DE1259469B - Verfahren zur Herstellung von inversionsschichtfreien Halbleiteruebergaengen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.; 21g-11/02

Nummer: 1 259 469

Aktenzeichen: J 25842 VIII c/21,

Anmeldetag: 15. Mai 1964

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterübergängen, die frei sind von Inversionsschichten sowie von den hierdurch bedingten Nachteilen. Letzteres gilt auch für Halbleiterbauelemente, wie Dioden und Transistoren, die aus erfindungsgemäß hergestellten inversionsfreien Sperrschichten aufgebaut sind.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ergeben sich oft in Verbindung mit dem Phänomen der Oberflächeninversion besondere Schwierigkeiten. Unter dieser Flächeninversion versteht man eine unerwünschte Änderung im Leitfähigkeitstyp des Halbleitermaterials, wobei während der verschiedenen Verfahrensschritte, die zur Herstellung des Halbleiterendproduktes durchlaufen werden, oder infolge des Einflusses der Umgebungsatmosphäre, in der sich die Halbleiterkörper befinden, eine Umwandlung vom N-Leitfähigkeitstyp zum P-Leitfähigkeitstyp bzw. in umgekehrter Richtung stattfindet.

Eine solche Flächeninversion findet in der Regel nur innerhalb sehr kleiner Gebiete statt; gewöhnlich erscheint sie in Form einer dünnen Schicht unterhalb der Oberfläche des betreifenden Halbleiterkörpers. Solche Inversionsschichten ergeben sich als Folge des spurenweisen Eintretens von Donatoren oder Akzeptoren in den Halbleiterkörper oder infolge von Ladungen, die durch Ionen oder durch Haftstellen in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterkörpers festgehalten werden. Je nach der Polarität dieser Ladungen und dem Leitfähigkeitstyp des betreffenden Halbleiterkörpers unterscheidet man in der Halbleitersubstanz entweder eine Inversionsschicht oder eine Akkumulationsschicht, wobei die letzte, die z. B. gegeben ist durch die Bildung einer P+-Schicht, einer Schicht, die noch höher dotiert ist als der restliche Halbleiterkörper vom P-Leitfähigkeitstyp. Meistens bewirken aber Inversionsschichten in der Halbleitertechnik größere Schwierigkeiten und Nachteile, als dies bei den Akkumulationsschichten der Fall ist.

Eine Inversionsschicht auf einem Halbleiterbauelement, beispielsweise auf einer Planardiode oder bei einem Transistor, verschlechtert die Arbeitsparameter dieses Halbleiterbauelements dadurch, daß die Leckströme anwachsen, daß der Verstärkungsfaktor/S verschlechtert wird und daß zusätzlich unerwünschte, höhere innere Kapazitäten auftreten.

Bei der Herstellung solcher Halbleiterbauelemente werden vielfach als passivierende Überzüge Oxydschichten, beispielsweise solche aus Siliziumdioxyd usw., benutzt, und man glaubt, daß diese Tatsache eine wesentliche Rolle bei der Bildung dieser unerwünschten Inversionsschichten spielt.

Verfahren zur Herstellung von
inversionsschichtfreien Halbleiterübergängen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Walter E. Mutter,

Poughkeepsie, Dutchess, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Mai 1963 (283 028)

Besondere Schwierigkeiten verursachen derartige Passivierungsverfahren, wenn sie auf PNP-Planartransistoren angewendet werden. Die Hersteller haben ohne besonderen Erfolg große Anstrengungen unternommen, einen PNP-Planartransistor aus Silizium für hohe Spannung und mit passivierter Oberfläche herzustellen, der außerdem die Eigenschaft niedrigen Leckstromes besitzen sollte, dessen Höhe vergleichbar derjenigen eines NPN-Planartransistors ist. Unglücklicherweise sind diejenigen Gebiete von Halbleiterkörpern, die einen hohen spezifischen Widerstand besitzen, weitaus anfälliger für die Bildung von Inversionsschichten, als dies für Gebiete mit niedrigem spezifischem Widerstand der Fall ist. Dementsprechend erfährt also eine epitaktische Schicht vom P-Leitfähigkeitstyp eine Änderung durch Inversion, so daß die sich bildende dünne Schicht vom N-Leitfähigkeitstyp praktisch als erweitertes Basisgebiet angesehen werden kann. Durch diese Vorgänge wird die vom Konstrukteur in den betreffenden Halbleiterbauelementen vorgesehene Geometrie Undefiniert, da infolge der sich einstellenden Flächeninversion die Maße wie die Tiefe der Schichten u. dgl. sowie die vorgesehenen spezifischen Widerstände nicht eingehalten werden können. Infolgedessen sind die Arbeitsparameter derartiger Halbleiterbauelemente dem Zufall unterworfen, und

