DE1764760A1

DE1764760A1 - Verfahren zum Herstellen von doppeldiffundierten Germaniumplanartransistoren

Info

Publication number: DE1764760A1
Application number: DE19681764760
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Phys Schembs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-31
Filing date: 1968-07-31
Publication date: 1971-10-07
Also published as: FR1598801A; AT303118B; CH504104A; GB1226072A; NL6911090A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCBAPT München 2, 21.JAN.IB/

Wittelsbaeherplatz 2

VPA 68/2696

Verfahren zum Herstellen von doppeldiffundierten Germaniumplanartransistoren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines pn-Überganges eines aus Germanium als Grundmaterial bestehenden Halbleiterbauelementes durch Diffusion.

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Unterlagen (Art. 7 8 1 Abs. 2 Nr. I S«U 3 <*·· XnderunaWM. w. 4. β. 1ί'57Τ

Zur Herstellung von für Halbleiteranor«dnungen erforderlichen Planarstrukturen werden Halbleiterkristalle auf ihrer Oberfläche mit Maskierungsschichten, vorzugsweise mit SiOp-Schichten, versehen. Mit Hilfe dieser Maskierungsschichten kann das Eindiffundieren von Dotierungsmaterialien auf die Stellen beschränkt v/erden, an denen diese Maskierungsschichten mittels bekannter Fototechniken entfernt v/orden sind. Es v/urde gefunden, daß manche Maskierungsschichten bezüglich spezieller Dotierungsstoffe ganz spezifische Maskierungseigenschaften aufweisen. Man macht sich diesen Effekt bei der Herstellung von aus Germanium als Grundmaterial bestehenden Planartransistoren dadurch zunutze, daß man die Germaniumoberfläche, die ja bekanntlich bei hohen Diffusionstemperaturen (gröi3er 6oo° C) durch thermische Abdampfung der gebildeten GeOp-Schicht besonders geführdet ist, mit einer solchen Maskierungsschicht schützt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird deshalb zum Herstellen mindestens eines pn-Übergangs eines aus Germanium als Grundmaterial bestehenden Halbleiterbauelements durch Diffusion vorgeschlagen, daß ein Germanium-Ausgangskörper eines Leitungstyps zur Herstellung einer Zone entgegengesetzten Leitungstyps mit einer Maskierungsschicht abgedeckt v/ird, daß in diese Schicht eine dem Flächenbereich der Zone entsprechende Öffnung geätzt wird, daß eine v/eitere Maskierungsschicht in einer solchen Schichtstärke über die gesamte Oberfläche aufgebracht wird, daß das für die Zone von entgegengesetzten leitungstyps vorgesehene Diffusionsmaterial nicht maskiert wird und daß dann die Diffusion bei der entsprechenden Temperatur durchgeführt wird.

Ss liegt im Rahmen der Erfindung einen pnp-Germanium-Planar-Transistor in der Weise herzustellen, daß auf die polierte und geätzte Germaniumoberfläche eine aus einer pyrolytischen SiOp-Abscheidung bestehende erste Maskierungsschicht aufge-

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bracht wird, daß in diese Maskierungsschicht eine der Basiszone entsprechende Öffnung eingeätzt v/ird, daß dann auf die gesamte Oberfläche einschließlich des durch Ätzen entstandenen Basisdiffunionsfenster eine weitere SiOp-Schicht als zweite Ilaskierungsfjchicht in einer solchen Schichtstärke aufgebracht wird, daß das für die Basisdiffusion vorgese— :: hene Diffusionsinaterial nicht maskiert v/ird, daß nach erfolgter Basisdiffusion auf die gesarate Oberfläche eine dritte Ilaskiorungsschicht aufgebracht wird und daß das für die Enitterdiffusion vorgesehene Dotierungsmaterial durch eine durch die gesamten Maakierungsschichten durchgeätzte Öffnung in den Halbleiterkristall eindiffundiert wird.

Me vorliegende Erfindung bezieht sich aber nicht nur auf die Herstellung von Germaniumtransistoren der Zonenfolge pnp, sondern läßt sich auch für die Herstellung von npn-'Iransistoren verwenden. Dabei v/ird in der \7eise vorgegangen, daß auf die polierte und geätzte Germaniumoberfläche eine aus einer pyroly+ischen SiOp-Abscheidung bestehende erste Maskierungr■'.-:reicht aufgebracht wird, daß in diese Maskierungsschicht eine dor Basiszone entsprechende Öffnung eingeätzt v/ird, daß die Basisdiffusion durchgeführt v/ird, daß dann auf die gesamte Oberfläche eine weitere Maskierungsschicht aufgebracht wird, daß in diese Maskierungsschicht eine der Emitterzone entsprechende Öffnung eingeätzt wird und daß vor der Erzeugung der Emitterzone durch Diffusion über die gesamte Oberfläche noch eine zusätzliche Maskierungsschicht in einer solchen Schichtstärke aufgebracht v/ird, daß das für die Emitterdiffusion vorgesehene Diffusionsmaterial nicht maskiert wird.

