DE1439758C3 - Verfahren zur Herstellung von Transistoren - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Transistoren mit einer mittels einer
Isolierschicht passivierten Halbleiteroberfläche und mit einer Basiszone, die nicht durch Eindiffusion
dotiert ist. Es sind bereits Legierungstransistoren bekannt, bei denen die Halbleiteroberfläche mittels
einer Isolierschicht passiviert ist und die Basiszone von dem Ausgangshalbleiterplättchen gebildet wird.
Für hochfrequente Anwendungen werden Transistoren hergestellt, in deren Basiszone ein die
Ladungsträger beschleunigendes elektrisches Feld, ein sogenanntes »Driftfeld« eingebaut ist. Dieses
elektrische Feld wird dadurch hervorgerufen, daß die Basiszone des Transistors mit einem Konzentrationsgradienten
versehen wird, was im allgemeinen durch Eindiffusion von Fremdatomen in den verwendeten
Halbleiterkörper erreicht wird. Transistoren mit eindiffundierter Basiszone besitzen im allgemeinen
eine hohe Grenzfrequenz. Unter bestimmten Bedingungen ist es jedoch von Vorteil, Transistoren
mit einer nicht durch Eindiffusion dotierten Basiszone zu verwenden, z. B. im Kleinsignalbetrieb
des Transistors. So haben Transistoren mit einer homogenen Basiszonendotierung bei kleinen Strömen
eine größere Stromverstärkung als Transistoren mit eindiffundierter Basiszone. Bei letzteren ist nämlich
infolge des durchgeführten Diffusionsprozesses 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 durch Eindiffusion dotierter Basiszone bewirkt außerdem das eingebaute
Driftfeld bei sehr kleinen Strömen eine Verminderung der Grenzfrequenz im Gegensatz zum
Verhalten bei größeren Strömen. Transistoren mit nicht durch Eindiffusion dotierter Basiszone besitzen
außerdem eine höhere Emitterdurchbruchsspannung, was ebenfalls von Vorteil sein kann. Mit Hilfe des
bekannten, gewöhnlich angewendeten Verfahrens zur Herstellung von Planartransistoren ist es jedoch
nicht ohne weiteres möglich, einen Transistor mit einer mittels einer Isolierschicht passivierten Halbleiteroberfläche
und mit nicht durch Eindiffusion dotierter Basiszone herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Transistoren mit
einer mittels einer Isolierschicht passivierten Halbleiteroberfläche und mit einer nicht durch Eindiffusion
dotierten Basiszone anzugeben, bei dem die Verfahrensschritte der Verfahren zum Herstellen von
Planartransistoren angewandt werden können, jedoch Transistoren erhalten werden, die den obengenannten
Nachteil einer durch Eindiffusion dotierten Basiszone nicht aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein einkristalliner scheibenförmiger Halbleiterkörper
auf der ersten Scheibenfläche mit einer ersten Isolierschicht und anschließend mit einer
ersten Trägerschicht bedeckt wird, daß dann die zweite Scheibenfläche des Halbleiterkörpers derart
mit Vertiefungen versehen wird, daß ausschließlich voneinander getrennte Bereiche des Halbleiterkörpers
stehenbleiben, daß die stehengebliebenen Bereiche nunmehr so behandelt werden, daß jeweils ein
Kollektor-Basis-pn-Ubergang ausschließlich unter der Oberfläche jedes der stehengebliebenen Bereiche
des Halbleiterkörpers verläuft und an der ersten Isolierschicht endet, wobei jeweils die Kollektorzone
an der Oberfläche jedes der stehengebliebenen Bereiche des Halbleiterkörpers liegt, daß weiterhin die
stehengebliebenen Bereiche des Halbleiterkörpers sowie die bei der Separation der Bereiche des Halbleiterkörpers
freigelegte erste Isolierschicht mit einer zweiten Isolierschicht und diese wiederum mit einer
zweiten Trägerschicht bedeckt wird und daß anschließend die erste Trägerschicht abgetragen und
darauf durch die erste Isolierschicht hindurch jeweils eine Emitterzone in jedem der stehengebliebenen
Bereiche des Halbleiterkörpers erzeugt wird.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Transistoren weisen somit im allgemeinen eine Basiszone
mit einer über ihrem Querschnitt weitgehend homogenen Dotierung auf. Die in den einkristallinen Bereichen
erzeugten pn-Übergänge enden unterhalb der an der Oberfläche der Halbleiterbereiche befindlichen
Isolierschicht, wodurch eine Passivierung des Basis-Kollektor-pn-Überganges gewährleistet ist.
Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von integrierten Halbleiterschaltungen bekanntgeworden,
nach dem in eine Halbleiterscheibe Gräben eingebracht und die Grabenwände anschließend mit G5
einer Oxydschicht überzogen werden. Auf diese Oxydschicht wird polykristaUines Halbleitermaterial
abgeschieden und danach die Halbleiterscheibe von ihrer Unterseite so weit abgetragen, bis voneinander
isolierte einkristalline Halbleiterbereiche, die in das polykristalline Material eingebettet sind, zurückbleiben.
In diese Halbleiterbereiche werden dann Halbleiterbauelemente aller Art eingebracht, wobei
für die Herstellung der Transistoren das bekannte Doppeldiffusionsverfahren vorgesehen ist. Auch bei
diesem Verfahren wird daher die Basiszone durch Eindiffusion dotiert, so daß sich die eingangs genannten
Nachteile einer durch Eindiffusion dotierten Basiszone auch bei diesem bekannten Verfahren
nicht vermeiden lassen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand der Fig. 1 erläutert. Ein
Halbleiterkörper, der z. B. aus einem n-leitenden niederohmigen Substrat 1 und einer dünnen höherohmigen
p-leitenden epitaktischen Schicht 1' vorgegebener Dicke besteht, wird mit einer Isolierschicht
2 und einer Trägerschicht 3, z. B. aus polykristallinem Halbleitermaterial, bedeckt und dann an
seiner Unterseite mit Vertiefungen, z. B. durch einen Ätzprozeß, versehen, derart, daß dort die getrennten
einkristallinen Bereiche 4 stehenbleiben, wie dies die F i g. 1 a zeigt. Nun wird an der Oberfläche der einkristallinen
Bereiche 4 eine η-leitende Schicht 5 z. B. durch Eindiffusion hergestellt, wodurch der pn-übergang
6, der beim Ätzprozeß freigelegt wurde, nach oben umgebogen wird und unter der Isolierschicht 2
endet, wie dies in der Fig. Ib zu sehen ist. Anschließend
wird die Unterseite der Isolierschicht 2 und der stehengebliebenen Halbleiterbereiche 4 mit
einer Isolierschicht 7 und dann mit einer Trägerschicht 8, z. B. aus polykristallinem Halbleitermaterial,
versehen. Man ist jedoch auch in der Lage, auf die Isolierschicht 7 zu verzichten, falls eine
Separation der Halbleiterbereiche 4 gegenüber der Trägerschicht 8 nicht erforderlich ist. Ferner ist es
vorteilhaft, die Trägerschicht 8 nach ihrer Erzeugung noch einzuebnen. Nun wird die Trägerschicht 3 auf
der Oberseite der Isolierschicht 2 z. B. durch selektives Ätzen abgetragen. Danach werden von der
Oberseite der Isolierschicht 2 her die Emitterzone 9 und die niederohmigen Gebiete 10 zum Anschluß
der η-leitenden Kollektorzone unter Anwendung der üblichen Maskierungsverfahren, z. B. durch eine Eindiffusion,
erzeugt, wie dies die F i g. 1 c zeigt. Die Kollektorzone der so hergestellten Transistoren wird
dann an den anschließend hergestellten Öffnungen 11 in der Isolierschicht 2, die p-leitende epitaktische
Basiszone an den hergestellten Öffnungen 12 und die Emitterzone an der Öffnung 13 kontaktiert.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Fig. 2 dargestellt.
