DE1236661B

DE1236661B - Halbleiteranordnung mit einem durch Einlegieren einer Metallpille erzeugten pn-UEbergang

Info

Publication number: DE1236661B
Application number: DES87500A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Winfried Meer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-09-25
Filing date: 1963-09-25
Publication date: 1967-03-16
Also published as: NL6410695A; CH422164A; GB1028095A; SE300266B; US3275482A

Description

DEUTSCHES WTWQSSSt PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21g-11/02

Nummer: 1236 661

Aktenzeichen: S 87500 VIII c/21 g

236 661 Anmeldetag: 25.September 1963

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem eine Metallpille in eine insbesondere durch Diffusion dotierte und an ihrer Oberfläche mit einer Schicht erhöhter Leitfähigkeit versehene Zone eines Halbleiterkörpers zur Erzeugung eines pn-Überganges einlegiert wird.

Es ist der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, die Hochfrequenzeigenschaften von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Mesa-Transistoren, zu verbessern.

Eine Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften von Transistoren kann durch Verringerung des Basiswiderstandes, also z. B. durch Verkleinerung des Abstandes Basiskontakt—Emitterkontakt und durch Vergrößerung des Basiskontaktes erzielt werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Oberfläche der dotierten Zone des Halbleiterkörpers an den von der Metallpille nicht bedeckten Teilen der Oberfläche mit einer dünnen, sperrschichtfrei aufgebrachten, metallischen Kontaktierungsschicht versehen wird und bei dem die Metallpille, die vor dem Einlegieren an ihrem Rand die Kontaktierungsschicht berührt, unter Verbrauch des Metalls der Kontaktierungsschicht so einlegiert wird, daß dabei eine Randzone, insbesondere eine Grube, an den vorher von der Kontaktierungsschicht bedeckten Stellen in unmittelbarer Umgebung der Pille gebildet wird, in der der pn-übergang zwischen der Halbleiterzone und der Rekristallisationszone an die Oberfläche tritt. Beim Einlegieren der Metallpille wird die Kontaktierungsschicht im Bereich der Emitterelektrode aufgelöst, und es entsteht eine schmale Randzone, insbesondere in Form einer Grube, in der der Halbleiterkörper nicht mehr von der Kontaktierungsschicht bedeckt ist.

Bei einer nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiteranordnung ist also der Halbleiterkörper mit einem sehr großflächigen ohmschen Kontakt versehen, der praktisch auf dem ganzen, nicht von der Legierungspille bedeckten Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht ist und bis dicht an den durch Einlegieren der Pille erzeugten pn-übergang heranreicht.

In der Fig. 1 ist der pn-übergang einer Halbleiteranordnung, wie er nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, stark vergrößert dargestellt. Die η-leitende und insbesondere durch Diffusion in einem p-leitenden Halbleiterkristall 5 erzeugte Zone 1 weist an ihrer Oberfläche einen überdotierten, also n+-leitenden Bereich 1' auf, durch Halbleiteranordnung mit einem durch
Einlegieren einer Metallpille erzeugten
pn-übergang

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Winfried Meer, Hohenbrunn

den eine sperrfreie Kontaktierung der Zone 1 durch die Kontaktierungsschicht 4 gewährleistet wird. Die Legierungspille 3 ist durch die überdotierte Schicht 1' hindurch in die Zone 1 unter Bildung eines pn-Uberganges 6 und einer p-leitenden Rekristallisationszone 2 einlegiert. Die Kontaktierungsschicht 4 reicht allseitig bis dicht an den pn-übergang heran. In der beim Einlegieren der Pille 3 gebildeten Legierungsgrube 7 tritt der pn-übergang 6 an die Oberfläche. Die Legierungsgrube 7 kann auch bis in die Schicht 1' erhöhter Leitfähigkeit hineinragen oder diese völlig durchdringen und bis in die Zone 1 reichen.

