DE1934820A1

DE1934820A1 - Verfahren zum Herstellen eines Germanium-Planartransistors

Info

Publication number: DE1934820A1
Application number: DE19691934820
Authority: DE
Inventors: Schaedlich Dipl-Phys Helmut; Schembs Dipl-Phys Wolfgang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-09
Filing date: 1969-07-09
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR2051613A1; GB1290318A; JPS509632B1; FR2051613B1; NL7009970A; SE364809B; US3690967A; CH509666A

Description

Verfahren zum Herstellen eines Germanium-Planartransistors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Germanium-Planartransistors, bei dem die Basis- und die Emitterzone durch Eindiffundieren von Dotierungsmaterialien in einen mit Ausnahme der jeweiligen Dotierungsstelle mit einer maskierenden Schutzschicht bedeckten Germaniumeinkristall eines bestimmten Leitungstyps erzeugt wird.

Die an sich für die Herstellung von Transistoren auf SiIiciumbasis entwickelte Planartechnik kann bekanntlich auch für die Herstellung von Germanium-Planartransistoren angewendet werden, wenn man die Germaniumoberfläche vor den erforderlichen Diffusionsprozessen mit geeigneten Maskierungsschichten, z. B. aus SiOp, bedeckt. Die Maskierungsschicht muß.dabei aus einem Reaktionsgas auf der evtl. erhitzten Oberfläche des Germaniumkristalls thermisch abgeschieden bzw. aufgedampft werden. Eine derart erzeugte, maskierende Schicht zeigt beim Eindiffundieren gewisser Dotierungsstoffe in den Germaniumkristall an den bedeckten Stellen eine ähnliche maskierende Wirkung, wie sie im falle eines Siliciumkristalls durch eine durch thermische Oxydation erzeugte SiOp-Schicht bewirkt wird.

Bisher scheiterte die Herstellung von doppeldiffundierten Transistoren auf Germaniumbasis daran, daß für die Diffusion von Akzeptoren, z. B. von Gallium oder Indium, entweder keine geeignete Maskierungsschicht bekannt war oder der Diffusionskoeffizient der mit SiOp maskierbaren Akzeptoren Al, B ein wirtschaftliches Arbeiten wegen zu langer Diffusionszeiten nicht ermöglichte.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Tatsache, daß_;,_:- eine donatorhaltige SiOg-Schicht Gallium maskiert, zur Herstellung eines Germanium-Planartransistors mit diffundiertem Emitter ausgenützt werden, indem die Donatoren der SiOp-Schicht für die Basisdiffusion verwendet werden. Außerhalb der Diffusionsstelle muß die Germaniumoberfläche mit einer weiteren, diese Donatoren maskierenden Schicht aus reinem SiOp versehen werden.

Demgemäß sieht die Erfindung bei dem eingangs definierten Verfahren zur Herstellung eines Germanium-Planartransistors vor, daß in den Germaniumeinkristall Donatoren aus einer donatorhaltigen SiOp-Schicht in die angrenzende Germaniumoberfläche eindiffundiert werden, die Germaniumoberfläche außerhalb des mit Donatoren zu diffundierenden Bereiches .mit einer Zwischenschicht aus reinem SiOp*maskiert wird und bei der Akzeptordiffusion die donatorhaltige SiOp-Schicht als Maskierung verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders günstig für die Herstellung von Germanium-pnp~Planartransistoren mit diffundiertem Emitter einsetzen. Hierzu geht man von einer p-leitenden einkristallinen Germaniumscheibe aus, deren Oberfläche zunächst mit einer thermisch abgeschiedenen, aus reinem SiOp bestehenden Schicht versehen wird. In diese SiO^-Schicht wird das zur Herstellung der Basiszone dienende Diffusionsfenster eingeätzt; dann wird diese Anordnung überall (auch innerhalb des Diffusionsfensters) mit einer zusammenhängenden Schicht aus donatorhaltigem SiOp bedeckt, das ebenfalls aus der Gasphase unter Anwendung eines geeigneten, an sieh bekannten Reaktionsgases, abgeschieden wird. Der Gehalt dieser SiOg-Schicht an Donatormaterial ist merklich größer als die Konzentration des angrenzenden Germaniums an Akzeptoratomen, so daß durch eine anschließende Wärmebehandlung Donatoratome in die von der reinen SiOp-Schicht freigelassene Germanium-

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oberfläche eindiffundieren können. Bei der Herstellung des p-leitenden Emitters dient diese donatorhaltige SiQp-Schicht als Maskierung für die aus der Gasphase dargebotenen Akzeptoratome.

Zu diesem Zweck wird im Bereich des zuerst hergestellten Diffusionsfensters in die donatorhaltige SiOg-Schicht ein der Emittergeometrie entsprechendes Diffusionsfenster geätzt, durch welches dann Akzeptoren, z. B. Galliumatome, in die Basiszone unter Entstehung einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone eindiffundiert werden. TJm eine ausreichende Maskierungsfestigkeit gegen die Akzeptoratome zu erreichen, muß die donatorhaltige SiO^-Schicht mindestens eine dem Molverhältnis Phosphor:Silicium = 1:7 entsprechende Konzentration an Donatoren aufweisen. Die obere .Grenze ist durch die maximale Löslichkeit der Donatoren in SiOp entsprechend einem Molverhältnis Phosphor: Silicium = 1:2 gegeben.