Auf eine Halbleiterscheibe 1,1' werden entsprechend zum obigen Ausführungsbeispiel eine Isolierschicht 2
und eine Trägerschicht 3 aufgebracht und die getrennten einkristallinen Bereiche 4 erzeugt. Nun wird
auf den einkristallinen Bereichen 4 eine n-leitende hochdotierte Halbleiterschicht 14 abgeschieden, die
auf den einkristallinen Bereichen 4 epitaxial und auf der Isolierschicht 2 polykristallin aufwächst, wie dies
in der F i g. 2 a zu sehen ist. Da sich die Halbleiterschicht 14 meistens auf der ganzen Isolierschicht 2
abscheidet, wird sie außerhalb des in F i g. 2 b gezeigten Ausschnittes z. B. durch selektives Ätzen
wieder entfernt. Der pn-Ubergang zwischen dem aus der p-leitenden epitaktischen Schicht!' bestehenden
Teil der einkristallincn Bereiche 4 und der n-leiten-
5 6
den epitaktischen Halbleiterschicht 14 diffundiert tegrierten Halbleiterschaltung, bei der die Separation
hierbei und bei den folgenden Wärmebehandlungen der Transistoren bzw. Halbleiterbauelemente gegen-1
bis einige μτα tief in die Basiszone ein, so daß über dem Grundkörper bzw. untereinander durch die
Leckströme infolge Gitterstörungen in der Grenz- Isolierschicht 7 erzielt wird. Wird eine Separation
schicht der Halbleiterschicht 14 zu dem ein- 5 zur Erzielung kleiner Koppelkapazitäten der Halbkristallinen
Bereich 4 hin vermieden werden. Die leiterbauelemente ohnehin angewendet, so wird die
Unterseite der Isolierschicht 2 und der einkristalline Transistorherstellung gegenüber der Herstellung beBereich
4 werden daraufhin mit der Isolierschicht 7 kannter Planartransistoren durch das erfindungs-
und der Trägerschicht 8 bedeckt, und dann wird die gemäße Verfahren wesentlich vereinfacht Im ein-Trägerschicht
3 auf der Oberseite der Isolierschicht 2 io fachsten Fall besteht die Transistorherstellung bei
abgetragen, so daß die in der F i g. 2 b dargestellte dem erfindungsgemäßen Verfahren nämlich nur noch
Anordnung entsteht. Die Kollektorzone 14,1 wird aus der unmaskierten und unkritischen Eindiffusion
jetzt direkt durch die hergestellten Öffnungen 11 zur Erzeugung der einen Teil der Kollektorzone erkontaktiert,
wodurch kleine Kollektorbahnwider- gebenden Halbleiterschicht 5 und der Emitterzonenstände
erzielt werden. Es ist vorteilhaft, die Halb- 15 diffusion, mit der gleichzeitig die einen Teil der
leiterschicht 14 mit einem Dotierungskonzentrations- Kollektorzone ergebenden niederohmigen Gebiete 10
gradienten zu versehen bzw. sie aus einer dünnen erzeugt werden.
mittelohmigen und einer darüber befindlichen dicken Auf die Isolierschicht 7 kann verzichtet werden,
niederohmigen Schicht auszubilden, um auf diese wenn es sich um die Herstellung einzelner Tran-Weise
bestimmte Eigenschaften des Kollektor-Basis- 20 sistoren handelt, die auf ihrer Unterseite z. B. durch
pn-Überganges zu erzielen. Auch für das ver- Auflöten kontaktiert werden. In diesem Fall braucht
wendete niederohmige Halbleitersubstrat 1 kann ein natürlich auch der über das Element hinausragende
Dotierungsprofil vorgesehen werden. Teil der Halbleiterschicht 14 nicht von der Isolier-
Die Fig. 3 zeigt schließlich ein weiteres Aus- schicht 2 entfernt zu werden. Bei der Herstellung
führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 25 von speziellen integrierten Halbleiterschaltungen mit
Es unterscheidet sich von den vorangehenden Aus- kleinen Koppelkapazitäten ist es dagegen zweckführungsbeispielen
dadurch, daß um die Emitter- mäßig, die Halbleiterschicht 14 auch auf der ganzen
zone 9 herum eine ρ+-leitende Zone 15 eindiffundiert Fläche der Isolierschicht 2 stehenzulassen und darauf
wird, d. h. eine Zone mit höherer Dotierung, aber die Isolierschicht 7 und die Trägerschicht 8 zu ergleichem
Leitfähigkeitstyp wie die Basiszone. Die 30 zeugen.
