DE1773819U

DE1773819U - SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT, LIKE DIRECTORIES AND TRANSISTORS.

Info

Publication number: DE1773819U
Application number: DE1956S0019431
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-02-13
Filing date: 1956-02-13
Publication date: 1958-09-11

Description

tHa. lbleiteranornung, wie Ri<htleiter und Transistoren" ---------------------------- Die Neuerung bezieht sich auf Halbleiteranordnungen, wie Richt- leiter, Transistoren, Fieldistoren, mit oder ohneVorspannung , betriebene Photozellen, durch elektrische und/oder magnetische Mittel steuerbare Widerstände als für Modulations-und/oder Ver- stärkerzweokeausgenutzte, spannungsabhängige Xapaz-ität dienende pn-'Sberga.Dge usw. aus Germanium, Slizim AIIBß-Verbindungen usw. Es ist bekannt, den Stërstellengehal t in einer, Oberflächen- zone.HalbleiterkristallsdurchSindiffundierenvongeeig- neten Störstellen entweder in gasförmiger oder flüssiger Phase oder auch von der festen Phase aus in die Oberfläche des Halb- leiterkörers einzufihren. Auf diese Weise kann n'der betreffen- den Ober ächenstelle die Dotierung, die den dort herrschenden Leitungstyp bestim&ty erhöht werden oder es kann durch eine Ge- gendotierung ein eigenleitender oder entgegengesetzt leitender Bereich erzeugt werden.' Es ist auch bekannt, die'Eindiffusion mittels Unterstützung durch elektrische Felder zu vergrößern bzw. die Eindiffusion , \ < mittels einer Gasentladung durchzuführen. Der allein diesen be- kannten Verfahren gemeinsame-Mangel besteht darin- daß in jedem Falle eine Erhöhung der Gesamtstöretellenkonzentration an der Oberfläche de Hàlbleiterkrstalls'erzeugt wird, was eine ent- sprechende Veränderung, insbesondere Vergrößerung, seiner Leitfähigkeit bedingt. Dies ist jedoch in vielen Fallen unerwünscht. tHa. Conductor arrangement, such as conductors and transistors " ---------------------------- The innovation relates to semiconductor arrangements, such as directional conductors, transistors, fieldistors, with or without bias , operated photocells, by electrical and / or magnetic Medium controllable resistances as for modulation and / or Stronger two-stage, voltage-dependent capacity serving pn-'Sberga.Dge etc. from germanium, Slizim AIIBß compounds etc. It is known that the Stërstellengehal t in a, surface zone.semiconductor crystal by diffusing suitable Neten defects either in the gaseous or liquid phase or from the solid phase into the surface of the semi- to introduce ladder body. In this way, n'der can affect- the surface point the doping, the prevailing there Line type can be increased or it can be increased by a Gene doping an intrinsically conductive or oppositely conductive Area. ' It is also known to support the'indiffusion to increase or diffusion by electric fields , \ < to be carried out by means of a gas discharge. Who alone is known procedures common-deficiency consists in that in each In the event of an increase in the total concentration of interferers at the Surface of the semiconductor crystal is generated, which Talking change, especially enlargement, of its conductivity. However, in many cases this is undesirable.

Insbesondere bei der Herstellung von Eigenleitungszoneng die z. B. in Transistoren nach dem Prinzip eines pnip oder dergl. verwendet werden, ist man bestrebt, Eigenleitungsbereiche von besonders geringer Dotierung, d. h. vom ohm-oben Widerstand zu erhalten. Die Neuerung besteht darin, daß der verwendete Halbleiterkristall in der Nähe seiner Oberfläche. eine Dotierungszone auf- % eist, deren Störstellengehalt vermöge seiner selektiven, che- ..'" . mischen, mit einem mit dem die Störstellen im Halbleiterkristall hervorrufenden Material reagierenden, den Halbleiterkristall jedoch nicht angreifenden Stoff durchgeführten Extraktion geringer. als die des angrenzenden Halbleiterteils ist. Man veranlaßt hierbei die Störstellen aus der Halbleiteroberfläche auszutreten.In particular in the production of Eigenleitungszoneng the z. B. used in transistors on the principle of a pnip or the like. Efforts are made to obtain intrinsic conduction areas of particularly low doping, ie from the ohm-top resistance. The innovation is that the semiconductor crystal used is close to its surface. a doping zone % eist whose impurity content due to its selective, chemical .. '" . mix, with a material that reacts with the material causing the imperfections in the semiconductor crystal, but does not attack the semiconductor crystal, less extraction. than that of the adjacent semiconductor part. This causes the imperfections to emerge from the semiconductor surface.

