DE1071843B

DE1071843B -

Info

Publication number: DE1071843B
Application number: DENDAT1071843D
Authority: DE
Priority date: 1957-02-07
Publication date: 1959-12-24

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung des Legierungstyps mit mindestens einer Vertiefung oder Bohrung im Halbleiterkörper und mit einer Übergangszone des Leitfähigkeitstyps zwischen dem Halbleiterkörper (Basis) und der auflegierten Elektrode (Emitter oder Kollektor), insbesondere für Schalttransistoren oder Hochfrequenztransistoren.

Bei einer Halbleiteranordnung sollen die Toleranzgrenzen bzw. Streuungen der elektrischen Werte mögliehst klein gemacht werden, was besonders für einen Transistor für höhere Frequenzen von Bedeutung ist. Das soll dadurch erreicht werden, daß die Elektroden eine genau definierte Größe und Lage bekommen. Unter einer Elektrode wird dabei im folgenden alles das verstanden, was durch die Übergangszone von dem Grundkörper einheitlichen Leitfähigkeitstyps (Basis) getrennt ist.

Nach dem Stand der Technik werden beispielsweise Hochfrequenztransistoren dadurch hergestellt, daß auf einen Halbleitergrundkörper, der als Basis dient, Scheibchen bzw. Pillen aufgebracht und dann erhitzt werden, so daß sie schmelzen und sich mit dem Grundkörper legieren; danach kühlen sie ab und erstarren wieder. Beim Erstarren wird gleich ein elektrischer Anschluß mitbefestigt. Bei so hergestellten Transistoren trachtet man danach, die relative Streuung der elektrischen Werte, insbesondere der Kollektorkapazität, bei kleinen Absolutwerten zwischen den einzelnen Exemplaren besonders klein zu machen, damit unter anderem in Schaltungen keine Schaltmittel mehr wie bisher individuell bemessen zu -werden—brauchen. Man erzielt Fortschritte, indem man sehr homogene Grundkörper von gleicher Zusammensetzung und auf unter 1 μ genau geformte Legierungspillen oder -scheibchen verwendet. Dennoch bleibt beispielsweise die Streuung der Kollektorkapazität oft von der gleichen Größenordnung wie ihr Absolutwert. Das liegt daran, daß diese unter anderem von der Größe und Lage der Grenzfläche zwischen Kollektor und Basis abhängt. Diese Grenzfläche bildet sich danach aus, wie weit und in welcher Form das Legierungsmaterial sich beim Schmelzen über den Grundkörper ausbreitet, was es bei den einzelnen Exemplaren in durchaus unterschiedlicher Weise tut. -45

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß im Halbleiterkörper eine Vertiefung von einer Tiefe von größenordnungsmäßig 10 μ angebracht wird und dann in diese Bohrung das die Elektrode bildende Legierungsmaterial eingebracht und einlegiert wird, vorzugsweise in solcher Menge, daß sein Volumen das Volumen der Vertiefung wesentlich übersteigt.

Zur Kennzeichnung des Unterschiedes des erfindungsgemäßen gegenüber bekannten Verfahren sei Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung
des Legierungstyps
mit mindestens einer Vertiefung
oder Bohrung im Halbleiterkörper

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Friedrich Wilhelm Dehmelt₁ Neu-Ulm/Donau,
Dr. Joachim Thuy_l Ulm/Donau-Söflingen,
und Gerhard Grust, Ulm/Donau,
sind als Erfinder genannt worden

hervorgehoben, daß es zwar bekannt ist, einen Halbleitergrundkörper mit einer Bohrung (oder z. B. mit einer Ätzgrube) zu versehen, dies aber bisher mit ganz anderen Zielen ausgeführt wurde (beispielsweise um in einem dickeren Grundkörper den Abstand Emitter — Kollektor klein zu machen). Demzufolge hat eine solche Bohrung ganz andere Abmessungen, und jene anderen Verfahren unterscheiden sich eben - dadurch" von dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Zweckmäßig wird die Bohrung so ausgeführt, daß ihr Durchmesser nahezu vollständig (z. B. zu etwa 90%) vom festen Legierungsmaterial ausgefüllt wird, das dann geschmolzen und legiert wird. Natürlich kann der eingebrachte Körper aus Legierungsmaterial auch eine andere Gestalt haben; nur darf er nicht seitlich über die Seitenwände der Bohrung hinausragen, da er dann beim Schmelzen den Halbleiterkörper auch außerhalb der Bohrung benetzen würde. Da das Legierungsmaterial meistens weich ist, kann es auch durch Eindrücken in der Bohrung passend befestigt werden. Es ist aber ebensogut möglich, das Legierungsmaterial in flüssiger Form einzubringen.