p+-leitende Zone 15, deren Tiefe in bezug auf die Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß die
Emitterzone 9 nicht festgelegt ist, wird dann an der Dicke der einkristallinen Bereiche 4, deren EinÖffnung
12 kontaktiert. Bei diesem Ausführungs- stellung auf einen bestimmten Wert heute noch gebeispiel
werden Transistoren mit kleinen Basiswider- wisse Schwierigkeiten bereitet, die elektrischen Werte
ständen erzielt. Je nachdem, ob einer großen Emitter- 35 der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herdurchbruchsspannung
oder einer Begrenzung der gestellten Transistoren nicht oder so gut wie nicht Injektion im Emitterzonenrandgebiet der Vorzug ge- beeinflußt, wenn der Halbleiterkörper aus einem
geben wird, wird die p+-leitende Zone 15 in einem Substrat mit darauf befindlicher epitaktischer Schicht
bestimmten Abstand von der Emitterzone 9 ·— wie von entgegengesetztem Leitungstyp besteht, da dann
dies die F i g. 3 a zeigt — oder so angeordnet, daß 40 in die Dicke der Basiszone nur die Dicke der
sie die Emitterzone 9 etwas überlappt, wie dies in epitaktischen Schicht V und die Tiefe der Emitterder
F i g. 3 b zu sehen ist. Im letzteren Fall wird die zonendiffusion eingehen. Wird dieser Vorteil nicht
Randkonzentration der Emitterzone 9 herab- und die ausgenutzt, z. B. weil an anderer Stelle des HaIbder
Basiszone heraufgesetzt, was zu einer Ver- leiterscheibchens ein niederohmiges η-leitendes Subringerung
der Injektion im Emitterzonenrandgebiet 45 strat unerwünscht ist, so ist man in der Lage, den
führt. Kollektor-Basis-pn-Übergang auch durch eine ent-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich be- sprechend tieferreichende Diffusion bei der Her-
sonders zur Herstellung von Transistoren in einer in- stellung der Halbleiterschicht 5 zu erzeugen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Transistoren mit einer mittels einer Isolierschicht passivierten
Halbleiteroberfläche und mit einer Basiszone, die nicht durch Eindiffusion dotiert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß ein einkristalliner scheibenförmiger Halbleiterkörper (1, V) auf der
ersten Scheibenfläche mit einer ersten Isolierschicht (2) und anschließend mit einer ersten
Trägerschicht (3) bedeckt wird, daß dann die zweite Scheibenfläche des Halbleiterkörpers (1,V)
derart mit Vertiefungen versehen wird, daß ausschließlich voneinander getrennte Bereiche (4)
des Halbleiterkörpers (1, V) stehenbleiben, daß die stehengebliebenen Bereiche (4) nunmehr so
behandelt werden, daß jeweils ein Kollektor-Basis-pn-Übergang ausschließlich unter der Oberfläche
jedes der stehengebliebenen Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1, V) verläuft und an der
ersten Isolierschicht (2) endet, wobei jeweils die Kollektorzone an der Oberfläche jedes der
stehengebliebenen Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1,1') liegt, daß weiterhin die stehengebliebenen
Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1, V) sowie die bei der Separation der
Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1, V) freigelegte erste Isolierschicht (2) mit einer zweiten
Isolierschicht (7) und diese wiederum mit einer zweiten Trägerschicht (8) bedeckt wird und daß
abschließend die erste Trägerschicht (3) abgetragen und darauf durch die erste Isolierschicht
(2) hindurch jeweils eine Emitterzone (9) in jedem der stehengebliebenen Bereiche (4) des
Halbleiterkörpers (1,1') erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als scheibenförmiger Halbleiterkörper
eine niederohmige Einkristallscheibe vom einen Leitfähigkeitstyp mit einer darauf befindlichen
höherohmigen epitaktischen Schicht von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Übergänge unter der
Oberfläche der stehengebliebenen Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1,1') durch allseitige Eindiffusion
eines Störstellenstoffes in die freigelegten Oberflächenseiten der stehengebliebenen
Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1, V) erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Übergänge unter der
Oberfläche der stehengebliebenen Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1,1') durch Abscheiden
einer hochdotierten Halbleiterschicht (14) auf die freigelegten Oberflächenseiten der stehengebliebenen
Bereiche (4) des Halbleiterkörpers (1,1') hergestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene hochdotierte
Halbleiterschicht (14) mit einem Dotierungskonzentrationsgradienten versehen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach
der Abtragung der ersten Trägerschicht (3) niederohmige Gebiete (10) von der Seite der
ersten Isolierschicht (2) her in die stehengebliebenen Bereiche (4) des Halbleiterkörpers
eindiffundiert werden, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Kollektorzone aufweisen
und mit dieser eine zusammenhängende Zone bilden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach
der Abtragung der ersten Trägerschicht (3) in die Basiszone in den stehengebliebenen Bereichen (4)
des Halbleiterkörpers (1,1') jeweils ein niederohmiges Gebiet (15) von gleichem Leitfähigkeitstyp eindiffundiert wird, an dem dann die Basiszone
kontaktiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das niederohmige Gebiet (15) an der von der ersten Isolierschicht (2) bedeckten
Oberfläche des stehengebliebenen Bereiches (4) des Halbleiterkörpers in einem bestimmten Abstand
von der Emitterzone oder so angeordnet wird, daß es die Emitterzone überlappt.
9. Verfahren zur Herstellung einer Festkörperschaltung,
bei der in einen Trägerkörper als Transistoren ausgebildete einkristalline Halbleiterbereiche
mit dazwischen befindlicher Isolierschicht eingebettet sind und sich auf der Oberfläche
der Festkörperschaltung eine weitere Isolierschicht befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Transistoren nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt werden.
10. Abgeändertes Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die als Transistoren
ausgebildeten einkristallinen Halbleiterbereiche (4) ohne Zwischenlage der zweiten
Isolierschicht (7) in die zweite Trägerschicht (8) eingebettet sind.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |