DE1170555B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-bauelements mit drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1170 555

Aktenzeichen: S 49673 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 23. Juli 1956

Auslegetag: 21. Mai 1964

Eine bekannte Transistoranordnung mit drei Zonen von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp besitzt die Eigenschaft, daß die mittlere Basiszone gegenüber den benachbarten Emitter- und Kollektorzonen des Transistors vorspringt und an der hierdurch zusätzlich gewonnenen Oberfläche die Kontaktierung der Basiszone angebracht ist. Eine solche Kontaktierung an einer durch teilweise Abtragung einer Zone eines Halbleiterkörpers zusätzlich gewonnenen Oberfläche erscheint insbesondere dann von erheblicher Bedeutung, wenn es sich um Kontaktierung einer ebenfalls an sich bekannten Halbleiteranordnung handelt, die aus einem Halbleiterkristall von einem Leitungstyp besteht, an dessen Oberfläche durch Diffusion zwei unmittelbar übereinander angeordnete, insbesondere durch gleichzeitige Diffusion entstandene Zonen, nämlich eine p- und n-Zone, derart angeordnet sind, daß der gesamte Halbleiterkörper eine p-n-p- oder n-p-n-Struktur besitzt. Es erscheint also auch in diesem Falle als zweckmäßige Maßnahme, einen Teil der durch Diffusion entstandenen Halbleiterzonen zu entfernen, um die hierdurch frei werdende Oberfläche der darunterliegenden Zonen an der freigelegten Stelle kontaktieren zu können.

Im Interesse hoher Betriebsfrequenzen und auch aus anderen Gründen erscheint ein Halbleiterbauelement mit drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, bei dem zwei äußere benachbarte eindiffundierte Zonen im Vergleich zur dritten Zone sehr dünn ausgebildet sind, bei der ferner die Flächengröße der Zonen in Richtung auf die dicke Zone stufenartig zunimmt und bei dem das freie Oberflächenstück der zweiten Zone mit einer ohmschen Kontaktelektrode versehen ist, als besonders günstig. Die beiden dünnen Zonen können als Emitter und Basis eines Transistors geschaltet werden und führen dann zu dem Vorteil einer sehr hohen Betriebsfrequenz und zu günstigen Verstärkungsverhältnissen.

Bei der Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements ergibt sich die Aufgabe, die dünnen, durch Diffusion erzeugten Oberflächenzonen stufenartig abzutragen, um eine Möglichkeit einer günstigen Kontaktierung für die mittlere Zone zu erhalten. Dies geschieht zweckmäßig durch entsprechende Ätzbehandlung, die jedoch der Tatsache, daß zwei übereinanderliegende sehr dünne Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp abzutragen sind, Rechnung tragen muß. So kann z. B. ein bekanntes Verfahren für elektrolytische Abtragung von Halbleiterkörpern mit einer dicken Zone des einen Leitungstyps und Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit drei Zonen abwechselnd
entgegengesetzten Leitungstyps

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. Heinz Dorendorf, München 5

einer angrenzenden dünnen Zone von entgegengesetztem Leitungstyp, bei dem eine sehr dünne und eine dickere Zone aneinandergrenzen und beide Zonen verschiedene Leitfähigkeit besitzen und bei dem die dicke Zone unter Verwendung einer üblichen Maskierung der Halbleiteroberfläche abgetragen wird, indem sie auf einem höheren Potential als die dünne Zone gehalten wird, nicht ohne zusätzliche Maßnahmen angewendet werden.

Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, bei dem zwei äußere benachbarte, eindiffundierte Zonen im Vergleich zur dritten Zone sehr dünn ausgebildet sind, bei dem die Flächengröße der Zonen in Richtung auf die dicke Zone stufenartig zunimmt und bei dem das freie Oberflächenstück der zweiten Zone mit einer ohmschen Kontaktelektrode versehen ist. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein Teil der Oberfläche der ersten Zone mit der kleinsten Fläche, insbesondere die Mitte, mit einem Lötfleck versehen und dann der Halbleiterbereich um den Lötfleck mit einer Schutzschicht gegen Ätzmittel überzogen wird, daß dann so lange geätzt wird, bis der nicht bedeckte Teil der ersten Zone entfernt und die zweite Zone freigelegt ist, daß nachfolgend die Schutzschicht auch über einen Teil der zweiten Zone ausgedehnt wird, der zur Kontaktierung ausreicht, daß dann der nicht geschützte Teil der zweiten Zone und ein Teil der dritten Zone so abgeätzt wird, daß die erste und zweite Zone eine Erhöhung bilden, und daß schließlich die Schutzschicht entfernt wird und die zweite und dritte Zone kontaktiert werden.

