DE1029483B - Verfahren zur Herstellung von npn- oder pnp-Transistoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Halbleiterverstärkern vom npn- bzw. pnp-Typ.

Ziel der Erfindung ist ein verbesserter Halbleiterverstärker, welcher leistungsfähig und stabil im Betrieb ist und der, verglichen mit bekannten Transistoren, verhältnismäßig einfach mit Präzision und gemäß den vorgegebenen Anforderungen herzustellen ist.

Die durch Kristallwachstum hergestellten Halbleiterverbindungen zeigen bekanntlich bei einem Transistor bedeutsame Vorteile, ganz besonders den Vorteil geringen Rauschens und hoher Spannungsbelastung. Andererseits sind Halbleiterverstärker dieses Typs schwierig mit Präzision und nach einem vorgegebenen Entwurf herzustellen, hauptsächlich wegen mechanischer und herstellungstechnischer Schwierigkeiten, die bei der Befestigung elektrischer Verbindungen an den Kristallschichten auftreten. Die Erfindung sucht die Vorteile, welche der Verwendung von gezogenen pn-Verbindungen eigen sind, ohne diese Herstellungsschwierigkeiten zu erlangen.

Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterverstärkers erfolgt in folgenden Schritten. Erfindungsgemäß wird in einem halbleitenden Grundkörper auf an sich bekannte Weise ein pn-übergang erzeugt, dann der besagte Halbleiterkörper anschließend so lange elektrolytisch geätzt, bis durch die unterschiedlich starke Abätzung des p- und n-Typ-Materials und den daraus resultierenden stufenförmigen Absatz die genaue Lage des pn-Überganges im Halbleitergrundkörper zu erkennen ist, und zumindest eine weitere Sperrschicht, welche als Emitterschicht dient, auf einer der beiden der zuerst vorhandenen Sperrschicht gegenüberliegenden, in der p- oder η-Zone des Halbleiterkörpers befindlichen Seiten durch Auflegieren von Störstellen erzeugt, wobei der vorgegebene Abstand zwischen den beiden Sperrschichten durch entsprechendes Abtragen von Halbleitermaterial auf der Seite der Legierungsschicht, z. B. durch ein Bohrloch der gewünschten Tiefe, erzielt wird.

Vorzugsweise wird die durch Legierung gebildete Sperrschicht am Boden einer Aussparung oder eines Bohrloches in vorgegebenem Abstand von der durch Kristallwachstum hergestellten Verbindung erzeugt, wobei die Legierungssperrschicht durch Einsetzen eines Kügelchens von gewünschtem Legierungsmaterial auf den Boden des Bohrloches bzw. der Aussparung und anschließende Erhitzung gebildet wird. Diese Lage der Legierungs- oder Emittersperrschicht hat den Vorteil, daß sie ohne große Schwierigkeiten das Anlöten von Zuleitungen ermöglicht, die an der Legierungssperrschicht angebracht werden müssen. Dies hat seinen Grund darin, daß die Legierungssperrschicht physikalisch von den Punkten, an denen Verfahren zur Herstellung
von npn- oder pnp-Transistoren

Anmelder:

Marconi's Wireless Telegraph Company
Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. Januar und 21. Dezember 1954

lan George Archie Cressell,

Black Notley, Braintree, Essex (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

die Lötverbindungen angebracht werden, dadurch getrennt ist, daß sie sich auf dem Boden des Bohrloches bzw. der Aussparung befindet, so daß keine großen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, um zu verhindern, daß der Lötvorgang die Legierungssperrschicht verdirbt.

