DE1589637A1

DE1589637A1 - Halbleiterschaltungselement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1589637A1
Application number: DE19641589637
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Biet
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1963-05-14
Filing date: 1964-05-13
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR85052E; BE647730A; CH430882A; US3337750A; LU46072A1; NL6405347A; FR1376515A; JPS4316422B1; GB1056578A

Description

G 32 883 VIIIo/21g 'Ir.A.
Gorapagnie Generale d'Electricity

Uneer Zeichen; G 2438

Halbleiterschaltungselement und Verfahren au aeiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterschaltungselement mit einem schwach dotierten Basisplättchen eines Leitungstyps, das an seiner einen Seitenfläche und im mittleren Teil aeiner anderen Seitenfläche jeweils mit zwei übereinanderliegenden Haupthalbleiterschichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps bedeckt ist, und mit Elektroden, die an den äusseren Haupthalbleiterachichten angebracht sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines aolchen Halbleiterschaltungselements.

Halbleiterschaltungselemente dieser Art mit fünf unterschiedlich dotierten Halbleiterzonen abwechselnden Leitungstyps eignen sich beispielsweise für die Bildung symmetrischer

statischer

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statischer Schaltkreise. Zu diesem Zweck: werden sie mit den beiden an den äusseren Haupthalbleiterschichten angebfachten Elektroden in den zu schaltenden Stromkreis eingefügt, Sie können dann durch Steuerimpulse mittels einer geeigneten Steuerschaltung wahlweise geöffnet und gesperrt werden, wobei sie im geöffneten Zustand Ströme in beiden Richtungen gleich gut übertragen.Bei einer besonders vorteilhaften i>teuerschaltuQg werden die Steuerimpulse an das schwach dotierte Basisplättchen angelegt, das die mittlere der fünf Halbleiterzonen bildet.

Es beisteht dann das Problem, an diesem Basisplättchen, von dem normaler-eise nur die schmale Umfangsfläche zugänglich ist, efae Anschlusselektroda anzubringen. Ist dies schon bei einea normal dotierten Basisplättchen ein diffiziler Vorgang, so wird dies im vorliegenden Pail noch dadurch erschwert, dass es praktisch nicht möglich ist, an einer schwach dotierten Halbleiterschicht unmittelbar eine Elektrode anzubringen, sondern dass zwischen d ie Elektrode und die schwach dotierte Halbleiterschicht eine Zwischenschicht eingefügt werden muss, die den gleichen Leitungstyp wie die schwach dotierte Halbleiterschicht hat, aber in dem derE lbleiterschicht zugewandten Teil schwach dotiert und in dem der Elektrode

zugewandten

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zugewandten Tell etaric dotiert ist, Me Anbringung dieser Zwischenschicht bringt erhebliche fertigungstechnische Schwierigkeiten mit sich«

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterschaltungselements der eingangs angegebenen Art, das eine mit dem schwach dotierten Basisplättehen verbundene Elektrode aufweist und einfach herzustellen ist.

Saab, der Erfindung wird diea dadurch erreicht, dass dlR Schmalseiten des B&eisplättchane sowie der nicht von den beiden Haupthalbleiterechichtea tadeckte Teil seiner elu@ü Seitenfläche alt einer Hilfsiiaibleitersehicht tiberzogen eißd, welche dsn gleichen Leitungstyp wie das Basisplättchen hat und in der Nähe ihrer Innenseite schwach und wenigstens über einen Teil ihrer Aussenseite stark dotiert ist, und dass eine Elektrode an dem stark dotierten feil dar Hilfshalbleiterschicht angebracht ist.

Eic bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgess&aeen Halbleiterschaltungselemente besteht darin, dass von einem schwach dotierten Halbleiterplättchen eines ersten Leitungetyps ausgegangen wird, dass auf die beiden Seitenflächen des Eaibleiterplättchens eine erste Schicht des entgggngeaetEtea zweiten Leitungstyps aufgebracht wird, dasa das 00 überzogene Halbleiterplättchen

