DE966905C - Verfahren zur Herstellung elektrisch unsymmetrisch leitender Systeme - Google Patents

Description

Es sind bereits mehrere Verfahren bekanntgeworden, um Halbleiter, besonders Halbleiter-Einkristalle, vor ihrer Verarbeitung zu elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen einer- Behandlung zu unterwerfen, durch die ihre Oberfläche teilweise abgetragen wird, um Verunreinigungen und Unebenheiten zu entfernen. Jedoch hat es sich herausgestellt, daß bei späteren Arbeitsgängen, die auf die Veränderung der Leitfähigkeit oder des Leitfähigkeitseharakters abzielten, weitere Verschmutzungen, etwa in Form von Legierungen oder Verbindungen des Halbleiters mit dem zur Bearbeitung erforderlichen Material, auftraten, die die Eigenschaften der hergestellten Systeme ebenfalls wesentlich beeinflußten.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen,, insbesondere Transistoren, mit hochschmelzendem Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silizium, von einem Leitfähigkeitscharakter, z. B. η-leitend. Erfindungsgemäß wird eine den Leitfähigkeitscharakter, z. B. in p-leitend, umwandelnde Behandlung an zwei oder mehreren einander benachbarten Bereichen der Halbleiteroberfläche angewandt, durch die diese umgewandelten Bereiche zu einem Gebiet gleichen Leitfähigkeitscharakters zusammenwachsen und sich überlappen, und die umgewandelten Bereiche werden von der Halbleiteroberfläche her so weit abgetragen, daß ihre Überlappung aufgehoben wird.

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Durch die Abtragung wird nicht nur die Überlappung der umgewandelten Bereiche aufgehoben, sondern auch die unvermeidliche Verschmutzung der Oberfläche des Halbleiters beseitigt. Es werden auch die Ausnehmungen, die bei der Behandlung des Halbleiters, beispielsweise bei der thermischen Formierung mittels eines Stromstoßes, durch, besondere, nur zur Formierung aufgesetzte Spitzen, entstehen, gesäubert. In den Ausnehmungen befinden sich nach der Behandlung nämlich noch Verunreinigungen, die von der Behandlung herrühren; beispielsweise Reste des Spitzenmaterials oder Legierungen, die das Halbleitermaterial enthalten. Da die gesamte Wandung des Kraters bzw. der ' Ausnehmung nach der Behandlung aus einem Material besteht, dessen Leitfähigkeitscharakter dem des übrigen Halbleitermaterials entgegengesetzt ist, wirken sich diese Verunreinigungen im Betrieb sehr störend aus, da sie den Leitfähigkeitscharakter der Wandung der Ausnehmung in unkontrollierbarer Weise beeinflussen.

Die die Leitfähigkeit oder den Leitfähigkeitscharakter verändernde Behandlung besteht günstig in einer örtlichen thermischen Formierung oder/ und in einer Behandlung mit Ionen oder Atomen von den Leitfähigkeitscharakter beeinflussenden Substanzen. Ganz besonders vorteilhaft ist es, die thermische Formierung mittels eines Ladungsträgerstrahles oder/und mittels Stromdurchgang vorzunehmen.

Es empfiehlt sich, die Abtragung so durchzuführen, daß die Oberfläche des Halbleiters außerhalb der behandelten Bereiche stärker abgetragen wird als die Oberfläche der behandelten Bereiche. Die Abtragung kann sowohl auf chemischem als auch auf elektrochemischem Wege erfolgen. Zur rein chemischen Abtragung von Germanium eignet sich besonders ein Gemisch aus Flußsäure, Salpetersäure, Kupfernitrat und Wasser, während sich für die elektrochemische Abtragung von Germanium ein Elektrolyt bewährt hat, der in wäßriger Lösung H₃ P O₄ enthält oder daraus besteht, und zwar derart, daß er 10 bis 70% H₃PO₄, vorzugsweise 45% H₃ P O₄ enthält. Nach der Abtragung empfiehlt es sich, den gesamten Halbleiterkörper einer thermischen Nachbehandlung, gegebenenfalls in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum, zu unterwerfen.

Die Abtragung gemäß der Erfindung kann so vorgenommen werden, daß eine vorgesehene kleinste Entfernung der Grenzen der Bereiche erzielt wird.

Diese kleinste Entfernung kann einige μ oder einige 10 μ betragen.

Nach der Abtragung werden auf dem bzw. jedem umgewandelten Bereich eine Elektrode angebracht. Es hat sich besonders bewährt, Elektroden zu wählen, die mindestens an der Kontaktfläche aus Nickel oder einer nickelhaltigen Legierung bestehen. In besonderem Maße eignen sich in vielen Fällen jedoch Elektroden, die mindestens an der Kontaktfläche aus Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, oder einer edelmetallhaltigen Legierung bestehen.

Die Elektroden wird man vorteilhaft als Spitzen ausbilden und beispielsweise in die entstehenden Ausnehmungen einführen. Außerdem können eine oder mehrere weitere Elektroden auf dem nicht behandelten Teil der Halbleiteroberfläche, aber in unmittelbarer Nähe der oder gegebenenfalls jeder, vorzugsweise kraterförmigen Ausnehmungen angebracht werden.

Das Verfahren gemäß der Lehre der Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung von Dioden, Flächengleichrichtern oder steuerbaren Halbleitern, vorzugsweise zur Herstellung von Transistoren.

Die Zeichnung zeigt in zum Teil schematischer Darstellung drei Arbeitsgänge zur Herstellung eines steuerbaren Halbleiters.

In Fig. ι ist 1 ein beispielsweise n-leitender Block aus Germanium, auf den zwei zum Formieren bestimmte Spitzen 2 und 3 aufgesetzt sind.

Fig. 2 zeigt ein System nach dem Stromdurchgang durch die Spitzen beim Formieren. Die Spitzen 2 und 3 sind ein Stück in den Germaniumblock ι eingedrungen und haben zwei kraterförmige Ausnehmungen 4 und 5 geschaffen, die an der Oberfläche von je einem Kraterwall 6 und 7 umwandet sind. Durch die Erwärmung des Germaniums beim Stromdurchgang sind zwei umgewandelte Bereiche 8 und 9 entstanden, die sich in einem kleinen Bereich 10 überlappen. Sodann wurden die Spitzen entfernt und die Abtragung vorgenommen.

Fig. 3 zeigt das fertige System. Die umgewandelten Bereiche 8 und 9 sind weniger stark abgetragen als der übrige Germaniumblock, so daß die Überlappung bei 10 aufgehoben ist und ein bestimmter Abstand 11 zwischen den Bereichen 8 und 9 auftritt. In die Krater 4 und 5, deren Wandungen nun vollständig aus p-leitendem Germanium bestehen, sind die Spitzen 12 und 13, die beispielsweise aus Gold bestehen, als Elektroden eingeführt.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, insbesondere Transistoren, mit hochschmelzendem Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silizium, von einem Leitfähigkeitscharakter, z. B. n-leitend, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Leitfähigkeitscharakter, z. B. in p-leitend, umwandelnde Behandlung an zwei oder mehreren einander benachbarten Bereichen der Halbleiteroberfläche angewandt wird, durch die diese umgewandelten Bereiche zu einem Gebiet gleichen Leitfähigkeitscharakters zusammenwachsen und sich überlappen, und daß die umgewandelten Bereiche von der Halbleiteroberfläche her so weit abgetragen werden, daß ihre Überlappung aufgehoben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Leitfähigkeitscharakter umwandelnde Behandlung eine örtliche thermische Formierung oder/und eine Behandlung mit Ionen oder Atomen von den Leitfähigkeits-

Charakter beeinflussenden Substanzen angewendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Formierung mittels eines Ladungsträgerstrahles oder/und mittels Stromdurchganges vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche außerhalb der umgewandelten Bereiche stärker als in den umgewandelten Bereichen abgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche chemisch oder elektrochemisch abgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Germanium als Halbleitermaterial und zur chemischen Abtragung ein Gemisch aus Flußsäure, Salpetersäure, Kupfernitrat und Wasser verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Germanium als Halbleitermaterial und zur elektrochemischen Abtragung ein Elektrolyt aus einer wäßrigen Lösung von ι ο bis 70 % H₃ P O₄, vorzugsweise 45 % H₃ P O₄, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Halbleiterkörper einer thermischen Nachbehandlung, gegebenenfalls in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum, unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung der umgewandelten Bereiche derart durchgeführt wird, daß eine vorgegebene kleinste Entfernung der Grenzen der umgewandelten Bereiche erzielt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung derart durchgeführt wird, daß die kleinste Entfernung einige μ beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung derart durchgeführt wird, daß die kleinste Entfernung einige 10 μ beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach der erfolgten Abtragung auf dem bzw. jeden umgewandelten Bereich eine Elektrode angebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mindestens an der Kontaktfläche aus Nickel oder einer nickelhaltigen Legierung hergestellt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mindestens an der Kontäktfläche aus Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, oder einer edelmetallhaltigen Legierung hergestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als Spitzen ausgebildet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden auf dem nicht behandelten Teil der Halbleiteroberfläche, aber in unmittelbarer Nähe der oder gegebenenfalls jeder, vorzugsweise kraterförmigen Ausnehmung angebracht werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung I 4677 VIIIc/2ig;

USA.-Patentschrift Nr. 2586080;

bekanntgemachte Unterlagen der deutschen Patentanmeldung L13150 VIIIe/2ig (Bekanntmachungsdatum 21. i. 1954);

Proc IRE, Bd. 40, 1952, S. 445 bis 454;

H. C. Torrey und Ch. A. Whitmer, »Crystal rectifiers«, 1948, New York und London, S. 315, 369·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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