Die durch Kristallwachstum erzeugte pn-Schicht kann auf irgendeine an sich bekannte Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann sie durch den sogenannten Ziehvorgang erzeugt werden, bei welchem ein Impfkristall bei einer erhöhten Temperatur aus der Schmelze gezogen wird. Sie kann auch durch das sogenannte horizontale Zonenschmelzverfahren hergestellt werden, welches darin besteht, daß ein Impfkristall eines bestimmten Typs (η-Typ) mit einem Barren des anderen Typs (p-Typ) in Kontakt gebracht wird, anschließend durch Wärmeaufwand die beiden Bestandteile in bekannter Weise verschmolzen werden und dann die heiße Zone langsam durch den Barren hindurchbewegt wird. Diese beiden Prozesse sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird im folgenden auf die beigefügten Abbildungen Bezug genommen, welche verschiedene Zustände der Methode schematisch wiedergeben. Die Abbildungen und die Beschreibung beziehen sich auf die Herstellung eines npn-Transistors mit einer durch Legierungsbildung erzeugten Emittersperrschicht unter Anwendung von

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Antimon. Wie später deutlich wird, kann die Er- rungs- oder Emittersperrschicht gebildet wird. Für findung jedoch in entsprechender Weise auch zur Her- die Zuleitungen zu dieser Sperrschicht sind Goldstellung eines pnp-Transistors angewendet werden drähte 6 vorgesehen, von denen der eine mit dem mit einer durch Legierungsbildung erzeugten Emitter- Antimon und der andere an einem flachen Anschlußsperrschicht, beispielsweise unter Anwendung von 5 ring 7, welcher auf der geschliffenen Fläche 4 aufIndium, liegt und das Bohrloch umgibt, festgelötet wird. Auf Unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeich- diese Weise ergibt sich eine gute und verhältnismäßig nung besteht der erste Schritt des Verfahrens in der niederohmige Verbindung mit der Basis der Emitter-Erzeugung eines Übergangs zwischen p- und η-leiten- sperrschicht.

dem Material im Inneren eines Probestücks auf irgend- io Da sich die Legierung auf dem Boden des Bohr' eine bekannte Weise, beispielsweise durch die Zieh- loches befindet, ist ersichtlich, daß eine ausreichende methode oder das Zonenschmelzverfahren. In Abb. 1 physikalische Trennung von dem Basisanschluß geist dieser pn-übergang, welcher durch die gestrichelte geben ist, wodurch gewährleistet ist, daß bei seiner Linie 1 dargestellt ist, eben ausgebildet, wobei das Festlötung die Legierungssperrschicht nicht ve#fcrp-Typ-Material durch das Bezugszeichen P und das 15 ben wird.

n-Typ-Material durch das Bezugszeichen N bezeich- Der Emitter wird dann wieder mit einer Mischung

net ist. Die Abmessungen des Probestücks sind natür- aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure geätzt, um lieh je nach Wunsch beliebig; als Beispiel sei an- ihn zu reinigen und anschließend beispielsweise mit genommen, daß seine Länge ungefähr 4 mm beträgt einer wäßrigen Lösung Äthylalkohol und Tetrachlor- und ein quadratischer Querschnitt mit einer Seiten- 20 kohlenstoff gewaschen. "

länge von 2 mm vorliegt. Wie ohne weiteres einleuch- Die Emitterverbindung und ihre Zuleitungen wertet, ist es außerordentlich schwierig, genau zu lokali- den jetzt in eine geeignete Schutzsubstanz eingebettet, ' sieren, wo sich die Sperrschicht in einem Probestück, die mit 8 bezeichnet ist, beispielsweise ein Silikonwie in Abb. 1 dargestellt, befindet, und dieser Um- harz. Dann wird die durch Kristallwachstum erzeugte stand hat bisher zu großen Schwierigkeiten bei der 25 Kollektor-Sperrschicht 1 einer letzten elektrolytisches Produktion von Transistoren geführt. Bei der Aus- Ätzung unterworfen (dies ist eine Wiederholung der führung der vorliegenden Erfindung jedoch wird das bereits beschriebenen elektrolytischen Ätzung und Probestück (Abb. 1) einer elektrolytischen Ätzung wird ausgeführt, um bei den verschieden aufeinanderunterworfen. Der Elektrolyt kann z. B. KOH oder folgenden Herstellungsstufen zu gewährleisten, daß H₂O₂ sein, und es kann eine Stromdichte von unge- 30 diese Sperrschicht nicht zum Teil verunreinigt bleibt) fähr 1 Milliampere pro qcm benutzt werden, wobei und ein Kollektor-Anschluß 9 festgelötet. Nach der ; der Strom mit Hilfe von nicht gezeigten Verbindungs- anschließend vorgenommenen Waschung wird die klemmen, die vorübergehend an dem p- und η-leiten- ganze Anordnung mit einem geeigneten Schutzmateden Material angebracht sind, durch das Probestück rial imprägniert, beispielsweise mit einem Silikongeleitet wird. Die elektrolytische Ätzung verursacht 35 harz, dessen Aushärtungstemperatur niedriger ist als die Abtragung des Materials von den p- und η-leiten- diejenige des mit 8 bezeichneten Materials, den Teilen des Probestücks mit wesentlich unter- Es leuchtet ein, daß bei diesem Herstellungsver-

