DE1061447B

DE1061447B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mittels Diffusion und Legieren

Info

Publication number: DE1061447B
Application number: DEW21535A
Authority: DE
Inventors: Ezekiel F Losco; Gene Strull
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1956-03-05
Filing date: 1957-07-22
Publication date: 1959-07-16
Also published as: BE562490A; US2929750A; CH357121A; DE1093484B; US2909453A; CH362150A; BE562491A; NL222571A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf neue Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranördnungen, vorzugsweise Transistoren und Fototransistoren, bei dem auf eine eindiffundierte pn-Schicht ein Legierungsmaterial auf legiert wird. .

Halbleiteranordnungen, wie Transistoren, Fototransistoren u. ä., werden mittels Legierungsverfahren hergestellt, bei denen Emitter- und Kollektorübergänge vorgesehen sind. Stellt man solche Halbleiteranördnungen durch Legierungsverfahren her, so treten gewisse Schwierigkeiten auf. Ein besonders kritisches Merkmal, dessen Erfüllung als wünschenswert erkannt wurde, ist, daß der Emitterübergang in bezug auf den gegenüberliegenden KoUektorübergang im wesentlichen plan verlaufend sein sollte. Bei Legierungsverfahren, bei denen die gesamte Menge des geschmolzenen Materials Verwendung finden soll, neigt jedoch der Emitterübergang, besonders an seinen äußeren Enden, zu einer gebogenen Flächenform. Des weiteren ist die Eindfingtiefe von Emitterdotierungsmaterial in ein Halbleitermaterial schwer zu kontrollieren, so daß der Abstand zwischen Emitter- und KoUektorübergang nicht konstant ist. Zu diesen relativ unkontrollierbaren Faktoren, gehört auch, daß die Stromverstärkung in Abhängigkeit vom Emitterstrom nicht konstant ist, sondern bei starkem Strom einen Abfall zeigt. Solche Charakteristiken begrenzen den Gebrauch von Transistoren, wenn Leistungen gefordert werden.

Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung vorzusehen, die einen Emitterübergang mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Tiefe und einem planen Verlauf aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung bestellt darin, eine mit einer Emitterkontaktschicht versehene Halbleiteranordnung herzustellen, die einen Emitterübergang hat, der im wesentlichen plan verläuft und auf den eine Schicht aus Emitterkontaktmaterial angebracht ist, und die einen geschmolzenen Kollektorübergang, über dessen Fläche sich der Emitterübergang befindet, besitzt, der eine im wesentlichen parallele, ebene Fläche aufweist.

Ebenfalls Zweck der Erfindung ist es, einen Fototransistor herzustellen, der einen aufgedampften Emitterübergang von einer Dicke besitzt, die im wesentlichen auf der ganzen Oberfläche lichtdurchlässig ist, und der einen geschmolzenen KoUektorübergang besitzt, der dem Emitterübergang zugeordnet ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das gleichzeitig den Emitterkontakt, den Kollektorkontakt und den Basiskontakt in einer Halbleiteranordnung verwendet.

Verfahren zur Herstellung

von Halbleiteranordnungen

mittels Diffusion und Legieren

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Irig. A. Essel, Patentanwalt,
München 2, WittelsbächerplatZ 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Juii 1956

Ezekiel F. Losco und Gene Strull, Pittsburgh, Pa.

(V. St. A-),
sind als Erfinder genannt worden'

Andere Zielsetzungen der Erfindung werden teil-¹ weise nachfolgend offenbar werden. Zu einem besseren Verständnis der Natur und des Gegenstandes der Er-¹ findung soll ein Hinweis auf die folgende* genau dargestellte Beschreibung und Zeichnung gegeben' worden, in der

Fig. 1 einen Grundriß eines Transistors zeigt, der gemäß der Erfindung konstruiert ist,

Fig. 2 ein Querschnitt der Linie H-II von Fig. 1 ist,

Fig. 3 ein Querschnitt einer hochgezogenen Träilsistoranordnung ist,

Fig. 4 einen Aufriß einer Verdampfungsanlage darstellt,

Fig. 5 und 7 Querschnitte eines Transistors sind, die fortlaufende Stufen seiner Herstellung zeigen, und

Fig. 8 einen Aufriß eines Fototransistors zeigt, der gemäß der Erfindung konstruiert ist.

Gemäß der Erfindung wurde entdeckt, daß Halbleiteranordnungen, besonders Transistoren Und Fototransistoren, durch ein relativ einfaches Verfahren hergestellt werden können, bei dem ein im wesentlichen plan verlaufender Emitterübergang vorzusehen ist, der in einem vorher bestimmten Abstand von einem geschmolzenen KoUektorübergang angeordnet ist. Um es kurz zu sagen, umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung das Aufdampfen einer dünnen Schicht aus Dotierungsmaterial in einer Stärke, die kleiner als etwa 0,0254 mm ist, auf eine Oberfläche eines Halbleiterteilchens oder -plättchens.

909 577/339

3 4

Die Erfindung geht von 'dem bekannten kombi- material kann zusätzliche Bestandteile enthalten, nierten Diffusions- und Legierungsverfahren zur Her- um die Verflüssigungstemperatur herabzusetzen und Stellung von pn-Übergängen in Halbleiteranordnungen um gewünschte Eigenschaften sicherzustellen. Schließaus. Das vorliegende Verfahren zur Herstellung von lieh wird ein Basiskontakt, der ein. Lötmittel ent-Halbleiteranordnungen, vorzugsweise Transistoren 5 hält, das unter der angegebenen ersten Tempe- und Fototransistoren, bei- dem einer eindiffundierten ratur schmilzt, an einen Punkt angebracht, der pn-Schicht ein Legierungsmaterial auflegiert wird, an die Plättchenoberfläche grenzt, aber nicht die aufist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende gedampfte und geschmolzene Schicht berührt. Alles, Verfahrensschritte: _: ■■ . was, wie oben beschrieben, auf dem Plättchen ange-

a) Aufdampfen von. Aktivatormaterial auf einen io bracht wurde, das erste und das zweite Legierungs-Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise zur material und der Basiskontakt, wird nun einer Tem-Erzielung einer dünnen Schicht entgegengesetzten peratur unterworfen, die unter der besagten ersten Leitungstyps bei einer Diffusionstemperatur T₁, Hegt. Bei diesem Erhitzen schmilzt das erste Legiedie oberhalb des Schmelzpunktes des aufgedampf- rungsmaterial auf die aufgedampfte Schicht, ohne ten Aktivatormaterials liegt; 15 jedoch seinen Charakter zu ändern. Es findet keine

b) Aufbringen einer aus .Halbleiter- und Aktivator- wesentliche Schmelzung des ersten Legierungsmatematerial bestehenden Legierungselektrode, welche rials statt, und eine starke elektrische und metalden gleichen Leitungstyp wie die dünne Diffu- lurgische Verbindung wird mit der aufgedampften sionsschicht erzeugt, deren Schmelzpunkt T₂ nicht und geschmolzenen Schicht hergestellt. Das zweite unterhalb der Diffusionstemperatur T₁ liegt, und 20 Legierungsmaterial wird schmelzen, und die Schmelze

- Auf legieren der vorgenannten Legierungselektrode wird in die angrenzenden Oberflächen des Halbleiter-

bei einer Legierungstemperatur T₃, welche unter- plättchens eindringen und eindiffundieren und wird

halb der Diffusionstemperatur T₁ und oberhalb damit das Halbleitvermögen des Plättchens in dem

der Schmelztemperatur des aufgedampften Akti- Verhältnis ändern, daß ein zweiter pn-übergang ge-

vatormaterials liegt; 25 schaffen wird. Das Basiskontaktlötmaterial schmilzt

c) Aufbringen einer weiteren Legierungselektrode ebenfalls und ruft somit einen elektrischen Kontakt auf der gegenüberliegenden Seite aus Halbleiter- mit dem Halbleiterplättchen hervor. Beim Abkühlen und Aktivatormaterial in einem solchen Mischungs- auf Zimmertemperatur erhält man somit eine höchst verhältnis, daß die Schmelztemperatur T₁ unter- befriedigende Plalbleiteranordnung.

halb der Diffusionstemperatur T₁ liegt, und Auf- 3° Der Halbleiterkörper kann irgendein passendes legieren der vorgenannten Elektrode bei einer massives Halbleitermaterial enthalten. Beispiele da-Legierungstemperatur T₅, welche unterhalb der für sind Germanium, Silizium, Germanium-Silizium-Legierungstemperatur der erstgenannten Legie- Legierungen, Verbindungen von Elementen der rungselektrode T₃ und oberhalb der Schmelz- Gruppe III und Gruppe V des Periodischen Systems, temperatur T₁ der zweiten Legierungselektrode 35 beispielsweise Germaniumphosphid, Aluminiumanti-' liegt, zwecks Erzielung eines zweiten pn-Über- monid und Indiumarsemid, und Verbindungen von ganges im Halbleitergrundkörper. Elementen der .Gruppe II und der Gruppe VI des Das Halbleiterplättchen hat eine Leitfähigheit, die Periodischen Systems. Es ist selbstverständlich, daß entgegengesetzt demjenigen ist, den es durch das obige Beispiele nur zur Erläuterung dienen und Aufdampfen des Dotierungsmaterials verliehen be- 4o keinesfalls vollständig sind.

