DE1514401C

DE1514401C - Method for manufacturing a semiconductor device

Info

Publication number: DE1514401C
Application number: DE19651514401
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys 8000 München Meer Winfried Dipl Phys 8011 Hohenbrunn Heißing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-02-11
Filing date: 1965-02-11
Publication date: 1973-08-30

Description

Die Erfindung betrifft 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 höherer Dotierungskonzentration 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 des gleichen Leitungstyps angeordnete Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp entsteht.The invention relates to a method for producing a semiconductor arrangement with an inner zone of one type of conduction and two outer zones of the opposite one that delimit this inner zone Conductivity type, in which on the surface of a semiconductor crystal of one conductivity type a zone of the same conductivity type, but with a higher level of doping, and through this zone an opposite one Activator causing conductivity type in such a concentration due to the zone of higher doping concentration is brought through to diffuse in that a region of the lower doped material adjoining the more highly doped zone changes its conduction type and one arranged between two zones of the same conduction type Zone of the opposite conductivity type arises.

Solche Verfahren sind an sich bekannt. Sie können auch zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit Mesastruktur Anwendung finden.Such methods are known per se. You can also use to manufacture semiconductor devices Find mesa structure application.

Es ist nun das Ziel der Erfindung, den Vorteil schmaler und deshalb für die Hochfrequenzeigenschaften des Elements günstiger mittlerer Zonen, z. B. Basiszonen bei einem solchen Transistor, mit dem Vorteil eines niedrigen Kontaktanschlußwiderstandes, z. B. Basisanschlußwiderstandes, zu kombinieren. Man erreicht dadurch einen entscheidenden Vorteil gegenüber den üblichen Mesastrukturen. \% Ähnliches gilt auch im Hinblick auf die nach der Planartechnik hergestellten Halbleiteranordnungen.It is now the aim of the invention to take advantage of narrow and therefore more favorable middle zones for the high frequency properties of the element, e.g. B. base zones in such a transistor, with the advantage of a low contact resistance, z. B. base terminal resistor to combine. This gives you a decisive advantage over conventional mesa structures. \% The same also applies with regard to the semiconductor arrangements manufactured according to planar technology.

Um dieses Ziel zu erreichen wird gemäß der Erfindung vorgesehen, 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 Aktivators sowohl in die Oberfläche der Mesa als auch in die Umgebung der Mesa an der gleichen Seite des Halbleiterkristalles erzeugt wird.To achieve this goal, it is provided according to the invention that the more highly doped zone only generated at the tip of a mesa-like projection of the semiconductor crystal and the middle zone by diffusing the activator forming the middle zone both into the surface of the mesa as well as in the vicinity of the mesa on the same side of the semiconductor crystal.

Sonst ist es bei der Herstellung vonMesatransistoren üblich, den Basis-Kollektor-Übergang durch ganzflächiges Eindiffundieren von entsprechendem Aktivatormaterial in einer Halbleiterscheibe als ersten Schritt und erst dann die Mesa durch maskierte Ätztechnik zu erzeugen. Dabei bleibt, wie z. B. nach der deutschen Auslegeschrift 1163981, der pn-Übergang ausschließlich auf das Gebiet der Mesa beschränkt. Otherwise it is in the manufacture of Mesa transistors Usually, the base-collector transition by diffusing in corresponding activator material over the entire surface in a semiconductor wafer as the first step and only then the mesa using masked etching technology to create. It remains as z. B. according to the German interpretation 1163981, the pn junction restricted exclusively to the area of the mesa.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Fi g. 1 bis 3 beschrieben. Γ fThe inventive method is based on the Fi g. 1 to 3 described. Γ f

In F i g. 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 Grundkristalls erzeugender zusätzlicher Aktivator derart eindiffundiert, daß eine stärker als der Bereich 3 des Grundmaterials dotierte Zone 2 vom gleichen Leitungstyp entsteht (diese Forderung kann unter Umständen, wenn nämlich das Grundmaterial bis zur Sättigung dotiert ist, die Verwendung eines anderen Aktivators erforderlich machen). In die obere Zone 2 wird nun — gegebenenfalls wiederum unter Verwendung an sich bekannter Maskierungen — der den Leitunizstyp der mittleren Zone hervorrufender Dotierung^i;stoil derart eindiffundiert, daß sich der in der Figur an der Seite des Kristalls mit Klammern 4 bezeichnete Bereich in den entgegengesetzten Leitungstyp umdotierl. Dieser Bereich 4 soll den Bereich des nicht umdotierten Grundmaterials und die Zone 2 voneinander trennen. Dabei ist notwendig, daß die Dotierung der Zone 2, wenigstens in einem Teil dieser Zone, durchden nachfolgenden Diffusionsprozeß nicht in den entgegegengesctzten Leitungstyp umschlügt. Es istIn Fig. 1 denotes the semiconductor base crystal which is subjected to the method according to the invention. First of all, an additional activator generating the conductivity type of the base crystal is diffused in from one side - possibly with the use of suitable masking - in such a way that a zone 2 of the same conductivity type that is more heavily doped than area 3 of the base material is created Base material is doped to saturation, make the use of another activator necessary). The doping ^i; stoil diffused in such a way that the area denoted by brackets 4 on the side of the crystal in the figure is doped into the opposite conductivity type. This area 4 is intended to separate the area of the undoped base material and the zone 2 from one another. It is necessary that the doping of zone 2, at least in part of this zone, does not change into the opposite conduction type as a result of the subsequent diffusion process. It is

