DE1544323A1 - Verfahren zur Erzeugung von p-Diffusionen in Germanium und zur Herstellung doppelt diffundierter planarer Germaniumtransistoren - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von p-Diffusionen in Germanium und zur Herstellung doppelt diffundierter planarer GermaniumtransistorenInfo
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Description
Verfahren zur Erzeugung von p-Diffusionen in Germanium
und zur Herstellung doppelt diffundierter planarer Germaniumtransistoren
Die Erfindung betrifft ganz allgemein die Herstellung
von Halbleitervorrichtungen, und insbesondere ein Verfahren
zur Eindiffusion von p-Leitfähigkeit ergebenden,
dotierenden Störstoffen, z.B. Indium und Gallium, in bestimmte Bereiche eines HalbleiterSubstrats, z.B. aus
Germanium, wobei ein pn-übergang entsteht; die Erfindung
umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung doppelt
diffundierter planarer Germaniumtransistoren.
Es ist allgemein bekannt, dass Hochfrequenztransistoren besser aus Germanium als aus Silicium hergestellt werden,
und zwar wegen der höheren Beweglichkeit der Ladungsträger. Für einen Betrieb bei hoher Frequenz müssen jedoch die
Br.Jia/Ma
wirksamen
ORIGINAL INSPECTED
wirksamen Teile der Emitter-, Basis- und Kollektorzone
kleine physikalische Abmessungen aufweisen und die Basisr
breite muss schmal und innerhalb enger Toleranzen geregelt werden. Bei Frequenzen im Bereich von 5 GHz oder mehr
ist die Fläche der Emitterzone z.B. vorzugsweise kleiner
2
als einige Zehntel mil .
als einige Zehntel mil .
Diese Anforderungen in Bezug auf die Abmessungen machen
übliche Verfahren zur Herstellung von Germaniumtransistoren
ungeeignet. Die für gewöhnlich zur Aufdampfung von Emitter- und Basisstreifen verwendeten Metallraaskierungen
sind beim Arbeiten mit so kleinen Abmessungen zu grob und für verwickelte geometrische Formen nicht geeignet.
Die Verwendung von aufgetupfter Legierung ist als Herstellungsmethode
unpraktisch, da die für so kleine Grossen erforderlichen Flecken oder Streifen, z.B. eine Kugel
mit einem Durchmesser von 1/4 mil, für das blosse Auge unsichtbar sind und die üblichen Hilfsmittel, z.B. Pinzetten,
keine Anwendung finden können. Selbst wenn legierte Emitter mit so kleinen Abmessungen hergestellt .
werden könnten, bleibt doch das Problem der Herstellung des Emitterkontakts. Auch ist bei extrem kleinen Grossen
von beispielsweise 0,1 mil die Korngrösse niedergeschlagener
Metalle ein Faktor, welcher die erzielbare Linienauflösung beschränkt. Ferner neigt die Emitterzone während
der Legierung leicht dazu, sich auszubreiten und die erforderliche
feine Geometrie und die Abmessungen zu zerstören. 009809/1392
Andererseits
Andererseits können Siliciumtransistoren und integrierte Schaltungen mit diesen kleinen Abmessungen unter Anwendung
existierender Planarmethoden hergestellt werden, wobei
ein Siliciumoxydfilm nach photolithographischen Methoden unter Bildung einer Diffusionsmaskierung in ein bestimmtes
Muster gebracht wird. Halbleitersilicium besitzt jedoch bei hohen Frequenzen ungünstige elektrische Eigenschaften,
da die Beweglichkeiten der Ladungsträger nur etwa 1/3
bis 1/4 derjenigen von Germanium betragen. Die zur Herstellung von Siliciumhalbleiter-vorrichtungen üblichen
planaren Techniken waren bisher auf Germaniumvorrichtungen nicht anwendbar, da eine geeignete Diffusionsmaskierung für eine p-Leitfähigkeit ergebende Dotierungsmittel,
d.h. Indium und Gallium, fehlte, welche durch Photomas- < kierungs- und Ätzmethoden in ein bestimmtes Muster zur
Begrenzung der Übergangs- und Kontaktflächen gebracht werden kann. Germaniumdioxyd ist keine gute Diffusionsmaskierung für diese Dotierungsmittel, da es in ein Monoxyd
übergeht, welches bei ziemlich niedrigen Temperaturen sublimiert und auch ziemlich wasserlöslich ist.Obwohl
festgestellt wurde, dass Siliciumoxydnach Oxydationsmethoden auf eine Germaniumoberfläche aufgebracht und dannunter
Bildung einer Diffusionsmaskierung^elektiv geätzt werden kann, wurde dieses Verfahren doch deshalb nicht
angewendet, weil Siliciumoxyd weder für Indium noch für
Gallium
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Gallium eine Sperre darstellt und indium und Gallium
die beiden hauptsächlichen, eine p-Leitfähigkeit ergebenden Dotierungsmittel für Germanium sindj eine so
erhaltene Halbleitervorrichtung würde daher verschlechterte
Eigenschaften aufweisen.
Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Diffusionsmaskierung für p-leitendes Germanium ergebende
Dotierungsmittel bei der Herstellung von Germaniumhalbleitervorrichtungen.
Gemäss der Erfindung kann eine solche Maskierung nach
üblichen photolithographischen Methoden in Form eines Musters gebracht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt ferner die Herstellung
von Germaniumhalbleitervorrichtungen mit planarer Konfiguration.
ßemäss einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen
Verfahrens können eine p-Leitfähigkeit ergebende Störstoffe
in. bestimmte Bereiche eines Germaniumsubstrats eindiffundiert werden.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung,
eines planaren Germaniumtransistor unter Anwendung eines
doppelten Diffusionsverfahren.
009809/ 1.302
Die
Die vorstehenden Aufgaben werden gemäss der Erfindung
dadurch erfüllt, dass man einen mit Phosphor dotierten
Siliciumoxydfilm als Diffusionsmaskierung gegen das
DotierungsüEterial verwendet. Der Maskierungsfilm kann
so erhalten werden, dass man einen Dämpfe geeigneter
Siliciumverbindungen und Phosphorverbindungen tragenden
Sauerstoffstrom bei erhöhter Temperatur über ein Germaniumsubstrat
leitet, wobei sich durch eine Oxydationsund Zersetzungsreaktion ein gemischter Oxydfilm ausbildet.
Die Diffusionsmaskierung kann dann auf beliebige Weise nach üblichen photolithographisehen und selektiven
Ätzmethoden in Form eines Musters gebracht werden. Der
film ist gegen Indium (In) und Gallium (Ga), d.h. die beiden hauptsächlichen, eine p-Leitfähigkeit ergebenden
Störstoffe für Germaniumhalbleitermaterial, sowie gegen Aluminium (Al) und die meisten anderen, eine p-Leitfähigkeit
ergebenden Störstoffe wirksam.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung sindi
S1Xg. 1 eine sohematische Darstellung einer zur Durchführung
des erfindungsgemäss en Verfahrens geeigneten
Apparatur und
Fig. 2 bis 5 schematische Schnittansichten zur Erläuterung einzelner Verfahrensstufen bei der
Herstellung einer typischen Halbleitervorrichtung.
In Fig. 1 ist eine zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens verwendbare typische Apparatur allgemein mit 10 bezeichnet· Sie besteht aus einem üblichen Quarzrohrofen
12 mit einer Heizwicklung 14» welche durch ein thermostatisches System so gesteuert wird, dass innerhalb des
Rohrs eine Zone mit genau vorherbestimmter Temperatur herrscht. In diese heisse Zone des Ofens werden mittels
eines Schiffchens 18 Halbleiterplättchen 16 eingeführt.
Die Reaktionsdämpfe liefernde Flüssigkeiten 20 sind in einem geschlossenen Behälter 22 enthalten. Durch diese
Reaktionslösung 20 wird durch eine darin eingetauchte Leitung 24 Sauerstoff geleitet und von diesem mitgenommene
Reaktionsdämpfe gelangen durch die Leitungen 26 und 28 in den Röhrenofen 12. Schliesst man das Ventil 30 in
der Leitung 24 und öffnet das Ventil 32 in der Umleitung, so umgeht der Sauerstoff den Behälter 22 und gelangt
direkt durch die Leitung 28 in den Röhrenofen 12. Wasserstoff,
Stickstoff oder Sauerstoff oder, eine beliebige
Kombination derselben können selektiv durch die Leitung
und das Ventil 36 zugeführt und mit dem Sas in der Leitung
28 vor Einführung in den Röhrenofen 12 gemischt werden.
