DE1289190B - Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Sperrschichtsystems sowie halbleitendes Sperrschichtsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines halbleitenden Sperrschichtsystems,
z. B. eines Transistors, bei dem auf einem halbleitenden Körper eine Elektrode mit zwei p-n-Übergängen
durch örtliches Aufschmelzen eines Elektrodenmaterials hergestellt wird, wobei während des Aufschmelzens durch Diffusion einer Verunreinigung des einen
Typs über die Trennfläche zwischen der Schmelze und
dem Halbleiterkörper in den Körper hineindiffundiert

Herstellung eines Transistors mit einem sogenannten »Haken«-Kollektor, dessen Hakenstruktur in dem Körper erzeugt wird durch örtliches Aufschmelzen einer Legierung von wenigstens zwei Komponenten 5 entgegengesetzten Typs mit verschiedener Diffusionsgeschwindigkeit oder verschiedener Segregationskonstante. Auf diese Weise kann in einer Erhitzungsbehandlung eine p-n-p- oder n-p-n-Struktur in einem halbleitenden Körper gewonnen werden. Zweckwird und dadurch eine Diffusionszone des einen Typs io mäßigerweise wird dieses Verfahren so durchgeführt, gebildet wird, welche mit dem angrenzenden Körper- daß durch geeignete Wahl der Zusammensetzung des teil des entgegengesetzten Typs einen ersten p-n- aufzuschmelzenden Elektrodenmaterials die Diffusion Übergang bildet, während beim Abkühlen durch der Verunreinigungen des einen Typs von der Trenn-Segregation einer zweiten Verunreinigung des an- fläche zwischen Körper und Elektrodenmaterialderen Typs aus der Schmelze auf diese Diffusions- 15 schmelze her in den Körper hinein vorherrscht, so zone eine halbleitende Schicht des anderen Typs re- daß die Eigenschaften der diffundierten Zone durch kristallisiert wird, welche einen zweiten p-n-Übergang die Diffusion der Verunreinigungen des einen Typs mit der Diffusionsschicht bildet und worauf ein me- bestimmt werden, während beim Abkühlen und der tallischer Teil der Elektrode erstarrt. Die Erfindung Rekristallisation die Verunreinigungen des anderen bezieht sich weiter auf halbleitende Sperrschicht- ao Typs im Übermaß in die rekristallisierende Schicht systeme, insbesondere Transistoren, die durch das eingebaut werden, so daß die Eigenschaften der re-Verfahren nach der Erfindung hergestellt sind und kristallisierten Schicht durch die Segregation der Vereinen halbleitenden Körper enthalten, bei dem auf unreinigungen des anderen Typs bestimmt werden, einer diffundierten Schicht, insbesondere der Basis- Dazu müssen die Verunreinigungen des einen Typs schicht, eine gleichrichtende Legierungselektrode, 35 für die Bildung der Diffusionsschicht eine wesentlich insbesondere eine Emitterelektrode, angebracht ist höhere Diffusionsgeschwindigkeit haben als die Ver- und die diffundierte Schicht mit einem ohmschen unreinigungen des anderen Typs, die zur Bildung der Kontakt, insbesondere mit einem Basiskontakt, ver- wiederkristallisierten Legierungselektrode auf der sehen ist. Diffusionsschicht angewandt werden. Weiter müssen

Es war bekannt, solche halbleitenden Sperrschicht- 30 selbstverständlich die Menge der Verunreinigung des systeme, insbesondere Transistoren, dadurch herzu- einen Typs in der Elektrodenmaterialschmelze und stellen, daß zunächst in einem halbleitenden Körper bzw. oder die Segregationskoflstante dieser Veruneine Oberflächenschicht entgegengesetzten Leitfähig- reinigung gegenüber dem halbleitenden Körper so keitstyps durch Diffusion angebracht und darauf in klein im Vergleich zu denen der Verunreinigung des einem Sondervorgang auf und in dieser Oberflächen- 35 anderen Typs gewählt werden, daß die Segregation schicht durch Legierung eine gleichrichtende Elek- der Verunreinigung des anderen Typs vorherrscht trode vorgesehen wird, wobei die Eindringtiefe der und während der Rekristallisation aus der Schmelze Legierungselektrode kleiner ist als die Eindringtiefe auf die diffundierte Schicht eine Schicht eines dem der diffundierten Schicht. Auf diese Weise kann eine der diffundierten Zone entgegengesetzten Typs aufäußerst dünne Zwischenschicht entgegengesetzten 40 wächst, worauf weiter der metallische Teil der Elek-Leitf ähigkeitstyps in einem halbleitenden Körper vor- trode erstarrt, so daß tatsächlich eine gleichrichtende gesehen werden. Dieses Verfahren wird insbesondere Legierungselektrode auf der Diffusionsschicht erzielt bei der Herstellung von Hochfrequenztransistoren, wird.

