DE1964942A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

• "Halbleiterbauelement" Bei der Herstellung von Germaniumplanarbauelementen, wie Transistoren und Dioden, wird im allgemeinen von einem Halbleiterkörper ausgegangen, der an der Oberfläche mit einer Oxyd oder Siliziumnitridschicht abgedeckt ist. Diese Isolierschicht wird bei den nachfolgenden Diffusionsprozessen als diffusionshemmende Maske verwendet. Es hat sich gezeigt, daß die bisher verwendeten Maskierungsschichten nicht zugleich als Passivierungsschicht für die an die Halbleiteroberflache tretenden pn-Übergänge geeignet ist: da d-ie fertigen Bauelemente u. a.zu hohe Sperrströme aufweisen.
• Um Halbleiterbauelemente mit guten Kennlinien zu erhalten, deren Fertigung einfach und technologisch beherrschbar ist, wird daher bei einem Halbleiterbauelement aus einem Germanium-Halbleiterkörper9 der mindestens einen, sich zu einer Oberflächenseite hin erstreckenden pn-Übergang aufweist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der pn-Übergang an der Halbleiteroberfläche mit einer Germaniumnitridschicht passiviert ist0 Diese Germaniumnitridschicht1 die vorzugsweise aus Germanium-IV-nitrid besteht, wird vorteilhafterweise mit einer Siliziumnitridschicht oder einer anderen Schicht, wie Siliziumdioxyd oder aluminiumoxyd bedeckt. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Halbleiterbauelemente, beispielsweise Dioden und Transistoren, haben stabile Kennlinien mit niederen Sperrströmen. Die Maskierungsschicht aus Germaniumnitrid, die gegebenenfalls noch mit Siliziumnitrid oder einer anderen Schicht verstärkt ist, kann in vorteilhafter Weise bei der Herstellung der Metallkontakte an die anzuschließenden Zonen der Halbleiterbauelemente als Arbeitsmaske verwendet werden.
• Es hat sich gezeigt, daß die Germaniumnitridschicht vorr weise durch entsprechende chemische Behandlungsverfahren aus dem ICristall heraus aufgewachsen wird hierbei wurden beispielsweise Schichten von ca. 10-30 # erzielt,. Da diese Schichtdicke jedoch für die nachfolgenden Arbeitsprozesse nicht ausreicht, ist- es angebracht, auf die Germaniumnitridschicht noch eine weitere Schicht aus Siliziumnitrid aufzubringen. Diese Siliziumnitridschicht hat dann beispielsweise eine Dicke von ca, 300 Die Germaniumnitridschicht kann selbstverständlich auch durch pyrolytische Zersetzung von Germaniumverbindungen-hergew stellt werden Lassen sich hierdurch Schichtdicken erzielen, die fili-- die nachfolgenden Arbeitsprozesse ausreichend slnd, ist eine Verstärkung der Germaniumnitridschicht mit Siliziumnitrid nicht unbedingt erforderlich.
• Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden In der Figur 1 ist ein Halbleiterkörper 1 dargestellt, der aus einkristallinem Germanium vom p-Leitungstyp besteht, Der Grundkörper dient hierbei als Kollektorzone des zu fertigenden Planartransistors Zumindest die eine großflächige Oberflächenseite dieses Halbleiterkörpers wird mit einer Diffusionsmaskierungsschicht 4 bedeckt, die aus Siliziumdioxyd, einer anderen Oxydschicht oder aus Siliziumæ nitrid besteht, Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Maskierungsschicht aus Siliziumnitrid Mit Hilfe oder bekannten Photolack- und Ätztechnik wird in die Siliziumnitridschicht 4 das Basisdiffusionsfenseter 6 eingebracht. Durch dieses Fenster wird schließlich in den Kollektorkörper 2 die n-leitende Basiszone 3 eindiffundiert.
• Aus technologischen Gründen wird gemäß Figur 2 nach der Herstellung der Basiszone die bereits vorhandene Siliziumnitridschicht 4 und das Basisdiffusionsfenster 6 mit einer weiteren Siliziumnitridschicht 5 überdeckt. Diese zweite Siliz-iumnitridschicht wird mit einem Emitterdiffusionsfenster 7 versehen, dessen Querschnitt vorzugsweise kleiner ist als der der Basisfenster. Die Eindiffusion der p-leitenden Emitterzone in die Basiszone erfolgt in der üblichen Weise.
• Nach allen durchgeführten Diffusionsprozessen werden die Siliziumnitridschichten, wie die Figur 3 zeigt, beispielsweise in Flußsäure vollständig abgeätzt. Die Halbleiteranordnung wird dann im Vakuum bei einer Temperatur von 4000 C zur Erzielung stabiler Kennlinien ausgeheiztO An diese Vorbehandlung des Halbleiterbauelements schließt sich die Herstellung der Germaniumnitridschicht auf der Oberflächenseite des iialbleiterkörpers, an der die pn-Übrgänge enden, an, Hierfür bieten sich verschiedene Verfahren an.
• Beispiel 1 Die Halbleiteranordnung wird in einem Wechselstromglimmfeld mit stickstoff (N2) behandell. Hierbei wird die Halbleiteroberfläche mit Sticksoffatomen bombandiert, wodurch eine Germaniumnitridschicht (Ge3N4) entsteht. Diese Schicht ist jedoch nur einige wenige Moleküllagen dick. Danach wird die Halbleiteranordnung in einen für die Siliziumnitridabscheidung geeigneten Reaktor eingebracht. Dieser Reaktor wird zunachst mit Ammoniakgas geflutet, wobei eine Reaktortemperatur von ca. 150°C herscht. Hierbei wird die Germaniumnitridschicht verfestigt bzw. verstärkt.
