DE1514401A1 - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Description
Titel : Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung Title: Method of Manufacturing a Semiconductor Device
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit mindestens drei Zonen von abwechselnd unterschiedlichem Leitungstyp ist es auf Grund des Standes der Technik möglich, die mittlere Zone von entgegengesetztem Leitungetyp durch Eindiffundieren eines den Leitungstyp der mittleren Zone bestimmenden Aktivators vorzunehmen, indem zunächst der Leitungstyp der die beiden äußeren Zonen bildenden Halbleiterbereiche festgelegt und erst dann der den Leitungstyp und die Leitfähigkeit der mittleren Zone bestimmende Aktivator ohne Änderung des Leitungetyps der beiden äußeren Zonen in den Halbleiterkristall eindiffundiert wird. Dieses Verfahren kann mit der Herstellung einer Hesastruktur verbunden sein.In the manufacture of semiconductor arrangements with at least three zones of alternately different conductivity types, it is on Due to the prior art possible, the middle zone of the opposite line type by diffusing one of the Make the conduction type of the middle zone determining activator by first determining the conduction type of the two outer zones defining semiconductor regions and only then that which determines the conductivity type and conductivity of the central zone Activator is diffused into the semiconductor crystal without changing the line type of the two outer zones. This method can be associated with the production of a hesa structure.
Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einer inneren Zone des einen Leitungstyps und zwei diese innere Zone begrenzenden äußeren Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp, bei dem an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls des einen Leitungstyps eine Zone vom gleichen Leitungstyp, aber stärkerer Dotierung erzeugt und durch diese Zone ein den entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufender Aktivator in einer solchen Konzentration durch die Zone höheren Leitungstype hindurch zum Eindiffundieren gebracht wird, daß ein an die höher dotierte Zone angrenzender Bereich des niedriger dotierten Materials seinen Leitungstyp ändert und eine zwischen zwei Zonen vom gleichen Leitungstyp angeordnete Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp entsteht, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die höher dotierte Zone nur an der Kuppe eines mesaartigen Vorsprungs des Halbleiterkristalls erzeugt und die mittlere Zone durch Eindiffundieren des die mittlere Zone bildenden Dotierungsstoffs sowohl auf der Oberfläche der Mesa als auch auf der Umgebung der Mesa an der gleichenIn contrast, the present invention relates to a method for producing a semiconductor device having an inner zone of the one conductivity type and two delimiting this inner zone outer zones of opposite conductivity type, in which on the surface of a semiconductor crystal of one conductivity type a zone of the same conductivity type, but more heavily doped, and through this zone an activator causing the opposite conductivity type in such a concentration the zone of higher conduction type is caused to diffuse through that a region adjoining the more highly doped zone of the lower doped material changes its conductivity type and one is arranged between two zones of the same conductivity type Zone of the opposite conductivity type arises, which is characterized according to the invention in that the more highly doped Zone only at the tip of a mesa-like protrusion of the semiconductor crystal generated and the middle zone by diffusion of the dopant forming the middle zone both on the surface the mesa as well as on the area around the mesa at the same
