DE1614271A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,die ein Halbleitermaterial des Typs A?B?enthaelt,und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,die ein Halbleitermaterial des Typs A?B?enthaelt,und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung

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DE1614271A1 DE19671614271 DE1614271A DE1614271A1 DE 1614271 A1 DE1614271 A1 DE 1614271A1 DE 19671614271 DE19671614271 DE 19671614271 DE 1614271 A DE1614271 A DE 1614271A DE 1614271 A1 DE1614271 A1 DE 1614271A1
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Description

16U271 Dipl.-Ing. ERICHE. WALTHER
Patentanwalt PHH. 18Ο6 Anmelder: N. V. PHILIPS' 6L0BLAMPEMFA3RIEKEN . v0/va.
Akte: PHN- 1806 Anmeldung von» -] 1 . A.U£. 1967
"Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die ein
II VI
Halbleitermaterial des Typs AB enthalt, und naoh diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung".
Si· Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
II VI Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitermaterial des Typs A B enthält, das auf ein Substrat aufgebracht wird, und eine nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung.
!toter einem Halbleitermaterial des Typs A11B71 wird hier •in Halbleitermaterial aus einem Chalkogenid, d.h. Sulfid, Selenid oder Telluridf oder einem Gemisch oder Misohkristall von Chalkogeniden, wenigstens eines Elementes aus der Gruppe HB de· periodischen Systeme der Elemente, d.h. Zink, Kadniua und/oder Quecksilber ver standen. Bekannte Halbleitervorrichtungen, in denen Halbleitermaterial
II VI des Type A B verwendet wird, sind z.B. Photoiellen, insbesondere
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Photowiderstandezellen, bei denen als Halbleitermaterial insbesondere !Cadmiumsulfid, Kadmiumeelenid, oder Gemische oder Mischkristalle dieser beiden Kadmiuraealze verwendet werden. Weitere bekannte
II VI Halbleitervorrichtungen mit Halbleitermaterial des Typs A B sind Feldeffekttransistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren mit einer oder mehreren Torelektroden, die duroh eine Isolierschicht oder eine Schioht aus anderem Werkstoff mit grossem Bandabstand vom Halbleitermaterial getrennt sind. Insbesondere für einen solohen Feldeffekttransistor wird als Halbleitermaterial !Cadmiumsulfid und Kadraiumselenid verwendet. Die Erfindung beβohrankt eich aber nicht auf Halbleitervorrichtungen der hier erwähnten besonderen Art oder auf !Cadmiumsulfid oder Kadmiumselenid als Halbleitermaterial· Weitere aus Verbindungen der obenerwähnten Klasse bestehende Halbleitermaterialien sind z.B. Kadmium te Hu rid, Zinkselenid und Zinktellurid,
II VI während auch Misohkristalle oder Gemische von A B -Verbindungen in
Frage kommen.
Bas Aufbringen des Halbleitermaterials auf das Substrat kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Das Halbleitermaterial kann z.B. in Form eines Pulvers auf das Substrat· aufgesintert werden. Auch kann das Halbleitermaterial auf das Substrat aufgedampft werden. Es sind im Prinzip aber auch andere Verfahren zum Aufbringen des Halbleitermaterials auf dae Substrat aBglioh, s»B. in Fora eines selbsttragenden Körpers aus einkristallinea oder gesintertes Halbleitermaterial.
Ee hat sioh ergeben, daes beim Aufbringen von Halbleiter-
II VI material des Typs A B auf ein Substrat die Eigenschaften des Halb·
Ieitermaterial8 oft nicht reprodusierbar sind· Auoh ergibt sioh, 009813/0983
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dass die hergestellten HaIl)Ieite!"vorrichtungen oft eine geringe Empfindlichkeit haben oder instabil sind, wobei die Eigenachaften auf die Dauer zurBckgehen. Diese Intstabilität ist insbesondere ersohwerlioh bei Anwendung der hier betreffenden Halbleitermaterialien in Feldeffekttransistoren mit dünnen Schichten aus solchem Halbleitermaterial auf einem Subßtrat. Ein solcher Transistor, der raanohmal auch als "Dünnschichttransistor" bezeichnet wird, enthält vorzugsweise als Halbleitermaterial Kadmiumsulfid oder Kadraiumaelenid| da diese Halbleitermaterialien praktisch keine Lecherleitung aufweisen und folglich nur elektronenleitend oder, wenn Leitungselektronen praktisoh fehlen, im wesentlichen isolierend sind. Dadurch ist es möglich, an der Oberfläche eines praktisch isolierenden Halbleitermaterials einen leitenden Kanal bu induzieren mittels einer durch eine dCinne Isolierschicht vom Halbleitermaterial getrennten Torelektrode, wobei der Strom zwischen zwei mit dem Halbleitermaterial Kontakt machenden Quellen und Senken mittels einer Spannung an der Torelektrode gesteuert werden kann, ohne dans dabei ein störender Lecketrom durch Lecherleitung auftreten kann. Dazu ist man nicht auf einkristallines Material angewiesen, sondern es läset sich vorteilhaft polykristallines Material verwenden»
Ida Beschaffenheit der Oberfläche des Halbleitermaterials ist von besondere starkem Einfluss auf die Eigenschaften von. Feldeffekttransistoren. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Halbleitermaterials ist, obewar im allgemeinen in geringerem Masse, auch von
Einfluss auf die Eigenschaften anderer Halbleitervorrichtungen, wie Dioden, Photozellen, Transistoren, usw. Eine Schwierigkeit ist nun, dass sich die Beschaffenheit der Halbleiteroberfläche oft ändern kanni
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so daes die Eigenschaften der betreffenden Halbleitervorrichtung instabil Bind. Weiterhin ist es schwer, bei der Haretellung von Halblei tervorriohtungen die Beschaffenheit der Halbleiteroberfläche derart aufrechtzuerhalten ι daoo bei einer Maoeenheratellung Halbleitervorrichtungen mit innerhalb enger Toleranzen reproduzierbaren Eigenschaften erhalten werden und der Ausschuss bei dieser Massenherstellung infolge von Unterschieden in dieser Oberflaohenbeschaffenlie it möglichst klein ist. IDine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass in vielen Fällen zwar eine angemessene Stabilität einer Halbleitervorrichtung erhalten wird, jedoch damit eine Verslechterung dor Eigenschaften der Halbleitervorrichtung einhergeht. Insbesondere bei Feldeffekttransistoren kann nämlich die Spannung an der Torelektrode, die notwendig ist, um einen Anfang der Bildung eines leitenden Kanals zwiuohen Quelle und Senke zu erzielen, die sogenannte "Schwellentspannung", etark schwanken, wobei diese Schwellenspannung, Gegenüber ier Quelle gemessen, beträchtlich rom Kuliwert abweichen kann. Die vorliegende Erfindung bezweckt unter anderem, darin Verbesserung zu bringen* Sie bezweckt insbesondere, die Cberflächeneigenechaften dee Halbleitermaterials an der Eubstratseite zu verbessern.