009809/1302 Nachstehend
Nachstellend wird die Herstellung eines npn-Transistors
nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. Ein n-Germaniumplättchen 16 mit einem spezifischen Gewicht von
0,018 Ohm-cm wird auf das Schiffchen 18 gelegt. Die die Reaktionsteilnehmer liefernde Flüssigkeit 20 enthält
eine Silieiumverbindung, z.B. flüssiges Tetraäthoxysilan
oder Triäthoxysilan, und eine Phosphorverbindung, z.B.
Trimethylphosphat oder Triäthy!phosphat. Die Lösung
enthält vorzugsweise etwa 1 bis etwa 20 Teile Tetraäthoxysilan auf etwa 1 Teil Trimethylphosphat. Gegebenenfallskann
auch jede der die Reaktionsteilnehmer liefernden Verbindungen in einem getrennten Behälter enthalten
sein und die Trägergase werden dann in dem gewünschten Verhältnis gemischt. Bei Verwendung der vorstehenden
Reaktionsteilnehmer wird auf der Oberfläche des Germaniumplattchens
16 eine Schicht 48 aus SiO2-PgOc niedergeschlagen.
Zu diesem Zweck werden zuerst die Ventile und 32 geschlossen und man leitet eine H2sN« Mischung
durch das Ventil 36 mit einer zur Austreibung anderer Gase aus dem Röhrenofen 12 ausreichenden Geschwindigkeit,
während die Halbleiterplättchen 16 etwa 5 Minuten auf etwa 500 G erhitzt werden« Dann wird das Ventil 30 geöffnet
und man lässt Sauerstoff durch die Flüssigkeit perlen, so dass der Sauerstoffstrom Dämpfe dieser auf
Raumtemperatur befindlichen Flüssigkeit 20 mitnimmt. Weiterer Sauerstoff wird durch das Ventil 36 zugeführt
Q09809/1392
und in der Leitung 28 mit den Reaktionsdämpfen gemischt. Eine zur" Austreibung anderer Gase aus dem Röhrenofen 12
ausreichende Gesamtströmungsgeschwindigkeit wird so lange aufrechterhalten, bis sich auf der Oberfläche der Halbleiterplättehen
ein Niederschlag in der gewünschten Stärke gebildet hat. Eine Strömungsgeschwindigkeit von mit Dampf
beladenem Sauerstoff durch die Leitung 26 von etwa 2 Liter/Minute und eine Strömungsgeschwindigkeit von überschüssigem
Sauerstoff durch das Ventil 36 von etwa 6 Liter/Minute hafcen sich für einen Röhrenofen mit einem
Durchmesser von 5 cm als ausreichend erwiesen. Naoh etwa 15 Minuten hat sich eine etwa 2000 Ä dicke Schicht 48
aus SiOp-PpOpj ^ei einer berechneten Niederschlagungsgeschwindigkeit
von etwa 130 α pro Minute gebildet·
Der so gebildete PiIm wird dann zur Herstellung eines
Transistors unter Anwendung üblicher photolithographischer
Methoden zur Erzeugung eines Musters und Diffusionsmethoden
verwendet. Z.B. kann über der Silicium-Phosphoroxydschioht
eine Schicht aus einem Photoschutzmaterial 50 gebildet,
belichtet und unter Öffnung eines Fensters 52 in der Photoschutzschicht entwickelt werden, wie dies Fig. 2
erläutert. Das Halbleiterplättchen wurde dann in ein geeignetes "Ätzmittel, z.B. eine gepufferte Lösung von Fluorwasserstoffsäure,
eingetaucht und die Oxydschicht 48 wurde unter Verbleib einer Öffnung 54 und unter Freilegung des
009809/13 92 Germaniumsubstrats
Germaniumsubstrats 16 entfernt. Natürlich "bildet sich
über der freiliegenden Oberfläche des Germaniums eine sehr dünne Germaniumoxydschicht zurück, wenn das Substrat
mit Luft in Berührung kommt; das hat jedoch keine Bedeutung. Das Phot©schutzmaterial 50 wird dann von dem
Substrat abgezogen.