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Gegenüber der üblichen Mesastruktur erzielt man auf diese Weise bei der Herstellung eines Transistors den Torteil, daß man einen niedrigen Basieanachlußwiderstand erzielt, ohne die Hochfrequenzeigenschaften des Emitters zu verschlechtern· Ähnliches gilt auch im Hinblick auf die Planartechnik.Compared to the usual mesa structure, this is the way to achieve this In the manufacture of a transistor, the goal is that a low base connection resistance is achieved without impairing the high-frequency properties of the emitter. The same applies also with regard to planar technology.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man von einem scheibenförmigen Grundkristall des einen Leitungstyps, z. B. aus Germanium oder Silicium, aus und läßt an der einen Seite dieses Grundkristalle einen den gleichen leitungβtyp erzeugenden Aktivator derart eindiffundieren, daß die Diffusionsfront die gegenüberliegende Seite des Haibleiterkristails nicht erreicht und somit nur eine im Vergleich zu dem von diesem Diffueionsprozeß nicht beeinflußten Grundmaterial gebildete höher dotierte Zone vom gleichen Leitungstyp, also eine nn+- oder eine pp+- Struktur erhalten wird. Dann wird unter Anwendung der modernen Maskierungstechnik eine Mesa geätzt und dabei beiderseits der entstehenden Mesa das Material der vordotierten Zone insbesondere vollständig wieder weggeätzt. Schließlich wird der die mittlere Zone, d. h. die Basiszone des zu erzeugenden Iransietors, hergestellt, indem an der mit der Mesa versehenen Seite der Halbleiterscheibe ein den entgegengesetzten Leitungstyp zu den bisher dotierten Zonen hervorrufender Aktivator auf der Oberfläche der Mesa und in einem ringförmig die Mesa umgebenden Bereich eindiffundiert wird.To carry out the method according to the invention, one starts from a disk-shaped base crystal of one conduction type, e.g. B. made of germanium or silicon, and leaves on one side of this basic crystal a conduction type producing the same Diffuse activator in such a way that the diffusion front does not reach the opposite side of the semiconductor crystal and thus only one which is more highly doped than the base material which is not influenced by this diffusion process Zone of the same conductivity type, ie an nn + or a pp + structure is obtained. Then using the modern Masking technique etched a mesa and in particular the material of the predoped zone on both sides of the resulting mesa completely etched away again. Finally, the middle zone, i. H. The base zone of the Iranian gate to be produced is produced by an activator on the surface of the semiconductor wafer which is of the opposite conductivity type to the previously doped zones on the side of the semiconductor wafer provided with the mesa Mesa and is diffused in a ring-shaped area surrounding the mesa.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Figuren 1-3 beschrieben.The method according to the invention is described with reference to FIGS. 1-3.
In Pig. 1 bedeutet 1 den Halbleitergrundkristall, der dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird. Zunächst wird von einer Seite her - gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Maskierungen - ein den Leitungstyp des Grundkristalle erzeugender zusätzlicher Aktivator derart eindiffundiert, daß eine stärker als der Bereich 3 des unbeeinflußten Grundmaterials dotierte Zone 2 vom gleichen Leitungstyp entsteht (diese Forderung kann, wenn nämlich das Grundmaterial bis zur Sättigung dotiert ist, die Verwendung eines anderen Aktivatore erforderlich maohen). In die obere Zone 2 wird nun - gegebenenfalls wiederum unter Verwendung an sich bekannter Maskierungen - der den Leitungstyp der mittlerenIn Pig. 1 denotes the semiconductor base crystal which is subjected to the method according to the invention. First of all, from one Side here - optionally using suitable masking - an additional activator generating the conductivity type of the base crystals diffuses in such a way that one is stronger than the Area 3 of the unaffected base material, doped zone 2, of the same conductivity type arises (this requirement can, namely, if the base material is doped to saturation, make the use of a different activator necessary). In the The upper zone 2 is now - if necessary again using masking known per se - the conductivity type of the middle
