DE1093019C2 - Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen

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Description

vorhandenen diffundierten Verunreinigungen einzudiflundieren.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit Transistorstruktur mit einer sehr dünnen Basiszone zu schaffen, das die Nachteile der obengenannten bekannten Verfahren nicht aufweist, und das es gestattet, von dünnen, scheiben- oder streifenförmigen Halbleiterkörpern gleichmäßiger Dicke auszugehen, wie sie auf einfache Weise und mit guter Materialausnutzung aus dem Ausgangsmaterial hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem genannten vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, dadurch gelöst, daß zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit Transistorstruktur mit einer sehr dünnen Basiszone das Störstellenmaterial auf beide Hauptflächen des platten- oder streifenförmigen Halbleiterkörpers aufgebracht und bis zu einer geringen Tiefe eindiffundiert wird, daß nach der örtlichen Freilegung des Körpers aus ursprünglichem Halbleitermaterial an wenigstens einer der Hauptflächen in der zweiten Diffusionsbehandlung das an den übrigen Oberflächenbereichen verbliebene eindiffundierte Störstellenmaterial bis zu einer solchen endgültigen Tiefe eindiffundiert wird, daß die zwischen den diffundierten Zonen verbleibende Schicht aus urspünglichem Halbleitermaterial dünn genug ist, um als Basiszone eines Transistors zu dienen, und daß die ohmsche Elektrode für die Basiszone auf dem freigelegten Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers axis ursprünglichem Halbleitermaterial angebracht wird.
Es ist dabei einleuchtend, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung, um eine Zone des ursprünglichen Halbleitermaterials übrigzubehalten, die dünn genug ist, um als Basiszone eines Transistors zu dienen, der halbleitende, plattenförmige oder streifenförmige Körper dünn genug und die Gesamtdiffusionszeit lang genug gewählt werden müssen. Die Stärke der Basiszone ist vorzugsweise nicht größer als die durchschnittliche Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dieser Zone.
Die Basiszone wird mit einem ohmschen Kontakt versehen. Dabei wird das Material zunächst auf die beiden Oberflächen des platten- oder streifenförmigen Körpers aufgebracht und bis zu einer geringen Tiefe eindiffundiert.
Darauf wird die entstandene dünne Zone stellenweise entfernt. Die Tiefe, bis auf welche das Material stellenweise entfernt wird, ist gegenüber der Gesamtstärke des Körpers nur gering, so daß der Körper die erforderliche Festigkeit behält. Nach der weiteren Diffusionsbehandlung bleibt an der Stelle, an der Material entfernt wurde, eine verhältnismäßig starke Zone des ursprünglichen Halbleitermaterials mit einem freien Oberflächenteil bestehen, und diese Zone geht in die zwischen den beiden entstandenen Diffusionszonen liegende dünne Zone über. An dieser Zone kann leicht ein als Basiskontakt für den Transistor dienender ohmscher Kontakt angebracht werden.
Um die Stärke der obenerwähnten Zone zwecks Herabsetzung des Basiswiderstandes möglichst groß zu wählen, werden vorzugsweise die durch Diffusion bis auf geringe Tiefe entstandenen Zonen von einander gegenüberliegenden Teilen der Oberfläche und Unterfläche entfernt. Die verbleibende Zone erstreckt sich dann nach der ganzen Diffusionsbehandlung teilweise über die ganze verbleibende Stärke der Scheibe. Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens kann die Stelle des Basiskontaktes frei gewählt werden. Benutzt man bei einem plattenförmigen Halbleiterkörper einen Basiskontakt von kleinem Umfang, so wird vorzugsweise dafür Sorge getragen, daß der Basiskontakt in der Mitte des Plättchens angebracht werden kann, damit die am weitesten entfernt liegenden Teile der
ίο Basiszone möglichst nahe am Basiskontakt liegen.
Das Anbringen eines Kontaktes am Rand bietet den Vorteil, daß Anschlußdrähte leicht befestigt werden können. Diese Anbringungsweise ist besonders zur Herstellung von Halbleiteranordnungen sehr kleiner Abmessungen vorzuziehen. Man kann den Basisanschluß längs des ganzen Randes anbringen, damit der Basiswiderstand möglichst niedrig gehalten wird. Bei einem streifenförmigen Körper können weiterhin die beiden Enden mit ohmschen Kontakten versehen werden, wodurch eine Transistortetrode erhalten wird.
