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DE1188207B - Verfahren zum Herstellen eines plattenfoermigen Koerpers von hoher elektrischer Leitfaehigkeit - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines plattenfoermigen Koerpers von hoher elektrischer Leitfaehigkeit

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DE1188207B
DE1188207B DEJ22304A DEJ0022304A DE1188207B DE 1188207 B DE1188207 B DE 1188207B DE J22304 A DEJ22304 A DE J22304A DE J0022304 A DEJ0022304 A DE J0022304A DE 1188207 B DE1188207 B DE 1188207B
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semiconductor
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Dr Reinhard Dahlberg
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TDK Micronas GmbH
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TDK Micronas GmbH
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Description

  • Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Körpers von hoher elektrischer Leitfähigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen mechanisch stabilen Körpers von hoher elektrischer Leitfähigkeit mit einer dünnen einkristallinen Oberflächenschicht hohen spezifischen Widerstandes aus Halbleitermaterial.
  • Die Verwendung derartiger Körper bei der Herstellung von Transistoren mit in den hochohmigen Teil diffundierten Basiszonen bringt Vorteile in bezug auf viele elektrische Werte der fertigen Transistoren. Darunter fallen: Abbruchspannung des Kollektors, Raumladungskapazität zwischen Kollektor- und Basiszone, kleiner Ausgangsleitwert, geringe Rückwirkung und kleiner Bahnwiderstand in der Kollektorzone. Im Prinzip können die gleichen elektrischen Werte auch durch Verwendung sehr dünner plattenförmiger Halbleiterkörper erhalten werden, deren Dicke kleiner als 10 #t ist. Derartig dünne Halbleiterkörper zerbrechen jedoch sehr leicht bei ihrer Handhabung.
  • Es ist bekannt, plattenförmige mechanisch stabile Halbleiterkörper von hoher Leitfähigkeit mit einer sehr dünnen hochohmigen und einkristallinen Oberflächenschicht aus Halbleitermaterial dadurch zu erzeugen, daß man auf einer sehr niederohmigen und einkristallinen Halbleiterplatte, die relativ dick ist, eine dünne Halbleiterschicht epitaktisch aufwachsen läßt. In der F i g. 1 ist ein derartiger Halbleiterkörper mit einer niederohmigen Halbleiterplatte 1 und der aufgewachsenen Halbleiterschicht 2 dargestellt.
  • Die dickere Halbleiterplatte, welche die epitaktische Schicht trägt, übt praktisch keinen ungünstigen Einfluß auf die elektrischen Werte der Halbleiteranordnungen aus, da ihr ohmscher Widerstand vernachlässigbar klein ist. Die Herstellung von epitaktischen Schichten mit hoher Kristallgüte ist jedoch schwierig und praktisch nur bei hohen Temperaturen möglich, wobei eine nachteilige Diffusion von Dotierungsmaterial der niederohmigen Halbleiterplatte 1 in die epitaktische Schicht 2 erfolgt. Die Kristallgüte der epitaktischen Schichten erreicht selbst bei Anwendung hoher Temperaturen nicht die Kristallgüte der Halbleiterplatte.
  • Um den zuletzt genannten Nachteil auszuschalten und eine gute Kristallgüte in der dünnen hochohmigen Halbleiterschicht zu gewährleisten, kann man die sogenannte »inverse Epitaxie« anwenden. Dieses Verfahren wird an Hand der F i g. 2 erläutert. Auf einer relativ dicken einkristallinen und hochohmigen Halbleiterplatte 3 wird eine einkristalline relativ dicke epitaktische Schicht 4 aufgetragen, welche als Trägerschicht dient. Ein plattenförmiger Körper hoher Leitfähigkeit wird schließlich dadurch erhalten, daß das Material der hochohmigen Platte 3 bis auf einen Rest von wenigen Mikron durch Läppen und/oder Ätzen bis zur gestrichelten Linie 5 in F i g. 2 abgetragen wird.