Dann wird durch die Öffnung 54 in der Schieht 48 unter
Bildung einer p-leitenden, diffundierten Zone 56 Indium
eindiffundiert, wie dies Fig. 3 zeigt. Die Indiumdiffusion kann unter Verwendung von Indiumbromiddampf und eines
üblichen Röhrenofens mit zwei Temperaturzonen nach üblichen
Methoden erfolgen, wobei die Diffusion etwa 15 Minuten
bei etwa 8800G durchgeführt wird. Bine zweite Oxydsohicht
58, z.B. aus Siliciumoxyd, wird dann aufgebracht und es
wird nach photolithographischen Methoden eine Öffnung 60 für die Imitterdiffusion herausgeschnitten. Das Siliciumdioxyd
kann nach dem gleichen Verfahren wie das SiOp-PpOe
niedergeschlagen werden, mit der Ausnahme, dass die Phosphorverbindung weggelassen werden kann. Dann wird durch
die öffnung 16 zur Bildung einer Emitterzone 62 Arsen
eindiffundiert. In die Oxydschicht58 über der Basiszone
wird dann eine Öffnung für einen Basiskontakt eingeschnitten und ein Metallfilm wird auf der Oberfläche niedergeschlagen
und in Jorm eines solchen Musters gebracht,
dass
OÖ98O0/1392
- ίο -
dass verbreiterte Basis- und Emitterkontakte 64 und 66
verbleiben. Dann erzeugt man auf der Rückseite des Substrats einen Metallfilm 68 zur Bildung eines Kollektoranschlusses,
welcher mit dem Sockel verbunden werden kann.
Ein pnp-Transistor kann nach dem gleichen Verfahren erhalten
werden, wobei jedoch das Ausgangsplättchen dann aus p-Germanium besteht, die Basisdiffusion erfolgt mit
Arsen oder einem anderen, eine η-Leitfähigkeit ergebenden Störstoff durch eine Siliciumoxydmaskierung und die
Emitterzone wird durch Diffusion von Gallium oder einem anderen, eine p-Leitfähigkeit ergebenden Störstoff durch
eine Silicium-Phosphoroxydmaskierung erhalten.
Die Art und Weise, in welcher der mit Phosphor versetzte Siliciumoxydfilm als Diffusionsmaskierung gegen die eine
p-Ieitfähigkeit ergebenden Störstoffe Indium und Gallium
wirksam ist, ist nicht genau bekannt. Man nimmt an,,dass der Phosphor entweder als kompensierende, n-leitende
Verbindung wirkt, welche zuerst die verfügbaren Gitterstellen
in dem Germanium besetzt und den Eintritt des Indiums, Galliums, Aluminiums oder des anderen p-Dotierungsmittels,
welches in die Gitterstruktur des Germaniums eintritt, überkompensiert, oder dass der Phosphor als
Diffusiönssperre dient, welche tatsächlich den Durchtritt
des
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des Störstoffs durch den Waskierungsfilm verhindert » In
jedem Fall wird das gewünschte Ergebnis, nämlich die Bildung eines pn-Übergangs zwischen den unmaskierten und
maskierten Zonen des Germaniums bewirkt. Man nimmt an, dass der Film eher als eine Sperre als als kompensierende
Verbindung wirkt. Da Phosphor ein n-Störstoff ist und in Germanium eindiffundiert, empfiehlt es sich in einigen
Fällen, eine Diffusionssperre, z.B. Siliciumoxyd, welches
bekanntlich eine Phosphordiffusion hemmt, zwischen den Silieium-Phosphoroxydfilm und das Germanium einzubringen,
in welchem Fall der Silieium-Phosphoroxydfilm dann eine
zuverlässige Sperre bildet.
Obwohl die genaue chemische Struktur des Silicium-Phosphoroxydfilms
sehr verwickelt und nicht leicht feststellbar ist, nimmt man doch an, dass der Film aus SiOp und PpO1-besteht.
Das Verhältnis von Siliciumoxyd zu Phosphoroxyd in dem Maskierungsfilm wird nicht als kritisch angesehen.