Hat der Körper die Gestalt einer kreisförmigen Scheibe und wird ein Kontakt längs des ganzen Randes und ein Kontakt in der Mitte angebracht, so ergibt sich eine andere Art von Transistortetrode.
Die beiden zuletzt genannten Arten können auch als Feldeffekt-Transistoren verwendet werden, wenn der spezifische Widerstand des ursprünglichen Halbleitermaterials hoch genug gewählt ist.
Bei den obenerwähnten Halbleiteranordnungen werden die Stellen, an denen Basiskontakte angebracht werden müssen, gemäß dem oben beschriebenen Verfahren nach der Erfindung dazu geeignet gemacht. An diesen Stellen werden nämlich nach der Diffusion der Verunreinigung bis auf eine geringe Tiefe die durch untiefe Diffusion dieser Verunreinigung erzielte Zone entfernt, worauf man die Verunreinigung weiter in das Material eindiffundieren läßt, bis eine sehr dünne Zone des ursprünglichen Halbleitermaterials zwischen-den beiden durch Diffusion entstandenen Zonen verbleibt.
Als Halbleitermaterial kommen z. B. Germanium und Silicium in Frage, aber die Erfindung ist auf diese Materialien nicht beschränkt.
Insbesondere können geeignete Halbleiteranordnungen bei Anwendung von n-Süicium mit Bor als einzudiffundierende Verunreinigung erzielt werden, denn Bor hat eine größere Lösbarkeit in Silicium und kann bis auf eine größere Tiefe in dieses Halbleiter-So material diffundieren, so daß ein Plättchen hinreichender Festigkeit verwendbar ist.
Es ist einleuchtend, daß gegebenenfalls eine am Rand des platten- oder streifenförmigen Körpers angebrachte oder eindiffundierte Verunreinigung in üblicher Weise entfernt wird zur Vorbeugung von Kurzschluß zwischen den an der Ober- und Unterfläche entstandenen Diffusionszonen.
Man kann sowohl einen Platten- oder Streifenkörper, aus dem nur ein Transistor herstellbar ist, als auch einen größeren plattenförmigen Körper verwenden, der nach einer der Behandlungsstufen des Verfahrens nach der Erfindung in kleinere plattenförmige und/oder streifenförmige Körper aufgeteilt wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
F i g. 1 bis 3 zeigen Querschnitte eines halbleitenden Plättchens in verschiedenen Stadien bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 4 und 5 sind Drauf sichten zweier halbleitender Körper, die durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erzielt sind;
Fig. 6 bis 13 zeigen weitere Ausführungsformen von durch Anwendung des Verfahrens erzielten Halbleiterkörpern.
Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugs^- zeichen versehen. Die ohmschen Kontakte sind in den Figuren nicht dargestellt.
B eispiel
Es wird von einem aus Einkristall von n-Silicium gesägten viereckigen Plättchen mit einer Länge von 3 mm und einer Dicke von 100 μ ausgegangen. Die ganze Oberfläche des Plättchens wird mit einer Borschicht in der Dicke von etwa 1 μ bedeckt, indem das Plättchen auf 800° C erhitzt und der mit gasförmigem Wasserstoff gemischte Dampf von BCl3 längs der Oberfläche des Plättchens geleitet wird. Das Borchlorid wird bei dieser Temperatur zersetzt, und das Bor setzt sich auf der Oberfläche des Plättchens ab. Danach wird das Bor nur bis auf eine sehr geringe Tiefe in die Oberfläche des Silicium-Plättchens eindiffundiert. Ein Querschnitt des so erzielten Plättchens ist in Fig. 1 dargestellt. Die Dicke des Plättchens ist gegenüber seiner Länge deutlichkeitshalber stark vergrößert dargestellt. Auf dem ganzen Plättchen 1 befindet sich eine aufgebrachte und eindiffundierte Schicht 2. Nach dieser Behandlung werden die Seitenflächen des Plättchens entfernt, und die Schicht 2 wird sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite über einen längs einer der Seitenflächen liegenden Streifen entfernt. Ein Querschnitt des dann erzielten Plättchens ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schicht 2 ist von den Seitenflächen 3 als auch von einem Streifen 4 der Oberfläche und einem Streifen 5 der Unterfläche entfernt worden. Die Tiefe, bis auf welche bei 4 und 5 eine Oberflächenschicht entfernt wurde, ist in der Figur deutlichkeitshalber stark vergrößert wiedergegeben.
