DE1564608C3

DE1564608C3 - Method of manufacturing a transistor

Info

Publication number: DE1564608C3
Application number: DE19661564608
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Phys 8011 Hohenbrunn; Schembs Wolfgang Dipl.-Phys. 8000 München Meer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-05-23
Filing date: 1966-05-23
Publication date: 1977-07-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Transistors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a transistor according to the preamble of the claim 1.

Ein solches Verfahren ist in der NL-OS 64 04 321 beschrieben. Dort wird die Aufgabe behandelt, Emittcr- und Basiselektrode in möglichst geringem Abstand nebeneinander auf der Gcrmaniumoberfläche zu erzeugen. Ein ähnliches Verfahren ist in der DT-OS 15 21 990 behandelt. Aus »Proc. IRE« Vol. 48, No. 9 (Sept. 1960), S. 1642—1643 war außerdem bekannt, bei der Herstellung eines Transistors, von einem als Kollektor des Transistors vorgesehenen scheibenförmigen Halbleiterkristall auszugehen und an dessen einer Oberflächenseite eine einkristalline Schicht desselben Halbleitermaterials und vom gleichen Leitungstyp epitaktisch abzuscheiden, um dann in dieser Schicht die Basis- und die Emitterzone des Transistors mit den entsprechenden Elektroden zu erzeugen. Schließlich war es aus der US-PS 26 95 852 bekannt, in einen Halbleiterkristall zum Zwecke der Erzeugung eines pn-Übcrgangs einzulegierende Elektroden durch Aufdampfen eines dotierenden Elektrodenmetalls, z. B. von Aluminium, auf die gleichzeitig erhitzte Germaniumoberfläche aufzubringen. Such a method is described in NL-OS 64 04 321. There the task is dealt with, emitter and to generate the base electrode next to one another on the Gcrmaniumfläche in the smallest possible distance. A similar procedure is dealt with in DT-OS 15 21 990. From “Proc. IRE «Vol. 48, No. 9 (Sept. 1960), pp. 1642-1643 was also known in the manufacture of a transistor, from one as the collector of the Transistors provided disc-shaped semiconductor crystal and on its one surface side epitaxially deposit a monocrystalline layer of the same semiconductor material and of the same conductivity type, then in this layer the base and emitter zones of the transistor with the corresponding Generate electrodes. Finally, it was known from US-PS 26 95 852, in a semiconductor crystal for the purpose of generating a pn junction, electrodes to be alloyed by vapor deposition doping electrode metal, e.g. B. of aluminum to apply to the simultaneously heated germanium surface.

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Germaniumtransistor mit einer geometrisch möglichst genau definierten Emitterzone zu erhalten. Hierzu genügt es jedoch nicht, entsprechend dem in der NL-OS beschriebenen Verfahren eine cinzulegierende Emitterelektrode mit geometrisch exakt definierter und reproduzierbarer Gestalt zu erhalten. Man muß zudem dafür sorgen, daß das aufschmelzende Legierungsmetall auch die Halbleiteroberfläche an der Legierungsstelle gleichmäßig benetzt und daß auch die durch die Photolack-Ätztechnik eingestellte Geometrie der Emitterelektrode während des Einlcgierens sich in definierter Weise auf die Geometrie des herzustellenden Emitter-Basis-pn-Übergangs überträgt. Schließlich ist es erwünscht, wenn die für die Transistorfunktion wesentlichen Teile der pn-Übergänge in kristallographischer Beziehung sich praktisch nicht von (I I I)-Ebenen des Germaniumgitters unterscheiden.It is now the task of the present application to provide a germanium transistor with a geometrically to get the most precisely defined emitter zone. However, it is not sufficient for this to be the case in the NL-OS described method an emitter electrode to be alloyed with geometrically precisely defined and obtain a reproducible shape. One must also ensure that the melting alloy metal the semiconductor surface at the alloy point is evenly wetted and that also the through the Photoresist etching technology adjusted the geometry of the emitter electrode while embedding itself in transfers in a defined way to the geometry of the emitter-base-pn-junction to be produced. In the end it is desirable if the parts of the pn junctions that are essential for the transistor function are crystallographic Relationship practically do not differ from (I I I) planes of the germanium lattice.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 definierten Merkmale bei dem eingangs definierten Verfahren gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features defined in claim 1 at the beginning defined procedure solved.

