DE1439618C3 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode oder eines Transistors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode mit eingelassener Halbleiterzone oder eines Transistors mit eingelassener Basiszone, bei dem in einen begrenzten Bereich eines Halbleiterkörpers vorn ersten Leitungstyp Störstellenmaterial, welches im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, mit Hilfe einer Diffusionsmaske eindiffundiert wird.

Ein solches Verfahren findet bekanntlich bei der Herstellung von planaren Halbleiterbauelementen Anwendung. Bei dem bekannten Planarverfahren wird eine Planardiode beispielsweise dadurch hergestellt, daß auf die gesamte eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom bestimmten Leitungstyp eine Diffusionsmaske mit einem Diffusionsfenster aufgebracht wird und daß durch dieses Diffusionsfenster Störstellenmaterial in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, welches im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Planarverfahren zu verbessern und mit Hilfe der Diffusionsmaske Halbleiterbereiche von der Diffusion auszunehmen, in die bei dem bekannten Planarverfahren Störstellenmaterial eindiffundiert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß eine fensterlose Diffusionsmaske verwendet wird, deren Flächenausdehnung kleiner ist als die Fläehe der von ihr teilweise bedeckten Halbleiteroberflächenseite, daß diese Diffusionsmaske auf denjenigen Bereich der Halbleiteroberfläche aufgebracht wird, unter dem die eingelassene Halbleiterzone im Halbleiterkörper vorgesehen ist, und daß das Störstellenmaterial in den nicht von der Diffusionsmaske bedeckten, seitlich an die eingelassene Halbleiterzone angrenzenden Bereich sowie von der Gegenseite aus derart eindiffundiert wird, daß die von den beiden Seiten eindiffundierten Bereiche einander zumindest berühren.

Während bei dem bekannten Planarverfahren die Flächenausdehnung der mit Fenster versehenen Diffusionsmaske gleich der Fläche der gesamten Halbleiteroberflächenseite ist, auf die die Diffusionsmaske aufgebracht wird, so daß also bei dem bekannten Verfahren die Diffusionsmaske die gesamte Oberflächenseite bedeckt, bedeckt die Diffusionsmaske nach der Erfindung nur einen begrenzten Bereich einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers und hat im Gegensatz zum bekannten Verfahren kein Diffusionsfenster. Diffusionsmaske und Diffusionsfenster sind somit miteinander vertauscht, wenn man das bekannte Planarverfahren mit dem Verfahren nach der Erfindung vergleicht. Das Verfahren nach der Erfindung kann daher als inverse Planartechnik bezeichnet werden. Die Vertauschung von Fenster und Maske gilt im allgemeinen auch bezüglich der Lage auf der Halbleiteroberfläche, so daß die durch Diffusion hergestellten Bereiche bekannter planarer Bauelemente bei nach der Erfindung hergestellten Bauelementen nunmehr von einem nicht diffundierten Bereich eingenommen werden.

Ein wesentlicher Vorteil von nicht diffundierten Bereichen besteht darin, daß sie bevorzugt für den Trans- port von Ladungsträgern geeignet sind, da die Lebensdauer der Ladungsträger in nicht diffundierten Bereichen nicht durch eine zusätzliche Störstellendiffusion herabgesetzt ist. Dieser Vorteil wirkt sich dann aus, wenn die nicht diffundierte Zone die Funktion einer Halbleiterzone übernimmt, die für das Bauelement besonders wesentlich ist, was beispielsweise bei einem Transistor für die Basiszone der Fall ist.

