DE955624C - Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen mit einem Körper aus wenigstens zwei aneinandergrenzenden Teilen entgegengesetzten Leitungstyps.

Eine allgemeine Aufgabe des Verfahrens ist es, die Kosten der Herstellung solcher Einrichtungen herabzusetzen und insbesondere den Herstellungsvorgang auf eine Massenfertigung- dieser Einrichtungen abzustellen, in dem z. B. die Anzahl der notwendigen Arbeitsgänge verringert wird, wodurch

die Kosten herabgesetzt werden und ferner der Abfall an teuerem Halbleitermaterial vermindert wird.

Bei den hauptsächlich, interessierenden Halbleitereinrichtungen enthält der halbleitende Körper, der das aktive Element der Einrichtung ist, wenigstens zwei Gebiete verschiedenen Leitfähigkeitstyps, die eine p-n-Verbindung bilden, ferner wenigstens zwei Elektroden, die in enger Berührung mit dem genannten Körper'stehen. Der Bau solcher

Einrichtungen umfaßte bisher eine Reihe von Arbeitsgängen. Gewöhnlich wird zuerst ein Kristall aus dem halbleitenden Material hergestellt, der vielfach größer ist, als- er für den halbleitenden Körper einer einzelnen Einrichtung notwendig ist, und der die gewünschte Verteilung des Leitfähigkeitstyps hat. Dieser Kristall wird dann in sehr kleine einzelne Scheiben zerschnitten, deren Größe dem gewünschten halbleitenden Körper entspricht ίο Eine einzelne Scheibe hat im typischen Fall Abmessungen, die sämtlich kleine Bruchteile eines Zentimeters sind. Hierdurch ist in beträchtlichem Maße Zerschneiden, Schleifen und Ätzen notwendig Dies sind langwierige Arbeitsgänge, da sie mit Genauigkeit vorgenommen werden müssen; sie haben ebenfalls einen beträchtlichen Abfall an halbleitendem Material zur Folge. Gewöhnlich folgt eine Reihe von weiteren Arbeitsgängen, die ihren Höhepunkt in der Befestigung der notwendigen zerbrech- !o liehen Elektroden an besonderen, sehr kleinen Gebieten der dünnen Halbleiterscheiben erreichen. Wegen der geringen Größe der Halbleiterscheiben und wegen der notwendigen Genauigkeit muß überdies ein großer Teil der Arbeit bei Betrachtung unter dem Mikroskop vorgenommen werden. Man kann sich vorstellen, daß eine solche Arbeit mühsam ist. Aus den gleichen Gründen sind ferner sorgfältig ausgeführte Vorrichtungen erforderlich, um die genaue Lage der Elektroden zu den Scheiben ο sicherzustellen. Aus- diesen und anderen Gründen eignen sich diese Verfahren nicht für Massenherstellung und machen niedrige Stückpreise für Halbleitereinrichtungen fast unmöglich.

Durch das Verfahren, das die Funktionen der oben geschilderten Arbeitsgänge wie auch andere notwendige Arbeitsgänge in wenige grundsätzliche Arbeitsgänge zusammenfaßt, wird eine Massenherstellung ermöglicht.

Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Elek-) troden, die an einem Ende einen solchen Abstand ihrer Endflächen voneinander aufweisen, daß die Oberflächenspannungskräfte eines geschmolzenen Halbleitermaterials einen durchgehenden Körper zwischen den Elektrodenflächen bilden, durch Eintauchen in geschmolzenes Halbleitermaterial, das auf einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Elektroden gehalten wird, benetzt und dann herausgezogen, wobei das geschmolzene Halbleitermaterial kristallisiert, während an einer Fläche wenigstens einer Elektrode ein Verunreinigungsmaterial von einem Leitungstyp, der demjenigen des geschmolzenen Halbleitermaterials entgegengesetzt ist, eindiffundiert, so daß das an dieser Fläche auskristallisierende Halbleitermaterial einen dem restlichen Teil des kristallisierenden Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp hat.