!)er Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Eigenschaften des Halblei te materials an der dem Substrat zugekehrten Seite von der Oberflächenbeeohaffenheit des Substratmaterials eelbet abhangig ist, und daee diese Beschaffenheit durch eine geeignete Vorbehandlung der Substratoberfläche eine günstige Auswirkung auf die Eigenschaften des angrenzenden, auf das Substrat aufgebrachten Halbleitemiaterials haben kann. Nach der Erfindung
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wuict ein Verfahren zur-Hereteilung einer Halbluitexvorrichtunf, die
TT γτ
ein Halbleitermaterial des Typs Λ B enthält, dau auf ein Substrat aufgebracht wird, daß Konnaeiohen ai.f, dasa vor dem Aufbringen dos Halbleitermaterial* die ri-betratoborf lache mit Zink öler Kadmium bedampft wird, wobei daö Cubutrat auf einer aolchen Temperatur gehalten wird, dasu auf wenigutons einem'Iuolierteil- der Ea butratoberflUche die Bildung einer kontinuierlichen Schicht oder oir.oa aichtbaren Niodersohlagu betreffenden Metalles verhütet wird.
Diesen günstigen Effektes der Bedampfungsbehandlung ^it Zink oder Kadmium dürfte möglicherweise auf folgenden Umetand zurückzuführen oeir,. An der Gubstratoberflache befindet sich im allgemeinen Sauerutoff, entweder adsorbiort oder in nur teilweise gebundenem Zustand. Die Menge dieues Sauerstoffs pro Oberflüchenoinheit llisat aich schwer kontrollieren und kann sich stark andern. Durch die Einwirkung dieses Sauertitoff β auf das angebrachte halbleitenie Chalkogenid können die elektrischen Eigenschaften iieses Chalkogenide auf unkontrollierbare und unreproduzierbare Weise beeinflusst werden. Eo wird Gauerstoff im allgemeinen bei den hier in Frage kommenden Halbleitermaterialien die Elektronenleitung verringern und, wenn möglich, die Lecherleitung erhöhen. Bei Halbleitermaterialien der hier betreffenden Klasse, die keine Lecherleitung aufweisen können sich durch Sauerstoffeinwirkung Einfangezentren fCr Elektronen bilden, die .-..B. bei Feldeffekttransistoren der Bildung eine ο leitenden Kanals entgegenwirken können. Durch die Einwirkung des Zink- oder Kadmiumdampfes auf die Substratoberfläche konnte dieser Sauerstoff Zink oder Kadmium binden. Das so gebundene Kadmiun oder Zink wird infolge dieser Binding nicht leicht verdampfen können. Heitere
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Kadmium- oder Zinkatoine werden wegen der Temperatur lots Sib^trato sofort wieder verdampfer., eo dass nach Ausgleich deo Eauerstoffu keine weitere Kadmiumschioht aufgebaut wird und hSohstentJ etwas Kadmium an der Oberfläche adsorbiert bleiben kann.
Die hiergegebene mögliche Erklärung für die'gCiiütige Wirkung der Bedanpfungebehandlung mit Zink oder iadisiuB ict aber fHr lie vorliegende Erfindung nicht biniond.
Die Verbesserung der Ei^enschafton der lern Cubutrat zugekehrten Oberfliehe des Halbleitermaterial!; iut inabefcondere wichtig bei Halbleitervorrichtungen, die auf der fubstrataeite Elektroden aufweisen. Vorzugsweise besteht dau Substrat auf meiner mit dein Halbleitermaterial zu bedeckenden Seite aus einem Isoliermaterial, auf daa vorher eine oder mehrere Elektroden aufgebracht wurden. Man kann nun vorteilhaft von dem Zink oder dem Kadmium Gebrauch machen, um Elektroden mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten, und zwar Elektroden, die für den Elektron er. übergang von und zum Halbleitermaterial einen niedrigen Uebergongswiderstand haben. Dabei wird vorzuguweise für wenigstens eine der vorher angebrachten Elektroden ein Material verwendet, in dem sich dae Zink oder das Kadmium bei der verwendeten Temperatur des Substrats IBat. Besondere geeignet« Elektrodenma-'terialien zu diesem Zweck sind Gold und Legierungen auf Basis von Gold. Solche Elektroden werden vorzugsweise durch Aufdampfen aufgebracht.
Das Verfahren naoh der Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Feldeffekttransistoren. Dazu wird vorzugsweise auf einem isolierenden Substrat wenigstens eine Torelektrode angebracht, die anBOhliesaend mit einer Isolierschicht -versehen wird,
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worauf die Bedampfung mit Zink oder Kadmium durchgeführt wird. Für die Isolierschicht lassen sich im Prinzip verschiedene Materialien verwenden. Aluminiumoxyd ergab sich als ein besonderes geeignetes Material. Dabei wird (oder werden) vorzugsweise die Torelektrode(n) durch das Aufdampfen von Aluminium gebildet, worauf durch Oxydation des Aluminiums die Isolierschicht entsteht.