kommt. Die aufgedampfte Schicht wird bis zu einer Der Halbleiterkörper enthält ein höchstgereinigtes ersten Temperatur erhitzt, um das Dotierungs- Einkristallmaterial, das dotiert ist, um einen gematerial zum Schmelzen und danach zum Eindiffun- gebenen Leitfähigkeitstyp für das ganze Halbleiterdieren in die angrenzende Oberfläche des Halbleiter- material herzustellen. Somit muß das einkristalline plättchens zu bringen und um die Oberflächenschicht ⁴S Halbleitermaterial mit einem Element der Gruppe III, in den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp umzu- beispielsweise mit Indium, dotiert werden, um eine wandeln, den das Halbleiterplättchen besitzt. Das p-Leitfähigkeit zu erhalten, oder es wird mit einem Eindiffundieren der aufgedampften, dünnen Schicht Element der GruppeV, z.B. mit Antimon, dotiert, kann bequem gesteuert werden, so daß das Eindiffun- um eine η-Leitfähigkeit zu erhalten. Das dotierte dieren bis zu einer vorgegebenen Tiefe erfolgt und 50 Halbleitermaterial wird nun in eine geeignete Form .eine einheitliche dicke Oberflächenschicht des Halb- gebracht, indem man es mit einer Diamantsäge in leiterplättchens in Halbleitfähigkeit verwandelt wird. Plättchen passender Größe und Stärke schneidet. Die Folglich ist ein im wesentlichen plan verlaufender und so bearbeiteten Plättchen werden dann geätzt, um einheitlicher pn-übergang hergestellt. Oberflächenmaterial zu entfernen, und man erhält ein Dann wird ein Legierungsmaterial, dessen Verflüs- 55 Halbleiterplättchen, das frei von Rissen ist. Eine gesigungstemperatur über der angenommenen ersten eignete Stärke für die Halbleiterplatte aus beispiels-Temperatur liegt, auf diese aufgedampfte und ge- weise Germanium oder Silizium ist ¹Ao bis ¹A mm. In schmolzene Schicht des Halbleiterplättchens ange- einigen Fällen, die nachher noch aufgeführt werden, bracht, das innerhalb des Einwirkungsbereiches der können auch dickere Plättchen von Vs bis ⁵/s mm oder aufgedampften Schicht liegen muß. Ein zweites Legie- 60 mehr hergestellt werden, und dann können auch eine rungsstück, dessen Verflüssigungstemperatur unter oder mehrere Aushöhlungen oder Vertiefungen in die der obengenannten ersten Temperatur liegt, wird auf Oberfläche eingearbeitet werden, so daß der ausgeeiner anderen Oberfläche des Halbleiterplättchens an- höhlte Boden ungefähr von ¹Ao bis ¹Ao mm von der gebracht, gewöhnlich auf der Oberfläche, die sich un- Grundfläche des Plättchens entfernt ist. Diese Ausmittelbar unterhalb der Fläche befindet, auf der die 6s höhlungen werden von einem dicken, angrenzenden aufgedampfte Schicht liegt. Sowohl das erste wie Teil des Plättchens umgeben, der zur Verstärkung auch das zweite Legierungsmaterial enthält das vorgesehen ist und die Zerbrechlichkeit äußerst ver-.Dotierungsmaterial und das Halbleitermaterial in mindert. Zum Aufdampfen auf die Oberfläche eines .einem Verhältnis, das von der gewünschten Verflüs- η-leitenden Halbleiterkörpers sind als Dotierungssigungstemperatur abhängt. Das zweite Legierungs- 70 material besonders Indium, Gallium und Aluminium

oderMischungen von zwei oder drei von ihnen' geeignet. Für p-leitendes Halbleitermaterial sind Arsen, Antimon und Phosphor besonders geeignet. Es ist selbstverständlich, daß auch andere Dotierungsmaterialien zum Aufdampfen auf die Oberfläche eines Halbleiterplättchens verwendet werden können.

Das angewandte Dotierungsmaterial wird in einer Stärke von wesentlich weniger als 25 μ aufgedampft, vorzugsweise in der Ordnung von 25 bis 0,25 μ Stärke. Bei Phototransistoren beträgt die Stärke des aufgedampften Materials nicht mehr als 2,5 μ, besser noch 0,25 μ. Schichten letzterer Stärke besitzen einen hohen Lichtdurchlässigkeitsfaktor, und solche Phototransistoren sind lichtempfindlich im wesentlichen im ganzen Gebiet.