bei denen eine äußerst dünne Basisstärke zwischen Es ist aus der genannten deutschen Auslegeschrift

Emitter- und Kollektorelektrode erwünscht ist, an- 45 ebenfalls bekannt, für das aufzuschmelzende Elekgewandt. trodenmaterial ein Material zu verwenden, das haupt-

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist je- sächlich aus einer relativ neutralen Komponente, wie doch unter anderem der, daß die Genauigkeit, mit Blei oder Zinn, besteht, zu der die wirksamen Verder die Zwischenschicht hergestellt werden kann, so- unreinigungen in geeignetem Verhältnis hinzugefügt wohl von der Toleranz des Diffusionsvorganges als 50 werden.

auch von der Toleranz des Legierungsvorganges ab- Die Erfindung bezweckt nun unter anderem, dieses

hängt, da die Stärke von dem Unterschied zwischen kombinierte Legierungs-Diffusions-Verfahren in eine der Eindringtiefe der Diffusionsschicht und der der geeignete Form zur Anwendung bei der Herstellung Legierungselektrode abhängt, welche Elemente beide von halbleitenden Sperrschichtsystemen mit dünner von der ursprünglichen Kristalloberfläche her in den 55 Zwischenschicht, welche mit einem ohmschen Kon-Körper hineindringen. Dies bedeutet insbesondere takt versehen werden soll, zu bringen. Die Erfindung einen Nachteil bei halbleitenden Sperrschichtsyste- gründet sich dabei unter anderem auf dem Gedanmen, bei denen die Stärke der Zwischenschicht sehr ken, daß ein solches kombiniertes Legierungs-Difgering ist und außerdem eine für die Wirkung des fusions-Verfahren für die Anwendung zur Herstel-Sperrschichtsystems kritische Größe bildet, wie dies 60 lung solcher halbleitenden Sperrschichtsysteme bez. B. bei Transistoren, insbesondere Hochfrequenz- sondere Vorteile bietet, da es insbesondere bei solchen halbleitenden Sperrschichtsystemen sehr genau auf eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der dünnen Zwischenschicht, z.B. der Basisschicht 65 eines Transistors, ankommt. Die Erfindung geht dabei von der Feststellung aus, daß die diesbezügliche Reproduzierbarkeit des kombinierten Legierungs-Diffunsions-Verfahrens viel größer sein kann als bei dem

transistoren, der Fall ist, wobei die Stärke der Basiszone unterhalb der Emitterelektrode eine Größe ist,
welche unter anderem das Frequenzverhalten des
Transistors wesentlich beeinflußt.

Andererseits war aus der britischen Patentschrift
751408 und aus der deutschen Auslegeschrift
W14766 VIII c/21g, ein Verfahren bekannt zur

bekannten Verfahren, bei dem die Diffusion und das Legieren getrennt nacheinander durchgeführt werden; denn bei dem kombinierten Legierungsdiffusionsverfahren sind die Eigenschaften der diffundierten Schicht, insbesondere deren Stärke und Störstellenverteilung, hauptsächlich durch genau kontrollierbare Faktoren bestimmt, wie Temperatur und Zeitdauer des Aufschmelzens, und sie sind unabhängig von der schwierig zu kontrollierenden Eindringtiefe der Schmelzfront in dem Körper.

Während aber einerseits dieses Verfahren den besonderen Vorteil der genauen Reproduzierbarkeit besitzt und sehr einfach ist, ergibt sich andererseits die große Schwierigkeit, daß sich mit der dünnen Zwischenschicht praktisch nicht oder sehr schwierig eine ohmsche Verbindung herstellen läßt.

Die Erfindung bezweckt nun weiter unter anderem, sehr einfache und zweckmäßige Maßnahmen zur Lösung dieses Kontaktproblems anzugeben.

Bei der Herstellung eines halbleitenden Sperrschichtsystems, ζ. B. eines Transistors, bei dem auf einem halbleitenden Körper eine Elektrode mit zwei p-n-Übergängen durch örtliches Aufschmelzen eines Elektrodenmaterials hergestellt wird, wobei während des Aufschmelzens durch Diffusion einer Verunreinigung des einen Typs über die Trennfläche zwischen der Schmelze und dem Halbleiterkörper in den Körper hineindiffundiert wird und dadurch eine Diffusionszone des einen Typs gebildet wird, welche mit dem angrenzenden Körperteil des entgegengesetzten Typs einen ersten p-n-Übergang bildet, während beim Abkühlen durch Segregation einer zweiten Verunreinigung des anderen Typs aus der Schmelze auf diese Diffusionszone eine halbleitende Schicht des anderen Typs rekristallisiert wird, welche einen zweiten p-n-Übergang mit der Diffusionsschicht bildet und worauf ein metallischer Teil der Elektrode erstarrt, wird gemäß der Erfindung in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eine solche wirksame Verunreinigung diffundiert, daß in mindestens einem Teil der Oberfläche neben der Elektrode eine Anschlußzone des zum Halbleitergrundkörper entgegengesetzten Typs entsteht, die mit der diffundierten Zone gleichen Leitungstyps unterhalb der Elektrode zusammenhängt, und weiter wird auf einem Teil der diffundierten Anschlußzone ein ohmscher Kontakt angebracht.