vollständig 009815/1015

vollständig mit einer zweiten Schicht des ersten Leitungstyps überzogen wird, dass die zweite Schicht in einem mittleren Bereich auf beiden Seiten des Halbleiterplättchens beseitigt wird, dass in dem verbliebenen Teil der zweiten Schicht auf einer der beiden Seiten des Halbleiterplättchens eine ringförmige Nut angebracht wird, deren Tiefe wenigstens gleich der Dicke der beiden Schichten ist, dass der äussere Umfang von wenigstens der zweiten«Schicht auf der anderen Seite des Halbleiterplättchens entfernt wird, dass auf den ausserhalb der ringförmigen Nut liegenden Teil der zweiten Schicht eine Pille aus einem Material des gleichen Leitungstyp wie die zweite Schicht aufgebracht wird, die jedoch eine stärkere Dotierung als die zweite Schicht aufweist, dass an der Pille eine Elektrode angebracht wird, und dass auf dem freiliegenden mittleren Bereich der ersten Schicht auf jeder der beiden Seiten des Halbleiterplättchens eine weitere Halbleiterschicht aufgebracht wird, die den gleichen Leitungstyp wie die zweite Schicht, jedoch eine stärkere !Dotierung hat, und dass an jeder dieser weiteren Halbleiterschichten eine Elektrode angebracht wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber erlÄtert. Darin zeigen:

Pig.1 eine schematische Darstellung des Aufbaue des Halbleiterschaltungselemente nach der Erfindung,

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gjg.2

Pig.2, 3, 4, 5 das erfindunggenässe Halbleiterschaltungselement im Schnitt bei verschiedenen Herstellungsstufen,

.6 eine Obearansicht des fertigen Halbleiterschaltungs elements und

Pig.7 das Schaltbild einer Anordnung zum Betrieb des Halbleiterschaltungselements nach der Erfindung.

Pig.1 zeigt schematisch das Halbleiterschaltungselement 1, daa fünf Schichten P₊₁, ^, H . N₀, ρ abwechselnden

Uli C. UC.

leitungstyps enthält.Die Schichten P^₁ und P^₂ sind stark dotierte p-Schichten, die Schichten N₁ und N₂ sind η-Schichten, und die Schicht 1 ist eine hochohmige p-Schicht, wobei dieübergänge P... - N₁ und P+₂ - N₂ vom Typ "Unitunnel" sind.

An den beiden äusseren Schichten Έ., und P._o ist jeweils

U I UC.

eine ohmsehe Elektrode A bzw. B angebracht. An der mittleren Schicht "]Γ ist eine dritte Elektrode G angebracht. Da die mittlere Schicht iThochohmig ist, ist es nicht möglich, die Elektrode 0 unmittelbar an dieser Schicht anzubringen; vielmehr sind zwischen die Elektrode G und die Schicht η zwei weitere p-Schichten P _ und P, eingefügt, von denen die Sohioht P^., stärker dotiert ist als die Schicht P-,

Pig. 7 009815/101 5

fig,7 zeigt ein Beispiel für die Verwendung eines solchen Halbleiterschaltungselements als symmetrischer Schalter. Zu diesem Zweck ist es mit den Elektroden A und B in den zu steuernden Stromkreis eingefügt. Jede dieser Elektroden ist ausserdem über einen Widerstand 42 bzw. 43 mit dem Kollektor eines Transistors 25 bzw. 26 verbunden. Die Emitter dieser !Transistoren sind gemeinsam mit der einen Klemme D der Sekundärwicklung 24 eines Transformators 22 verbunden, an deren andere Klemme die Elektrode C über einen Widerstand 21 angeschlossen ist. Die Basen der beiden Transistoren 25 und 26 sind an eine A_nzapfung 41 der Sekundärwicklung 41 angeschlossen. Die Steuerimpulse werden an die Primärwicklung 23 des Transformators 22 angelegt.

Beim Anlegen eines Steuerimpulses bestimmter Polarität an die Elektrode G wird das Halbleiterschaltungselement 1 leitend , und zwar sowohl für einen von A nach B fliessenden Strom als auch für einen von B nach A fliessenden Strom. Beim Nulldurchgang des gesteuerten Stroms sperrt sich das Halbleiterschaltungselement 1 wieder von selbst. Es kann ausserdem durch Anlegen eines Impulses entgegengesetzter ELarität an die Elektrode C gesperrt werden.