Es wird als bedenklich angesehen, die Oberfläche des Halbleiterplättchens selbst mit großer Vorsicht zu reinigen, wenn das Aufdampfen der Dotierungsschicht bereits vorangegangen ist. Das Ätzen des Halbleiterplättchens sollte vorsichtig ausgeführt werden und das geätzte Plättchen geschützt und nicht mehr als notwendig der Atmosphäre ausgesetzt werden. Das geätzte Halbleiterplättchen wird in einen luftleeren Raum gebracht und kann einer zusätzlichen Reinigung unterworfen werden, beispielsweise durch Glimmentladung und indem man die Halbleiteroberfläche mit positiven Ionen bombardiert und das Halbleiterplättchen als Kathode schaltet. Außerdem wird das Dotierungsmaterial, das auf das Plättchen gebracht wurde, bis zur Auf dampf ungstemperatur erhitzt, wobei eine Abschirmung zwischen das Halbleiterplättchen und die Heizspule (oder eine andere Heizquelle) eingefügt wird. Aluminium, Indium oder anderes Dotierungsmaterial wird 5 Minuten lang auf 850° C unter Verwendung der Abschirmung erhitzt, so daß die Verunreinigungen in einem erhöhten Vakuum von 1O¹""⁴ mm Hg oder tiefer verdunsten. Höhere oder tiefere Temperaturen können verwendet werden. Es wurde festgestellt, daß unter diesen Bedingungen Verunreinigungen mit niedrigem Siedepunkt, die sogar im normalerweise hochreinen Dotierungsmaterial vorhanden sind, sich auf die Abschirmung niederschlagen. Wenn sich die Verunreinigungen verflüchtigt haben, kann man ein ständig stärker werdendes Glänzen des Dotierungsmaterials bemerken. Innerhalb 5 Minuten erreicht die Aufhellung des Dotierungsmaterials, z. B. Aluminium in einer Wolframspule, ein Maximum, und die Abschirmung kann zurückgezogen werden, so daß sich das Dotierungsmaterial auf die gewünschte Oberfläche des Halbleiterplättchens niederschlagen kann. Die Temperatur, der Abstand des erhitzten Do'tierungsmaterials zu dem Halbleiterplättchen und die Zeitdauer des Aufdampfens bestimmen die Stärke der auf das Halbleiterplättchen aufgetragenen Dotierungsschicht. Es ist selbstverständlich, daß das Halbleiterplättchen passend verkleidet wird, um nur die gewünschte Oberfläche dem aufzudampfenden Dotierungsmaterial auszusetzen.

Das Halbleiterplättchen mit der aufgedampften Schicht des Dotierungsmaterials wird nun bis zu einer Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Dotierungsmaterials, aber unter dem Schmelzpunkt des Halbleiters liegt, der vorzugsweise noch unter Vakuum gesetzt ist, damit das Dotierungsmaterial in die angrenzende Oberfläche des Halbleiterplättchens eindiffundieren kann. Da die Schicht des Dotierungsmaterials äußerst dünn ist, geht die Diffusion im wesentlichen gleichmäßig vor sich. Die Temperatur wird so gewählt, daß die Diffusion einen abschätzbaren Abstand in das Halbleiterplättchen in einer angemessenen Zeitspanne, beispielsweise weniger als 1 Stunde, vor sich geht. Das Dotierungsmaterial wandelt den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche des Halbleiterplättchens, auf dem sich die aufgedampfte Schicht befindet, um. Die fortschreitende Diffusion verändert immer tiefere Teile des Halbleiterplättchens in den. Typ der Halbleitfähigkeit, der dem übrigen Teil des Plättchens entgegengesetzt ist. Die Erhitzung bewirkt auch, daß ein. Teil des Halbleitermaterials in die aufgedampfte Schicht eindiffundiert. Bei der gegebenen Diffusionstemperatur wird innerhalb der aufgedampften Schicht ein Gleichgewicht zwischen dem Halbleitermaterial und dem Dotierungsmaterial hergestellt. Dieses Gleichgewicht hat die Legierung der beiden Materialien zur Folge, die eine Verflüssigungstemperatur, die mit der Diffusionstemperatur korrespondiert, haben. Es ist bedenklich, daß danach das Halbleiterstück einer Temperatur unterworfen wird, die die Diffusionstemperatur überschreitet.

Ein erstes Legierungsmaterial als Film, Folie oder als eine andere geeignete Form wird aus einer Mischung des · Halbleitermaterials und des Dotierungsmaterials hergestellt. Die Zusammensetzung dieses ersten Legierungsmaterials sollte so gewählt werden, daß die Verflüssigungstemperatur dieses ersten Legierungsmaterials über der Diffusionstemperatur liegt. Bei Indium als Dotierungsmaterial und Germanium als Halbleitermaterial hat eine Diffusionstemperatur von 500° C eine Legierung zur Folge, die annähernd 11 Atomprozent Germanium und 89 Atomprozent Indium umfaßt, welche sich in der aufgedampften Schicht bilden. Folglich kann das erste Legierungsmaterial eine Mischung von mehr als 11 Atomprozent Germanium enthalten. Eine geeignete Legierung umfaßt 20 Atomprozent Germanium, der Rest ist Indium. Dieses erste Legierungsstück sollte von einer solchen Form und Größe sein, daß es so auf die aufgedampfte Schicht gelegt werden kann, daß alle seine Teile durch einen Zwischenraum von beispielsweise V₈ bis ¹U mm oder mehr vom Rand der aufgedampften und eingedrungenen Dotierungsschicht entfernt sind. Gewöhnlich wird zur Herstellung des herkömmlichen Transistors ein Rand von ¹U bis IV4 mm zwischen der Berührungsfläche des ersten Legierungsstückes und der aufgedampften und eindiffundierten Schicht vorgesehen. Für Fototransistoren wird jedoch die kleinste Menge der ersten Legierung von der Größe eines Kügelchens aufgebracht, an die eine Zuleitung angeschlossen ist, welche einen einfachen Ohmschen Kontakt in der aufgedampften Schicht herstellt.

