DE2019655C2 - Verfahren zur Eindiffundierung eines den Leitungstyp verändernden Aktivators in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eindiffundierung eines den Leitungstyp verändernden Aktivators in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers mit einer im wesentlichen planaren Oberfläche und Herstellung eines; elektrischen Kontaktes mit dem Halbleiterkörper, bei dem auf den Oberflächenbereich eine den Aktivator enthaltende Metallschicht aufgebracht und der Aktivator durch Erhitzen in den Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers zur Verände rung des Leitungstyps eindiffundiert wird. Darüber hinaus bezieht sieh die Erfindung auf die Verwendung des vorstehend genannten Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen.

In der Halbleitertechnik sind verschiedene Verfahren

bekannt, mit deren Hilfe ein Halbleiter zur Erzielung eines gewünschten Leitfähigkeitstyps in bestimmter Weise mit Dotierstoffen oder isogenannten Aktivatoren dotiert werden kann. Einige dieser Verfahren beinhalten

das Wachsen eines Kristalls aus einer mit den Aktivatoren dotierten Schmelze sowie das epitaxiale Kristallwachstum aus einem das Dotiermaterial enthaltenden Dampf. Andere Verfahren umfassen Festkörperdiffusion, Legierung und Umkristailisation.

Aus der AT-PS 2 67 613 ist zum Beispiel ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung von Transistoren bekannt, bei dem auf einem als Kollektor dienenden Halbleiterkristall zuerst eine Basiszone mittels Diffusion oder Epitaxie erzeugt, dann auf dieser eine zum überwiegenden Teil aus einem den Leitungstyp des Emitters bestimmenden Aktivator bestehende Metallschicht aufgebracht und aus dieser der Aktivator anschließend bei Temperaturen von ca. 500⁰C in den Halbleiterkristall einlegiert wird. Da hierbei das Metall selbst jedoch in den Halbleiterkristall eindringt und mit diesem eine Legierung eingeht, ergibt sich nur ein allmählicher Übergang zwischen der aktivierten Zone und der darüber verbleibenden Metallschicht Darüber hinaus breitet sich das Metall bei einem Einlegieren aufgrund seines Schmeizzustandes in nicht vorherbestimmbarer Weise im Halbleitcrkristall aus, so daß einerseits keine exakte Ausrichtung zwischen dem einlegierten Emitterbereich und der Emitterelektrode gewährleistet ist und andererseits bei der Ausbildung sehr eng benachbarter, aktivatorhaltiger Bereiche die Gefahr einer gegenseitigen Berührung und damit eines Kurzschlusses dieser Bereiche besteht

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (US-PS 33 41 381), bei dem eine ein Dotiermaterial enthaltende SiO2-Schicht partiell auf einen Halbleiterkörper aufgebracht und anschließend gemeinsam mit diesem zur Eindiffusion des Dotiermaterials erhitzt wird. Da sich der dotierte Bereich hierbei jedoch erst nach weiteren Maskierungsschritten mit einer Anschlußelektrode versehen läßt, ist eine genaue Ausrichtung und Übereinstimmung zwischen der Anschlußelektrode und dem dotierten Bereich nur schwer erzielbar.

Außerdem ist es bekannt (Zeitschrift für angewandte Physik, Bd. 18, Heft 3/1964, Seiten 129-132; Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 4 (1965), Seiten 823 und 824), eine gegebenenfalls zwei Dotierstoffe bzw. Aktivatoren enthaltende SiOrSchicht auf ein Plättchen aus Galliumarsenid aufzubringen und anschließend zu erhitzen, wobei die Dotierstoffe aufgrund unterschiedlieher Diffusioüsgeschwindigkeiten mit unterschiedlicher Tiefe in das Galliumarsenid-Plättchen eindiffundieren, so daß mit einem einzigen Diffusionsprozeß zum Beispiel die Ausbildung einer npn-Struktur erzielbar ist. Auch hier bestehen jedoch ähnliche Probleme bezüglich der exakten Ausrichtung zwischen den einzelnen Dotierungsbe.eichen und den abschließend aufgebrachten Anschlußelektroden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine genaue Ausrichtung der herzustellenden Dotierungszonen mit den zugehörigen darüberliegenden Elektroden gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallschicht als Hauptbestandteil ein bei Temperaturen von etwa 1050° C keine Legierung mit dem Halbleitermaterial bildendes hochschmelzendes Metall und einen untergeordneten Anteil des Aktivators enthält und daß das Erhitzen während einer vorgegebenen Zeit auf eine Temperatur von etwa 1050° C erfolgt

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer hochschmelzenden Metallschicht als Quelle für eine in bestimmter Weise erfolgende Eindiffusion des Aktivators ist eine äußerst genaue Ausrichtung der Elektroden mit den jeweiligen dotierten Bereichen gewährleistet. Da der Hauptbestandteil der Metallschicht während des Eindiffundierens des Aktivators weder schmilzt noch eine Legierung mit dem Halbleitermaterial bildet, steht die Metallschicht gleichzeitig als Elektrode für die nachfolgende elektrische Kontaktierung der dotierten Bereiche zur Verfugung, Zudem überdeckt die Elektrode den dotierten Bereich vollständig, so daß sowohl ein sehr guter elektrischer, als auch ein ausgezeichneter thermischer und mechanischer Kontakt bei einem Minimum an erforderlichem metallischen Material gewährleistet sind.

Des weiteren lassen sich die Zuleitungen für die Elektroden in einfacher Weise anbringen, da die als Elektroden wirkende Metallschicht sich bei der Eindiffusion des Aktivators nicht wesentlich verändert Da die Elektroden zu den dotierten Bereichen stets genau ausgerichtet und somit keine Toleranzbereiche notwendig sind, wie sie bei einem r.ichträglichen, nur innerhalb gewisser Lagetoieranzgrenzen durchführbaren Aufbringen der Elektroden erforderlich wären, können die dotierten Bereiche auf die minimal erforderlichen Flächenabmessungen beschränkt werden, so d«ß Halbleiterbauelemente mit äußerst geringen Abmessungen und fein verteilten Strukturen auf einfache Weise herstellbar sind.

Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch hervorragend zur Ausbildung von ohmschen Kontakten an Halbleiterkörpern.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 den Ablauf der Herstellung einfacher Dioden mit pn-Übergangsbereich,

Fig.2a bis 2i schematische Darstellungen der einzelnen Verfahrensschritte gemäß Fig. 1.

Fig.3 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Widcistandselementen, die mit Selbstausrichtung auf einem Halbleiterplättchen ausgebildet sind,

Fig.4 eine Draufsicht auf einen bipolaren Lateraltransistor,

Fig.5 eine Querschnittsansicht eines Teils des Transistors gemäß F i g. 4 entlang der Linie 5-5,

Fig.6 eine Querschnittsansicht eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Halbleiterbauelement,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Hochspannungsgleichrichters,

Fig.8 eine Querschniitsansicht eines Teils eines akernarvon Ausführungsbeispiels für Halbleiterbauteile,

Fig.9 eine Querj:chnittsansicht eines Teiis eines durch Diffusion gebildeten npn-Transistors und

Fig. 10 und 11 verschiedene Ansichten eines bipolaren Transistors.

Ein metallischer Leiter, der eine kleine Menge eines den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierungsmittels enthält, kann durch geeignete Verfahren auf einem Halbleiterplättchen ausgebildet werden, beispielsweise durch kathodische Zerstäubung mittels einer Zerstäubungsquelle, welche e'ne vorgegebene Zusammensetzung aus einem Metall und dem Dotierungsmittel enthält Das Plättchen wird dann erhitzt, um das Dotierungsmittel in den Halbleiter einzudiffundieren. Das Metall, welches als F.lelrtrnHp u/irlron lr»n« L-nii :«

jeder gewünschten räumlichen Form gestaltet werden, wodurch eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen zur Verfügung steht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden einfache Dioden mit p-n-Übergangsbereich unter Verwendung eines metallischen Leiters mit einer entsprechenden Konzentration des den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Aktivators hergestellt. Zunächst wird ein Isolationsfilm, beispielsweise Siliziumdioxid, auf einem Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers aus beispielsweise n-leitendem Silizium ausgebildet Die Isolationsschicht, welche eine Dicke zwischen 100 mti und 500 πm besitzen kann, wird durch ein konventionelles Masken- und Ätzverfahren unter Verwendung von Photomasken mit Öffnungen versehen, um ausgewählte Teile der darunterliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers freizulegen.