Dieses Verfahren hat sich als besonders geeignet erwiesen zur Herstellung eines Transistors, bei dem erfindungsgemäß durch örtliches Aufschmelzen des Elektrodenmaterials und durch Eindiffundieren der wirksamen Verunreinigung in die Oberfläche eine Emitterelektrode und eine durch die zwei erwähnten Zonen gebildete Basiszone hergestellt wird und auf diese Zone an der diffundierten Halbleiteroberflächenschicht des Körpers der ohmsche Basiskontakt angebracht wird. Die Anforderungen, welchen die Zusammensetzung der Elektrodenmaterialschmelze zu genügen hat, sind bereits vorher im Zusammenhang mit der Herstellung der Hakenstruktur erwähnt worden.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Verfahren nach der Erfindung das Aufschmelzen des Elektrodenmaterials und das Eindiffundieren der wirksamen Verunreinigung in die Oberfläche gleichzeitig durchgeführt werden, indem dazu die bereits in der Umgebungsatmosphäre zur Bildung der diffundierten Zone unterhalb der Schmelze anwesende Verunreinigung des einen Typs auch zur Bildung der zusammenhängenden Zone in der Körperoberfläche neben der Elektrode benutzt wird. Auf dieser zusammenhängenden Zone kann in einfacher Weise eine ohmsche Verbindung angebracht werden, die gleichzeitig eine ohmsche Verbindung mit der diffundierten Zone unterhalb der Elektrode bildet. Die wirksame diffundierende Verunreinigung des einen Typs kann in hinreichender Menge während des Aufschmelzens von der Umgebungsatmosphäre her der

ίο Schmelze zugesetzt werden, von der sie in den Körper eindiffundiert und in der an der Schmelze angrenzenden Körperoberfläche die zusammenhängende Zone bildet. In diesem Fall braucht das Elektrodenmaterial vor dem Aufschmelzen keine diffundierende Verunreinigung des einen Typs zu enthalten. Andererseits ist es auch möglich, die wirksame diffundierende Verunreinigung vor dem Aufschmelzen in hinreichender Menge in das aufzuschmelzende Elektrodenmaterial aufzunehmen. In letzterem Fall

»o braucht aus der Umgebungsatmosphäre während des Aufschmelzens keine zusätzliche Verunreinigung des einen Typs zugesetzt zu werden. Es ist jedoch auch innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich, eine Kombination dieser zwei Verfahren anzuwenden, wo-

as bei die Verunreinigung des einen Typs teils aus der Umgebungsatmosphäre zugesetzt wird und teils in das aufzuschmelzende Elektrodenmaterial aufgenommen wird. Die Menge des Elektrodenmaterials kann z. B. als Scheibe oder Kugel gestaltet sein und kann auch in Form einer Schicht angebracht sein, z. B. durch Aufspritzen oder durch elektrolytischen Niederschlag.

Gemäß einem weiteren, besonders geeigneten Verfahren kann das Kontaktierungsproblem auch in der Weise gelöst werden, indem zuerst in zumindest einen Teil der Oberfläche des halbleitenden Körpers eine Schicht des dem Halbleitergrundkörper entgegengesetzten Leitungstyps eindiffundiert wird zur Erzeugung einer Schicht des erstgenannten Typs und daß darauf das Elektrodenmaterial auf einen Teil dieser Schicht aufgeschmolzen wird und von der Schmelze her die erste Zone in den Körper hineindiffundiert wird in der Weise, daß die Eindringtiefe der von der Schmelze aus gebildeten diffundierten Zone im Körper größer ist als die Eindringtiefe der zuerst in der Oberfläche des Körpers gebildeten diffundierten Schicht und daß der nicht durch die Elektrode bedeckte Teil der zuerst diffundierten Schicht als zusammenhängende Zone verwendet wird, auf der der ohmsche Kontakt angebracht wird. Dies kann auf besonders einfache Weise dadurch erzielt werden, daß während des Aufschmelzens die maximale Eindringtiefe der Schmelze in den Körper, mit anderen Worten die der Trennfläche zwischen Schmelze und HaIbleiter, größer gemacht wird als die Eindringtiefe der in die Oberfläche des Körpers zuerst diffundierten Schicht. Auch durch Anwendung dieser Verfahren kann der große Vorteil der hohen Reproduzierbarkeit erreicht werden.