Dabei ist zu bemerken, daß sich die geringfügige Neigung der Kristalloberfläche gegen die (111)-Ebene erfahrungsgemäß auf die Oberfläche der auf ihr abgeschiedenen epitaktischen Germaniumschicht überträgt, sofern die Stärke der Schicht auf I bis ΙΟμιη bemessen wird. Andererseits sorgt die angegebene Stärke für die zu der Emitterelektrode zu verarbeitenden Schicht aus dotierendem Metall, daß sich beim Aufschmelzen der Emitterelektrode zu Beginn des Legierungsvorgangs die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls nicht auf die Gestalt der zu erzeugenden Emitterzone auswirken kann und somit eine Beeinträchtigung der durch die Abweichung der Legierungsfläche von der (lll)-Ebene erreichten gleichförmigen Benetzung durch das flüssige Legierungsmetall mit Erfolg vermieden wird.It should be noted that the slight inclination of the crystal surface towards the (111) plane experience has shown that it is transferred to the surface of the epitaxial germanium layer deposited on it, provided that the thickness of the layer is measured from I to ΙΟμιη. On the other hand, the specified ensures Strength for the layer of doping metal to be processed to form the emitter electrode, that when Melting of the emitter electrode at the beginning of the alloying process reduces the surface tension of the liquid metal can not affect the shape of the emitter zone to be generated and thus an impairment of the achieved by the deviation of the alloy surface from the (III) plane uniform wetting by the liquid alloy metal is successfully avoided.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Fig. 1—5 beschrieben. Fig. 1 dient zur Beschreibung der Erfindung bis zur Herstellung der die Emitter-Metallschicht abdeckenden Photolack-Ätzmaske. Fig.2 zeigt die auf diese Weise entstandene Emitterelektrode. Fig.3 und Fig.4 beschreiben die zur Herstellung der Basiselektrode erforderlichen Schritte und Fig.5 zeigt den Zustand nach Entfernung der Photolack-Bedampfungsmaske und dem Aufdampfen der Basiselektrode und vor dem Aufmontieren der Anordnung auf einem als Kollektorelektrode vorgesehenen metallischen Träger.The implementation of the method according to the invention is described with reference to FIGS. 1-5. Fig. 1 serves to describe the invention up to the production of the photoresist etching mask covering the emitter metal layer. 2 shows the emitter electrode produced in this way. Describe Fig.3 and Fig.4 the steps required to manufacture the base electrode and FIG. 5 shows the state after removal of the photoresist vapor deposition mask and vapor deposition of the base electrode and before The arrangement is mounted on a metallic carrier provided as a collector electrode.

An einer Oberflächenseite einer einkristallinen, polierten Germaniumscheibe 1, beispielsweise vom p-Typ, und einem spezifischen Widerstand von einigen mm Milliohm.cm. wird eine epitaktische Germaniumschicht 2 vom gleichen Leitungstyp und einem spezifischen Widerstand von etwa 0,3 Ohm cm aufgebracht. Die Oberflächenseite, auf der die epitaktische Schicht 2 abgeschieden wird, ist um einen Winkel von 0,5—1,5° gegen die (lll)-Ebene geneigt. Außerdem wird die Stärke der epitaktischen Schicht auf einen Wert im Bereich von 1 - 10 μηι eingestellt.On a surface side of a single-crystal, polished germanium wafer 1, for example from p-type, and a specific resistance of a few mm milliohm.cm. becomes an epitaxial germanium layer 2 of the same conductivity type and a specific resistance of about 0.3 ohm cm. The surface side on which the epitaxial layer 2 is deposited is at an angle of 0.5-1.5 ° inclined to the (III) plane. Besides that the thickness of the epitaxial layer is set to a value in the range from 1 to 10 μm.