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Fig. 4A bis 4D Seitenrisse von Transistorstrukturen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen 5 Verfahrens sei zunächst die Herstellung einer Halbleiterdiode nach dem bekannten Stand der Technik und die dabei auftretende Flächeninversion beschrieben. In den Fig. 1A bis IC sind Teile eines Paares herkömmlicher Transistoren oder Dioden dargestellt,

es entstehen Instabilitätsprobleme. Außerdem kommt es dabei häufig vor, daß die sich bildende Schicht vom N-Leitfähigkeitstyp unerwünscht große Ausmaße annimmt, wobei sich die Ränder der Basis-Kollektor-Sperrschicht bis an die Randgebiete des Halbleiterkörpers erstrecken und hierdurch nicht länger mehr durch die passivierende Schicht an der Oberfläche geschützt wird.

Wie schon oben erwähnt, besteht eine Möglichkeit,

die genannten Schwierigkeiten zu umgehen, darin, io die einen gemeinsamen Halbleiterkörper 10 besitzen, durch Diffusion ein stark dotiertes Gebiet vom Meist wird natürlich eine große Anordnung von P-Leitfähigkeitstyp so vorzusehen, daß es einen Teil mehreren hundert Dioden gleichzeitig auf einem eindes Kanals innerhalb der epitaktischen darunter be- zigen Halbleiterkörper aus einem geeigneten Mafindlichen Schicht vom P-Leitfähigkeitstyp durch- terial, wie z. B. Germanium, Silizium oder einer dringt. Durch die sich hierdurch ergebende hohe 15 intermetallischen Halbleiterverbindung, hergestellt. Leitfähigkeitsdiskontuität wird eine Abschnürung Es sei im folgenden angenommen, daß als HaIbdes Kanals bewirkt, womit auch eine Verminderung leitergrundsubstanz Silizium benutzt werde. Auf der des Leckstromes einhergeht. Die Geometrie eines Oberseite des Körpers 10 ist eine durchgehende solchen Transistors ist aber kompliziert, so daß sich Schicht 11 aus einem Oxydüberzug formiert. Hierzu zusätzliche, das Verfahren verteuernde Schritte bei 20 sind grundsätzlich verschiedene Oxydschichten veider Herstellung ergeben. wendbar; hier sei vorzugsweise eine solche aus

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf- Siliziumdioxyd vorausgesetzt. Diese. Schicht 11 kann gäbe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung aus dem Körper 10 erzeugt werden, indem dieser in von Halbleiterbauelementen aufzuzeigen, bei denen einer oxydierenden, mit Wasserdampf gesättigten die Bildung von unerwünschten Flächeninversions- 25 Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 900 und schichten unterbunden und die damit verknüpften 1400 ⁰C erhitzt wird. Die genaue chemische ZuNachteile, insbesondere das Auftreten hoher Leck- sammensetzung der Oxydschicht 11 ist zwar nicht ströme, vermieden werden. bekannt, sie dürfte jedoch im wesentlichen aus SiIi-

Weiterhin eröffnet das erfindungsgemäße Verfah- ziumdioxyd bestehen. Statt dessen kann auch ein ren die Möglichkeit, Halbleiterbauelemente herzu- 30 inerter, fest haftender, dünner Überzug, wiederum stellen ohne Anwendung einer komplizierten Geö- hauptsächlich aus Siliziumdioxyd, auf der Oberfläche tnetrie, wobei diese trotzdem eine hohe Kollektor- des Halbleiterkörpers 10 dadurch hergestellt werden, Durchbruchsspannung sowie einen niedrigen Kapa- daß der Körper in den Dämpfen einer organischen zitätswert zwischen Kollektor und Basis aufweisen. Siloxanverbindung auf eine Temperatur erhitzt wird, Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet weiterhin 35 die unter dem Schmelzpunkt des Körpers liegt, aber die Herstellung von Planardioden, die frei von uner- höher als die Zerfallstemperatur des Siloxane ist.