In einer V/eiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die erste aus SiOp bestehende Maskierungsschicht in einer Schichtstürke von ca. 18oo λ aufzubringen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die zweite Maskierungsschicht in einer Schichtstärke von kleiner 5oo S abzuscheiden.

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Diese Schichtdicke ist gerade ausreichend, daß die Gerraaniumoberfläche bei der Diffusion, die in sauerstoffhaitiger Atmosphäre durchgeführt wird zv/ar geschützt v/ird, das Diffusionsmaterial aber durchgelassen wird. Diese speziell ausgebildete SiOo-Schicht wird z. B. durch thermisches Zersetzen einer Siliciumverbindung, z. B. Tetraäthoxisilan, aus der Gasphase abgeschieden. Die." Basisdiffusion wird bei Verwendung eines p-dotierten Germaniumausgangskristalls (Leitfähigkeit 3 Ohm.cm), vorzugsweise mit Phosphin, durchgeführt, wobei das Phosphin oxydiert und durch die,;speziell·:ausgebildete dünne SiOp-Schicht durchdiffundiert. In gleicher Yfeise ist es möglich, anstelle von Phosphin (PH,) Arsin (AsH,) zu verwenden. Weiter ist es möglich, daß die zweite Maskierungsschicht bereits mit dem für die nachfolgende Diffusion erforderlichen Dotierstoff versetzt ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die dritte Maskierungsschicht in einer Schichtstärke von etwa 18oo X durch pyrolytische Abscheidung von SiO« mit Phosphorzusatz aufgebracht. Es ist aber ebenso möglich, daß diese Maskierungsschicht durch eine Si-N.-Abscheidung gebildet wird.

Pur die Emitterdiffusion wird zweckmäßigerweise Gallium verwendet und die Diffusion entweder in einer sauerstofffreien Atmosphäre oder als Pulverdiffusion durchgeführt.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung eignet sich ganz vorzüglich zur Herstellung von Germaniumplanartransistoren für hohe Frequenzen und Germaniumplanartransistoren enthaltende integrierte Schaltungen. Dabei wird von einer Kristallscheibe ausgegangen, die eine Vielzahl von Mikrohalbleiterbauelementen enthält und in Serienfertigung verarbeitet wird.

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Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figur noch näher erläutert v/erden.

Als Ausgangsmaterial wird eine polierte und damage-geätzte. Germaniumkristallscheibe 1 vom p-Ieitungstyp mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 3 Ohm.cm verwendet. Auf die Oberfläche dieser Germaniumscheibe 1 wird durch pyrolytic sehe SiOp-Abscheidung eine erste Maskierungsschicht 2 in einer Schichtstärke von etwa 18oo Ä aufgebracht, in die eine Öffnung mittels Fotoätztechnik eingeätzt wird. Diese Öffnung dient als Fenster zur Erzeugung der Basiszone 3· Vorher wird über die gesamte Oberfläche eine dünne, nicht stärker als 5oo A* ausgebildete zweite Maskierungsschicht 4 (in der Figur sind nur die nach Fertigstellung der Halbleiteranordnung verbliebenen Oxidreste dargestellt) durch Pyrolyse von Tetraäthoxisilan aus der Gasphase abgeschieden. Diese zweite Maskierungsschicht 4 erlaubt zwar die Basisdiffusion zur Erzeugung der Basiszone 3 mittels Phosphin, die in sauerstoffhaltiger Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden muß, schützt aber die freie Germaniumoberfläche gegen Oxydation oder thermische Abdampfung bei den hier angewandten hohen Diffusionstemperaturen. Die Einstellung der Dicke dieser gleichzeitig als Schutz- und Maskierungsschicht dienenden SiOp-Schicht ist sehr kritisch. Sie darf nicht über einer Schichtstärke von 5oo λ liegen. Im Anschluß an die Phosphindiffusion v/ird die gesamte Oberfläche mit einer dritten Maskierungsschicht 5, bestehend aus einer pyrolytischen SiOp-Abscheidung mit Phosphorzusatz, in einer Schichtstärke von etwa 18oo S versehen und nach Entfernung der Teile der Oxidschichten 4-undπ5 des fümdiilCjEmitterdiffusion vorgesehenen Bereiches 6 die Emitterdiffusion mittels Gallium durchgeführt, so daß die p-dotiorte Emitterzone 7 entsteht. Diese Diffusion v/ird entweder in nichtoxydierender Atmosphäre, z. B. in reiner Argonatmosphäre, oder als Pulverdiffusion, d. h. durch Einbetten der Kristallscheiben in Germaniumpulver, durchgeführt. Anschließend worden

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in bekannter 'Jeise die BasiaanschluJ3fenster gciitzt und die Aufdampfkontaktierung mittels Chrom + Silber oder mittels Aluminium durchgeführt.

14 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

j? a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. Verfahren zum Herstellen mindestens eines pn-Überganges eines aus Germanium als Grundmaterial bestehenden Halbleiterbauelementes durch Diffusion, dadurch gekennzeichnet, daß ein Germaniumaüagangskörper eines Leitungstyps zur Herstellung einer Zone entgegengesetzten Leitungstyps mit einer Maskierungsschicht abgedeckt wird, daß in diese Schicht eine dem Plächenbereich der Zone entsprechende Öffnung geätzt wird, daß eine v/eitere Maskierungsschicht in einer solchen Schichtstärke über die gesamte Oberfläche aufgebracht wird, daß das für die Zone vom entgegengesetzten Leitungstyprvorgesehene Diffusionsmaterial nicht maskiert v/ird und daß dann die Diffusion bei der entsprechenden Temperatur durchgeführt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines pnp-Germanium-Planar-Transistors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die polierte und geätzte Germaniumoberfläche eine aus einer pyrolytischen SiOp-Abscheidung bestehende erste Mas-:".. kierungüschicht aufgebracht v/ird, daß in diese Maskierungsschi clit eine der Basiszone entsprechende Öffnung geätzt v/ird, daß auf die gesamte Oberfläche einschließlich des durch Ätzen entstandenen Basisdiffusionsfensters eine weitere SiOp-Schicht als zweite Maskierungsschicht in einer solchen Schichtstärke aufgebracht wird, daß das

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*.*eue Unterlagen iAjt. 7 i l Abs. 2 m. I Satz 3 des Xn Jerungeqe«. ·,. 4. g. U'tj/j

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für die Basisdiffusion vorgesehene Diffusionsmaterial nicht maskiert v/ird, daß nach erfolgter Basisdiffusion auf die gesamte Oberfläche eine dritte Maskierungsschicht aufgebracht v/ird und daß das für die Emitterdiffusion vorgesehene Dotierungsmaterial durch eine durch die gesamten Maskierungsschichten durchgeätzte Öffnung in den Halbleiterkristall eindiffundiert v/ird.

3. Verfahren zur Herstellung eines npn-Germanium-Planar-Transistors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die polierte und geätzte Germanium-Oberfläche eine aus einer pyrolytisehen SiOp-Abscheidung bestehende erste Maskierungsschicht aufgebracht v/ird, daß in diese Maskierungsschicht eine der Basiszone entsprechende Öffnung eingeätzt v/ird, daß die Basisdiffusion durchgeführt v/ird, daß dann auf die gesamte Oberfläche eine weitere Maskierungsschicht aufgebracht v/ird, daß in diese Maskierungsschicht eine der Emitterzone entsprechende Öffnung eingeätzt vilrü und daß vor der Erzeugung der Emitterzone durch Diffusion über die gesamte Oberfläche noch eine zusätzliche Maskierungsschicht in einer solchen Schichtstärke aufgebracht v/ird, daß das für die Emitterdiffusion vorgesehene Diffusionsmaterial nicht maskiert v/ird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste aus SiOp bestehende Maskierungsschicht in einer Schichtstärke von ca. 18oo 8 aufgebracht wird.

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5. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Maskierungsschicht in einer Schichtstärke von kleiner/gleich 5oo ί? aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2, 4 und v/eitere, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisdiffusion unter Verwendung von Phosphin durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2, 4 und v/eitere, dadurch _# gekennzeichnet, daß die Basisdiffusion unter Verwendung von Arsin durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, 2, 4 und weitere, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Maskierungsschicht "bereits mit dem für die nachfolgende Diffusion erforderlichen Dotierstoff versetzt ist.

9. Verfahren nach Patentanspruch 2, 4 und weitere, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Maskierungsschicht in einer Schicht starke von ca. 18oo £ aufgebracht wird..

1o. Verfahren nach Patentanspruch 2, 4 und weitere, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Maskierungsschicht durch pyrolytieche Abscheidung von SiOp mit Phosphorzusatz aufgebracht v/ird.

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11. Vorfahren nach Patentanspruch 2, 4 und v/eitere, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Maskierungsschicht durch eine Si,N.-Abscheidung gebildet wird.

12. Verfahren nach Patentanspruch 2, 4 und v/eitere, dadurch gekennzeichnet, daß für die Emitterdiffusion Gallium verwendet wird.

13· Verfahren nach Patentanspruch 1, 2, 4 und v/eitere, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial eine p-dotierte, vorzugsweise eine Leitfähigkeit von 3 Ohm.cm aufv/eisende, Germaniumkristallscheibe verwendet wird.

14· Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Germanium-Planar-Transistoren sowie Germanium-Planar-Transistoren enthaltenden integrierten Schaltungen.

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