DE1196794B - Halbleiterbauelement mit einem scheiben-foermigen Halbleiterkoerper, insbesondere Transistor, und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem scheiben-foermigen Halbleiterkoerper, insbesondere Transistor, und Verfahren zum Herstellen

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21 g - 11/02
Nummer: 1196794
Aktenzeichen: T18128 VIII c/21 g
Anmeldetag: 26. März 1960
Auslegetag: 15. Juli 1965
In der Schaltungstechnik hat sich bekanntlich seit einiger Zeit die Verwendung von gedruckten Schaltungen durchgesetzt. In Analogie dazu sind verschiedene Halbleiterfirmen dazu übergegangen, die Kontaktierung der Halbleiterbauelemente durch Keramikplatten vorzunehmen, die an den zu kontaktierenden Stellen mit einer Kontaktmasse versehen und mit dem Halbleiterbauelement verbunden sind.
Diese Art der Kontaktierung ist vor allem dann von Vorteil, wenn sämtliche Halbleiterzonen, d.h. also bei Transistoren sowohl Basis- als auch Emitter- und Kollektorzonen, von der gleichen Seite aus zugänglich sind. Zur Erleichterung der Kontaktierung sollten die einzelnen Halbleiterzonen mit genügend großen Kontaktflächen versehen sein. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper dadurch erreicht, daß der scheibenförmige Halbleiterkörper vier nebeneinanderliegende, die ganze Dicke durchdringende Zonen enthält, daß drei dieser Zonen gleichen Leitungstyp und die vierte Zone entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen, daß von den drei Zonen vom gleichen Leitungstyp die erste an die zweite und die zweite an die dritte jeweils über Zwischenteile der vierten Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp aneinandergrenzen, so daß zwischen den drei Zonen gleichen Leitungstyps und der vierten Zone jeweils pn-Ubergänge entstehen.
Die Zwischenteile 5, 6 vom entgegengesetzten Leitungstyp sind dabei gewöhnlich sehr schmal, da sie bei Verwendung der Halbleiteranordnung als Transistor die eigentliche Basiszone bilden. Gemäß der Fi g. 1 münden diese Zwischenteile 5, 6 in die vierte Zone 1 vom entgegengesetzten Leitungstyp, die wegen ihrer Großflächigkeit und wegen der mit den Teilen 5, 6 bestehenden Verbindung zweckmäßigerweise die Funktion der Basiskontaklierungsfläche übernimmt. In dieser Eigenschaft und infolge ihrer Verbindung mit den bezüglich des Leitungstyps mit ihr übereinstimmenden Basiszonen 5, 6 ist die Zonel vom entgegengesetzten Leitungstyp als Bestandteil der Basiszone anzusprechen.
Bei der Aufteilung des Halbleiterkörpers in vier Zonen gemäß der Erfindung bilden die einander diagonal gegenüberliegenden Zonen 2, 4 vom gleichen Leitungstyp den Kollektor des Transistors, während die noch verbleibende Zone 3 vom gleichen Leitungstyp die Funktion des Emitters übernimmt. Bei einer solchen Unterleitung ist die Emitterfläche kleiner als die des Kollektors. Die auf Emitter und Kollektor entfallenden Zonen 3, 2, 4 vom gleichen Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, insbesondere
Transistor, und Verfahren zum Herstellen
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
ίο Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dr. Joachim Thuy, Ulm/Donau
Leitungstyp können gemäß den Fig. 1 und 2 n- oder p-leitend sein. Im Einklang damit sind dann die
ao Teile 5, 6 der Basiszone und die vierte Zone 1 p- bzw. n-leitend.
Die Zonen können Segmente sein, wenn der Halbleiterkörper kreisförmig ausgebildet ist. Hat der Halbleiterkörper Rechteckform oder quadratische Gestalt, so sind die Zonen als Quadranten anzusprechen. Die Form des Halbleiterkörpers ist natürlich nicht an eine Rechteck- oder Kreisform gebunden, sondern kann praktisch beliebige Gestalt annehmen. Dementsprechend können auch die Zonen die verschiedensten Formen annehmen.
Zur Erzielung eines elektrischen Kontaktes mit den einzelnen Zonen empfiehlt sich die Verwendung einer Keramikplatte, auf die der Halbleiterkörper montiert wird und die an den Anschlußstellen, ähnlieh wie bei den gedruckten Schaltungen, mit elektrisch leitenden Kontaktmassen, beispielsweise eingebranntem Silber oder Gold, versehen ist.
Die Montage des Halbleiterkörpers auf die Keramikplatte kann z.B. einfach dadurch vorgenommen
werden, daß das Halbleiterplättchen auf die Keramikplatte gelegt und in einem Ofen mit der Keramikplatte verlötet wird. Halbleiterplättchen und Keramikplatte sind dabei so auszurichten, daß die zu kontaktierenden Stellen des Halbleiterkörpers den entsprechenden Kontaktmassen der Keramikplatte zugeordnet sind. Es muß also beispielsweise die Anschlußstelle des Emitters auf die Emitterkontaktmasse der Keramikplatte zu liegen kommen; Analoges gilt für die anderen Zonen.
