DE1719501A1 - Verfahren zum Legieren eines Halbleiter- oder Metalleinkristalles und Halbleitergeraet,das unter Verwendung dieses Verfahrens Hergestellt ist - Google Patents
Verfahren zum Legieren eines Halbleiter- oder Metalleinkristalles und Halbleitergeraet,das unter Verwendung dieses Verfahrens Hergestellt istInfo
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Description
- Verfahren zum Legieren eines Halbleiter- oder Metalleinkristalles und Halbleitergerät, das unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt ist Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Legieren eines Halbleiter- oder Metalleinkristalles und auf danach hergestellte Halbleitergeräte und kann zur Herstellung von Einkris-tallbandelektroden und damit versehene Halbleitergeräte dienen.
- Es ist ein Verfahren zur Legierung von Halbleitern bekannt, bei dem geschmolzenes Metall über die Oberfläche der Halbleiter unter Durchleiten von elektrischem Strom durch den Halbleiter verschoben wird (vgl. z.B. Britische Patentschrift d43 820).
- Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, da13 vier legierte Teil eine unregelmäßige geometrische Form und unkontrollierbare Abmessungen aufweist. Die Planare Konstruktion von Halbleitergeräten ist =@11-gemein bekannt, bei der die passive Fläche der Elektrode, die zum Anschluß von Klemmen bestimmt ist, grölIer als der aktive Bereich ist, der die Funktionen der äteuerung nies elektrischen Stroms unmittelbar ausübt. Ein W#chteil der Planaren Konstruktion ist die Anwendung einer komplizierten Struktur (eines komplizierten Aufbaues), :-roffr Schichten aus verschiedenen Jerkstoffen ausgenutzt werden (dielektrische und metallische).
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entvicklung eines Verfahrens zum Legieren eines Einkristalles, welches eine regelmäßige geometrische Form und vorgegebene geometrische Abmessungen des legierten Bereiches gewährleistet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Halbleitergerät mit Einkristallelektroden solcher Form zu entwickeln, der Flächeninhalt der aktiven Bereiche geringer als der Flächeninhalt der passiven Bereiche ist.
- Es wird somit angestrebt, den Einkristall so zu legieren, d-iß der zu legierende Bereich durch kristallogrüphische Flächen abgegrenzt ist, wodurch es möglich wird, Halbleitergeräte mit Elektroden herzustellen, die die oben genannten Eigenschaften Die Aufgabe wird mit einem VerfJiren gelöst, bei dem der Lejieru_igszusatz aus der Öchmelüe wird, die über die Oberfläche des Einkri stülls vershlioben wird, in dein diü se mittels Durchleiten von elektrischem Strom durch den Einkristall über die Eiiikri Stalloberfläche v.andert und das erfindungsgemä , dadurch :eE@eünzeichnet ist, dar, die Einkristalloberfläche, über die äie Schmelze ,rindert, parallel zu mindestens einer Schnittlinie der Ebenen der dichtesten Packung der Eiizkrist#7,,11@3.tome riusgef",zhrt und die Richtung des elektrischen Stroms so vorgegeben wird, da-l: der Vektor der Stromdichte ali der gein@nntel_ Uberfläche ;,:arallel zu der gerannen Schnittlinie liegt.
- Feim Legieren eines halbleitereinkristalles mit einem Gitter vom Diamarittyp ist die Scl-L-nelze .Über die Oberfläche zu verschieben, die mit kristallographischer Orientierung ausgeführt ist, indem man den elektrischen Strom derart tet, daß der Vektor der Stromdchve aii der Oberfläche mit der Richtung zusam@neniAllt.
- Es ist zweckmäßig, unter kuwe3:@ät:ri des erfindu.igsgemäl@eii Verfaiirens auf der Grund--, age ;'z- inkristals nit einem Gi-;-ter vom Diamarttyp Halbleiterger_ite mit Elektroden he:-zustellen, die die Form eines ger:Prisieizkeils aufweioen, dessen zwei Flächen mit den Ebenen zusammenfallen und mindestens teilweise im Körper des genannten Einkristalls angeordnet sind.
- Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Legieren eines Bereiches des Einkristalles gegenüber den anderen Verfahren (durch Verschmelzen oder Diffusion) bestehen darin, daß der zu legierende Bereich durch die kristallographischen Flächen abgegrenzt ist und die Regelmäßigkeit dessen geometrischer Form (Facettierung) sowie die richtigen Abmessungen durch die kristalline Struktur des Einkristalls selber gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Verteilung der Konzentration des Zusatzes in dem legierten Bereich gleichmäßig ist und an den' Grenzen der Legierung sprunghaft sinkt.
- Die regelmäßige kristallographische Facettierung des zu legierenden Bereiches wird beim Anwenden des erfindungsgemäßen Vetfahrens durch den Mechanismus der Auflösung des Einkristalls in der Schmelze und dessen anschließende Kristallisation bestimmt. In die an der Oberfläche des Einkristalls befindliche Schmelze gehen dessen Atome bis zur Sättigung der Lösung über. Beim Durchleiten von elektrischem Strom durch den Einkristall durchfließt der Strom teilweise auch die Schmelze, in der es unter der Einwirkung des Stromes zum elektrischen Transport der Einkristallatome in einer irleise kommt, daß an einer Grenze zwischen der Schmelze und dem Einkristall deren Konzentration anwächst und den Gleichgewichtswert überschreitet, an der anderen Grenze jedoch. abnimmt und unter den Gleichgewichtswert sinkt. Dadurch kommt es an einer der Grenzen zur Auflösung, an der anderen zur Kristallisation. Die Schmelze wandert nach der Grenze hin, wo es zur Auflösung des Einkristalls kommt. Im. Ergebnis hinterläßt die Schmelze auf ihrem JanderungsirTeg eine Einkristallbandschicht, die mit Atomen der Schmelze legiert ist. Da erfindungsgemäß der Vektor der Dichte des elektrischen Stromes zu der Schnittlinie der Ebenen der dichtesten Packung parallel gerichtet ist, wobei die Oberfläche des Einkristallse an der die Schmelze #iandert, zu dieser Linie auch parallel orientiert ist, wandert die Schmelze längs der prismatischen Oberfläche, die durch die Ebenen der dichtesten Packung der Atome gebildet ist. Da Auflösung und Kristallisation schichtenweise vor sich gehen' wobei die Schichten parallel. zu den Ebenen der dichtesten Packung sind, bilden diese Ebenen die Flächen des legierten Bereiches. Die notwendige Bedingung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Legierexi ist elektrische Leitfähigkeit des Einkristalls. Somit eignet sich das Verfahren zum. Legieren von Einkristallen aus Halbleitern und aus Metallen. Die Anwendung des erfindungsgemäßer. Ve=rfahrens, zum Legieren von Halbleitereinkristallen mit Diamantgitter macht es mÖglich, Bandelektroden mit pn-Übergänüen in Form Gerader :Prismen mit geraden Rändere. herzustellen. Dabei 'Lü@nerz die Elektroden mit einem oder mehreren rjusätzen mit gleichmäßig verteilten Konzentrationen legiert werden. In einer Reihe von Fällen werden die Bandelektroden mit Hilfe von Selektivätzen in einer Meise geätzt , dar di--: )-jeitenflächen des Prismas in den Einkristall nur zum Teil versenkt sind. Der Vorteil der Halbleitergeräte mit solchen Elektroden besteht darin, daß in diesen eine geringe 2läche elektrisch aktiver Bereiche, die mit dem Kristall unmittelbar im Xontakt sind, und eine große Fläche passiver Bereiche erzielt werden, an die elektrischen.Klemmen ohne weiteres angeschlossen und im Falle piezoempfindlicher Transistoren oder Dioden mechanische Kraft herangeführt werden kann.
- Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Beispiels für die Herstellung von Germaniumstruktur mit den p+np-Übergängen für einen Transistor und die beiliegenden Zfichnungen näher erläutert. Es zeigt fig. 1 eine Einkristallplatbe und die Richtung der kristallographischen Achsen; Fig. 2 das Schema der Anordnung der Einkristallplatte mit den stromzuführenden :Elektrodez) und des Erhitzers; Fig. @' die kristallographische Facettierung der rekristallisierten Bandschicht; Fig. 4 die Struktur des Aufbaus eines Transistors mit prismatischer Elektrode, die zum Teil im Kristallkörper angeordnet ist.
- Die genannte Struktur wird wie folgt hergestellt: Eine Germaniumplatte vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 Ohm/cm und 100 mm Länge, 2 mm Breite sowie 0,5 mm Dicke wird bei der Herstellung in einer Meise orientiert, daß deren Achse mit der Richtung 110 (Fig. 1) und die breite.Fläche mit der kristallographischen Ebene 110 zusammenfällt.
- Man verwendet zweckmäßig für die Herstellung orientierter Germaniumplatten ein orientiertes Germaniumeinkristallband, welches durch Ziehen aus der Schmelze durch eine formbildende Ziehdüse hergestellt wird.
- Die Oberfläche der Germaniumplatte (Fig. 1) wird in einem Ätzmittel, das HF (42%ig), HN05 (65jäig), (3115000H (96%ig) in einem Verhältnis von 5 : 8 : 15 enthält, bei einer Temperatur von 70 0 0 während 10 s behandelt. Auf die Stirnfläche der Germaniumplatte 1 (Fig. 2) werden Tantalhalter 2 aufgesetzt, die an der Oberfläche der stromzuführenden Elektroden 3 und 3' frei gleiten können, wodurch ein sicherer Kontakt mit der Germamiumplatte 1 gewährleistet und durch iärmeausdehnung hervorgerufene mechanische Spannungen beseitigt werden.
- Die Elektroden 3 und 3', auf denen die Kontakthalter 2 gleiten, sind in der Arbeitskammer (in der Zeichnung nicht angedeutet) angeordnet, in der das Legieren durchgeführt wird. Auf die in der Arbeitskammer angeordnete Platte 1 wird in der Nähe der positiv geladenen Elektrode 3 die Perle 4 aus Gallium-Antimon-Legierung mit einer Konzentration an Antimon von 10% aufgebracht.
- Die Arbeitskammer wird hermetisch abgedichtet. Darin wird eine Schutzatmosphäre durch das Durchleiten von getrocknetem :vasserstoff geschaffen. Die Platte 1 des Erhitzers 5 wird auf eine Temperatur von 4000 C erhitzt und durch die Platte 1 elektrischer Strom geleitet. Die Stromstärke für die genannten Abmessungen der Platte beträgt 2 Ampere. Das Schmelzmetall wandert die Platte entlang von der positiven Elektrode 3 zur negativen Elektrode >', indem es die rekristallisierte Bandschicht 6 hinterläßt, die durch die Zusätze von Gallium und Antimon legiert ist. Das Schmelzmetall wandert üb3r die Plattenoberfläche mit einer Ueschwindigkeit von etwa 1 mm in einer Minute.
- Die Rekristallisationsbandschicht 6 (Fig. 5) bildet sich in Form eines geraden Prismenkeils, dessen zwei Seitenflächen mit den Ebenen 11'1 zusammenfallen.
- Diese Abbildung zeigt die Facettierung der rekristallisierten Bandschicht.
- Die Breite der Bandschicht 6 beträgt für die genannten Abmessungen der Perle 4 gegen >O@t#m.
- Durch die Veränderung der Zusammensetzung der Schutzatmosphäre (z.B. der Feuchtigkeit von Wasserstoff) wird die Benetzung der Oberfläche der Platte 1 mit der Schmelze und dadurch die Breite der rekristallisierten Schicht 6 fein geregelt.
- Nach der Bildung der rekristallisierten Schicht auf der ganzen Länge der Platte 1 wird der Prozeß unterbrochen und die Platte aus der Arbeitskammer herausgebracht.
