DE1464305A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1464305A1 DE19631464305 DE1464305A DE1464305A1 DE 1464305 A1 DE1464305 A1 DE 1464305A1 DE 19631464305 DE19631464305 DE 19631464305 DE 1464305 A DE1464305 A DE 1464305A DE 1464305 A1 DE1464305 A1 DE 1464305A1
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Description

Anmelder?, ns Stuttgart, den 5. Pefcruar 1965
Hippos Ileotrio Cöapany Limited r Shlkokumaohi, Shiba Mita, Minatoku, T ο 3c i c / Japan
Vertrete:'?
Patentanwalt DipL-Ing Max BunJce Stuttgar ■■ W
Sohloßstr. 73 B
und Yerfahren
au
Sie Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, s.B. einen franaiator, eine Diode o.dgl., mit eine» Halbleitereinkristall,
einer auf mindeatene einer Oberfläche des Kristalls durch Hiederac^tlagen aus der Gaephaee gezüchteten kristallinen
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- 2 Schicht vind ein Verfahren au ihrer Herstellung.
Bisher m\v -se unbedingt erforderlich, den Le is tungsverbrauch im Ixmem s.B» eines Transistors selber klein asu halten. Seitdem wurfii ι insbesondere Diffusionetransistoren derart verbessert, üaß die Größe des Widerstandes in der Kollektorzone eine bedeutende Holle spielt und häufig die Güte der Vorrichtung beeinflusst· Genauso müssen auch bei Dioden der innere Widerstand und der Leistungsverbrauch klein gehalten werden, Sowohl bei Transistoren als auch bei Dioden müssen jedoch aißer&em die p-n-Übergänge genau die geforderten Charakteristiken mit hoher Durchschlagspannung haben.
Wird in einem Halbleiter mit kleinem spezifische» Widerstand οin ρ-ϊΐ4bergang hergestellt, so wird der Einfluß des Widerstandes SW2Q- kleiner, jedoch nimmt auch die Durchschlagspannung des Ü"hsr£aifi&es ab. Umgekehrt ißt in einem Halbleiter mit großem spezifischen Widerstand die Durchschlagspannung eines p-n~ü*cer&anges größer, aljer der Einfluß des Widerstandes niomt auch su.
Uni beide Forderungen (kleiner Widerstand- große Durchschlagspannung) erfüllen asu körnen, wurde ein Verfahren zur Herstellung von Transistoren und/oder Dioden entwickelt, bei dem auf einar aus einem Halbleiterkristall mit sehr kleinem spezifischem Widerstand bestehenden Unterlage durch Niederschlagen aus der Gasphase eine kristalline Schicht mit gewünschtem großem Widerstand gezüchtet wird. Dar für die Halbleitervorrichtung -'vesentliche p-n-Übergang wird in der gesuchtsten Schicht erzeugt. Dieses Verfahren weist swar viele Vorteile auf; es h.t aber den Nachteil, daß in der gezüchteten Schicht, insbesoiid :re in eiern an die Unterlage angrenzenden Bereich, leicht Kristallbaufehler in großer Dichte entstehen. Die Charakteristik uinea in einem Bereich mit Kristallbaufehlern liegen-.den p-n-U ,erganges ist jedoch für Halbleitervorrichtungen sehr ungünstig, Dieses gilt insbesondere für großflächige p-n-Über-
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gauge fiL- Hoehleistungsaweoke, die der Übergangsfläohe entsprechend mehr Kristallbaufehler enthalten· Um den Inneren Widersta:id klein au machen, wird außerdem der p-n-Übergang meist na;ie der öreaae zwischen der Unterlage und der geittehteten Schicht gebildet, wo die Kristallbaufehler besondere dicht liegen. Sin solcher übergang wird also besonders stark durch die unerwünschten Eigenschaften der Kristallbaufehler beeinflusst·
Ba die elektrisch wirksamen Fremdstoffe (Aktivatoren) in den Bereichen mit Kristallbaufehlern anormal diffundieren und man die Fremdstoffe beim Herstellen der Halbleitervorrichtung durch Wärmebehandlung aus dem Inneren der Unterlage durch den die Kristallbaufehler enthaltenden Bereich in der gezüchteten Schicht Jiindurchdiffundieren läßt, wird die Charakteristik der Vorrichtung beträchtlich verschlechtert und die Ausschußquote bei der Herstellung entsprechend großο
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Halbleitervorrichtung mit besonders guten elektrischen Eigenschaften und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten vermieden werden.