An der Oberfläche der epitaktischen Germaniumschicht 2 wird nun eine Oberflächenzone 3 erzeugt, die die Grundlage der Basiszone des Transistors bildet. Sie wird im Beispielsfalle n-lcitend und durch Eindiffundie-A surface zone 3 is now generated on the surface of the epitaxial germanium layer 2, which forms the basis of the base zone of the transistor. In the case of the example, it becomes n-lciting and by diffusion

ren von Antimon oder Arsen erzeugt. Die Basiszone kann sich, wie im Beispielsfalle, über eine ganze Oberflächenseite der Anordnung erstrecken. Sie kann aber auch unter Verwendung einer geeigneten Diffusionsmaske derart hergestellt sein, daß sie sich nur über einen Teil der Oberflächenseite der epitaktischen Schicht 2 erstreckt. Die Eindringtitfe der Basiszone wird zweekmäßig auf 0,5—Ι,5μιη, der spezifische Bahnwiderstand in der Basiszone auf 40-100 Ohm cm eingestellt.produced by antimony or arsenic. As in the example, the base zone can extend over a whole Extend surface side of the arrangement. But you can also use a suitable diffusion mask be made so that it extends over only part of the surface side of the epitaxial Layer 2 extends. The penetration point of the base zone is usually 0.5 to 0.5 μm, the specific one Track resistance in the base zone set to 40-100 ohm cm.

Nach der Herstellung der Basiszone wird die Anordnung unter Vakuum bei einer Temperatur von 500-700⁰C ausgeheizt, bevor die die Grundlage für die Emitterelektrode bildende Metallschicht 4 unter Hochvakuum und bei erhöhter Temperatur, /.. B. bei 350"C auf die Oberfläche der Basiszone 3 aufgedampft wird. Als Metall für die Schicht 4 wird im Beispielsfalle Aluminium oder eine aus 2 Teilen Aluminium und einem Teil Gold bestehende Legierung verwendet. Die Stärke der Metallschicht 4 wird auf 1000 - 3000 Ä bemessen.After production of the base zone, the arrangement under vacuum at a temperature of 500-700 ⁰ C is heated before the basis for the emitter electrode forming metal layer 4 under high vacuum and at elevated temperature, / .. example at 350 "C to the surface of the base zone 3. In the example case, aluminum or an alloy consisting of 2 parts aluminum and one part gold is used as the metal for the layer 4. The thickness of the metal layer 4 is measured at 1000-3000 Å.

Auf der Metallschicht 4 wird nun eine Photolackschicht 5 aufgebracht und zu einer Photolackmaske 6 derart bearbeitet, daß nur der als Emitterelektrode vorgesehene Teil der Metallschicht 4 von der Photolackmaske 6 bedeckt wird, während alle übrigen Teile der Photolackschicht infolge des Belichtens und Entwickeins der Schicht 5 entfernt werden. Dann werden die von der Photolackmaske 6 nicht bedeckten Teile der Metallschicht zweekmäßig unter Verwendung eines den Halbleiter nicht angreifenden Ätzmittels weggeätzt und die Photolackmaskc 6 entfernt.A photoresist layer 5 is then applied to the metal layer 4 and becomes a photoresist mask 6 processed in such a way that only the part of the metal layer 4 provided as the emitter electrode is removed from the photoresist mask 6 is covered, while all other parts of the photoresist layer as a result of exposure and Development of the layer 5 can be removed. Then those not covered by the photoresist mask 6 Parts of the metal layer are advantageously made using an etchant that does not attack the semiconductor etched away and the photoresist mask 6 removed.