Das stellenweise Entfernen der Schicht 2 kann mit Hilfe einer geeigneten Ätzflüssigkeit nach dem Anbringen einer Maske erfolgen. Dabei bleibt die Stärke des Plättchens an der Stelle des Streifens nahezu gleich der Stärke des übrigen Teiles des Plättchens.
Darauf wird das Plättchen auf 1250° C erhitzt. Ein Querschnitt des Plättchens nach dieser Diffusionsbehandlung ist in Fig. 3 dargestellt. Das Bor ist dann in das Plättchen bis auf eine Tiefe von etwa 40 μ eindiffundiert, so daß sowohl an der Oberfläche als auch an der Unterfläche die p-leitenden Zonen 7 und 8 gebildet werden. Zwischen diesen Zonen ist eine dünne η-leitende Zone 9 des ursprünglichen Halbleitermaterials erhalten geblieben. Der Streifen behält aber, mit Ausnahme eines kleinen Teiles an der Grenze des übrigen Teiles des Plättchens, die ursprüngliche Leitungsart, so daß nach der Diffusionsbehandlung an dieser Stelle eine n-leitende Zone 6 an der Oberfläche liegt, welche in die zwischen den beiden durch Diffusion entstandenen Zonen im übrigen Teil des Plättchens liegende Zone 9 übergeht.
Am erzielten Plättchen werden drei nicht dargestellte ohmsche Kontakte angebracht, und zwar außerhalb des Streifens, ein Emitterkontakt an der oberen Fläche und ein Kollektorkontakt an der unteren Fläche, während am Streifen ein Basiskontakt angebracht wird. Eine Draufsicht des erzielten Plättchens ist in Fi g. 4 dargestellt. An der oberen Fläche des Plättchens 1 liegt über die ganze Oberfläche außerhalb des Streifens 4 eine p-leitende Zone 7. Diese Zone erstreckt sich bis zur Grenze 10 mit der η-leitenden Zone 6.
Auf ähnliche Weise kann auch ein streifenförmigei Körper erzielt werden, der in Fig. 5 dargestellt ist, bei dem beim entfernten Teil 4 eine Anschlußzunge ίο für einen Basiskontakt erzielt ist.
Querschnitte der Halbleiterkörper gemäß den LinienIII-III in den Fig. 4 und 5 entsprechen dem Querschnitt nach Fig. 3.
Man kann auch das Borchlorid bei einer höheren Temperatur als 800° C zersetzen, so daß das entstandene Bor unmittelbar in die Oberfläche des Siliciumplättchens eindiffundiert, jedoch nur bis auf eine sehr geringe Tiefe. Darauf wird die flache Diffusionsschicht stellenweise entfernt, damit nachher dort ein Basiskontakt angebracht werden kann.
Einige weitere Ausführungsformen von durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Halbleiterkörpern werden an Hand der F i g. 6 bis 13 näher beschrieben.
Ein Halbleiterkörper in Form einer kreisförmigen Scheibe mit einer ringförmigen Zone für einen Basisanschluß ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht des Körpers und Fig. 6 einen senkrechten Schnitt gemäß der Linie VI-VI von Fig. 7. Dabei ist ein dünner ringförmiger Randteil4 bzw. 5 sowohl von der Ober- als auch der Unterfläche entfernt. Zwei durch Diffusion entstandene Zonen 7 und 8 sind p-leitend und voneinander mittels einer dünnen η-leitenden Zone 9 getrennt, die am Rand in die η-leitende Zone 6 übergeht. Ein ringförmiger Basiskontakt kann mit der Zone 6 und zwei ohmsche Kontakte können mit der Zone 7 bzw. 8 verbunden werden, so daß sich ein p-n-p-Transistor ergibt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines Halbleiterkörpers für einen Transistor mit einem in der Mitte liegenden Basiskontakt. Fig. 8 zeigt einen senkrechten Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII von Fi g. 9. Die Zonen 7 und 8 stellen die durch Diffusion aus der Ober- bzw. der Unterfläche entstandenen p-leitenden Zonen dar, welche mittels der η-leitenden Zone 9 voneinander getrennt sind. Letztere steht mit der zentral liegenden η-leitenden Zone 6' an der Stelle, an der die Akzeptorverunreinigung von der Oberfläche bei 4' entfernt wurde, in Verbindung. An der oberen Fläche wird an dieser Stelle ein Basiskontakt angebracht.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich auch zur Herstellung von Transistortetroden oder Feldeffekt-Transistoren. Zwei Ausführungsformen derselben sind in den Fig. 10 und 11 und 12 und 13 dargestellt.
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht und Fig. 10 einen senkrechten Schnitt eines streifenförmigen Halbleiterkörpers einer Transistortetrode gemäß der Linie X-X von Fig. 11. An jedem Ende kann ein ohmscher Basiskontakt angebracht werden.
Fig. 13 zeigt eine Draufsicht und Fig. 12 einen senkrechten Schnitt eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers einer Tetrode gemäß der Linie XII-XII von Fig. 13. Ein erster Basiskdntakt kann in der Mitte und ein zweiter Basiskontakt kann in Form eines Ringes längs des Randes des scheibenförmigen Körpers angebracht werden.
1
In den Fig. 10, 11, 12 und 13 sind die durch Diffusion entstandenen, p-leitenden Zonen wieder mit den Bezugsziffern 7 und 8 bezeichnet. Die dünne η-leitende Zone 9 zwischen den beiden p-leitenden Zonen steht mit zwei η-leitenden Zonen 6 und 6' in Verbindung, welche zwischen den Oberflächenteilen 4 und 5 bzw. 4' und 5' oder 4' und der Zone 8 liegen, von denen das einzudiffundierende Akzeptormaterial beim Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung entfernt wurde. Vier ohmsche Kontakte können auf den Zonen 7 und 8 bzw. an den Zonen 6 und 6' angebracht werden.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13 wird der mittlere ohmsche Kontakt bei Verwendung als Transistortetrode vorzugsweise auf die Weise geschaltet, wie es bei einem normalen Transistor erfolgt, während die Basiskontaktelektrode am Rand auf die Weise geschaltet wird, wie es für eine zweite Basiselektrode einer Transistorelektrode üblich ist.
Die beiden zuletzt genannten Ausführungsformen eignen sich auch zur Verwendung als Feldeffekt-Transistor, bei dem die Zonen 7 und 8 als Elektroden für die Torzone und die Kontakte an den Zonen 6 und 6' als Quellen- und Ableitungselektrode dienen können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 632/341

Claims (6)

1 2 und eine ringförmige Kontaktelektrode längs des Patentansprüche: Randes angebracht wird. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
anordnung, bei dem auf einem Halbleiterkörper 5 Material des Halbleiterkörpers n-Silicium und als eines bestimmten Leitfähigkeitstyps den entgegen- Störstellenmaterial Bor verwendet wird,
gesetzten Leitfähigkeitstyp erzeugendes Störstellenmaterial zunächst aufgebracht und in die
Oberfläche bis zu einer gegenüber der endgültigen
Diffusionstiefe geringen Tiefe eindiffundiert wird, io
dann an örtlich begrenzten Stellen die aufgebrachte und eindiffundierte Schicht wieder ent- Die Erfindung befaßt sich mit dem Verfahren zur fernt wird, wodurch ein Teil des aus dem ur- Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen in sprünglichen Halbleitermaterial bestehenden Kör- einen platten- oder streifenförmigen Halbleiterkörper pers freigelegt wird, wonach der Halbleiterkörper 15 von einem Leitfähigkeitstyp den entgegengesetzten erhitzt wird, um die danach noch vorhandenen Leitfähigkeitstyp erzeugendes Störstellenmaterial eindiffundierten Verunreinigungen einzudiffundieren, diffundiert wird. Bei einem solchen Verfahren bilden dadurch gekennzeichnet, daß zur Her- sich an beiden Oberflächenseiten des Halbleiterkörstellung einer Halbleiteranordnung mit Transistor- pers Schichten, in denen sich der Leitfähigkeitstyp struktur mit einer sehr dünnen Basiszone das 20 geändert hat und die mittels einer Zone des ursprüng-Störstellenmaterial auf beide Hauptflächen des liehen Leitfähigkeitstyps des Halbleiterkörpers geplatten- oder streifenförmigen Halbleiterkörpers trennt sind. Für viele Anwendungen, wie z. B. für aufgebracht und bis zu einer geringen Tiefe ein- Transistoren, ist es erwünscht, daß diese Zone vom diffundiert wird, daß nach der örtlichen Frei- ursprünglichen Leitfähigkeitstyp des Halbleiterkörlegung des Körpers aus ursprünglichem Halb- 25 pers sehr dünn ist. Es ist aber schwer, eine solche leitermaterial an wenigstens einer der Haupt- Zone freizulegen, damit sie mit einem ohmschen flächen in der zweiten Diffusionsbehandlung das Kontakt versehen werden kann,