Z.B. nimmt man an, dass das Verhältnis zwischen etwa 2000 zu 1 und bis herab zu etwa 20 zu 1, Siliciumoxyd zu Phosphoroxyd, liegen kann» Ebenso kann die Filmdicke von 2000 £
verschieden sein und richtet sich lediglich nach praktischen Zwecken für eine gegebene Anwendung.
Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne
dass dadurch ihr Rahmen verlassen wird.
00 9 809/1 3d 2 Patentansprüche
Claims (8)
1) Verfahren zur Eindiffusion von eine p-Leitfähigkeit
ergebenden Störstoffen in einen Germaniumhalbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der p-Störstoff
durch eine Öffnung in einer einen n-StÖrstoff enthaltenden
Diffusionsmaskierung eindiffundiert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die einen n-StÖrstoff enthaltende Oxyddiffusionsmaskierung
aus mit Phosphor versetztem Siliciumoxyd besteht.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die einen n-StÖrstoff enthaltende Oxyddiffusionsmaskierung aus Siliciumoxyd und Phosphoroxyd besteht.
4) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
dass die einen n-Störstoff enthaltende Oxyddiffusionsraaskierung aus Siliciumdioxyd und Phosphorpentoxyd
besteht.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als einzudiffundierender p-Störstoff Indium,
Gallium oder Aluminium verwendet wird.
9/1382
6) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der n-Störstoff an einer Diffusion in die G-ermaniumoberfläche durch eine zwischen die Oxyddiffusionsmaskierung
und die G-ermaniumob er fläche eingebrachte Diffusionssperre gehindert wird.
7) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bildung der einen n-Störsboff enthaltenden Oxyddiffusionsmaskierung eine aus Sauerstoff, einer
dampfförmigen Siliciumverbindung und einer dampfförmigen
Phosphorverbindung bestehende Mischung über die Oberfläche des Germaniumkörpers geleitet wird.
8) Planarer npn-Germaniumtransistor, in welchem die
p-leitende Basiszone nach dem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterkörper die n-Kollektorzone
bildet und eine η-Emitterzone in die Basiszone eingelagert wird.
13S2
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US460785A US3408238A (en) | 1965-06-02 | 1965-06-02 | Use of both silicon oxide and phosphorus oxide to mask against diffusion of indium or gallium into germanium semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1544323A1 true DE1544323A1 (de) | 1970-02-26 |
Family
ID=23830075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19661544323 Pending DE1544323A1 (de) | 1965-06-02 | 1966-06-01 | Verfahren zur Erzeugung von p-Diffusionen in Germanium und zur Herstellung doppelt diffundierter planarer Germaniumtransistoren |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3408238A (de) |
| DE (1) | DE1544323A1 (de) |
| GB (1) | GB1142526A (de) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE1764004A1 (de) * | 1968-03-20 | 1971-04-08 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen eines Hochfrequenztransistors aus Silicium |
| US3923562A (en) * | 1968-10-07 | 1975-12-02 | Ibm | Process for producing monolithic circuits |
| US3629018A (en) * | 1969-01-23 | 1971-12-21 | Texas Instruments Inc | Process for the fabrication of light-emitting semiconductor diodes |
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| JPS56112011A (en) * | 1980-02-12 | 1981-09-04 | Japan Atomic Energy Res Inst | Composite superconductor |
| US5293073A (en) * | 1989-06-27 | 1994-03-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrode structure of a semiconductor device which uses a copper wire as a bonding wire |
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| US3041214A (en) * | 1959-09-25 | 1962-06-26 | Clevite Corp | Method of forming junction semiconductive devices having thin layers |
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| US3200019A (en) * | 1962-01-19 | 1965-08-10 | Rca Corp | Method for making a semiconductor device |
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-
1965
- 1965-06-02 US US460785A patent/US3408238A/en not_active Expired - Lifetime
-
1966
- 1966-05-26 GB GB23575/66A patent/GB1142526A/en not_active Expired
- 1966-06-01 DE DE19661544323 patent/DE1544323A1/de active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1142526A (en) | 1969-02-12 |
| US3408238A (en) | 1968-10-29 |
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