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Zone hervorrufend· Dotierungsstoff derart tindiffundiert, daß sich, der in der figur an der Seite des Kristalls mit Klammern 4 bezeichnete Bereich, in den entgegengesetzten Leitungstyp umdotiert· Dieser Bereich 4 soll den Bereich des nichtdotierten (Jrundmaterials und die Zone 2 voneinander trennen. Dabei ist notwendig, daß die Dotierung der Zone 2, wenigstens in einem Teil dieser Zone, durch den nachfolgenden Diffusionsprozeß nicht in "den entgegengesetzten Leitungstyp umschlägt· Es wird ferner verständlich* daß es zumindest zweckmäßig ist» wenn mindestens ein feil der für die Überdotierung der Zone 2 verwendeten Aktivatoren eine kleinere Diffusionsgeschwindigkeit als der für die Erzeugung der mittleren Zone dienende Aktivator aufweist. Aus diesem Grund wird man mindestens einen feil der zur Dotierung der die Zonen 3 und 4 bildenden Bereiche zu verwendenden, gegensinnig wirkenden Aktivatoren derart wählen, daß sich ihre Diffusionskoeffizienten möglichst stark voneinander unterscheiden, weil man dann bei der zweiten Diffusion die Gewähr hat, daß die Front des die Zone 2 bestimmenden Aktivatore möglichst bald hinter der (in Häherung die Grenze zwischen dem verbleibenden Grundmaterial 3 und der Zone 4 bildenden) Diffusionsfront des die mittlere Zone bestimmenden Aktivators zurückbleibt.Zone causing · Dopant diffused in such a way that the area marked with brackets 4 in the figure on the side of the crystal is redoped into the opposite conductivity type · This area 4 is intended to separate the area of the undoped (basic material and zone 2 from each other It is necessary that the doping of zone 2, at least in part of this zone, does not change into "the opposite conductivity type" due to the subsequent diffusion process · It is also understandable * that it is at least expedient if at least one of the factors responsible for overdoping zone 2 For this reason, at least one of the counteracting activators to be used for doping the areas forming zones 3 and 4 will be chosen so that their diffusion coefficients are as close as possible differ greatly from each other , because during the second diffusion one then has the guarantee that the front of the activator determining zone 2 will remain as soon as possible behind the diffusion front of the activator determining the middle zone (which approximates the boundary between the remaining base material 3 and zone 4).
Dementsprechend lassen sich, z. B. für Germanium, nach diesem Prinzip unter anderem die Kombination Ga-Sb, Al-Sb, Cu-P und für Silicium die Kombinationen Al-As und P-B verwenden. Dabei hat die erstgenannte Komponente stets die größere Diffusionsgeschwindigkeit· Die Dotierungsstoffe werden in einer solchen Konzentration angewendet, daß nach Beendigung des zweiten, der Erzeugung der mittleren Zone dienenden Diffusionsprozesses 1. die Konzentrationssumme der Grunddotierung und der gleichsinnig mit ihr wirkenden Komponente der Zusatzdotierung an der Oberfläche der Zone 2 merklich größer als die Konzentration der dort gleichfalls vorhandenen und von dem zweiten Diffusionsprozeß herrührenden gegenläufigen Dotierung ist und 2. die den Leitungstyp der mittleren Zone bestimmenden Störstellenkonzentration außerhalb des Bereiches der Zone 2 ausreichend wird, um die Grunddotierung merklich in die gegenläufige Dotierung umschlagen zu lassen. Es ist außerdem klar, daß die Diffusion nur so lange durchgeführt werden darf, daß sich zwar eine Zone 4 aus dem Grundmaterial bildet, daß aber andererseits nicht die Zone 3 vollkommen zugunsten der Zone verschwindet.Accordingly, z. B. for germanium, according to this principle among other things the combination Ga-Sb, Al-Sb, Cu-P and for Silicon use the combinations Al-As and P-B. The first-mentioned component always has the greater diffusion speed. The dopants are applied in such a concentration that after the second, the generation the diffusion process serving the middle zone 1. the concentration sum of the basic doping and that in the same direction as it acting component of the additional doping on the surface of zone 2 is noticeably greater than the concentration of the same there is present and originating from the second diffusion process opposite doping and 2. the impurity concentration outside the which determines the conductivity type of the middle zone Area of zone 2 is sufficient to let the basic doping change noticeably into the opposite doping. It is also clear that the diffusion may only be carried out so long that a zone 4 is formed from the base material that but on the other hand the zone 3 does not completely disappear in favor of the zone.