In Weiterbildung der Erfindung werden bezeichnende Verunreinigungen mit wenigstens einem Element des Elektrodenaufbaus, die für einen Leitfähigkeitstyp kennzeichnend sind, aufgebracht, der dem Leitfähigkeitstyp des geschmolzenen Halbleiters im festen Zustand entgegengesetzt ist, so daß während der Erstarrung die Diffusion dieser Verunreinigungen in die angrenzenden Teile des halbleitenden Körpers eine Umwandlung des Leitfähig- keitstyps dieses Teils bewirkt, wodurch eine p-n-Verbindung im Körper gebildet wird. Weiterhin wird ein Temperaturgradient entlang des hochgezogenen Materials während der Erstarrung aufrechterhalten, um die Erstarrung in einer einzigen Richtung zu begünstigen, wodurch das Material in monokristalliner Form erstarrt.

Verschiedene weitere Merkmale werden im Zusammenhang mit der folgenden, mehr ins einzelne gehenden Erläuterung an Hand -der Zeichnungen beschrieben.

Erklärung der Zeichnungen:
Fig. ι A, IB und 1 C zeigen aufeinanderfolgende Stufen des erfindungsgemäßen Vorgangs der Herstellung einer p-n-Diode;

Fig. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Formen von Elektrodenanordnungen mit drei Elementen, die bei der Herstellung von erfindungsgemäßen p-n-p- oder n-p-n-Transistoren Verwendung finden;

Fig. 5 A und 5 B zeigen einen Seiten- und einen Grundriß eines Tetrodenverbindungstransistors, der erfindungsgemäß hergestellt ist.

Es wird nun näher auf die Zeichnungen eingegangen. Der in Fig. iA dargestellte Elektrodenaufbau 10 besteht aus zwei Elementen 11 und 12, die in einem isolierenden Grundteil 13 gehalten werden, der z. B. aus Glas oder einem geeigneten schwer schmelzbaren Material besteht. Wie ersichtlich, hat jedes der beiden Elemente 11 und 12 einen geraden Teil, der durch den isolierenden Tragekörper 13 führt, ferner einen bogenförmigen Endteil. Selbstverständlich sind auch verschiedene andere Formen brauchbar. Die beiden bogenförmigen Endteile sind aufeinander zugebogen, und ihre Endflächen 14 und 15- haben voneinander einen too Abstand, der die Länge des am Elektrodenaufbau zu bildenden Halbleiterkörpers bestimmt. Dieser Abstand kann zwischen etwa 0,025 mm oder weniger und etwa 0,25 mm oder mehr liegen. Bei der dargestellten Ausführung sind die Endflächen 14 und 15 eben und parallel zueinander. In manchen Fällen können andere Formen für die Endflächen vorteilhafter sein. Insbesondere kann, wie später eingehender geschildert wird, die Erstarrung in einer bevorzugten Richtung durch geeignete Wahl der relativen Größen der Elektroden gefördert werden. Der dargestellte besondere Elektrodenaufbau hat den Vorteil, daß er leicht hergestellt werden kann, indem ein U-förmiges Element in der Mitte durchgeschnitten wird.

Jedes der beiden Elektrodenelemente besteht aus einem Metall, das einen höheren Schmelzpunkt als das Halbleitermaterial hat, das den Körper der Diode bilden soll. Wenn Germanium oder eine Germanium-Silizium-Legierung das halbleitende Material bilden soll, sind z. B. Molybdän, Tantal und Wolfram Metalle mit geeignetem Schmelzpunkt, um aus diesen die Elektrodenelemente herzustellen. Wenn der Halbleiterkörper eine beträchtliche Länge haben soll, kann es ferner wichtig sein, dafür zu orgen, daß der Ausdehnungskoeffizient des Elek-

trodenmaterials zu demjenigen des halbleitenden Materials in einem solchen Verhältnis steht, daß im Halbleiterkörper nach dem Erstarren innere Spannungen vermieden werden. Für die Herstellung von Einrichtungen, bei denen der Halbleiter aus Germanium besteht, ist in dieser Hinsicht auch Molybdän ein geeignetes Material, da dessen Ausdehnungskoeffizient nahe bei demjenigen des Germaniums liegt. Jedoch sind in vielen Fällen die Abmessungen des Halbleiterkörpers so klein, daß es unnötig ist, die Ausdehnungseigenschaften eng aneinander anzupassen.

Die Elektrodenelemente selbst sind als Beispiel einfach als Drähte mit kreisförmigem Querschnitt von solcher Größe ausgebildet, daß ihre Endflächen geeignete Elektrodenanschlüsse zum Halbleiterkörper bilden. Auch ist es gewöhnlich zur Vermeidung unnötiger Komplizierung erwünscht, Elektrodenelemente mit genügender mechanischer Festigkeit zu nehmen, um den Halbleiterkörper zu halten. Selbstverständlich können Verfahren benutzt werden, um diese Drähte nach der Bildung des· Halbleiterkörpers zu verstärken, z. B. durch Verwendung von Kunstharzeinfassungen.

as Um den Abfall von Halbleitermaterial klein zu halten, die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften zu verbessern und eine Kontrolle der Abmessungen zu erreichen, ist es erwünscht, daß nur die Endflächen oder ausgewählte Teile der Elemente durch den geschmolzenen Halbleiter benetzt werden. Zu diesem Zweck werden alle Flächen außer den Endflächen der beiden Elemente 11 und 12 durch geeignete Behandlung unbenetzbar gemacht, z. B. durch Karbonisieren, Oxydieren, Verglasen mit einem geeigneten Material oder Überziehen mit einem Silikon. Es ist ferner wichtig, die Endflächen der Elektroden zu präparieren, so daß jede Endfläche das Gebiet des Halbleiterkörpers, mit dem sie in Berührung kommt, in besonderer Weise beeinflußt.

Um z. B. eine p-n-Diode herzustellen, soll das eine Elektrodenelement mit einer Donatorbeimengung vereinigt sein, während das andere eine Akzeptorbeimengung erhält.

Zur Erreichung dieses Ziels sind verschiedene Verfahren möglich. Ein spezielles Verfahren besteht darin, alle Elektrodenelemente aus dem gleichen Material herzustellen, jedoch die Endflächen mit geeigneten bezeichnenden Beimengungen zu überziehen, die in die zugehörigen Gebiete des Halbleiterkörpers während des Erstarrens eindiffundieren. Ein anderes Verfahren besteht darin, die beiden Elektrodenelemente aus verschiedenem Material mit entgegengesetzten bezeichnenden Beimengungen herzustellen.· Als typischer Fall kann ein Element aus einer Molybdänlegierung bestehen, die einen Akzeptor, wie Indium, Kupfer, Bor, Aluminium, Gallium oder Thallium, enthält, und das andere aus einer Molybdänlegierung, die einen Donator, wie Antimon, Phosphor, Lithium oder

6u Arsen, enthält. Das Einbringen dieser Elemente in den Halbleiterkörper kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Hier soll nur der Fall erwähnt werden, daß die Konzentrations-, Löslichkeits- und Diffusionseigenschaften der bezeichnenden Beimengungen in der Legierung derart sind, daß eine ausreichende Diffusion der Beimengungen zur Erreichung des gewünschten Leitungstyps während der Erstarrung ohne weitere Behandlung eintritt.

Es wird zunächst eine geschmolzene Masse aus sehr reinem Halbleitermaterial präpariert, die sich in einem geeigneten, nicht verunreinigten Schmelztiegel befindet, der z. B. aus Graphit besteht. In Fig. ι B ist ein Tiegel 17 dargestellt, in dem sich eine geschmolzene Masse 18 aus gereinigtem Germanium befindet, das durch Einbringen eines geeigneten Donators zu n-Typ-Germanium gemacht wurde. Das reine Germanium kann z. B. durch Zonenreinigung präpariert werden. Dieser Tiegel ist in ein Glockengefäß 20 aus Quarz eingeschlossen dargestellt, durch das ein geeignetes inaktives Gas, wie Helium, Wasserstoff oder Stickstoff, mit Hilfe des Einlasses 19 _A und des Auslasses io._ß geleitet wird. Die Verwendung einer inaktiven Atmosphäre macht auf diese Weise die Verunreinigung und die Bildung von Oxyden klein. Zusätzlich dient das Gas als Kühlmittel, um die Erstarrung des aus der Schmelze genommenen Materials zu beschleunigen. Der Tiegel 17 wird mit Hilfe der wassergekühlten Spulen 21 erhitzt, durch die zur Induktionserwärmung hochfrequente Ströme geschickt werden, die von einer hier nicht gezeichneten Quelle geliefert werden.

Zur Herstellung einer p-n-Diode wird der in Fig. ι A dargestellte Zweielektrodenaufbau 10 mit der Oberfläche des geschmolzenen Germaniums in Berührung gebracht oder eben eingetaucht, wie in Fig. ι Β dargestellt ist.

Zu diesem Zweck wird der Elektrodenaufbau 10 an seinem Grundteil von einem Ende eines geeigneten Tauchgerätes 22 gehalten, das den Elektrodenaufbau bei Betätigung so nach unten bringt, daß die Enden der Elektrodenelemente in den geschmolzenen Halbleiter eingetaucht werden. Dann wird der Elektrodenaufbau nach oben bewegt, um die Enden der Elektrodenelemente von der geschmolzenen Masse frei zu machen, wobei der zwischen den beiden Flächen der Elektroden festgehaltene Halbleiter herausgezogen wird. Das Tauchgerät 22 kann verschiedene Formen annehmen, so daß hier nur eine sehr schematische Anordnung dargestellt ist. Insbesondere kann man sich denken, daß bei einer Massenfertigung dies in einem fortlaufenden Vorgang geschehen kann. Zu diesem Zweck kann jede der aufeinanderfolgenden Elektrödenanordnungen, die sämtlich durch ein sich bewegendes Kabel in geeigneter Weise gehalten werden, der Reihe nach automatisch eingetaucht werden, wenn das Kabel jede Tauchanordnung an einen Tiegel mit geschmolzenem Halbleiter heranführt. Ferner können Einrichtungen zum gleichzeitigen Eintauchen vieler Anordnungen vorgesehen werden.

Das geschmolzene Germanium benetzt die Endflächen der beiden Elemente, die den Elektrodenaufbau bilden. Die beiden Flächen liegen so dicht beieinander, daß die Oberflächenspannungskräfte

des geschmolzenen Germaniums zusammen mit den verschiedenen vorhandenen Kohäsionskräften ein zusammenhängendes Gebiet aus Germanium zwischen den beiden Flächen bilden. Die Enden der Elektrodenelemente werden vorzugsweise nicht länger in Berührung mit dem geschmolzenen Germanium gehalten, als notwendig ist, um einen zusammenhängenden Körper i6 zwischen den beiden Flächen zu bilden, damit die Verunreinigung der ίο Schmelze durch die in den Endflächen der Elektrodenelemente enthaltenen bezeichnenden Beimengungen klein gehalten wird. Wenn die Elektrodenelemente aus der Schmelze herausgezogen sind, nehmen sie das geschmolzene Germanium mit, das durch Oberflächenspannung zwischen den beiden Endflächen gehalten wird. Dieses geschmolzene Germanium läßt man abkühlen, um einen festen Germaniumkörper zu bilden, der zwischen den beiden Elektrodenelementen gehalten wird, so Es ist gewöhnlich erwünscht, daß der Germaniumkörper einkristallin ist. Um die Erstarrung in Einkristallform zu begünstigen, ist es vorteilhaft, daß der Germaniumkörper in einer Richtung erstarrt. Zu diesem Zweck wird ein Temperaturgradient entlang des Materials hergestellt, das so hochgehoben wird, daß die Erstarrung am kühleren Ende beginnt und zum anderen Ende fortschreitet. Dabei ist es wichtig, daß die Abscheidung von Beimengungen, die während der Erstarrung entsteht, die gewünschte Verteilung der bezeichnenden Beimengungen im Körper fördert. Bei einer anderen Ausführung kann die gewünschte Verteilung der Beimengungen entlang des Körpers durch Abscheidung erreicht werden, so daß die Aufnahme von bezeichnenden Beimengungen aus den Endflächen der Elektrodenelemente unnötig wird. Das Prinzip zur Herstellung von p-n-Verbindungen in Halbleitern durch Abscheidung ist im einzelnen in einem Aufsatz beschrieben, der im »Journal of Metals«, Bd. 4 (1952), S. 861 bis 865, veröffentlicht wurde. Insbesondere soll die Schmelze zwei Beimengungenmit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und verschiedenem Abscheidungskoeffizienten enthalten.