Das zweite Legierungsmaterial wird aus einer Verbindung hergestellt, die das Halbleitermaterial und irgendeines der Dotierungsmaterialien in solch einem \^;erhältnis enthält, daß die Verflüssigungstemperatur unterhalb der Diffusionstemperatur liegt. Also muß bei einer Diffusionstemperatur von 500° C die zweite Legierung, wenn aus Indium und Germanium hergestellt, 10 Atomprozent Germanium oder weniger enthalten. Ferner muß das zweite Legierungsstück Bestandteile enthalten, die entweder Dotierungsmaterial oder Nichtdotierungsmaterial einschließen, wie beispielsweise Silber, Gold oder Gallium, die den Schmelzpunkt herabsetzen. Zudem muß ein Ohmscher Kontakt, der die Aufgabe eines Basiskontaktes hat, aus einem neutralen Lötmaterial oder einem Lötmaterial, das die gleiche Art der Leitfähigkeit wie der Körper des Halbleiterplättchens besitzt, herge-

stellt werden. Das Lötmaterial kann zur Schaffung eines Basiskontaktes allein oder gemeinsam mit einem höherschmelzenden Metall verwendet werden. Es sollte einen Schmelzpunkt haben, der im wesentlichen unterhalb der ersten Diffusionstemperatur liegt.

Das Halbleiterplättchen mit der eindiffundierten, aufgedampften Schicht bildet mit dem ersten Legierungsmaterial, das auf der genannten eindiffundierten Schicht angeordnet ist, eine Einheit; das zweite Legierungsmateriäl befindet sich auf der anderen Oberfläche des Halbleiterplättchens, die gewöhnlich unmittelbar Unterhalb der eindiffundierten Schicht liegt, und der Basiskontakt ist so angeordnet, daß er an die eindiffundierte Schicht wohl angrenzt, aber doch von ihr getrennt ist. Dieses Gebilde wird dann einer Erhitzung in einem Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre unterworfen und auf eine Temperatur gebracht, die über der Verflüssigungstemperatur des zweiten Legierungskörpers liegt, aber unterhalb der ersten Diffusionstemperatur. Ein leichter Druck kann auf die Oberflächen erfolgen, um eine gute metallurgische Verbindung zu gewährleisten. Bei der so vorgenommenen Erhitzung wird das erste Legierungsmaterial auf die aufgedampfte und eindiffundierte Schicht schmelzen, ohne die Zusammensetzung irgendeines Teiles der genannten Schicht zu verändern. Es könnte höchstens ein wenig Halbleitermaterial aus dem ersten Legierüngsmaterial auf die eindiffundierte Schicht niedergeschlagen werden. Das zweite Legierungsmäterial wird schmelzen und in das Halbleitermaterial eindringen und mit ihm verschmelzen. Das zweite Legierungsmaterial nimmt gewöhnlich eine beträchtlich größere Fläche ein als die aufgedampfte und eindiffundierte Schicht. Das Basiskontaktlötmaterial wird auf den Halbleiterkörper aufschmelzen. Nach Abkühlung auf Zimmertemperatur kann die erhaltene Halbleiteranordnung mit Zuleitungen versehen werden, die leicht an das erste Legierüngsmaterial, an das zweite Legierungsmaterial und an den Basiskontakt gelötet oder geschmolzen werden können. Das erste Legierungsmaterial und die aufgedampfte Schicht haben die Aufgabe eines Emitters; das zweite Legierungsmaterial wirkt als Kollektor der Halbleiteranordnung.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung stellen einen aus Halbleitermaterial bestehenden Transistor 10 dar, der gemäß der Erfindung hergestellt ist. Der Transistor 10 enthält ein Plättchen 12 aus halbleitendem Material, beispielsweise aus η-leitendem Germanium. Eine aufgedampfte Schicht 14 mit einer Stärke von weniger als ¹Z₄₀ mm, die aus p-leitendem Dotierungsmaterial besteht, wie z. B. Indium, wird auf die obere Fläche des Plättchens 12 gebracht. Man kann beobachten, daß die Schicht 14 bis zu einer Tiefe eindiffundieft ist, die die Linie 16 auf der oberen Fläche des' Plättchens 12 angibt. Die Plättchentiefe bis zur Linie 15 weist p-Leitfähigkeit auf. Ein plan verlaufender pn-Übergang besteht an der Zwischenfläche in dem Plättchen 12/der durch die Linie 16 dargestellt ist. Ein erster Legierungsstoff 18 wird auf die Schicht 14 aufgeschmolzen, um einen Ohmschen Kontakt herzustellen, und an der Schicht 18 wird eine Zuleitung 20 befestigt. An der unteren Fläche des Plättchens 12 wird eine Kollektorschicht 22 angeschmolzen von solch einer Größe, daß sie noch gut innerhalb des Einwirkungsbereiches der Schicht 14 liegt. Die Diffusion hat stattgefunden, um unmittelbar über der ' Kollektorschicht 22 eine p-leitende Schicht 24 zu erzeugen. Ein konstanter Abstand ist zwischen der- Schicht 14 und der oberen Fläche der Schicht 24 vorhanden. An den Kollektor 22 ist eine Zuleitung 26 angebracht. Auf die obere Fläche des Plättchens 12 kommen zwei gelötete Basiskontakte 28 und 30 mit den sie berührenden Zuleitungen 32 und 34. Die Basiskontakte 28 und 30 können parallel durch Verbindung der elektrischen Zuleitungen 32 und 34 geschaltet sein, oder sie können getrennt betrieben werden.
Um stabilere Halbleiteranordnungen vorzusehen,