Gemäß der Erfindung zeichnet sioh die Halbleitervorrichtung mit einen Halbleitereinkristall* einer auf mindestens einer Oberfläche des Kristalls duroh Niederschlagen aus der Gasphase gezüchteten kristallinen Schicht und einem oder mehreren p-n-über;;ängen dadurch aus, daß die gezüchtete kristalline Schicht vom gleiohen Leitfähigkeitstyp wie der an sie angrenzende, dtn geforderten relativ großen spezifischen Widerstand aufweisende' Bereich des Halbleltereinkristails ist aber einen geringeren spezifischen Widerstand hat als dieser, und daß der oder die p-n-übergänge nur im Halbleitereinkristall liegen»
Gemäß der Erfindung werden die Halbleitervorrichtungen dadurch hergestellt, daß auf mindestens einer Oberfläche eines HaIb-
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leitereirJcris tails von einem Leitffthigkeitstyp mit großem epe-ζiflecher Widerstand durch Niederschlagen aue der Gasphase eine kristalline Schicht dea gleiohen leitfähigkeitstypa mit geringerem spezifischem Widerstand gezüchtet wird, und anschließend in cem Halbleitereinkristall durch Diffusion oder Legieren nach an ι ich bekannten Verfahren die erforderlichen p-n-übergänge hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung weist also in der UoU. Kristallbaufehler enthaltenden, durch Niederschlagen aus der Gasphase gezüchteten Schicht relativ geringen spezifischen Widerstandes keine p-n-übergänge auf« Der von Kristallbaufehlern freie Halbleitereinkristall verändert sich beim Züchten der kristallinen Schicht nicht, d.h. er iiit auch danaoh frei von Kristallbaufehlern. Infolgedessen ist die Gleichrichtercharakteristik eines im Halbleitereinkristall nahe der gezüchtete:·, Schicht liegenden p-n-überganges nioht entartet· Außerdem kann der spezifische Widerstand der gezüchteten Schicht beliebig klein gemacht werden, so daß der innere Widerstand der Halbleiteranordnung oder ihres wesentlichen Teils genügend klein wird.
Weitere I,'inzeiheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen verschiedene Ausftihrungaformen von erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtungen dargestellt und die Verfahren zu.ihrer Herstellung beispielsweise erläutert sind.
Pig. 1 zeigt im Querschnitt durch einen Teil der Halbleiteranordnung die verschiedenen Stufen bei der Herstellung von npn-Mesatransistoren, wobei Pig..1g einen fertigen Mesatransistor zeigt;
Pig. 2 ifcit ein Querschnitt durch einen Planartransistor, und Pig. 3 ieigt im Querschnitt durch einen Teil der Halbleiteranordnung verschiedene Stufen bei der Herstellung von Dioden.
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Dabei sine der beseeren Übersicht halber der nicht veränderte Teil des Halbleitereinkristails und die gezüchtete Schicht nicht schü-affiert gezeichnet.
Pig« 1 er; äutert das Herstellungsverfahren für einen npn-Silizium-Mesairansistor. Fig. 1a zeigt den aus einem Siliziumeinkrlstall-2lättohen mit einem spezifischen Widerstand von 5λ·οβ bestehenden Halbleitereinkristall 1, dessen Oberfläche duroh mechanisch es Folieren und ohemisohe Behandlung gereinigt 1st. Auf dem Plättchen 1 nach Fig. 1a wird naoh sorgfältigem Entfernen dei dünnen Oxyd-Oberflächenschicht durch Erhitzen das Plättohenc in trockenem Wasserstoff dann duroh Niederschlagen aus der Gasphase eine n+-Schicht von einigen u Dicke und weniger als O,001 u cm Widerstand gezüchtet. Fig. 1b zeigt die gezüchtete kristalline Schloht 2 und die Grenzfläche 5 zwisohen dem Kristall 1 und der Schicht 2ο Danach wird (Fig. 1c) der oberhalb der ftrichpunktierten Linie A-A in Fig. 1 b liegende Teil des Plättehens 1 und der Schicht 2 auf mechanischem oder chemischen Wege entfernt. Anschließend wird ein etwa 1 u dicker Ox1JpFiIiC 4 auf der Oberfläche der Anordnung, wie in Fig. 1d gezeigt, durrih Erhitzen auf relativ hohe Temperaturen in einem oxydierenden Gasstrom hergestellt.
Im nächsteα Verfahrenschritt wird Gallium als p-Leitung hervorrufender Fremdstoff auf den Oxydfilm 4 gebraoht, und durch Diffusion des Galliums duroh den Oxydfilm 4 hindurch in dem n-leiten° den Kristall 1.f dessen Dichte an n-Typ-Fremdstoffen geringer als die Oberflichenkonzentratlon des Galliums ist, ein p-n-0bergang 6 erzeugt (Fig. 1e). Hierbei sollen naoh Möglichkeit eine solche Temperatur und Diffusionsdauer eingehalten werden, daß zwisohen d ;m p-n-Obergang 6 und der Grenzfläohe 3 ein Abstand von etwa 1 bis 2 μ erhalten wird. Anschließend (Fig. 1f) werden durch Foto^ravierung in dem Oxydfilm 4 Löcher 7 hergestellt und dann durch Diffusion von η-Leitung hervorrufendem Phosphor, dessen Obe.rflächenkonzentration größer als die Oberfläohenkonzentrat:.on des Galliums sein muß, unter den Löchern 7 n-leitende Bereiche 8 erzeugt, so daß p-n-0bergänge 9 entstehen,
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die als Imitterübergänge verwendet werden· Schließlich werden die für ISesatransistoren erforderlichen Teile mit Wachs abgedeckt und die übrigen Teile durch chemische Behandlung weggelöst. Dann wird das Siliziumplättchen für die verschiedenen Transistoren (mit je einem Obergang 9) aufgeteilt· per in Pig. 1g gazeigte Mesatransistor wird durch Anbringen der Zuführungsd?ähte 10 und 11 an die Emitter- und die Basiselektrode 13 und H und durch Aufbringen des Transistors auf einen» ggf. eineα Teil des Gehäuses bildenden, Träger 12 hergestellt· Die durch Niederschlagen aus der Gasphase gezüchtete kristalline Schicht 2 wird als kollektorseitiger Elektrodenzuführungebereloh verwendete Infolgedessen kann der kollektorseitlge p-n-Übergang dessen GlsichrichtungsCharakteristik sehr gut ist, sehr nahe an der Gronsfläche 3 liegen, so daß der Widerstand der Kollektorzone bol lern erfindungsgemäßen Mesatransistor besonders niedrig ist.