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lach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun nach Erzeugung der Zone 2, die durch Eindiffundieren von Gallium oder Aluminium in einen p-leitenden Grundkristall 1 bevorzugt erzeugt wird, nicht sofort die Zone 4 erzeugt, sondern entsprechend yig. 2 eine Mesa herausgeätzt. Dies geschieht, indem man den Halbleiterkristall mit einer Xtzmaske 5 an der Oberfläche der Zone 2 an der für den Emitter bestimmten mittleren Stelle bedeckt| Sann wird der übrige Heil der Zone 2, wie dies aus Pig. 2 ersichtlich ist, bis zu einer gewünschten günstigen Tiefe in das Grundmaterial 3 hinein weggeätzt. Erst dann erfolgt die Herstellung der η-leitenden Zone 4 durch Eindiffundieren von Antimon oder Arsen aus der Gasphase. Schließlich können die einzelnen Zonen des auf diese Weise erhaltenen Transietors mit Elektroden 7, 8, 9, vorzugsweise durch Aufdampfen, versehen werden, die dann nach der Fertigstellung des Transistors durch Thermokompression oder Leitbahnen sperrfrei kontaktiert werden. Bei Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial geht man zweckmäßig von p-leitendem Material aus, in dem die Zone 2 durch Eindiffundieren von Gallium hervorgerufen wird. Zu diesem Zweck wird dann eine mehrstündige Diffusion, z. B. etwa fünf Stunden, bei einer Temperatur von 780 - 800° C empfohlen. Es entsteht dann eine Zone 2 von etwa 0,3 - 0,4/u Stärke in dem einheitlich p-leitenden, z. B. auf 0,3 0hm.cm dotierten Grundkristall. Die nachfolgende Diffusion mit Antimondampf erfolgt z. B. bei etwa 650° C und führt in etwa drei Stunden zu einer Zone 4 von etwa 2/u Tiefe.lach the method according to the invention is now after generating the Zone 2, which is preferably produced by diffusing gallium or aluminum into a p-conducting base crystal 1, does not zone 4 is generated immediately, but rather yig accordingly. 2 a mesa etched out. This is done by using the semiconductor crystal of an Xtz mask 5 on the surface of zone 2 at the central point intended for the emitter The rest will be Hail of zone 2, like this from Pig. 2 can be seen, up to one desired favorable depth etched away into the base material 3. Only then is the η-conductive zone 4 produced by diffusing antimony or arsenic from the gas phase. Finally, the individual zones of the transit door obtained in this way can be provided with electrodes 7, 8, 9, preferably by vapor deposition, which then after the completion of the The transistor can be contacted without blocking by thermocompression or interconnects. If germanium is used as the semiconductor material, it is expedient to start from p-conductive material, in which zone 2 is caused by the diffusion of gallium. For this purpose, a diffusion of several hours, e.g. B. about five hours at a temperature of 780 - 800 ° C is recommended. This creates a zone 2 with a thickness of about 0.3-0.4 / u in the uniformly p-type, e.g. B. doped to 0.3 ohm cm Basic crystal. The subsequent diffusion with antimony vapor takes place z. B. at about 650 ° C and leads to one in about three hours Zone 4 of about 2 / u depth.
Die Zone 2 wird als Emitter, die Zone 4 als Basis und die Zone 3 des ursprünglichen Grundmaterialβ als Kollektor betrieben. Die für den Betrieb erforderliche Emitterelektrode 7, die Basiselektrode 8 sowie die als Kollektorelektrode dienende metallische Grundplatte 9 werden nach bekannten Gesichtspunkten hergestellt. Zu bemerken ist noch, daß die Herstellung der hochdotierten Zone 2 auch durch Epitaxie möglich ist.Zone 2 is used as the emitter, zone 4 as the base and zone 3 of the original base material as a collector. the Emitter electrode 7 required for operation, the base electrode 8 and the metallic one serving as the collector electrode Base plate 9 are manufactured according to known principles. It should also be noted that the production of the highly doped Zone 2 is also possible through epitaxy.
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