Unter Verwendung von Trioden-Zerstäubungsverfahren wird beispielsweise ein metallischer Leiter sowohl ühpr ήςη Bereichs^ der isolationsschicht als auch in deren öffnungen ausgebildet, wo er in Kontakt mit den freiliegenden Oberflächenteilen des darunterliegenden Halbleiterkörpers steht. Die Kathode des Trioden-Zerstäubungsgerätes besteht aus einem metallischen Leiter und einem Aktivator und kann entweder in Form einer Legierung oder einer feinkörnigen Mischung vorliegen.

Es ist erwünscht, daß der verwendete metallische Leiter einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher demjenigen des Halbleitermaterials und der Isolationsschicht genügend nahe kommt, um Spannungen auszuschließen, die auftreten können, wenn das Bauelement erhitzt oder abgekühlt wird. Auf diese Weise ist ein guter mechanischer Kontakt des metallischen Leiters mit der Halbleiteroberfläche gewährleistet. Es ist weiterhin erwünscht, daß der metallische Leiter aus einem hochtemperatur-bestandigen Material besteht, so daß er nicht schmilzt und/oder mit dem Halbleiter eine Legierung in einem solchen Ausmaß bildet, daß eine gesteuerte Diffusion ausgeschlossen ist. Da bei vielen Herstellungsverfahren ein Ätzen des Metallfilms, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Isolationsfilm aus beispielsweise Siliziumdioxid befindet, vorgenommen wird, ist in diesen Fällen ein Kriterium für die Auswahl des metallischen Leiters, daß er beständig gegen die Ätzmittel ist. die zum Ätzen des Isolaiionsfilms verwendet werden. Gleichermaßen sollte in diesen Fällen der metallische Leiter durch Ätzmittel geätzt werden können, welche den Isolationsfilm nicht nachteilig beeinflussen.

In der folgenden Beschreibung ist zur Vereinfachung als Beispiel für ein Leitermetall Molybdän gewählt. Selbstverständlich können jedoch auch andere metallische Materialien, beispielsweise Wolfram, und ebenso Legierungen von Wolfram und Molybdän und metallische Verbindungen und Legierungen verwendet werden, die ähnliche elektrische Leitfähigkeit, Hochtemperatureigenschaften, Beständigkeit gegen Ätzung und sonstige physikalische Eigenschaften besitzen, wenn sie den angegebenen Anforderungen und den gewünschten Ergebnissen entsprechen. In ähnlicher Weise wird zur Vereinfachung der Beschreibung Silizium als Halbleitermaterial verwendet, obwohl auch andere Halbleiter, beispielsweise Germanium und Galliumarsenid verwendet werden können.

Ebenfaüs zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier nur Bor als Aktivator gewählt obwohl auch andere

Aktivatoren, beispielsweise Phosphor, mit Silizium verwendet werden können, während Zink oder Zinn mit Galliumarsenid verwendet werden können. Auch andere Aktivatoren, sowohl die üblichen Akzeptoren als auch Donatoren, sind in Abhängigkeit von dem gewünschten Halbleitertyp und seiner anschließenden Verwendung geeignet.

Die Konzentration des Bors im Molybdän, das hier als Dotiermaterial verwendet wird, hängt von der gewünschten Konzentration in den ausgewählten Bereichen des Halbleiterkörpers ab. Es kann beispielsweise ein p-n-Übergangsbereich in einem Körper aus η-leitendem Silizium gebildet werden, wenn durch Diffusion Bor aus einer Molybdän-Bor-Legierung eingebracht wird, die etwa 3 Atom-Gew.% Bor enthält und in innigem Kontakt mit dem Siliziumkörper steht. Hierbei wird die Schicht aus mit Bor dotiertem Molybdän durch Kathodenzerstäubung auf einem mit öffnungen versehenen Teil einer Isolationsschicht aufgebra'jtii und kann eine Dicke zwischen 70 nm und I μιη aufweisen. Wahlweise können andere Verfahren verwendet werden und die Kathodenzerstäubung wird hier nur als Beispiel beschrieben. Das Muster der Isolationsschicht kann stark variieren gemäß dem gewünschten Endergebnis. Bei einem bestimmten Beispiel kann eine Reihe von kreisförmigen öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 0,075 mm und Mittenabständen von etwa 0,5 mm Verwendung finden.

Ui,- beispielsweise Bor in Silizium einzudiffundieren, wird ein Siliziumkörper mit einem entsprechenden Muster aus freiliegenden Bereichen der Siliziumoberfläche mit beispielsweise einer Molybdän-Bor-Legierung kontaktiert und auf Temperaturen von etwa 1050⁰C in einer Inertgas-Atmosphäre erhitzt, wodurch die Atome des Bors in den Bereich der kontaktierten Teile der Siliziumoberfläche eindiffundieren. Bekanntermaßen hängt bei vorgegebener Temperatur die Zeitdauer der Diffusion im wesentlichen von der gewünschten Tiefe des Diffusionsbereichs ab. Die Diffusionstiefe ist hierbei etwa proportional der Quadratwurzel der Diffusionszeit. Diese Beziehung gilt auch dann, wenn ein Metall, das wenig oder überhaupt nicht mit dem Halbleiter reagiert, als Träger für das diffundierende Material verwendet wird. Die typischen Diffusionszeiten liegen im Bereich von einigen Minuten bis Wochen in Abhängigkeit von dem Aktivatormaterial, dem Halbleiter und der Temperatur. Wenn beispielsweise Bor bei 1050⁰C in Silizium eindiffundiert wird, wird ein etwa 1 μιη tiefer p-leitender Bereich in etwa 3 Stunden ausgebildet.

Manchmal kann es erwünscht sein, den Molybdänleiter vor der Eindiffusion des Aktivators in das Siliziummaterial mit einer Schutzschicht zu versehen, um zu verhindern, daß sich auf dem Molybdän infolge der Sauerstoffspuren in der Inertgasatmosphäre Oxide ausbilden. Die Schutzschicht sollte ein Material enthalten, welches die für die anschließende Diffusion in dem metallischen Leiter zur Verfugung stehende Aktivatorkonraitration nicht wesentlich verringert Die Schutzschicht sollte femer nach der Diffusion gegebenenfalls entfernbar sein. Beispielsweise ist Siliziumdioxid, das leicht mit »gepuffertem HF« entfernt wenden kann, ein geeignetes Material für die Schutzschicht

Wenn die Diffusion beendet ist, kann die Metallschicht durch Maskierungs- und Ätzverfahren unter Verwendung von Photomasken mit einem Muster versehen werden, um eine Vielzahl von diskreten p-n-Dioden auszubilden. Alternativ kann das gleiche

Ziel dadurch erreicht werden, daß vor der Diffusion ein metallischer Film in Form eines Musters ausgebildet wird. Dies stellt eine einfache aber wirksame Diffusionstechnik dar. Zusätzlich bildet die metallische Schicht gleichzeitig einen Kontakt mit niedriger Impdanz für > den Diffusionsbereich mit geänderter Leitfähigkeit, wenn die Oberflächenkonzentration des in den Halbleiter '^diffundierten Aktivators genügend hoch ist, d. h. bei Silizium mehr als 10" Atome pro Kubikzentimeter beträgt. Im allgemeinen wird diese Dotierungsdichte in erreicht.

Ein Beispiel für die Ausbildung einer Vielzahl von p-n-Dioden auf einem einzigen Halbleiterplättchen ist schematisch veranschaulicht durch das Ablaufdiagramm gemäß Fig. I und die entsprechenden schematischen r> Darstellungen der F i g. 2a bis 2i, welche den aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten gemäß Fig. I entsprechen und im Querschnitt die aufeinanderfolgenden 7ΐϊ«ίΐϊϊηΗρ pinps TpjU pjrtps 3l!i?minhi*!b!p!terⁿ!iit!ch£ns wiedergeben, das zu p-n-Dioden verarbeitet wird, .χι Nachstehend werden die einzelnen Verfahrensschritte bei Verwendung von Silizium beschrieben.

