.dif fundiert.
    "'.''''eria''\r^r: raun eimern ΰ·3Γ TTrr-hergehenclir: ^."iuprUeI;& t dadurch ο"". KO ϊ, ·;.:..■ :.o". -:vu ia.l ::i ^1.--,-.T1 p-loitt-: "i---r. ΤΓηΊ^ ; , : · < -pi "itt-'
    chen in einem ersten Diffusionsschritt eine η-leitende Oberflächenschicht erzeugt wird und das im Legierungsmaterial enthaltene Donatormaterial mit einem gegenüber dem Akzeptorraaterial größeren Diffusionskoeffizienten gewählt wird.
    S. Verfahren nach Anspruch 4 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Kollektorelektrode Akzeptormaterial als Legierungselektrode aufgebracht wird, das beim zweiten Diffu-' sionsschritt in das Halbleiterplattchen eindiffundiert.
    9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Diffusionsschritt an der Oberfläche des Halbleiterplättchens-, dessen Grunddotierung so schwach gewählt wird, daß bei hohem spezifischem Widerstand nahezu Eigenleitung erzielt wird, eine als Basiszone . verwendbare Schicht erzeugt wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein schwach n-3.eitendes, hohen spezifischen Widerstand aufweisendes Halbleiterplättchen verwendet wird, an dessen Oberfläche in einem ersten Diffusionsschritt eine stark dotierte, η-leitende Schicht erzeugt wird,
    11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwach p-leitendes, hohen spezifischen Widerstand aufweisendes Halbleiterplättchen,verwendet wird, an dessen Oberfläche in einem ersten Diffusionssehritt eine stark dotierte, p-leitenäe Schicht erzeugt wird.
    - 28·-
    809813/0162
    12. Halbleiteranordnung, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine ' gewisse Grunddotierung aufweisendes Halbleiter plättchen mit einer Oberflächenschicht, deren Leitfähigkeit von der Grunddotierung abweicht, und eine Emitterelektrode vorgesehen ist, an die sich zwei Zonen unterschiedlichen Leitungstyps anschließen, wobei deren äußere, sich unmittelbar an die Emitterelektrode anschließende, einen Leitungstyp aufweist, der entgegengesetzt jener der .HaIbXs iteroberfläehensehicht ist, und daß auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterplättchens eine Kollektorelektrode angeordnet wird, die mit dem Innern des Halbleiterplättchens über eine der Halbleiteroberllächenschicht entgegengesetzte Leitfähigkeit aufweisende Zone verbunden wird.
    809813/0162
DE19581414538 1957-05-06 1958-05-02 Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung Pending DE1414538A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US657355A US2943006A (en) 1957-05-06 1957-05-06 Diffused transistors and processes for making the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1414538A1 true DE1414538A1 (de) 1968-12-19

Family

ID=24636825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19581414538 Pending DE1414538A1 (de) 1957-05-06 1958-05-02 Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US2943006A (de)
CH (1) CH359790A (de)
DE (1) DE1414538A1 (de)
FR (1) FR1206714A (de)
GB (1) GB865471A (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3007090A (en) * 1957-09-04 1961-10-31 Ibm Back resistance control for junction semiconductor devices
US3065392A (en) * 1958-02-07 1962-11-20 Rca Corp Semiconductor devices
US3154692A (en) * 1960-01-08 1964-10-27 Clevite Corp Voltage regulating semiconductor device
NL263771A (de) * 1960-04-26
NL257150A (de) * 1960-10-22 1900-01-01
DE1175797B (de) * 1960-12-22 1964-08-13 Standard Elektrik Lorenz Ag Verfahren zum Herstellen von elektrischen Halb-leiterbauelementen
US3188244A (en) * 1961-04-24 1965-06-08 Tektronix Inc Method of forming pn junction in semiconductor material
US3258371A (en) * 1962-02-01 1966-06-28 Semiconductor Res Found Silicon semiconductor device for high frequency, and method of its manufacture
US3307088A (en) * 1962-03-13 1967-02-28 Fujikawa Kyoichi Silver-lead alloy contacts containing dopants for semiconductors
US3268375A (en) * 1962-05-22 1966-08-23 Gordon J Ratcliff Alloy-diffusion process for fabricating germanium transistors
US3257589A (en) * 1962-05-22 1966-06-21 Texas Instruments Inc Transistors and the fabrication thereof
CH396228A (de) * 1962-05-29 1965-07-31 Siemens Ag Verfahren zum Erzeugen einer hochdotierten p-leitenden Zone in einem Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium
US3309244A (en) * 1963-03-22 1967-03-14 Motorola Inc Alloy-diffused method for producing semiconductor devices
US3513041A (en) * 1967-06-19 1970-05-19 Motorola Inc Fabrication of a germanium diffused base power transistor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1103544A (fr) * 1953-05-25 1955-11-03 Rca Corp Dispositifs semi-conducteurs, et procédé de fabrication de ceux-ci

Also Published As

Publication number Publication date
US2943006A (en) 1960-06-28
FR1206714A (fr) 1960-02-11
CH359790A (de) 1962-01-31
GB865471A (en) 1961-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE977615C (de) Verfahren zur Herstellung eines fuer Signaluebertragungsvorrichtungen bestimmten Halbleiterelements
DE2640525C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer MIS-Halbleiterschaltungsanordnung
DE1260029B (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen auf einem Halbleitereinkristallgrundplaettchen
DE1197548B (de)
DE2749607C3 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung
DE1414538A1 (de) Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2032201A1 (de) Integnerbare Planarstruktur eines Transistors, insbesondere fur integrier te Schaltungen verwendbarer Schottky Sperr schicht Transistor
DE2030403B2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes
DE1764847B2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE2704647A1 (de) Widerstand mit gesteuert einstellbarer groesse
DE1764274B2 (de) Monolithisch integrierte Halbleiterstruktur zur Zuleitung von Versorgungsspannungen für nachträglich zu integrierende Halbleiterbauelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2128884A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen
DE1282796B (de) Integrierte Halbleiteranordnungen und Verfahren zum Herstellen derselben
DE1489250A1 (de) Halbleitereinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2201833C3 (de) Verfahren zum Herstellen mehrerer Transistoren aus einer Halbleiterscheibe
DE1194500B (de) Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von eingesetzten streifenfoermigen Zonen eines Leitfaehigkeitstyps und Verfahren zum Herstellen
DE1036394B (de) Verfahren zur Erzeugung einer pn-Verbindung in einem p-Typ-Koerper aus Silizium
DE1639441A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Isolation fuer integrierte Schaltungen sowie gemaess dem Verfahren hergestellte Anordnung
DE2904480A1 (de) Integrierte halbleiterschaltung und verfahren zu ihrem herstellen
DE1764578A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Feld-Effekt Transistor und durch dieses Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung
DE2112114C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Planar-Siliziumtran sistors
DE2507038C3 (de) Inverser Planartransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2408402A1 (de) Verfahren zur herstellung integrierter schaltungen bzw. nach einem solchen verfahren hergestellte integrierte halbleiterschaltungseinheit
DE1240590C2 (de) Integrierte halbleiterschaltungsanordnung und verfahren zu ihrer herstellung
DE2527076B2 (de) Integriertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung