DE1439758A1 - Verfahren zur Herstellung passivierter Transistoren mit nichtdiffundierter Basiszone in einem Halbleiterkoerper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung passivierter Transistoren mit nichtdiffundierter Basiszone in einem HalbleiterkoerperInfo
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Description
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft 1439758
m, b. H.
Ulm (Donau), Elisabethenstraße 3
Ulm (Donau), Elisabethenstraße 3
Ulm (Donau), den 17· Dez. FB/Pt-Ul/Be U 23/64
Verfahren zur Herstellung passivierter Transistoren mit nichtdiffundierter Basiszone in einem Halblei-
terkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung passivierter
Transistoren mit nichtdiffundierter Basiszone in einem Halb
leiterkörper·
In der Halbleitertechnik werden für hochfrequente Anwendungen Transistoren hergestellt, in deren Basiszone ein die Ladungsträger
beschleunigendes elektrisches Feld, ein sog. "Driftfeld" eingebaut ist. Dieses elektrische Feld wird dadurch hervorgerufen,
daß die Basiszone des Transistors mit einem Konzentrations gradienten versehen wird, was im allgemeinen durch Eindiffusion
von Fremdatomen in den verwendeten Halbleiterkörper erreicht
wird« Transistoren mit diffundierter Basis besitzen im allge-
OFHQINAL-
meinen eine hohe Grenzfrequenz· Unter bestimmten Bedingungen
ist es jedoch von Vorteil, Transistoren mit nichtdif fundierter Basiszone zu verwenden, z. B, im Kleinsignalbetrieb des
Transistors, So haben Transistoren mit undiffundierter Basiszone bei kleinen Strömen eine größere Stromverstärkung als
Transistoren mit diffundierter Basiszone« Bei letzteren ist nämlich infolge des durchgeführten Diffusionsprosesses eine
gewisse Störung des Kristallgitters hervorgerufen worden,
die sich in einer Erhöhung der Ladungsträgerrekombination und damit in einer Verringerung der Stromverstärkung bei
kleinen Strömen bemerkbar macht. Bei Transistoren mit diffundierter
Basis bewirkt außerdem das eingebaute Driftfeld bei sehr kleinen Strömen eine Verminderung der Grenzfrequenz im
Gegensatz zum Verhalten bei größeren Strömen. Transistoren mit nichtdif fundierter Basis besitzen außerdem eine höhere
ümitterdurchbruchsspannung, /was ebenfalls von Vorteil sein
kann. Mit Hilfe des gewöhnlich angewendeten Planarverfahrens
zur Herstellung von Transistoren ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, einen passivierten Transistor mit undiffundierter
Basiszone herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung passivierter Transistoren mit nichtdiffundierter
Basiszone anzugeben, ärfindungsgemäß wird die -ufgabe dadurch
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gelöst, daß ein Verfahren zur Herstellung paesivierter Traneistoren
mit nichtdiffundierter Basiszone in einem Halbleiterkörper vorgeschlagen wird, bei dem der Halbleiterkörper
mit einer Isolierschicht und anschließend mit einer Trägerschicht bedeckt wird, dann der Halbleiterkörper an seiner
Unterseite mit Vertiefungen versehen wird, derart, daß separierte einkristalline Bereiche stehen bleiben, nun unter
der Oberfläche dieser einkristallinen Bereiche pn-tibergänge
erzeugt werden, daraufhin die Unterseite der Halbleiteranordnung mit einer Isolierschicht und dann mit einer !Trägerschicht
versehen wird, danach die Trägerschicht auf der Oberfläche der Anordnung abgetragen wird und abschließend
von der Oberseite der Anordnung her Emitterzonen in den einkristallinen Bereichen erzeugt «erden. Erfindungsgemäß enden
die in den einkristallinen Bereichen erzeugten pn-lJbergänge
unterhalb der an der Oberfläche der Anordnung befindlichen Isolierschicht, wodurch eine Passivierung des Basis-Kollektorpn-Überganges
gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet also die Herstellung eines passivierten Transistors
mit nichtdiffundierter Basiszone.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrene sei anhand der Fig. 1 erläutert. Ein Halbleiterkörper, der s. B.
