DE1271841B

DE1271841B - Verfahren zum Herstellen eines Galliumarsenid-Transistors

Info

Publication number: DE1271841B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: George Richard Antell
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1964-07-14
Filing date: 1965-07-06
Publication date: 1968-07-04
Also published as: GB1037199A; CH432662A; US3352725A; BE666784A; FR1439728A; NL6508999A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl: 21g-11/02

Nummer: 1271841

Aktenzeichen: P 12 71 841.1-33 (St 24092)

Anmeldetag: 6. Juli 1965

Auslegetag: 4. Juli 1968

Als Dotierungsmaterialien für Galliumarsenid sind unter anderem Zink, Cadmium (Akzeptormaterialien) und Silicium (Donatormaterial) bekannt, wobei die Eindiffusion von Silicium unter Arsendampfdruck erfolgen kann (vgl. »Proc. of the Physical Society«, Bd. 73 [1959], S. 622 bis 627). Auch bei der Herstellung von Galliumarsenid-Tunneldioden wurden nach »Proc. of the IRE«, August 1960, S. 1405 bis 1409, Zink oder Cadmium als Akzeptormaterial verwendet.

Andererseits sind aus der deutschen Patentschrift 976 348 und aus der französischen Patentschrift 1163 048 legierte Transistoren bekannt, bei denen auf ein Halbleiterplättchen des einen Leitungstyps kleine Pillen von umdotierendem Material aufgeschmolzen werden. Aus »Proc. of the IRE«, September 1960, S. 1642 und 1643, ist ein Legierungstransistor bekannt, bei dem nach dem Legieren das umdotierende Material durch eine zusätzliche Wärmebehandlung in das Halbleiterplättchen weiter eindiffundiert wird.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Galliumarsenid-Transistors durch Eindiffusion von Zink oder Cadmium als Dotierungsstoffe der Basiszone und von Silicium als ag Dotierungsstoff der Emitterzone in einen n-leitenden Galliumarsenidkörper, wobei während der Diffusion des Siliciums ein Arsendampfdruck aufrechterhalten wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein möglichst einfaches und leicht zu handhabendes Verfahren zum Herstellen eines solchen Galliumarsenid-Transistors anzugeben. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Mischung von Siliciumdioxyd und Zinkoxyd oder eine Mischung von SiIiciumdioxyd und Cadmiumoxyd in Form einer Oberflächenschicht auf den Galliumarsenidkörper aufgebracht wird, daß die Zink- oder Cadmiumatome aus der Oxydschicht eindiffundiert werden und daß anschließend die Eindiffusion des Siliciums aus einer auf die Basiszone aufgebrachten Siliciumschicht durch Erhitzen des Galliumarsenidkörpers in einem abgeschlossenen, eine abgewogene Menge oxydfreies Arsen enthaltenden Behälter erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung kann die Siliciumschicht durch Aufstäuben in einer inerten Atmo-Sphäre erzeugt werden. Diese Aufbringungsart ist an sich aus der bereits genannten deutschen Patentschrift 976 348 bekannt. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Oberflächenschicht durch Aufstäuben in einer oxydierenden Atmosphäre unter Verwendung einer Siliciumelektrode mit aufgebrachtem Zink oder mit aufgebrachtem Cadmium zu erzeugen. Zur Er-Verf ahren zum Herstellen
eines Galliumarsenid-Transistors

Anmelder:

Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:

George Richard Anteil,

Harlow, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. Juli 1964 (28 953)

zeugung des bei der Eindiffusion des Siliciums erforderlichen Arsendampfdrucks ist es vorteilhaft, der Siliciumschicht das Arsen zuzusetzen. Insbesondere hat sich eine Menge oxydfreien Arsens von 0,3 mg/ cm³ bewährt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand der Figuren näher beschrieben werden.

Die F i g. 1 bis 12 zeigen aufeinanderfolgende Verfahrensstufen bei der Herstellung eines diffundierten Galliumarsenid-Transistors.

Ein Körper 1 (Fig. 1) aus η-leitendem Galliumarsenid von etwa 0,1 Ω cm wird mit einer Schicht 2 (F i g. 2) aus Siliciumdioxyd (SiO₂) durch Aufstäuben von Silicium auf den Körper 1 in einer oxydierenden Atmosphäre versehen. Der Körper 2 hat eine Dicke von etwa 0,1 μΐη.

Ein Teil der Schicht 2 wird in bekannter Weise durch Maskieren und Ätzen entfernt, um das Basisfenster zu erzeugen (F i g. 3).

Eine Oberflächenschicht4 (Fig.4) wird auf die Galliumarsenidoberfläche, die in dem Fenster 3 frei liegt, und auf die verbliebene Siliciumdioxydschicht 2 aufgebracht. Die Oberflächenschicht 4 besteht aus einer Mischung von Siliciumdioxyd und Zinkoxyd (ZnO) oder aus einer Mischung von Siliciumdioxyd und Cadmiumoxyd (CdO) und wird durch Aufstäuben in einer oxydierenden Atmosphäre unter Verwendung einer Siliciumelektrode erhalten, auf welche die benötigte Menge Zink oder Cadmium aufgebracht wurde.

Der Körper wird dann in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einer evakuierten Kapsel so lange auf 1000⁰C erhitzt, bis die Zink- oder Cadmiumatome

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in den Körper 1 eindiffundiert sind und eine p-leitende Basiszone5 (Fig.5) gebildet haben. Für eine Tiefe des pn-Überganges von 1,5 bis 2 μΐη wird eine Diffusionszeit von 5 Stunden und mehr benötigt.