Ferner ist es zur Erleichterung der Erstarrung in monokristalliner Form erwünscht, daß die Erstarrung an einem Punkt oder in einem möglichst kleinen Gebiet beginnt. Zu diesem Zweck ist es zweckmäßig, daß die Erstarrung an der Oberfläche begonnen wird, die der Elektrode mit der kleinsten Kontaktfläche benachbart ist. Dies wird deshalb erleichtert, weil das kleinere Ende des Halbleiterkörpers normalerweise die Neigung hat, wegen seiner kleineren thermischen Masse zuerst abzukühlen. Diese Form der Erstarrung kann weiter begünstigt werden, indem die Temperatur der Elektrode, an der die Erstarrung beginnen soll, niedriger ist als die Temperatur der anderen Elektrode und indem dieses Ende des festgehaltenen Halbleitermaterials zuerst aus der Schmelze herausgebracht wird. In manchen Fällen wird vorteilhafterweise die Herausziehgeschwindigkeit fast gleich der Erstarrungsgeschwindigkeit gemacht.

Obgleich monokristalline Halbleiterkörper für hochwertige Halbleitereinrichtungen vorzuziehen sind, da ihre Eigenschaften von Einheit zu Einheit gleichmäßiger sind, sind praktisch für viele Anwendungen polykristalline Halbleitereinrichtungen ausreichend. Die große Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens macht einige zusätzliche Kosten bei der Sortierung und Prüfung der Einheiten tragbar. Selbst wenn eine doppelte oder mehrfache Kristallkeimbildung während der Erstarrung bei einigen Einrichtungen entsteht, so macht diese Erscheinung solche Einrichtungen nicht unbrauchbar.

Während der Erstarrung diffundieren die Akzeptorbeimengungen auf der einen Fläche in das angrenzende Gebiet des Germaniumkörpers und wandeln ihn in den p-Typ um. Die Donatorbeimengungen auf der anderen Fläche diffundieren in das angrenzende Gebiet des Germaniumkörpers und stellen sicher, daß die von der entgegengesetzten Fläche eindiffundierten Akzeptorbeimengungen nicht den ganzen Körper in den p-Typ umwandeln. Zusätzlich erleichtert das Vorhandensein von Donatorbeimengungen auf der einen Fläche das Herstellen einer guten Ohmschen Verbindung zwischen dieser Fläche und dem n-Typ-Germaniumkörper. Wenn jedoch andere Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, daß die Akzeptorbeimengungen, die zum Eindiffundieren in den n-Typ-Körper bestimmt sind, nicht den ganzen Körper in den p-Typ umwandeln können, brauchen keine Donatorbeimengungen auf der einen Fläche vorgesehen zu werden.

Fig. ι C zeigt die Diode nach der Erstarrung des geschmolzenen Germaniums. Sie besteht aus einem Germaniumkörper 16, der aneinander angrenzende p- und n-Typ-Gebiete enthält, die eine p-n-Verbindung bilden, ferner aus getrennten Elektrodenanschlüssen 14 und 15 an den n- und p-Typ-Gebieten. Eine solche Einheit kann im typischen Falle einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,25 mm und einer Länge von 0,12 mm haben, von der etwa 0,03 mm η-Typ und 0,09 mm p-Typ ist.

Nachdem die Diode erstarrt ist, ist es von Vorteil, den Halbleiterkörper in der bisher bei Halbleitereinrichtungen benutzten Weise zu behandeln, um seine Eigenschaften stabil zu machen, Feuchtigkeits- und andere atmosphärische Einflüsse klein zu halten und Oberflächenrekombinationen zu verringern. Diese Behandlung kann Ätzen, Aufbringen einer Schutzschicht und hermetisches Einschließen in ein Gehäuse umfassen.

Es war oben angedeutet worden, daß die in den Elektroden enthaltenen Beimengungen nicht unbedingt nur während des Eintauchens und des Erstarrens in den Halbleiterkörper diffundieren. Zum Beispiel bestehen die Elektrodenelemente bei einer Abänderung des oben beschriebenen Verfahrens aus Legierungen, die bezeichnende Beimengungen mit einer niedrigen Diffusionsgeschwindigkeit enthalten. Dann kann die Einheit nach der Erstarrung auf Temperaturen bis unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters weiter erhitzt werden, wo-