Obzwar es im Prinzip möglich ist, bei einem Feldeffekttransistor, insbesondere einem Feldeffekttransistor mit einer dünnen Halbleitermaterialschicht Quellen und Senken an der anderen Seite des Halbleitermaterial anzubringen als die Seite der Torelektrode oder Torelektroden, wird in den Falle, daß letztere auf dem isolierenden Substrat angebracht wird bzw. werden, vorzugsweise die Quellen und Senken auf dieser Substratoberfläche angebracht, vorzugsweise durch Aufdampfen. Diese Elektroden werden vorzugsweise vor dem Bedampfen mit Zink oder Kadmium angebracht und bestehen vorzugsweise aus Materialien, die bei der Substrattemperatur während der Bedampfung Kadmium oder Zink aufnehmen können, wie es vorstehend erklärt wurde.
Dabei wird bemerkt, daß in der gleichzeitig eingereichten
Patentanmeldung ........ ("Halbleitervorrichtung mit mindestens einem
II VI auf einem Halbleitermaterial vom Typ A B angebrachten Kontakt und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung"; meine Akte PHN I8O7) vorgeschlagen wurde, als Elektrodenmaterial für Halbleiter "
II VI
des Typs A B eine Legierung auf Goldbasis zu verwenden, die sowohl Indium und/oder Gallium als auch Kadmium und/oder Zink enthält. Eine
II VI ο solche Legierung erweist sich als sehr günstig für Kontakte auf AB-
Halbleitern. Insbesondere haben diese Kontakte einen geringen Übergangsco widerstand für negative Ladungsträger (Elektroden) von und zum Halblei-CD ter. Solche Kontakte können vor dem Anbringen des Halbleiters· auf einem
Substrat angebracht werden.
Durch Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung genügt es,
auf dem Substrat zunächst eine Legierung von Gold mit Indium und/oder
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Gallium anzubrin^n und dann die Bedampfung mit Kadmium oder Zink bei einer Totcpcrati-r dee Eubctrate durchzuführen, bei der das Zink oder Kadmium in die Goldlegierung eindiffundiert. Ohne dass ein sichtbarer Zink- oder Kadmiuiiiniederschlag auf den nicht mit der Goldlegierung bedeuteten Obe rf lächenteilen eintritt. Geeignete Substrat tempera türen im vorliegenden Falle e±Äl z.B. 150-2QO0C.Auf diese Weise werden in nur einem Vorgang sowohl günstige Eigenschaften der isolierenden Oberfliehenteile als auch Elektroden mit Zusammensetzungen mit sehr ^-untätigen Kontakteigenschaften erzielt·
Es Bei noch darauf hingewiesen, dabs infolge der hohwn L2slichknit von Kadmium und Zink in Gold, der Indium- und/oder Galliums-halt in der Praxis niedrig bleiben kann, insbesondere bis zu einem Viert von nächstens 3 At.$ Indium oder Gallium. Dabei tritt noch ein weiterer Vorteil auf, falls eine solche aus der Goldlegierung herzuEtollende Elektrode in einer gewünschten Form angebracht wird mittels einur Lack- oder Wachsschicht auf dem Substrat im Fora eines negativen Küsters der anzubringenden Elektrode, worauf das Elektrodenmaterial aufgedampft und durch das Lösen der Lack- oder Wachsschicht dau auf diese Schicht aufgedampfte Material gleichfalls entfernt wird, FCr den Lack kann man einen photo-empfindlichen Laok, im allgemeinen als "photoresist" bezeichnet, wählen ein gewünechtee Küster des Lacke mittels eines optischen Bildes zu halten.
Um unter Verwendung eines i.egativen Wachs- oder Laokmusters und Aufdampfen des Metalles bei der Behandlung mit dem Lösungsmittel für dan Lack oder den Wachs auch das auf die Lack- oder Wachsschicht aufgedampfte Metall leicht zu entfernen unter Beibehandlung des gewUnschten Musters des Xetalles auf den nicht mit dem Waone oder Laok
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• bedeckten Teile dor Subatratoberfläche ist es erwünscht, das« die aufgedampfte Metallschicht nicht zu hart ist. Reines Gold ist ein verhältnismülasig weiches Metall, aber bei Legieren mit anderen Metallen erhöht sich im allgemeinen dio Härte» Wenn aber dein Gold nicht zu viel Indium oder Gallium zugesetzt wird, ist die Harte noch nicht so h_>ch, dasü daa obenbeschriebene Verfahren zum Srtlichon Aufbringen der Metallschicht dadurch Schwierigkeiten bervtet. Beim Zueatz von Zink oder Cadmium wird «ich die Harte .beträchtlich erhöhen, aber diener Zusatz mittels der Bedampfungßbeha.r.dTvn£; erfolgt datji erst, nachdem die Elektrode ihre gewEt.achte Form bekommen und die Teile der Schicht entfernt worden tind.
Wenn die ftedampfung mit Kadmium erfolgt, wird das Subatrat vorzugaweiae auf eine Temperatur zwischen 20 C und 350 C erhitzt. Dabei wird bemerkt, dass man zum Bilden einer Kadniumschicht duroh Aufdampfen das Substrat im allgemeinen kühlen muss, z.B. auf 0 C oder niedriger. Im vorliegenden Falle haben sich in der Praxiu Substraitomperaturen zwischen 15Ο C und 200 C als besonders geeignet erwiesen.
Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit aus Kadmiumsulfid oder Kadmiumeelenid bestehendem Halbleitermaterial. Inabesondere bietet dabei Kadmiumselenid noch den Vorteil, dass es leicht in Form von Schichten durch Aufdampfen auf ein Substrat angebracht werden kann. Die beiden zuletztgenannten Materialien weisen praktisoh keine lecherleitung auf. Sie eignen sich insbesondere zur Verwendung in Photowiderstandszellen und Feldeffekttransistoren. Es aal weiter noch bemerkt, dass insbesondere bein Aufdampfen von Kadmiumselenid
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auf ein erhitztes Cubutrat eino erhöhte Zufuhr von Kadn.iuniatomen sich'nicht als r.ciühteilit, fCr die Qualität deu Kadciuwbelani ie erweist. Insbesondere k..u.n daher auf dein erhitzten »jubatrat zunächut liü Bedämpfung rr.it Kadmium lurch Verdampfung aut> einer Kadaiumquelle ο rf öl jon, ..-oriu.f boi η-ich woitergohtmder 7erä.<iiapfui;g dee Kadmiums Ka:lr.ii.ru;elenii auti oir.er -".ilmiLriuelenilciuolle auf das Tubutrat auf gar dampft wird. D-iboi wird lay Bedampfen dor Üubktratoberl'l'iuhe mit Kadmium und lau anschlioüüonde Auf d -rapfui» des llalblei terti auf wirksame Weise kombir.iert.
Wenn der Halbleiter und die !elektroden fCr die heraiiuteilende Kalbl-ii ter\'orrichtur.ij auf dem Cubttrat angebracht ..orden t^in-l, wird vorzufsweise noch eine Tei.-.perbehai.dlung durchgefChrtt Ls «ei bemerkt, dass tsolche Temperbehar.iluntjen von Halbleiturvorriohtur.gen mit einer
II VI
A 3 -Vorbiniung alu H.-ilbleiter an sich bekannt Bind. Fallu vorher die Bedampftjifsbehandluri^ mit Kadmium oder Zink erfolgt i;t, ergibt eich eine gute Dtabilit'it und eine (jute Roproduzierbarkei t verwirklichbar, wobei insoee^ndere bei Feldeffekttranaititoren, die gemlLus dem Verfahren nach der Srfindur-e hergestellt Bind, inubesondare diejenigen, bei denen die Torelektrode auf dom Cubctrat -^r.gebraoht ist, niedrige Schwellenspannungen erhalten werden können.
Dia Temperbehandlung wird vorzugsweise in zwei Stufen durchgeführt, wobei in der ersten Stufe eine höhere Temperatur als in der zweiten Stufe verwendet -iird. PCr lie erote Stufe verwendet man vorzugsweise eine Temperatur zwischen 400°C und 600°C und für die zweite Stufe eine höhere Temperatur, dl· vorzuguweiee zwiaohen 100 C und 501 C liegt. Die Dauer der Temporbehar.dlung beträgt für jede Stufe vorzugsweise zwischen 1 Min. und 1 Stunde.
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Tk; i Verwendung von Kadinivusclenid al.; Halbleitermaterial wird vorzugsweise eine Teffiparbnhar.dlung.boi einer Temperatur zwiechen 11)O0C und 35O°C in der zweiten C.tvfe di rchgefi'hrt.
- BoGonderB gUnutig iat es, bei dieser TßKperbehandlung wenigstens in der ersten Stufe eine t;ators toff haltige Atmosphärer z.?, Li-.ft, zu verwenden. "Das Material an der Oberfläche, ixe der do:r. i"ubatrat zugekehrten Oberfläche des Halbleiter.^ geger.übarliegt, bekommt dabei einen hShereu-HiderutanJ, co dass die elektrisohe Wirkung der Halbleitervorriohtui:^ beöaer ai f das Material konzentriert viri, welihes an der dem Si.batrat zugekehrten Oberfläche dos Halbleiterü liegt. "Dies iat ir.Lbeaonderu wichtig f^r Feldeffekttransistoren nit einen aus Kadniumsulfid oder Kadmiumeelenid bestehenden Halbleiter, bei denen die Elektroden zwischen dem Pvbötrat v.wl dem Halbleiter angebracht sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Halbleitervorrichtung, insbesondere einen Pel&effekttranaietor, dio bzw. der unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt ist.
Me Erfindung wird an Hand der beiliegendem Zeichnungen näher erläutert. Ss zeigen»
Fig. 1-11 Herstellungsphasen von Feldeffekttransistoren.
Fig. 1, 2, 3i 5» 6f 7, 9 vnd 10 aufei:;anierfolgende ITaasen ic Querechritt,
Fig. 41 8 imd 11 in Draufsicht Phasen von aechs herzustellenden Feldeffekttransistoren entsprechend den in; Querschnitt dargestellten Phasen nach Pig, 3S 7 bzw. 1C
Fig. 12 in Vorderansicht eine "BedampfuripSanorinung teilweise in senkrechten Schnitt, teilwsiae achaubildlich.
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Fig. 13 eine Oraphik, in der Strom- Tor- SpannungeCharakteristiken von Feldeffekttransistoren dargestellt sind.
Pig. 14 eine Oraphik, in der Strom- Abfuhr- Spännungsoharakterietiken von Feldeffekttransistoren dargestellt sind.