ίο könnte es wünschenswert sein, eine Konstruktion 50 vorzusehen, wie es die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, bei der das Halbleiterplättchen hochgezogen ausgebildet ist. Der bis ins einzelne beschriebene Herstellungsgang des hochgezogenen Halbleiterplättchens ist bereits vorgeschlagen worden. Dabei wird ein verhältnismäßig dickes Halbleiterplättchen 52 an der oberen Fläche gefalzt und so eine Aushöhlung 54 erreicht, dessen Bodenfläche 58 im wesentlichen parallel zu der unteren Fläche des Halbleiterplättchens verläuft. Die im wesentlichen senkrechte Seitenwand 56 erstreckt sich von der Bodenfläche 58 zur Randfläche 60. Die Bodenfläche darf nur weniger als V₄₀ mm von der tiefer gelegenen Fläche des Plättchens entfernt sein. Die verhältnismäßig dicke Wandung 62 des die Aushöhlung 54 umgebenden Plättchens stellt eine ausreichende Festigkeit und Versteifung für dessen praktischen Gebrauch her.

Das hochgezogene Plättchen 52 der Fig. 3 der Zeichnung ist mit einer aufgedampften Schicht 66 aus Dotierungsmaterial von einer Leitfähigkeit, die zu der des Plättchens entgegengesetzt ist, versehen. Die Schicht 66 hat sich auf die Bodenfläche 58 abgesetzt und wird auf eine Temperatur gebracht, die das Eindiffundieren des Dotierungsmaterials in die angrenzende Fläche des Halbleitermaterials verursacht. Dies hat die Diffusionsschicht 67 zur Folge, die sich ein kurzes Stück in die Oberfläche des Plättchens ausdehnt und die eine zum übrigen Plättchen entgegengesetzte Leitfähigkeit hat, so daß ein plan verlaufender pn-Übergang 68 zwischen der Schicht 66-67 und dem Halbleiterplättchen entsteht. Ein erster Legierungsstoff 70 wird auf die Schicht 66 gebracht und daran eine Zuleitung 72 befestigt. Ein Kollektor 74, der aus einem zweiten Legierungsstoff besteht, wird ■ auf eine tiefere Fläche 64 des Halbleiterplättchens gebracht und geschmolzen. Dadurch wird ein pn-Übergang 75 hergestellt, der im wesentlichen parallel und äquidistant zu dem pn-Übergang 68 verläuft. Eine Zuleitung 76 ist an die Schicht 74 angeschlossen. An der Randfläche 60 befinden sich die angelöteten Basiskontakte 78 und 82, an die je die Klemmen 80 und 84 befestigt sind.

In den Fig. 4 bis 7 der Zeichnung wird eine Folge von Verfährensschritten bei der Herstellung der Halbleiteranordnungen, die in den Fig. 1 und 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, erläutert. In Fig. 4 ist eine Aufdampfeinrichtung gezeigt mit einer Grundplatte 100, bei der eine Durchführung 102 vorgesehen ist, die zu einer Vakuumpumpe und einem Gasbehälter führt, die durch, nicht dargestellte Elektronenröhren gesteuert werden können. Die abdichtenden Vertiefungen 104 in der Grundplatte 100 müssen einen vakuumdichten Abschluß der Glasglocke 106 gewährleisten. Ein Träger 108 aus Graphit oder einem anderen geeigneten Material ist mit einer Vertiefung 110 versehen, in die ein Halbleiterplättchen 112 angeordnet ist. Eine Maske 114 wird auf das Plättchen 112 gebracht. Sie hat eine Aussparung 116, die die Größe des mit.einer aufgedampften Dotierungsmaterialschicht 118 bedeckenden Platt-