Dieser Weg ist in gewissem Sinne bereits-'allerdings unter Verwendung sehr hoher Temperaturen-beschritten worden, indem man die im Kristall enthaltenen Stoffe im Vakuum abgedampft hat. Die, Anwendung derartiger, \hoher Temperaturen ist jedoch aus verschiedenen Gründen unerwünscht. Dieses Verfahren diente ührigens nur der Reinigung, nicht der Herstellung bestimmter Dotierungszonen.In a certain sense, this path is already - 'but in use very high temperatures-been trodden by the ones contained in the crystal Has evaporated substances in a vacuum. The application of such high temperatures however, it is undesirable for a number of reasons. This procedure was always used only the cleaning, not the creation of certain doping zones.

Die Anwendung derartiger, hoher Temperaturen ist beider Halbleiteranordnung gemäß der Neuerung vermieden worden. Das zur Erzielung der Halbleiteranordnung gemäß der Neuerung erforderliche Herstellungsverfahren kann durch entsprechend gerichtete elektrisehe Felder und/oder einem entsprechend gerichteten Wärmegradienten unterstützt werden. In erster Linie ist daran gedacht, den Halbleitereinkristall in einem Elektrolytbad geeigneter Zusammensetzung kathodisch oder anodisch zu, behandeln.The use of such high temperatures is in semiconductor devices has been avoided according to the innovation. To achieve the semiconductor arrangement according to The manufacturing process required by the innovation can be carried out by appropriately directed electrical Fields and / or a correspondingly directed thermal gradient get supported. In the first place it is thought to be the semiconductor single crystal to treat cathodically or anodically in an electrolyte bath of suitable composition.

Die Tatsache, daß sich Phosphor, Schwefel und Arsen, die als Legierungsbestandteile mit gewissen Übergangsmetallen vorliegen ; durch kathodische Polarisation in Form von Wasserstoffverbindungen extrahieren und dadurch nachweisen lassen, ist an sich bereits durch eine Untersuchung von K.W. Fröhlich in der Zeitschrift für angewandte Chemie, Band 48,1935, Seite 624 bis 62. 7 bekanntgeworden. Eine praktische Verwertung dieser Erkenntnis war jedoch bisher nicht ins Auge gefaßt worden. In der Zeichnung ist eine Anordnung dargestellt, wie sie zur f' Erzielung der Halbleiteranordnung gemäß der Neuerung Yerwendung findenkann. 1 bedeutet einen Elektrolyttrog mit einem Elektrolyten 2, welcher" gemäß dem Ausführungsbeispiel ein wässrfger Elektrolyt ist aus dem aktiver Wasserstoff entwickelt werden kann. 3 ist ein Halbleiterkristall aus Silizium, welcher mit Arsen als Donator dotiert und infolgedessen n-leitend ist. Der Kristall 3 ist mittels einer gleichzeitig als Stromzuführung dienenden Halterung 4 in den. Elektrolyttrog derart hineingehängt ? daß, seine Oberflä- 9 che in den Elektrolyten 2 hineinragt, während der Hauptteil in einer isolierenden Flüssigkeitssohicht 5 befindlich ist, welche über den Elektrolyten 2 geschichtet ist. Die Schicht 5 ist eine Flüssigkeit mit einer bei der Betriebstemperatur hinreichend niedrigenVerdampfungsgeschwindigkeit, w. elche außerdem-leichter so ist als der Elektrolyt 7/daß sie auf ihm zu schwimmen vermag Sie dient-als Luftabschluß, Staubschutz und Wärmebad, um den oberen Hauptteil des Kristalls 3 auf einer gewünschten anderen Temperatur als der Elektrolyt selbst zu halten. Die Temperaturregelung könnte auch mittels der Zuführung 4 bewirkt werden.The fact that there are phosphorus, sulfur and arsenic, which are present as alloy components with certain transition metals; Extracting by cathodic polarization in the form of hydrogen compounds and thereby having it detected has already become known from an investigation by KW Fröhlich in the journal for applied chemistry, volume 48, 1935, pages 624 to 62.7. A practical application of this knowledge however, it had not previously been envisaged. In the drawing, an arrangement is shown as it is used for f ' Achievement of the semiconductor device according to the innovation Yerendung Can be found. 1 means an electrolyte trough with an electrolyte 2, which " According to the exemplary embodiment, an aqueous electrolyte is off the active hydrogen can be developed. 3 is a semiconductor crystal made of silicon, which is doped with arsenic as a donor and is consequently n-conductive. The crystal 3 is secured by means of a holder 4 which simultaneously serves as a power supply in the. Electrolyte trough hung in like this? that its surface 9 surface protrudes into the electrolyte 2, while the main part is located in an insulating liquid layer 5, which is layered over the electrolyte 2. Layer 5 is one Liquid with a sufficient at the operating temperature low evaporation rate, which is also lighter so is as the electrolyte 7 / that it is able to swim on it It serves as an air seal, dust cover and heat bath to the upper main part of the crystal 3 on a desired other Maintain temperature than the electrolyte itself. The temperature regulation could also be effected by means of the feed 4.

