DE1154876B - Transistor, in particular switching transistor, and method for its manufacture - Google Patents
Transistor, in particular switching transistor, and method for its manufactureInfo
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Description
Transistor, insbesondere Schalttransistor, und Verfahren zu seinem Herstellen Die Eigenschaften eines Schalttransistors für kurze Schaltzeiten werden sehr wesentlich durch die Zeit bestimmt, die die Minoritätsladungsträger benötigen, um in der Sperrphase aus der Basiszone des Transistors zu gelangen. Wird der Schalttransistor in der Sperrphase betrieben, so ist bekanntlich bei einem pnp-Transistor die Basis gegenüber dem Emitter und natürlich auch gegenüber dem Kollektor positiv vorgespannt; bei einem npn-Transistor sind die Spannungsverhältnisse ähnlich. Bei dem Beispiel des pnp-Transistors werden in der Sperrphase die Minoritätsladungsträger in der Basiszone, d. h. also die Löcher, zur Emitter- und Kollektorzone wegdiffundieren.Transistor, in particular switching transistor, and method for its Manufacture The properties of a switching transistor for short switching times are largely determined by the time that the minority charge carriers need, to get out of the base zone of the transistor in the blocking phase. Will the switching transistor operated in the blocking phase, it is known that the base of a pnp transistor positively biased towards the emitter and of course also towards the collector; the voltage ratios are similar for an npn transistor. In the example of the pnp transistor, the minority charge carriers are in the blocking phase Base zone, d. H. so the holes diffuse away to the emitter and collector zones.
Es hat sich nun herausgestellt, daß die Abwanderung der Minoritätsladungsträger der Basiszone durch die Emitterzone einen wesentlichen Anteil an der Gesamtabwanderung der Minoritätsladungsträger der Basiszone ausmacht. In übereinstimmung damit wird somit in erster Näherung die Schaltgeschwindigkeit des Transistors durch die Laufzeit der Minoritätsladungsträger aus der Basiszone in der Emitterzone bestimmt. Um diese Laufzeit der aus der Basiszone strömenden Minoritätsladungsträger so klein wie möglich zu machen, ist die Dicke der Emitter- und/ oder Kollektorzone derartig gering zu bemessen, daß die Laufzeit der Ladungsträger durch diese Zone ein Minimum wird. Dies wird bei einem Transistor erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einem Halbleiterkörper gleichmäßiger Dicke die Dicke der Emitter- und=oder Kollektorzone kleiner als 1000 Angström gewählt ist. Im allgemeinen empfiehlt es sich sogar, die Dicke der Emitter- und%oder Kollektorzone nur etwa 100 Angström dick zu wählen.It has now been found that the migration of the minority charge carriers the base zone through the emitter zone a significant proportion of the total migration makes up the minority charge carrier of the base zone. In accordance with it will thus, as a first approximation, the switching speed of the transistor through the transit time the minority charge carrier is determined from the base zone in the emitter zone. Around The transit time of the minority charge carriers flowing out of the base zone is as short as possible to make, the thickness of the emitter and / or collector zone is so small too dimensioned so that the transit time of the charge carriers through this zone is a minimum. In the case of a transistor, this is achieved according to the invention in that in a semiconductor body uniform thickness the thickness of the emitter and = or collector zone less than 1000 Angstrom is chosen. In general, it is even advisable to determine the thickness of the emitter and choose% or collector zone only about 100 Angstroms thick.
Ist diese Bedingung erfüllt, so wird die Laufzeit, die die Minoritätsladungsträger der Basiszone auf ihrem Weg durch die Emitterzone bis zur rekombinierenden Emitterelektrode benötigen, einen Minimalwert annehmen. Ein Schalttransistor mit optimalen Eigenschaften bedingt darüber hinaus gleichzeitig auch eine dünne Basiszone. Es empfiehlt sich, die Breite der Emitterzone nicht größer als 1000 Angström zu machen.If this condition is met, the running time that the minority charge carriers the base zone on its way through the emitter zone to the recombining emitter electrode need to assume a minimum value. A switching transistor with optimal properties also requires a thin base zone at the same time. It is advisable, make the width of the emitter zone not greater than 1000 angstroms.
Es ist bereits eine Halbleiteranordnung bekanntgeworden, bei der die Tiefe der Emitterlegierung geringer als 0,01 mil ist. Damit ist auch die Emitterzone, die nur einen Teil der rekristallisierten Schicht ausmacht, ebenfalls sehr dünn. Dieser Vorschlag ist jedoch nur für den sogenannten surface-barrier-Transistor bekanntgeworden, dessen Halbleiterkörper im mittleren Bereich eine wesentliche Verdünnung gegenüber dem übrigen Halbleiterkörper aufweist. Diese Verdünnung, die durch Strahlenätzung hergestellt wird, ergibt eine sehr dünne Basiszone und damit gute Hochfrequenzeigenschaften. Die Basiszone ist bei surface-barrier-Transistoren so dünn, daß das Legierungsmaterial auf beiden Seiten nur sehr schwach einlegiert werden darf. Die bei dem bekannten Transistor vorhandene geringe Legierungstiefe soll im wesentlichen die Ausbildung einer nicht planparallelen Legierungsfront verhindern.A semiconductor device has already become known in which the Emitter alloy depth is less than 0.01 mil. This is also the emitter zone, which only makes up part of the recrystallized layer, also very thin. However, this proposal has only become known for the so-called surface barrier transistor, its semiconductor body in the middle area a substantial thinning compared to has the rest of the semiconductor body. This dilution caused by radiation etching is produced, results in a very thin base zone and thus good high-frequency properties. In surface barrier transistors, the base zone is so thin that the alloy material Only very weak alloying may be used on both sides. The one with the known The transistor's shallow alloy depth is essentially intended to provide the training prevent a non-plane-parallel alloy front.
Des weiteren ist eine Halbleiterdiode bekanntgeworden, welche aus einer hochohmigen Zone vom ersten Leitungstyp und einer daran angrenzenden niederohmigen Zone vom zweiten Leitungstyp besteht. Zur Vermeidung der recovery time, d. h. der Erholungszeit, einer solchen Halbleiterdiode wird die hocholimige Schicht weitgehend abgetragen.Furthermore, a semiconductor diode has become known which consists of a high-resistance zone of the first conductivity type and an adjacent low-resistance zone Zone of the second conduction type exists. To avoid the recovery time, i. H. the Recovery time, such a semiconductor diode, the high-olimige layer is largely worn away.
Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Ausbildung der Halbleiterzonen und besonders der Emitterzone eines Schalttransistors muß bei Anwendung der Legierungstechnik darauf geachtet werden, daß bei einer nicht zu hohen Temperatur nur sehr kurze Zeit legiert und anschließend sehr schnell abgekühlt wird. Bei einem solchen Legierungsvorgang erhält man ähnlich wie bei der Tunneldiode einen sehr steilen pn-Übergang. Hinsichtlich der Dotierungskonzentration ist jedoch darauf zu achten, daß bei entsprechender Polung noch eine Sperrspannung des Emitters gegenüber der Basis gewährleistet ist.To achieve the formation of the semiconductor zones according to the invention and especially the emitter zone of a switching transistor, when using alloy technology care must be taken that only a very short time at a temperature that is not too high alloyed and then cooled very quickly. In such an alloying process a very steep pn junction is obtained, similar to the tunnel diode. Regarding the doping concentration, however, care must be taken that with appropriate Polarity nor a reverse voltage of the emitter against the base is guaranteed.