• Beispiel 2 Die Halbleiteroberfläche wird bei einer Temperatur von an.
• 600 bis 7500 C mit Ammoniakgas behandelt. Hierbei läuft die folgende chemische Reaktion ab: Ist die Halbleiteroberfläche mit einem Germaniumoxydbelag bedeckt, so läuft unter dem Einfluß vom Ammoniak bei 650 bis 8000 C @@ Reaktion ab.
• Beispiel 3 Germaniumnitrid wird durch pyrolytische Zersetzung von German (GeH4) oder eines Germiumhalogenids unter Zusetzung von Ammoniakgas gewonnen. Hierbei setzt folgendene Reaktion ein: hierbei bezeichnet R beispielsweise Fluor, Chlor, Brom und Wasserstoff.
• Beispiel 4 In einem bestimmten Temperaturbereich bildet sich auf einer Halbleiteroberfläche, auf die Ammoniakgas einwirkt das Germaniumimid Ge(NH2) oder das German Ge3N3H. Das Germaniumimid wandelt sich beim Erhitzen in einer Stickstoff atmosphäre bei einer Temperatur von ca, 150°C in das German um. Erhitzt man das German auf ca, 3500 c, so bildet sich Germaniumnitrid unter Abspaltung von Amoniak.
• Die Isolierschichten aus Germaniumnitrid sind nur wenige Molekül lagen stark und werden daher vorzugsweise mit einer weiteren Passivierungsschicht abgedeckt, die aufgedampft oder pyrolytisch auf der Germaniumnitridschicht abgeschieden werden kann In der F@@ur 4 ist ein Planartransistor dargestellt, dessen eine Oberflächenseite mit der Germaniumnitridschicht 9 und einer zusätzlichen Siliziumnitridschicht 10 abgedeckt ist Die Siliziumnitridschicht 10 wird auf bekannte Weist beispielsweise durch Zersetzung eines Silans in einem geeigneten Reaktor hergestellt.
• Zur Herstellung der Metalikontakte an die Basis- und die Emitterzone 3 bzw. 8 wird die mit den Isolierschichten 9 und iO bedeckte Oberflache des Halbeliterkörpers mit einer Photolackschicht abdeckt. Nach einer entsprechenden Belichtung und Entwicklung der Photolackschicht werden gemaß Figur 5 in die beiden Nitridschichten über der Emitter-und der Basiszone Offnungen 12 und 13 unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels eingebracht. In diesen Öffnungen werden Metallkontakte 13 und 14 gebildet, die beispielsweise aufgedampft oder chemisch abgeschieden werden. Die Kontakte erstrecken sich vorzugsweise in Form von Leitbahnen 15 und 16 auf die Siliziumnitridschicht. Die Kollektorzone wird beispielsweise auf der Rückseite des Halbleiterkörpers mit einem flächenhaften Anschlußkontakt versehen.
• Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung die Anbringung der Metallkontakte an die einzelnen Halbleiterzonen nach der Bildung der Passivierungsschichten als besonderer Vorteil empfunden wird. Bei bisher bekannten Germanium-Halbleiterbauelementen, die mit Hilfe der Planartechnik hergestellt wurden, mußten die Kontake vielfach vor der Passivierung der Halbleiteroberfläche hergestellt werden.

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p rü c h e
2. t) Halbleiterbauelement aus einem Germanium-Halbleiterkörper, der mindestens einen, sich zu einer Oberflächenseite hin erstreckenden pn-Übergang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Übergang an der Halbleiteroberfläche mit einer Germaniumnitridschicht passiviert ist Z) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniumnitridschicht mit einer zusätzlichen Siliziumnitridsicht, einer Siliziumdioxydschicht oder einer Aluminiumoxydschicht bedeckt ist.
3. 3) flalbleiterbauelement nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniumnitridschicht aus Germanium-IV-nitrid (Ge3N4) besteht.
4. 4) Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniumnitridschicht eine Dicke von ca. 10-30 2 und die zusätzliche Siliziumnitridschicht eine Dicke von ca. 300 Å besitzt.
5. 5) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Durchführung aller Diffusionsprozesse die Diffusîonsmaskierungsschicht von der Halbleiteroberfläche entfernt und durch eine dünne Germaniumnitridschicht ersetzt wird, und daß auf diese Germaniumnitridschicht danach durch Zersetzung einer Silanverbindung Siliziumnitrid aufgebracht wird.
6. 6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper nach dem Entfernen der Diffusionsmasw kierungsschicht in einem Wechselstromglimmfeld mit Stickstoff zur Bildung der Germaniumnitridschicht behandelt wird.
7. 7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Behandlung des Halbleiterkörpers im Wechselstromglimmfeld der Halbleiterkörper bei erhöhter Temperatur in eine Ammoniakgasatmosphäre eingebracht wird 8) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniumnitridschicht durch pyrolytische Zersetzung von German (GeH4) oder einer Verbindung des Germaniums mit einem Halogen und Ammoniak gewonnen wird, 9) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche zunächst zur Bildung von Germaniumimid (Ge(NII )) oder von Germanam 2 (GeN3H) mit Ammoniakgas behandelt wird, und daß danach die lIalbleiteranordnung auf eine Temperatur von ca, 350 C erhitzt wird, wobei sich die Oberflächenschicht in Germanium nitrid (Ge3N4) umwandelt.