6 ist eine ringförmige Gegenelektrode, welche als Anode geschaltet ist, während der Halbleiter im vorliegenden Falle als Kathode geschaltet ist., 7 ist ein zylindrisches Diaphragma, das gasförmige Anodenprodukte vom Halbleiter fernhält.-Durch die Elektrolyse wird aktiver Wasserstoff frei, welcher sich mit dem in der Oberfläche des Kristalls 3 befindlichen Arsen zu einer Arsen-asaec'stoff-Verbindung, beispielsweise AsH, verbindet :. 39 welche flüchtig ist und nach oben aus dem Elektrolyttrog entweicht. Während die Grenzfläche des Kristalls 3 gegen den Elektrolyten 2 an Störstellen verarmt, diffundiert diese aus dem Innern des Kristalls in gewissem Umfange nach. Durch Variation der Elektrolysebedingungen, d. h. des Entstehungsdruckes des Wasserstoffes oder anderer durch den Elektrolyten freigemachter aktiver Atome, sowie durch Variation des Elektrolyten selbst und die'angelegte Spannung bzw. die herrschende Stromstärke, ferner durch die Zeitdauer des Elektrolytprozesses und durch den zwischen dem Kristall und dem Elektrolyten hervorgerufenen Temperaturgradien- ten sowie die Temperaturen an sich läßt sicherstens eine bei stimmte Stärke der Verarmungszone und zweitens ein bestimmter Gradient an der Übergangsstelle zwischen Verarmungszone und Dotierungszone erreichen. Die thermische Behandlung kann entweder während des Elektrolysevorganges oder anschließend vorgenommen werden. Unter Umständen können auch beide Einwirkungen wechselnd auf den Kristall und die in ihm enthaltenen Storstellen ausgeübt werden.6 is a ring-shaped counter-electrode, which is connected as an anode, while the semiconductor in the present case is connected as a cathode., 7 is a cylindrical diaphragm that keeps gaseous anode products away from the semiconductor arsenic located in the surface of the crystal 3 to one Arsenic-asaec'stoff-connection, for example AsH, connects:. 39 which is volatile and escapes upwards from the electrolyte trough. While the interface between the crystal 3 and the electrolyte 2 is depleted of impurities, this diffuses to a certain extent from the interior of the crystal. By varying the electrolysis conditions, ie the pressure of the hydrogen or other active atoms released by the electrolyte, as well as by varying the electrolyte itself and the applied voltage or the prevailing current strength, also by the duration of the electrolyte process and by the between the Crystal and the electrolyte caused temperature gradient ten as well as the temperatures per se can first be one Correct strength of the depletion zone and, secondly, achieve a certain gradient at the transition point between the depletion zone and the doping zone. The thermal treatment can be carried out either during the electrolysis process or afterwards. Under certain circumstances, both effects can alternately be exerted on the crystal and the faults it contains.

Ändere Donatoren, wie z.B. Antimon und auch Akzeptoren, wie Aluminium und Bor, können in entsprechender Weise kathodisch entfernt werden. In analoger Weise können Störstellen aber auch durch anodische Behandlung aus der Oberfläche des Halbleiterkristalls befreit werden.Change donors such as antimony and also acceptors such as aluminum and boron, can be cathodically removed in a corresponding manner. In analog However, imperfections can also be removed from the surface through anodic treatment of the semiconductor crystal are freed.

Auf diese Weise kann beispielsweise der Akzeptor Aluminium mittels Chlor befreit bzw. extrahiert werden, welches in einem Elektrolyten, beispielsweise Salzsäure oder in chloridhaltigen Elektrolyten in aktiver Form frei wird. Aber auch andere Störstellen, welche beispielsweise als Haftstellen oder Rekombinationszentren wirken, Wannen auf diese Weise befreit werden insbesondere läßt sich eine Störstellenart wie Kohlenstoff, welcher als Rekombinationszentrum wirkt, mit aktivem Sauerstoff extrahieren, welcher in einem entsprechenden Elektrolyten, insbesondere wasserhaltigen Elektrolyten entsteht.. Die Reaktionsprodukte können entweder in flüchtiger oder in gelöster Form oder auch in ungelöster fester Form auftreten.-In fedem Falle sind unter Umständen besondere Vorkehrungen zur Entfernung dieser Stoffe von der Entstehungsstelle beispielsweise durch entsprechende Bewegung des Elektrolyten zu treffen.In this way, for example, the acceptor can use aluminum Chlorine can be freed or extracted, which in an electrolyte, for example Hydrochloric acid or in chloride-containing electrolytes in active form is released. But also other impurities, for example as traps or recombination centers act, tubs are freed in this way, in particular, a type of imperfection can be like carbon, which acts as a recombination center, with active oxygen extract, which in a corresponding electrolyte, especially water-containing Electrolytes are produced .. The reaction products can either be in volatile or volatile form in dissolved form or in occur in undissolved solid form .-- In In each case, special precautions may be necessary to remove these substances from the point of origin, for example by moving the electrolyte accordingly hold true.

Es sei bemerkt:,daß man nach Wunsch flachere oder steilere Dotierungegradienten, an der Übergangsstelle von der Verarmungezone zum dotierten Gebiet des Kristalls erhält, wenn man die . Stromstärken bzw. Spannungen entsprechend variiert oder überhaupt nur eine chemische Einwirkung zustandekommen läßt, ohne den Elektrolyten gleichzeitig an Spannung zu legen. Unter Um-' ständen kann nachträglich ein starkes elektrisches Fel'd ohne Elektrolyten mit einer themischen Behandlung kombiniert werden.It should be noted that, if desired, one can use shallower or steeper doping gradients, at the transition point from the depletion zone to the doped region of the crystal when you get the. Amperages or voltages varied accordingly or at all only one chemical action can come about without the electrolyte at the same time to put on tension. Under certain circumstances, a strong electrical Fel'd without electrolytes can be combined with a thematic treatment.