In den F i g. I und 2a ist ein η-leitendes Siliziumplättchen 10 dargestellt, das einen Durchmesser von etwa 2,54 mm und eine Dicke von etwa 0,254 mm aufweisen :s kann. Vorzugsweise ist das Siliziumplättchen monokristallin mit einem Paar Hauptachsen, deren Orientierung beispielsweise parallel zur (1, I, 1)-Ebene liegen kann. Um eine angemessene Leitfähigkeit des Siliziumplättchens zu erhalten, ist darin ein geeigneter Donator in ent' jlten. Beispielsweise ist Phosphor mit einer Konzentration von 6 χ 10¹⁵ Atomen Kubikzentimeter Silizium ausreichend, um ein η-leitendes Plättchen mit einem spezifischen Widerstand von etwa I Ohm ■ Zentimeter zu erhalten. Dieses Plättchen kann als Substrat π für die Ausbildung von Halbleiterbauteilen verwendet werden. Hierzu wird zunächst das Plättchen mit einem Muster eines Isolationsfilms über der Oberfläche versehen. Dieser Film wird dann als Maske verwendet, um eine selektive Kontaktierung von Teilen dieser Oberfläche mit einem Film eines metallischen Leiters zu gestatten, welcher die gewünschten Aktivatoren enthält, mit denen sich in dem Halbleiterplättchen p-n-Übergangsbereiche ausbilden lassen. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des dünnen Isolationsfilms 11 entsprechend F i g. 1 und 2b besteht aus der trockenen Oxidation einer Hauptfläche des Siliziumplättchens. Zunächst wird das Plättchen in eine Reaktionskammer eingeführt und auf eine Temperatur von etwa 1000⁰C bis 1200° C erhitzt. Eine geeignete Dicke für einen durch so thermische Behandlung aufgebrachten Film aus Siliziumdioxid beträgt etwa 200 nm. Diese wird erreicht, wenn die obigen Bedingungen etwa 2 Stunden lang aufrechterhalten werden.

Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren der trockenen Oxidation zur Herstellung eines Isolationsfilms bevorzugt wird, ist es manchmal erwünscht ein anderes Isolationsmaterial, beispielsweise Siliziumnitrid zu verwenden. Siliziumnitrid besitzt einen größeren Widerstand gegenüber der Diffusion der konventionel- to len Donatoren und Akzeptoren und ergibt daher unter Umständen eine bessere Maskierung. Siliziumdioxid andererseits kann leichter geätzt werden, um Öffnungen auszubilden, durch welche die entsprechenden Dotierungsmittel zur Ausbildung von p-n-Obergangsberei- dien, sowie von »Source«- und »Drain«-Bereichen eindiffundiert werden können. Manchmal ist es erwünscht, beide Arten von Isolationsfi'men zu verwen den. Wenn ein Siliziumnitridfilm erwünscht ist, kann er dadurch ausgebildet werden, daß man bei einer Temperatur von 100O⁰C in der Reaktionskammer SiH₄ und NH₃ an der Oberfläche des nicht bedeckten oder mit Oxid beschichteten Siliziumplättchens zur Reaktion miteinander bringt. Dieses Verfahren kann bei einem Partialdruck von 0,02 mbar des SiH₄ in einer Ammoniakgasatmosphäre durchgeführt werden. Unter diesen Bedingungen kann in etwa 10 Minuten ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 100 nm gebildet werden.

Bei einem dritten Verfahren findet ein amorpher Film Verwendung, der Silizium, Sauerstoff und Stickstoff enthält und im allgemeinen als Silizium-Oxid-Nitrid bezeichnet wird. Dieser amorphe Film kann beispielsweise durch pyrolytische Reaktion von Silan, Sauerstoff und Ammoniak an der Oberfläche eines Siliziumplättchens gebildet werden, das auf einer Temperatur von etwa 1000 bis 1200⁰C gehalten wird. Hierbei kann der

Unjatinntfilm pinp hpliphigp Knmhinatirin rlpr pru/ähn-

ten Filmschichten umfassen. Andere Isolationsfilme, beispielsweise Aluminiumoxid, können durch kathodische Zerstäubung auf die Oberfläche aufgebracht werden. Weiterhin sollten bei Verwendung von Halbleitern mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Germanium, Verfahren mit niedrigen Temperaturen für die Herstellung der Isolationsschicht verwendet werden. So kann beispielsweise die kathodische Zerstäubung oder alternativ die Oxidation von SiH₄ bei niedriger Temperatur verwendet werden, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden.

Nach der Bildung des Isolationsfilms 11 auf dem Siliziumplättchen 10 kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Film 11, wie in Fig. 2c abgebildet, mit einem Muster der gewünschten Form versehen werden. Die öffnungen 12 werden mit Hilfe üblicher Maskierungsund Ätzverfahren unter Verwendung von Photomasken gebildet. Dabei werden Teile der darunterliegenden Oberfläche des Siliziumplättchens 10 freigelegt. Wenn beispielsweise die Isolationsschicht aus Siliziumdioxid oder Silizium-Oxid-Nitrid besteht, kann der nicht maskierte Teil derselben leicht durch Eintauchen in ein Ätzmittel aus »gepuffertem HF« entfernt werden. Dieses enthält 1 Volumenteil konzentrierter HF und 10 Volumenteile einer 40%igen Lösung von NH₄F. Dieses Ätzmittel ätzt Siliziumdioxid mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 nm pro Minute. Das Ätzmittel wird während der zur Entfernung der Siliziumdioxidschicht in dem nicht abgedeckten Bereich erforderlichen Zeitdauer verwendet. Wenn Siliziumnitrid allein vorliegt, wird üblicherweise als Ätzmittel eine konzentrierte Fluorwasserstoffsäure verwendet (48 VoL-%), welche das Siliziumnitrid mit einer Geschwindigkeit von etwa 13 bis 15 nm pro Minute entfernt Alternativ kann eine 85%ige Lösung von Phosphorsäure bei 180° C verwendet werden, um das Siliziumnitrid mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 10 nm pro Minute zu entfernen. Diese Alternative wird bevorzugt wenn der Isolationsfilm 11 SiO₂ und S13N4 enthält Kombinationen der verschiedensten Isolationsfilme können dadurch entfernt werden, daß jeder Film einzeln entfernt und das Plättchen vor dem nächsten Ätzbad gewaschen wird

Nach dem Herstellen des Musters in dem Film 11 wird ein metallischer Leiter 13 über dem Film 11 und den darin enthaltenen öffnungen 12 aufgebracht Diese Aufbringung wird vorzugsweise mit dem bekannten Verfahren der Trioden-Zerstäubung vorgenommen, das in dem Werk »Integrated Circuit Technology« von

Seymor Schwanz, S. 54 —57, McGraw-Hill Book Company, New York, 1967, beschrieben ist. Hierbei wird an einen Heizfaden eine Vorspannung von —30 V angelegt und dieser dient dann als Elektronenquelle für das Zerstäubungsverfahren. Ein zusammengesetztes Quellenmaterial, wie beispielsweise eine Legierung oder ein feinkörniges gepreßtes Gemisch aus Molybdän und einem Akzeptor, beispielsweise j Atom-Gew.-% Bor, dient als Ka;hode und wird mit einer Gleichspannung von —3 kV versorgt. Das ganze Verfahren wird in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von beispielsweise etwa 5 μιη durchgeführt. Ein Elektronenstrahl mit einem kleinen elektrischen Beschleunigungspotential von beispielsweise 30 V veranlaßt die Ionisation der Argonatome zu positiven Ionen, welche von der Elektrode angezogen werden und auf sie aufprallen. Das Siliziumplättchen mit der mit einem Muster versehenen Isolationsschicht wird in der Nähe der Kathode angeordnet und auf etwa 500°C aufgeheizt, um eine gute Haftung der mit Bor dotierten ivioiybdänschicht zu erzielen. Eine Schicht von etwa 400 nm Dicke kann in etwa 5 bis 7 Minuten auf dem Plättchen abgeschieden werden. Um die richtige Dicke zu gewährleisten, kann ein geeichter Integrator in der Schaltung der Kathode verwendet werden.