Die auf die Keramikplatten aufgebrachten Silberoder Goldschichten 7, 8, 9, 10 stehen in Verbindung mit Zuleitungsstiften 11, 12, 13, 14, die an den
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Keramikplatten gemäß der F i g. 3 angebracht sind. Die Verteilung der einzelnen Kontaktschichten auf der Keramikplatte zeigt die F i g. 3 für den Fall, daß die Kontaktierung der Teile 5, 6 durch die vierte, mit diesen Teilen der Basiszone in Verbindung stehenden Zone 1 erfolgt. Die Kontaktmassen 7, 8, 9, 10 müssen Aanp den vier Zonen zugeordnet sein, wobei die Kontaktmasse 7 den Basisanschluß, die Kontaktmassen 8 und 9 den Kollektoranschluß und die Kontaktmasse 10 den Emitteranschluß ergeben. Durch das Vorhandensein der Basisanschlußzone 1 und die Verwendung einer Keramikkontaktplatte läßt sich somit die Kontaktierung der Halbleiterzonen erheblich vereinfachen, vor allem im Vergleich zur Anbringung von Zuleitungsdrähten bei legierten Halbleiterbauelementen.
Die Herstellung der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung kann beispielsweise wie folgt geschehen. Ein p-leitendes, beispielsweise mit Gallium gedoptes, Germaniumscheibchen von etwa 100 μ Dicke wird auf beiden Seiten mit Photoresistlack überzogen und anschließend beiseitig an den Stellen, an denen die Kollektorzonen 2, 4 und die Emitterzone 3 entstehen sollen, durch Einschaltung entsprechend ausgebildeter Blenden belichtet und entwickelt. Daraufhin wird der Photoresistlack an den belichteten Stellen abgelöst und der Halbleiterkörper durch Eintauchen in eine photoresistlackresistente Ätzlösung beidseitig mit quadratischen Vertiefungen versehen, die sich entsprechend der Größe der Emitter- und Kollektorzonen in den Kristallkörper erstrecken. Auf diese Weise entsteht der Ätzkörper nach der Fig. 4, bei dem die nachträglich mit n-Leitungstyp zu versehenden Halbleiterzonen 2, 3, 4 in den Halbleiterkörper eingeätzt sind.
Nach Fertigstellung der Ätzvertiefungen wird der noch verbliebene Photoresistlack, beispielsweise mit Tetrachlorkohlenstoff, wieder entfernt und der Halbleiterkörper in einea Diffusionsofen geschoben. Im Diffusionsofen werden allseitig n-Störstellen, beispielsweise Arsen, in den Germaniumkörper eindiffundiert und dadurch die ursprünglich p-leitenden Emitter- und Kollektorzonen 3, 2, 4 η-leitend gemacht Der Diffusionsprozeß ist dann beendet, wenn sich die beidseitig vordringenden Diffusionsfronten überschneiden und auf diese Weise durchgehende Emitter- und KoUektorzonen 3, 2, 4 vom n-Leitungstyp ergeben.
Nach Beendigung des Diffusionsvorganges wird das Gennaniunwcbeibchen mit einem feinen Schmirgelpulver geläppt, so daß die p-leitenden Stege 5, 6, die auf dem Germaniumscheibchen bei der Ätzbehandlung infolge des Photoresistlackes verblieben sind, mindestens so weit abgeschliffen werden, daß die allseitig und somit auch in den Stegen 5 und 6 vorhandene Diffusioosfrcmt unterbrochen wird. Sind die Stege entsprechend abgeschliffen, so ist der Transistor bereits fertig, abgesehen von etwa noch folgenden Ätzbehandlongen.
Die Herstellung eines pnp-Transistors erfolgt analog; an Stelle eines p-leitenden Germaniumscheibchcns wird Wer von einem n-Ieitenden Scheibchen ausgegangen, in das nach der Photoresist- und Ätzbehandlung p-Stör&tellen, beispielsweise Gallium, eindiffundiert oder bei kontradotiertem Ausgangsmaterial n-Störstellen ausdiffundiert werden.
Die jeweils erforderlichen elektrischen Anschlüsse können durch die bereits beschriebene Montage des Halbleiterkörpers auf eine an den Anschlußstellen mit Zuleitungsstiften und mit Kontaktmassen versehene Isolierplatte, beispielsweise Keramikplatte, hergestellt werden. Diese Isolier- bzw. Keramikplatte mit dem darauf befindlichen Halbleiterkörper kann dann in ein Gehäuse eingelötet werden. Es empfiehlt sich, die Isolierplatte mit Diagonalschlitzen nach der F i g. 3 derart zu versehen, daß die Kontaktmassen durch Schlitze voneinander getrennt sind.
ίο Die Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung von Germanium beschränkt, sondern es können ebenso alle anderen Halbleitermaterialien, wie z.B. Silizium oder die intermetallischen Verbindungen, Verwendung finden.