Durch die US-PS 30 06 791 ist ein Transistor mit

nicht diffundierter Basiszone bekannt, bei dem die Emitterzone und die Kollektorzone durch Diffusion hergestellt werden. Die Basiszone erstreckt sich aber bei dem bekannten Transistor über die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers. Die Kollektorzone des Transistors besteht aus zwei Halbleiterbereichen unterschiedlicher Leitfähigkeit, wobei der äußere Halbleiterbereich stärker dotiert ist als der unmittelbar an die Basiszone angrenzende Halbleiterbereich. Damit bei der Herstellung des höherohmigeren Bereichs der Kollektorzone kein Störstellenmaterial in den emitterseitigen Bereich des Halbleiterkörpers eindringt wird die emitterseitige Hauptfläche des Halbleiterkörpers ganzflächig abgedeckt Bei der Diffusion mit einer solchen als Maske wirkenden Abdeckung, die nicht auch die seitliche Randfläche abdeckt, läßt es sich nicht vermeiden, daß Störstellenmaterial auch in die Randfläche eindringt. Dieser von der Diffusion betroffene Randflächenbereich muß aber nachträglich wieder entfernt werden, damit die Kollektorzone und die Emitterzone nicht miteinander kurzgeschlossen werden.

Durch die GB-PS 9 14 021 ist ein Transistor bekannt, bei dem sich die nichtdiffundierte Basiszone ebenfalls über die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers erstreckt. Um die dünne Basiszone kontaktieren zu können und um die Kontaktierung nicht vom Rand her vornehmen zu müssen, ist eine Emitterzone mit Ringstruktur vorgesehen, die in der Mitte eine Aussparung zur Kontaktierung aufweist

Die US-PS 30 67 485 hat eine Mesadiode zum Gegenstand, bei der die Kapazität des pn-Überganges durch eine Mesaätzung reduziert ist.

Die Herstellung eines Transistors erfolgt nach der Erfindung vorzugsweise dadurch, daß nach der Diffusion die vorhandene Diffusionsmaske zur Herstellung der Emitterzone mit einer Öffnung versehen wird, durch die die Emitterzone in den von der Diffusion nicht berührten und als Basiszone vorgesehenen Bereich des Halbleiterkörpers eingebracht wird, und daß die Emitter- und die Basiszone auf der einen Oberflächenseite und die Kollektorzone auf der gegenüberliegenden Seite kontaktiert werden. Die Emitterzone wird beispielsweise durch Legieren oder durch Diffusion hergestellt.

Der unter der Diffusionsmaske befindliche nichtdiffundierte Bereich des Halbleiterkörpers wird beispielsweise durch ein Fenster kontaktiert, welches nach der Diffusion in der Diffusionsmaske hergestellt wird. Die Diffusionsmaske besteht beispielsweise aus einer Oxydschicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Das erste Ausführungsbeispiel befaßt sich mit der Herstellung einer Diode. Bei einer Diffusionsdiode wird bekanntlich eine der zwei aneinandergrenzenden Zonen vom entgegengesetzten Leitungstyp durch Diffusion hergestellt. Diese Diffusion erfolgt nach der Planartechnik mit Hilfe einer Diffusionsmaske mit Fenster, wenn die diffundierte Zone nicht die gesamte Breite des Halbleiterkörpers einnehmen soll.

Während Störstellenmaterial bei der bekannten Diffusionsmaskentechnik durch das Diffusionsfenster der Diffusionsmaske in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, tritt beim Verfahren nach der Erfindung an die Stelle des Diffusionsfensters der bekannten Diffusionstechnik die Diffusionsmaske 1 ohne Diffusionsfenster, die in ihrer Gesamtheit nur noch die Abmessungen des bekannten Diffusionsfensters hat(s. Fig. 1).

Die Diffusionsmaske 1 der F i g. 1 besteht vorzugsweise aus einer Quarzschicht. Die Quarzschicht, die beispielsweise durch thermische Dissoziation hergestellt wird und sich ursprünglich über die gesamte 5 Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 erstreckt, muß so weit abgetragen werden, daß nur der Quarzfleck 1 im mittleren Bereich der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 2 übrig bleibt Wird nun in einen derart maskierten Halbleiterkörper 2 vom bestimmten Leitungstyp Störstellenmaterial, das im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, allseitig eindiffundiert, so entsteht im Halbleiterkörper ein Dif- · fusionsbereich 3 durch Eindiffusion von der maskierten Oberflächenseite aus und außerdem der Bereich 4 durch Eindiffusion von der gegenüberliegenden Oberflächenseit aus. Der Diffusionsprozeß wird dabei so geführt daß die Bereiche 3 und 4 einander überlappen, so daß sich eine zusammenhängende Diffusionszone ergibt, welche den unter dem Quarzflecken 1 befindlichen, von der Diffusion nicht erfaßten Bereich 5 umschließt Diese zusammenhängende Diffusionszone ist in der F i g. 2 mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet. Der Quarzflecken 1 wird bei der Diffusion allerdings unterwandert, und zwar um die Diffusionstiefe des in den Halbleiterkörper diffundierten Störstellenmaterials. Geht man bei der Herstellung der Diode der F i g. 1 von einem n-Ieitenden Halbleiterkörper 2 aus, so müssen zur Herstellung der p-Zone 3 vom entgegengesetzten Leitungstyp Akzeptoren in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden.