Die Kathodenquelle selbst wird beispielsweise ius einem zusammengesetzten Pulver von Molybdän und etwa 3 Atom-Gcw.-% Bor hergestellt. Das Pulvergemisch wird mit einem Lösungsmittel gewaschen, um jegliches restliches Molybdänoxid zu entfernen. Die erhaltene Aufschlämmung läßt man absetzen, wodurch das Pulver und das Lösungsmittel getrennt werden. Die Flüssigkeit wird dann abgegossen und das Pulver zunächst getrocknet und dann zu Scheiben gepreßt mit Abmessungen von etwa 3,2 cm Durchmesser und 0,3 cm Stärke.

Die erhaltenen Scheiben können auch gesintert werden, d. h- sie werden in einer Argonatmosphäre erhitzt, um eine innere Diffusion des zusammengepreßten Pulvers zu verursachen. Dabei kann sich das Volumen der Scheibe um 20 bis 30% verringern, wodurch sich die Dichte erhöht und die Scheibe verfestigt. Da hohe Temperaturen im Bereich von 2000 bis 2100⁰C bei der Herstellung einer gesinterten Scheibe verwendet werden, dürfen die verwendeten Aktivatoren in diesem Temperaturbereich keine höheren Dampfdrücke besitzen.

Alternativ können anstelle der kathodischen Zerstäubung auch die chemische Abscheidung aus einem Dampf oder andere geeignete Abscheidungsverfahren verwendet werden. Unabhängig davon, welcher Abscheidungsprozeß verwendet wird, wird das Verfahren durch an sich bekannte Mittel so gesteuert, daß die Abscheidung der gewünschten Zusammensetzung und Homogenität der abgeschiedenen Schicht gewährleistet ist Hierbei kann es erwünscht sein, vor der Diffusion eine Schutzschicht 14 über dem Film des metallischen Leiters aufzubringen, wie es in F i g. 2e dargestellt ist Die bei der Diffusion verwendete Atmosphäre aus Argon oder anderen Schutzgasen kann geringe Mengen Sauerstoff enthalten, welche mit dem Molybdän unter Bildung von Molybdänoxid reagieren. Um die Oxidation zu verhindern, wird auf der Oberfläche des Molybdänfilms eine dünne Schicht eines Materials, das mit dem Molybdän nicht reagiert, beispielsweise SiO₂, aufgebracht Eine Silizjumoxidschicht mit einer Dicke zwischen !30 and 150 nm kann durch reaktive Diodenzerstäutung aufgebracht werden. Bei der reaktiven Diodenzerstäubung

wird in einer Sauerstoffatmosphäre eine Siliziumquelle verwendet. Alternativ kann der Film 14 ausgebildet werden, indem das ganze Gebilde in einer Strömung von Äthyl-Orthosilikat in Argon auf 800⁰C erhitzt wird, um eine pyrolytische Zersetzung desselben zu erreichen, die zu dem Aufwachsen einer SiO2-Schicht auf dem Molybdän führt.

Soll jedoch die Ausbildung einer Molybdänoxidschicht ohne Verwendung einer Schutzschicht verhindert werden, muß die Reinheit des bei de- Diffusion verwendeten Argons gewährleistet sein. Hierzu wird das während der Diffusion verwendete Argon durch eine Kammer geleitet, welche einen Sauerstoff-Getter, beispielsweise Titanspäne, enthält, der auf etwa 800⁰C

ii erhitzt ist. Die Sauerstoffreste in dem Argon verbinden sich mit dem Titan und es bleibt praktisch reines Argon zurück, das als Schutzatmosphäre während der Diffusion verwendet wird.
Fig. 2b zeigt den Zustand nach der Eindiffusion des

?n Bors in das Süiziumpiättchen. Die Diffusion kann leicht dadurch erreicht werden, daß man das Plättchen etwa 2 Stunden lang auf 1050⁰C erhitzt. Dies führt zu einer Diffusionstiefe von etwa 1 μιη. mit der das Bor in das Siliziumplättchen 10 eindringt. Da die Diffusionstiefe

2i etwa proportional der Quadratwurzel der Heizdauer ist, läßt sich eine größer Eindringtiefe durch eine längere Heizdauer erhalten. Die Diffusion erzeugt Bereiche 15 in dem Siliziumplättchen 10, welche den p-Leitfähigkeitstyp aufweisen, im Gegensatz zu dem n-Leitfähigkeitstyp des restlichen Teils des Plättchens 10.

Fig. 2h zeigt das Halbleiterplättchen und die übrige Struktur nach dem Entfernen des Films 14 (F i g. 2g) und von Teilen des dotierten Leiterfilms 13 aus Molybdän mit Hilfe von Ätzverfahren, wodurch diskrete p-n-Dioden ausgebildet werden. Derartige Ätzverfahren unter Verwendung von Photomasken sind bekannt und beispielsweise beschrieben in dem Buch »Characteristics and Operation of MOS Field-Effect Devices« von Paul Richman, S. 85—89, Verlag McGraw-Hill Book

ίο Company, New York, 1967. Der Leiterfilm 13 wird mit einem Photomaskenmaterial bedeckt und mit einem Muster versehen, wie im Zusammenhang mit der Herstellung des Musters auf dem Isolationsfilm 11 vorstehend beschrieben.

Nach dem Entwickeln wird das Plättchen etwa 1 Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre auf etwa 150⁰C erhitzt, um den Film zu härten. Die freiliegenden Teile des Leiterfilm 13 werden dann einem Ätzverfahren zur Ätzung der Molybdänschicht unterzogen. Ein geeignetes Ätzmittel kann aus 30 cm³ Ortho-Phosphorsäure. 30 cm³ Essigsäure. 15 cm³ Salpetersäure und 75 cm³ Wasser bestehen. Dieses Ätzmittel entfernt das Molybdän mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 nm pro Minute. Das Photomaskenmaterial kann durch einen geeigneten Photqmasken-Entferner entfernt werden.

Die endgültigen Verfahrensschritte zur Herstellung von Dioden mit p-n-Obergangsbereichen führen zu Bauelementen, wie sie in Fig.2i dargestellt sind, bei denen Kontakte 16 und 17 ausgebildet sind. Das Plättchen wird eingeritzt und diskrete Bauelemente oder Gruppen von Bauelementen werden abgetrennt Jedes Modul wird dann mit einem Träger 17 dadurch fest verbunden, daß es mit einem in geeigneter Weise, beispielsweise in diesem Falle mit Antimon, dotierten Goki-Lötmitte! 18 legiert wird. Die Kontakte 16 können durch Wärme und Druck nm Teilen des Films 13 fest verbunden werden. Alternativ kann eine Goldschicht

auf die Molybdänteile 13 aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen und selektives Ätzen oder durch selektives elektrodenloses Galvanisieren des freiliegenden Metalls. Anschließend werden dort dann durch Wärme und Druck Verbindungspunkte aufge- bracht, um den Vorteil der leichten Herstellung solcher Verbindungen mit Gold im Gegensatz zu der schwierigen Herstellung von Verbindungen aus Molybdän oder ähnlichen Metallen wahrzunehmen. Sollen andererseits Module mit integrierten Schaltungen hergestellt wer- den, werden die Verfahrensstufen zur Herstellung von einzelnen Kontakten ersetzt durch die Aufbringung ausgedehnter Filmteile 13 zur Bildung von Verbindungen der Schaltungsteile untereinander.