- In Fig. 4 ist eine Transistorstruktur gezeigt, die unter Verwendung der Platte 1 mit der rekristallisierten Schicht 6 erhalten wurde. Diese Struktur hat die Emissionselektrode in Form eines geraden Prismeiüceilst dessen zwei Seitenflächen mit den Ebenen der P:,.ckung des Einkristalls. der Platte 1 zusammenfallen. Die Fläche des passiven Bereiches der Elektrode ist größer als die des elektrisch aktiven. Die Elektrode 7 ragt zum teil aus der Oberfläche der Platte 1 heraus. Darüber hinaus besitzt die 2ransistorstruktur die Basiselektrode 8 uns. den metallischen Überzug 9.
- Die Transistorstruktur erhält man wie folgt. Die Einkristallplatte mit der rekristallisierten Schichte die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ;rird, unterzieht man eileer Behandlung in einem Selektivätzmittel. Beim Atzen werden Schichten entfernt, die parallel zu den Ebenen der dichtesten Packung der Atome sind, wobei die iitzgesah,-rindigkeit einer stark legierten rekristallisierten Schicht um Dutzende Male geringer als die Ätzgeschwindigkeit der Germaniumplatte ist.
- Nach der Durchführung des Selektivätzens erhält man die Basiselektrode 8 (Fig. 4), die durch die Diffu:iion des Antimons aus dem Germaniumpulver, das mit Antimon legiert ist, in einem Wasserstoffstrom bei einer Temperatur von 7,3O0 C: während 2 Minuten entsteht. Gleichzeitig erfolgt die Diffusion des Antimons :aus der Elektrode 7 in den `teil der Basisschicht, der an die erwähnte Elektrode unmittelbar angranzt. Das Aufbringen des metallischen Überzugs 9 erfolgt durch @iufst'iuben unter V21@uun, wobei die _i2äun i. :i. che Trennung der metallischen und Knitterschicht durch die Emissionselektrode 7 selber herbeigefiüirt wird, die als Maske dient. Die Teilung einer solchen :Bandstruktur von etwa 100 mm :Gänge in kiirzere Strukturen wird bestimmt durch die erforderliche Streuleistung des Halbleitergerätes.
- Dank der Metällisieruig der Basisschicht besitzt die beschriebene Struktur des Transistors einen sehr geringen ohmschen Widerstand der Basis. Für den Parameter rb # 0k wird eine Größe unter10 12s erreicht.
- Die beschriebene Struktur mit der hervortretenden Emissionselektrode wird auch in Konstruktionen piezoempfindlicher Transistoren verwendet, da sie als Druckkonzentrator dient.
Claims (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1968R0047799 DE1719501B2 (de) | 1968-01-16 | 1968-01-16 | Verfahren zum herstellen einer zone legierten materials auf der oberflaeche einer einkristallinen, halbleitenden oder metallischen platte |
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| DE1968R0047799 DE1719501B2 (de) | 1968-01-16 | 1968-01-16 | Verfahren zum herstellen einer zone legierten materials auf der oberflaeche einer einkristallinen, halbleitenden oder metallischen platte |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1719501A1 true DE1719501A1 (de) | 1971-05-27 |
| DE1719501B2 DE1719501B2 (de) | 1977-06-02 |
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ID=7408557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE1968R0047799 Granted DE1719501B2 (de) | 1968-01-16 | 1968-01-16 | Verfahren zum herstellen einer zone legierten materials auf der oberflaeche einer einkristallinen, halbleitenden oder metallischen platte |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1719501B2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2917165A1 (de) * | 1978-04-28 | 1979-11-22 | Hitachi Ltd | Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung durch verbinden eines siliziumsubstrats und einer elektrode o.dgl. miteinander mittels aluminiums |
-
1968
- 1968-01-16 DE DE1968R0047799 patent/DE1719501B2/de active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2917165A1 (de) * | 1978-04-28 | 1979-11-22 | Hitachi Ltd | Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung durch verbinden eines siliziumsubstrats und einer elektrode o.dgl. miteinander mittels aluminiums |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1719501B2 (de) | 1977-06-02 |
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