Das Legieren durch die Oberflächenschicht hindurch kann man durch geeignete Wahl des Elektrodenmaterials, insbesondere dessen Löslichkeit im Halbleiter und der Aufschmelztemperatur, überwachen, da bei Zunahme der Aufschmelztemperatur im allgemeinen auch die Eindringtiefe der Schmelze zunimmt. Wird das zweite Verfahren durchgeführt, bei dem also zunächst gesondert eine Oberflächenschicht des einen Leitfähigkeitstyps gebildet wird, so

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braucht die Umgebungsatmosphäre während des Auf- Es wird bemerkt, daß ein kombiniertes Legierungsschmelzvorganges keine wirksame diffundierende Diffusions-Verfahren bereits zur Herstellung von Verunreinigung zu enthalten, wenn nur in das Elek- Transistoren mit p-n-i-p- oder p-n+-n~-p-Struktur trodenmaterial eine hinreichende Menge dieser dif- vorgeschlagen worden ist. Dabei wird ausgegangen fundierenden Verunreinigungen des einen Typs zur 5 von einem schwach η-leitenden (n~ oder i) Halbleiter-Erzeugung der diffundierten Schicht unterhalb der grundkörper, in dem durch Diffusion eines Donators Schmelze aufgenommen ist. Die Umgebungsatmo- über eine Elektrodenschmelze eine höher dotierte sphäre kann dann z. B. durch Wasserstoff gebildet n+-Zone durch Diffusion gebildet wird. Während des werden. Abkühlens wird auf dieser Diffusionszone eine Elek-

Der Aufschmelzvorgang kann in zwei Stufen io trode vom p-Typ aus der Elektrodenschmelze redurchgeführt werden, wobei die Temperatur während kristallisiert, welche als Emitterelektrode dient. Auf der ersten Stufe höher ist als bei der zweiten Stufe. der gegenüberliegenden Seite des Körpers wird da-Auf diese Weise kann die Diffusion in zwei Stufen nach noch eine Kollektorelektrode vom p-Typ in den durchgeführt werden, so daß die Stelle der Trenn- schwach η-leitenden Halbleiterkörper legiert. Der fläche zwischen Schmelze tind Halbleiter konstanter 15 Basiskontakt braucht nicht auf dem schwach n-leigehalten werden kann, wenn die Trennfläche am tenden Körper befestigt zu werden, wenn, wie ebenweitesten von der Oberfläche des Kristalls entfernt ist, falls vorgeschlagen worden ist, vor dem Aufschmel-Für den halbleitenden Körper kann jeder bekannte zen eine η-leitende Oberflächenschicht mit hoher Halbleiter verwendet werden, z. B. Germanium oder Leitfähigkeit in dem hochohmigen eigenleitenden Silizium. Der halbleitende Körper kann als Ganzes ao oder η-leitenden Körper angebracht wird, auf der einen Leitfähigkeitstyp haben, der dem der anzubrhv- dann der Basiskontakt angebracht werden kann, genden Diffusionsschicht entgegengesetzt ist. Er kann Dieses Verfahren unterscheidet sich jedoch wesentauch teilweise aus eigenleitendem Material bestehen. lieh von dem Verfahren gemäß der vorliegenden Er-Gute Resultate ergeben sich mittels eines halbleiten- findung unter anderem darin, daß der diffundierende den Körpers aus p-Germanium, wobei als wirksame 25 Aktivator denselben Leitungstyp bildet wie derjenige Verunreinigung des einen Typs Antimon oder Arsen des Halbleiterkörpers, in den der Aktivator eindifverwendet werden können, während das Elektroden- fundiert wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist material Indium enthalten kann. Vorzugsweise wird dagegen wesentlich, daß der eindiffundierende Aktidem Indium noch eine Meine Menge Gallium züge- vator eine Zone mit einem Leitungstyp bildet, der setzt, z. B. 1 Gewichtsprozent, das eine hohe Segre- 30 entgegengesetzt ist zu dem des Halbleiterkörpers, gationskonstante in bezug auf Germanium hat. Gerade hierdurch wird bei dem erfindungsgemäßen