Ein guter elektrischer und mechanischer Kontakt wird nicht nur durch die Auswahl eines metallischen Leiters mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der an den Koeffizienten des Halbleiters angepaßt ist, gewährleistet. Er ergibt sich ebenso auch aus der im wesentlichen vollständigen Bedeckung des ohne die Isolationsschicht freiliegenden Diffusionsbereichs des Halbleiters durch den metallischen Leiter. So umfaßt eine in F i g. 2i dargestellte Diode mit p-n-Übergang ein Siliziumplättchen 10 mit η-Leitfähigkeit, dessen Oberfläche von einer Isolationsschicht 11 mit öffnungen 12 bedeckt ist. Der metallische Leiter 13 mit einem Akzeptor zur Herstellung des Leitfähigkeitstyps ρ bedeckt einen Teil der Isolationsschicht 11 einschließlich der darin enthaltenen öffnungen 12. Da das dotierte Metall über dem mit Öffnungen versehenen Teil der Isolationsschicht 11 abgeschieden wird, ist im wesentlichen die ganze Oberfläche des Plättchens 10, welche durch die öffnungen 12 hindurch zugänglich war. mi; dem metallischen Leiterfilm 13 kontaktiert. Da die öffnungen 12 groß sein können im Vergleich zur Diffusionstiefe des Akzeptors in dem Halbleiterplättchen 10 einschließlich der seitlichen Diffusion unter die Isolationsschicht 11. liegen im wesentlichen alle der Oberfläche benachbarten Bereiche mit veränderter Leitfähigkeit unterhalb der Öffnungen 12 und stimmen daher im wesentlichen mit den Teilen des metallischen Leiterfilms 13 in den Öffnungen 12 überein.

In den vorstehenden Abschnitten sind Bauelemente eines Typs beschrieben, bei dem mindestens ein Teil eines leitfähigen Films, der den Aktivator zur Änderung des Leitfähigkeitstyps enthält, in Kontakt mit einer an den Bereich mit gesonderter Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers angrenzenden Oberfläche steht und im wesentlichen mit dieser übereinstimmt, da die Änderung der Leitfähigkeit durch Diffusion des Aktivatormaterials aus dem Leiterstreifen erfolgt Diese Übereinstimmung des Kontaktteils des leitfähigen Films mit dem an die Oberfläche angrenzenden Bereich veränderter Leitfähigkeit ist eine Art Selbstausrichtung, bei der, wie beispielsweise im Zusammenhang mit der Vorrichtung nach Fig.2i beschrieben ist, der gesamte an die Oberfläche angrenzende Bereich mit veränderter Leitfähigkeit im wesentlichen mit dem Teil des leitfähigen Films, der Kontakt mit dem Halbleiter hat, in Obereinstimmung stehen kann. Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 wird diese Selbstausrichtung auch durch die Tatsache erreicht, daß der leitfähige Film sich durch eine Öffnung in einem Oxidfilm hindurch erstreckt und einen Kontakt mit einem durch die öffnung begrenzten Teil der Oberfläche des Halbleiterplättchens herstellt.

Diese Art der Selbsteusrichtung ist jedoch nicht auf Bauelemente beschränkt, wie sie in Fig.2 abgebildet sind, bei denen die Größe des an die Oberfläche

angrenzenden Bereichs mit veränderter Leitfähigkeit im wesentlichen mit dem Verfahrensschritt bei der Herstellung festgelegt wird, bei dem die öffnungen im Isolator ausgebildet werden. Bei anderen Bauteilen, wie sie beispielsweise in F i g. 3 dargestellt sind, werden andere wichtige Verfahrensschritte dazu benutzt, um dem Bauteil diese bisher nicht erreichbaren Eigenschaften zu vermitteln. So ist beispielsweise bei dem Bauteil nach F i g. 3 über dem Halbleiterplättchen 10 ein dünner Isolationsfilm U ausgebildet, der durch die Bildung einer im wesentlichen rechteckförmigen öffnung 12 durchbrochen wird. Sodann wird ein leitfähiger Film aus einem metallischen Leiter, welcher einen geringen Anteil eines geeigneten Donators oder Akzeptors enthält, über dem ganzen Plättchen aufgebracht. Der leitfähige Film wird dann beispielsweise derart mit einem Muster versehen, daß eine Vielzahl von parallelen Streifen 20 mit einer hohen Dichte und feinen Auflösung ausgebildet wird. Das Plättchen kann danach mit einer Isolationsschicht bedeckt werden, die beispielsweise in Form eines dünnen Film 14 aus Siliziumdioxid mit einer Stärke von 100 nm in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt werden kann. Anschließend wird die ganze Vorrichtung während eines genügend langen Zeitraums, beispielsweise 4 Stunden lang, einer Diffusionstemperatur von etwa 1050⁰C. ausgesetzt, um einen an die Oberfläche angrenzenden Bereich 15 zu bilden, der beispielsweise eine Stärke von 1 μπι und Leitfähigkeitseigenschaiten besitzt, die im allgemeinen entgegengesetzt, zumindest jedoch unterschiedlich zu den Leitfähigkeitseigenschaften des Hauptteils des Halbleiterkörpers 10 sind. Der Bereich 15 wird durch Eindiffusion des Aktivators aus den nicht entfernten Teilen des leitfähigen Films 13 gebildet, dessen Geometrie die seitliche Ausdehnung des Diffusionsbereichs bestimmt, so daß die in ihrer Leitfähigkeit geänderten Bereiche mit den verbleibenden I.eiterstreiten übereinstimmen. Typische weise kann die Diffusion bis zu einer Tiefe von etwa 1 μιη stattfinden.

Nach der Diffusion kann ein mittlerer Teil 19 des zuletzt aufgebrachten Isolators und des Musters des leitfähigen Metalls entfernt werden. Dadurch wird eine Öffnung 19 gebildet, die die in ihrer Lo.fahigkeit geänderten Oberflächenteile und die unveränderten dazwischenliegenden Streifen freilegt, welche eine Matrix von Widerstandselementen mit hoher Auflösung und hoher Flächendichte bilden. Diese werden an der Peripherie der Öffnung 19 über Endteile 22 der Streifen 20 kontaktiert. Hierbei tritt bei den Teilen des Films. welche nicht entfernt werden und als Kontaktteile für die einzelnen Widerstandsstreifen dienen, eine Selbstausrichtung bezüglich der Widerstandsstreii'en an den Endteilen 22 derselben auf.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel enthält dieses und ein weiteres Konzept. Es wird dabei eine ähnliche Matrix mit hoher Flächendichte und hoher Auflösung gebildet welche aus einer Vielzahl von Widerstandsstreifen oder ähnlichen Anordnungen mit einem Muster paralleler Teile oder anderen Teilen mit einer vorgegebenen Konfiguration besteht Die;» geschieht durch Abscheidung des dotierten leitfähigen Films unmittelbar auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der metallische leitfähige Film nach dem vorgegebenen Muster gestaltet, beispielsweise in Form des vorbeschriebenen Musters aus parallelen Streifen hoher Dichte oder beisoielsweise durch eine Vi^l^ahl »nn

konzentrischen Ringmustern oder anderen gewünschten Mustern. Die zurückbleibenden leiitahigen Filmteile werden dann mit einem geeigneten Isolationsmaterial, beispielsweise Siliziumdioxid mit einer Dicke von 300 nm bedeckt Nach der Abdeckung mit dem Isolationsmatetial wird die Vorrichtung auf eine Temperatur von etwa 1050° C, während einer ausreichenden Zeitdauer, beispielsweise 4 Stunden lang, erhitzt, um die Diffusion des eingeschlossenen Aktivators, typischerweise Bor oder Phosphor, bis zu einer Tiefe von beispielsweise 1 μπι in das Halbleiterplättchen hinein zu bewirken und dadurch die Bildung von oberflächennahen Bereichen mit geänderter Leitfähigkeit hervorzurufen, welche die gleiche Form und das gleiche Muster wie das Muster des leitfähigen metallischen Films aufweisen.

Das bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Konzept kann in gleicher Weise auch bei Bauelementen gemäß F i g. 2i angewendet werden. Beispielsweise kann auch hier der leitfähige Film selbst mit einem Muster versehen sein anstatt das Muster des leitfähigen Films, welches mit der Oberfläche des Halbleiters in Berührung steht, durch einen mit Muster versehenen Isolator herzustellen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Eindiffusion aus einem dotierten leitfähigen Film zur Herstellung eines bipolaren Latera'itransistors dienen. Ein solches Bauelement ist in den Fig.4 und 5 dargestellt. Das Halbleitersubstrat 10 besteht hier zweckmäßigerweise aus η -leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm · cm und wird zunächst mit einer dünnen Schicht 11 eines thermisch gewachsenen Siliziumdioxids mit einer Stärke vor. 300 nm beschichtet. Wie bei vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird eine Öffnung 12, beispielsweise ein Quadrat mit etwa 0,05 bis 0,25 mm Kantenlänge, in den isolierenden Film 11 geätzt Das beschichtete Plättchen wird dann mit einem Film eines metallischen Leiters bedeckt, der eine geringe Menge eines geeigneten Akzeptor-Aktivators enthält, beispielsweise 3 Atom-Gew.-% Bor. Der Film wird dann mit einem Muster versehen, so daß ein Paar in engem Abstand angeordnete elektrisch isolierte Elektroden 25 und 26 ausgebildet werden. Die Elektroden haben jeweils eine lange Umrißlinie, beispielsweise in Form eines ineinander verzweigten Musters gemäß F i g. 4, bei dem eine Emitterelektrode 25 mit einem Emitterkontakt 27 und eine Kollektorelektrode 26 mit einem Kollektorkontakt 28 ausgebildet sind. Nach der Musterbildung in dem Film 13 wird die Anordnung erneut mit einem Isolationsfilm 14 beschichtet, der zweckmäßigerweise aus einer 300 nm dicken Siliziumdioxidschicht besteht Die Anordnung wird dann erhitzt, auf eine Temperatur von 1050° C während einer Zeitdauer von beispielsweise 30 Minuten, damit das Bor in das Silizium bis zu einer Tiefe von beispielsweise etwa 03 μπι eindringt, und dabei p-leitende Emitterberciche und p-n-Übergangsbereiche zwischen den p-leitenden Bereichen und den η-leitenden Basisbereichen des Plättchens 10 ausbildet. Mit der unteren Oberfläche des Plättchens 10 wird ein Basiskoniakt 29 hergestellt. Abweichend von den bekannten Lateraltransistoren stimmen die ;.n die Oberfläche angrenzenden Bereiche mit geänderter Leitfähigkeit mit den an ihnen angebrachten Kontakten überein und können daher viel kleiner sein und eine größere Auflösung aufweisen als die durch das bekannte Oxidmaskenverfahren hergestellten Bereiche. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulichen nur einige der verschiedenen Möglichkeiten bei denen das Selbstausrichtunijskonzept zur Ausbildung von Bauelementen angewendet werden kann, bei denen eine Deckungsgleichheit von dem sls Diffusionsquelle dienenden elektrischen Kontakt und dem an die Oberfläche angrenzenden Bereich mit modifizierter Leitfähigkeit erzielt wird.

Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei, daß der Temperaturbereich, bei dem die Diffusion durchgeführt

ίο wird, beträchtlich niedriger ist als die Temperaturen, bei denen sich die verwendeten metallischen Leiter mit dem Halbleiter legieren. Beispielsweise legiert sich Molybdän mit Silizium bei einer Temperatur von etwa 1390°C. Wie vorstehend beschrieben, wird dagegen die Diffu sion bei einer niedrigeren Temperatur, nämlich etwa 1050° C durchgeführt

Obwohl während der Diffusion Spuren einer intermetallischen Verbindung durch Reaktion zwischen dem Metall und dem Halbleiter entstehen können, die selbst bei diesen niedrigen Temperaturen durch eine Festkörperreaktion ohne Schmelze auftritt ist diese Reaktion minimal und hat keine wesentliche Auswirkung auf die Eigenschaften der zuvor beschriebenen p-n-Übergangsbereiche. In diesem Falle kann eine dünne Restoxid- schicht mit einer Dicke von 1 nm oder weniger auf der freigelegten Oberfläche die Festkörperreaktion verhindern und gleichzeitig guten elektrischen Kontakt mit den Diffusionsbereichen durch »Elektronentunneln« gestatten. Die Aktivatoratome diffundieren leicht durch solche dünnen Schichten hindurch, die auf Siliziumplättchen von Natur aus vorhanden sind. Bei anderen Halbleitern, bei denen solche Filmschichten nicht naturgemäß auftreten, können sie auf einfache Weise zur Verhinderung unerwünschter intermetallischer

J5 Verbindungen zwischen dem Halbleiter und dem metallischen Leiter auf der Halbleiteroberfläche ausgebildet werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch dazu verwendet werden, Bereiche eines Siliziumplätt chens selektiv unter Verwendung von metallischen Abscheidungen, die mit verschiedenen Dotierungsmitteln dotiert sind, zu diffundieren. Neben der besseren Ausbildung von p-n-Übergangsbereichen eignet sich das Verfahren hervorragend zur Ausbildung von verbesserten Kontakten, die keine Gleichrichterwirkung besitzen oder eine niedrige Impedanz aufweisen. F i g. 6 zeigt im Endzustand ein η-leitendes Siliziumplättchen 30, dessen Oberfläche von einer Isolationsschicht 31 bedeckt ist Ein metallischer Leiter 33, wie Molybdän, dotiert mit einem Akzeptor, beispielsweise Bor, ist auf der Isolationsschicht 31 über einem Bereich derselben aufgebracht, der eine Öffnung trägt, welche einen Teil der darunterliegenden Oberfläche des Siliziumplättchens 30 frei läßt, und wird in diesen eindiffundiert. Ein metallischer Leiter 34, z. B. Molybdän, dotiert mit einem Donator, der für Silizium beispielsweise aus Phosphor bestehen kann, wird auf dem Siliziumplättchen abgeschieden. Die Phosphorkonzentration ist so hoch, daß sie an der Oberfläche des Halbleiters eine ausreichende Konzentration, d. h. für Silizium mehr als 10" Atome pro em³ aufweist und eine ausreichend dünne Oberflächengrenzschicht bildet, um das Hindurchtreten von Elektronen zu gestatten und dadurch einen Kontakt mit niedriger Impedanz zu erhalten. Der Aktivator wird auf der entgegengesetzter Oberfläche in das Plättchen 30 eindiffundiert. Dadurch wirkt der metallische Leiter 33 als erste Aktivatorquelle und steht in Kontakt mit der einen Oberfläche, während

der metallische Leiter 34 als zweite Aktivatorquelle des entgegengesetzten Leitungstyps wirkt und mit der entgegengesetzten Oberfläche in Kontakt stehi. Der an die Oberfläche angrenzende p-leitende Diffusionsbereich 35 bildet wie zuvor mit dem Siliziumplättchen 30 einen p-n-Obergangsbereich. Der an die Oberfläche angrenzende Bereich 36, der mit dem Donator dotiert wird, bildet dagegen einen Kontakt mit niedriger Impedanz ohne Gleichrichterwirkung mit dem ebenfalls η-leitenden Plättchen 30, das sogar einen hohen Widerstand besitzen kann, um eine verbesserte Arbeitsweise bei hohen Spannungen zu ermöglichen. Der Bereich 36 bildet einen Kontakt niedriger Impedanz mit dem metallischen Leiter 34, da er stark dotiert ist.

Die sich auf die Verwendung von Photomasken beziehenden Verfahrensschritte, die für die Herstellung der Halbleiteranordnung nach F i g. 6 erforderlich sind, entsprechen im wesentlichen den bei der Erörterung der Fig.l und 2 beschriebenen Verfahrensschritten. Die Metallschicht 34 kann jedoch im wesentlichen das ganze Plättchen bedecken, wobei die angrenzende Isolatorschicht entfallen kann. Da die Diffusion in die Bereiche 35 und 36 vorteilhafterweise gleichzeitig durchgeführt wird, ist nur der zusätzliche Verfahrensschritt der Aufbringung eines zweiten dotierten metallischen Leiters erforderlich. Es kann jedoch auch eine aufeinanderfolgende Durchführung der beiden Diffusionsvorgänge erfolgen. Die auf diese Weise hergestellten Halbleiteranordnungen sind ebenfalls dadurch charakterisiert, daß Teile des metallischen Leiters 33 in den Öffnungen mit dem oberflächennahen Bereich 35 übereinstimmen. In ähnlicher Weise kann beispielsweise e^;o Silizium-Hochspannungsgleichrichter, ähnlich der Anordnung gemäß Fig.6, hergestellt werden, mit der Ausnahme, daß beide Metallschichten 33 und 34 im wesentlichen die ganzen jeweils gegenüberliegenden Oberflächen des Plättchens bedecken. Nach der Diffusion wird ein Teil der Oberfläche des Plättchens mit der darauf aufgebrachten Metallschicht 33 abgeschrägt, wie es zur Verringerung der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche für hohe Spannungen üblich ist. Hierdurch wird der Übergangsbereich freigelegt, kann jedoch später mit einer Isolationsschicht bedeckt werden, beispielsweise mit einem bei Zimmertemperatur durch die Feuchtigkeit der Atmosphäre verdampftes Polyorganosiloxan- Elastomer.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind weder Verfahrensschritle zur Verwendung von Photomaskenmaterial noch Isolatoren erforderlich, welche den Diffusionstemperaturen widerstehen können. Ein entsprechendes Bauelement ist in Fig.7 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen zur Identifizierung der gleichen Teile wie in Fig.6 verwendet werden. Ein Elastomer 32 bedeckt den Diffusionsbereich 35 und den p-n-Übergang. Das Bauelement gemäß F i g. 7 wird mit Hilfe einer metallischen Schicht 38 an einem Kühlkörper oder einer Basis 37 befestigt.