Desgleichen kann natürlich, wie bereits angeführt, die Grundfläche der einzelnen Bereiche bzw. Zonen dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend gewählt werden und ist somit nicht auf eine bestimmte Form beschränkt.
ao Das oben beschriebene, als Beispiel angeführte Herstellungsverfahren eignet sich auch vorzüglich zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Transistoreinheiten. Als Ausgangshalbleiterkörper wählt man in diesem Falle einen Halbleiterkristall, dessen Größe der gewünschten Stückzahl entspricht. Die Aufteilung der Halbleiterscheibe in die einzelnen Halbleiterbauelemente erfolgt erst nach Beendigung des Diffusionsprozesses oder nach der auf den Diffusionsprozeß folgenden Ätzbehandlung, beispielsweise mit Hilfe einer Diamantsäge od. ä. Somit können die einzelnen Verfahrensschritte wie Photoresistlack-, Ätz- und Diffusionsverfahren gleichzeitig an einer einzigen Halbleiterscheibe vorgenommen werden, die nach Beendigung der einzelnen Verfahrensschritte durch Aufteilung in kleine Plättchen eine Vielzahl von Einzelbauelementen liefert, so daß sich die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Halbleiteranordnung bevorzugt zur Fertigung von großen Stückzahlen eignet.

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, insbesondere Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Halbleiterkörper vier nebeneinanderliegende, die ganze Dicke durchdringende Zonen (1,2,3,4) enthält, daß drei (2,3,4) dieser Zonen gleichen Leitungstyp und die vierte Zone (1) entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen, daß von den drei Zonen vom gleichen Leitungstyp (2,3,4) die erste an die zweite und die zweite an die dritte jeweils über Zwischenteile der vierten Zone (5, 6) vom entgegengesetzten Leitungstyp aneinandergrenzen, so daß zwischen den drei Zonen gleichen Leitungstyps und der vierten Zone jeweils pn-Übergänge entstehen.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Halbleiterkörper rechteckige oder quadratische Gestalt hat und daß die Halbleiterzonen Quadranten des Halbleiterkörpers sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Halbleiterkörper kreisförmige Gestalt hat, und daß die Halbleiterzonen Segmente des Halbleiterkörpers sind.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
zwei Zwischenteile der vierten Zone (5,6) im Vergleich zu den drei Zonen (2, 3, 4) relativ schmal sind.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Zonen vom gleichen Leitungstyp (2, 3, 4) p-Leitungstyp aufweisen, und daß die vierte Zone (1) sowie ihre zwei Zwischenteile (5, 6) n-Leitungstyp aufweisen.
6. Halbleiterbauelement nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Zonen vom gleichen Leitungstyp (2,3,4) n-Leitungstyp aufweisen, und daß die vierte Zone (1) sowie ihre zwei Zwischenteile (5,6) p-Leitungstyp aufweisen.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei einander diagonal gegenüberliegenden Zonen (2, 4) vom gleichen Leitungstyp die Kollektorzone, die dritte Zone (3) vom gleichen Leitungstyp die Emitterzone und die beiden Zwischenteile (5, 6) zusammen mit der vierten Zone (1) vom entgegengesetzten Leitungstyp die Basiszone bilden.
8. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit der Emitter-, Kollektor- und Basiszone auf eine Isolierplatte aufgelötet ist, die an den Löststellen mit Kontaktmassen versehen ist.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte aus Keramik besteht.
10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte mit Diagonalschlitzen derart versehen ist, daß die Kontaktmassen durch Schlitze voneinander getrennt sind.
11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte an den Kontaktstellen mit Zuleitungsstiften versehen ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp auf beiden Seiten mit Photoresistlack überzogen wird, daß die Stellen des Halbleiterkörpers, an denen die Emitter- und Kollektorzonen entstehen sollen, unter Zuhilfenahme entsprechend ausgebildeter Blenden belichtet und entwickelt werden, daß der Photoresistlack durch entsprechende Behandlung abgelöst und der Halbleiterkörper durch Eintauchen in eine photoresistlackresistente Ätzlösung beidseitig mit Vertiefungen entsprechend den Emitter- und Kollektorzonen versehen wird, daß der Photoresistlack nach Fertigstellung der Ätzvertiefungen, beispielsweise mit Tetrachlorkohlenstoff, wieder entfernt wird, daß in den geätzten Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp Störstellen vom zweiten Leitungstyp beidseitig derart eindiffundiert werden, daß die Diffusionsfronten im Inneren der ausgeätzten Zonen einander überschneiden, und daß die Dicke der nicht geätzten Teile des Halbleiterkörpers nach der Diffusion zumindest so weit herabgesetzt wird, daß die Diffusionsfronten in den nicht geätzten Teilen des Halbleiterkörpers unterbrochen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht geätzten Teile des Halbleiterkörpers nach der Diffusion geläppt oder abgeschliffen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangshalbleiterkörper derart bemessen wird, daß durch entsprechende Aufteilung eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig hergestellt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1035779, 1035789, .055 692, 1063 278, 1063 279, 1066 283.
britische Patentschrift Nr. 736 289; belgische Patentschrift Nr. 524 722; USA.-Patentschrift Nr. 2787564;
Electronic and Radio Engineer, Juni 1958, 1. 235, 236.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 600/295 7. 65 © Bundesdruckerei Berlin
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