bei die Temperatur jedoch hoch genug ist, daß die Diffusion der Beimengungen aus den Elektrodenelementen längere Zeit vor sich geht, während der die bezeichnenden Beimengungen der Elektrodenelemente in die angrenzenden Teile des Halbleiterkörpers bis zur p-n-Verbindungsgrenze im Körper hineindiffundieren. Diese Abänderung des Verfahrens bietet den Vorteil, daß die Verunreinigung der Schmelze, die sich durch das Eintauchen der to behandelten Elektrodenelemente ergibt, verringert wird. Bei einer derartigen Verwendung ist eine Elektrode aus einer Kupferlegierung geeignet, um p-Typ-Zonen herzustellen. Kupfer in Germanium hat einen sehr kleinen Verteilungskoeffizient, so daß der Eintauchvorgang die n-Typ-Germaniumschmelze wenig verunreinigt. Nachdem aber der an den Elektroden gebildete Germaniumkörper erstarrt ist, bewirkt eine weitere Erhitzung auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Germaniums, ao daß Kupfer in das feste Germanium diffundiert, wobei sich eine Umwandlung in p-Typ-Leitfähigkeit ergibt. Ebenso können Molybdänelektroden in dieser Weise verwendet werden, deren Enden durch Eindiffundieren von geeigneten Akzeptor- oder Donatorbeimengungen durch Wärmebehandlung in Gegenwart dieser Beimengungen im dampfförmigen Zustand behandelt sind.

Die oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer p-n-Diode können leicht auf die Herstellung von n-p-n- und p-n-p-Transistoranordnungen ausgedehnt werden. Für solche Anordnungen wird ein Elektrodenaufbau verwendet, der drei Elemente entsprechend der Steuerelektrode, der Sammelelektrode und der Basiselektrode eines Transistors aufweist. Fig. 2 zeigt einen Elektrodenaufbau 30, der sich in einem isolierenden Grundteil 36 befindet und der zwei Elemente 31 und 32 enthält, die an ihren Enden 314 und 324 zueinander gebogen sind. Diese Elemente entsprechen der Steuer- und der Sammelelektrode. Zusätzlich geht eine dritte Elektrode 33, die der Basiselektrode entspricht, vom Träger 36 aus und hat ein Ende 334, das bis dicht an den Spalt reicht, der zwischen den Enden314 und 324 gebildet ist. Das Ende 334 ist so angeordnet, daß es einen Anschluß nur am Mittelteil des zwischen den Enden 3 i_A und 324 zu bildenden Halbleiterkörpers herstellt. Bei dem besonderen hier dargestellten Aufbau sind die Flächen der Enden 3ΐ_Λ und 324 parallel und eben gezeichnet, während die Fläche des Endes 334 zugespitzt oder keilförmig dargestellt ist. Verschiedene andere Formen sind möglich. Zum Beispiel ist in Fig. 3 ein Elektrodenauf bau 40 gezeichnet, bei dem das der Basiselektrode entsprechende Element 43 ein Ende 434 aufweist, das eine geschlossene kreisförmige Schleife bildet, die den zwischen den ebenen kreisförmigen Endflächen 414 und 424 der Elemente 41 und 42 gebildeten Spalt umgibt, wobei die Elemente 41 und 42 der Steuer- und der Sammelelektrode entsprechen. Ferner ist in Fig. 4 ein Elektrodenaufbau 50 dargestellt, der zwei lange gerade Elektroden 51 und 52 sowie eine kürzere Mittelelektrode 53 enthält, die durch den isolierenden Grundteil 54 gehalten werden. Ein nicht benetzbarer Überzug 55 wird an allen Oberflächen der Elektroden angebracht, abgesehen von kleinen Gebieten der Innenflächen der Elektroden 51 und 52 sowie des Endes der Elektrode 53. Für die Verwendung bei Elektrodenanordnungen der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Art wird zur Herstellung von Transistoranordnungen vorteilhafterweise eine Schmelze aus halbleitendem Material vorbereitet, das im festen Zustand einen Leitfähigkeitstyp hat, der der gleiche ist, wie er für das Basisgebiet des Transistors gewünscht wird. Demgemäß wird für einen p-n-p-Transistor die Schmelze η-Typ haben, während sie für einen n-p-n-Transistor p-Typ hat. Entsprechend dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mit den Steuer- und Sammelelektroden bezeichnende Beimengungen vereinigt, die zu einem Leitfähigkeitstyp gehören, der dem für die Schmelze kennzeichnenden Typ entgegengesetzt ist, während mit der Basiselektrode eine bezeichnende Beimengung mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp vereinigt ist, wie er für die Schmelze kenn- zeichnend ist. Die bezeichnenden Beimengungen können mit den Elektrodenelementen auf irgendeine Weise vereinigt werden, wie sie oben im Zusammenhang mk der Herstellung einer p^n-Diode geschildert wurde. Zum Beispiel können bei der Herstellung eines p-n-p-Transistors die Steuer- und Sammelelektroden eine Legierung aus Indium und Molybdän sein, während die Basiselektrode aus einer Legierung von Antimon mit Molybdän bestehen kann. Durch das Vereinigen von bezeichnenden Beimengungen eines Leitfähigkeitstyps, wie er die Schmelze kennzeichnet, mit der Basiselektrode wird die Herstellung eines guten ohmschen Anschlusses mit niedrigem Widerstand an den Halbleiterkörper erleichtert,-ein Faktor, der für die elektrische Stabilität wichtig ist. Ferner ist die Möglichkeit der Bildung eines durchgehenden Gebietes eines Leitfähigkeitstyps zwischen Sammel- und Steuerelektroden auf ein Minimum gebracht.