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Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem folgenden Ausführungsbeispiel hervor, wobei der anzustrebende Aufbau in der Figur dargestellt ist. Hier ist im unteren Bildteil eine dicke Schicht 3 eines n-Germaniumhalbleiterkristalls gezeigt, die als Kollektor wirkt, darüber ist eine p-Schicht 4 angeordnet, die als Basis wirkt, und darauf wiederum eine kleinere n-Schicht 5, die als Emitter vorgesehen ist. In die Basis 4 ist ein Draht 6 einlegiert, der vorteilhaft aus Gold mit etwa l°/o Gallium bestehen kann. Die Emitterschicht 5 wird mit einem Lötmittel 1, z. B. Lötzinn, kontaktiert, die mit einem geeigneten Draht 7, beispielsweise einem Kupferdraht, verbunden ist. In ähnlicherWeise kann die dicke n-Schicht 3, Es ist zwar bekannt, daß man die dünne mittlere Zone des Halbleiterkristalls kontaktieren kann, indem man eine mit den beiden äußeren Zonen beim Einlegieren einen sperrenden pn-übergang bildende Metallelektrode verwendet und diese Elektrode durch eine der beiden äußeren Zonen bis zur mittleren oder noch weiter hindurchlegiert. Dies hat jedoch den Nachteil, -daß trotz des sperrenden pn-Überganges Stromfluß aus den äußeren Zonen, z. B. der Emitterzone, ohne den Weg über den Emitter-Basispn-Übergang zu nehmen, in die Basiselektrode stattfinden kann. Dadurch werden die Stromverstärkungen eines solchen Transistors und auch die übrigen elektrischen Eigenschaften mitunter stark beein-

beispielsweise über eine Lötstelle 2, durch einen 15 trächtigt, so daß der Vorteil der einfachen Kontaktie-Kupferdraht 8 angeschlossen sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Transistors wird beispielsweise in der folgenden Weise durchgeführt:

In einem η-leitenden Kristall aus Germanium wird beispielsweise durch Diffusion aus der Gasphase im Oberflächenbereich eine p- und darauf eine weitere n-Oberflächendiffusionsschicht erzeugt. Die obere n-Schicht erhält einen Lötfleck von beispielsweise 0,3 mm Durchmesser. Dieser und ein kleiner Randbezirk werden durch ein geeignetes Mittel abgedeckt und der übrigbleibende Kristall geätzt. Die Dauer einer Ätzung kann beispielsweise jeweils 5 Sekunden betragen und je nach den Verhältnissen entsprechend wiederholt werden. Die Ätzung wird so lange fortgesetzt, bis die nicht abgedeckte Oberflächenn-Schicht vollkommen entfernt ist. Dieser Zeitpunkt kann durch Prüfung der Thermospannung festgelegt werden, die zwischen einer heißen Spitze, die auf die Oberfläche des Halbleiterkristalls aufgesetzt wird, und einer Unterlage, auf der die untere n-Schicht aufliegt, auftritt. Ist die Oberflächen-n-Schicht bis auf den beschriebenen Bereich abgeätzt, so wird nunmehr ein größerer Umgebungsbereich mit einer säurebeständigen Maske versehen und das Ätzen wie vorher wiederholt. Auf diese Weise läßt sich der unerwünschte Rest der als Basis wirkenden p-Schicht entfernen. Wie schon im vorhergehenden beschrieben, wird dann der mit Gallium legierte Golddraht mit der freigelegten p-Schicht in Kontakt gebracht, Vorzugsweise in diese einlegiert, und auf die vorhandenen Lötflecke, die auf den äußeren beiden n-Schichten angebracht sind, können Elektroden aufgesetzt werden.

Entsprechend der Lehre der Erfindung hergestellte Transistoren vermeiden nicht nur die bei bekannten Transistoren mit dünnen Basis- und Emitterzonen leicht auftretenden Schwierigkeiten bei der Kontaktierung der Basis und eignen sich besonders gut für den Betrieb bei hohen Frequenzen. Der Sperrstrom zwischen Basis und Emitter ist sehr gering, so daß sich eine vorteilhafte Sperrkennlinie ergibt, die — insbesondere wenn der Transistor für Schaltzwecke verwendet wird — von Bedeutung ist. Bei rung durch Hindurchlegieren der Basiselektrode durch die Emitterschicht durch erhebliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Transistors erkauft wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, bei dem zwei äußere benachbarte, eindiffundierte Zonen im Vergleich zur dritten Zone sehr dünn ausgebildet sind, bei dem die Flächengröße der Zonen in Richtung auf die dicke Zone stufenartig zunimmt und bei dem das freie Oberflächenstück der zweiten Zone mit einer ohmschen Kontaktelektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche der ersten Zone mit der kleinsten Fläche, insbesondere die Mitte, mit einem Lötfleck versehen und dann der Halbleiterbereich um den Lötfleck mit einer Schutzschicht gegen Ätzmittel überzogen wird, daß dann so lange geätzt wird, bis der nicht bedeckte Teil der ersten Zone entfernt und die zweite Zone freigelegt ist, daß nachfolgend die Schutzschicht auch über einen Teil der zweiten Zone ausgedehnt wird, der zur Kontaktierung ausreicht, daß dann der nicht geschützte Teil der zweiten Zone und ein Teil der dritten Zone so abgeätzt wird, daß die erste und zweite Zone eine Erhöhung bilden, und daß schließlich die Schutzschicht entfernt wird und die zweite und dritte Zone kontaktiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der abgetragenen Schichten und die Zonen verschiedener Leitfähigkeit durch Prüfung der am Halbleiterkörper liegenden Thermospannung mittels heißer Spitzensonden ermittelt und dadurch die Abtragung gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 814487; deutsche Patentanmeldung W 12161 VIIIc/21g

entsprechend geringer Stärke der Basiszone können 60 (bekanntgemacht am 16. 6. 1954);

die Transistoren, die entsprechend der erfindungs- österreichische Patentschrift Nr. 183 111;

gemäßen Lehre hergestellt sind, bis zu Grenzfrequen- belgische Patentschrift Nr. 546 222;

zen von 20 MHz und mehr verwendet werden. britische Patentschrift Nr. 753 133.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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