3 43 4

zweckmäßig, wenn mindestens ein Teil der für die Nach dem Verfahren nach der Erfindung wird Überdotierung der Zone 2 verwendeten Aktivatoren nun nach Erzeugung der Zone 2, die im allgemeinen eine kleinere Diffusionsgeschwindigkeit als der für die durch Eindiffundieren von Gallium oder Aluminium Erzeugung der mittleren Zone dienende Aktivator in einen p-leitenden Grundkristall 1 erzeugt wird, aufweist. Aus diesem Grund wird man mindestens 5 nicht sofort die Zone 4 erzeugt, sondern entspreeinen Teil der zur Dotierung der die Zonen 3 und 4 chend F i g. 2 eine Mesa herausgeätzt. Dies geschieht, bildenden Bereiche zu verwendenden, gegensinnig indem man den Halbleiterkristall mit einer Ätzwirkenden Aktivatoren derart wählen, daß sich ihre maske 5 an der Oberfläche der Zone 2 an der für Diffusionskoeffizienten möglichst stark voneinander den Emitter bestimmten mittleren Stelle bedeckt, unterscheiden, weil man dann bei der zweiten Diffu- io Dann wird der übrige Teil der Zone 2, wie dies aus sion die Gewähr hat, daß die Front des die Zone 2 F i g. 2 ersichtlich ist, bis zu einer gewünschten günbestimmenden Aktivators möglichst bald hinter der stigen Tiefe in das Grundmaterial 3 hinein wegge-(in Näherung die Grenze zwischen dem verbleiben- ätzt. Erst dann erfolgt die Herstellung der n-leitenden Grundmaterial 3 und der Zone 4 bildenden) Dif- den Zone 4 durch Eindiffundieren von Antimon fusionsfront des die mittlere Zone bestimmenden 15 oder Arsen aus der Gasphase. Schließlich können Aktivators zurückbleibt. die einzelnen Zonen des auf diese Weise erhaltenen Dementsprechend lassen sich, z. B. für Germa- Transistors mit Elektroden 7, 8, 9, vorzugsweise nium, nach diesem Prinzip unter anderem die Korn- durch Aufdampfen, versehen,werden, die dann nach bination Ga-Sb, Al-Sb, Cu-P und für Silicium die der Fertigstellung des Transistors durch Thermo-Kombinationen Al-As und P-B verwenden. Dabei 20 kompressoren oder Leitbahnen sperrfrei kontaktiert hat die erstgenannte Komponente stets die größere werden. Bei Verwendung von Germanium als HaIb-Diffusionsgeschwindigkeit. Die Dotierungsstoffe wer- leitermaterial geht man zweckmäßig von p-leitendem den in einer solchen Konzentration angewendet, daß Material aus, in dem die Zone 2 durch Eindiffundienach Beendigung des zweiten, der Erzeugung der ren von Gallium hervorgerufen wird. Zu diesem mittleren Zone 4 dienenden Diffusionsprozesses 25 Zweck wird dann eine mehrstündige Diffusion, z. B. erstens die Konzentrationssumme der Grunddotie- etwa 5 Stunden, bei einer Temperatur von 780 bis rung und der gleichsinnig mit ihr wirkenden Kompo- 800° C empfohlen. Es entsteht dann eine Zone 2 von nente der Zusatzdotierung an der Oberfläche der etwa 0,3 bis 0,4 μΐη Stärke in dem einheitlich p-lei-Zone 2 merklich größer als die Konzentration der tenden, z.B. auf 0,3 Ohm-cm dotierten Grundkristall, dort gleichfalls vorhandenen und von dem zweiten 30 Die nachfolgende Diffusion mit Antimondampf er-Diffusionsprozeß herrührenden gegenläufigen Dotie- folgt z. B. bei etwa 650° C und führt in etwa 3 Stunning ist und zweitens die den Leitungstyp der mittle- den zu einer Zone 4 von etwa 2 μΐη Tiefe,
ren Zone bestimmenden Störstellenkonzentration Die Zone 2 wird als Emitter, die Zone 4 als Basis außerhalb des Bereiches der Zone 2 so groß wird, und die Zone 3 des ursprünglichen Grundmaterials um die Grunddotierung merklich in den entgegen- 35 als Kollektor betrieben. Die für den Betrieb erforgesetzten Leitungstyp umschlagen zu lassen. Es ist derliche Emitterelektrode 7, die Basiselektrode 8 soaußerdem klar, daß die Diffusion nur so lange durch- wie die als Kollektorelektrode dienende metallische geführt werden darf, daß sich zwar eine Zone 4 aus Grundplatte 9 werden nach bekannten Verfahren dem Grundmaterial bildet, daß aber andererseits hergestellt. Zu bemerken ist noch, daß die Herstelnicht die Zone 3 vollkommen zugunsten der Zone 4 40 lung der hochdotierten Zone 2 auch durch Epitaxie verschwindet. möglich ist.expedient if at least some of the activators used for the process according to the invention are overdoped in zone 2 now after zone 2 has been produced, which generally has a lower diffusion rate than that used for generating the middle zone by diffusing gallium or aluminum Activator is generated in a p-conductive base crystal 1, has. For this reason, at least 5, the zone 4 will not be generated immediately, but rather a portion of the amounts used for doping the zones 3 and 4 according to FIG. 2 etched out a mesa. This is done in opposite directions, forming areas to be used by choosing the semiconductor crystal with an etching activator in such a way that their mask 5 on the surface of zone 2 at the central point intended for diffusion coefficients covers the emitter as much as possible from one another, because then one differs at the second diffusion then the remaining part of zone 2, as this from sion has the guarantee that the front of the zone 2 F i g. 2 can be