DE1719501B2 - Verfahren zum herstellen einer zone legierten materials auf der oberflaeche einer einkristallinen, halbleitenden oder metallischen platte - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer zone legierten materials auf der oberflaeche einer einkristallinen, halbleitenden oder metallischen platteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zone legierten Materials auf der Oberfläche einer
einkristallinen, halbleitenden oder metallischen Platte durch Aufbringen des Legierungszusatzes auf die
Oberfläche an einer Stelle, die zwischen zwei mit der Platte in Kontakt stehenden Elektroden liegt, und
Leiten eines elektrischen Gleichstromes durch die Platte von einer Elektrode zur anderen, so daß der
Zusatz schmilzt und auf der Plattenoberfläche von der positiven zur negativen Elektrode wanden.
Die planare Konstruktion von Haibieitergeräten ist allgemein bekannt, bei der die passive Fläche der
Elektrode, die zum Anschlu'J von Klemmen bestimmt ist, größer als der aktive Bereich ist, der die Funktionen
der Steuerung des elektrischen Stroms unmittelbar ausübt. Ein Nachteil der planaren Konstruktion ist die
Anwendung einer komplizierten Struktur (eines komplizierten Aufbaues), wofür Schichten aus verschiedenen
Werkstoffen ausgenutzt werden (dielektrische und metallische).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zum Legieren eines Einknstalles,
welches eine regelmäßige geometrische Form und
vorgegebene geometrische Abmessungen des legierten Bereiches gewährleistet.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Halbleitergerat
mit tjnkristallelektroden solcher Form zu entwikkein,
daß der Flächeninhalt der aktiven Bereiche geringer als der Flächeninhalt der passiven Bereiche ist.
Es wird somit angestrebt, den Einkristall so zu
legieren, daß der zu legierende Bereich durch kristallographiNche Flächen abgegrenzt ist, wodurch es
möglich wird, Halbleitergeräte mit Elektroden herzu- (*>
sicllen, die die oben genannten Eigenschaften besitzen.
Diese Avifgabc wird durch ein Verfahren der eingangs
angegebenen Art gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Platte verwendet wird,
deren ()berfläche parallel zu mindestens einer Schnittli- <··-
nie der Ebenen der dichtesten Packung der Kristallatcme liegt und daß die .Stromrichtung an der Oberfläche
der Platte paiallel zur Schnittlinie liegt.
Beim Legieren eines Halbleitereinkristalles mit einem
Gitter von Diamanttyp ist die Schmelze über die Oberfläche zu verschieben, die mit kristallographischer
Orientierung [110] ausgeführt ist, indem man den elektrischen Strom derart richtet, daß der Vektor der
Stromdichte an der Oberfläche (110) mit der Richtung
[110] zusammenfällt
Man kann, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Grundlage des Einkristalls mit einem
Gitter vom Diamanttyp Halbleitergeräte mit Elektro den herstellen, die die Form eines geraden Prismenkeils
aufweisen, dessen zwei Flächen mit den Ebenen (111)
zusammenfallen und mindestens teilweise im Körper des genannten Einkristalls angeordnet sind.
Die Vorteile dos e-Tindungsgemäßen Verfahrens zum
Legieren eines Bereiches des Einkristalles gegenüber den anderen Verfahren (durch Verschmelzen oder
Diffusion) bestehen darin, daß der 2U legierende Bereich durch die kristallographischen Flächen abgegrenzt ist
und die Regelmäßigkeit dessen geometrischer Form (Facetiierung), sowie die richtigen Abmessungen durch
die kristalline Struktur des Einkristalls selber gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht
dann, daß die Verteilung der Konzentration des Zusztze-· 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 Verfahrens 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 Weise kommt, daß an einer Grenze zwischen der
Schmelze und dem Einkristall deren Konzentration anwächst und den Gleichgewichts^ ert überschreitet, an
der anderen Grenze jedoch abnimmt und unter den Gleichgewichtswert sinkt. Dadurch kommt es an einer
der Grenzen zur Auflösung, ar 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 Wanderungsweg
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 Einkristalls, an der die Schmelze wandert, zu dieser Linie auch parallel
orientiert ist, wandert die Schmelze längs der prismati sehen 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
Legieren ist elektrische Leitfähigkeit des Einkristalls. Somit eignet sich das Verfahren zum Legieren von
Einkristallen aus Halbleitern und aus Metallen.
Die Anwendung des erfmdungsgemäßen Verfahrens zum Legieren von Halbleitereinkristallen mit Diamantgitter
macht es möglich, Bandelektroden mit pn-Übergängen in Form gerader Prismen mit geraden Rändern
herzustellen. Dabei können die Elektroden mit einem
oder mehreren Zusätzen mit gleichmäßig verteilten
Konzentrationen legiert werden. In einer Reihe von Fällen werden die Bandelektroden m»t Hilfe von
Selektivätzen in einer Weise geätzt daß die Seitenflächen des Prismas in den Einkristall nur zum Teil 5
versenkt sind.
Der Vorteil der Halbleitergeräte mit solchen Elektroden besteht darin, daß in diesen eine geringe
Räche elektrisch aktiver Bereiche, die mit dem Kristall unmittelbar im Kontakt sind, und eine große Fläche
passiver Bereiche er/.ie!t 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-Obergängtn für einen
Transistor und clic Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine l.inknstallplatte und die Richtung der
kristallographischcn Achsen-,
F1 g. 2 das Schema der Anordnung der Einkristallplatte
mit den strom/uführenden Elektroden und des
Erhitzers;
F i g. 3 die krislallographische Facettierung der rekristallisieren Bandschicht·,
F i g. 4 die Struktur des Aufbaus eines Transistors mit
prismatischer Elektrode, die zum Teil im Kristallkörper angeordnet ist.