Wenn das Diffusionsverfahren beendet ist, besteht die Oberflächenschicht 4 aus Siliciumdioxyd. Durch Maskieren und Ätzen wird das Emitterfenster 6 in der Oberflächenschicht 4 (Fig. 6) in der gleichen Weise wie das Basisfenster 3 erzeugt.

Wie ki Fig.7 dargestellt, wird eine Schicht7 aus η-leitendem Silicium in einer Argonatmosphäre auf die Oberfläche des Körpers 1 aufgestäubt, so daß sie durch das Fenster 6 mit dem Galliumarsenid in Kontakt kommt.

Das Silicium aus der Schicht 7 wird nun durch das Emitterfenster 6 unter Arsendampfdruck eindiffundiert. Durch diese zweite Diffusion bildet sich die η-leitende Emitterzone 8 (Fig. 8).

Die Diffusion wird in der Weise ausgeführt, daß der Körper in eine Quarzampulle mit der abgewogenen Menge oxydfreien Arsens dicht eingeschlossen und erhitzt wird.

Der Arsendampfdruck erhöht die Diffusionsrate des Siliciums im Galliumarsenid. Die Diffusion findet nur dort statt, wo das Silicium in Kontakt mit der Galliumarsenidoberfläche steht. Die übrige Siliciumschicht7 diffundiert nicht wegen der Maskierungswirkung der Siliciumdioxydschicht 4.

Beispielsweise kann bei einer Tiefe des Kollektorüberganges von etwa 2 μΐη das Silicium bis etwa 1,2 oder 1,3 μπα während einer halben Stunde bei 1000° C in einer Atmosphäre mit 0,3 mg Arsen pro Kubikzentimeter eindiffundiert werden.

Der Arsendampfdruck kann auch in der Weise erzeugt werden, daß das Arsen der Siliciumschicht 7 zugesetzt wird.

Wenn die zweite Diffusion vollendet ist, wird eine Schicht9 (Fig.9) aus Siliciumdioxyd auf die Siliciumschicht 7 aufgestäubt. Diese Schicht 9 wird dann durch Maskierung und Ätzen entfernt, mit Ausnahme im Bereich der Emitterzone 8 (Fig. 10).

Der Bereich der Siliciumschicht 7, der nun durch das Entfernen der Siliciumdioxydschicht 9 frei liegt, wird entfernt, mit Ausnahme des Teiles, der unter der restlichen Siliciumdioxydschicht 9 liegt (F i g. 11), und zwar durch Einwirkung von Chlor, Brom oder Jod bei Temperaturen unter 800° C oder durch Behandlung mti einer Lösung von 1 Volumteil Br₂I und 1 Volumteil HF in 8 Teilen Methanol während etwa 30 Sekunden.

Dabei wird die Siliciumschicht viel schneller angegriffen als die darunterliegende Siliciumdioxydschicht. Das Silicium kann aber auch durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre in eine Siliciumdioxydschicht umgewandelt werden. Die Dicke der Siliciumdioxydschicht 9 über der Emitterzone 8 ist genügend groß, um die darunterliegende Siliciumschicht vor der Oxydation zu schützen.

Es werden nun die Fenster 10 und 11 (Fig. 12) in der Siliciumdioxydschicht 4 über die Basiszone 3 und in der Siliciumdioxydschicht 9 über der Emitterzone 8 zum Anbringen, von Basis- und Emitterkontakten erzeugt, während der Kollektorkontakt an einer geeigneten Fläche des Körpers 1 angebracht wird.

Der Emitterkontakt wird an der Siliciumschicht 7 angebracht, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß sich ein sehr stark dotierter η-leitender Kontakt ergibt und auch das Anlegieren eines Kontaktes leichter durch Vergrößern der Tiefe des Emitterüberganges durchführbar ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Galliumarsenid-Transistors durch Eindiffusion von Zink oder Cadmium als Dotierungsstoffe der Basiszone und von Silicium als Dotierungsstoff der Emitterzone in einen η-leitenden Galliumarsenidkörper, wobei während der Diffusion des Siliciums ein Arsendampfdruck aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Siliciumdioxyd und Zinkoxyd oder eine Mischung von Siliciumdioxyd und Cadmiumoxyd in Form einer Oberflächenschicht (4) auf den Galliumarsenidkörper (1) aufgebracht wird, daß die Zink- oder Cadmiumatome aus der Oxydschicht eindiffundiert werden und daß anschließend die Eindiffusion des Siliciums aus einer auf die Basiszone aufgebrachten Siliciumschicht (7) durch Erhitzen des Galliumarsenidkörpers (1) in einem abgeschlossenen, eine abgewogene Menge oxydfreies Arsen enthaltenden Behälter erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumschicht durch Aufstäuben in einer inerten Atmosphäre erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch Aufstäuben in einer oxydierenden Atmosphäre unter Verwendung einer Siliciumelektrode mit aufgebrachtem Zink oder mit aufgebrachtem Cadmium erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Arsendampfdrucks der Siliciumschicht (7) Arsen zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge oxydfreien Arsens 0,3 mg/cm³ beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 976 348;
französische Patentschrift Nr. 1163 048;
»Proc. IRE«, 1960, S. 1405 bis 1409; S. 1642/ 1643;
»Proc. Phys. Soc«, 1959, Bd. 73, S. 622 bis 627.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 568/431 6.68 Q Bundesdruckerei Berlin