Die Dicke der aus reinem SiOp bestehenden Maskierungsschicht entspricht dem bei Germanium-Planartransistoren für die ' Diffusionsmaskierung für Donatoren bekannten Verhältnissen. Sie wird zweckmäßig auf °>2/u eingestellt. Die Schichtdicke der donatorhaltigen SiOo-Schicht muß für eine ausreichende Maskierung auf mindestens 0,1/u, vorzugsv/eise sogar auf 0,3/u, eingestellt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun für den bereits skizzierten Fall der Herstellung eines pnp-Germanium-Planartransistors an Hand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben.

Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren ) dienen einkristalline Germaniumscheiben, deren den beschriebenen Behandlungsprozess.η ausgesetzten ebenen Oberflächen zweckmäßig nach einer Kristallebene mit niederen

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Miller¹sehen Indizes (indexwerte: O, -1 , -2) orientiert sind. Eine geringfügige Fehlorientierung gegen eine solche Ebene von 0,5 - 2 kann zweckmäßig
dann in definierter Weise erfolgen.

Ebene von 0,5 - 2 kann zweckmäßig sein; sie muß jedoch

Auf der Oberfläche der p-leitenden einkristallinen G-ermaniumscheibe 1 wird eine etwa 0,1 - 0,3/u starke Schicht 2 aus reinem SiOp, z. B. durch thermische Zersetzung einer silicoorganischen Verbindung (z. B. eines flüchtigen Kieselsäureesters), abgeschieden. In bekannter Weise (unter Anwendung von Fotolacktechnik) wird in diese Schicht ein - ψ Diffusionsfenster 3 in definierter Weise eingeätzt. Der G-ermaniumkörper ist beispielsweise mit 10 Indiumatomen/ cm dotiert, während die SiO₂-Schicht 2 praktisch dotierstoffrei sein soll.

Dann wird die Anordnung insgesamt mit einer z. B. 0,3/u starken Schicht aus donatorhaltigern SiOp überzogen. Beispielsweise verwendet man zu. diesem Zweck das bereits genannte Verfahren, wobei in dem bereits angegebenen Umfang Phosphofatorne, s. B. in Form von flüchtigen Phosphorsäureestern, beigegeben werden. Diese Schicht ist mit.4 bezeichnet.

Als nächster Schritt erfolgt nun die Eindiffusion der Donatoren in die Oberfläche des Germaniumkristalls 1 am Ort des Fensters 3· Zu diesem Zweck wird die Anordnung in neutraler oder schwach reduzierender Atmosphäre für etwa 25 Minuten auf beispielsweise 675 G erhitzt. Dabei dringt Donatormaterial, im Beispielsfalle Phosphor, unter Entstehung eines pn-Übergangs 5 ein, der im Beispielsfall eine Tiefe von etwa 0,1/u erreicht. Es ist klar, daß die endgültige Tiefe dieses pn-Übergangs 5 zum unveränderten Grundmaterial noch durch die folgende Emitterdiffusion beeinflußt wird, so daß hierauf bei der Bemessung der gesamten Eindringtiefe Rücksicht genommen werden muß.

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Andererseits kann aber auch eine direkte Beeinflussung des Diffusionsverhaltens der die Basiszone dotierenden Donatoratome durch die Emitterdiffusion erwünscht sein, wie dies noch dargelegt v/erden wird.

Der bisher erreichte Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Es ist eine vorläufige η-leitende Basiszone 6 mit pn-übergang 5 zum Grundmaterial 7 der Halbleiterscheibe entstanden. Diese Anordnung wird nun mit dem für die Emitterdiffusion benötigten Fenster versehen. Hierzu wird in üblicher Weise ein zur Oberfläche der vorläufigen Basiszone 6 durchgehendes Fenster 8 in der bei der Planartechnik üblichen Weise eingeätzt. Durch dieses Fenster wird dam Gallium eindiffundiert. Zu diesem Zweck wird die Anordnung in ein Pulver eingebettet, das aus einer Legierung zwischen Germanium und 1-3 "VoI^ Gallium hergestellt ist. Bei einer Temperatur von 800° C wird sodann unter Schutzgasatmosphäre des Gallium etwa 130 Minuten lang in die Anordnung eindiffundiert, wobei der Emitter-Basis-pn-Übergang 9 entsteht. Die Eindringtiefe dieses pn-Übergangs 9 beträgt etwa 0,7/U, die des pn-Übergangs 5 nach der Emitterdiffusion an seiner tiefsten Stelle etwa 1,7/u. Es ist zu bemerken, daß der mittlere Teil des Kollektor-Basis-pn-Übergangs 5 gegenüber' seinen Randteilen zurückgeblieben ist. Dieser mittlere Teil definiert aber die effektive Basiszone. Der meridionale Querschnitt der Basiszone wird also zwangsläufig H-förmig, was für das Hochfrequenzverhalten des Transistors von grosser Bedeutung ist. ■ . ~

Diese Anordnung wird anschließend in üblicher Technik mit Aufdampfkontakten für Emitter und Basis versehen. Beispielsweise kann man hierzu eine Fotolackmaske zur Erzielung einer die gewünschten Stellen der Halbleiteroberfläche freilassenden Bedampfungsmaske verwenden. Als Kontaktierungsmetall wird eine etwa einige hundert λ dicke Chromschicht und auf diese eine ca. 2000 2 starke Silberschicht aufgedampft.