Es ist bekannt, die um die Legierungspille gebildete Grube 7, an der der pn-übergang an die Oberfläche tritt, auch durch elektrolytisches Ätzen der fertiggestellten Halbleiteranordnung zu erzeugen.

Weiterhin sind auch Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden bekannt, die nach Beendigung des Legierungsvorganges mit einem relativ großflächigen Basiskontakt versehen werden.

Es ist selbstverständlich, daß die angegebenen Leitungstypen nur als Ausführungsbeispiel dienen.

In der F i g. 2 ist als Ausführungsbeispiel für eine Anordnung gemäß der Erfindung ein Mesa-Transistor dargestellt. Die z.B. aus Aluminium bestehende Emitterelektrode 3 ist unter Bildung einer Legierungsgrube 7, in der der pn-übergang 6 an die Oberfläche tritt, in die diffundierte Zone 1 einlegiert. Die Kontaktierungsschicht 4 bildet die Basiselektrode des Transistors.

Der Emitteranschluß 9 und der Basisanschluß 8 sind mittels des bekannten Thermokompressionsverfahrens angebracht. Die Kollektorzone 5 ist mit der Metallschicht 10 sperrfrei kontaktiert.

709 519/420

Eine derartige Anordnung weist gegenüber der bekannten Mesa-Anordnung mit kleinflächiger Basiselektrode einen wesentlich verringerten Basiswiderstand auf. Durch die Verringerung des Basiswiderstandes wird, wie bereits ausgeführt, eine Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften des Transistors gewährleistet. Da die Basiselektrode die ganze Emitterelektrode umschließt, wird außerdem eine einseitige Belastung des Emitters beim Betrieb der Anordnung vermieden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele zur Herstellung eines Mesa-Transistors näher erläutert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vor dem Aufbringen der Kontaktierungsschicht 4 und der Metallpille 3 auf den z. B. aus Germanium bestehenden und mit einer diffundierten Schicht 1 versehenen Halbleiterkörper eine Schicht aufgebracht, z. B. aufgedampft, die ein Metall enthält, das in der darunterliegenden Zone des Halbleiterkörpers den gleichen Leitungstyp, wie ihn diese Zone aufweist, erzeugt und diese Schicht in den Halbleiterkörper unter Bildung einer überdotierten Zone 1' einlegiert. Diese Schicht besteht z. B. aus Antimon und weist eine Dicke von etwa 20 bis 30 A auf. Diese Schicht wird dann, insbesondere vollständig, mit dem Halbleiterkörper legiert. Das Aufdampfen des Antimons wird zweckmäßig bei 500 ⁰C vorgenommen, und die Temperatur beim nachfolgenden Einlegieren beträgt 620 ⁰C Die an der Oberfläche der diffundierten Zone entstehende überdotierte Schicht 1' gewährleistet eine sperrfreie Kontaktierung der diffundierten Basisschicht. Nach dem Einlegieren dieser Metallschicht wird als Kontaktierungsschicht 4 z. B. eine Silberschicht von 80 A Dicke bei 400 ⁰C aufgedampft. Auf diese Silberschicht wird die Emitterelektrode aufgebracht, insbesondere durch eine Maske aufgedampft. Die Emitterelektrode besteht z. B. aus 70 Gewichtsprozent Aluminium und 30 Gewichtsprozent Gold und wird bei 400 ⁰C mit einer Schichtdicke von 2000 A aufgedampft und bei 500 ⁰C mit dem Halbleiterkörper legiert. Dabei diffundiert das Elektrodenmetall, insbesondere das Aluminium, durch die Kontaktierungsschicht 4 hindurch, und in der diffundierten Zone 1 wird der Emitter-pn-Übergang 6 gebildet. Gleichzeitig wird im Bereich der Emitterelektrode das Metall der Kontaktierungsschicht 4 aufgelöst, und es entsteht eine die Emitterelektrode umschließende Randzone, z. B. eine Legierungsgrube 7. Anschließend kann auch auf die Kontaktierungsschicht 4 ein Metallfleck, wie er in der F i g. 2 dargestellt und mit 12 bezeichnet ist, aufgedampft werden.