Bei der Diffusion von Antimon und beim Auf- Verfahren der wesentliche technische Vorteil erzielt, schmelzen eines Elektrodenmaterials, das aus In- daß die Dicke der durch Diffusion unterhalb der dium—Gallium oder Antimon-—Indium—Gallium Elektrode gebildeten Zone, insbesondere die Basisbesteht, kann die Erhitzung auf passende Weise bei 35 zone des Transistors, nur abhängig ist von der Difetwa 700° C während etwa 20 Minuten durchgeführt fusion während des Aufschmelzens und unabhängig werden. Wird die Erhitzung in zwei Stufen durchge- von der Eindringtiefe der Schmelzfront der Elekführt, so hat sich eine Erhitzung auf etwa 710° C trode, Bei dem obenerwähnten Verfahren ist dagegen während etwa 10 Minuten und darauf eine Erhitzung die Dicke der Basiszone des Transistors auch noch auf etwa 700° C während etwa 15 Minuten als ge- 40 abhängig von der Eindringtiefe der Kollektorelekeignet erwiesen. trode, da der Körper von demselben Leitungstyp ist

Das halbleitende Sperrschichtsystem, das auf ein- wie die Diffusionszone, so daß der wichtige techfache Weise durch Anwendung eines der vorangehen- nische Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens den Verfahren erhalten werden kann, besitzt eine für nicht erreicht wird. Außerdem liegt noch der Unterviele Anwendungen besonders gut geeignete Konfi- 45 schied vor, daß beim bereits vorgeschlagenen Verguration. Bei einem solchen halbleitenden Sperr- fahren von einem schwachleitenden Körper desselben Schichtsystem nach der Erfindung, das einen halb- Leitungstyps wie die diffundierte Basiszone ausgeleitenden Körper enthält, bei dem auf einer diffun- gangen wird, so daß die vordiffundierte Schicht nur dierten Schicht eines bestimmten Leitungstyps eine dazu verwendet wird, den Reihenwiderstand in dem gleichrichtende Legierungselektrode angebracht ist 50 Körper im Weg zur Basiselektrode zu erniedrigen. und die diffundierte Schicht mit einem ohmschen Bei der Erfindung hat dagegen die diffundierte Basis-Kontakt versehen ist, bildet die diffundierte Schicht zone einen Leitungstyp, der entgegengesetzt zu dem neben der Legierungselektrode eine an der Ober- des Grundkörpers ist, so daß eine ganz andere Ausfläche des Körpers gelegene Zone, welche mit der gangssituation und ein anderes Problem vorliegt, nämunterhalb der Legierungselektrode gelegenen Zone 55 lieh das Kontaktieren einer isolierten, kaum zu erder diffundierten Schicht zusammenhängt und auf reichenden Diffusionszone entgegengesetzten Typs welcher Zone ein ohmscher Kontakt angebracht ist, rings um die Elektrode. Dieses Problem wird gelost wobei die maximale Eindringtiefe in den Körper der durch Anbringen einer zusammenhängenden Öberunterhalb der Legierungselektrode gelegenen Zone flächenschicht.

größer ist als die Eindringtiefe der an der Körper- 60 Die Erfindung wird weiter an Hand einiger scheoberfläche gelegenen Zone zwischen der Legierungs- matischer Figuren und Ausführungsbeispiele näher elektrode und dem ohmschen Kontakt, erläutert.

Ein solches halbleitendes Sperrschichtsystem ist F i g. 1 zeigt schematisch teilweise im Querschnitt

vorteilhafterweise als Transistor ausgebildet, wobei die einen Ofen, in dem das Verfahren nach der Erfindiffundierte Schicht, der ohmsche Kontakt und die 65 dung durchgeführt werden kann; gleichrichtende Legierungselektrode die Basisschicht, Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Transistor nach der

den Basiskontakt bzw. die Emitterelektrode des Tran- Erfindung unmittelbar nach Durchführung des Versistors darstellen. fahrens nach der Erfindung;

F i g. 3 zeigt schematisch im Schnitt einen Transi- die halbleitenden Sperrschichtsysteme nach der Er-

stor nach der Erfindung (Schattenschraffierung ist findung. Bei dem vorstehend geschilderten, bekann-

deutlichkeitshalber weggelassen). ten Verfahren ist die Eindringtiefe praktisch an allen

Stellen dieselbe.