schiedlicher Geschwindigkeit, und demgemäß wird ein fahren die Lage der zuerst erzeugten Sperrschicht sichtbarer Absatz in der Ebene der Sperrschicht er- genau bestimmt werden kann, da sie durch den Ätzzeugt. Dies ist in Abb. 2 gezeigt, wo der Absatz 40 prozeß sichtbar wird. Ebenso kann der Ort der durch (stark übertrieben dargestellt) mit 2 bezeichnet ist. Legierungsbildung erzeugten Sperrschicht mit großer

Anschließend wird das gesamte p-Material ober- Präzision relativ zu der ersten Sperrschicht festgelegt halb einer Ebene, die sich in vorbestimmtem Abstand werden. Der ganze Transistor kann ohne ernsthafte beispielsweise Va mm von der Verbindung befindet, Herstellungsschwierigkeiten gemacht werden und ist d. h. auf der von dem n-Typ-Material abgekehrten 45 gut nach einem vorgegebenen Entwurf reproduzier-S ei te, entfernt, und in dem übrigbleibenden Teil des bar. Auf diese Weise wird nach dem erfindungsp-Materials wird eine Aussparung oder ein Bohrloch gemäßen Verfahren ein Transistor erhalten, dessen angebracht, wie in Abb. 3 mit 3 bezeichnet. Diese Charakteristik die Kombination einer durch Kristall-Aussparung oder Bohrung kann auf übliche Weise wachstum erzeugten Sperrschicht und einer Legiedurch Ultraschallbohrung hergestellt werden, d. h. 50 rungssperrschicht darstellt, wobei die zuerst erzeugte mittels eines elektrisch vibrierenden Gliedes, welches Sperrschicht durch elektrolytische und daher unterz. B. auf magnetostriktivem Wege auf Ultraschall- schiedliche Ätzung der Materialien zu beiden Seiten frequenz erregt wird und wobei mit einem passenden derselben sichtbar wird.

Schleifmittel gearbeitet wird. Das Verfahren der Obgleich bei der dargestellten und beschriebenen

Ultraschallbohrung ist natürlich an sich wohl be- 55 Anordnung nur zwei Sperrschichten vorhanden sind kannt. Die Bohrung wird so lange fortgesetzt, bis der und der Anschluß 9 üblicherweise den Kollektor dar- " Boden des Bohrloches 3 sich in einem gewünschten stellt, ist es möglich, eine zweite Legierungssperrvorgegebenen Abstand von der Ebene der Sperr- schicht auf der anderen Seite der Sperrschicht 1 vor- Λ schicht 1 befindet, beispielsweise 0,05 mm von dieser zusehen, die der bereits beschriebenen ähnlich ist. We .·-; entfernt ist. Die flache Stirnseite rund um das Bohr- 60 ist möglich, unterhalb der Sperrschicht 1 in Abb. 4 loch herum wird dann gut glattgeschliffen. Diese eine Anordnung vorzusehen, welche der darüber anFläche ist in der Abb. 3 mit 4 bezeichnet. Der Boden geordneten genau gleich ist und zu dieser in spiegel- und die Wand des Bohrloches werden dann durch bildlicher Beziehung steht. Hierdurch wird ein Dop-Ätzen mit Hilfe eines passenden Mittels gereinigt, pel- oder Kaskadentransistor erhalten. z. B. mit einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure 65 Wie bereits festgestellt, ist das vorliegende Ver- und Salpetersäure. fahren sowohl zur Herstellung von pnp-Transistorön

