DE1090326B - Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit drei Zonen aus verschiedenen Halbleitermaterialien abwechselnden Leitungstyps - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Halbleiteranordnungen, insbesondere Transistoren mit drei Zonen abwechselnden Leitungstyps.

Die bekannten Flächentransistoren werden aus den halbleitenden Elementen Germanium oder Silizium oder aus intermetallischen Verbindungen hergestellt und haben Zonen vom p-Typ und vom η-Typ, die jeweils Störstoffe vom p-Typ oder η-Typ in bestimmter Menge enthalten. Je nach der Schichtenfolge unterscheidet man n-p-n- oder p-n-p-Transistoren.

Diese bekannten Transistoren sind jedoch nicht für alle Verwendungszwecke geeignet. In vielen Fällen sind Halbleiteranordnungen erforderlich, die einen hohen Kollektorwiderstand bei geringem Kollektorstrom aufweisen und die bei hohen Temperaturen betrieben werden können.

Zur Erzielung dieser vorteilhaften Eigenschaften bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit drei Zonen aus verschiedenen Halbleitermaterialien abwechselnden Leitungstyps. Bei diesem Verfahren wird erfindungsgemäß auf einem als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper aus η-Silizium eine als Basiszone dienende Schicht aus p-Silizium durch Eindiffundieren von Störstoffen in den Halbleiterkörper erzeugt, auf die Basiszone wird eine als Emitterzone dienende n-Germaniumschicht aufgebracht, und die n-Germaniumschicht wird durch einen Erhitzungsvorgang teilweise in die p-Siliziumzone eindiffundiert.

Es sind zwar bereits Trockengleichrichter bekannt, die aus verschiedenen Halbleitermaterialien, wie Selen, Kadmiumsulfid und Wismutselenid abwechselnden Leitungstyps, bestehen, jedoch ist kein Herstellungsverfahren für solche Trockengleichrichter angegeben. Transistoren lassen sich aus diesen Halbleitern nicht ohne weiteres herstellen.

Es ist weiter bekannt, elektrische Halbleiteranordnungen aus einem Gemisch von Silizium und Germanium aufzubauen. Diese weisen aber nicht die vorteilhaften Eigenschaften auf wie die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnungen.

Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Halbleiteranordnungen bekannt, bei dem Schichten verschiedenen Halbleitermaterials mit wenig unterschiedlichem Schmelzpunkt durch Ankristallisieren miteinander verbunden werden. Auf diese Weise lassen sich jedoch nicht Halbleiteranordnungen aus Schichten von Silizium und Germanium herstellen.

Schließlich sind Transistoren mit drei Schichten abwechselnden Leitungstyps bekannt, bei denen die mittlere Schicht beispielsweise aus Silizium besteht, während die beiden äußeren Schichten aus einem anderen Verfahren zur Herstellung

eines Transistors mit drei Zonen

aus verschiedenen Halbleitermaterialien

abwechselnden Leitungstyps

Anmelder:

International Standard

Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 22. März 1957

Yasuo Nannichi, Tokio,
ist als Erfinder genannt worden

Halbleiter, beispielsweise aus Germanium, bestehen. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schichtenfolge gemäß der Erfindung ist ebenfalls nicht angegeben.

Die Schichtenfolge der Halbleiteranordnung, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist, unterscheidet sich grundsätzlich von der Schichtenfolge aller bekannten Halbleitervorrichtungen. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird nämlich eine Halbleiteranordnung erhalten, bei der die beiden äußeren Zonen gleichen Leitungstyps aus verschiedenem Halbleitermaterial, nämlich Silizium und Germanium, bestehen, während die mittlere Basiszone aus zwei Schichten besteht, nämlich einer p-Siliziumschicht und einer Germanium-Silizium-Schicht. Infolge dieses grundsätzlichen anderen Schichtenaufbaues weisen die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnungen gegenüber den bekannten Halbleiteranordnungen die weiter unten beschriebenen Vorteile auf.

Das Verfahren zur Herstellung von Transistoren gemäß der Erfindung soll im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und im Hinblick auf die Fig. 1 bis 3 näher beschrieben werden.

Zunächst wird ein Siliziumstück 3 vom η-Typ einer Oberflächenbehandlung unterworfen und dann mehrere Minuten lang mit einem Störstoff vom p-Typ auf 1200° C erhitzt. Als Störstoff kann z. B. Aluminium

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verwendet werden. Die Erhitzung wird in einem inerten Gas, z. B. in Argon, vorgenommen. Auf dem Siliziumstück 3 bildet sich dabei eine Schicht 2 vom p-Typ. . . - -

Ein Teil der Schicht 2 vom p-Typ wird mit einer S Maske 4 abgedeckt und die Schicht 2 durch Aufdampfen im Vakuum mit einer Schicht 1 aus Germanium überzogen, das eine geringe Menge Antimon enthält. Darauf wird nochmals eine Wärmebehandlung in Argon vorgenommen. Danach wird die mit der Maske 4 teilweise abgedeckte Fläche mit Wachs oder einem anderen geeigneten Überzug versehen und der Halbleiterkörper einer Ätzbehandlung unterworfen. Der nach dem Ätzen erhaltene Transistor hat beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte Form. Mit 4' ist der Teil der Oberfläche bezeichnet, der vorher durch die Maske 4 abgedeckt war.