Figo 2 zeigt einen in entsprechender Weise hergestellten SiIizium-npnllanart.ransistor, der ebenso gute elektrische Eigenschaften :.'.at wie der Mesatransistor naoh Fig. 1. Die Bezugsziffern d r Fig. 2 entsprechen denen der Fig. 1? Im Fall der Fig. 2 is; die p-leitendo Schicht 15 3eäoch durch Diffusion von Bor hergestellte
Fig. 3 erläutert das erfindung3gemäße Herstellungsverfahren für Germanium!ioden. Fig. 3a zeigt z.B. den der Fig. 1c entsprechenden Verfεrensaehritt, in dem ein Teil des Kristalls 1 und der darauf gezüchteten Schicht 2 entfernt worden ist, naohdem zunächst ei.ie n+~Gfermaniumschicht 2 von weniger als 0,001 JfL cm Widerstand, duroh Niederschlagen aus dar Gasphase auf der Oberfläche ei:-es η-leitenden Germaniumeinkrietall-Plättohens 1 mit 10-Ω.αη £;.jzüchtet wurde. Danach werden (Fig. 3b) durch Auflegieren ro λ auf das Basisplättohen 1 aufgebrachten Indiumpillen' oder -pläitohen p-leitende Bereiche 16 und p-n-übergänge 17 hergestellt. Die Anordnung nach Fig. 3 b wird zu Teilen mit je einem p-n-Übergang 17 zerschnitten, so daß Dioden wie in Fig.
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erhalten werden· Ein Diodenanschluß wird an der Schicht 2 angebracht. D:.ese Dioden haben bei geringem inneren Widerstand eine große Durchschlagspannung.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    .^Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitereinkristall, einer
    atf mindestens einer Oberfläche des Kristalls durch Niederschlagen aus der Gasphase gezüchteten kristallinen Sohiott und einem oder mehreren p-n-Übergängen, dadurch gekennzeichnet, daß die gezüchtete kristalline Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der an sie angrenzende, den geforderten relativ großen spezifischen Widerstand aufweisende Bereich des Halbleitereinkristalls ist aber einen geringeren spezifischen Widerstand hat als dieser, und daß der oder die p-n-übergänge nur im Halbleitereinkristall lieger.
    ) Translator nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die gezüchtete kristalline Schicht einen Teil der Kollektorzone bildet und die Kollektorzuführung an dieser Schicht angebracht ist.
    3.) Diode lach Änspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Zuleitungen der Diode an der gezüchteten kristallinen Schicht angebracht ist.
    4.) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Oberfläche eines Halbleitereinkristails von einem Leitfähigkeit β typ mit großem spezifischem Widerstand durch Niederschlagen aus der Gasphase eine kristalline Schicht dee gleichem Leitfähigkeitstyps mit geringerem spezifischem Widerstand gezüchtet wird, und anschließend in dem HaIb-
    BAD ORIGINAL „
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    leite:-einkristall durch Diffusion oder Legieren nach an aicii 3konnten Verfahren die erforderlichen p-n-übergänge 'lier.ijs. teilt wordene.
    !>.} TorCi? ·ό?ι nach Anr.-px .^ h 4» dadurch gekennzeichnet, daß die :!ar1.s !· .l'.iie Sclv'-cb. ■·.. -uf fäei1 geaaiatcR Oberfläche des Halblaute ;:.n):: i3t:.U · ;u ^iic-itat und dann ein Teil des Halbleiter« • itifli ΐϋΐΐε aiiu HtratelXcn der p-ii-Üb«r^änge durch teil-W3*j.st; A itre.^er. do:·? ^fijiiioht^ten ScJiic^t und ggf. eines i?si3sO dtiü HalT'lc.; .xeiakvistallß n;*.ttola an sich bekannter raeoh-; ..achor euer ;^-.'.'©jriiBehei· Verfaiixv©.a freigelegt wird.
    BAD ORIGINAL
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