aua einem η-leitenden niederohmigen Substrat 1 und einer diin-
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nen höherohmigen ζ. B. p-leitenden epitaktischen Schicht 1*
vorgegebener Dicke besteht, wird mit einer Isolierschicht 2 und einer Trägerschicht J s. B. aus polykristallinem Halbleitermaterial
bedeckt und dann an seiner Unterseite mit Vertiefungen z. B. durch einen Atzprozeß versehen, derart,
daß dort die separierten einkristallinen Bereiche 4- stehen
bleiben, wie dies die Fig. 1a zeigt, Nun wird ,an der Oberfläche
der einkristallinen Bereiche eine z. B« n-leitende
Schicht 5 a« B. durch Diffusion hergestellt, wodurch der
pn-libergang 6, der bei dem Ätzprozeß freigelegt wurde, nach
oben umgebogen und durch die Isolierschicht 2 passiviert wird, wie dies in der Fig« 1b zu sehen ist. Anschließend
wird die Unterseite der Halbleiteranordnung mit einer Isolierschicht 7 und dann mit einer Trägerschicht δ ζ. B. aus
polykristallinem Halbleitermaterial versehen« Man ist jedoch gemäß der Erfindung auch in der Lage, die Isolierschicht 7
fortzulassen, falls eine Separation der Halbleiterbereiche gegenüber dem Trägerkörper nicht erforderlich ist. Erfindungs*
gemäß ist es möglich, die Trägerschicht 8 nach ihrer Erzeugung noch einzuebnen. Nun wird die Trägerschicht 3 auf der
Oberfläche der Halbleiteranordnung z, B. durch selektives Ätzen abgetragen. Danach werden von der Oberseite der Halbleiteranordnung
her die Emitterzonen 9 und die niederohmigen Bereiche 1o zum ^inechluß der Kollektorzone 5 unter Anwendung
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BAD ORIGfNAl,
BAD ORIGfNAl,
der üblichen Maskierung ever fahren a. B. durch eine n-Diffusion
erseugt, wie dies die Fig. 1c zeigt. Die Kollektorzone
der 80 hergestellten Transietüranordnung wird dann an den
anschließend hergestellten Öffnungen 11 in der Isolierschicht
2, die Basissone an den hergestellten öffnungen 12 und die
Emitterzone an der Öffnung 13 kontaktiert.
Ein anderes nusführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der Fig. 2 dargestellt. Auf einen Halbleiterkörper werden nieder analog zum obigen Ausführungsbeispiel
eine Isolierschicht 2 und eine Trägerschicht 5 aufgebracht und die separierten einkristallinen Bereiche 4 erzeugt. Nun
wird auf den einkristallinen Bereichen 4 eine z« B. n-leitende
hochdotierte Halbleiterschicht 14 abgeschieden, die
auf den einkristallinen Bereichen 4 epitaxial und auf der Isolierschicht 2 polykristallin aufwächst, viie dies in der
Fig. 2a BU sehen ist. Sa sich die Schicht 14 meistens auf
der ganzen Isolierschicht 2 abscheidet, wird sie außerhalb des in Fig. 2b gezeigten Bereiches z. B. durch selektives
Ätzen wieder entfernt· Der pn-übergang zwischen dem Basismaterial
1* und der aufgewachsenen Schicht 14 diffundiert hierbei und bei den folgenden Wärmebehandlungen 1 bis einige
ax tief in die Basiszone 1* ein, so daß Leckströme infolge
Gitfceretörungen in der Grenzschicht vermieden werden. Die
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Halbleiteranordnung wird daraufhin auf ihrer Unterseite mit
der Isolierschicht ? und der Trägerschicht 8 bedeckt und dann die Trägerschicht 3 auf der Oberfläche der Anordnung
abgetragen, so daß die in der Fig. 2b dargestellte Anordnung entsteht. Die Kollektorzone 14-1 wird jetzt direkt durch die
hergestellten Öffnungen 11 kontaktiert, wodurch kleine Kollektorbahnwiderstände
erzielt werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Schicht 14 mit einem Dotierungskonzentrationsgradienten
zu versehen bzw. sie aus einer dünnen mittelohmigen und einer darüber befindlichen dicken niederohmigen
Schicht auszubilden, um auf diese ./eise bestimmte Eigenschaften
der Kollektorsperrschicht zu erzielen. Das gleiche gilt auch für den verwendeten Halbleiterkörper 1, der gegebenenfalls
niederohmig mit einem geeigneten Dotierungsprofil gewählt
wird.