Andererseits kann mit der Basiselektrode eine Beimengung mit einem Leitfähigkeitstyp vereinigt werden, der demjenigen der Schmelze entgegengesetzt ist, während mit den Steuer- und Sammelelektroden eine Beimengung vereinigt werden kann, die für den gleichen Leitfähigkeitstyp kennzeichnend ist, wie derjenige der Schmelze.

Die verschiedenen Elektrodenelemente veruen ir der vorher beschriebenen Weise überall in der Schmelze unbenetzbar gemacht, mit Ausnahme ve η ausgewählten Teilen ihrer Oberflächen. Nach dem Eintauchen in die Schmelze wird geschmolzenes Material durch Oberflächenspannung zwischen den Steuer- und Sammelelektroden festgehalten, wobei es so hoch steigt, daß es die Basiselektrode benetzt.

Im Interesse der Gleichmäßigkeit ist es er- iao wünscht, daß der Halbleiterkörper einkristallin ist, so daß die Erstarrung in einer einzigen Richtung wichtig wird. Die verschiedenen oben beschriebenen Betrachtungen sind hier in gleicher Weise anwendbar. Zu diesem Zwecke werden die Elektroden in i»5 ihrer Größe abgestuft, so daß jede Elektrode eine

andere Kühlwirkung auf den zwischen ihnen festgehaltenen' geschmolzenen Halbleiter hat. Für hochfrequente Anwendungen ist es wichtig, die Sammelverbindung mit kleinster Fläche zu haben, so daß die Sammelelektrode die kleinste Größe hat. In einem solchen Falle wird der Steuerelektrodenkontakt 3 i_A am größten gemacht, der Basiskontakt 33λ erhält eine mittlere. Größe, und die Steuer- und Sammelelektroden 31 und 32 sind vorzugsweise so eingerichtet, daß sie sich vor dem Eintauchen auf der wärmsten bzw. kältesten Temperatur befinden. Zusätzlich wird der Eintauchvorgang so eingerichtet, daß der Sammelelektrodenteil des Halbleiterkörpers als erster aus der Schmelze auftaucht, so daß er als erster zu erstarren beginnt. Es sind aber auch noch verschiedene andere Mittel bekannt, um die Erstarrung des Halbleiterkörpers in monokristalliner Form z,u begünstigen.

Wenn jedoch hochfrequente Anwendungen nicht ao von besonderer Bedeutung sind, hat vorzugsweise die Sammelverbindung eine größere Fläche als die Steuerverbindung, so daß man ein hohes Alpha erhält, d. h. so daß ein großer Teil der durch die Steuerelektrode eingebrachten Träger durch die Sammelelektrode gesammelt wird. In diesem Falle erhält der Steuerelektrodenkontakt vorzugsweise eine kleinere Fläche als der Sammelelektrodenkontakt, und es werden andere geeignete Veränderungen vorgenommen, um das Fortschreiten der Erstarrung von dem kleineren Sammelelektrodenende zum größeren Steuerelektrodenende des Halbleiterkörpers zu erleichtern.

In gleicher Weise, kann, der beschriebene Vorgang für die Herstellung von Tetrodentransistoranordnungen benutzt werden, bei denen zwei getrennte Elektroden die S teuer elektroden- und Sammelelektrodengebiete mit dem dazwischenliegenden Basisgebiet verbinden. Bei dem in den Fig. 5 A und 5 B dargestellten Elektrodenaufbau 60 mit vier Elementen entsprechen die Elektrodenelemente 61 und 62 den Anschlüssen an den Steuerelektroden- und Sammelelektrodengebieten und die Elemente 63 und 64 den beiden Anschlüssen am Basisgebiet. Die anwendbaren allgemeinen Prinzipien gleichen denjenigen für die Anordnungen mit drei Elementen, die im Zusammenhang mit den Fig. 2, 3 und 4 beschrieben wurden. Mit den Endflächen der Elektrodenelemente 63 und 64, die in Berührung mit dem Halbleiterkörper stehen sollen, sind bezeichnende Beimengungen des Leitfähigkeitstyps vereinigt, wie er die Schmelze kennzeichnet, während die Endflächen der Elemente 61 und 62 mit bezeichnenden Beimengungen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vereinigt sind. Wie dargestellt, ist mit den Elementen 61 und 62 ein Donatormaterial vereinigt, um eine n-Typ-Zone zu bilden, und mit den Elementen 63 und 64 ein Akzeptormaterial, 11m eine p-Typ-Zone zu bilden. Ferner können Arbeitsgänge der beschriebenen Art verwendet werden, aim die Erstarrung in einer einzigen Richtung zu begünstigen, damit für den Halbleiterkörper eine monokristalline Form erreicht wird.

Selbstverständlich sind die beschriebenen Ausführungen nur Beispiele für das allgemeine Herstellungsverfahren für Halbleitereinrichtungen. Obgleich z. B. im Zusammenhang mit dem Halbleitermaterial für die Schmelze oben nur Germanium erwähnt wurde, sind doch Silizium, Germaniium-Silizium-Legierangen und Verbindungen der Elemente der Nebengruppen III und V ebenfalls geeignete Stoffe. Ferner können durch geeignete Anordnungen der Elektroden verschiedene andere Formen hergestellt werden. Außerdem sind dem mit dem Stand der Halbleitertechnik und der metallurgischen Technik vertrauten Fachmann verschiedene Abänderungen und Verfeinerungen des beschriebenen Grundvorgangs möglich, ohne vom Verfahrensprinzip abzuweichen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen mit einem Körper aus wenigstens zwei aneinander angrenzenden Teilen von entgegengesetztem Leitungstyp, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Elektroden, die an einem Ende einen solchen Abstand ihrer Endflächen voneinander aufweisen, daß die Oberflächenspannungskräfte eines geschmolzenen Halbleitermaterials einen durchgehenden Körper ■zwischen den Elektrodenflächen bilden, durch Eintauchen in geschmolzenes Halbleitermaterial, das auf einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Elektroden gehalten wird, benetzt werden und dann herausgezogen werden, wobei das geschmolzene Halbleitermaterial zwischen den Elektrodenflächen kristallisiert, während an einer Fläche wenigstens einer Elektrode ein Verunreinigungsmaterial von einem Leitungstyp, der demjenigen des geschmolzenen Halbleitermaterials entgegengesetzt ist, eindifFundiert, so daß das an dieser Fläche auskristallisierende Halbleitermaterial einen dem restlichen Teil des kristallisierten Halbleiterkörpers entgegengesetzten· Leitungstyp hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Halbleitermaterial wenigstens zwei Beimengungen von entgegengesetztem Leitungstyp enthält, das zwei Elektroden benetzt, und daß das geschmolzene Halbleitermaterial in einer Richtung kristallisiert, so daß die Abscheidung der die Leitfähigkeit bestimmenden Beimengungen eine p-n-Verbindung zwischen den Elektroden erzeugt.
3. 3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang iao des Materials zur Bildung eines im wesentlichen monokristallinen Halbleiterkörpers zwischen den Elektroden ein Temperaturgradient aufrechterhalten wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- i»5 kennzeichnet, daß zur Herstellung des Tempera-

   turgradienten die Elektrode mit dem kleineren Querschnitt vor der anderen Elektrode oder den anderen Elektroden herausgezogen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden vorgesehen sind und daß das Halbleitermaterial aus der Schmelze auskristallisieren kann, während von zwei Elektrodenflächen eine bezeichnende Verunreinigung in einer solchen Menge eindiffundiert, daß das Halbleitermaterial, das an diesen beiden Flächen auskristallisiert, einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hat.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   60*548/402 C. (609 726 12.56)