DE1228003B - Transistor hoher Abbruchspannung und hoher Emitterergiebigkeit - Google Patents

Transistor hoher Abbruchspannung und hoher Emitterergiebigkeit

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DE1228003B DEJ23184A DEJ0023184A DE1228003B DE 1228003 B DE1228003 B DE 1228003B DE J23184 A DEJ23184 A DE J23184A DE J0023184 A DEJ0023184 A DE J0023184A DE 1228003 B DE1228003 B DE 1228003B
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Dipl-Phys Dr Reinhard Dahlberg
Robert Richardson
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Deutsche ITT Industries GmbH
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche KL: 21g-U/02
Nummer: 1228 003
Aktenzeichen: J 23184 VIII c/21j
Anmeldetag: 15. Februar 1963
Auslegetag: 3. November 1966
Die Funktion von Halbleiteranordnungen wird im wesentlichen bestimmt durch einen oder mehrere pn-Übergänge, bei denen sich zwei Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps berühren. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, in Halbleiterkörpern derartige pn-Ubergänge herzustellen. Bei einem häufig verwendeten bekannten Verfahren wird in einen Halbleiterkörper eines Leitungstyps Dotierungsmaterial, das den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, einlegiert. Derartige legierte Übergänge zeichnen sich dadurch aus, daß der Übergang von der Zone des einen Leitungstyps zu der Zone des anderen Leitungstyps verhältnismäßig abrupt bzw. steil erfolgt; sie werden auch als »hart« bezeichnet. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird der pn-übergang dadurch erzeugt, daß in einen Halbleiterkörper eines Leitungstyps Dotierungsmaterial des entgegengesetzten Leitungstyps eindiffundiert wird. Derartige pn-Übergänge weisen einen verhältnismäßig flachen, verwischten Übergang von der Zone des einen Leitungstyps zur Zone des anderen Leitungstyps auf. Sie werden auch als »weich« bezeichnet.
Die beiden Übergangstypen besitzen sowohl Vorteile als auch Nachteile. Bei einem legierten Übergang ist z. B. die Feldstärke verhältnismäßig hoch, was insbesondere in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterkörpers, die ohnehin wegen Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten am meisten gefährdet ist, leicht zu Spannungsdurchbrüchen und damit zur Herabsetzung der Abbruchspannung des entsprechenden Halbleiterbauelementes durch Lawineneffekt an der Oberfläche führt. Dafür erzielt man im Inneren des Halbleiterkörpers mit einem harten, legierten pn-übergang hohe Ergiebigkeiten. Bei einem diffundierten pn-übergang liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt. Für viele Bauelemente wäre es wünschenswert, an der Oberfläche des Halbleiterkörpers die Eigenschaften eines weichen pn-Überganges und im Inneren die Eigenschaften eines harten pn-Überganges zur Verfügung zu haben.
, Bei Hochfrequenz-Transistoren, z. B. sogenannten Mesa- oder Planar-Transistoren, erhält man mit einem legierten Emitter z. B. eine relativ hohe Leistungsverstärkung. Das hängt damit zusammen, daß der abrupte Übergang im Inneren eine große spezifische Emitterkapazität und dadurch eine kleinere Rückwirkung bzw. einen kleinen Ausgangsleitwert zur Folge hat. Dafür ist jedoch die Emitter-Basis-Abbruchspannung VEB verhältnismäßig schlecht wegen der bereits erwähnten großen.Feldstärke in der Nähe der Oberfläche: Ein diffundierter pn-übergang
Transistor hoher Abbruchspannung und hoher
Emitterergiebigkeit
Anmelder:
Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Dr. Reinhard Dahlberg,
Gundelfingen bei Freiburg;
Robert Richardson, Lexington, Mass. (V. St. A.)
. wiederum würde zu einer verhältnismäßig geringen Leistungsverstärkung, dafür aber einer höheren Emitter-Basis-Abbruchspannung an der Oberfläche führen.