Ausführungsbeispiel 1 ⁵ Aus ^^er Konfiguration nach Fig. 2 kann auf fol

gende Weise ein p-n-p-Transistor nach F i g. 3 herge-

Eine Scheibe 1 (s. Fig. 1) aus Einkristall-p-Typ- stellt werden: Eine Indiumkugel wird dazu auf die-Germanium mit einem spezifischen Widerstand von jenige Seite der Scheibe 1 gelegt, die der Eleketwa 1 Ohm · cm und mit einer Stärke von etwa trode 5, 6 gegenüberliegt. Auf diese Weise wird 125 μ wird in eine rohrförmige Ofenkammer 2 einge- io wieder eine rekristallisierte Schicht erhalten, die reich führt, die einen Durchmesser von etwa 3,75 cm hat. an Indium ist und die aus p-Typ-Germanium besteht, Eine Kugel 3 aus 99 Gewichtsprozent Indium und und auf dieser lagert sich der metallische Teil 10 ab, 1 % Gallium mit einem Durchmesser von etwa 375 μ der im wesentlichen aus Indium besteht. Das Legiewird auf die Scheibe 1 gelegt. Der Ofen enthält ren kann z. B. durch Erhitzung des Ganzen auf etwa außerdem eine Menge Antimontrichlorid 4. Durch 15 450° C während 6 Minuten in einer Wasserstoffdie Ofenkammer 2 wird mit einer Geschwindig- Umgebung stattfinden. Vor dem Legieren war auf keit von etwa 135 1/Std. ein Wasserstoffstrom ge- dieser Seite auch eine n-Typ-Germaniumschicht vorführt. Die Scheibe 1 und der Vorrat 4 werden in handen. Diese wird jedoch während der Legierung Schiffchen abgestützt, die nicht in der Figur darge- in der Schmelze gelöst, und beim Rekristallisieren stellt sind. Der Vorrat 4 wird auf einer Temperatur ao wird das in einer sehr kleinen Menge in der Schmelze von etwa 50° C gehalten, während in dem Teil der vorhandene Antimon leicht von dem Indium über-Ofenkammer 2, in dem die Scheibe 1 liegt, eine Tem- kompensiert, so daß eine ohmsche Verbindung mit peratur von etwa 700° C vorherrscht. Die Scheibe 1 dem Innern 8 des Körpers durch die Elektrode 9,10 wird auf diese Weise während 20 Minuten auf etwa hergestellt wird. Durch elektrolytischen Niederschlag 700° C erhitzt. Der im Wasserstoffstrom erhitzte as wird ein Nickelbasiskontakt 11 auf der Basiszone TB Vorrat 4 liefert eine antimonhaltige Umgebungs- angebracht, wodurch ein ohmscher Kontakt mit der atmosphäre für die Scheibe 1, und von dieser Atmo- Basiszone unterhalb der Elektrode 5, 6 gebildet Sphäre her diffundiert Antimon in die Oberfläche der wird. Auf den Metallteilen 11, 5 und 10 werden die Scheibe 1 ein. Gleichzeitig bildet sich eine Schmelze Zuführungsdrähte 12, 13 und 14 festgelötet. Es wird auf und in der Scheibe 1, welche Schmelze aus dem 30 eine Schutzschicht aus Lack 15 auf der Elek-Elektrodenmaterial von der Kugel 3 und dem darin trode 5, 6 und dem angrenzenden Teil der Basiszone gelösten Germanium besteht. Das Antimon diffun- mit dem Basiskontakt 11 angebracht, was in F i g. 3 diert durch diese Schmelze und durch die Trennfläche dargestellt ist, und darauf wird der nicht abgedeckte zwischen der Schmelze und dem halbleitenden Kör- Teil der Diffusionsschicht TA und 75 weggeätzt, per in den halbleitenden Körper hinein, so daß unter- 35 Auf diese Weise entsteht ein Transistor nach der Erhalb der Schmelze die Eindringtiefe des Antimons fiindung, bei dem 5, 6 die Emitterelektrode, TA und von der Endlage der Trennfläche her bestimmt wird. 72? die Basiszone mit dem Basiskontakt 11 bezeich-Obgleich die Schmelze außer den Akzeptoren In- nen, während der Kollektor aus dem p-Typ-Gebiet 8 dium und Gallium auch den Donator Antimon ent- mit der darauf angebrachten ohmschen Elekhält, kristallisiert sich wieder beim Kühlen bis zu der 40 trode 9,10 besteht.

diffundierten n-Typ-Zone eine p-Typ-Germanium- Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß andere beschicht, da insbesondere wegen der Tatsache, daß kannte Verfahren zur Anfertigung des Transistors Gallium eine größere Segregationskonstante als An- von dem kombinierten Diffusions-Legierungs-Verfahtimon besitzt, die Akzeptoren Gallium und Indium ren her durchgeführt werden können. Es kann z. B. die Donatorwirkung des Antimons neutralisieren und 45 jeder unerwünschte Teil der Diffusionsschicht 7 B beweit überkompensieren. Da Antimon eine bedeutend reits vor dem Nachätzen weggeätzt werden; die größere Diffusionsgeschwindigkeit in Germanium als Schicht IB der unteren Seite des halbleitenden Kör-Gallium oder Indium hat, wird während der Auf- pers (s. Fig. 2) kann bereits vor dem Anbringen Schmelzung unterhalb der Schmelze eine n-Typ-Dif- der Elektrode 9, 10 entfernt werden. Der ohmsche fusionsschicht gebildet, in der das Antimon weit- 50 Kontakt 11 kann z.B. durch einen Legierungskontakt gehend vorherrschend ist. aus Indium mit einer hinreichenden Menge Arsen

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Eindringtiefe oder Antimon ersetzt werden, in welchem Fall diein den Körper der unterhalb der Legierungselek- ser Legierungskontakt tiefer in dem halbleitenden trode 5, 6 gelegenen Zone IA der Diffusionsschicht Körper legiert werden kann als die Eindringtiefe der größer als die Eindringtiefe der an der Körperober- 55 Diffusionsschicht IB.
fläche gelegenen Zone 7 B zwischen der Legierungs-

elektrode 5,6 und dem ohmschen Kontakt 11, da die Ausführungsbeispiel 2
Diffusion durch den festen Stoff sich weniger schnell

vollzieht als durch die Schmelze. Die Schicht 6 ist Das durchgeführte Verfahren ist dem nach Aus-

die wiederkristallisierte p-Typ-Germaniumschicht, die 60 führungsbeispiel 1 ähnlich, mit dem Unterschied je-

einen großen Prozentsatz Gallium und Indium ent- doch, daß die Aufschmelzung in zwei Stufen erfolgt,

hält, während der Teil 5 der metallische Teil der d. h. zunächst während 10 Minuten bei 710° C und

Elektrode 5, 6 ist, der im wesentlichen aus Indium darauf während 15 Minuten bei 700° C. Bei der

und Gallium besteht. Der Innenteil 8 des Körpers höchsten Temperatur dringt die Schmelze tiefer in

wird durch diese Bearbeitung nicht beeinflußt und ist 65 die Scheibe 1 hinein. Bei der Temperaturerniedrigung

noch stets p-Typ-Germanium von etwa 1 Ohm · cm. zwischen zwei Stufen rekristallisiert sich etwas GaI-

Die tiefere Eindringung der Diffusionsschicht TA lium, Indium und antimonhaltiges Germanium, das

unterhalb der Elektrode 5, 6 ist kennzeichnend für p-Typ-Leitfähigkeit hat, insbesondere infolge der

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großen Segregationskonstante von Gallium in Germanium, wodurch die Akzeptoren Gallium und Indium die Donatorwirkung des Antimons überkompensieren und auf diese Weise eine p-Typ-Schicht herbeiführen. Das Antimon diffundiert jedoch von der rekristallisierten Schicht her schneller als das Indium oder das Gallium und bildet somit die n-Typ-Diffusionsschicht unterhalb der p-Typ-Schicht während der zweiten Erhitzung auf 700° C. Der Vorteil dieses zweistufigen Verfahrens ist der, daß kleine Verschiebungen der Trennfläche zwischen Schmelze und Halbleiter während der Erhitzung auf 700° C sich auf die Stärke der endgültigen n-Typ-Diffusionsschicht in einem vernachlässigbaren Ausmaß auswirken.

Ausführungsbeispiel 3

Das Verfahren vollzieht sich gemäß den Ausführungsbeispielen 1 oder 2 mit dem Unterschied, daß die Indiumkugel 3 außer 1 Gewichtsprozent GaI- ao lium noch 0,2% Antimon enthält.

Ausführungsbeispiel 4

Das in Ausführungsbeispiel 3 geschilderte Verfahren wird durchgeführt, mit den Ausnahmen, daß vorher durch Diffusion auf der Scheibe 1 eine Oberflächenschicht von etwa 2 μ angebracht, auf einem Teil derselben darauf die Kugel 3 geschmolzen wird und daß das kombinierte Diffusions-Legierungs-Ver- 3a fahren nicht in einer antimonhaltigen Umgebung, sondern in einer Umgebung mit reinem Wasserstoff durchgeführt wird. Weiter muß die Schmelze tiefer in den halbleitenden Körper hineindringen als bis zur Eindringtiefe der bereits vorhandenen Diffusionsschicht, die 2 μ beträgt, so daß die Stärke der zu diffundierenden Zone durch die Eindringtiefe des Antimons von der Trennfläche zwischen Schmelze und Halbleiter her bestimmt wird. Die Trennfläche kann z. B. zweimal tiefer in den Körper hineindringen als die Eindringtiefe der bereits vorhandenen Diffusionsschicht.