Das Volumen des gesamten Legierungsmaterials kann ohne weiteres das Doppelte oder Dreifache des Hohlvolumens der Bohrung betragen. Diese Größe ist sogar von Vorteil, weil dann das gleichzeitige Anlöten des elektrischen Anschlusses erleichtert wird. Die Benetzung erfolgt unter dem Einfluß der Oberflächenspannung auch in diesem Fall trotzdem nur bis zur scharfen Kante zwischen Halbleiterkörperoberfläche

909 690/462

Claims

und Bohrung, wo die gewölbte Oberfläche der Flüssigkeit angrenzt. Dadurch bekommt die Elektrode, beispielsweise der Kollektor, eine eindeutige Größe und Lage. Selbst wenn noch merklich Halbleitermaterial in der Flüssigkeit gelöst wird, so erfolgt diese Lösung ja gleichmäßig und kann berücksichtigt werden. Die Streuung wird dadurch praktisch nicht beeinflußt. Auch läßt sich die Auflösung von Halbleitermaterial in der Legierungspille nach anderen bekannten Verfahren unterdrücken. In einer bevorzugten Form wird von einem ebenen Halbleitergrundkörper ausgegangen und die Bohrung derart ausgeführt, daß sie im Längsschnitt rechteckig oder nahezu rechteckig erscheint. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nun für die Herstellung sowohl des Kollektors als auch des Emitters anwenden. Beide Elektroden lassen sich dabei ausgezeichnet zueinander zentrieren. D ie Fehlergrenzen sind im wesentlichen gegeben durch die Genauigkeit der feinmechanischen Ausführung beim Zentrierbohren, die heutzutage unter 1 μ liegen. Das ist einmal für den Hochfrequenztransistor wichtig, zum anderen aber auch für einen Schalttransistor. Beim Schalttransistor kommt es darauf an, daß beide Elektroden möglichst exakt symmetrisch, d. h. aufeinander zentriert und gleich groß sind, da sie in der Betriebsschaltung laufend ihre Rolle vertauschen sollen. Das läßt sich im erfindungsgemäßen Verfahren erreichen; neben der Zentrierung ist die Herstellung zweier genau gleich großer Elektroden mit entsprechenden feinmechanischen Toleranzgrenzen (unter 1 μ) möglich. Ein Aueführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 1 erläutert; Teil a) zeigt die Anordnung vor, Teil b) nach dem Legierungsvorgang. Im Teil a) ist ein Scheibchen aus Legierungsmaterial 1 in eine flache Bohrung 2 vom rechteckigen Längsschnitt in einen Halbleiterkörper 3 so eingebracht, daß der Durchmesser der Bohrung fast vollständig ausgefüllt ist, das Volumen des Scheibchens aber ein Vielfaches vom Hohlvolumen der Bohrung ist. Aus Gründen der Deutlichkeit ist die Bohrung übertrieben tief gezeichnet. Genau zur Bohrung 2 für den Kollektor zentriert ist die kleinere Bohrung 4 für den Emitter angebracht. Das Scheibchen 5 ist das Legierungsmaterial, das den Emitter bildet, und wird vorzugsweise gleichzeitig mit dem Kollektorscheibchen einlegiert. Den vollzogenen Legierangsvorgang zeigt Teil b) der Fig. 1. Die Scheibchen 1 und 5 sind geschmolzen und bis zum "scharfeh RarFd^der Bohrung ausgelaufen, haben überall gleichmäßig etwas Material vom Grundkörper 3 gelöst und sind wieder erstarrt; beim Erstarren sind gleichzeitig die beiden elektrischen Anschlüsse 6 und 7 mitbefestigt worden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nun auch noch mit einem an anderer Stelle bereits vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit verminderten Randzonenstörungen kombinieren. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren hat die Basis eines Hochfrequenztransistors eine zonenweise verschieden starke Dotierung, die vom Emitter zum Kollektor hin abfällt, d. h. am Emitter am stärksten und am Kollektor am schwächsten ist. Bei einer besonders übersichtlichen und bevorzugten Ausführungsform besteht die Basis aus zwei homogenen Schichten; einer niedrigdotierten am Kollektor und einer hochdotierten am Emitter. Der Kollektor wird nach dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, der Emitter dazu genau zentriert, indem eine kegelförmige Bohrung in die hochdotierte Schicht des Basiskörpers geführt und bei definierter Schichtgrenze in dem Basiskörper mit der Spitze bis an diese Schichtgrenze oder wenig darüber hinausgeführt wird. In die Bohrung wird das Legierungsmaterial eingebracht und legiert. Dabei kann eine sehr kleine emittierende Spitze mit genau definierter Geometrie und genauen und günstigen Werten erzeugt werden. Das läßt sich noch etwas weiter treiben, indem die Bohrung nur bis dicht vor die Schichtgrenze geführt wird. Der Emitter durchstößt dann die Schichtgrenze, wenn beim Legierungsvorgang etwas Halbleitermaterial aufgelöst wird, und bildet so eine besonders kleine emittierende Fläche. Um beim Legieren den Einschluß von Luftblasen auszuschließen, ist es vorteilhaft, daß das Legieren im Vakuum erfolgt. Das gilt besonders beim letztgenannten Verfahren, bei dem der Emitter in eine kegelförmige Bohrung einlegiert werden soll. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist unter Benutzung einer Anordnung nach dem obenerwähnten Vorschlag in der Zeichnung dargestellt. Fig. 2 a zeigt die Anordnung vor, Fig. 2 b nach dem Legieren. In einen Basiskörper, bestehend aus einer niedrigdotierten Schicht 1 und einer hochdotierten Schicht 2 (gleicher Leitfähigkeitstyp, also keine Sperrschicht), ist eine genau maßhaltige flache Bohrung 11 mit rechteckigem Querschnitt in die Schicht 1 und dazu genau zentriert eine ebenso genaue maßhaltige kegelförmige Bohrung 13 in die Schicht 2 bis nahe an die Schichtgrenze eingebracht. Das Scheibchen 10 aus Legierungsmaterial soll den Kollektor, die Pille 12 aus vorzugsweise demselben Material mit einem Zusatzmaterial den Emitter bilden. An der Stelle 6 ist ein niederohmig leitender Ringbasisanschluß an der gut leitenden hochdotierten Schicht 2 angebracht. Nach dem Legieren hat sich an der Stelle 3 die Grenzfläche zwischen Kollektor und Basis gebildet. Das rekristallisierte Halbleitermaterial 4 ist über das darüber erstarrte Legierungsmittel 5 und den Anschluß 14 niederohmig leitend angeschlossen; an der Stelle 7 ist die Grenzfläche zwischen Emitter und Basis. Das rekristallisierte Halbleitermaterial 8 ist über das erstarrte Legierungsmittel 9 und den Anschluß 15 nach außen niederohmig leitend angeschlossen. Beim Legieren löst sich etwas Basismaterial im Legierungsmittel, so daß die Grenzfläche, mit der Fläche der Bohrung beginnend, etwas, aber in genau berechenbarer Weise, in das Basismaterial hineinwandert. Dabei durchstößt die Kegelspiize, die sich dann etwas abrundet, die Grenze zwischen den Schichten 1 und 2 ein wenig und bildet in der Schicht 1 die sehr kleine, genau berechnete und gut zentrierte Fläche 7 a. Diese bildet nachher den wirksamen Teil des Emitters. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung des Legierungstyps mit mindestens einer Vertiefung oder Bohrung im Halbleiterkörper und mit einer Übergangszone des Leitfähigkeitstyps zwischen dem Halbleiterkörper (Basis) und der auflegierten Elektrode (Emitter oder Kollektor), insbesondere für Schalttransistoren oder Hochfrequenztransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper eine Vertiefung von einer Tiefe von größenordnungsmäßig 10 μ angebracht wird und dann in diese Bohrung das die Elektrode bildende Legierungsmaterial eingebracht und einlegiert wird, vorzugsweise in solcher Menge, daß sein Volumen das Volumen der Vertiefung wesentlich übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung so ausgeführt wird, daß sie eine im Längsschnitt rechteckige Form erhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial in fester Form so aufgebracht wird, daß' es seitlich nicht über die Seitenwände hinausragt und daß es anschließend geschmolzen und einlegiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial in die Bohrung eingedrückt wird und daß es anschließend geschmolzen und einlegiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial in flüssigem Zustand in die Bohrung eingebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungspille oder -scheibchen

und Bohrung so bemessen sind, daß das Legierungsmaterial den Durchmesser der Bohrung nahezu ausfüllt.

7. A^erfahren nach Anspruchl bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper zum Bau eines Transistors die Bohrungen zum Einlegieren von Kollektor und Emitter durch Zentrierbohren eingebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen für Kollektor und Emitter durch Zentrierbohren genau gleich groß gemacht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Legieren im Vakuum erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 099 770.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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