Beispielsweise wird hier die Herstellung von Feldeffekttransistoren auf einem Substrat näher "beschrieben·
Auf einer Seite einer Glasplatte 21 wird eine Aluminiumeohioht 22 in der Stärke von etwa 0,1 /um aufgedampft (siehe Fig. 1), worauf die Schicht 22 mit einer photoempfindlichen Lackschicht 23 in der Stärke von etwa 1 /um bedekt wird. Als laoksorte wird in diesem Falle ein im Handel unter dem Namen "Kalle-Kopierlak" erwerblioher photo-empfindlicher Lack gewählt (siehe Piß. 2). Durch Belichtung mit Ultraviolettstrahlung unter Anwendung einer geeigneten optischen Maskierung und Behandlung mit einor L8sung von 2 0ew,$ KOH in Wasser, wobei die belichteten Teile der Schioht 23 in Lösung gehen, bleibt ein unbelichteter Lackteil 24 (siehe Fig. 3) nach den in Fig. 4 dargestellten Muster zurOck, welches aus einem breiten Streifen 25 zum Rand der Glasplatte 21 hin und einem kammfSrmigen Teil 26 besteht. Von dem jeder Zahn zwei breitere Teile 27 und 28 und einen dazwischenliegenden schmalen Streifen 29 besitzt. Die schmalen Streifen 29 haben eine Länge von 2,5 ram und eine Breite von 10 /um. Nach dem Waschen mit deionisiertem Wasser wird dae Ganze einer Aetzbehandlung fBr Aluminium "unterworfen. Dazu wird die Platte in eine wässrige Lösung von Orthophosphorsäure eingetaucht, die durch Mischen von gleichen Volumen Wasser und konzentrierter Phosphorsäure (85 Öev.?S H~K>.) erhalten ist. Die Aetzbehandlung wird 60 Min, lang bei Zimmertemperatur (2O0C) durchgeführt, vorauf die Glasplatte 21 aus der Aeteflüeeigkeit entfernt und sofort
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mit deionisiertem Wasser gespült wird· Nicht nur ist das von der maskierenden Lackechioht 24 nioht bedeokte Aluminium durch die Ae tsbehandlung versohwunden, sondern ee ist auch vom Rand der Maskierung her ein unter der Maskierung 24 liegender Toil 3ί mit einer Breite von 0,5 /um weggeätzt, so dass das entetandene Muster 34 der Aluminiumsohioht etwas sohmäler ist als das Muster 24 der photoempfindlichen Lacksohicht (siehe Pig. ^). SaB Qanze wird ansohlie^oend b«i pO C getrocknet.
Darauf wird oine Legierung von Gold mit Indium aufgedampft, wobei von einer Charge einer vorher bereiteten Legierung von 1 Qew.^o (etwa 1,7 At.'^) Indium und im übrigen QbId ausgegangen wird· Dies«- Charge wird nahezu völlig verdampft. Dabei wird zunächst etwas Chrom und dann die Goldlegierung bis au einer Sohichtstärke von etwa 0,1 /um aufgedampft. Mit Hilfe des Chroms wird eine bessere Haftung der Goldlegierung an der Glasoberfläche erhalten. Duroh Vervendung einer geeigneten Aufdampfmaske werden einige voneinander getrennte dünne Metallschichten 32 reohteokiger Form von 4 mm z2 mm erhalten, die eioh Ober die schmalen Laokstreifen 29 eratreoken (siehe Fig* 6). Jede Schicht 32 aus Gold- Indium besteht dabei aus awei Teilen praktisch viereckiger Form 40 und 41, die as Glässubstrat 21 haften, während ein daawischen liegender Teil 42 auf dem Lackstreifen 29 angebracht ist. Sie Teile'40 und 41 sind durch den schmalen unteren Streifen 31 vom Aluminium 34 getrennt. -
Die Glasplatte wird in ein Asse ton bad eingetaucht, wobei ritraschallvibration angewendet wird* Die verbleibende Laoksohioht 24 wird gelbst, wobei sich die darauf angebrachte Gold-Iiidiumlegierung ISst, eο dass nur das auf dem Glas angebrachte Metall zurückbleibt
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(siehe Fig. 7 und 8)· Sa* Muster der verbliebenden Aluminiumechioht 34 bestellt dann aus einem Streifen 35 und einen kammfBrmigen Teil 36» deren Zähne je au β swei breiten Teilen 37 und 38 und einem daswisohen liegenden eohmalen Streifen 39 Bit einer LBnge von 2,5 «m» und einer Breite von 9 /um bestehen« Beiderseits der schmalen Streifen 39 befinden aich die praktisch völlig aus Qold-IndiUBlegierung bestehenden Schicht teile 40 bzw. 4I» die je durch einen durch UnterRteung erhaltenen aohmalen Zwischenraum mit einer Breite von 0,5 /au von Streifen 39 getrennt sind.
Das Aluminium wird darauf einer anodisohen Oxydationsbehandlung unterworfen, wobei ein aus einer LBsung von 7i5 g Borax und 30 g. Borsäure pro Liter Wasser bestehendes Blektrolytbad verwendet wird, Am Streifen 35 ist ein Klemmkontakt befestigt und der mit Hetallsohiohten versehenen Seite der in das Elektrolyt getauchten Glasplatte gegenüber ist eine Platinelektrode in la» Elektrolyt eingetaucht. Biese Elektrode wird al· Kathode und die Alueiniumsohioht 34 als Anode geaehaltet, wobei eine Anodenspannung von 30 7 gegenüber der Kathode verwendet wird. laoh etwa einer halben Stunde ist die Stromstärke auf 1 yuApp· abgefallen. Die elektrolytisch· Behandlung wird dann beendet. Di· Glasplatte wird herausgenommen, alt deionifliertem Wasser geepfillt, getrocknet, mit Isopropylalkohol geepült und wieder getrocknet. Durch die anodisch· Behandlung der den Elektrolyt. auagesetsten Oberfl&ohenteil» de· Aluainiuae ist auf diesen Teilen ein AluainiuBoxydeohioht 50 entstanden (sieb· VIg. 9).
Ansohliessend wird das Sans· einer Bed&apfunfabehandlung im Vakuum sue Bilden der Halbleit«reohioht unterworfen. Flg. 12 zeigt sohematiBoh die dabei verwendet· Anordnung la einer nicht dargestellten
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Vakuumglocke. In dieaor Vakuumglocke sind zwei Becher 70 und 71 fCr zu verdampfendes Material* untergebracht, die mit Hilfe von WlderstandBÖfen 72 bzw.' 73 erhitzt werden können.