In ähnlicher Weise können komplizierte integrierte Schaltungen hergestellt werden, indem auf der gleichen Oberfläche eines gegebenen Plättchens Diffusionsbereiche vom p-leilenden Typ und η-leitenden Typ ausgebildet werden. In diesem Falle wird beispielsweise ein erster Film aus mit einem Aktivator dotiertem Molbdän auf dem Plättchen abgeschieden und mit einem Muster versehen. Sodann wird ein zweiter Film, der beispielsweise aus Molybdän mit einem Donator besieht, abgeschieden und mit einem Muster versehen.

Diese metallischen Filmteile dienen dazu, in ihrer Leitfähigkeit geänderte Bereiche vom η-leitenden Typ und p-leitenden Typ in den an verschiedene Teile der gleichen Oberfläche angrenzenden Bereichen des Plättchens zu erzeugen und gleichzeitig diese Bereiche mit gutem mechanischen und elektrischen Kontakt zu kontaktieren. Teile dieser Filme, welche von dem Substrat elektrisch isoliert sind, können auch zur Verbindung verschiedener Bereiche verwendet werden.

ίο In F i g. 8 ist eine solche Anordnung dargestellt, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen. In F i g. 8 sind die Bereiche 35 bzw. 36 in ihrer Leitfähigkeit modifizierte Bereiche vom p-Ieitenden Typ bzw. η-leitenden Typ, die durch Diffusion aus getrennt

ι j gebildeten metallischen leitfähigen Filmteilen 33 und 34 entstanden sind.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch zur Herstellung von Halbleiterbauteilen jrvt n-p-n- und p-n-p-Aufbau oder beliebigen Kombinationen dessel-

2u ben verwendet werden. Beispielsweise kann eine hohe Konzentration eines einen bestimmten Leitfähigkeitslyp bewirkenden Aktivators aus einem dotierten metallischen Leiter in einen Bereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp eindiffundiert werden, wo-

2": durch ein doppelt diffundierter Planartransistor herstellbar ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Transistor durch gleichzeitige Diffusion von Donatoren und Akzeptoren aus dem gleichen metallischen Leiter in einer ähnlichen räumlichen Form

in hergestellt werden.

Dabei wird eine dotierte Schicht aus Halbleitermaterial auf einer Oberfläche eines schwächer dotierten Substrats aus Halbleitermaterial ausgebildet. Auf der dotierten Schicht des Halbleitermaterials wird sodann

r> eine Isolationsschicht ausgebildet. Danach wird eine Öffnung durch die Isolationsschicht und die dotierte Halbleiterschicht hindurchgeätzt unter Verwendung von konventionellen Ätzverfahren und Photomasken. In die Öffnung wird ein metallischer Leiter eingebracht, der eine vorbestimmte Konzentration sowohl eines Donators als auch eines Akzeptors enthält. Die Konzentration der Aktivatoren wird derart vorgegeben, daß der Aktivator des gleichen Leitfähigkeitstyps, wie der der Halbleiterschicht und des Substrats,

π schneller eindiffundiert und in einer geringeren Konzentration vorhanden ist als der Aktivator des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Die ganze Anordnung wird dann erhitzt, um die Diffusion der Aktivatoren in vorbesiimmte Tiefenbereiche des HaIb-

i'i leiterkörpers zu bewirken. Der serieller eindiffundierende Aktivator dringt dabei in eine größere Tiefe ein ?ls der andere Aktivator und bildet dadurch einen schmalen dotierten Bereich eines Leitfähigkeitstyps unterhalb eines stärker dotierten Bereichs des entge-

5"' gengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper. Auf diese Weise wird im Bereich der Öffnung eine n-p-n-Struktur oder eine p-n-p-Struktur ausgebildet. Eine solche Struktur ist in Fig.9 dargestellt. Ein η-leitendes Siliziumplättchen 40 weist an seiner

w> Oberfläche eine stark dotierte Schicht 42 auf. Die metallische Leiterschich! 44, welche sowohl Bor als auch Antimon enthält, wird in einer durch eine Isolationsschicht 41 und die dotierte Schicht 42 hindurchführenden öffnung 43 abgeschieden. Bei der Diffusion werden

*'' sowohl der η-leitende Emitterbereich 46 als auch der p-leitende Basisbereich 48 unterhalb der Leiterschicht 44 gebildet. Die Schicht 42 bildet einen Basiskoniakt, während die metallische Leilerschicht44 einen Emitter-

kontakt darstellt. Das Sjlizjumpläuchen 40 bildet den Kollektor. Durch Umkehrung der Leitfähigkeitstypen und Verwendung von geeigneten schnell diffundierenden Donatoren und langsam diffundierenden Akzeptoren kann ein p-n-p-Transistor gebildet werden.

Die Fig, 10 und 11 zeigen eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines biploraren Transistors 49, der unter Verwendung der beiden grundlegenden Diffusionstechniken des beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde. In den Fig. 10 und 11 weist ein Plättchen 50 aus η-leitendem Silizium einen ersten eindiffundierten Basisbereich 51 auf, der durch Diffusion aus einem Muster eines leitfähigen Metallfilms gebildet wurde, welcher unmittelbar auf einem Teil der Oberfläche des Plättchens 50 abgeschieden wurde. Ein zweiter eindiffundierter Emitterbereich 52 wird in dem Basisbereich dadurch gebildet, daß ein darüberliegender Oxidfilm 57 mit einem Muster versehen und der metallische Leiter zur Ausbildung des Musters darin abgeschieden wird. Der Hauptteil des Plättchens 50 dient als Kollektor. In Fi g. 10 ist der mittlere Teil des Siliziumdioxidfilms 57 nicht dargestellt, um die darunterliegenden Teile zu zeigen.

Der Transistor 49 wird hergestellt, indem man zunächst einen Oxidfilm 56 auf thermische Weise über der aktiven Hauptoberfläche 53 des Plättchens aufwachsen läßt Eine mittlere öffnung wird dort eingeätzt und mit einer Schicht aus mit Bor dotiertem Molybdän gefüllt Das Bor wird eindiffundiert, um den Basisbereich 51 zu bilden. Das Molybdän wird sodann von dem Plättchen durch Ätzen entfernt mit Ausnahme eines Teils 59, der dei; Basiskontaktbereich 54 entsprechend Fig. 10 bedeckt Ein zweiter dünner Film 57 aus Siliziumdioxid wird auf dem ganzen Plättchen abgeschieden und in der Mitte zvr-schen den beiden Schenkeln des U-förmigen Basisbereichs mit einer öffnung versehen, wobei eine seilliche Isolationsschicht verbleibt und die Form des Emitterbereichs festgelegt wird. In ähnlicher Weise wird eine Öffnung 58 eingeätzt, um den Kontakt mit dem als Basiselektrode verwendeten Basiskontaktbereich 54 herzustellen.