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An Stellen, die dabei rait Fotolack bedeckt sind, hebt sich beim Ablösen des Fotolacks das aufgedampfte Metall mit ab (Abhebetechnik).

In Fällen, bei denen ein extrem niederohmiger Anschluß der Emitter- und Basiszone erwünscht ist, werden vor dem Herstellen der Aufdampfkontakte spezielle Kontaktmetalle, ζ-. B. Gold/Gallium für den Emitter, Gold/Antimon und/oder Silber/Antimon für die Basis (ebenfalls unter Verwendung der Abhebetechnik), aufgebracht.

Nach dem Ritzen und Brechen der Germaniumscheibe, in der wie üblich zweckmäßig eine Vielzahl solcher Transistoren hergestellt, ist, werden die erhaltenen Systeme in üblicher Weise in Metallgehäusen oder Leiterbändern mit Plastikumhüllung montiert.

10 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

( 1.!Verfahren zum Herstellen eines Germanium-Planartran^v— sistors, bei dem die Basis- und die Emitterzone durch
Eindiffundieren von Dotierungsmaterialien in einen mit Ausnahme der jeweiligen Dotierungsstelle mit einer maskierenden Schutzschicht bedeckten Germaniumeinkristall eines bestimmten Leitungstyps erzeugt wird, dadurch gekennzei chnet, daß in den Germaniumeinkristall Donatoren aus einer donatorhaltigen SiOp-Schicht in die angrenzende Germaniumoberfläche eindiffundiert werden, die Germaniumoberfläche außerhalb des mit Donatoren zu diffundierenden Bereiches mit einer
Zwischenschicht aus reinem SiOp maskiert v/ird und bei
der Akzeptordiffusion die donatorhaltige SiOg-Schicht
als Maskierung verwendet v/ird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einer insbesondere p-leitenden einkristallinen Germaniumscheibe mit einer thermisch abgeschiedenen SiOp-Schicht versehen wird,
daß in dieser SiOp-Schicht ein zur Germaniumoberfläche durchgehendes Diffusionsfenster erzeugt wird, daß dann die sowohl im Fenster freiliegende Germaniumoberfläche als auch die die übrige Halbleiteroberfläche bedeckende SiOp-Schicht mit einer donatorhaltigen SiOp-Schicht bedeckt wird, daß aus dieser donatorhaltigen SiOg-Schicht Donatoren in die angrenzende Germaniumoberfläche unter Entstehung einer eingelassenen Basiszone eindiffundiert werden, daß in die donatorhaltige SiOg-Schicht ein im
Vergleich zu dem vorher eingeätzten Fenster kleineres, zur Germaniumoberfläche durchgehendes, nirgends an die aus reinem SiOp bestehende maskierende Schicht angrenzendes Diffusionsfenster eingeätzt und durch dieses
Diffusionsfenster Akzeptormaterial, insbesondere
Gallium, in die Germaniumoberfläche unter Entstehung

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• einer in die Basiszone eingelassenen Emitterzone eindiffundiert wird.

3. "Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erzeugung des der Diffusion der Emitterzone dienenden Diffusionsfensters in der donatorhaltigen SiOp-Schicht Donatormaterial a\i.s dieser Schicht in den Halbleiter eindiffundiert wird.

4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch ^ gekennzeichnet, daß als Donatormaterial Phosphor verwendet und der donatorhaltigen SiOp-Schicht in einem Anteil von 1:7 "bis 1:2 (6 - 16 Vol$), vorzugsweise 1:4 (10 Vol$), zugegeben wird.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vordiffusion bei einer Temperatur von 675° C und eine Nachdiffusion von Galliumatomen bei 800° C vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der aus reinem

^ SiOo bestehenden, an den Halbleiter angrenzenden SiOp-™ Schicht auf 0,2 /u, die der donatorhaltigen SiOp-Schicht auf 0,3/u eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone während des Vordiffusionsprozesses auf eine Tiefe von 0,1 /u eingestellt wird, während die endgültige Basiszone eine Tiefe von 1,7/u und die Emitterzone eine Tiefe von 0,7 /U erhält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7'» dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone mit

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einer Elektrode aus Gold/Gallium und/oder Silber/ Gallium, die Basiszone mit einer Elektrode aus Gold/ Antimon und/oder Silber/Antimon kontaktiert wird.

.9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -S, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung der Basis- und Emitterzone dienende Germaniumoberfläche gegen eine Ebene mit niederen Miller¹sehen Indizes höchstens einen Winkel von 2 einschließt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die donatorhaltige Schicht eine glasige Konsistenz aufweist.

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