Zum Beispiel kann der Grundkörper 10 10 bis 15 Minuten lang bei etwa 700⁰C in einem Quarzofen erhitzt werden, der Triäthoxysilan enthält, wobei 40 Argon oder Helium als Trägergas benutzt wird. Da die Erfahrung zeigt, daß dünne Siliziumdioxydschichten, die durch die thermische Zersetzung einer organischen Siloxanverbindung hergestellt worden sind, etwas weniger dicht als die in einer oxydieren-

so dotiert wird, daß sie einen spezifischen Widerstand 45 den Atmosphäre aufgewachsenen sind, wird gewöhnvon etwa 0,3 Ohm · cm erhält, und daß die Diflu- lieh eine etwas stärkere Schicht des erstgenannten sionsbedingungen derart gewählt werden, daß Teilbereiche der epitaktisch aufgebrachten dünnen
Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps durch gleichzeitige Diffusion von aus dem Halbleiterausgangs- 50
körper stammenden Aktivatoren bis zur Entartungskonzentration in den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp umdotiert werden und daß die sich aufeinander zu bewegenden Diffusionsfronten des von

außen durch die Maskenöffnungen hindurch ein- 55 wird dann durch eine fotografische Matrizenplatte diffundierten und des aus dem stark dotierten Halb- hindurch belichtet, die undurchsichtige, den von der leiterausgangskörper stammenden Materials einander Oxydschicht zu befreienden Stellen entsprechende weitgehend überlappen. Bereiche enthält. Bei der fotografischen Entwicklung

Weitere Einzelheiten des Verfahrens nach der Er- wird das nichtbelichtete Abdeckmittel beseitigt, und findung ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus 60 mit Hilfe einer ätzenden Flüssigkeit wird die Oxydden Figuren. In den Zeichnungen bedeuten schicht von den jetzt frei liegenden Bereichen ent-

Fig. IA bis IC Ober- und Seitenansicht der fernt, während das entwickelte Abdeckmittel als Struktur einer Halbleiterdiode nach dem Stand der Maske dient, die die chemische Ätzung der Oxyd-Technik, bereiche, die auf dem Siliziumkörper 10 zurück-

Fig. 2A bis 2E ähnliche Strukturen zur Erläute- 65 bleiben sollen, verhindert.

rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Im nächsten Arbeitsgang werden zwei PN-Über-

F i g. 3 einen Seitenriß einer bekannten Transistor- gänge 13, 13 in dem Körper 10 erzeugt, die sich bis

struktur nach dem Stand der Technik, zur Oberseite 14 des Körpers erstrecken. Das ge

wünschten Inversionserscheinungen sind, sowie von PNP-Planartransistoren, deren elektrische Werte eine Güte besitzen, die vergleichbar ist mit derjenigen der planaren NPN-Transistoren.

Das die genannte Aufgabe lösende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ohm-cm verwendet und die epitaktische Schicht

Materials verwendet. Solche Schichten sind jedoch besonders vorteilhaft für die Aufbringung auf Halbleitersubstanzen.