In der im Siliziumdioxidfilm im Emitterbereich vorhandenen öffnung wird ein Film 55 aus mit Phosphor dotiertem Molybdän abgeschieden. Die Anordnung wird erhitzt und der Emitter 52 in die Basis cindiffundiert Sodann werden Kontakte zu dem Kollektor, dem Bastskontakt 59 und dem Emitterkontakt 55 hergestellt.

Das vorstehend beschriebene Bauelement weist äußerst geringe Abmessungen infolge der Selbstausrichtung des Emitters und seines Kontaktes auf. Hierbei wird eine fein verzweigte Struktur erhalten, wie sie bei Bauelementen für hohe Leistungen und/oder Frequenzen erforderlich ist.

Die Ausdrücke »planar« und »im wesentlichen planar«, die in der vorstehenden Beschreibung verwendet werden, beziehen sich gemäß der in der Fachwelt verwendeten Terminologie auf Bauelemente und Schaltungen, die durch Diffusion von Aktivatoren in ein Hajblejterplättchen oder durch epitaxiale Abscheidung von Schichten auf einem Halbleiterplättchen hergestellt werden, das eine im wesentlichen planare Oberfläche aufweist Die geringfügigen Änderungen, die durch Epitaxie oder durch, die Umwandlung in ein Oxid und die Entfernung desselben in ausgewählten Bereichen entstehen, wirken sich tatsächlich nur in der Größenordnung eines Bruchteils eines Mikrometers bei einem

ίο Bauelement aus, dessen sonstige Abmessungen in der Größenordnung von vielen Mikrometern liegen, und sind daher ohne Bedeutung. Weiterhin ist das beschriebene Verfahren auch zur Herstellung von Bauelementen und Schaltungen geeignet bei denen eine

ι' Diffusion in zwei im wesentlichen parallele Oberflächen eines einzelnen Plättchens erfolgen soll.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung verschiedenster Arten von Halbleiterbauelementen wird somit ein mit vorgegebenen Konzentrationen von Aktivatoren dotierter metallischer Leiter auf entsprechende Stellen von Halbleitermaterial aufgebracht Der metallische Leiter ergibt nicht nur einen guten thermischen und mechanischen Kontakt mit dem Halbleitermaterial und mit daran fest verbundenen Zuleitungen, sondern dient auch als Quelle für das Diffusionsmaterial bei dem anschließenden Verfahrensschritt der Eindiffusion des Aktivators. Da der metallische Leiter sowohl als Dotiermaterialquelle für die Eindiffusion des Aktivatormaterials in einen

*> ausgewählten Bereich als auch als Elektrode dienen kann, zeichnen sich die auf diese Weise hergestellten Halbleiterbauelemente dadurch aus, daß bei ihnen im wesentlichen der gesamte oberflächennahe Bereich mit geänderter Leitfähigkeit genau zu dem Metallkontakt ausgerichtet ist, der mit den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Aktivatoren dotiert ist. Die Bauelemente weisen daher den Vorteil auf, daß der Bereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers, durch den hindurch die Diffusion stattfindet, in Kontakt mit dem dotierten metallischen Leiter steht. Auf dies». Weise wird den oberflächennahen Bereichen ein guter elektrischer Kontakt vermittelt. Durch Auswahl eines passenden Metalls für den metallischen Leiter wird auch ein stabiler thermischer und mechanischer Kontakt ge-

■»5 währleistet. Andere Halbleiteranordnungen können dadurch hergestellt werden, daß der dotierte Metalleiter auf eine Isolationsschicht aufgebracht wird und sodann die Aktivatoren in Bereiche auf dem darunterliegenden Halbleiterkörper eindiffundiert werden, wodurch sich oberflächennahe Bereiche in Ausrichtung zu der Halbleiteroberfläche ausbilden, durch die die Aktivatoren eindiffundiert sind. Mit dem beschriebenen Vcrfahion sind z.B. Dioden mit p-n-Übergang, bipolare Transistoren, Hochspannungsgleichrichter und Wider-Standselemente, jedoch auch andere Bauelemente, wie Spannungsmeßstreifen. Feldeffekt-Transistoren und Tunneldioden, herstellbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Eindiffundierung eines den Leitungstyp verändernden Aktivators in einen Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers mit einer im wesentlichen planaren Oberfläche und Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit dem Halbleiterkörper, bei dem auf den Oberflächenbereich eine den Aktivator enthaltende Metallschicht aufgebracht und der Aktivator durch Erhitzen in den Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers zur Veränderung des Leitungstyps eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht als Hauptbestandteil ein bei Temperaturen von etwa 1050⁰C keine Legierung mit dem Halbleitermaterial bildendes hochschmelzendes Metall und einen untergeordneten Anteil des Aktivators enthält und daß das Erhitzen während einer vorgegebenen Zeit auf eine Temperatur von etwa 1050° C erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daif der Hauptbestandteil der Metallschicht Molybdän oder Wolfram ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator aus der Metallschicht in einem vorgewählten Muster in den Oberflächenbereich des Halbleiters eindiffundiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster durch Bilden eines Filmes aus isolierendem Material auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, Entfernen von Teilen des isolierenden Films, die dem Muster entsprechen, und Aufbringen der Metallschicht auf dem Halbleiterkörper bzw. dem isolierenden Film, so daß die Metallschicht mit der aktiven Oberfläche des Halbleiterkörpers nur in diesem Muster in Berührung steht und der isolierende Film eine ausreichende Dicke hat, um als Diffusionsmaske für den Aktivator zu dienen, gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht direkt auf einen freigelegten Teil der aktiven Hauptoberfläche aufgebracht wird und Teile davon zur Bildung des Musters entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Muster versehene Metallschicht und der Halbleiterkörper mit einem stabilisierenden Isolationsfilm bedeckt werden, bevor der Aktivator in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Diffusion die Metallschicht selektiv partiell in einem zweiten vorbestimmten Muster entfernt wird, um einen Modul herzustellen, in dem ausgewählte Bereiche der Metallschicht in elektrischem Kontakt mit mindestens einem der hinsichtlich des Leitungstyps modifizierten Oberflächenbereiche des Halbleiterkörpers bleiben und elektrisch isoliert sind von anderen hinsichtlich des Leitfähigkeitstyps modifizierten Oberflächenbereichen des Halbleiterkörpers.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Diffusion ein zweites Muster aus der vorher mit einem Muster versehenen Metallschicht durch selektives Entfernen vorbestimmter Teile gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter die

Leitungsart modifizierender Aktivator gleichzeitig in den aktiven Oberflächenteil des Halbleiterkörpers eindiffundiert werden,

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Aktivator in der gleichen Metallschicht vorhanden sind und in den gleichen aktiven Oberflächenbereich eindiffundiert werden, wobei der erste Aktivator einen größeren Diffusionskoeffizienten als der zweite Aktivator aufweist, so daß er tiefer in den Halbleiterkörper eindiffundiert und einen asymmetrisch leitenden Übergang mit dem Oberflächenbereich des Halbleiterkorpers bildet, wobei die elektrischen Charakteristika des Oberflächenbereiches durch den zweiten langsamer diffundierenden Aktivator bestimmt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Germanium oder Silizium besteht, und der erste und der zweite Aktivator ausgewählt sind aus Antimon, Phosphor, Arsen, Wismut, Aluminium, Bor, Gallium und Indium.

IZ Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Aktivator in verschiedenen Teilen der Metallschicht vorhanden sind und in verschiedene aktive Oberflächenteile eindiffundieren ucd so verschiedene hinsichtlich des Leitungstyps modifizierte Oberflächenbereiche des Halbleiterkorpers bilden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der asymmetrisch leitende Übergang ein pn-übergang ist.

14. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche zur Herstellung eines Lateraltransistors., dadurch gekennzeichnet, daß zwei Oberflächenbereiche gleichen Leitungstyps nahe zueinander in Ausrichtung mit dem metallischen Leiter (25, 2i>) als Emitter- und Kollektorbereiche ausgebildet werden.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung eines Lateraltransistors, daidurch gekennzeichnet, daß eine erste Mehrzahl ineinandergreifender Oberflächenbereiche als Emitter und eine zweite Mehrzahl ineinandergreifender Oberflächenbereiche als Kollektoren verbunden werden.