Die in dem Halbleiterkörper 2 erzeugten Zonen verschiedenen Leitungstyps müssen schließlich nach der F i g. 2 noch nichtsperrend kontaktiert werden. Die Kontaktierung der unter dem Quarzflecken 1 befindlichen Zone 5 aus dem Material des ursprünglichen Halbleiterkörpers erfolgt mit Hilfe der in eine nachträglich hergestellte öffnung des Quarzfleckens eingebrachten Elektrode 7. Die durch Legieren hergestellte Elektrode kann beispielsweise auch durch Metallaufdampfung hergestellt werden. Die durch Diffusion im Halbleiterkörper 1 erzeugte Zone 6 ist in der F i g. 2 zusammenhängend gezeichnet, obwohl sie durch Überlappung der Bereiche 3 und 4 entstanden ist. Diese diffundierte Zone wird durch die mit dem Halbleiterkörper verlötete Elektrode 8 kontaktiert. Die Anordnung der F i g. 2 eignet sich in besonderer Weise zur Verwendung als hochsperrende Diode oder als UHF-Diode mit sehr kleiner Kapazität

Die F i g. 3 bezieht sich auf die Herstellung eines Transistors. Diese unterscheidet sich von der Herstellung der Diode der F i g. 1 und 2 lediglich dadurch, daß auf der maskierten Oberflächenseite noch die Emitterzone in den Halbleiterkörper einzubringen ist Die dabei verwendete fensterlose Diffusionsmaske 1 befindet sich nach der F i g. 3 ebenfalls nur im mittleren Bereich der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 2. Die bei der Eindiffusion des Störstellenmaterials entstehenden Bereiche 3 und 4 werden auch wieder so tief in den Halbleiterkörper eindiffundiert, daß sie gemaß der F i g. 4 eine zusammenhängende Diffusionszone 6 vom entgegengesetzten Leitungstyp ergeben. Diese aus den Bereichen 3 und 4 bestehende Diffusionszone findet als Kollektorzone des Transistors Verwendung, während die unter dem Quarzflecken 1 liegende und von der Diffusion ausgenommene Zone 5 die Funktion der Basiszone des Transistors übernimmt. Der Querschnitt der Basiszone wird somit durch die Fläche des Quarzfleckens bestimmt. Bei der Bemessung des

Quarzfleckens ist auch wieder zu_; -berücksichtigen, daß das eindiffundierte Störstellenmaterial den Quarzflekken um den.Betrag der Eindringtiefe unterwandert. . Die ohmsche. Kontaktierung der Basiszone 5 erfolgt in der gleichen Weise wie. die Kontaktierung der Zone 5 der Diode der F j g. 2. Das Einbringen der Emitterzone in die Basiszone 5 erfordert eine weitere nachträglich hergestellte öffnung in der: Quarzschicht, durch die dann die Emitterzone durch Legieren oder Diffusion eingebracht wird. In den F ig. 3 und 4 ist die Emitterzone durch Einlegieren der-Emitterelektrode 9 hergestellt. -■ -S-.. ;;:·, _r-._:;,y,_}._;l._: :., ;,.-, .-,.,...,

Die fertige Anordnung: ist in der F i g.4 noch einmal gesondert dargestellt. Danach besteht sie aus dem Halbleiterkörper 2 mit der Emitterzone 10, der Basiszone 5 und der Kollektorzone 6.,Diese:HaJbleiterzonen sind mit Hilfe derEmitterelektrode 9, der Basiselektrode 7 und der.Kollektorelektrode 8 kontaktiert. ; Die F i g.5 betrifft die Herstellung eines npn-Germaniumtransistors mit epitaktisch aufgebrachter Schicht.

Bei der Herstellung eines solchen Transistors wird nach der F i g. 5 auf einen stark dotierten Germaniumkörper 2 vom n-Leitungstyp eine im Vergleich zum Grundkörper wesentlich; niederohmigere epitaktische Germaniumschicht 2a vom pTLeitungstyp aufgebracht. Die Dicke der epitaktisch aufgebrachten Schicht 2a beträgt beispielsweise 5 bis 10 μ.^; ■·.:.; :■·,;

Auf den mittleren Bereich der epitaktischen Schicht 2a wird anschließend z. B. durch thermische Oxydation oder Dissoziation, eine Quarzschicht 1 aufgebracht, und zwar an der Stelle, an der die Basiszone des Transistors vorgesehen ist Der Querschnitt der auf den Halbleiterkörper aufgebrachten Quarzschicht-1 soll dabei dem Querschnitt der Basiszone entsprechen.

Für die Wirkungsweise des Transistors ist im wesentliehen nur die epitaktische Schicht 2a entscheidend, da der Grundkörper 2 dem System lediglich die erforderliche mechanische Stabilität verleiht, während die Emitter-, Basis- und Kollektorzone nicht in den Grundkörper 2, sondern in die epitaktische Schicht 2a eingebracht werden. Die Herstellung der Kollektorzone erfolgt durch allseitige Störstellendiffusion, bei der Donatoren wie beispielsweise Arsen : in die epitaktische Schicht 2a vom p-Leitungstyp eindiffundiert werden. Von der Diffusion ausgenommen bleibt lediglich die mittlere Zone .5, da die Diffusionsmaske 1 ein Eindringen von Störstellenmaterial in diesen Bereich verhindert.

Bei der Diffusion selbst ist zwischen zwei Diffusionsvorgängen zu unterschieden, nämlich einer Diffusion von außen und einer Diffusion aus dem Halbleitergrundkörper. Bei der Diffusion von außen dringt Störstellenmaterial von allen Seiten in die Oberfläche des Halbleiterkörpers und damit auch in den Grundkörper ein. Durch das Eindringen von Donatoren in den nichtmaskierten Bereich der emitterseitigen Halbleiteroberfläche entsteht der Diffusionsbereich 3. Das in den Grundkörper 2 von außen .eindringende Störstellenmaterial wird dagegen. in. der epitaktischen Schicht 2a nicht virksam, da sie wegen der Dicke des Grundkörpers 2 in diese Schicht nicht gelangen können. Der Diffusionsbereich 11, der zusammen mit dem Diffusionsbe reich 3 die Kollektorzone.des Transistors ergibt, entsteht dagegen nicht durch das von außen eindiffundierende Störstellenmaterial, sondern durch Diffusion von Donatoren aus dem stark η-leitenden Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 wird nämlich wegen seines starken Störstellengehaltes neben der äußern Diffusionsquelle als innere Diffusionsquelle wirksam.

Wie die F i g. 5 erkennen läßt, unterwandert das von außen eindringende Störstellenmaterial zum Teil auch die Quarzschicht 1, und zwar entsprechend der Diffusionstiefe. Damit die Bereiche 3 und 11 eine zusammenhängende Kollektorzone ergeben, ist der Diffusionsprozeß so zu führen, daß der aus dem Grundkörper 2 herausdiffundierte Bereich 11 und der von außen in die Emitterseite eindiffundierte Bereich 3 einander teilweise durchdringen oder einander zumindest berühren. Die von der Diffusion ausgenommene und von den diffundierten Zonen eingeschlossene Zone 5 ergibt die Basiszone des Transistors. Die in die Zone 5 eingezeichneten gestrichtelten Linien entsprechen dem eigentlichen Vordringen der Diffusionszone.