An einem Träger 74 ist eine Aufdampfmaske 75 befestigt, auf der.die Glasplatte 21 mit der mit Elektroden versehenen Seite abwärts gerichtet angebracht wird. Die Aufdampfmaske weist rechteckige Oeffnungen JG auf, wobei die Platte 21 derart auf die Maske aufgesetzt wird, dass ein Teil der aus der Gold-Indium-legiörung bestehenden Schichtteile 40 und 41 und die daiswiBchen liegenden schmalen Streifen 39 aus eloxiertem Aluminium (siehe Fig.8) über den Öeffhungen 76 liegen, t'eber der f'aske 75 und der Platte 27 ist ein KeiBelement 77 angeordnet, um die au bedampfende Oberfläche während der Bedampfungebehandlung auf die gewtinüohte Temperatur erhitzen zu können»
An einem Bankrechten Trager 78 ist ein Waagerechter Schirm 79 befestigt, der Ober dem Becher 71 liegt, aber durch horizontales Schwenken aus dieser Lage entfernt werden kann.
Der Becher 70 wird mit Kadmium und der Becher 7.1 mit Kadmiumselenid gefüllt. Die nicht dargestellte Väkwumglocke wird nun um die Bocher mit dom aufzudampfenden Material und das zu bedampfende Objekt herum angebracht, worauf entlüftet wird. Mittels des Heiselementes 77 wird die Glasplatte 21 auf 170-180°G erhitzt. Anschliessend wird der Becher 7C durch den Ofen 72 auf 30Q°C erhitzt, wodurch Kadmium aus dem Becher verdampft und der Kadraiuradampf durch die Oeffnungen 76 auf die Oberfläche der Glasplatte 21, auf der die Elektroden angebracht Bind,, einwirkt. Da die Glasplatte 21 eine Temperatur von 170 - 18O°C aufweißt, kann dae Kadmium wegen Beiner hohenFlÜchtigkeit-keine Kadmiumschicht auf der Oberfläche des su bedampfenden Substrats bilden,
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kann jedoch, auf die zwisohen den Goli-Indiumschiohten liegende frei· Oberfläche dea Glasßubstrats 21 und der Aluniniumoxydschicht einwirken ι Lo dass en auf dort vorhandene Oberflächenzustande Einfluss autUben kardi und Kadmiumatome z.B. an nur toilweiae gebundenen Sauerstoff atomen chemisch adsorbiert und gegebenenfalls auch noch physikalisch adsorbiert werden können. Das Oberschfissige Kadmium verdaepft von der Oberflache, wodurch eine Art von Ausgleich der Oberflächen— eigenschaften entstehtj der fCr die Reproduzinrbarkeit der Herste llung und fUr die günt tigen !!igen schäften der hergestellten Feldeffekttransistoren wahrscheinlich von grosser Bedeutung ist.
Weiter wird Kadmium von der Gold-Indiumlegierung aufgenommen» in die es durch die ganze Gold-Indiumschicht schnell eindiffundiert» was an der grauen Verfärbung der Sohicht an der Seite des Qlassubstrats erkennbar ist. Auf diese Keise entstehen Quellen und Senken aus einer Legierung von Gold, Indium und Kadmium ftJr die herzustellenden Feldeffekttransistoren.
.Inzwischen wird mit Hilfe des Ofens 73 auch der Beoher 7I mit dem aufzudampfenden Kadmiums©lenid erhitzt, wobei aber der Sohire 79 Ober dem Becher 71 das Aufdampfen von Kadmiumselenid auf der Platte 21 vorläufig noch verhCtet.Nachdem der "Becher 70 mit dem Kadmiu· 2 Minuten lang bei 300 C erhitzt und die örtliche Bedampfung der Platte 21 mit Elektroden erfolgt ist, wird der Schirm 79 weggedreht« Der Becher 71 ist inzwischen auf 900°C erhitzt worden, wobei Kadmium* selenid verdampft. Durch das Wegdrehen des Schirmes 79 &** das verdampfte Kadmiumselenid freien Zutritt zu den durch die Oeffnungen 7ί in der Maske 75 zugänglichen Oberflächen teilen der mit elektroden bedeckten Glassplatte 21. Die Bedampfung mit Kadmiumsolenid unter
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•gleichzeitiger Bedarapfung mit Kadmium wird noch 1 Minute fortgeeetat, wobei die Temperatur de» B#oh»re 71 auf 12000C gesteigert wird, worauf die Oefen 72 und, 73 abgestellt werden und die Beoher 7Q und 71 abkühlen können· Anaohlieseend wird auch die Erhitzung der Platte 21 eingestellt und das Vakuum aufgehoben.'
Ea haben uich viereckige Sohiohtteile 51 aue Kadr.iuinselenid mit den Abmessungen 2 mo χ 2 ma χ 0,2' /um gebildet, die je a in on Teil der Schiohten40 Und 41 aue der Qold-Indium-4Cadmiuinlefien-ng vnd den awieohendiesen Sohiohten liegenden Teil des schmalen Streifene 39 aus eloxiertem Aluminium bedecken (siehe Fig. 10 und'rt), , -
Auf dioue'Weiee sind mehrere Feldeffekttransistoren ont-Btonden, bei denen die Goldechiohten 40 und 41 die Quelle und Senke und der AluniniuDotreifen 39 die Torelektrode bildet, die mittels der AluniniuDoxydsuhioht 50 vom Halbleit#»den Kadraiumeelenid isoliert ist. Die freiliegenden Teile 60 und 61 der Qoldechiohten 40i bzw. 41 können »um Anbringen elektrieoher Ansohlflase an die Quelle und Senke benutzt werden, während die breiteren Streifen teile 37 und/oder 38 zum elektrischen Anschluss an die Torelektrode dienen können. Eb wird nun noch eine Tetaperbehandlung der »o entstandenen Feldeffekttransistoren verwendet· Zuerst wird die Glasplatte 21 mit den Feldeffekttranaiatoren etwa 3 Min* lang an der Luft bei 50O0C erhitat. Diese Erhitzung bei 30O0C erhöht den Widerstand dee Halbleitermaterials, insbesondere wenn eie in einer wtueretoffhaltigen Atmosphäre, wie Luft, !"Orgenommen wird» .