Der erhaltene Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. In einem folgenden Schritt wird die Oberfläche der Anordnung mit einer als Bedampfungsniaskc vorgesehenen Photolackmaske derart versehen, daß lediglich die für die Basiselektrode vorgesehenen Oberflächenteile unbedeckt sind. Die zu diesem Zweck zunächst ganzflächig aufgebrachte (vgl. Fig. 3) und durch Entwickeln und Belichten zu der Photolack-Bedampfungsmaskc geformte Photolackschicht 7 läßt im Beispielsfalle einen die zur Emitterelektrode geformte Metallschicht 4 ringförmig umgebenden Bereich der Oberfläche der Basiszone 3 frei, der als Ort für die Basiselektrode vorgesehen ist.The condition obtained is shown in FIG. In a following step, the surface of the Arrangement with one provided as a steaming nipple Provided photoresist mask in such a way that only the surface parts provided for the base electrode are uncovered. The first applied over the entire surface for this purpose (see. Fig. 3) and through Developing and exposing to the photoresist vaporization mask formed photoresist layer 7 leaves in the For example, a region surrounding the metal layer 4 formed to form the emitter electrode in a ring shape Free surface of the base zone 3, which is provided as a location for the base electrode.

Die Anordnung wird nun erneut einem Bedampfungsprozeß ausgesetzt, wobei nunmehr ein Gemisch von Gold-Antimon und anschließend ein Gemisch von Silber-Antimon, beispielsweise mit einer Schichtdicke von etwa 500-2000 Ä, auf der mit der Photolack-Bedampfungsmaske 7 partiell abgedeckten Oberflächenseite der Anordnung niedergeschlagen wird. Der nunmehr erreichte Zustand ist in Fig.4 dargestellt. An der von der Photolackmaske 7 ausgesparten Stellen 8 verbindet sich die Metallschicht unmittelbar mit der Germaniumoberfläche unter Entstehung einer Basiselektrode 9, während die übrigen Teile des aufgedampften Metalls auf der Photolackmaske 7 sich befinden und zusammen mit dieser von der Oberfläche der Anordnung entfernt werden (F i g. 5).The arrangement now undergoes a vapor deposition process again exposed, now a mixture of gold-antimony and then a mixture of Silver-antimony, for example with a layer thickness of about 500-2000 Å, on the one with the photoresist vapor-deposition mask 7 partially covered surface side of the arrangement is deposited. the the state that has now been reached is shown in FIG. On of the areas 8 recessed by the photoresist mask 7, the metal layer connects directly to the Germanium surface with the formation of a base electrode 9, while the remaining parts of the vapor-deposited Metal on the photoresist mask 7 are located and together with this from the surface of the arrangement can be removed (Fig. 5).

Nun kann das Einlegieren der Emitterelektrode 4 und der Basiselektrode 9 sowie die Vervollständigung und Montage des Transistors erfolgen.Now the alloying of the emitter electrode 4 and the base electrode 9 as well as the completion and Assembly of the transistor done.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method of manufacturing a transistor, in which on a surface side of one the collector Representing disk-shaped germanium crystal has a base zone, an emitter zone, an emitter electrode and a base electrode is generated, in which the surface of the by diffusion resulting base zone in the area provided for the emitter electrode with a dopant for the metal layer containing the emitter zone is vapor-deposited in such a way that a larger Area than provided for the emitter electrode is covered by the metal layer, in which then the Metal layer using photoresist etching technology on the area intended for the emitter electrode in which further the emitter electrode obtained and the surface of the germanium crystal with the exception of the places provided for the base electrode with a vapor-deposition mask covered and at the point of the germanium surface exposed by this the base electrode atif- is vaporized, and in which, finally, to produce the emitter zone, the emitter electrode into the Base zone is alloyed, characterized in that initially at an angle of 0.5-1.5 "against a (III) plane inclined surface side of the germanium crystal one the same Conductivity type like this one having and I to ΙΟμιη thick germanium layer deposited epitaxially and on its surface with the base zone, the emitter zone, the emitter electrode and the Base electrode is provided that also during the vapor deposition to the emitter electrode and emitter zone to be processed metal layer of the germanium crystal at elevated temperature and the strength the metal layer is kept at 1000-3000 Å.

2. The method according to claim 1, characterized in that when using a p-conductive Gcrmanium crystal aluminum or an aluminum-gold alloy is used as a material for the emitter electrode.