Die Kollektorzone 3 des so erhaltenen Halbleiterkörpers wird nun mittels des Lotes 6 an der Platte 5 angelötet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Platte 5 wird mit einer Kollektorzuleitung versehen, die in der Fig. 3 nicht eingezeichnet ist.

Auf dem mit 4' bezeichneten Teil der Oberfläche wird ein Aluminiumdraht 2' aufgesetzt und durch einen Stromstoß mit der darunterliegenden Schicht verschweißt, so daß er als Basiselektrode dienen kann. Die Emitterkontaktelektrode wird von einem Draht aus Gold-Antimon 1' gebildet, der auf der Emitterzone 1 aufgesetzt und mittels eines Stromstoßes mit diesem verschweißt wird.

Wenn die Befestigung des Gold-Antimon-Drahtes ■während der zweiten Hälfte der Vakuumaufdampfung des Germaniums vorgenommen wird, so wird auf der Oberfläche der Emitterzone 1 eine Schicht mit sehr geringem spezifischem Widerstand erhalten, so daß der Widerstand der Emitterelektrode sehr niedrig ist.

Ein solcher Transistor, dessen Emitterzone 1 aus Germanium vom η-Typ und dessen Kollektorzone 3 aus Silizium vom η-Typ besteht, während die Basiszone 2 vom p-Typ aus beiden Elementen besteht, d. h. aus Germanium und Silizium, hat die Vorteile eines Silizium-Transistors, d. h., der Kollektorstrom ist gering, während der Kollektorwiderstand hoch ist, und das Temperaturverhalten ist so gut, daß die Halbleiteranordnung bei hohen Temperaturen verwendet ⁴^ werden kann. Infolgedessen kann die Halbleiteranordnung kleiner gehalten werden als ein Germanium-Transistor für die gleiche Leistung. Dabei werden aber bei der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung die Nachteile des Silizium-Transistors vermieden, nämlich die geringe Emitterwirksamkeit und die Schwierigkeiten beim Anbringen einer Emitterkontaktelektrode. Außerdem wird ein großes Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangswiderstand erzielt, so daß ein größerer Leistungsgewinn erzielt wird. Bei den bekannten p-n-p-Transistoren, die durch Diffusion hergestellt sind, ist auch das Anbringen einer Kontaktelektrode an der dünnen Basiszone schwierig, während bei den Transistoren gemäß der Erfindung auch in dieser Hinsicht keine Schwierigkeiten vorhanden sind.

Wie oben beschrieben, können so Transistoren hergestellt werden, die eine Anzahl von Vorteilen aufweisen, welche auch im Betriebe aufrechterhalten werden können. Auf diese Weise werden die Nachteile einer Halbleiteranordnung durch eine andere ausgeglichen. Weitere Vorteile werden durch Änderung des Verhältnisses der zwei oder mehr Halbleitermaterialien, die zum Aufbau der Halbleiteranordnung verwendet werden, erzielt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Transistors mit drei Zonen aus verschiedenen Halbleitermaterialien abwechselnden Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper aus η-Silizium eine als Basiszone dienende Schicht aus p-Silizium durch Eindiffundieren von Störstoffen in den Halbleiterkörper erzeugt wird, daß auf die Basiszone eine als Emitterzone dienende n-Germaniumschicht aufgebracht wird und daß die n-Germaniumschicht durch einen Erhitzungsvorgang teilweise in die p-Siliziumzone eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erzeugung der Zone aus p-Silizium auf dem Halbleiterkörper aus η-Silizium die p-Siliziumzone teilweise mit einer Maske abgedeckt wird, daß durch Aufdampfen im Vakuum die n-Germaniumschicht aufgebracht wird, daß nach dem Erhitzungsvorgang zur teilweisen Eindiffusion des η-Germaniums in das p-Silizium Teile der Oberfläche der n-Germaniumschicht abgedeckt werden, daß der Halbleiterkörper aus n-Silizium teilweise durch Ätzen freigelegt und nach Entfernen der Abdeckung und der Maske jede Zone mit einer Kontaktelektrode versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Kontaktelektroden Störstoffe oder Legierungen von Störstoffen vom gleichen Leitungstyp wie die entsprechende Zone zugesetzt werden und daß sie durch Verschweißen mittels eines Stromstoßes mit den entsprechenden Zonen verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode der aufgedampften n-Germaniumschicht während der letzten Phase des Aufdampfvorganges angebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktelektroden an der n-Siliziumzone eine Metallplatte angelötet, an die p-Siliziumzone ein Aluminiumdraht und an die n-Germaniumzone ein Draht aus Gold-Antimon angeschweißt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 814 487, 868 354,
378;

deutsche Auslegeschrift S 32506 VIIIc/21 g (bekanntgemacht am 12. 1. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 610/304 9.60