Der Emitter bzw. ganz allgemein die in den Halbleiterkörper einlegierte Elektrode kann auch aus einer Folge von verschiedenen Metallen gebildet werden. So kann z. B. vor dem Aufbringen des Emitters ein Metall in der Größe der Emitterfläche aufgebracht und mit der Kontaktierungsschicht 4 legiert werden. Das Metall und die Legierungsbedingungen werden dabei so gewählt, daß die Metallschicht zu Tröpfchen zusammenläuft. Auf diese Fläche wird darm das eigentliche Emittermetall aufgedampft und einlegiert. Durch das Zusammenziehen der Metallschicht zu Tröpfchen wird eine seitliche Ausbreitung der Emitterfläche verhindert, d. h. eine definierte Begrenzung dieser Fläche gewährleistet. So kann z. B. nach dem Aufdampfen der Kontaktierungsschicht,

aber vor dem Aufdampfen der eigentlichen Emitterschicht, eine 500 A dicke Goldschicht in einer der Emitterfläche entsprechenden Größe aufgedampft und einlegiert werden. Das Aufdampfen erfolgt dabei zweckmäßig bei 400 °C und das Einlegieren bei 500 °C. Dann wird in der bereits oben beschriebenen Weise die eigentliche Emitterelektrode aufgedampft und einlegiert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch nach dem Einlegieren der Metallschicht, die die Überdotierung der Basiszone 1 bewirkt, die Emitterelektrode aufgedampft, jedoch nicht einlegiert werden. Dann wird die Kontaktierungsschicht in der beschriebenen Weise aufgedampft, die dann auch die Emitterelektrode bedeckt. Nun wird die Anordnung auf die Legierungstemperatur erhitzt. Da bei dieser Ausführungsform des Verfahrens das den pn-übergang bildende Legierungsmetall nicht durch die Kontaktierungsschicht 4 hindurchdiffundieren muß, kann diese dicker gemacht werden und damit der Basisanschluß 8 eventuell direkt, also ohne Aufbringen einer weiteren Metallschicht 12 auf die Kontaktierungsschicht aufgebracht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung kann aber auch die für die Herstellung von Germanium-Mesa-Transistoren diffundierte Germaniumscheibe direkt, also ohne vorheriges Aufdampfen und Einlegieren einer den gleichen Leitungstyp wie die diffundierte Zone erzeugenden Metallschicht im Hochvakuum bei 550 bis 600 °C mit einer etwa 75 A dicken Silber-Antimon-Schicht bedampft werden. Diese Schicht besteht dabei z. B. aus 99 Gewichtsprozent Silber und 1 Gewichtsprozent Antimon. Die Emitterelektrode wird dann in der oben beschriebenen Weise aufgebracht und einlegiert. Dabei entsteht wieder im Bereich der Emitterelektrode eine diese umschließende Randzone, z. B. die Legierungsgrube 7, in der der Halbleiterkörper nicht mehr von der Kontaktierungsschicht 4 bedeckt ist und in der der pn-übergang an die Oberfläche tritt. Gleichzeitig wird durch das in der Kontaktierungsschicht enthaltene Antimon eine Überdotierung der diffundierten Zone in einem schmalen Bereich unter der Kontaktierungsschicht und damit ein sperrfreier Kontakt erzielt.

Bei den nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Systemen wird dann die Mesaätzung und die Montage in bekannter Weise vorgenommen. Die kontaktierten Systeme werden dann zur Reinigung etwa 30 Sekunden in Wasserstoffsuperoxyd überätzt. Die Silberschicht und die Emitterelektrode wirken dabei als Maskierung, so daß im wesentlichen nur der Emitter-pn-Übergang angegriffen wird. Die Kontaktierungsschicht hat also den weiteren Vorteil, daß sie bei der nach dem Einlegieren erfolgenden Reinigung des Bereichs, in dem der pn-übergang an die Oberfläche tritt, als Ätzmaskierung wirkt und somit eine gründliche Reinigung der elektrisch aktiven Bereiche erlaubt, ohne daß dadurch die Hochfrequenzeigenschaften des Überganges wesentlich beeinflußt werden.