seen, up to a desired green-determining activator as soon as possible behind the constant depth into the base material 3 (to approximate the boundary between the remaining etched ) Diffuse zone 4 through diffusion of antimony fusion front of 15, which determines the middle zone, or arsenic from the gas phase. Eventually activator can be left behind. Accordingly, the individual zones of the obtained in this way can be, for. B. for Germa transistor with electrodes 7, 8, 9, preferably nium, according to this principle, among other things, the grain by vapor deposition, are provided, which then after bination Ga-Sb, Al-Sb, Cu-P and for silicon that use the completion of the transistor by thermo-combinations Al-As and PB. The first-mentioned component always has the larger one in contact with 20 compressors or interconnects without blocking. When using germanium as the half diffusion rate. The dopants and conductive material are expediently used as p-conductive ones in such a concentration that material in which zone 2 is caused by diffusion after the second, the generation of the second, of gallium is produced. A diffusion lasting several hours, for. B. firstly, the concentration sum of the basic doping - about 5 hours, at a temperature of 780 to tion and the compo- 800 ° C acting in the same direction is recommended. A zone 2 of nente of the additional doping then arises on the surface of the approximately 0.3 to 0.4 μm thickness in the uniform p-lei zone 2, which is significantly greater than the concentration of the doped ones, for example to 0.3 ohm-cm Basic crystal, also present there and from the second 30. B. at about 650 ° C and leads to about 3 Stunning is and secondly the conduction type of the middle to a zone 4 of about 2 μΐη depth,
The impurity concentration that determines the zone. Zone 2 is operated as an emitter, Zone 4 as the base becomes so large outside the area of Zone 2, and Zone 3 of the original base material around the basic doping is operated noticeably in the opposite direction as a collector. To have the line type required for operation turned over. The emitter electrode 7, the base electrode 8, is also clear that the diffusion may only be carried out as long as the metallic one serving as the collector electrode, that although a zone 4 is formed from the base plate 9 according to known methods of the base material, on the other hand manufactured. It should also be noted that the production of zone 3 does not completely disappear in favor of zone 4 of the highly doped zone 2, also by epitaxy. is possible.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method of manufacturing a semiconductor device having an inner zone of one conductivity type and two outer zones of opposite conductivity type, delimiting this inner zone, in which a zone on the surface of a semiconductor crystal of one conductivity type of the same conductivity type, but with a higher level of doping, and through this zone an opposite one Activator causing conductivity type in such a concentration through the zone of higher doping concentration is caused to diffuse in that a region adjoining the more highly doped zone of the lower doped material changes its conductivity type and one between two zones of the The same conduction type arranged zone of the opposite conduction type arises, thereby characterized in that the more highly doped zone (2) only at the tip of a mesa-like Protrusion of the semiconductor crystal (3) generated and the middle zone by diffusion of the middle zone-forming activator both in the surface of the mesa and in the surrounding area the mesa is generated on the same side of the semiconductor crystal (3).

2. The method according to claim 1, characterized in that on the surface of a semiconductor base crystal of one conduction type with homogeneous doping creates a more highly doped zone (2) of the same conduction type by diffusion, then, to create a mesa, this zone is partially back into the base material (3) is removed that then through the remaining part of the highly doped zone (2) and into the surface of the base material exposed during the previous removal (3) an activator producing the opposite conductivity type is diffused in such a way that that a coherent, the base material (3) from the highly doped zone (2) separating Zone (4) of the opposite conductivity type arises.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in a p-type germanium base crystal initially one of the substances gallium, boron or aluminum for production a highly doped surface zone (2) and then antimony or arsenic to produce a middle η-conductive zone (4) is diffused.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an annular Area around the remainder of the highly doped zone (2), preferably using an etching mask (S), e.g. B. from photoresist or wax is removed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the more highly doped Zone (2) is produced on the base crystal (3) by epitaxy.