DE2363269A1 - Verfahren zum herstellen einer mehrzahl von p-n uebergaengen in einem einzigen diffusionszyklus - Google Patents

Description

P-H Übergängen in einem einzigen Diffusionszyklus

Die Erfindung betrifft Halbleiterplättchen, insbesondere ein neues Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Übergängen in einem Halbleiterplättchen.

Halbleiterbaugruppen mit einer Vielzahl von Übergängen, beispielsweise Transistoren, Tyristoren und Triacs sind bekannt. Beim Herstellen verschiedener Übergänge in solchen Baugruppen ist es bekannte Technik, verschiedene Diffusionszyklen oder eine Kombination verschiedener Diffusionszyklen und Legierungs- oder Verunreinigungszyklen durchzuführen, wodurch die Baugruppe zwei oder mehrere Male sehr hohen Diffusionstemperaturen ausgesetzt wird. Vorzugsweise wird die Baugruppe nur ein einziges Mal den sehr hohen zur Diffusion von Verunreinigungselementen erforderlichen Temperaturen ausgesetzt, weil die vollständige Baugruppe so verbesserte und reproduzierbare Eigenschaften haben wird. Galliumarsenid ist an sich als Diffusionsquelle bekannt und wurde beispielsweise in der US-PS 3 579 815 beschrieben. Die Verwend/ung von Gallium-

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arsenid alleine als eine Diffusionsquelle aber verursacht- ernsthafte Kontrollschwierigkeiten beim Kontrollieren oder Steuern der relativen Anteile von Gallium und Arsen, die diffundiert werden und führt so zu Schwierigkeiten bei der Steuerung der Parameter der herzustellenden Baugruppe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,' diese Schwierigkeiten beim Herstellen von Halbleiterbaugruppen mit mehreren Übergängen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird eine intermetallische Verbindung der Gruppe IH-V, wie Galliumarsenid mit einem reinen Metall der Gruppe III, wie Gallium, oder / reinen Metall der Gruppe V, zusammen als Quelle der Verunreinigungsatome für einen einzigen Diffusionszyklus verwendet, wobei die beiden Elemente in der Verbindung bei der Diffusionstemperatur verschiedene Diffusionskoeffizienten haben.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl räumlich getrennter P-N Übergänge in einem monokristallinen Siliziumplättchen folgende Arbeitsschritte auf: Herstellen einer Diffusionsmaske' an der äußeren Oberfläche des Siliziumplättchens, Herstellung zumindest eines Fensters in der Diffusionsmaske; Einlegen des Plättchens in eine Diffusionskammer und Einlegen einer ^gemessenen Menge einer intermetallischen Verbindung der Gruppe III-V und einer abgemessenen Menge eines reinen Metalls aus der Gruppe der Metalle der Gruppe III. und V in die Diffusionskammer, wobei die beiden Elemente der Verbindung verschiedene Löslichkeitsgrenzen und verschiedene Diffusionsgeschwindigkeiten in dem Material der Diffusionsmaske aufweisen; Erhitzen der Diffusionskammer auf eine Diffusionstemperatur und innerhalb eines einzigen Diffusionszyklus Herstellen eines P-Bereiches in dem Plättchen unter der Diffusionsmaäe und

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eines N-Bereiches in Bereichen des Plättchens, die durch das Fenster freigelegt sind.

So wird in einer Art der Durchführung des Verfahrens ein Siliziumplättchen mit einer Siliziumdioxid-Maske darauf vorbereitet, wobei die Maske ein oder mehrere Fenster aufweist, die den gasförmigen Produkten aus Galliumarsenid-und Galliumquellen bei einer erhöhten Diffusionstemperatur ausgesetzt werden, wodurch die P-artige Galliumverunreinigung leicht durch die Siliziumdioxid-Schicht hindurchdiffundiert, während die N-artigen Arsenatome durch die Siliziumdioxid-Schicht blockiert werden und nur in die durch die Fenster in der Siliziumdioxidbeschichtung freigelegte Siliziumoberfläche diffundieren. Auf diese Art v/erden P-artige Bereiche unmittelbar unter der Siliziumdio>-idbesohichtug|_sge-_bildet ^ _während N_förmige Bereiche neben den Fenstern in der SiliziumdioxidDe-/ ausgebildet werden, vorausgesetzt, daß das Substrat anfänglich vom N-Typ ist.

In einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und um die Kontrolle der Dampfdrucke zu. erleichtern, wird eine Masse aus reinem GaIliummetall in eine abgedichtete · Diffusionskammer mit einer Galliumarsendverbindung in stöchiometrischer Form-eingebracht. Das reine Metall der Gruppe III (im speziellen Beispiel Gallium) wirkt als eine zusätzliche Quelle für Gallium-Verunreinigungsatome, um das Verhältnis der Atome der Gruppe III zu denen der Gruppe V in der Diffusionsatraosphäre zu kontrollieren und wirkt weiter als'eine Senke für Arsenatome, indem es überschüssige Arsenatome vom Galliumarsenid löst und in Lösung nimmt.

Die Erfindung zieht die Verwendung jeder erwünschten intermetallischen Verbindung der Gruppe III-V zusammen mit einem reinen Metall der Gruppe III und V in Betracht. Die Verbindung der Gruppe III-V kann Galliumphosphid sein, das als Diffusionsquelle zusammen mit reinem Galliummetall verwendet werden könnte.

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Die intermetallische Verbindung der Gruppe HI-V kann auch AIuminiumantimonid sein, wobei das reine Metall Aluminium wäre.

Vorzugsweise wird das Verfahren dadurch ausgeführt, daß abgemessene Mengen der intermetallischen Verbindung der Gruppe III-V und eine abgemessene Menge des reinen Metalls der. Gruppe III in eine abgedichtete Diffasionskammer eingebracht werden, so "daß das Verfahren selbstbegrenzend ist_e Das Verfahren könnte aber auch in einem Diffusionssystem mit einem offenen Rohr ausgeführt werden«, .

Die Erfindung kann in der Praxis in verschiedenen Weisen durchgeführt werden, im folgenden werden anhand einer schematischen Darstellung verschiedene spezMle Ausführungsformen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein abgedichtetes Diffusionsgefäß, das eine intermetallische Verbindung der Gruppe III-V, ein reines Metall der Gruppe III und einen Träger mit zu diffundierenden Halbleiterplättchen enthält j

Fig. 2 ist eine Aufsicht auf ein typisches Plättchen, das in die Diffusionskammer der Fig. 1 geladen virerden kann,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Fig. 2 längs der Linie HI-III in Fig. 2;

Fig. 4 ein Plättchen der FIg₀ 3 nach Ausbildung der Siliziuxndioxidbeschichtung darauf,

Fig. 5 das Plättchen gemäß Pig* 4, nachdem ein einziges Fenster auf dem Plättchen ausgebildet ist» um die Herstellung eines Thyristors vorzubereiten, /c

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Fig. 6 die Ausbildung von übergängen auf dem Plättchen der Fig.5 nach Diffusion in der Kammer der Fig. 1,

Fig. 7 das Plättchen aus Fig. 6 nach Bildung von leitenden Schichten dort, wo die Kathodenfläche zu liegen kommt,

Fig. 8 das Plättchen der Fig. 7 nach Abschrägen des Plättchenumfangs zum Abgrenzen isolierter Übergänge,

Fig. ^l9 das Plättchen der Fig. 8 nach Anfügen der Gitter und Anodenelektrode, wobei die Baugruppe fertig zum Einschub in eine geeignete . Verpackung ist,

Fig.10 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in der die Siliziumdioxidbeschichtung gemäß Fig. 5 mit zusätzlichen kleinen Dioxidbereichen über dem späteren Kathodenbereich des Plättchens versehen ist,

Fig.11 das Plättchen der Fig. 10 nach Diffusion in der Kammer der Fig. 1 zur Darstellung der Ausbildung P-artiger "Pylone", die nützlich zum Kürzen der Kathoden-Emitterfunktionen ist,

Fig.12 eine Aufsicht auf eine andere Ausbildung eines vollständigen Thyristors, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann,

Fig. 13 einen Querschnitt durch Fig. 12 längs der Linie 13-13 in Fig.12,

Fig. 13a ein Plättchen, auf dem Siliziumdioxidbereiche zur Ausbildung einer Vielzahl von Baugruppen'wie die gemäß den Fig. 12 und 13 ausgebildet sind,

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Fig. 14 eine Aufsicht auf ein Plättchen, das mit Siliziumdioxid— beschichtungen versehen ist, damit schließlich eine triacartige Baugruppe ausgebildet wird,

Fig» 15 einen Querschnitt durch die Figo 14, längs der Linie 15-15 in Fig. 14, '"

Fig. 16 das Übergangsfeld im-Plättchen der Fig. 15 nach Diffusion in der Kammer gemäß Fig. 1,

Fig, 17 das Plättchen der Figo 16, nachdem das Triac-Plättchen vollständig und fertig zum Einschub in die Packung ist.

Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 9 stellt Fig. 1 im Querschnitt und schematisch ein abgedichtetes Biffusionsgefäß 20 dar» das mit einem Quarzstopfen 21 abgedichtet ist und eine intermetallische Verbindung 22 der Gruppe IH-V (HI-V -Verbindung) und ein entsprechendes reines Metall 23 aufnimmt. Das reine Metall ist normalerweise das gleiche Metall wie das Metall der Gruppe III (HI-Metall)der intermetallischen Verbindung 22. Ein herkömmliches Schiffchen bzw. ein Träger 24, der eine Vielzahl von getrennten Silikonplättchen 25 trägt, wird dann in die Kammer 20 geladen. Die Plättchen 25 sind normalerweise monokristalline Siliziumplättchen, die, wie im folgenden in Zusammenhang mit dem Fig. 2 bis 5 beschrieben wird, vorbereitet wurden, bevor sie in die Kammer 20 geladen werden.

Die IH-V-Verbindung 22 ist vorzugsweise Galliumarsenid in reiner stöchiometrischer Form und das Metall 23 ist vorzugsweise Gallium. Wahlweise kann die XII-V-Verbindung 22 Galliumphosphid oder Galliumantimonid sein. In diesen Fällen würde als Metall 23' ebenfalls reines Gallium verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann Aluminiumantimonid als IH-V-Verbindung verwendet werden, wobei als Metall 23 das Aluminium der Gruppe III verwendet würde-.

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Beim Vorbereiten der Plättchen 25 für die Diffusion wird ein N-artiges Plättchen, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, vorbereitet, das einen Durchmesser von etwa 3»3 cm und eine Dicke zwischen etwa 0,7 und 2,2 mm aufweisen kann. Der spezifische Widerstand des Plättchens kann in der Größenordnung von etwa 100 Ohm cm liegen.

Die erste Stule des Verfahrens besteht im Ausbilden einer Siliziumdioxidbeschichtung.26 auf dem Plättchen 25 mittels irgendeines der herkömmlichen Verfahren. Beispielsweise kann das Plättchen auf eine Schmefctemperatur von etwa 1200°C in einer Umgebungsatmosphäre von Sauerstoffgas und Dampf während einer vorgegebenen Zeitdauer erhitzt werden. In dem speziellen Beispiel zum Herstellen eines speziellen Thyristors ist die Siliziuradioxidbeschichtung etwa .0,25 x 1Ό ^ bis 5 x 10 mm dick.

Um einen Thyristor herzustellen, wird, wie in Fig. 5 dargestellt, ein kreisförmiges Fenster 27 in der Siliziumdioxidbeschichtung 26 mittels herkömmliche r Fotowiderstand- und Ätztechnik hergestellt, um die blanke Oberfläche des Plättchens durch das Fenster 27 freizulegen. Die Plättchen der Form gemäß Fig. 5 weisen dann gereinigt und in den Träger 24 gemäß Fig. 1 geladen und in der Diffusionskammer 20 angeordnet.

Die Kammer 20 ist in geeigneter und herkömmlicher Weise vorbereitet und wird mit einem geeigneten fⁿ Gas, wie beispielsweise Argon, mit einem Druck von 270 mm absolut gefüllt. Die Aufgabe dieses Gases ist zu verhindern, daß das die Kammer 20 bildende Gefäß unter den extrem hohen Diffusionstemperaturen zusammenbricht und liegt weiter darin, für den Diffusionsprozeß eine saubere und inerte Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Zur gleichen Zei-^Wird eine Ill-V-Verbindung 22, vorzugsweise Galliumarsenid, und eine Menge reinen metallischen Galliums in das Diffusionsgefäß geladen. Beispielsweise wurden in Fällen, bei denen 200 Plättchen gleichzeitig diffundiert werden sollen, gute Ergebnisse mit 1,4 g Galliumarsenid und 0,6 g Gallium erreicht. /_Q

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Wie oben angedeutet, könnten auch andere III-V-Verbindungen und andere reine Metalle in das Rohr anstelle von Galliumarsenid und reinem Gallium geladen werden.

Daraufhin wird die Temperatur im Gefäß 20 erhöht, wobei ein typischer Diffusionsprozeß etwa 40 Stunden bei 1237 ⁰C dauert. Die'Diffusion schreitet dann von der Gallium- und Arsen- atmosphäre, die die Plättchen 25 umgibt, derart .fort, daß die P-artigen Galliumverunreinigungsatome schneller diffundieren als die N-artigen Arsenverunreinigungsatome und desweiteren so, daß das - P-artige Gallium die Siliziumdioxidbeschichtung 26 schneller durchdringt und das N-artige Arsen die Beschichtung 26 bzw, die Maske nicht durchdringt.

Bei der Wahl der speziellen intermetallischen Verbindungen ist es daher notwendig _s daß die beiden Verunreinigungsatome verschiedene Diffusionskoeffizienten bei der Diffusionstemperatur haben. Desweiteren sollten die verschiedenen Verunreinigungen verschiedene Löslichkeitsgrenzen und Diffusionsgeschwindigkeiten in der Siliziumdioxidbeschichtung, die als Diffusionsmaske benutzt wird, aufweisen» Auf diese Art ist es durch Wahl verschiedener Siliziumdio'xidschichtdicken möglich, zu verzögern oder auszuschließen, daß bestimmte Verunreinigungsatome an der Siliziumoberfläche ankommen. ■

Fig. 6 stellt das Diffusionsmuster und die übergänge dar, die in dem Plättchen der Fig. 5 ausgebildet sind; es ist ersichtlich, daß eine P-artige Schale 30 ausgebildet wird, die den N-artigen Kern 31 innerhalb des Plättchens umgibt. Ein N-artiger Bereich 32 ist unterhalb des Fensters 27 ausgebildet. Die P-artige Schale 30 wird durch Galliumverunreinigungsatome ausgebildet, die die Siliziumdiox^dbeschichtung 26 bis zur Tiefe des N-artigen Kernbereiches 31 durchdrungen haben. Die äußere Oberfläche des P-artigen Bereiches hat an ihrer Oberfläche einen Flächenwiderstand von etwa 1,5 Ohm/cm im dargestellten Beispiel. Der N-artige Bereich 32, der innerhalb des Fensters ,_

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27 ausgebildet ist, entsteht, weil die Arsenatome die durch das Fenster 27 freiliegende Siliziuaoberfläche erreichen können. Der Bereich ist N-artig, weil die P-artigen Galliumatome wesentlich schneller diffundieren als die N-artigen Arsenatome und weil die Arsenkonzentration wesentlich größer als die Gallsumkonzentration an der Oberfläche ist. Auf diese Weise bleibt der Bereich 32 N-artig, wobei seine Oberfläche am Ende des Diffusionszyklus einen Flächenwiderstand von etwa 0,06 Ohm/cm aufweist.

Die Diffusion der IH-V intermetallischen Verbindung ermöglicht, wenn ihre Konzentration durch die gleichzeitige Diffusion des reinen Metalls, beispielsweise eines III-Metalls verändert wird, einen weiten Wahlbereich der erwünschten Übergangstiefen, der Verteilung der Verunreinigungsbereiche und der Gradienten der Verunreinigungsverteilungen mitteils Steuerung der folgenden Variablenϊ

1) Gewicht der Quelle der Ill-V-Verbindung 22,

2) Gewicht der Quelle der Gallium-Senke 23,

3) Diffusionstemperatur,

4) Zeit bei der Diffusionstemperatur,

5) Ort und Temperatur der Verunreinigungen in dem abgedichteten Diffusionsrohr.

Gute Ergebnisse wurden mit einem Gewichtsverhältnis von etwa 2,ϊ1 von Galliumarsenid zu reinem Gallium in dem abgedichteten Rohr der Fig. 1 erhalten. Im beschriebenen Prozeß wird de r N-artige Bereich 32 eine Tiefe von etwa 25 χ 10 mm haben, während die P-artige Schale 30 eine Tiefe von etwa 53 χ 10~"3 mm um die gesamte Oberfläche der Baugruppe aufweist.

Um das Plättchen zur Verwendung als Thyristor fertigzustellen, werden die diffutfLerten Plättchen der Fig. 6 daraufhin aus der Diffusionskammer entnommen und geeignet gereinigt. Danach

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werden sie, wie in Fig. 7 dargestellt, plattiert, zunächst mit einer Hickelschicht 40, dann mit einer Goldschicht 41 über den freien Bereich des Fensters 27. Etwas genauer wird das Plättchen der Fig. 6 geeignet geätz-t, so daß das Fenster 27 leicht • unterschnitten wird, um den Bereich;, an dem die Grenze des N-artigen Materialbereichs 32 die obere Fläche des Plättchens durchschneidet, freizusetzen.

Daraufhin wird eine untere .'Hickelschicht 40 mittels eines herkömmlichen elektrodenlosen Plattierverfahrens aufgebracht, bei dem das Nickel nur an der freien Siliziumoberfläche, aber nicht an der Siliziumdioxid-Beschichtung 26 adhädiert. De r Nickelschicht 40 folgt dann eine plattierte Goldschicht 41, die nur an der Nickelschicht 40 adhädiert. Es sei hier daraufhingewiesen, daß sich die Nickelschicht 40 und die plattierte Goldschicht 41 leicht über den Rand des Übergangs hinauserstrecken, der zwischen dem N-artigen Bereich 32 und dem P-artigen Bereich 30 gebildet ist, um eine verkürzte Emitterverbindung in der. vollständigen Baugruppe zu bilden.

Das Plättchen der Fig. 7 wird dann sandgeblasen, wobei der Umfang des Plättchens die konische Form 50 erhält, und das Sandblasen dazu dient, die Ränder des N-artlgen Bereichs 31 loszulösen bzw. freizusetzen, um zwei getrennte Übergänge 51 und 52 in der Baugruppe zu bilden.. Diese wirken zusammen mit dem weiteren Übergang 53»um eine herkömmlich gesteuerte Gleichrichterausbildung zu bilden.

Die Baugruppe wird dann gemäß Fig, 9 durch Hinzufügung einer Aluminiumgatteri^itung 60 und einer Molybdän- oder Wolfram-Anodenelektrode/herkömmlicher Art vervollständigt. Die gesamte Baugruppe ist dann zum Einschub in eine geeignete Verpackung fertig.

Es hat sich herausgestellt_p. daß in der beschriebenen Art

gefertigte Thyristoren bessere Eigenschaften als nach herkömm-

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lichen Verfahren gefertigte aufweisen. Etwas genauer sind die Abschaltzeiten der nach dem oben beschriebenen Verfahren gefertigten Thyristoren, wesentlich kürzer als die der nach anderen Verfahren hergestellten Thyristoren. Typische Vierte sind 10/usec. als maximale Abschaltzeit. Typisch schalten die Bauteile innerhalb von 6/usec. ab. Auf diese Weise ist ein wichtiges Anwendungsgebiet die Verwendung in Inverterschaltungen oder in anderen Gebieten, in denen ein schnelles Abschalten erforderlich ist. Die erfindungsgemäß gefertigten Bauteile haben aber ein breites Anwendungsgebiet, weil für sie nur ein einziger Diffusionszyklus notwendig ist, wodurch die Herstellungskosten und die Handhabung vereinfacht sind.

In den Fig. 10 und 11 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der der hergestellte Thyristor mit P-Typ-Pylonen ausgebildet ist, die sich durch den N-Bereich 32 der Bauteile der Fig. 6 und 9 hindurcherstreckt, um eine extrem wirksame verkürzte Emitterausbildung zu erzeugen. Dies wird, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, dadurch erreicht, daß die Siliziumdioxidbeschichtung 26 de r Fig. 5 mit zusätzlichen Flekken, die typisch als die Stellen 70, 71 und 72 dargestellt sind, über die freie Fläche des Plättchens 25 innerhalb des Fensters 27 verteilt- ist. Auf diese V.'eise wird während des Diffusionsprozesses in der Kammer gemäß Fig. 1 die Diffusion der N-artigen Verunreinigungen unter den Siliziumdioxidflecken 70, 71»^ehindert. Deshalb ist der Bereich unter diesen Flecken nach der Diffusion aufgrund der Galliumdurchdringung des Oxids P-artig, wie durch die ?-artigen Pylonen 73, 74 und 75 in dem fertigen-Bauteil dargestellt, die sich durch den N-artigen Bereich" 32 hindurchstrecken. Auf diese Weise verursachen die Pylonen 73, 74 und 75 vom P-Typ in dem fertigen Bauteil der Fig. 9 die Wirkung einer verkürzten Emitterausbildung.