Statt des Aufdampfens der Kontaktierungsschicht kann diese auch galvanisch oder auf chemischem Wege aufgebracht werden.
Außerdem kann die Kontaktierungsschicht auch aus einer Schichtenfolge verschiedener Metalle bestehen, die zum Teil in den Halbleiterkörper einlegiert werden.

Claims

Selbstverständlich können auch Halbleiteranordnungen aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial gemäß der Erfindung aufgebaut sein und nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem eine Metallpille in eine insbesondere durch Diffusion dotierte und an ihrer Oberfläche mit einer Schicht erhöhter Leitfähigkeit versehenen Zone eines Halbleiterkörpers zur Erzeugung eines pn-Überganges einlegiert wird, dadurchgekennzeichnet, daß die Oberfläche der dotierten Zone (1) des Halbleiterkörpers an den von der Metallpille nicht bedeckten Teilen der Oberfläche mit einer dünnen, sperrschichtfrei aufgebrachten, metallischen Kontaktierungsschicht (4) versehen wird und die Metallpille (3), die vor dem Einlegieren an ihrem Rand die Kontaktierungsschicht (4) berührt, unter Verbrauch des Metalls der Kontaktierungsschicht (4) so einlegiert wird, daß dabei eine Randzone, insbesondere eine Grube (7), an den vorher von der Kontaktierungsschicht bedeckten Stellen in unmittelbarer Umgebung der Pille (3) gebildet wird, in der der pn-übergang (6) zwischen der Halbleiterzone (1) und der Rekristallisationszone (2) an die Oberfläche tritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Kontaktierungsschicht (4) und der Metallpille (3) eine Schicht auf den Halbleiterkörper aufgedampft wird, die ein Metall enthält, das in der darunterliegenden Zone des Halbleiterkörpers den gleichen Leitungstyp, wie ihn die Zone aufweist, erzeugt, und diese Metallschicht unter Bildung der Schicht (1') erhöhter Leitfähigkeit, insbesondere vollständig, in den Halbleiterkörper einlegiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Antimon aufgedampft und einlegiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht von 20 bis 30 A Dicke aufgedampft wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlegieren der Metallschicht zunächst die Kontaktie-

rungsschicht (4) aufgedampft und dann die Metallpille durch diese Kontaktierungsschicht hindurch in den Halbleiterkörper einlegiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsschicht in einer Dicke von etwa 80 Ä aufgedampft wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Metallpille eine Metallschicht in der Größe der später von der Pille bedeckten Fläche aufgebracht und mit der Kontaktierungsschicht so legiert wird, daß die Metallschicht zu Tröpfchen zusammenläuft.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlegieren der Metallschicht die Metallpille (3) aufgebracht, dann die Kontaktierungsschicht (4) auf die Halbleiteroberfläche und die Metallpille

(3) aufgedampft und darauf die Anordnung so hoch erhitzt wird, daß die Metallpille mit dem Halbleiterkörper legiert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpille aufgedampft wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper aus Germanium und eine Metallpille aus Aluminium verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper aus Germanium und eine Metallpille aus einer Aluminium-Gold-Legierung verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktierungsschicht (4) aus Silber verwendet wird.

13. Halbleiteranordnung, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung

(4) als Basiselektrode und die eingelegte Pille (3) als Emitterelektrode eines Transistors, insbesondere eines Mesa-Transistors, dient.

14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Grube (7) die Schicht (1') erhöhter Leitfähigkeit wenigstens teilweise durchdringt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 225 400;
britische Patentschrift Nr. 907 103.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen