DE1232265B - Verfahren zur Herstellung eines Legierungsdiffusionstransistors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOH

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1232 265

Aktenzeichen: P 24591VIII c/21 g

Anmeldetag: 11. März 1960

Auslegetag: 12. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Legierungsdiffusionstransistors, bei dem auf dessen Halbleiterkörper Kontakte aufgeschmolzen werden und die Leitfähigkeit der an die Kontakte angrenzenden Teile der Oberflächenschicht durch Eindiffundieren einer wirksamen Verunreinigung umgewandelt wird.

Es ist bekannt, wirksame Verunreinigungen wie Antimon oder Arsen in Halbleiterkörper aus Germanium bzw. Aluminium oder Indium in Halbleiterkörpern aus Silizium einzudiffundieren und damit niederohmige Oberflächenschichten auf Halbleiterkörpern zu gewinnen. Bei der Herstellung von Legierungsdiffusionstransistoren werden die Verunreinigungen zu diesem Zweck den aufzuschmelzenden Kontaktpillen beigefügt. Beim Aufschmelzen auf den Halbleiterkörper diffundieren die Atome der Verunreinigungen dann aus den Kontaktpillen in den Halbleiterkörper ein. In der Diffusionszone entsteht durch die Diffusion von Antimon oder Arsen im p- oder η-leitenden Halbleiterkörper eine n-leitende Schicht. Außerdem verdampfen diese Verunreinigungen beim Aufschmelzen aus den Kugeln und schlagen sich auf der Kristalloberfläche nieder, diffundieren in diese ein und erzeugen so eine niederohmige, η-leitende Oberflächenschicht. Diese gewünschte Oberflächenschicht bildet eine Brücke zwischen der unter der Emitterschicht des einen Kontaktes befindlichen Basisschicht und dem anderen Kontakt, der nur als Anschluß für die Basisschicht dient. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der Diffusionsvorgang auf der Kristalloberfläche zwischen den Kontakten nur schwach ist und daher nicht jede gewünschte niederohmige n-leitende Oberflächenschicht gebildet werden kann.

Es ist auch bekannt, die Verunreinigungen im Hochvakuum zu verdampfen und auf den Halbleiterkörper niederzuschlagen. In einer darauffolgenden Erhitzung diffundieren die Verunreinigungen dann unter einer Schutzgasatmosphäre in den Halbleiterkristall ein. Mit diesem Verfahren werden zwar gleichmäßige, niederohmige n-leitende Oberflächenschichten ausreichender Dicke erzeugt; die Verwendung von Hochvakuum ist jedoch umständlich und eignet sich nicht für eine Serienfertigung.

Weiter war es bekannt, Halbleiterkörper durch mit Metall gemischte Glasurüberzüge, welche die Verunreinigungen enthalten, zu kontaktieren. Bei diesem Verfahren handelt es sich jedoch um ein reines Diffusionsverfahren, nicht um ein Legierungsdiffusionsverfahren, weil die Glasur nicht mit dem Halbleiterkörper legieren kann. Dieses Verfahren ist also Verfahren zur Herstellung eines
Legierungsdiffusionstransistors

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Carl-Heinrich Kramp,
Hamburg-Niendorf

zur Herstellung von Legierungsdiffusionstransistoren nicht geeignet. Im übrigen wird ein aus einer Glasur mit Metallpulver bestehender Kontakt einen verhältnismäßig hohen und schwer reduzierbaren Widerstand aufweisen.

Schließlich war es bekannt, Halbleiterkörper mit Metallelektroden durch Löten zu kontaktieren, wobei ein Flußmittel verwendet wird, das die Verunreinigungen enthält. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein reines Legierungsverfahren, das nicht geeignet ist, auch in der weiteren Umgebung des Kontaktes eine dotierte Schicht mit definierten Eigenschaften im Halbleiterkörper zu erzeugen.

Da beim Aufschmelzen der Kontakte von Legierungstransistoren außerdem manchmal die Gefahr besteht, daß das Kontaktmaterial sich zu weit über die Oberfläche des Halbleiterkörpers ausbreitet, wurde bereits vorgeschlagen, zur Verhütung dieses Ausbreitens die mit Verunreinigungen versehenen Kontaktpillen zunächst bei einer niedrigen Temperatur in den Halbleiterkristall einzulegieren. Vor der Weiterbehandlung sollte diese Anordnung dann mit einem leicht austrocknenden und erhärtenden Brei überzogen werden. Bei der nachfolgenden Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Kontakte konnte dann die unerwünschte Ausbreitung des Kontaktmaterials verhindert werden.