Nach Fertigstellung der Basis- und Kollektorzone ist gemäß der F i g. 6 noch die Emitterzone 10 in die Basiszone 5 einzubringen. Dies kann z. B. durch Legieren erfolgen. Da die Kollektorzone 6a den n-Leitungstyp aufweist, muß auch die Emitterzone 10 η-leitend gemacht werden. Zuvor muß jedoch eine entsprechende Aussparung aus der Siliziumdioxydschicht 1 herausgeätzt werden, was auch für das Anbringen der ohmschen Basiselektrode 7, die ebenfalls durch Legieren hergestellt werden kann, erforderlich ist. Es empfiehlt sich, die Kollektorzone 6a durch Auflöten des Grundkörpers 2 auf eine geeignete Kollektorelektrode 8 zu kontaktieren. Nach der Kontaktierung ist der Epitaxialtransistor der F i g. 6 mit npn-Zonenfolge bis auf das Einbringen in ein Gehäuse fertiggestellt

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Herstellung von Transistoren hat, wie bereits ausgeführt, den Vorteil, daß die Basiszone nicht durch Diffusion hergestellt ist so daß die in die Basiszone injizierten Ladungsträger eine relativ lange Lebensdauer haben. Dagegen wirkt es sich positiv aus, wenn die Kollektorzone wie im Fall der vorliegenden Erfindung durch Diffusion hergestellt wird, da die Ladungsträger in einer diffundierten Zone schnell rekombinieren. Dies ist vor allem für die Herabsetzung der Schaltzeiten von Schalttransistoren von Bedeutung, bei denen bisher zu dem gleichen Zweck eine besondere Golddiffusion in die Kollektorzone vorgenommen wurde. Diese Golddiffusion ist jedoch überflüssig, wenn die KoI-Iektorzone bereits durch Diffusion hergestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode mit eingelassener Halbleiterzone oder eines Transistors mit eingelassener Basiszone, bei dem in einen begrenzten Bereich eines Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp Störstellenmaterial, welches jm Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, mit Hilfe einer Diffusionsmaske eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine fensterlose Diffusionsmaske verwendet wird, deren Flächenausdehnung kleiner ist als die Fläche der von ihr teilweise bedeckten Halbleiteroberflächenseite, daß diese Diffusionsmaske auf denjenigen Bereich der Halbleiteroberfläche aufgebracht wird, unter dem die eingelassene Halbleiterzone im Halbleiterkörper vorgesehen ist, und daß das Störstellenmaterial in den nicht von der Diffusionsmaske bedeckten, seitlich an die eingelassene Halbleiterzone angrenzenden Bereich sowie von der Gegenseite aus derart eindiffundiert werden, daß die von den beiden Seiten eindiffundierten Bereiche einander zumindest berühren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsmaske auf den mittleren Bereich der Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgebracht wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Diffusion die vorhandene Diffusionsmaske zur Herstellung der Emitterzone mit einer öffnung versehen wird, durch die die Emitterzone in den von der Diffusion nicht berührten und als Basiszone vorgesehenen Bereich des Halbleiterkörpers eingebracht wird, und daß die Emitter- und die Basiszone auf der einen Oberflächenseite und die Kollektorzone auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite kontaktiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone durch Legieren oder durch Diffusion hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unter der Diffusionsmaske befindliche eingelassene Halbleiterzone durch ein Fenster kontaktiert wird, welches nach der Diffusion in der Diffusionsmaske hergestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsmaske aus einer Oxydschicht besteht

7. Verfahren zum Herstellen eines Transistors nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper ein Halbleitergrundkörper mit einer epitaktischen Schicht auf der einen Oberflächenseite verwendet wird, der die den entgegengesetzten Leitungstyp aufweist wie der Halbleitergrundkörper, daß die Halbleiterzone in die epitaktische Schicht eingelassen wird und daß die Diffusion von der Gegenseite von dem Halbleitergrundkörper aus in die epitaktische Schicht erfolgt.