Kaoh dieser Härmelsehandlung ergibt eich, dass die Schwellen—
spannung, V1 für auf diese Weise hergestellte und behandelt· FeId-
' '- ,"■■■.■■.-.'■ : ■. . ■■■/. BAD QSißlNÄL"
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effekttrar.uistoren in einem Bereich von etwa 1-1,5 v liegt. In Pig. ist bei konstanter Abfuhrapannung die Wurzel der Stromstärke iD, über der Torspannungi V , aufgetragen. Die strichpunktiert· Kurve betrifft eineri Feldeffekttransiator aofort nach der Wärmebehandlung bei 500 C. Bei Weiterziehen deB linearen KvrvonteileB zur'Abszisse wird dio .r-chwellenspanm:n&- V , .gefunden. Die betreffende strichpunktierte Kurve betrifft ein Ex*mplarf leisen Sctiwellenspamung V1 nach der Karnebehar.llimt; boi 500 C etwa 1 V betragt. Eine solche spariniir.f; int in dei* Praxis niedrig ger.ug.
Aul Verstehen hut sich ergeben, daaa die Schwellonspannung sich auf die Dauei nooh etwau Sndem V:ann und zwar noch zunehmen kann( aber dieiio Zvnahme bleibt weniger alu 1 V und beträft im allgemeinen etwa £ bis £ V. Die gestrichelte Kurvi in Fig. 13 betrifft einen tiolcher. geäViderten Feldeffekttrar.BiB-tor, der ursprünglich eine iQ-V Kennlinie t;eir.SUä8 der fctrichpinktierten Kurve aufwies. Samtliche Kurven beziehen aich auf dieselbe konstante Abfuhrspannung. Die Schwellenei anm.ng, V , hat nach AeI te rung otvas zugenommen und liegt jetat bei 1; V.
Auf die BehandlungBBtufe bei 500°C folgt eine »weite Tea»
p*rb«handlur.b'astufβ, bei der die Feldeffekttransistoren 3 Hin. lang an der Luft bei einer Temperatur von 300 C nacherhitzt werden» Dadurch erhalten die Feldeffekttransistoren nicht nur eine grosser« Stabilität, sondern die Schwellensparmung 7 erreicht auch einen Wert von praktisch 0 7· (Sieh· in Fig. 13 die vollausgezogene Kurve)} und zwar ergibt sichf dass für die auf die oben beschriebene Weise hergestellten und behandelten Transistoren die Schwellenspannung zwischen 0 und 0,3 Y liegt, und diese Schwellenepannung beim AoItern
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hBc-hotor.-Q um etwa Γ,1 V.arteteift. s
Fi(T. 14 zeitjt in.-■ einer Graphik die Stromstürke i_, zwischen der Quelle \intl Sonke in Abhängigkeit von der Abfuhrspannung der auf die beschriebene Weise horgostellten Feldoffekttransistoren, wobei die verschiedenen Kurven eich auf verschiedene (herabgesetzte) Ψοτ-ß-paiimaigen V -V vnä aufeinanderfolcerde Kurven eich auf eine-
der Torspm:nung um 1 V "beziehen. T>±e Ziffern am Ende jeder Kurve betreffen die -konctante herabgesetzte TorBpannvng in Volt, die <ui:r betrefftnaen Kurve £ehSrt. "Die auf den Ktrven aneeeebenen Krevze geben die ntromstärken bei V, = V - V t der sogenannten Sperrspannungi von der her der Anntieg der StromstSrke I^ mit.der Abfihrspanniir.G V jiur £jgring ist. Die erwShnten Kreuze ließen -naheeti av.f oinor Pai'abel, van einer 'tviadratisohen Abhäneiekelt von i. von der Eperrspanmin(j entarricht. Eine solche Abhängigkeit entspricht der theoretisch erwarteten Abh!iii£igkeit, " ,
Auch was diese Kennlinie angelangt, weisen auf die oben "beschriebene tfeiise behandelte tind hergestellte Feldeffekttransistoren eine hohe Stabilität und eine gute Reproduzierbarkelt auf. Weiter sind die so hergestellten Feldeffekttransistoren bei hohen Frequenzen von 3C-4Q ΜΗε gut brauchbar und bei einer konstanten AbfuhrBpannung V*f zwischen der ?enke und Quelle und einer sich ändernden, herabgesetzten Vorspannung (V-V ), an der Torelektrode von O bis 6 V beträgt die Steilheit der Strom-Spannungs^Cennlinie wenige mA pro
. -_:_. Es ist einleuchtend, dass die Erfindung sich nicht ataf das hier beiapielßweise angegebene HerBtellungsverfahren heiaichrSnkt, sondern im Rahmen der Erfindung viele Modifikationen m8glich sind.
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HaB die Bedämpfung anbelangt, besohrankt sich die Erfindung nioht auf Kadmium, uondem kommt auoh eine Bedampfung mit Zink in Frage, welches gleichfalls verhlltniarnäasig flüchtig iot, jedoch in geringerem I'iaüce als Kudmium. Weiter beschrankt oich daß Bedampfen nioht auf ein geradliniges Bedampfen im Vakvrin, ßondem umfasst auch andere Arten dor Einwirkung von Danix;f der betreffenden Metalle, z.B» durch Längs der Eubstratoberflache geführten Dampf dieser Metalle.
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Claims (16)

  1. -21- FHN. 1806
    ΐ. Verfahren aur Herstellung einer Halbleitervorriohtuhg»
    • TtTui · * ■ o. - ι j m. 4II«VI enthält, das auf die aiii Halbleitermaterial des Ttype A B · Λ
    ein Substrat aufgebracht wird, dadurch.gekennzeichnet, dass vor dent Aufbringen dea Ilalbteitermaterials die Suba tratoberfiache mit Zlink oder ITadmiuin bodampft wird, wobei dae SübBtrat auf einer solchen Temperatur .^e'hai ton wird, daaß auf wenigetens einem Ißolierteil der Substratoberflache die Bildung einer kontinxiierlichen Schicht oder eines sichtbareri Niederschlags ,des betreffenden KetalleB verhütet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auf seiner mitdem Halbleitermaterial zu bedeckenden Seite aus einem Isoliermaterial besteht, auf dem vorher eine oder mehrere Elektroden angebracht ist bzw« aind.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennaeiohnet, dass die Elektrode oder wenigstenή eine der Elektroden durch Aufdampfen angebracht wird.
  4. 4· Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennaeiohnet,
    dass wenigstens eine der Elektroden aus einem Material besteht, in dem aioh das Zink bzw. Kadmium bei der Temperatur des Substrats
  5. 5* Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnets dass
    die betreffende Elektrode(n) aus Gold oder einer Legierung auf Basis von Oold besteht (bestehen).
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass
    die betreffende Elektrode(n) indium und/oder Gallium enthält
    (enthalten)· .
  7. 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennaeiohnet, dass
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    .... _ Sad
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    die Elektrode(n) hSchatena 3 At,/S Indium und/oder Gallium enthält (enthalten).
  8. 8. Verfahren nach Anspruoh 7» dadurch gekeimzeichnet, dass vor dem Anbringen der Elektrode auu dor Legierung vor* Gold mit Indium und/oder Gallium Oberflächenteile des Substrats, die von dieser Legierung froibleiben ir.üßuen, i.iit oinor Waohs- oder Lacksohioht, z.H. oii.er photo-empfii.dlichen LacKschicht, bedeckt werden, an BOhIi^o s oend die Goldlegierung auf ge dampft wird, und dann die Waohe- oder Lacknchicht mit dem darauf befindlichen Teil der aufgedampften Goldlegierung entfernt wird»
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem isolierenden Substrat wenigstens eine Torelektrode angebra'Älit wird, die anschlieseend mit einer Isolierschicht versehen wird, und darauf die Bedämpfung mit Zink oder Kadmium durchgeführt wird. ».
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus Aluminiumoxid besteht.
  11. 11» Vorfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Torelektrode durch das Aufdampfen von Aluminium gebildet wird und die Isolierschicht durch Oxydation des Aluminiua· entsteht«
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennseiebnet, dasβ auf der Subütratoberflache Quellen und Senken angebracht werden.
  13. 13* Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen und Senken aus Gold oder einer Legierung auf Basis von Gold bestehen und vor dem Bedampfen mit Zink oder Kadaium angebracht werden.
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    ~ Λ .";■■ . 161Λ271
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  14. 14· -ITörfahrerj nach den Anspruechen 8, 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, dacs auf das Substrat zunächst Aluminium aufgedampft wird, die Aluminiumschicht nach dom für dio Torelektrode-gevfitte.oh.ten Muster mit einem atzbeständigen Wachs oder Lack, iHsbaBOndere einem Photolack (Photoresist) bedeckt-wird, worauf die nicht mit deni Hache oder: Lack "bedeckten Teile der Aluioiiiiuiaüohicht durch Ae"teen und eine schmale Zone der Aluriiniuinsehiuht unter dem Wachu oder Laok längu der RcUvdeG des »iachs- oder LacknUBterß durch Unterätzen entfernt werden, dann die Goldlegierung aufgedampft und das Wachs bzw. Lack mit der auf ihrr niedDr£;eseblagenen Goldlegieruxig entfernt wird.
  15. 15» Verfahren nach einem ler vorhergehenden Ansprüche, dadurch
    gekennzeichiiet, daöö daa IlalOleiterraateriar aus einem Kadmiumohalkogenid besteht, und daüa'eit Kadmium bedampft wird»
  16. 16. Verfahren nach eiiifem ier vorhergehenden Ansprüche, dadurch
    gekenr.Eeichtiet, dass das Bedampfen ftit Kadmium bei einer Subatrattemperatur von 20 bis 35^' £ erfolgt»
    17* Verfahren räch Aiiepruch 1fc, dadurch gekennzeichnet, daae
    eine Eubstratienperatur von 1^0 bisZLÜ C verwendet wird.
    18. Verfahren nach Anspruch 1 j und 17, bei dem als Halbleiter— material Kiidmirncelenid vei'weKde't wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedampf vi.£ -ait Kadniuin wahrend des Auf dampf ena von Kadmiumaelenia fortgesetzt wir.t.
    19. Varfäiiren nach eij-ern ier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daa3 nach dem inbi'ingen des Halhleitermaterials eirie TeroperbeharÄliint: durchgeführt \tird,
    20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichr.et, dass die Temperbehai-.lluii^ in zwei Etufen erfolgt, wobei in der ereten
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    Stufe eine höhere Temperatur aln in der zweiten Stufe verwendet wird,
    21. Verfahren nach Ancpruch 20, dadurch ijckennzeiohnetj daee in der ersten Stufe eine "V^peratiT ^witjchnn 100 C und 5^0 C verwendet wird,
    22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dacD in der zweiten Stufe eine Teraporatur z-.iiaeherj 100 C und 5OO C verwendet wird.
    , 23· Verfahren nach Anspruch 22, bei dem dat. Halbleitermaterial
    aus Kadmiumselenid besteht, dadurch gekennzeichnet, daas in der «weiten Stufe eine Temperatur zwischen 150°C und 35O°C verwendet wird* 24. ■ Verfahren nach einem ier Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer jeder Gtufe zwischen t Min. und 60 Min. beträgt.
    25· Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bie 21, dadurch ge-
    kennzeiohn»t, daee wShrend der Temperbehandlung eine saueretoffhaltige Atmosphäre verwerdet wird.
    26. Halbleitervorrichtung, inebeuondere Feldeffekttraneietor,
    der nach einen Verfahren gemSss einem der vorhergehenden Ansprache hergestellt ist.
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DE19671614271 1966-08-17 1967-08-12 Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,die ein Halbleitermaterial des Typs A?B?enthaelt,und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung Pending DE1614271A1 (de)

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