Die Fig. 3 zeigt schließlich ein weiteres ^usführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist gegenüber den obigen »usführungsbeispielen dadurch gekennzeichnet, daß um die Emitterzone
9 herum eine p+-Zone 15 eindiffundiert wird, d.h. eine
Zone mit höherer Dotierung aber gleichem Leitfähigkeitatyp wie die Basiszone. Die Zone 15, deren Tiefe in bezug auf den Emitter
nicht festgelegt ist, wird dann an der Öffnung 12 kontaktiert. Mit Hilfe dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsge-
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mäßen Verfahrens werden kleine Basiswiderstände erzielt. Je
nachdem) ob einer großen Emitterdurchbruchsspannung oder
einer Begrenzung der Emission im Emitterrandgebiet der Vorzug gegeben wird, wird die Zone 15 in einem bestimmten Abstand
vom Emitter 9 - wie dies die Fig. 3a zeigt « oder so angeordnet, daß sie den Emitterbereich· etwas überlappt,
wie dies in der Fig. 3b zu sehen ist. Im letzteren Fall wird die Emitterrandkonzentration herab- und die zugehörige Basiskonzentration
he rauf ge SEbzt, was zu einer Verringerung der
Emission im Emitterrandgebiet führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung passivierter Transistoren in einer Festkörperschaltung,
bei der die Separation der Transistoren bzw. Halbleiterbauelemente gegenüber dem Grundkörper bzw. untereinander
durch die Isolierschicht 7 erzielt wird. Wird dieses Separationsverfahren zur Erzielung kleiner Koppelkapazitäten
der Halbleiterbauelemente ohnehin angewendet, so Wird die Transistorherstellung gegenüber normalen Planartransistoren
durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich vereinfacht· Im einfachsten Fall besteht die Transistorherstellung bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren nämlich nur noch aus der unmaskierten -and. xadtv•'.tisehen Diffusion.zur Erzeugung der Diffusionszone*
.5 und der Emitterdiffusion, die gleichzeitig die Zonen
erzeugt.
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BAD ORIGtNAi.
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Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich., die Isolierschicht
7 fortzulassen, und zwar in dem Fall, wenn es sich um die Herstellung einzelner Transistoren handelt, die auf ihrer Unterseite z. B. durch Auflöten kontaktiert werden. In diesem Fall
"braucht natürlich auch der über das Element hinausragend· Teil
der Schicht 14 nicht von der Isolierschicht 2 entfernt werden. Bei der Herstellung von speziellen Festkörper- oder Hybridschaltungen
mit kleinen Koppelkapazitäten ist es dagegen zweckmäßig , die Schicht 14 auch auf der ganzen Fläche der Isolierschicht
2 stehen zu lassen und darauf die Isolierschicht 7 und die Trägerschicht θ zu erzeugen»
Erfindungsgemäß ist man auch in der Lage, die in den Ausführungsbeispielen
der Erfindung angegebene npn-otruktur umzukehren, d. h„ eine pnp-Struktur herzustellen.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Dicke der einkristallinsn Inseln 4, deren Einstellung auf einem bestimmten
Wert heute noch gewisse Schwerigkeiten bereitet, die elektrischen v/erte des erfindungsgemäßen Transistors nicht
oder so gut wie nicht beeinflußt, wenn der Halbleiterkörper aus einem Substrat mit darauf befindlicher Epitaxialschicht
von entgegengesetztem Leitungstyp besteht, daijdann in die
Basisweite nvx die Dicke der epitaktischen Schicht 1· und
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BAD ORIGINAL
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die Tiefe der Emitterdiffusion eingehen, wird dieser Vorteil
nicht ausgenutzt, s. B. weil an anderer Stelle dee Halbleiterscheibchens ein niederohmiges oder n-leitendes Substratmaterial unerwünscht ist, so ist man erfindungsgemäß auch in
der Lage, den pn-übergang 1-1 · auch durch sine entsprechend tiefere Diffusion bei der Herstellung der Diffusionezone 5
eu erseugen.