  • Auch das an Hand der F i g. 2 erläuterte Verfahren der »inversen Epitaxie« muß bei noch relativ hohen Temperaturen durchgeführt werden, um ein gutes Haften der epitaktischen Schicht 4 auf der Halbleiterplatte 3 zu gewährleisten. Ein großer Nachteil besteht darin, daß auf Grund der für die relativ dicke Schicht 4 erforderlichen Aufwachszeit auch hier eine meist unerwünschte Diffusion der Dotierung aus der niederohmigen Schicht 4 in die hochohmige Halbleiterplatte 3 stattfindet.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der niederohmige Bereich des plattenförmigen Körpers zur Herstellung mancher Halbleiterbauelemente, beispielsweise von Transistoren mit einer in das hochohmige Halbleitermaterial eindiffundierten Basiszone, nicht einkristallin sein muß. Auch die Verwendung von polykristallinem Halbleitermaterial für den niederohmigen Bereich des plattenförmigen Körpers bewirkt nämlich überraschenderweise praktisch keine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften. Selbst ein Metall an Stelle des polykristallinen Halbleitermaterials bringt keine Nachteile.
  • Durch das Verfahren nach der Erfindung soll eine Möglichkeit gegeben werden, die den bekannten Verfahren anhaftenden Schwierigkeiten und Nachteile zu überwinden. Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß auf eine- dickere einkristalline Halbleiterplatte mit hohem spezifischem Widerstand eine Zwischenschicht bis zu einigen Mikron Dicke aufgetragen wird, welche ein gutes Haften der weiteren aufzutragenden Schicht bewirkt, und daß dann auf diese Zwischenschicht eine metallische oder eine polykristalline halbleitende Trägerschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand abgeschieden wird und daß danach der größte Teil des Materials der Halbleiterplatte hohen Widerstandes senkrecht zu ihrer Flächenausdehnung durch Läppen und/oder Ätzen abgetragen wird, so daß eine dünne einkristalline halbleitende Oberflächenschicht mit hohem spezifischem Widerstand auf dem plattenförmigen Körper entsteht.
  • Durch die Zwischenschicht wird eine innige Verbindung zwischen Trägerschicht und Halbleiterplatte geschaffen. Als Material für die Zwischenschicht kann Legierungsmaterial verwendet werden, das nach einem bekannten Verfahren in einer Stärke von einigen Mikron aufgebracht und angeschmolzen wird.
  • Als Material der Trägerschicht sind nach der Erfindung zur Vermeidung von thermischen Spannungen entweder polykristallines Halbleitermaterial oder Metalle geeignet, welche bezüglich der hochohmigen Halbleiterplatte einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, insbesondere Molybdän, Wolfram oder Tantal.
  • Als Verfahren zum Auftragen der Trägerschicht wird ein Aufdampfen im Hochvakuum vorgezogen. Zur Verdampfung von erst bei hohen Temperaturen verdampfbaren Materialien, insbesondere Molybdän, Wolfram und Tantal, kann das Material der Trägerschicht mit Hilfe eines Elektronenstrahles erhitzt werden. Zu dem gleichen Zweck kann auch das bekannte Verfahren der Kathodenzerstäubung herangezogen werden.
  • Als Material für die Zwischenschicht wird vorzugsweise ein Legierungsmaterial mit Akzeptor- oder Donatoreigenschaften verwendet. Das Material der Zwischenschicht kann nach dem Auftragen der Trägerschicht in die Halbleiterplatte und gegebenenfalls auch noch in die Trägerschicht einlegiert werden. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die beim Legierungsprozeß entstehende flüssige Phase eine Getterwirkung auf unerwünschte Verunreinigungen in der Halbleiterplatte, insbesondere Kupfer und Nickel hat. Die Sperrströme der pn-Übergänge werden dadurch verkleinert und die Durchbruchspannungen vergrößert.
  • Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung und den Ausführungsbeispielen erläutert: F i g. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Halbleiterkörpers; F i g. 4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel.
  • Auf einer hochohmigen und einkristallinen Halbleiterplatte 6 (vgl. F i g. 3 ) aus Germanium vom p-Typ mit einer Dicke von etwa 200 g wird eine etwa 1 #t dicke Aluminium-Zwischenschicht 7 im Vakuum aufgedampft. Auf die Aluminium-Zwischenschicht 7 wird eine mit Gallium hochdotierte polykristalline Trägerschicht 8 aus Germanium von etwa 150 [ ebenfalls durch Aufdampfen im Vakuum aufgetragen. Danach wird der plattenförmige Körper für kurze Zeit auf etwa 600° C erhitzt, wobei die dünne Aluminium-Zwischenschicht 7 mit der Halbleiterplatte 6 und der Trägerschicht 8 legiert und somit eine innige Verbindung entsteht. Schließlich wird der plattenförmige Halbleiterkörper zunächst durch Läppen und dann durch chemisches Ätzen bis auf die gestrichelte Linie 5 abgetragen.