Claims

9 10

chens bestimmt. Ein Faden 120 aus Wolfram od. ä. einer Zuleitung 218 und 222 werden an der oberen ist innerhalb des Glockengefäßes 106 passend an Fläche des Plättchens in der bereits beschriebenen einem Punkt oberhalb der Aussparung 116 gehalten. Art befestigt. ' ■ ' Die aus Wolfram bestehende Verdampferspirale 120 Bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Halbumfaßt einen Teil des Dotierungsmaterials 122. Eine 5 leiterkörpern kann, wie gefunden wurde, der zweite Trennungswand 124 ist zwischen die Verdampfer- Legierungsstoff für den Kollektorübergang zusatzspirale 120 und die Aussparung 116 gestellt. Diese liehe Bestandteile, wie beispielsweise Gold und Silber, Trennungswand 124 ist auf einen Schaft 126 montiert, bis zu 15% enthalten, die den Halbleiterkörper beder durch eine vakuumdichte Verbindung 128 durch netzen helfen. Gelegentlich hat man den Kollektordie Grundplatte 100 führt. Sie kann durch eine Kur- io Übergang auf dem Halbleiter folgendermaßen behanbel 130 mit der Hand bedient und in die trennende delt, daß man, bevor man einen zweiten Legierungs-Stellung bewegt oder aus dieser Stellung zu einem stoff darauf anbrachte, eine sehr dünne Schicht Gold Punkt entfernt werden, der nicht den Fluß des auf- von weniger als V₄₀ mm aufdampfte. Der Basiskongedampften'Materials zur Aussparung 116 hin stört. takt kann nickelverkleidetes Molybdän enthalten, das Nach dem Aufdampfen einer geeignet erscheinenden 15 mit Lötmaterial verzinnt'ist, und reines Zinn oder starken Schicht 118 des Dotierungsmaterials auf das eine Zinn-Blei-Legierung umfassen. In manchen Fäl-Plättchen 112 ist der Träger 108 durch Speisung der len kann der Basiskontakt eine verzinnte, reine hier untergebrachten Spule 132 auf eine geeignete Nickellegierung enthalten. In anderen Fällen wurde Temperatur zu erhitzen, um die Schicht 118 zu ein vorgeformtes Teil aus blei- und zinnhaltigem schmelzen und eindiffundieren zu lassen. AVie in 20 Lötmaterial als Basiskontakt verwendet. Silber und Fig. 5 der Zeichnung erläutert, ist die obere Fläche auf der Silberbasis beruhende Legierungen bilden des Plättchens 112 nach einer solchen Erhitzung ausgezeichnete Basiskontakte.

durch Diffusion eines Teiles der Schicht 118 durch- Es ist selbstverständlich, daß der Halbleiterkörper

drangen, um ein p-leitende Schicht 140 auf der oberen mit herkömmlichen Ätzmaterialien geätzt werden

Fläche, die an die Schicht 118 grenzt, zu erzeugen. 25 kann, besonders dann, nachdem er vollständig ge-

Die Folge davon ist ein pn-übergang 142, der im schmolzen worden ist und die Oberfläche nachgeätzt

wesentlichen plan verläuft. wird, um die Eigenschaften zu verbessern.■'.

Danach wird ein erster Legierungsstoff 144 von einer Aus Germaniumplättchen bestehende Halbleiter-Größe, die kleiner ist als die Schicht 118, symme- anordnungen, die. denen in Fig. 1 und 2 dargestellten trisch auf die Schicht 118 gebracht. Ein zweiter Le- 30 ähnlich sind, werden aus ungefähr 0,178 mm starken, gierungsstoff 146, der größer als die Schicht 118 ist, 22,23 mm langen und 6,35 mm breiten Germaniumwird symmetrisch auf die untere Fläche des Platt- plättchen hergestellt. Der aufgedampfte Emitterchens angeordnet, und die lötbaren Basiskontakte 150 anschluß hatte eine längliche Form mit den Abmes- und 152 werden für die obere Fläche des Plättchens sungen 17,46 mm und der Breite von 2,4 mm. Έΐη 112 verwendet, wie an Hand der Fig. 6 erläutert. 35 Emitterkontaktübergang einer Indium- und Germa-Diese ganze Anordnung wird im Vakuum auf eine niumlegierung (20 Atomprozent) mit einer Abmes-Temperatur gebracht, die. unter der Diffusionstempe- sung von 16:1,6.mm wurde auf. den aufgedampften ratur liegt, beispielsweise 50°,C niedriger, die aber Emitteranschluß gebracht. Der Kollektorübergangsüber dem Schmelzpunkt des" Lötmaterials und des anschluß, der aus einer Germanium- und Indiümverzweiten Legierungsstoffes 146 liegt. Wie in Fig. 7 40 bindung in der Zusammensetzung von 8 Atomprozent der Zeichnung dargestellt, entsteht eine metallurgi- Germanium mit dem Rest aus Indium besteht, wurde sehe Verbindung zwischen dem Legierungsstoff 144 über einen Raum von 19,05 : 3,2 mm auf der unteren und der Schicht 118. Der zweite Legierungsstoff 146 Fläche des Germaniumplättchens angewandt. Zwei ist geschmolzen und in den Boden des Stückes 112 parallele Basenkontakte von einer Breite von an-■eindiffundiert, um eine Diffusionsschicht 148 zu er- 45 nähernd 1,6 mm werden auf die zwei parallel verlauzeugen. Ähnlich diesem Vorgang ist auch das Löt- fenden Seiten des Plättchens aufgebracht. Die aufmaterial des Basiskontaktes 150 und 152 geschmol- gedampfte Emitterschicht wird bei einer Temperatur zen und mit dem Halbleiter 112 verbunden worden. von 450° C geschmolzen und eindiffundiert. Andere Danach werden Klemmen, die an die Körper 144 und Transistoren wurden jedoch bei Temperaturen zwi- 146 gelötet oder auf andere Weise angebracht sind, 50 sehen 400 und 500° C geschmolzen. Die zweite Eran den Basiskontakten 150 und 152 befestigt, um hitzung, die den Kollektorkontakt, den Basiskontakt einen Transistor, der dem in Fig. 1 dargestellten wie auch den Emitterkontakt schmelzen soll, wurde ähnlich ist, zu schaffen. bei Temperaturen, die annähernd 100° C tiefer He-

Wie in Fig. 8 der Zeichnung erläutert, wird ein gen, ausgeführt. Die Transistoren wurden geprüft,

Fototransistor 200 in ähnlicher Weise, wie in den 55 und es wurde gefunden, daß sie hohe Verstärkungen

Fig. 4 bis 7 gezeigt, hergestellt, mit Ausnahme der von 35 bis 40 bei Emitterströmen von 10 bis über

Form und Größe des Emitterkontaktstückes. Der 150 mA haben. Die Stromverstärkungskurve war ver-

P'ototransistor 200 enthält einen Halbleiterkörper hältnismäßig flach über einen großen Teil des Emitter-

202, auf dem sich eine aufgedampfte Schicht 204 aus Stromes.

Dotierungsmaterial befindet, das geschmolzen, wird 60 Patentansprüche-
und in ihn eindiffundiert, um einen pn-übergang

206 zu erzeugen. Die Schicht 204 ist ungefähr 0,25 μ 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdünn und verhältnismäßig lichtdurchlässig. Ein Kon- anordnungen, vorzugsweise Transistoren und taktkörper 208 wird nur auf einen kleinen Teil der Fototransistoren, bei dem auf eine eindiffundierte Oberfläche der Schicht 204 geschmolzen, um einen 65 pn-Schicht ein Legierungsmaterial auflegiert Ohmschen Emitterkoritakt zu erzeugen, an dem eine wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens-Zuleitung 210 befestigt ist. Ein Kollektorkontakt 212 schritte:

wird auf die entgegengesetzte bzw. untere Fläche des a) Aufdampfen von Aktivatormaterial auf einen

Plättchens 202 geschmolzen und mit einem Anschluß Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise

214 versehen. Die Basenkontakte 216 und 220 mit je 70 zur Erzielung einer dünnen Schicht entgegen-

gesetzten Leitungstyps bei einer Diffusionstemperatur T₁, die oberhalb des Schmelzpunktes des aufgedampften Aktivatormaterials liegt;

b) Aufbringen einer aus Halbleiter- und Aktivatormaterial bestehenden Legierungselektrode, welche den gleichen Leitungstyp wie die dünne Diffusionsschicht erzeugt, deren Schmelzpunkt T₂ nicht unterhalb der Diffusionstemperatur T₁ liegt, und Auflegieren der vorgenannten Legierungselektrode bei einer Legierungstemperatur T₃, welche unterhalb der Diffusionstemperatur T₁ und oberhalb der Schmelztemperatur des aufgedampften Aktivatormaterials liegt;

c) Aufbringen einer weiteren Legierungselektrode auf der gegenüberliegenden Seite aus Halbleiter- und Aktivatormaterial in einem solchen Mischungsverhältnis, daß die Schmelztemperatur T₄ unterhalb der Diffusionstemperatur T₁ liegt, und Auflegieren der vorgenannten Elektrode bei einer Legierungstemperatur T₅, welche unterhalb der Legierungstemperatur der erstgenannten Legierungselektrode T₃ und oberhalb der Schmelztemperatur T₄ der zweiten Legierungselektrode liegt, zwecks Erzielung eines zweiten pn-Übergangs im Halbleitergrundkörper.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskontakt bei einer Temperatur, die unterhalb der Legierungstemperatur T₃ liegt, angeschmolzen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Legierungselektrode und der Basiskontakt gleichzeitig bis zur Legierungstemperatur T₃ erhitzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Goldschicht an der Stelle des Halbleiters, an der die zweite Legierungselektrode aufgebracht wird, zuvor aufgedampft wurde.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kollektor bildende zweite pn-übergang genau unterhalb des den Emitter bildenden diffundierten ersten pn-Übergangs liegt und sich die Projektion des diffundierten ersten pn-Übergangs innerhalb der Begrenzung des zweiten pn-Übergangs befindet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit wenigstens einer Aushöhlung versehen ist, die von dickeren, angrenzenden Teilen des Plättchens zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit umgeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte, aus Aktivatormaterial bestehende Schicht etwa 0,25 bis 2,5 μ stark ist und die erste Legierungselektrode nur auf einer kleinen Fläche der aufgedampften, geschmolzenen Aktivatorschicht angebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der ersten Legierungselektrode so gewählt wird, daß zwar ein Ohmscher Kontakt auf der aufgedampften Aktivatorschicht entsteht, der größte Teil dieser geschmolzenen Aktivatorschicht jedoch frei bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung T 6752 VIII c/2Ig (bekanntgemacht am 28. 1. 1954);

USA.-Patentschrift Nr. 2 695 852;

Proc. IRE, Bd. 40, November 1952, S. 1341/1342:

RCA-Rev., März 1956, S. 39;

Zs. f. El. Chem., Bd. 58, 1954, S. 314;

B.S.T.J., 1956, S. 23.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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