Durch genügend lange Behandlung des Halbleiterkristalls läßt sich erreichen, daß unter Umständen eigenleitende oder sogar gegensinnigleitende Zonen (Inversionszonen) entstehen. Gegebenenfallskann zuerst eine i-Zone (eigenleitend) hergestellt, dabei und/oder danach der Kristall ein kleines Stück aus dem Elektro- lyten herausgezogen oder anderweitig gegen ihn abgedeckt/und schließlich durch Fortsetzung der Elektrolyse am äußersten Rande 'der i-Zone eine Inversionszone erzeugt werden. Das Verfahren läßt sich auch dazu benutzen, den ganzen Halbleiterkristall von bestimmten Störstellen zu befreien. Die Oberflächenbehandlung kann gegebenenfalls auch auf mehreren Seiten des. Halbleiterkristalls' nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden. Anschließend können unter Umständen die Oberflächen der auf diese Weise entstandenen Verarmungszonen und/oder sonstige Oberfläohenteile des Kristalls in an sich bekannter Weise erneut dotiert oder gegendotiert werden, so daß nip-oder npin-Aufbauten und dgl. entstehen. Das Verfahren' nach der Neuerung, ist aber nicht nur zur Erzeugung bestimmter Leitfähigkeitsbereiche in einem Halbleitermaterial anwendbar.By treating the semiconductor crystal for a sufficiently long period of time, it can be achieved that, under certain circumstances, intrinsically conductive or even oppositely conductive zones (inversion zones) arise. If necessary, an i-zone (intrinsically conductive) can be produced first, while and / or afterwards the crystal is a small piece of the electrical lytes pulled out or otherwise covered against him / and finally by continuing the electrolysis at the very edge 'an inversion zone can be generated for the i-zone. The method can also be used to free the entire semiconductor crystal from certain impurities. The surface treatment can optionally also be carried out on several sides of the "semiconductor crystal" one after the other or at the same time. Subsequently, under certain circumstances, the surfaces of the depletion zones and / or other surface parts of the crystal can be doped or counterdoped again in a manner known per se, so that nip or npin structures and the like arise. The method according to the innovation, however, is not only applicable to the production of certain conductivity areas in a semiconductor material.

, Es kann auch zur reinen. Oberflächenbehandlung dienen, um die an der äußersten Oberfläche oft'sitzenden Rekombinationszentren welche Channelwirkungen hervorrufen, vom Kristall zu, befreien., It can also be used to pure. Surface treatment are used to the outermost surface often has recombination centers which channel effects to evoke, to free from the crystal.

In diesem Fall wirkt das Verfahren als Veredelungsverfahren für die Oberfläche des Halblbiterkristalls unter Umständen besonders in der Umgebung von pn-Übergängen oder sonstigen Übergängen zwischen Zonen unterschiedlichen Leitungstyp. Im letztgenannten Falle ist es zweckmäßig, anschließend an die Behandlung wie - \ sie zur Erzielung der Hälbieiteranordnung gemäß der Neuerung vorgenommen wird, einen Oberflächenschutz auf der Oberfläche anzuordnen, welche die Neubildung von Rekombinationszentren verhindert. 5 Schutzansprüche 1 FigurIn this case, the process acts as a refinement process for the surface of the half bitter crystal, especially in the vicinity of pn junctions or other junctions between zones of different conductivity types. In the latter Case it is appropriate to like after the treatment - \ they to achieve the half-bite arrangement according to the innovation is made, a surface protection on the surface to arrange, which prevents the formation of new recombination centers. 5 claims for protection 1 figure

Claims

Hat z ans pr ü che; ----------------

1.-Semiconductor arrangement, such as directional conductors, transistors, fieldistors, photocells, resistors that can be influenced by electrical and / or magnetic means as for modulation or Amplifier-used capacitance pn junctions IIT V from germanium, silicon, A B compounds, etc., thereby characterized in that the semiconductor crystal used in the Near its surface has a doping zone whose ' Impurity content low processes of a selective 'chemical

with a substance that reacts with the material causing the imperfections in the semiconductor crystal but does not attack the semiconductor crystal, less than that of the adjacent semiconductor part iso - 20 semiconductor arrangement according to claim 1, characterized? that the zone located in the vicinity of the surface has a doping gradient. ' 3. Semiconductor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the located in the vicinity of the surface Zone also has an opposite conductivity from the ferrous zone ",. < is.

4b semiconductor device according to claim 1 or 2; characterized by 9

draws; that the zone near the surface is intrinsic to the surface.

50 semiconductor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the zone located in the vicinity of the surface is at recombination centers, traps and / or other impurities acting as Trapp is depleted.