Claims (18)

Patentansprüche: 45

1. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Sperrschichtsystems, ζ. Β. eines Transistors, bei dem auf einem halbleitenden Körper eine Elektrode mit zwei p-n-Übergängen durch ortliches Aufschmelzen eines Elektrodenmaterials hergestellt wird, wobei während des Aufschmelzens durch Diffusion einer Verunreinigung des einen Typs über die Trennfläche zwischen der Schmelze und dem Halbleiterkörper in den Körper hineindiffundiert wird und dadurch eine Diffusionszone des einen Typs gebildet wird, welche mit dem angrenzenden Körperteil des entgegengesetzten Typs einen ersten p-n-Übergang bildet, während beim Abkühlen durch Segregation einer zweiten Verunreinigung des anderen Typs aus der Schmelze auf diese Diffusionszone eine halbleitende Schicht des anderen Typs rekristallisiert wird, welche einen zweiten p-n-Übergang mit der Diffusionsschicht bildet und worauf ein metallischer Teil der Elektrode erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eine solche wirksame Verunreinigung diffundiert wird, daß in mindestens einem Teil der Oberfläche neben der Elektrode eine Anschlußzone des zum Halbleitergrundkörper entgegengesetzten Typs entsteht, die mit der diffundierten Zone gleichen Leitungstyps unterhalb der Elektrode zusammenhängt, und daß auf einem Teil der diffundierten Anschlußzone ein ohmscher Kontakt angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß durch das örtliche Aufschmelzen des Elektrodenmaterials und durch Eindiffundieren der wirksamen Verunreinigung in die Oberfläche eine Emitterelektrode und eine durch die zwei erwähnten Zonen gebildete Basiszone hergestellt werden und daß auf dieser Zone an der diffundierten Halbleiteroberflächenschicht der ohmsche Basiskontakt angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst in zumindest einem Teil der Oberfläche eine Schicht des dem Halbleitergrundkörper entgegengesetzten Leitungstyps durch Diffusion der wirksamen Verunreinigung gebildet wird und daß darauf das Elektrodenmaterial auf einen Teil dieser Schicht aufgeschmolzen wird und von der Schmelze her die erste Zone in den Körper hineindiffundiert wird

• in der Weise, daß die Eindringtiefe dieser Zone größer ist als die Eindringtiefe der Schicht, und daß der nicht durch die Elektrode bedeckte Teil der zuerst diffundierten Schicht als zusammenhängende Zone verwendet wird, auf der der ohmsche Kontakt angebracht wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Eindringtiefe der Schmelze in den Körper größer ist als die Eindringtiefe der zuerst diffundierten Schicht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen des Elektrodenrriaterials und das Emdiffundieren der

■- wirksamen Verunreinigung in die Oberfläche gleichzeitig durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufschmelzens die diffundierende Verunreinigung zur Bildung der zwei Zonen des einen Typs von der Umgebungsatmosphäre her zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundierende Verunreinigung zur Bildung der Zonen des einen Typs in das aufzuschmelzende Elektrodenmaterial aufgenommen worden ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundierende Verunreinigung zur Bildung der Zonen des einen Typs teilweise im aufzuschmelzenden Elektrodenmaterial aufgenommen worden ist und teilweise von der Umgebungsatmosphäre her während des Aufschmelzens zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschmelzung in zwei Stufen erfolgt, wobei die Temperatur während der ersten Stufe höher ist als die während der zweiten Stufe.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der

vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der halbleitende Körper aus p-leitendem Germanium besteht.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Verunreinigung des einen Typs Antimon verwendet wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wirksame Verunreinigung des einen Typs Arsen verwendet wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenmaterial verwendet wird, das Gallium als wirksame Verunreinigung des anderen Typs enthält.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenmaterial verwendet wird, das Indium und Gallium als wirksame Verunreinigungen des anderen Typs enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 10 und einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen bei einer Temperatur von etwa 700° C während etwa 20 Minuten stattfindet.

16. Verfahren nach Anspruch 9 und einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe bei einer Temperatur von etwa 710° C während etwa 10 Minuten, während die zweite Stufe bei etwa 700° C während etwa 15 Minuten durchgeführt wird.

17. Halbleitendes Sperrschichtsystem mit einem halbleitenden Körper, bei dem auf einer diffundierten Schicht eines bestimmten Leitungstyps eine gleichrichtende Legierungselektrode angebracht ist und die diffundierte Schicht mit einem ohmschen Kontakt versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die diffundierte Schicht neben der Legierungselektrode eine an der Oberfläche gelegene Zone bildet, welche mit der unterhalb der Legierungselektrode gelegenen Zone der diffundierten Schicht zusammenhängt und auf welcher ein ohmscher Kontakt angebracht ist, wobei die maximale Eindringtiefe in dem Körper der unterhalb der Legierungselektrode gelegenen Zone der diffundierten Schicht größer ist als die Eindringtiefe der an der Oberfläche gelegenen Zone der diffundierten Schicht zwischen Legierungselektrode und dem ohmschen Kontakt.

18. Halbleitendes Sperrschichtsystem gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es als Transistor ausgebildet ist, wobei die diffundierte Schicht, der ohmsche Kontakt und die gleichrichtende Legierungselektrode die Basisschicht, den Basiskontakt bzw. die Emitterelektrode darstellen.

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