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Während die Ausbildungen gemäß, den Fig. 2 bis 11 die Anwendung der Erfindung auf ein'kreisförmiges Plättchen aufgezeigt haben, leuchtet ein, daß die Erfindung auch auf anders geformte Plättchen anwendbar ist und desweitEren zur Herstellung einer Vielzahl kleiner Bauteile bzw. Vorrichtungen in einem einzigen großen Plättchen verwendet werden kann, wo die Bauteile nach der Diffusion auseinandergeschnitten bzw. getrennt werden. Ein solches fertiges Bauteil ist in den Fig. 12 und 13 als ein insgesamt quadratisches Thyristorplättchen 80 dargestellt, das eine untere Anordnelektrode 81 , eine obere Kathodenelektrode 82 und eine Gatterelektrode 83 aufweist.

Das Muster der N- und P-Bereiche in Fig. 13 kann durch eine geeignete Siliziumdioxid-Maske ausgebildet werden, wie sie in Fig. 13a dargestellt ist. Gemäß der Fig. 13a wird das gesamte Plättchen 90' anfänglich mit Siliziumdioxid beschichtet. Diese Oxidbeschichtung wird dann selektiv entfernt, so daß das Plättchen 90 eine kontinuierliche untere Oxidschicht 91 aufweist und mit voneinander entfernten dreieckigen Oxidschichten 92 an seiner Oberseite versehen ist. Die Oberseite des Plättchens 90 weist so mit Ausnahme der dreieckigen Bereiche 92 eine freiliegende Siliziumoberfläche auf.

Wenn das Plättchen der Fig. 13a dann in dem Rohr gemäß Fig. 1 diffundiert wird, entstehen eine Vielzahl von Bauteilen mit dem Übergangsmuster gemäß der Fig. 13. Diese einzelnen Bauteile werden dann voneinander getrennt, indem sie beispielsweise längs der Linien 93 und 94 geritzt und geätzt werden, so daß eine Vielzahl einzelner Bauteile aus einem .Plättchen hergestellt wird. Die einzelnen Bauteile werden dann in geeigneter Weise gereinigt und mit ElektrodenAersehen und werden dann für den folgenden Einbau in eine Schaltung oder in einem einzelnen Gehäuse fertiggestellt.

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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere Übergangsmuster wie die gemäß den Figuren 9, 11 und 13 hergestellt werden. Gemäß den Figuren 14 bis 17 kann beispielsweise ein Triac-Bauteil hergestellt werden. Die Figuren 14 und 15 stellen das anfängliche Plättchen 100 dar, das vom N-Typ sein kann. Das Plättchen 100 wird mit zwei Siliziumdiöxid-Beschichtungen 101 und 102 versehen, die diametral gegenüberliegende Oberflächenbereiche auf der Ober- und Unterseite des Plättchens bedecken. Das Plättchen wird dann in die Diffusions-ΦΡβΓΒ^Γ gemäß Fig. 1 eingebracht, wo die Diffusion stattfindet; dabei wird das Übergangsmuster gemäß Fig. 16 ausgebildet, das aus den Übergängen 103, 104, 105 und 106 besteht.

Das Material vom N-Typ, das zwischen den übergängen 104 und 105 angeordnet ist,^xäas ursprüngliche Kernmaterial vom N-Typ des ursprünglichen Plättchens. Die P-Bereiche über und unter den Übergängen 105 bzw. 104 werden unter den Siliziumdioxidbereichen 101 und 102 durch Diffusion von Galliumatomen durch die Siliziumdioxidschichten und durch Abblocken der N-artigen Arsenatome durch die Siliziumdioxidschicht hergestellt. Die P-Bereiche unter und über den Übergängen 106 bzw. 103 bilden sich wegen der relativ schnellen und tiefen Diffusionseigenschaften des P-artigen Galliums im Vergleich zu den langsameren Diffusionseigenschaften der Arsenaiome aus. Die äußeren N-Bereiche über und unter den Übergängen 106 und 103 werden wegen des Vorherrschens von'"Arsenatomen ausgebildet, die in diese unmsskierten Oberflächenbereiche eindringen und schneller und tiefer diffundieren als die .P-artigen Galliumatome.

