DE1514842B2 - Transistor mit einer auf einem einkristallinen halbleitertraegerkoerper aufgebrachten epitaktischen halbleiterschicht - Google Patents
Transistor mit einer auf einem einkristallinen halbleitertraegerkoerper aufgebrachten epitaktischen halbleiterschichtInfo
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Description
40
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor mit einer auf einem einkristallinen Halbleiterträgerkörper
aufgebrachten epitaktischen Halbleiterschicht, dessen Basiszone in der epitaktischen Halbleiterschicht
und dessen Emitterzone innerhalb der Basiszone durch Diffusion derart gebildet sind, daß sie sich
bis zu der ebenen Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht erstrecken, an der der Emitter- und der
Basiskontakt angebracht sind und dessen Kollektorzone ebenfalls in der epitaktischen Halbleiterschicht
enthalten* ist.
Es ist ein Transistor bekannt, bei welchem durch Diffusion gebildete Basis- und Emitterzonen in einer
epitaktischen Halbleiterschicht auf einem einkristallinen Halbleiterträgerkörper angebracht sind und bei
welchem die Kollektorzone gleichfalls in der epitaktischen Halbleiterschicht enthalten ist. Bei diesem
Transistor bildet die Basiszone eine mesaförmige Erhebung, und die Kollektorzone umfaßt eine dünne
Schicht zwischen dieser mesaförmigen Erhebung und dem einkristallinen Halbleiterträgerkörper. Der Kollektorkontakt
ist an der Unterseite des Halbleiterträgerkörpers angebracht, was wiederum erfordert,
daß dieser Halbleiterträgerkörper einen niedrigen Widerstand hat, damit sich ein niedriger Kollektorsättigungswiderstand
ergibt. Für das Herstellungsverfahren ergibt dies den Nachteil, daß der Kollektorkontakt
in einem getrennten Arbeitsgang und auf andere Weise als die Basis- und Emitterkontakte gebildet
werden muß.
Andererseits ist ein Epitaxialtransistor bekannt, bei welchem eine schichtförmige epitaktische Kollektorzone,
eine schichtförmige epitaktische Basiszone und eine schichtförmige epitaktische Emitterzone mit
abnehmenden Breiten aufeinandergestapelt sind, so daß Stufen zur Anbringung der Elektrodenkontakte
entstehen. Diese bekannte Schichtenanordnung ergibt jedoch keinen Transistor, dessen Transistoreigenschaften
im wesentlichen nur durch eine einzige epitaktische Halbleiterschicht bestimmt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistor der eingangs angegebenen Art, bei dem alle
Zonen in einer einzigen epitaktischen Halbleiterschicht enthalten sind, so auszubilden, daß alle seine
Elektrodenkontakte in gleicher Weise zugänglich sind und in einem Arbeitsgang auf die gleiche Weise gebildet
werden können. Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht darin, daß sich die Kollektorzone bis zur
gleichen Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht erstreckt, zu der sich die Basiszone und die
Emitterzone erstrecken, und daß der Kollektorkontakt an dieser Oberfläche angebracht ist.
Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Transistor liegen alle seine Elektrodenkontakte, einschließlich
des Kollektorkontakts, an der gleichen Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht, wodurch
die Herstellung der Anschlüsse erleichtert wird. Ferner können diese Elektrodenkontakte alle gleichzeitig
in einem Arbeitsgang gebildet werden. Schließlich sind die Transistoreigenschaften im wesentlichen nur
durch die einzige epitaktische Halbleiterschicht bestimmt, unabhängig von den Eigenschaften des einkristallinen
Halbleiterträgerkörpers, dessen Beschaffenheit entsprechend den sonstigen Anforderungen gewählt
werden kann, ohne auf die Transistoreigenschaften Rücksicht nehmen zu müssen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Transistors nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer integrierten Halbleiterschaltung mit einem Transistor
nach der Erfindung,
Fig.2 das Schaltbild der integrierten Halbleiterschaltung
nach F i g. 1,
F i g. 3 einen Querschnitt durch ein Halbleiterträgerplättchen mit einer epitaktischen Halbleiterschicht
zur Darstellung einer Zwischenstufe der Herstellung der integrierten Halbleiterschaltung nach
F i g. 1 und
F i g. 4 einen Querschnitt durch die fertige integrierte Halbleiterschaltung nach F i g. 1 entlang der
Linie 4-4 in F i g. 1.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem Transistor
und einem Widerstand, die in der in F i g. 2 gezeigten Weise.geschaltet sind. Der Aufbau des Transistors in
dieser integrierten Halbleiterschaltung wird am besten aus einer Schilderung der einzelnen Schritte bei der
Herstellung dieser integrierten Halbleiterschaltung verständlich.
F i g. 3 zeigt die integrierte Halbleiterschaltung in einer Zwischenstufe der Herstellung. Es wird ein Einkristall
aus Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand in Form eines Plättchens 29 hergestellt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Halbleiterplättchen 29 einen spezifischen Wider-
stand von 100 Ohm · cm und den Leitungstyp n. In der
oberen Fläche des Halbleiterplättchens 29 werden nahe den beiden Schmalseiten zwei stark dotierte
η-leitende Bereiche 31 und 32 (etwa 0,1 Ohm · cm oder weniger) durch Diffusion gebildet. Auf das Halbleiterplättchen
29, das als Halbleiterträgerkörper dient, wird durch Kristallwachstum eine epitaktische Halbleiterschicht
33 aufgebracht. Die epitaktische Halbleiterschicht 33 setzt den Halbleiterträgerkörper 29
einkristallin fort. Zur Bildung der epitaktischen Halbleiterschicht 33 kann auf das Halbleiterträgerplättchen
29 Halbleitermaterial nach den Verfahren aufgebracht werden, die in den zwei Veröffentlichungen
»Epitaxial growth of silicon« von E. S. Wa j da u. a. und »Impurity introduction during epitaxial growth of
silicon« von R. Glang und B. W. Kippenhau in der Zeitschrift »IBM Journal of Research and Development«,
Bd. 4 (1960), Nr. 3 (Juli), S. 288 bis 295 bzw. S. 299 bis 301 beschrieben sind.
Die Eigenschaften der epitaktischeri Halbleiterschicht
33 einschließlich des spezifischen Widerstands und des Leitungstyps, können frei gewählt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fi g. 3 ist die epitaktische Halbleiterschicht 33 η-leitend, und der spezifische
Widerstand ist verhältnismäßig niedrig gewählt, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,0 Ohm-cm. In der
η-leitenden epitaktischen Halbleiterschicht 33 ist durch Feststoffdiffusion eine p-leitende Zone 35 gebildet.
Diese Zone 35 befindet sich über dem stark dotierten η-leitenden Bereich31 imHalbleiterträgerplättchen
29. In der p-leitenden Zone 35 ist mittels Feststoffdiffusion eine stark dotierte η-leitende Zone 37
gebildet. Ein stark dotierter η-leitender Bereich 39 ist auch in der η-leitenden epitaktischen Halbleiterschicht
33 neben der Zone 35 durch Feststoff diffusion
hergestellt, und ein schwach dotierter η-leitender Bereich 41 ist in der epitaktischen Halbleiterschicht 33
über dem stark dotierten η-leitenden Bereich 32 gleichfalls durch Feststoffdiffusion gebildet. Die epitaktische
Halbleiterschicht 33 wird dann derart geätzt, daß die in den Fig. 1 und4 mit den Bezugszahlen 43
bzw. 45 bezeichneten mesaförmigen Erhebungen stehenbleiben. An den geätzten Stellen wird das Halbleitermaterial
der epitaktischen Halbleiterschicht 33 vollständig entfernt, so daß die mesaförmige Erhebung
43 und 45 lediglich über das Halbleiterträgerplättchen 29 miteinander verbunden sind. Das Ätzen
wird derart durchgeführt, daß die mesaförmige Erhebung 43 die p-leitende Zone 35 mit der darin befindlichen
η-leitenden Zone 37 und ferner den stark dotierten
η-leitenden Bereich 39 enthält, und daß die mesaförmige Erhebung 45 den schwach dotierten n-leitenden
Bereich 41 enthält. Die Zonen in der mesaförmigen Erhebung 43 bilden einen Transistor mit der n-leitenden
Zone 37 als Emitterzone, der p-leitenden Zone 35 als Basiszone und dem verbleibenden n-leitenden
Material der epitaktischen Halbleiterschicht 33 in der mesaförmigen Erhebung 43 als Kollektorzone. Der
stark dotierte η-leitende Bereich 39 in der mesaförmigen Erhebung 43 dient der Anbringung des Kollektorkontakts.
An der stark dotierten η-leitenden Zone 37 wird ein ohmscher Kontakt 49 angebracht, der die
Emitterelektrode bildet, während an der p-leitenden Zone 35 ein ohmscher Kontakt 47 gebildet wird, der
die Basiselektrode darstellt. Ein weiterer ohmscher Kontakt 48 an dem Bereich 39 ergibt die Kollektorelektrode.
Außerdem ist ein ohmscher Kontakt 50 an dem stark dotierten Bereich 41 vorhanden. Alle diese
ohmschen Kontakte liegen in der gleichen Ebene und sind auf gleiche Weise gebildet.