Es sind bereits Maßnahmen zur Beseitigung von " Oberflächeneinflüssen bekannt, bei denen ein as pn-übergang aus unterschiedlich ausgebildeten Materialien zusammengesetzt ist. Nach der französischen Patentschrift 1294 484 wird z. B. die Sperrspannung eines in Sperriehtung betriebenen pn-Überganges er-■■·■ höht, indem eine sich von der Oberfläche in den Halbleiterkörper erstreckende Zone eines Leitfähigkeitstyps von einer schwach dotierten Zone des gleichen Leitfähigkeitstyps umgeben wird. In der USA.-Patentschrift 2 992 471 ist ferner für den glei- '■ -' chen Zweck ein pn-übergang beschrieben, der aus einem diffundierten Teil besteht, der einen legierten Teil an der Oberfläche umgibt und der von dem legierten Teil im Inneren des Halbleiterkörpers überragt wird.
Die Erfindung befaßt sich nicht nur mit der Beseitigung von Oberflächeneinflüssen, sie hat sich vielmehr zum Ziel gesetzt, Maßnahmen anzugeben, mit denen es möglich ist, einen pn-übergang herzustellen, bei dem sowohl die Abbruchspannung als auch die ■° Ergiebigkeit des pn-Überganges gute Werte besitzen. Erfindungsgemäß wird das erreicht durch Verwendung eines pn-Überganges, der in an sich bekannter Weise zwischen einer in einem Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps eindiffundierten Zone des ent- <■' gegengesetzten Leitfähigkeitstyps sowie einer durch die diffundierte Zone hindurch bis in den Halbleiterkörper hineinragenden, an den oberflächennahen ■Teilen von der diffundierten Zone· umgebenem legier-
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ten Zone des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die diffundierte Zone und dem übrigen Halbleiterkörper gebildet worden ist, zum Herstellen eines emittierenden pn-Überganges hoher Emissionsergiebigkeit und hoher Abbruchspannung in einem Transistor.
Die weiteren Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im f olgendepr an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen pn-übergang,.wie er nach der Erfindung bei einem Transistor als Emitterübergang Verwendung finden soll;
Fig. 2 zeigt einen Planar-Transistor mit einem Emitter nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt den. grundsätzlichen Aufbau eines pn-Überganges, der nach der Erfindung als Emitter-Übergang verwendet werden soll. In einem Halbleiterkörper !,.der-; aus Germanium, Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial bestehen kann und der einen bestimmten Leitungstyp aufweist, wird eine Zone 2 des entgegengesetzten Leitungstyps durch Diffusion erzeugt. Für diesen Zweck wird die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer Maske bedeckt oder z. B. mit einer Oxydhaut überzogen, die die Oberfläche des Halbleiterkörpers an den Stellen frei läßt, in die das den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugende Dotierungsmaterial eindiffundiert werden soll. Es ist zweckmäßig, nur verhältnismäßig kurzzeitig einzudiffundieren, um eine diffundierte Zone mit geringer Tiefe zu erhalten. Anschließend wird durch die diffundierte Zone 2 hindurch Dotierungsmaterial des gleichen Leitungstyps wie die diffundierte Zone einlegiert.
Wichtig ist dabei, daß die legierte Zone 3 tiefer in den Halbleiterkörper hineinragt als die diffundierte Zone 2. Der pn-übergang im Inneren des Halbleiterkörpers wird somit durch die Grenzfläche zwischen dem einlegierten Verunreinigurigsmaterial und dem Halbleiterkörper 1 bestimmt. Weiterhin muß beim Legieren darauf geachtet werden, daß die legierte Zone 3 in der Nähe der Oberfläche innerhalb der diffundierten Zone 2. bleibt und sich nicht über diese hinaus ausdehnt. In den oberflächennahen Schichten ist dadurch der pn-übergang durch die Grenzfläche zwischen der diffundierten Zone 2 und dem Halbleiterkörper 1 bestimmt.
An Hand von Fig. 2 soll die Herstellung eines Silizium-Planar-Transistors mit einem nach der Erfindung hergestellten Emitter erläutert werden. Es wird von einem Siliziumplättchen 4 ausgegangen, das z. B. durch Dotieren mit Gallium p-leitend geworden ist. Die eine Oberfläche des Halbleiterplättchens wird zu irgendeinem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens mit einem großflächigen sperrfreien Kontakts versehen, der die Kollektorzuleitung darstellt. Die entgegengesetzte Oberfläche des Halbleiterplättchens wird maskiert. Sie kann z.B. mit einer Siliziumdioxydschicht 6 überzogen werden. Durch eine frei gelassene Öffnung wird in bekannter Weise die η-leitende Basis 7 eindiffundiert. Es eignet sich für diesen Zweck z. B. eine Phosphordiffusion. Nach erneutem Maskieren bzw. Überziehen mit einer zweiten Schicht aus Siliziumdioxyd 8 wird durch ein kleineres frei gelassenes Fenster Bor eindiffundiert und eine als Emitter wirksame p-leitende Zone 9 erzeugt.
Nach der Erfindung wird durch die Zone 9 Dotierungsmaterial des gleichen Leitungstyps wie die Zone selbst (p) hindurchlegiert. Das kann erreicht werden, wenn man durch eine Maske, die einen kleineren Ausschnitt als die Oberfläche der diffundierten Zone 9 besitzt, zunächst Aluminium aufdampft und dann einlegiert. Das Aluminium muß möglichst dick aufgedampft werden, damit es in genügender Menge zum Legieren vorhegt. Aluminium verursacht den gleichen Leitungstyp wie Bor, so daß die diffundierte Zone 9 und die legierte Zone 10 den gleichen Leitungstyp aufweisen. Es bereitet keine technischen Schwierigkeiten, den Legierungsvorgang so einzurichten, daß das legierte Material durch die diffundierte Zone 9 hindurchdringt und bis in die Basisschicht 7 hineinragt.
Man hat nunmehr einen Emitter vorliegen, der an» seinem unteren Teil einen pn-übergang 11 aufweist, der im wesentlichen durch das legierte Material erzeugt worden ist und der in der Nähe der Oberfläche einen pn-übergang 12 aufweist, der im ,.wesentlichen durch das diffundierte Material 9 gebildet wird.
Die Basiskontakte 13 werden in bekannter Weise dadurch angebracht, daß in die Oxydschicht 8 eine Öffnung in Form des gewünschten Basiskontaktes, z. B. in U-Form, in Streifenform oder in Ringform, eingeätzt wird, daß anschließend Material, das dem Leitungstyp der Basis 7 entspricht, aufgedampft und einlegiert wird.
Ein derart hergestellter Transistor, insbesondere für hohe Frequenzen, weist bei einer verhältnismäßig hohen Leistungsverstärkung eine verhältnismäßig hohe Emitter-Basis-Abbruchspannung auf.
Ein Emitter-pn-Übergang mit den Merkmalen der Erfindung kann selbstverständlich auch bei anderen Transistortypen, z. B. Mesa-Transistoren, hergestellt werden. Durch entsprechende Wahl des Dotierungsmaterials ist es auch möglich, npn-Transistoren herzustellen. Bei Verwendung von anderen Halbleitermaterialien ist es lediglich notwendig, die bekannten geeigneten Dotierungsmaterialien auszuwählen.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines pn-Überganges, der in an sich bekannter Weise zwischen einer in einem Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps eindiffundierten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps sowie einer durch die diffundierte Zone hindurch bis in den Halbleiterkörper hineinragenden, an den oberflächennahen Teilen von der diffundierten Zone umgebenen legierten Zone des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die diffundierte Zone und dem übrigen Halbleiterkörper gebildet worden ist, zum Herstellen eines emittierenden pn-Überganges hoher Emissionsergiebigkeit und hoher Abbruchspannung in einem Transistor.
2. Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des n- oder p-leitenden Halbleiterkörpers mit einer Oxydschicht bedeckt wird, die eine Öffnung enthält, durch welche Dotierungsmaterial des entgegengesetzten Leitungstyps (p oder n) eindiffundiert wird, und daß anschließend durch die diffundierte Zone Dotierungsmaterial des gleichen Leitungstyps (p oder n) einlegiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium, der mit einer Siliziumoxydschicht maskiert ist, Bor eindiffundiert wird und
daß durch die mit Bor dotierte Schicht Aluminium legiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium unter Verwendung einer Maske mit einer kleineren Öffnung als die öffnung, durch die Bor eindiffundiert worden ist, auf die diffundierte Zone in genügender Dicke aufgedampft und anschließend einlegiert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1262176, 1279484;
USA.-Patentschrift Nr. 2992471.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609709/25110.66 © Bundesdruckeiei Berlin
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