Das vollständige Bauteil wird dann gemäß Fig. 17 herge-rstellt, so daß nach Reinigung des Plättchens Hauptelektroden 110 und 111 an der Ober- und Unterseite des Plättchens und Gatter-112 und 113 an dem P-artigen Bereich und dem N-artigen Bereich angebracht werden. Das Bauteil wird dann in einer geeigneten Packung der gewünschten Form angebracht.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in seiner Durchführung in dem abgeschlossenen Diffusionsgefäß 20 beschrieben; der gleiche Vorgang kann aber auch in einem offenen Diffusionsrohr durchgeführt werden, wobei die Temperatur in geeigneter Weise kontrolliert wird und geeignete Mengen von Ill-V-Verbindungen verwendet werden, und die Menge des reinen, verwendeten Metalls ebenfalls geeignet kontrolliert wird. Desweiteren können verschiedene Kombinationen von intermetallischen Verbindungen zusammen mit einem reinen Metall der intermetallischen Verbindung genauso gut verwendet werden, wie das in Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschriebene Galliumarsenid-Gallium-System.

Patentansprüche

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Claims (11)

A η s ρ r Ü c h e

1.) Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl räumlich getrennter P-N-Übergänge in einem monokristallinen Siliziumplättchen durch Diffusion von Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet , daß nur ein einziger Diffusionszyklus durchgeführt wird, in dem als Quelle der P-artigen und N-artigen Verunreinigungsatome eine Menge einer der Gruppe IXI-V angehörenden intermetallischen Verbindung (22) zusammen mit einer Menge aus reinem Metall (23) entweder der Gruppe III oder der Gruppe V verwendet wird, wobei die beiden Elemente der Verbindung bei der Diffusionstemperatur verschiedene Diffusionskoeffizienten haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

Ausbilden einer Diffusionsmaske (26; 91,92; 101,102) auf der Außenoberfläche des Siliziumplättchens; Ausbilden von zumindesteeinem Fenster (27) auf der Diffusionsmaske; Einbringen des Plättchens (25) in eine Diffusionskammer (20) und Einbringen einer abgemessenen Menge (22) einer IH-V intermetallischen Verbindung und einer abgemessenen Menge (23) von reinem Metall, das aus den Metallen der Gruppe III und den Metallen der Gruppe V gewählt ist, in die Diffusionskammer (20), wobei die beiden Elemente der Verbindung im Material, aus dem die Diffusionsmaske besteht, verschiedene Löslichkeitsgrenzen und verschiedene Diffusionsgeschwindigkeiten haben; Erwärmen der Diffusionskammer (20) auf eine Diffusionstemperatur und Ausbildung eines P-Bereichs (30) in dem Plättchen unterhalb, der Diffusionsmaske und eines N-Bereichs (32) in durch das Fenster (27) freiliegenden Bereichen des Plättchens in einem einzigen Diffusionszyklus. /2

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INSPECTED

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das verwendete reine Metall der Gruppe III oder V das gleiche Element wie eines der Metalle der verwendeten intermetallischen Verbindung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsmaske eine Schicht aus Siliziumdioxid ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster an. einer Oberfläche des Plättchens ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Verbindung der Gruppe III-V in reiner stöchiometrischer Form vorliegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die intermetallische Verbindung der Gruppe III-V Galliumarsenid und das Metal3 der Gruppe III ränes Gallium ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß es in einer abgedichteten und mit einem inerten Gas gefüllten Kammer (20) durchgeführt wird. ' ■..-".

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , daß das Siliziumßlättchen vor der Diffusion N-artige Leitfähigkeit besitzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9₉ dadurch gekennzeichnet , daß in der Diffusionsmaske eine Mehrzahl räumlich getrennter Fenster ausgebildet wird, wodurch im fertigen Bauteil eine Mehrzahl räumlich getrennter P-artiger Bereiche begrenzt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3» gekennzeich net durch die Verfahrensschritte: Herstellen einer Diffusionsmaske auf nur einem Teil der Oberfläche des Plättchens, Einbringen des Plättchens "^ine Diffusionskammer und Einbringen einer abgemessenen Menge einer intermetallischen Verbindung der Gruppe III-V und einer abgemessenen Menge reinen Metalls, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus der Gruppe der HI-Metalle und der V-Metalle besteht, in die Diffusionskammer, Erwärmen de r Diffusionskammer auf eine Diffusionstemperatur und Ausbilden eines P-Bereiches im Plättchen unter der Diffusionsmaske und eines

N-Bereiches im Bereicheides Plättchens, die durch die Maske sind,

freigelegt in einem einzigen Diffusionsz yklus.

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