Die Dicke der durch Legieren hergestellten Emitterzone ist eine Funktion der Abkühlgeschwindigkeit, so daß man durch entsprechend schnelles Abkühlen das Entstehen einer breiten Emitterzone verhindern kann. Wenn möglich, soll die Dicke der Emitterzone sogar nur in der Größenordnung von 100 Angströmeinheiten gehalten werden.The thickness of the emitter zone produced by alloying is a function the cooling speed, so that the Can prevent the formation of a wide emitter zone. If possible, the thickness of the emitter zone should only be on the order of 100 Angstrom units being held.
Die Erfindung soll am Beispiel eines pnp-Legierungs-Schalttransistors näher erläutert werden. Für das Einlegieren der Emitter- und Kollektorzone wird beispielsweise eine Indium-Gallium-Legierung mit 99 Atomprozent Indium und 1 Atomprozent Gallium verwendet. Die Emitter- und Kollektorpillen 1 und 2 werden vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 480°C oder weniger auflegiert, und der Legierungsofen selbst soll eine Temperatur von beispielsweise 800° C haben. Das bedeutet, daß die Legierungspillen die Legierungstemperatur von 450 oder 480'C in wenigen Sekunden und somit in einer so kurzen Zeit erreichen, daß die Lösungsgeschwindigkeit der Legierungspillen im Germanium wesentlich größer ist als die Diffusionsgeschwindigkeit des Galliums im Legierungsmaterial oder der den Leitungstyp der Basiszone bestimmenden Störstellen, wie z. B. Antimon oder Phosphor. Bei einer solchen Legierungstechnik kann somit weder Störstellenmaterial aus der Emitterzone 3 in die Basiszone 4 noch umgekehrt Störstellenmaterial aus der Basiszone 4 in die Emitterzone 3 im Verlauf des Legierungsprozesses, diffundieren.The invention is based on the example of a pnp alloy switching transistor are explained in more detail. For alloying the emitter and collector zone for example an indium-gallium alloy with 99 atomic percent indium and 1 atomic percent Gallium used. The emitter and collector pills 1 and 2 are preferred alloyed at a temperature of about 480 ° C or less, and the alloy furnace itself should have a temperature of, for example, 800 ° C. That means that the Alloy pills the alloy temperature of 450 or 480'C in a few seconds and thus achieve in such a short time that the speed of solution of the Alloy pills in germanium is much greater than the diffusion rate of the gallium in the alloy material or that which determines the conductivity type of the base zone Defects such as B. antimony or phosphorus. With such an alloy technique can thus neither impurity material from the emitter zone 3 into the base zone 4 nor conversely, impurity material from the base zone 4 into the emitter zone 3 in the course of the alloying process, diffuse.
Ist die gewünschte Legierungstemperatur erreicht, so wird der zu legierende Transistor aus dem Legierungsofen herausgenommen und im kalten Wasserstoffstrom schnell abgekühlt, Durch die schnelle Abkühlung erhält man emitter- und kollektorseitig Rekristallisationsschichten, deren Breite kleiner als 1000 Angström ist und in der Größenordnung von 100 Angström liegt. Soll der Schalttransistor kollektorseitig größere Sperrspannungen vertragen können, so ist es zweckmäßig, für die Herstellung der Kollektorzone im ersten Arbeitsgang höhere Temperaturen zu verwenden und langsamer abzukühlen, damit im Hinblick auf höhere Sperrspannungen kollektorseitig eine breitere Rekristallisationszone entsteht.Once the desired alloy temperature has been reached, the temperature to be alloyed becomes Transistor taken out of the alloy furnace and in the cold stream of hydrogen Cooled down quickly, The rapid cooling means that you get the emitter and collector side Recrystallization layers, the width of which is less than 1000 angstroms and in which Of the order of 100 angstroms. Should the switching transistor be on the collector side Can tolerate larger blocking voltages, so it is useful for manufacturing the collector zone to use higher temperatures in the first step and slower to cool down, so with a view to higher blocking voltages on the collector side a wider one Recrystallization zone is created.
Claims (5)
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| GB825674A (en) * | 1956-10-01 | 1959-12-16 | Hughes Aircraft Co | Semiconductor device and method of making same |
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1960
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