  • Wird an Stelle von Germanium vom p-Typ für die Halbleiterplatte 6 Germanium vom n-Typ verwendet, so kann statt Aluminium für die Zwischenschicht 7 Antimon und als Material für die Trägerschicht 8 ein mit Antimon hochdotiertes Germanium verwendet werden.
  • Der fertige plattenförmige Halbleiterkörper kann in derselben Weise zum Herstellen von Halbleiterbauelementen weiterverarbeitet werden wie ein Körper, dessen hochohmige Schicht epitaktisch aufgebracht worden ist. Wird zu diesem Zweck ein Diffusionsprozeß angeschlossen, so besitzt der nach der Erfindung hergestellte plattenförmige Halbleiterkörper gegenüber dem mit einer epitaktisch aufgebrachten hochohmigen Schicht den Vorteil, daß in einer definierten Tiefe des Halbleiterkörpers eine sehr dünne flüssige Phase auftritt, die auf unerwünschte Verunreinigungen, insbesondere Kupfer und Nickel, eine getternde Wirkung ausübt. Auf Grund der sehr geringen Dicke der Zwischenschicht ist auch die beim Diffusionsprozeß auftretende Schicht der flüssigen Phase sehr dünn. Ein Herausdiffundieren der Verunreinigung aus der Zwischenschicht während eines Diffusionsprozesses erfolgt natürlich auch. Das Herausdiffundieren aus der Zwischenschicht ist aber definiert durch Dauer und Temperatur des betreffenden Diffusionsprozesses, weil das System vorher nur kurzzeitig legiert wurde. Dabei trat keine merkliche Diffusion auf.
  • Es ist zwar schon früher vorgeschlagen worden, einen Halbleiterkörper unter Zwischenlage eines Legierungsmaterials mit einem Metallkörper durch einen Legierungsprozeß zu verbinden und den Halbleiterkörper durch nachfolgendes Läppen und Ätzen sehr dünn zu machen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß man zum Zusammenlegieren zweier Körper relativ viel Legierungsmaterial braucht. Der Legierungsprozeß erfolgt außerdem unregelmäßig, da der Halbleiterkörper und der Metallkörper nicht ideal eben sind. Bei dem Verfahren nach der Erfindung genügt schon eine Zwischenschicht des Legierungsmaterials von einer Dicke von weniger als 1 g, weil die darauf abgeschiedene Halbleiter- bzw. Metallschicht sich jeder vorhandenen Unebenheit der Halbleiterplatte ideal anschmiegt. Gegenüber dem Verfahren des älteren Vorschlages ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Herstellung einer dünnen hochohmigen und einkristallinen Oberflächenschicht aus Halbleitermaterial, deren Dicke fast eine Größenordnung unterhalb derjenigen liegt, welche nach dem älteren Vorschlag erreichbar ist.
  • Der Unterschied des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber dem Verfahren des obengenannten älteren Vorschlages wird an einem anderen, an Hand der F i g. 4 erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung noch deutlicher. Dabei erfolgt kein Legierungsprozeß zur Verbindung des hochohmigen Halbleiterkörpers mit der metallischen oder halbleitenden Trägerschicht. Es wird eine hochohmige Halbleiterplatte 9 aus n-Silizium mit einer eindiffundierten Oberflächenschicht 10 von metallischer Leitfähigkeit (n + -t-) verwendet. Auf einer Seite der Halbleiterplatte 9 wird n+-Silizium oder eine Metallschicht 11 haftfest aufgedampft. Das gute Haften wird durch eine aufgedampfte Zwischenschicht aus Chrom erreicht, welche nach dem Auftragen der Trägerschicht in diese und in das Material der Halbleiterplatte eingetempert wird. Schließlich wird die n-Siliziumplatte bis zur gewünschten Dicke der hochohmigen Oberflächenschicht (gestrichelte Linie 5) durch Läppen und,'öder Ätzen abgetragen: Die aufgedampfte n --Trägerschicht aus Silizium bzw. aus Metall 11 ergibt über die eindiffundierte n+ +-Schicht 10 einen einwandfreien ohmschen Kontakt zur hochohmigen Oberflächenschicht aus n-Silizium.