- 1o -
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V ^ BADOFWGINAL
Claims (1)
- - 1ο -Patentansprüche1. Verfahren zur Herstellung passivierter Transistoren mit nichtdiffundierter Basiszone in einem Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit einer Isolierschicht und anschließend mit einer Trägerschicht bedeckt wird, dann der Halbleiterkörper an seiner Unterseite mit Vertiefungen versehen wird, derart, daß separierte einkristalline Bereiche stehen bleiben, nun unter der Oberfläche dieser einkristallinen Bereiche pn-Übergänge erzeugt werden, daraufhin die Unterseite der Halbleiteranordnung mit einer Isolierschicht und dann mit einer Trägerschicht vorsehen wird, danach die Trägerschicht auf der Oberfläche dor Anordnung abgetragen wird und abschließend von der Oberseite der Anordnung her Emitterzonen in den einkristallinen Bereichen erzeugt werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet} daß als Halbleiterkörper ein niederohmiges Substrat mit einer darauf befindlichen höherohmigen epitaktischen Schicht von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp verwendet wird.- 11 -909843/0369BAD ORIGINALU397583· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Ubergänge unter der Oberfläche der einkristallinen Bereiche durch einen DiffueionsprozeB erzeugt «erden.4> Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Ifbergänge unter der Oberfläche der einkristallinen Bereiche durch Abscheiden einer hochdotierten Halbleiterschicht hergestellt «erden.5« Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet! daß die abgeschiedene hochdotierte Halbleiterschicht mit einem Dotierungskonzentrationsgradienten versehen wird.6. Verfahren nach einem der vorhergehenden .ansprüciie, dadurch gekennzeichnet, daß niederohmige Bereiche von der Oberseite der Anordnung her in die einkristallinen Bereiche eindiffundiert werden, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Kollektorbahngebiete der Transistoren aufweisen und mit diesen in Verbindung stehen«.7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basiszone der Transistoren niederohxaige Zonen von gleichem Leitfähigkeitstyp eindiffundiert werden, an denen dann eine Kontaktierung der Basiszonen erfolgt«- 12 -909843/0369 BAD ORIQINAI.U397588. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß die nieder ohmigen Zonen in einem bestimmten Abstand von den Emit* terzonen oder so angeordnet werden, daß sie die Emitterzonen überlappen.9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Halbleiteranordnung nur mit einer Trägerschicht versehen wird·10. Eine mit Hilfe des Verfahrens gemäß Anspruch 1 hergestellte Halbleiteranordnung, bestehend aus einem Trägerkörper, darin eingebetteten einkristallinen Halbleiterbereichen mit dazwischen befindlicher Isolierschicht, einer auf dar Oberfläche der Anordnung befindlichen Isolierschicht und in den einkristallinen Halbleiterbereichen erzeugten Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite und den cieitenwänden der einkristallinen ialbleiterbereiche Gebiete mit gegenüber den Halbleiterbereichen entgegengesetztem Leitfähigkeit β typ angeordnet sind, derart, daß die an der Unterseite angeordneten Gebiete in einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche der Halbleiteranordnung liegen·11· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß niederohmige Bereiche vom gleichen Leitfähigkeitstyp- 13 -909843/0369
BADv/ie die Kollektorbahngebiete an der Oberseite der Halbleiteranordnung in den einkristallinen Halbleiterbereichen angeordnet sind, derart} daß diese niederohmigen Bereiche mit den Kollektorbahngebieten der Halbleiteranordnung in Verbindung stehen·12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmigen Gebiete an der Unterseite der einkristallinen Hableiterbereiche mit einem Dotierungskonzentrationsgradienten versehen sind.13· Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1o bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Basiszonen der Halbleiteranordnung niederohmige Zonen vom gleichen Leitfähigkeitstyp angeordnet sind·14, Halbleiteranordnung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmigen Zonen in einem bestimmten Abstand von den Emitterzonen oder so angeordnet sind,, daß sie die Emitterzonen überlappen.A% Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1o bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einkristallinen Halbleiterbereiche direkt im Trägerkörper eingebettet sind.909843/0319- * -; C- ■ ■ ■BAD ORIGINAL·' * "
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