an den übrigen Oberflächenbereichen verbliebene Nach einem bekannten Verfahren werden dazu eindiffundierte Störstellenmaterial bis zu einer verhältnismäßig dicke Halbleiterkörper benutzt, in solchen endgültigen Tiefe eindiffundiert wird, daß 30 denen durch Bohrungen eine dünne Stelle gebildet die zwischen den diffundierten Zonen verblei- wird, so daß nach dem Diffusionsvorgang an der dende Schicht aus ursprünglichem Halbleiter- dünnen Stelle die zwei Schichten mit geändertem material dünn genug ist, um als Basiszone eines Leitfähigkeitstyp sehr dicht aneinander herangerückt Transistors zu dienen, und daß die ohmsche sind und nur durch eine dünne Zone vom ursprüng-Elektrode für die Basiszone auf dem freigelegten 35 liehen Leitfähigkeitstyp voneinander getrennt sind. Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers aus ur- An den dicken Stellen sind aber die an beiden Obersprünglichem Halbleitermaterial angebracht wird. flächenseiten des Halbleiterkörpers gebildeten Schich-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ten verhältnismäßig weit voneinander entfernt, und kennzeichnet, daß die eindiffundierte Schicht von es ist die Zone vom ursprünglichen Leitfähigkeitstyp einander gegenüberliegenden Teilen der gegen- 40 ziemlich stark. An diesen letzterwähnten Stellen kann überliegenden Oberflächen des plattenförmigen man diese Zone auf einfache Weise freilegen und mit Halbleiterkörpers entfernt wird. einem ohmschen Kontakt versehen. Bei der Anwen-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch dung von verhältnismäßig dicken Körpern des Halbgekennzeichnet, daß die eindiffundierte Schicht leitermaterials sind die Materialkosten aber ziemlich von einem mittleren Teil wenigstens einer der bei- 45 hoch. Weiter müssen die Bohrungen auf sehr genaue den Oberflächen des plattenförmigen Halbleiter- Tiefe angebracht werden, damit eine dünne Stelle körpers entfernt wird. von gewünschter Stärke gebildet wird. Die Herstel-
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch lung einer solchen Bohrung in einem Halbleiterkörgekennzeichnet, daß die eindiffundierte Schicht per ist eine ziemlich schwierige Aufgabe.
von einem Teil längs des Randes der Oberfläche 50 Man hat auch Halbleiterkörper mit dünnen und des plattenförmigen Halbleiterkörpers entfernt dicken Stellen aus einem einkristallinen Stab kleinen wird. Durchmessers durch Stufenschnitte hergestellt, um
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 4, den Materialverlust herabzusetzen. Das Sägen von dadurch gekennzeichnet, daß die eindiffundierte Stufenschnitten ist aber technisch nicht leicht und Schicht von den beiden Endteilen der Oberfläche 55 nicht genau durchzuführen.
des streifenförmigen Halbleiterkörpers entfernt Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem
wird und daß an jedem Endteil eine ohmsche Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers
Kontaktelektrode angebracht wird. einer Halbleiteranordnung auf einen Halbleiterkörper
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, eines bestimmten Leitfähigkeitstyps den entgegendadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper 60 gesetzten Leitfähigkeitstyp erzeugendes Störstelleneine kreisförmige Scheibe verwendet wird, daß an material zunächst aufzubringen und in die Oberfläche wenigstens einer Seite die eindiffundierte Schicht bis zu einer gegenüber der endgültigen Diffusionssowohl von einem kreisförmigen mittleren Teil tiefe geringen Tiefe einzudiffundieren, dann an örtals auch von einem ringförmigen Teil längs des lieh begrenzten Stellen die aufgebrachte und einganzen Randes der beiden Oberflächen entfernt 65 diffundierte Schicht wieder entfernt wird, wodurch wird und daß nach dem Diffusionsvorgang bis ein Teil des aus dem ursprünglichen Halbleitermatezur endgültigen Tiefe eine ohmsche Kontakt- rial bestehenden Körpers freigelegt wird, wonach der elektrode an der Mitte des kreisförmigen Teiles Halbleiterkörper erhitzt wird, um die danach noch
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