An bestimmten Stellen in der Schicht 11 werden nach herkömmlichen Fotogravurverfahren Öffnungen 12, 12 geformt. In bekannter Weise wird ein Fotogravurabdeckmittel (nicht gezeigt) auf die Siliziumdioxydschicht aufgebracht, und das Abdeckmittel

schieht durch ein bekanntes Diffusionsverfahren, bei dem eine geeignete, den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung durch die Öffnungen 12 durchtritt und in den Körper-10 hineindiffundiert. Hierdurch entstehen Bereiche 15, die einen dem Körper entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, mit den PN-Übergängen 13. Durch die während des Diffusionsvorgangs erhöhte Temperatur wird die Siliziumdioxydschicht 11 nicht beschädigt. Diese Schicht besitzt vorzugsweise eine Stärke von mindestens 100 AE und kann im Bereich zwischen 1000 und 30 000 AE liegen. Die Schicht 11 ist für das Diffusionsmaterial undurchlässig und dient dahei al? Maske, die die Diffusion auf definierte Bereiche der Oberfläche des Körpers 10 beschränkt. Man kann beobachten, daß bei dem Diffusionsvorgang die Verunreinigung eine kurze Strecke unter die Ränder der Öffnungen 12 der Schicht 11 diffundiert.

In weiteren Verfahrensschritten können ohmsche Kontakte in Form von leitenden Überzügen (nicht gezeigt) auf die frei liegenden Oberflächen der Bereiche 15 durch bekannte Aufdampf- und Legierungsverfahren aufgebracht werden, und ein weiterer ohmscher Kontakt kann durch Anlöten einer leitenden Platte 16 an die Unterseite des Körpers 10 gebildet werden. Durch ein bereits bekanntes Verfahren können die nunmehr frei liegenden Halbleiterbereiche 15 reoxydiert werden, dann kann eine weitere schützende Glasschicht aufgebracht werden; durch beide Schichten können Löcher zur Anbringung von Zuführungen geätzt werden.

Das Gebilde nach den Fig. 1A bis IC sei eine Diode mit hoher Schaltgeschwindigkeit, und der Körper 10 sei vom P-Leitfähigkeitstyp und besitze einen spezifischen Widerstand von etwa 0,3 Ohm · cm, was einem Akzeptorniveau von etwa 5 · 10¹⁶ Atomen/ cm³ entspricht. Träten bei der Herstellung der ebenen Diodenanordnung, bei der die Bereiche 15 durch Eindiffundieren der N-Verunreinigung entstehen, keine Inversionsphänomene auf, so würde man die Vielfachdiodenanordnung von Fig. IB erhalten. Dies wird aber bei der Herstellung nicht mit Zuverlässigkeit erreicht. Das tatsächlich entstehende Gebilde ähnelt dem in F i g. 1C dargestellten, das zusätzlich eine unerwünschte Flächeninversionsschicht 17 vom N-Typ enthält. Diese Schicht kann in durch den Zufall bestimmten Gebieten auftreten oder kann, wenn die Flächeninversion stark ist, einen Fortsatz des N-Bereichs 15 bilden. Dieser zweite Fall ist durch die Inversionsschicht 17 dargestellt. Die Erscheinung der Flächeninversion ist physikalisch noch nicht vollständig geklärt. Die Inversionserscheinung tritt besonders auf nach dem Verarbeiten oder Herstellen von Halbleiterbauelementen, die einen leicht dotierten Bereich enthalten, wie dies z. B. bei dem P-Körper 10 von F i g. 1C der Fall ist. Außer den oben beschriebenen Oberflächenpassivierungs-, Ätz- und Diffusionsvorgängen dürften auch die Aufbringung von ohmschen Kontakten und der Glasierungsvorgang zum Auftreten der Flächeninversion beitragen. Hieraus resultieren abnorm hohe Sperrströme sowie ein erhöhter kapazitiver Blindwiderstand, weil die Fläche des PN-Ubergangs 13 jetzt viel größer als beabsichtigt ist. Weiter kann der Verunreinigungsgradient am PN-Übergang nahe der Oberfläche in der Inversionsschicht oder den Inversionsbereichen sehr hoch sein und dadurch einen hohen kapazitiven Blindwiderstand pro Flächeneinheit erzeugen. Die fertigen Bauelemente besitzen daher nicht die für viele Anwendungen benötigte Qualität. Wie bereits erwähnt, trägt eine Erhöhung des Dotierungsniveaus des P-Körpers 10 zur Verringerung der Flächeninversion und der hierdurch verursachten Nachteile bei. Durch diese Maßnahme wird jedoch die in Sperrichtung wirksame Durchschlagspannung der Diode verringert und der kapazitive Blindwiderstand pro Flächeneinheit des PN-Übergangs erhöht. Besonders bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements mit hoher Schaltgeschwindigkeit stellt daher eine Erhöhung der Verunreinigungskonzentration des Halbleiterkörpers 10 keine annehmbare Lösung zur Ausschaltung der In-