Jetzt wird ein Kügelchen 5 aus Antimon (Abb. 4) als auch zur Herstellung von npn-Transistoren as- ; in das Bohrloch gelegt und ungefähr 10 Minuten lang wendbar. Die Herstellungsmethode ist in diesem Fall¹!*; auf etwa 550° C erhitzt, um zu bewirken, daß das dem Wesen nach die gleiche wie oben beschrieben, obi-φ Antimon mit dem p-Material legiert und die Legie- 7° wohl natürlich das Antimon für die Legierung bz«r. ■

die Emittersperrschicht durch angemessene andere Materialien, vorzugsweise Indium, ersetzt wird. Die Abb. 5, 6 und 7 geben in derselben Weise wie die vorhergehenden Abbildungen die Anwendung der Erfindung auf einen pnp-Transistor wieder, wobei dieselben Bezugszeichen überall für dieselben Teile benutzt sind. Zu Abb. 5 ist zu bemerken, daß durch die elektrolytische Ätzung, welche das ρ-Typ-Material schneller als das n-Typ-Material abträgt, ein Vorsprung erzeugt wird, der umgekehrt ist zu dem in Abb. 2. In Abb. 7 ist mit 10 das Indium bezeichnet, welches zur Herstellung der Legierungssperrschicht dient.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von npn- oder pnp-Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß in einem halbleitenden Grundkörper auf an sich bekannte Weise ein pn-übergang erzeugt wird, daß der besagte Halbleiterkörper anschließend so lange elektrolytisch geätzt wird, bis durch die unterschiedlich starke Abätzung des p- und n-Typ-Materials und den daraus resultierenden stufenförmigen Absatz die genaue Lage des pn-Überganges im Halbleitergrundkörper zu erkennen ist, und daß zumindest eine weitere Sperrschicht, welche als Emittersperrschicht dient, auf einer der beiden der zuerst vorhandenen Sperrschicht gegenüberliegenden, in der p- oder η-Zone des Halbleiterkörpers befindlichen Seiten durch Auflegieren von Störstellen erzeugt wird, wobei der vorgegebene Abstand zwischen den beiden Sperrschichten durch entsprechendes Abtragen von Halbleitermaterial auf der Seite der Legierungsschicht, z. B. durch ein Bohrloch der gewünschten Tiefe, erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Legierungsschicht am Grunde einer Vertiefung bzw. Aussparung oder Bohrloch ein Kügelchen des gewünschten Legierungsmaterials auf den Boden der Vertiefung gelegt und derart erhitzt wird, daß das Legierungsmaterial mit dem Grundmaterial, aus welchem der Halbleiterkörper besteht, legiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Vertiefung durch Ultraschallbohrung erzeugt wird, wobei die Bohrung so lange fortgesetzt wird, bis der Boden des Bohrloches sich in einem gewünschten vorgegebenen Abstand von dem zuerst erzeugten pn-übergang befindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Bildung der Legierungssperrschicht und Befestigung der erforderlichen Zuleitungen und Anschlüsse die Legierungssperrschicht und die Punkte, an welchen die Zuleitungen befestigt sind, in eine Schutzsubstanz, beispielsweise ein Kunstharz, eingebettet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Befestigung der Kollektorelektrode die ganze Vorrichtung in eine weitere Schutzumhüllung, beispielsweise ein Kunstharz, eingeschlossen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 013 794;
Phys. Rev., Bd. 74 (1948), S. 230.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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