DE1228723B - Verfahren zum Herstellen eines Unipolartransistors und Aufbau dieses Unipolartransistors - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Unipolartransistors und Aufbau dieses Unipolartransistors

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DE1228723B
DE1228723B DET23626A DET0023626A DE1228723B DE 1228723 B DE1228723 B DE 1228723B DE T23626 A DET23626 A DE T23626A DE T0023626 A DET0023626 A DE T0023626A DE 1228723 B DE1228723 B DE 1228723B
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Dr Rer Nat Reinhard Dahlberg
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1228 723
Aktenzeichen: „ T 23626 VIII c/21 g
Anmeldetag: 14. März 1963
Auslegetag: 17. November 1966
Ein Unipolartransistor besteht im allgemeinen aus einem stäbchenförmigen Halbleiterkörper vom n- oder p-Leitungstyp, welcher an seinen beiden Enden durch ohmsche Elektroden nichtsperrend kontaktiert ist. Legt man an diesen beiden Elektroden eine Spannung an, so fließt ein Strom von Mehrheitsladungsträgern durch den Halbleiterkörper von einer Elektrode zur anderen. Der Weg, den der Strom dabei nimmt, wird als Strompfad bezeichnet.
Der in einem Unipolartransistor fließende Strom wird nun dadurch moduliert, daß der Strompfad im Takt der Modulation mehr oder weniger eingeschnürt wird. Diese Einschnürung läßt sich durch die Raumladungszone eines an den Strompfad grenzenden pn-Übergangs erzielen, indem die Breite der Raumladungszone durch eine am pn-übergang liegende Modulationsspannung variiert wird. Die modulierenden pn-Übergänge können beispielsweise durch Diffusion oder Legieren hergestellt werden.
So sind Unipolartransistoren bekannt, zu deren Herstellung in einen Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp von einer Oberflächenseite her eine über die ganze Fläche des Halbleiterkörpers reichende Zone vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wurde. Eine dieser beiden Zonen wird nun durch Einätzen eines Grabens so in zwei Bereiche aufgeteilt, daß die beiden Bereiche nur noch durch einen schmalen Pfad vom gleichen Leitungstyp miteinander verbunden sind. Die beiden Bereiche sind an der Oberfläche mit ohmschen Kontakten versehen und bilden die stromführende Zone, deren schmaler, die beiden Bereiche verbindende Strompfad durch Variation der Breite der Raumladungszone am pn-übergang weiter eingeschnürt werden kann. Zu diesem Zweck ist die zweite Halbleiterzone mit einer Steuerelektrode versehen, auf die die Modulationsspannung gegeben wird.
Ein weiterer bekannter Typ des Unipolartransistors ist mesaförmig ausgebildet. Auf einem Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp befindet sich eine über die ganze Fläche ausgedehnte Zone vom zweiten Leitungstyp. Diese Zone ist durch eine aufgebrachte Zone vom ersten Leitungstyp an der Oberfläche aufgetrennt, und die beiden so entstandenen Bereiche vom zweiten Leitungstyp sind an der Oberfläche mit ohmschen Kontakten versehen.
Die stäbchenförmigen Unipolartransistoren haben jedoch den Nachteil, daß sie nur eine geringe Verlustleistung aufnehmen können, da die Wärme aus dem Inneren eines stäbchenförmigen Halbleiterkörpers schwer abzuleiten ist. Andere, durch Grabenbildung entstandene Unipolartransistoren haben den
Verfahren zum Herstellen eines
Unipolartransistors und Aufbau dieses
Unipolartransistors
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Reinhard Dahlberg,
Heilbronn/Neckar
Nachteil, daß die Gefahr des Durchätzens bis zur angrenzenden Halbleiterzone groß ist.
Um Unipolartransistoren auf einfache Weise und mit genau dimensionierbaren Abmessungen des Strompfades herstellen zu können, wird das Verfahren zum Herstellen solcher Unipolartransistoren erfindungsgemäß so durchgeführt, daß in die eine Oberflächenseite eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp die erste stromführende Zone vom zweiten Leitungstyp eingelassen wird, daß in diese erste Zone wiederum eine zweite Zone vom ersten Leitungstyp eingelassen wird und daß die beiden Enden der ersten stromführenden Zone an der gleichen Oberflächenseite mit ohmschen Kontaktelektroden versehen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mit Hilfe der Diffusions- und Maskentechnik die Ausdehnung und Stärke der stromführenden Zone mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann. Die verschiedenen Zonen können jedoch auch einlegiert werden. Die stromführende bzw. vom Strom durchflossene Zone entspricht dabei dem Strompfad eines üblichen Unipolartransistors. Die stromführende Zone soll dabei parallel zu den großflächigen Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers im Innern des Körpers verlaufen. Die Enden der stromführenden Zone sollen sich dagegen zu einer großflächigen Oberflächenseite hin erstrecken.
Die nichtsperrende Kontaktierung der stromführenden Zone und der Steuerzone kann auf der gleichen Oberflächenseite oder auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers vorgenommen werden.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
609 727/348
Bei der Herstellung des Unipolartransistors der F i g. 3 geht man nach F i g. 1 beispielsweise von einem η-leitenden scheibenförmigen Siliziumkörper 1 aus, dessen Widerstand z. B. 1 bis 10 Ω · cm beträgt. Auf der einen Oberflächenseite dieses Siliziumkörpers wird durch Oxydation eine SiO2-Schicht erzeugt, die anschließend wieder bis auf den rechteckförmigen Streifen von etwa 30 · 100 μ Ausdehnung entfernt wird. Die streifenförmige Diffusionsmaske der F i g. 1 besitzt im Gegensatz zu den bekannten Diffusionsmasken kein Diffusionsfenster.
In den mit einem streifenförmigen Quarzflecken versehenen Halbleiterkörper wird nun allseitig Akzeptormaterial, wie z. B. Bor, so tief eindiffundiert, daß sich die Diffusionsfronten der von der maskierten Oberflächenseite aus eindiffundierten Zonen 3 und 4 mit der Diffusionsfront der von der gegenüberliegenden Oberflächenseite aus eindiffundierten Zone 5 treffen, so daß sich eine zusammenhängende Zone vom p-Leitungstyp ergibt, die mit Ausnahme der unter dem Quarzflecken liegenden und von der Diffusion nicht erfaßten Zone 6 den gesamten Halbleiterkörper in p-Material umwandelt.
In einem weiteren Arbeitsgang wird nun der Quarzfleck 2 so aufgeteilt, daß nach F i g. 2 zwei voneinander getrennte Quarzstellen 7 und 8 übrigbleiben. Dies läßt sich beispielsweise mit Hilfe der bekannten Phötolacktechnik in Verbindung mit einem Ätzprozeß erzielen. Durch eine nochmalige Störstellendiffusion von Akzeptoren wird in der Zone 6 vom n-Leitungstyp eine Zone 9 vom p-Leitungstyp erzeugt, welche sich infolge der gleichzeitig stattfindenden seitlichen Diffusion bis unter die Quarzmaske ausdehnt.
In Fig. 3 ist nochmals der fertige Unipolartransistor dargestellt. Der aus den Zonen 3, 4 und 5 resultierende Bereich ist dabei zur gemeinsamen Zone 10 zusammengefaßt. Die von den beiden p-Zonen 9 und 10 eingeschlossene n-Zone 6 wird dann als Strompfad bzw. als stromführende Zone des Unipolartransistors benutzt. Zu diesem Zweck müssen die Enden des Strompfades allerdings noch ohmisch kontaktiert werden. Diese ohmsche Kontaktierung erfordert die Aussparungen 11 und 12 in den voneinander getrennten Quarzstreifen 7 und 8, in denen dann die ohmschen Elektroden 13 und 14, beispielsweise durch Legieren, angebracht werden können.
Als Steuerzone dieses Unipolartransistors kann beispielsweise die Zone 10 verwendet werden. Sie wird zu diesem Zweck auf der der Diffusionsmaske gegenüberliegenden Halbleiteroberflächenseite mit der ohmschen Elektrode 15 versehen. Legt man nun zwischen die Ausgangselektroden 13 und 14 einerseits und die Steuerelektrode 15 andererseist die Modulationsspannung, so wird die Breite der zwischen der Steuerzone 10 und dem Strompfad 6 entstehenden Raumladungszone im Takt der Modulation geändert. In entsprechender Weise wird dadurch auch der Strompfad mehr oder weniger eingeschnürt.
Die zur Herstellung des Unipolartransistors der Fig/3 verwendete Technik kann auch dahingehend abgeändert werden, daß das Diffusionsfenster zur Herstellung der p-Zone 9 bereits vor der ersten Diffusion hergestellt wird, so daß sämtliche Diffusionszonen in einem Arbeitsgang entstehen.
Der Unipolartransistor der F i g. 3 läßt sich natürlich auch mit der bekannten Planartechnik herstellen.
Die Herstellung erfolgt dabei analog der eines Planartransistors, da ebenfalls zwei Zonen von der einen Oberflächenseite aus in den Halbleiterkörper diffundiert werden. Zu diesem Zweck wird ein Halbleiterkörper vom n-Leitungstyp gemäß Fig. 4 mit einer Quarzschicht 2 versehen, welche allerdings nicht in zwei Streifen aufgeteilt, sondern mit einer Aussparung 3 versehen wird, deren Querschnitt dem der ersten Diffusionszone 4 entspricht. Die Diffusionszone 4 entsteht durch Diffusion von Akzeptoren, wenn der Ausgangskörper den n-Leitungstyp aufweist.
Im Anschluß an die erste Diffusion wird die gesamte bereits maskierte Qberflächenseite nochmals maskiert, worauf gemäß F i g. 5 ein zweites kleineres Fenster 5 entsprechend dem Querschnitt der zweiten Diffusionszone in die Quarzschicht eingeätzt wird. Bei der zweiten Diffusion werden jedoch n-Störstellen eindiffundiert, so daß in der Diffusionszone 4 vom p-Leitungstyp die Diffusionszone 6 vom n-Leitungstyp entsteht.
Die zwischen den beiden η-Zonen entstandene p-Zone übernimmt die Funktion des Strompfades, der durch die beiden ohmschen Elektroden 7 und 8 gespeist wird. Als Steuerzone kann auch hier wieder die Zone 9 verwendet werden, welche durch die Elektrode IO ohmisch kontaktiert ist. Die Kontaktierung der Zone 9 kann natürlich ebenfalls auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite vorgenommen werden. Als Steuerzone würde sich daneben auch die Zone 6 der F i g. 5 eignen.
Der scheibenförmige Aufbau des Unipolartransistors hat unter anderem auch den Vorteil, daß infolge der Scheibentechnik bereits erprobte Herstellungsverfahren Verwendung rinden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß man den Unipolartransistor analog der modernen Scheibentechnik bei Transistoren von einer Oberflächenseite aus herstellen kann. Die Scheibentechnik bietet darüber hinaus noch die Möglichkeit, eine Vielzahl von Systemen gleichzeitig zu fertigen.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Unipolartransistors, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine Oberflächenseite eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp die erste stromführende Zone vom zweiten Leitungstyp eingelassen wird, daß in diese erste Zone wiederum eine zweite Zone vom ersten Leitungstyp eingelassen wird und daß die erste stromführende Zone an der gleichen Oberflächenseite mit zwei ohmschen Kontakten versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zone durch Diffusion oder durch Legieren in die eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eingelassen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone vom ersten Leitungstyp in die erste Zone vom zweiten Leitungstyp so tief eingelassen wird, daß die erste stromführende Zone die gewünschte Dicke erhält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
mittlere Bereich der einen Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom einen Leitungstyp mit einer Diffusionsmaske ohne Aussparung versehen wird, deren Fläche die Größe der ersten stromführenden Zone festlegt, daß in den nicht maskierten Teil dieser Oberflächenseite und in die gegenüberliegende Oberflächenseite Störstellen, die im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugen, so tief eindiffundiert werden, daß die von beiden Oberflächenseiten in den Halbleiterkörper diffundierten Zonen einander zumindest berühren und eine zusammenhängende Steuerzone ergeben, daß die Duffusionsmaske mit einer Aussparung versehen und in diese Aussparung eine Zone vom einen Leitungstyp des Halbleiterkörpers so tief eindiffundiert wird, daß die von der Diffusion unberührte und im Betriebszustand vom Strom durchflossene Zone die gewünschte Dicke erhält, daß die Diffusionsmaske mit Aussparungen zur ohmschen Kontaktierung ao der stromführenden Zone versehen wird und daß die erste stromführende Zone auf der einen Oberflächenseite und als Steuerzone die zweite Zone auf der gleichen Oberflächenseite und/oder der Halbleiterkörper auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite nichtsperrend kontakiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich der einen Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom bestimmten Leitungstyp mit einer Diffusionsmaske versehen wird, die in der Mitte ein Diffusionsfenster aufweist und deren Abmessungen den Abmessungen der stromführenden Zone entsprechen, daß durch das Diffusionsfenster zum Herstellen der in die erste stromführende Zone einzubringenden zweiten Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp, in den nicht maskierten Teil der einen Oberflächenseite und in die gegenüberliegende Oberflächenseite Störstellen, die im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufen, so tief eindiffundiert werden, daß die von beiden Oberflächenseiten eindiffundierten und die zusammenhängende Steuerzone ergebenden Diffusionszonen einander zumindest berühren, und daß die erste stromführende Zone auf der einen Oberflächenseite und als Steuerzone die zweite Zone auf der gleichen Oberflächenseite und/oder der Halbleiterkörper auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite nichtsperrend kontaktiert werden.
6. Unipolartransistor, hergestellt nach einem Verfahren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Oberflächenseite des scheibenförmigen Halbleiterkörpers eine ohmsche flächenhafte Steuerelektrode angebracht ist und daß in den Halbleiterkörper auf der anderen Oberflächenseite eine erste Zone entgegengesetzten Leitungstyps so eingelassen ist, daß die beiden Endflächen dieser Zone an der anderen Oberflächenseite enden, und daß die beiden Endflächen dieser Zone mit ohmschen Kontaktelektroden versehen sind.
7. Unipolartransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode an der zweiten Zone und die ohmschen Kontaktelektroden an der ersten stromführenden Zone auf der gleichen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers angebracht sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 092 569;
französische Patentschriften Nr. 1 060 119,
276 019;
USA.-Patentschrift Nr. 3 010 633;
IRE Transact, on elektron devices, ED-9, 1962, S. 82 bis 87.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 727/348 11.66 © Bundesdruckerei Berlin
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USD931101S1 (en) 2018-03-02 2021-09-21 Berlin Packaging, Llc Closure

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