version dar. Die unerwünschten Effekte können teilweise aufgehoben werden, indem bei der Herstellung des PN-Ubergangs tiefer diffundiert wird. Da aber hierdurch sich die Gesamtfläche des PN-Übergangs und damit der gesamte kapazitive Blindwiderstand vergrößert, ist auch dieses Vorgehen nicht empfehlenswert.

Die Fig. 2A bis 2E stellen verschiedene Phasen bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements dar, die die oben in Verbindung mit der bekannten Anas Ordnung von F i g. 1C erwähnten Nachteile vermeidet. In der Fig. 2A ist ein Körper 20 aus einem geeigneten Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, des einen Leitungstyps mit niedrigem spezifischem Widerstand gezeigt. Der Körper 20 bildet das übliche Ausgangsplättchen, und für die Zwecke der nachstehenden Beschreibung wird angenommen, daß es aus Silizium vom P-Leitungstyp besteht. Sein spezifischer Widerstand kann einen geeigneten Wert, z. B. im Bereich zwischen 0,001 und 0,03 Ohm · cm besitzen. Es versteht sich jedoch, daß es auch vom entgegengesetzten oder N-Leitungstyp sein kann; in diesem Fall hätten dann die herzustellenden weiteren Halbleiterbereiche einen solchen Leitungstyp, daß zwei Halbleiterdioden entstehen. Gemäß der konventionellen Darstellungsart in der Halbleitertechnik wird der Körper 20 wegen seines niedrigen spezifischen Widerstandes in der Zeichnung als aus P⁺-Material bestehend dargestellt. In der Praxis haben sich ein spezifischer Widerstand von etwa 0,01 Ohm · cm und eine Stärke des Körpers von etwa 0,125 mm als brauchbar erwiesen.

Als nächstes wird durch bekannte epitaktische Aufbringungsverfahren eine Schicht 21 hohen spezifischen Widerstandes aus einem Halbleitermaterial des N-Leitfähigkeitstyps auf eine Fläche des Körpers 20 aufgedampft. Die Schicht 21 ist relativ dünn; sie kann eine Stärke von etwa 0,075 mm und einen spezifischen Widerstand von etwa 0,3 Ohm ■ cm besitzen. Brauchbare Werte sind spezifische Widerstände im Bereich zwischen 0,1 und 3,0 Ohm · cm. Der Körper und die Schicht bilden den PN-Übergang 22.

In einem weiteren Arbeitsgang wird z. B. durch Diffusion eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende

^ßo Dotierung des P-Typs durch mindestens einen durch geeignete Abdeckung definierten Teilbereich der Schicht 21 hindurch in den Körper 20 eingebracht. Hierdurch werden an den nicht abgedeckten Stellen P-Leitfähigkeitsgebiete erzeugt, wodurch die Inversion des Oberflächenbereichs in den restlichen N-Leitfähigkeitsgebieten verhindert wird. Zur Erreichung dieser inversionsverhindernden Wirkung wird zunächst eine mit entsprechenden öffnungen

versehene DifEusionsmaske 23 auf der Oberseite der epitaktischen Schicht 21 hergestellt. Diese Maske kann so hergestellt werden, wie es oben in Verbindung mit der Schicht 11 von Fig. IA bis IC beschrieben wurde. Das Maskenmaterial besteht vorzugsweise aus einem fest haftenden Siliziumdioxydüberzug, in dem gemäß eines definierten Musters durch herkömmliche Fotogravurverfahren Öffnungen 24 angeordnet sind. Dann wird eine den P-Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, z. B. Bor, in bekannter Weise durch die Öffnungen der Maske 23 durchdiffundiert. Dies ist ein Diffusionsvorgang mit hoher Oberflächenkonzentration. Während nun die P-Verunreinigung von den frei liegenden Oberflächen der epitaktischen Schicht 21 so weit nach innen diffundiert, wie es in Fig. 2B durch die gekrümmten ausgezogenen Linien 25 dargestellt ist, wird angenommen, daß die P-Veruirreinigung in dem stark dotierten P+-Körper 20 von dem in strichpunktierten Linien dargestellten Bereich 26 aus nach außen diffundiert. Diese Hinausdiffusion aus dem Körper 20 reicht bis zu dem durch die gestrichelte Linie 27 dargestellten Bereich. Die Diffusionszeit und -temperatur werden so gewählt, daß beide oben beschriebenen Diffusionsfronten sich gegenseitig überlappen. Direkt unter den Siliziumdioxydmasken 23 bleiben auf diese Weise Gebiete 28 aus N-HaIbleitermaterial hohen spezifischen Widerstandes zurück.

Das so entstandene Halbleitergebilde ist in Fig. 2C dargestellt, in der die Grenzlinien der Fig. 2B zur Veranschaulichung der Diffusionsfronten nicht enthalten sind. Als Ergebnis der oben beschriebenen Verfahrensschritte sind die beiden PN-Übergänge 29 zwischen den N-Halbleiterzonen 28 hohen spezifischen Widerstandes und den daran angrenzenden P-Bereichen 30, die vorher dem N-Leitfähigkeitstyp angehörten, entstanden. Die frei liegende Oberseite des Halbleitersystems ist jetzt so stark dem P-Typ zugehörig, daß eine schädliche Flächeninversion in allen praktischen Fällen unmöglich eintreten kann.

Eine P-Dotierungskonzentration im Bereich zwischen 10¹⁹ und 5 · 10²⁰ Atomen/cm³ hat sich als brauchbar erwiesen. Die Erfahrung zeigt aber, daß die höheren Konzentrationen sehr viel günstiger sind. Da die N-Zonen 28 einen hohen spezifischen Widerstand besitzen, ist die Durchschlagspannung der einzelnen Dioden genügend hoch. Durch Verwendung einer epitaktischen Schicht mit höherem spezifischem Widerstand bei der Herstellung der N-leitenden Gebiete 20 lassen sich höhere Durchschlagspannungswerte für die Vorrichtungen erreichen. Da der Hauptteil des Halbleiterkörpers jetzt sehr hoch mit Akzeptoren dotiert ist, läßt sich außerdem der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode auf ein Minimum hinabdrücken. Infolge der längeren Diffusionszeit bei der Herstellung der verbesserten Halbleiteranordnung von Fig. 2C wird der eigentliche Bereich des PN-Übergangs im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren in wünschenswerter Weise kleiner, anstatt größer, wodurch auch die schädliche Kapazität der Diode klein gehalten werden kann.

Bei der Herstellung von Zuleitungen und Schutzschichten für die PN-Übergänge können herkömmliche Verfahren benutzt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Anordnung in geeigneter Weise entlang einer vertikalen Linie durch die Mitte so zu zerlegen, daß zwei Halbleiterdioden entstehen, oder eine Doppeldiode mit gemeinsamem Grundkörper 20 herzustellen. Fig. 2D zeigt die Oberseite einer derartigen Doppeldiode mit einer kugelförmigen Kupferklemme 32, die in geeigneter Weise mit einem Aluminiumstreifen 33 verbunden ist, die auf den gemeinsamen Körper 20 der Anordnung aufgedampft ist und gemäß der Schnittdarstellung in Fig. 2E als