Die in den F i g. 1 und 4 dargestellte integrierte Halbleiterschaltung entspricht der in Fig.2 dargestellten
Schaltung, wobei die mesaförmige Erhebung 43 den Transistor 27 bildet und das Halbleitermaterial
des Halbleiterträgerplättchens 29 zwischen der mesaförmigen Erhebung 45 und der mesaförmigen
ίο Erhebung 43 den Widerstand 25 darstellt. Die Klemmen
18, 20, 22 und 24 entsprechen den Kontakten 50, 48, 47 bzw. 49 in der angegebenen Reihenfolge. Da
für das Halbleiterträgerplättchen 29 ein Material von hohem spezifischem Widerstand verwendet wird,
kann ein Widerstand 25 mit großem Widerstandswert gebildet werden, ohne daß das Halbleiterträgerplättchen
29 sehr lang sein muß. Andererseits ist der spezifische Widerstand der Kollektorzone des Transistors
27 verhältnismäßig klein, da die Kollektorzone aus der epitaktischen Halbleiterschicht 33 gebildet wird,
welche einen verhältnismäßig kleinen spezifischen Widerstand aufweist. Der Transistor 27 hat somit eine
kleine Sättigungsspannung, so daß er im stärkeren Maße als Kurzschluß wirkt, wenn er eingeschaltet ist,
und auch die Kollektorladungsträgerspeicherung ist bei ihm stark herabgesetzt, was zu einer erheblich kürzeren
Schaltzeit des Transistors 27 führt. Außerdem gestattet der stark dotierte Bereich 41 in der epitaktischen
Halbleiterschicht 33 von niedrigem spezifischem Widerstand in der mesaförmigen Erhebung 45,
die sich auf dem stark dotierten Bereich 32 in dem hochohmigen Halbleiterträgerplättchen 29 befindet,
die Herstellung eines guten ohmschen Kontaktes an dem hochohmigen Halbleiterträgerplättchen 29. In
gleicher Weise stellt der stark dotierte Bereich 31 einen guten ohmschen Kontakt zwischen der Kollektorzone
des Transistors 27 und dem hochohmigen Halbleiterträgerplättchen 29 her, und sie begrenzt
auch die Breite der Verarmungsschicht in der Kollektorzone, wodurch die Schalteigenschaften des Transistors
merklich verbessert werden.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, ermöglicht es die epitaktische Halbleiterschicht 33, stark dotierte Bereiche,
wie die Bereiche 31 und 32, in einem einkristallinen Gefüge vollständig in einem Halbleitermaterial
einzuschließen, das leichter dotiert ist. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 4 gestatten diese
eingeschlossenen Bereiche 31 und 32 die Herstellung eines guten ohmschen Kontaktes an dem hochohmigen
Material des Halbleiterträgerplättchens 29. Eine solche Anordnung ist offensichtlich bei integrierten
Halbleiterschaltungen in vielfacher Hinsicht von Vorteil.
Wenn eine weitere Vergrößerung der Transistor-Schaltgeschwindigkeit
erforderlich ist, kann die epitaktische Halbleiterschicht während des Kristallwachsens
mit einem die Lebensdauer verkürzenden Störstellenstoff, beispielsweise mit Gold, dotiert werden.
Das Dotieren während des Kristallwachstums ergibt im Inneren der gesamten epitaktischen Halbleiterschicht
ein nahezu konstantes Dotierungsniveau. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber der
Fehlerfunktionsverteilung der Dotierung dar, die man derzeit bei dem üblichen Feststoffdiffusionsverfahren
erhält. Diese Dotierungsweise ist in gleicher Weise für Einzeltransistoren und für integrierte Halbleiterschaltungen
von beträchtlichem Wert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Transistor mit einer auf einem einkristallinen Halbleiterträgerkörper aufgebrachten epitaktisehen
Halbleiterschicht, dessen Basiszone in der epitaktischen Halbleiterschicht und dessen
Emitterzone innerhalb der Basiszone durch Diffusion derart gebildet sind, daß sie sich bis zu der
ebenen Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht erstrecken, an der der Emitter- und der
Basiskontakt angebracht sind, und dessen Kollektorzone ebenfalls in der epitaktischen Halbleiterschicht
enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kollektorzone bis zur
gleichen Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht (33) erstreckt, zu der sich die Basiszone
(35) und die Emitterzone (37) erstrecken,, und daß der Kollektorkontakt (48) an dieser Oberfläche
angebracht ist.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkontakt (48) an
einem stark dotierten Oberflächenbereich (39) der Kollektorzone angebracht ist.
3. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Kollektorzone ein
stark dotierter Bereich (31) des einkristallinen Halbleiterträgerkörpers (29) angeordnet ist.
4. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schaltungselement
einer integrierten Halbleiterschaltung in einer von mehreren auf dem einkristallinen Halbleiterträgerkörper
im Abstand voneinander liegenden epitaktischen Halbleiterschichten gebildet ist.
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