  • Durch das Verfahren nach der Erfindung können plattenförmige mechanisch stabile Körper von hoher Leitfähigkeit mit einer dünnen hochohmigen und einkristallinen Oberflächenschicht aus Halbleitermaterial bei wesentlich niederen Temperaturen unter Vermeidung von unerwünschten Diffusionsprozessen hergestellt werden, wie es bei dem bekannten Epitaxialverfahren nicht möglich war. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Körper können ohne Schwierigkeiten bei der Handhabung zu solchen Halbleiterbauelementen, insbesondere Transistoren und Dioden, weiterverarbeitet werden, die hohe Abbruchspannungen und geringe Übergangskapazitäten bei kleinen Bahnwiderständen aufweisen.
  • Das Verfahren mit den Merkmalen der Erfindung kann auch zum Herstellen von Flächendioden mit hohen Abbruchspannungen und sehr niedrigen Bahnwiderständen in Flußrichtung dienen, was kurz an Hand der F i g. 3 erläutert wird. Zu diesem Zweck wird als Material der Zwischenschicht 7 ein Legierungsmaterial auf die Halbleiterplatte 6 aufgetragen, welches nach einem Legierungsprozeß in der Halbleiterplatte einen pn-Übergang bildet. Auf die Zwischenschicht 7 wird eine metallische oder polykristalline, niederohmige und halbleitende Trägerschicht 8 vom Leitungstyp des Materials der Zwischenschicht 7 aufgetragen. Abschließend wird das Material der Halbleiterplatte 6 auf die erforderliche Dicke abgetragen und der plattenförmige Körper in bekannter Weise kontaktiert. Auf ähnliche Weise können auch hochsperrende Flächendioden mit sehr niedrigen Bahnwiderständen und diffundierten pn-übergingen hergestellt werden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen mechanisch stabilen Körpers von hoher elektrischer Leitfähigkeit mit einer dünnen einkristallinen Oberflächenschicht hohen spezifischen Widerstandes aus Halbleitermaterial, d a d u r c h gekennzeichnet, daß auf eine dickere einkristalline Halbleiterplatte mit hohem spezifischem Widerstand eine Zwischenschicht bis zu einigen Mikron Dicke aufgetragen wird, welche ein gutes Haften der weiteren aufzutragenden Schicht bewirkt, und daß dann auf diese Zwischenschicht eine metallische oder eine polykristalline halbleitende Trägerschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand abgeschieden wird und daß danach der größte Teil des Materials der Halbleiterplatte hohen Widerstandes senkrecht zu ihrer Flächenausdehnung durch Läppen und/oder Ätzen abgetragen wird, so daß eine dünne einkristalline halbleitende Oberflächenschicht mit hohem spezifischem Widerstand auf dem plattenförmigen Körper entsteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Trägerschicht polykristallines Halbleitermaterial vom Leitfähigkeitstyp der hochohmigen Halbleiterplatte aufgetragen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Trägerschicht ein solches mit annähernd gleichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten in bezug auf die Halbleiterplatte, insbesondere Molybdän, Wolfram oder Tantal, aufgetragen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht durch Aufdampfen im Hochvakuum aufgetragen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägerschicht mit Hilfe eines Elektronenstrahles verdampft wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht durch Kathodenzerstäubung aufgetragen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Zwischenschicht ein Legierungsmaterial mit Akzeptor- oder Donatoreigenschaften aufgetragen und nach dem Auftragen der Trägerschicht in die Trägerschicht und/oder in die Halbleiterplatte einlegiert wird. B.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als hochohmige Halbleiterplatte eine solche mit einer eindiffundierten Oberflächenschicht von metallischer Leitfähigkeit verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Zwischenschicht Chrom aufgetragen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1018 557, 1057 845, 1107 343; »Transistor Technology«, Vol. 1, S. 318; »Proc. IRE«, September 1960, S. 1642/1643.
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