ίο Zuführung dient. Auf der oberen Fläche der Anordnung befindet sich eine Passivierungsschicht 23 α aus Siliziumdioxyd, die durch ein Reoxydierungsverfahren hergestellt werden kann, wie sie bereits in Verbindung mit Fig. IA bis IC beschrieben worden sind. Daher kann die Schicht 23 α praktisch eine Fortsetzung der Schicht23 von Fig. 2C sein. Auf die Schicht 23 α wird vorzugsweise ein Glasüberzug 34 aufgebracht. Mittels bekannter Verfahren wurden geeignete Öffnungen in dem Glasüberzug 34 und der

zo Siliziumdioxydschicht 23 α über den P-Bereichen 28 und über den P-Bereichen 31 hergestellt, damit der Streifen 33 und die ohmschen Anschlüsse 35 auf das frei liegende Halbleitermaterial aufgedampft werden konnten. Danach wurden Kupferkugelldemmen 36 in

as geeigneter Weise mit den Anschlüssen 35 und die Kugel 32 mit dem Aluminiumstreifen 33 verbunden. In der F i g. 3 ist ein zum Stand der Technik gehörender Planartransistor vom PNP-Typ mit Inversionsschicht der oben erläuterten Art dargestellt. Der Transistor besteht aus einem hochdotierten HaIbleiterausgangsplättchen 40, auf das in herkömmlicher Weise eine dünne epitaktische P-Schicht41 hohen spezifischen Widerstandes aufgebracht ist. Das Plättchen und die Schicht bilden den Kollektorbereich des Transistors. In die Schicht 41 ist ein N-Basisbereich 42 eindiffundiert, der seinerseits einen diffundierten P-Emitterbereich 43 umgibt. Eine dünne Siliziumdioxydschicht 44 und ein Glasüberzug 45 schließen die Oberseite des Transistors ab. Emitter- und Basiszuführungen 46 bzw. 47 stellen elektrische Verbindungen mit den Emitter- und Basisbereichen 43 bzw. 42 her. Eine Kollektorklemme 48 kann durch Anlöten eines Metallplättchens an das P+-Ausgangsplättchen 40 hergestellt oder auch dadurch erhalten werden, daß in dem Glasüberzug 45 und der Siliziumdioxydschicht 44 Öffnungen zur Durchführung eines ohmschen Kontakts (nicht gezeigt) angebracht werden, die zu einem darunterliegenden Teil der epitaktischen P-Schicht 41 führen.

Bei der Herstellung des Transistors bildet sich eine unerwünschte P-Inversionsschicht 49 auf der epitaktischen P-Schicht 41, die — wie schon erwähnt — wegen ihres hohen spezifischen Widerstandes zur Inversion neigt. Diese Haut ist praktisch eine Erweiterung des Basisbereiches 42 geworden. Diese strukturellen Veränderungen können nun in gleicher Weise, wie es bereits in Verbindung mit Diodenvorrichtungen erläutert wurde, zu unerwünschten Betriebseigenschaften, wie niedrige Kollektordurchschlagspannung und hoher kapazitiver Blindwiderstand zwischen Kollektor und Basis, insbesondere bei niedrigen Spannungen, führen.

Ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Planartransistor vermeidet diese verschiedenen Nachteile.

In Fig. 4A bis 4D sind verschiedene Herstellungsphasen eines verbesserten Planartransistors vom PNP-Typ dargestellt. Mittels desselben Verfahrens

kann man man natürlich auch einen NPN-Transistor herstellen. Da jedoch ein PNP-Planartransistor ohne Inversionserscheinungen entsprechender Güte viel schwieriger herzustellen ist als ein NPN-Transistor, wird die Erfindung in Verbindung mit dem PNP-Transistor beschrieben. Da der Aufbau des Transistors von Fig. 4A bis 4D im allgemeinen dem der Doppeldiode von F i g. 2 A bis 2 E gleicht, tragen übereinstimmende Elemente in beiden Zeichnungen dieselben Bezugszeichen.