Von einem derartigen Brei wird gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht bei einem Verfahren zur Herstellung eines Legierungsdiffusionstransistors, bei dem auf dessen Halbleiterkörper Kontakte aufgeschmolzen werden und die Leitfähigkeit der an die Kontakte angrenzenden Teile der Oberflächenschicht

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durch Eindiffusion einer wirksamen Verunreinigung umgewandelt wird, indem die Kontakte, nachdem diese in den Halbleiterkörper einlegiert worden sind, bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kontakte mit einem Brei überzogen werden, der eine ausreichende Menge einer in die Körperoberfläche einzudiffundierenden wirksamen Verunreinigung enthält, und indem die Anordnung anschließend auf eine über dem Schmelzpunkt der Kontakte liegende Temperatur gebracht wird, bei der die Atome der Verunreinigung in den Kristall eindiffundieren.

Bei der Temperatur, auf die Legierungsdiffusionstransistoren üblicherweise erhitzt werden, kann die Diffusion des Kontaktmaterials in den Halbleiterkörper gegenüber der entsprechenden Diffusion des Verunreinigungsmaterials vernachlässigt werden.

Mit Hilfe dieses Verfahrens gemäß der Erfindung werden unter Verwendung von Antimon oder Arsen gleichmäßig niederohmige η-leitende Oberflächenschichten ausreichender Dicke auf Halbleiterkörpern erzeugt, da der erhärtende Brei ein zuverlässiges, an der Anordnung haftendes Tragmittel für die Verunreinigungen darstellt.

Die Verunreinigungen diffundieren während des Diffusionsvorganges auch in die Kontakte ein.

In einem anderen Zusamenhang ist es zwar schon bekannt, eine Diffusion dadurch zu erreichen, daß die Stoffe, die in einen Körper hineindiffundieren sollen, in einem Bett für diese Körper enthalten sind. Bei einem bekannten Verfahren wird Silizium, welches in einem solchen Bett enthalten ist, durch Erhitzen verdampft und in Heizstäbe eindiffundiert. Bei einem anderen bekannten Verfahren werden Halbleiterkristalle zum Zweck der Homogenisierung und Aktivierung in ein Pulver eingebettet, das aus demselben Halbleitermaterial besteht. Beim Erhitzen findet dann infolge der Diffusion zwischen dem Halbleiterkörper und dem Pulver ein Stoffausgleich statt.

Diese Verfahren, bei denen die Körper nur in ein locker an den Körpern anliegendes Bett eingelegt werden, sind jedoch zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Legierungsdiffusionstransistoren, ungeeignet, da das Eindiffundieren nicht gleichmäßig genug erfolgt; gerade die Erzeugung gleichmäßiger Schichten und gleichmäßiger Übergangsebenen ist für die Erzielung guter elektrischer Eigenschaften von Halbleitervorrichtungen aber ausschlaggebend.

Der für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignete Brei kann aus einem innigen Gemisch von 5wertigen Elementen, wie Antimon oder Arsen, mit Magnesiumoxyd oder Aluminiumoxyd bestehen. Die Metalloxyde dienen aber lediglich als Tragstoffe für das Antimon und Arsen und verändern sich nicht während des ganzen Herstellungsprozesses.

Die Mischungsverhältnisse der 5wertigen Elemente mit den Metalloxyden liegen je nach dem gewünschten niedrigen spezifischen Widerstand der n-leitenden Schicht zwischen 1:50 und 1:2000. Durch das Mischungsverhältnis wird dabei die Konzentration an Verunreinigungen in der Randschicht festgelegt. Von dieser Randschicht her nimmt die Konzentration der eindiffundierten Atome nach Maßgabe einer e-Funktion ab. Die Steilheit dieser Konzentrationsverteilungskurve innerhalb des Kristalls wird auf bekannte Weise durch die Wahl der Diffusionstemperatur und -zeit den jeweiligen Bedürfsnissen angepaßt.

Zur Lösung des . Breies können beliebige Lösungsmittel benutzt werden, die nach dem Auftragen des Breies auf den Kristall möglichst rasch verfliegen.

Der durch Lösung des Gemisches gewonnene Brei wird durch Bestreichen der aus Germanium oder Silicium bestehenden Halbleiterkristalle auf diese aufgebracht. Die Kristalle können aber auch in den Brei eingetaucht werden.

Wird als Ausgangsmaterial p-leitendes Halbleitermaterial benutzt, so ergibt sich nach dem Eindiffundieren eine η-leitende Oberflächenschicht definierter Stärke. Die niederohmige η-leitende Schicht ist nämlich dort begrenzt, wo die p-Leitfähigkeit in eine η-Leitfähigkeit umschlägt. Das Umschlagen der Leitfähigkeit erfolgt dort, wo die Anzahl der 5wertigen Fremdatome (die die η-leitende Schicht bilden) die Anzahl der vorhandenen 3wertigen Fremdatome im Kristall übersteigt.

Als. Ausgangsmaterial wird aber auch n-leitendes Halbleitermaterial benutzt. Nach dem Eindiffundieren der 5wertigen Fremdatome ergibt sich dabei ebenfalls eine niederohmige η-leitende Oberflächenschicht. Eine bestimmte Schichtdicke ist dabei aber nicht anführbar, da. die Verteilung der 5wertigen Fremdatome in den Kristall hinein allmählich bis auf einen Minimalwert abnimmt.

Ausführungsbeispiel I

Pulverförmiges Sb wird im Verhältnis 1:50 mit pulverförmigem. Al₂O₃ innig gemischt. Aus diesem Gemenge wird mit Hilfe von Methonal ein Brei hergestellt. Der Brei wird auf die Oberfläche eines p-leitenden Germaniumkristalls, dessen Widerstand 4Qcm betragen möge, . aufgestrichen und anschließend getrocknet. Das ,Gemenge haftet dann als Schicht auf dem Germaniumkristall und den Kontakten, die schon vorher in den Kristall einlegiert wurden. Die Anordnung wird in einen Ofen eingeführt, in dem diese unter einem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, bei 750° C 20 Minuten lang erhitzt wird. Dabei diffundiert das Sb in das Kontaktmaterial sowie den Germaniumkristall ein und bildet in dem Kristall eine .5 μ dicke, η-leitende, niederohmige Oberflächenschicht.

Ausführungsbeispiel II

Pulverförmiges As wird im Verhältnis 1:250 mit pulverförmigem MgO innig gemischt. Aus diesem Gemenge wird „mit Butyiacetat ein Brei hergestellt. In diesem Brei wird ein n-Ieitender Siliciumkristall mit in diesen einlegierten Kontakten eingetaucht. Anschließend wird die Anordnung getrocknet, wobei der Brei als Schicht auf ihr haftet. Der Kristall wird daraufhin in einen normalen Ofen eingeführt, in dem er unter einem Schutzgas 5 Minuten lang bei 1000° C erhitzt wird. Dabei diffundiert das As in den Siliciumkristall ein und bildet eine η-leitende, niederohmige Oberflächenschicht.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Legierungsdiffusionstransistors.. bei dem auf dessen Halbleiterkörper Kontakte aufgeschmolzen werden und die Leitfähigkeit der an die Kontakte angrenzenden Teile der Oberflächenschicht durch Eindiffundieren einer wirksamen Verunreinigung umgewandelt wird, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Kontakte, nachdem diese in den Halbleiterkörper einlegiert worden sind, bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kontakte mit einem Brei überzogen werden, der eine ausreichende Menge einer in die Körperoberfläche einzudiffundierenden wirksamen Verunreinigung enthält, und daß die Anordnung anschließend auf eine über den Schmelzpunkt der Kontakte liegende Temperatur gebracht wird, bei der die Atome der Verunreinigung in den Kristall eindiffundieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Oberfläche des Halbleiterkörpers als auch die in diese einlegierten Kontakte, mit dem Brei bestrichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit den einlegierten Kontakten in den Brei getaucht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sb und MgO innig miteinander vermischt als Brei verwendet werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sb und Al₂O₃ innig miteinander vermischt als Brei verwendet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß As und MgO innig miteinander vermischt als Brei verwendet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß As und Al₂O₃ innig miteinander vermischt als Brei verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das 5wertige Element mit dem Metalloxyd entsprechend dem gewünschten spezifischen Widerstand der n-leitenden Schicht in einem Verhältnis zwischen 1:50 und 1: 2000 gemischt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die η-leitende Schicht an der Oberfläche eines Germaniumkristalls erzeugt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht an der Oberfläche eines Siliziumkristalls erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 046 785,
075 410.

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