Die genannte Struktur wird wie folgt hergestellt:
F.ine Germaniumplatte vom p-Typ mit einem
spezifischen Widerstand von 0,5 Ohm/cm und 100 mm Länge, 2 mm Breite sowie 0,3 mm Dicke wird bei der
Herstellung in einer Weise orientiert, daß deren Achse mit der Richtung [110] (F ig. 1) und die breite Fläche mit
der kristallographischen Ebene (110) zusammenfällt.
Man verwendet zweckmäßig für die Herstellung orientierter Germaniumplatten ein orientiertes Germaniumcinkristallband,
welches durch Ziehen aus der Schmelze durch eine formbildende Ziehdüse hergestellt
wird.
Die Oberfläche der Germaniumplatte (Fig. 1) wird in
einem Ät/mittel. das HF (42%ig), HNO1 (65%ig),
CIIiCOOH (9b°/oig) in einem Verhältnis von 5:8.15
enthält, bei einer Temperatur von 70°C 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 Kon'rkt mit der
Germaniumplatte 1 gewährleistet und durch Wärmeausdehnung 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 tier Nähe der positiv geladenen Elektrode \ die
Perle 4 aus Gallium-Antimon-Legierung mit einer Konzentration .111 Antimon von 10% aufgebracht. i,0
Die Arbeitskammer wird hennetisch abgedichtet.
Darin wird eine Schlitzatmosphäre durch das Durchleiu-n
von getrocknetem Wasserstoff geschaffen Die Pl.ittc 1 wird durch den Erhitzer 5 auf eine Temperatur
von 400'" C gebracht und durch sie ein elektrischer Strom geleitet. Die Stromstärke für die genannten
.Abmessungen dci Platte beträgt 2 Ampere. Das
Schmcl/meiall wandert die Platte entlang von dor
40
positiven Elektrode 3 zur negativen Elektrode 3', indem
es die rekristallisierte Bandschicht 6 hinterläßt die
durch die Zusätze von Gallium und Antimon legier: ist Das Schmelzmetall wandert über die Plattenoberfläche
mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 mm in einer Minute.
Die Rekristallisationsbandsch«cht 6 (Fig.3) bildet
sich in Form eines geraden Prismenkeils, dessen zwei Seitenflächen mit den Ebenen (111) zusammenfallen.
Diese Abbildung zeigt die Facettierung der rekristallisierten Bandschicht
Die Breite der Bandschicht 6 beträgt für die genannten Abmessungen der Perle 4 gegen 30 um.
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 feingeregelt
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 F i ρ. 4 ist eine Transistorstruktur gezeigt, die unter
Verwendung der Platte 1 mit der rekristallisierten
Schicht 6 erhalten wurde. Diese Struktur hat die Emissionselektrode 7 in Form eines geraden Prismenkeils,
dessen zwei Seitenflächen mit den Ebenen der dichtesten Packung 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 Transistorstruktur
die Basiselektrode 8 und den metallischen Überzug 9. Die Transistorstruktur erhält man wie folgt. Die
Einkristallplatte mit der rekristallisierten Schicht, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wird,
unterzieht man einer Behandlung in einem Sclektivätzmittel.
Beim Ätzen werden Schichten entfernt, die parallel zu den Ebenen der dichtesten Packung der
Atome sind, wobei die Ätzgeschwindigkeit 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
Diffusion des Antimons aus dem Germaniumpulver, das mit Antimon legiert ist, in einem Wasserstoffstrom bei
einer Temperatur von 780°C während 2 Minrten entsteht. Gleichzeitig erfolgt die Diffusion des Antimons
aus der Elektrode 7 in den Teil der Basuschicht, der an die erwähnte Elektrode unmittelbar angrenzt.
Das Aufbringen des metallischen Überzugs 9 erfolgt durch Aufstäuben unter Vakuum, wobei die räumliche
Trennung der metallischen Basis- und Emitterschicht durch die Emissionselektrode 7 selber herbeigeführt
wird, die als Maske d^nt.
Die Teilung einer solchen Bandstruktur von etwa 100 mm Länge in kürzere Strukturen wird bestimmt
durch die erforderliche Streuleistung des Halbleitergerätes.
Dank der Metallisierung der Basisschicht besitzt die
beschriebene Struktur des Transistors einen sehr geringen ohmschen Widerstand der Basis. Für den
Parameter /> ■ d eine Größe unter 10 ':s erreicht.
Die beschriebene Struktur mit der hervortretenden Emissionselektrode wird auch in Konstruktionen
piezoempfindlicher Transistoren verwendet, da sie als Druckki in zentraler dient.
Hierzu 1 Blatt Zeichnunecn
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen einer Zone legierten Materials auf der Oberfläche einer einkristallinen,
halbleitenden oder metallischen Platte durch Aufbringen des Legieningszusatzes auf die Oberfläche
an einer Stelle, die zwischen zwei mit der Platte in
Kontakt stehenden Elektroden liegt, und Leiten eines elektrischen Gleichstromes durch die Platte )0
von einer Elektrode zur anderen, so daß der Zusatz schmilzt und auf der Plattenoberfläche von der
positiven zur negativen Elektrode wandert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte
verwendet wird, deren Oberfläche paiallel zu mindestens einer Schnittlinie der Ebenen der
dichtesten Packung der Kristallatome liegt und daß die Stromrichtung an der Oberfläche der Platte
parallel zur Schnittlinie liegt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem HaIbIe: tereinkristall mit Diamantgitter der elektrische Strom derart durchgeleitet
wird, daß der Vektor der Stromdichte an der Oberfläche mit der Richtung [110] tusammenfällt.
25
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1968
- 1968-01-16 DE DE1968R0047799 patent/DE1719501B2/de active Granted
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