Gemäß Fig. 4A ist auf den Körper 20 mit niedrigem spezifischem Widerstand aus P+-Silizium eine Schicht 21 mit hohem spezifischem Widerstand epitaktisch aufgebracht, wodurch der PN-Übergang 22 entsteht. Eine Diffusionsmaske 23 aus Siliziumdioxyd wird auf einem bestimmten Bereich der epitaktischen Schicht 21 so angebracht, daß die in 23 befindlichen Öffnungen 24 definierte Oberflächenteile dieser Schicht unbedeckt lassen. In der oben beschriebenen Weise wird eine hohe Konzentration einer P-Dotierungssubstanz, z. B. Bor, durch die Öffnungen hindurch in die frei liegenden Teile der Schicht 21 eindiffundiert. Während nun die P-Verunreinigung in dem in Fig. 2B gezeigten Ausmaß (ausgezogene Grenzlinien 25 der Diffusionsfronten) nach innen diffundiert, wird angenommen, daß die P-Verunreinigung in dem stark dotierten P+-Körper 20 von dem mit strichpunktierten Linien abgegrenzten Bereich 26 aus nach außen diffundiert. Diese Hinausdiffusion aus dem Körper 20 erstreckt sich auf den durch die gestrichelte Linie 27 dargestellten Bereich. Auch hier sind Diffusionszeit und -temperatur so gewählt, daß beide Diffusionsfronten einander überlappen, mit Ausnahme des N-Bereichs 28 hohen spezifischen Widerstandes direkt unter der Siliziumdioxydmaske 23.

Nach einer anschließenden Oberflächenreoxydierungsoperation wird im Mittelbereich der Maske 23 α eine öffnung 50 hergestellt. Hierauf folgt eine weitere Bor-Diffusion, durch die der Emitterbereich 51 und die Emitter-Basis-Sperrschicht 60 entstehen. Bei dieser Diffusionsoperation ist die Zeit und/oder die Temperatur gewöhnlich kürzer bzw, niedriger als bei der vorausgegangenen Diffusion, so daß die gewünschten Basisbreiten, z. B. etwa 0,1 mm, erreicht werden. Die so entstandene Anordnung ist in F i g. 4 C dargestellt, in der die Grenzlinien der Diffusionsfronten von Fig. 4B nicht enthalten sind. Die Oberseite des P-Bereichs 30 ist so stark P-dotiert (etwa 10²⁰ Atome/cm³), daß praktisch keine Inversion eintreten kann.

Die Oberseite der Anordnung wird nun reoxydiert, ein Glasüberzug 34 wird auf die Siliziumdioxydschicht 23 α aufgebracht und in die Schutzschichten eingeätzt. An den hierdurch freigelegten Teilen der Emitter-, Basis- und Kollektorbereiche 51, 28 bzw. 30 werden in herkömmlicher Weise Klemmen 52, 53 und 54 angebracht. Die endgültige Anordnung ist ein PNP-Planartransistor guter Qualität, bei dem keine Oberflächeninversionserscheinungen auftreten, und der doch relativ billig in für Massenproduktion geeigneten Verfahren herzustellen ist.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Herstellung eines einzelnen Transistors beschrieben wurde, kann es natürlich auch zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Transistoren, wie z. B. einer Anordnung von Transistoren auf einer gemeinsamen Unterlage, verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von inver sionsschichtfreien Halbleiterübergängen, bei dem auf einen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps mit relativ starker Dotierung eine epitaktische Schicht mit entgegengesetztem Leitungstyp und relativ schwacher Dotierung abgeschieden wird und anschließend in diese Schicht unter Verwendung einer auf der epitaktischen Schicht angebrachten und mit im Vergleich zur gesamten Fläche kleinen öffnungen versehenen Maske Dotierungsmaterial des ersten Leitungstyps eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ohm · cm verwendet und die epitaktische Schicht so dotiert wird, daß sie einen spezifischen Widerstand von etwa 0,3 Ohm/cm erhält, und daß die Diffusionsbedingungen derart gewählt werden, daß Teilbereiche der epitaktisch aufgebrachten dünnen Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps durch gleichzeitige Diffusion von aus dem Halbleiterausgangskörper stammenden Aktivatoren bis zur Entartungskonzentration in den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp umdotiert werden, und daß die sich aufeinander zu bewegenden Diffusionsfronten des von außen durch die Maskenöffnungen hindurch eindiffundierten und des aus dem stark dotierten Halbleiterausgangskörper stammenden Materials einander weitgehend überlappen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial den Ausgangskörpern vom P⁺-Leitfähigkeitstyp ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Herstellung von Planardioden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Herstellung von PNP-Planartransistoren.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 282 020,
262 176.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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