Das

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Das Verfahren zur Herstellung des schematisch in fig·1 dargestellten Bauelements wird an Hand von Fig.2 bis beschrieben. Es wird von einer runden Siliziumscheibe des Leitungstyps ρ mit hohem spezifischem Widerstand

•'S" ausgegangen, welcher dem Widerstand der mittleren Schicht entspricht· Durch Diffusion von Phosphor wird auf allen Seiten der Scheibe eine Schicht N gebildet. Dann wird die Scheibe in kleinere Plättchen zerschnitten, welche die Abmessungen des endgültigen Halbleiterschaltungselements haben (Fig.2).Dieses Zerschneiden ergibt ausserdem die Wirkung, daes die elektrische Kontinuität zwischen den Schichten N auf den beiden Seiten des Plättchens unterbrochen wird·

Anschliessend erfolgt eine Diffusion mit Bor, welche auf die ganze Oberfläche des Plättchens (einschliesslich der Handfläche) einwirkt. Diese Diffusion muss mit einer so grossen Oberf-lächenkonzentration erfolgen, dass der Leitungstyps an der Oberfläche umgekehrt und damit eine p-Schicht P gebildet wird; andrerseits muss die Dauer der Diffusion ausreichend kurz sein, dass dadurch die pn-übergänge zwischen jeder der Schichten N und der Schicht "β", die zuror durch die Phosphordiffusion gebildet «orden sind, nicht beeinträchtigt werden (Fig.3). Wenn die die für die Schichten P_t1 und P^₂ erforderliche Oberflächenkonzentration nicht direkt durch die Bordiffusion erhalten wird, wird anschliessend auf den

beiden

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— ο —

beiden Seitenflächen des Plättchens eine chemische Ätzung vorgenommen, durch welche die Schichten N auf beiden Seiten in Vertiefungen 13 und 13¹ freigelegt werden.Dabei ist die Ätztiefe auf jeder Seite durch das Aufsuchen der Oberflächenkonzentration an n-Störstoffen bestimmt, welche zur Bildung eines injizierenden Kontaktes erforderlich ist, der die in der französischen Patentschrift 1 316 226 beschriebenen Eigenschaften hat,

Anschliessend erfolgt eine gleichzeitige Vakuumaufdampfung von Aluminium und von Bor über eine Maske in der Weise, dass der erhaltene Niederschlag einerseits auf den Boden der Vertiefungen 13 und 13¹ erfolgt, welche durch das chemische Ätzen erhalten worden sind, und andrerseits an einer Stelle des Plättchens, an welcher die durch die Bordiffusion erhaltene Schicht P noch intakt ist und in elektrisch kontinuierlicher Verbindung mit der Schicht P auf der Randfläche des Plättchens steht. Dadurch entstehen die Schichten P₄..,, P+^» Ρ+*· Durch Legieren werden dann injizierende pn-Ubergänge zwischen den Schichten P+^f P+o und der Schicht N sowie ein ohmscher Kontakt zwischen der Schicht P_t5 und der Schicht P gebildet (Fig.4).

Anachliessend wird eine in sich geschlossene kreisrunde Rille 11 geätzt, welche den pn-übergang zwischen der Schicht Ν., und der Schicht T isoliert, und durch

entfernen 009815/1015

Entfernen des Bandabsohnitts wird auch der pn~Üfergang awisohen der Sohloht ITp und der Sob.iob.tiT isoliert· Dann werden Anschluseelektroden A, B, C an den drei Schichten P_t1, P_t2, P_t5 angebracht (Pig.5).

fig,6 zeigt das fertige Bauelement in Oberansicht· In Pig.5 und 6 erkennt man die Trennrille 11, den Rand der Vertiefung 13, bei 14 die Schioht P.₁ und bei 15 die Zwischenschicht

Das beschriebene Halbleiterschaltungselement mit fünf Schichten und die Transistoren 25» 26 der Steuerschaltung von Fig.7 können auch in einem einstückigen Halbleiterkörper nach der Technik der integrierten Hallleiterschaltungen gebildet werden.

Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel ist eine pnpnp-Anordnung, jedoch kann man offensichtlich auf die gleiohe Weise eine npnpn-Anordnung bilden. Andrerseits kann die mittlere Schicht | auoh eine i-Halbleitersohioht sein. Natürlich können für die Beschriebenen Anordnungen alle Halbleiterstoffe verwendet werden, welche die erforderlichen allgemeinen Eigenschaften haben.

Patentansprüche

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Claims

Patentanspruch·

1. Halbleiterschaltungselement mit einem schwach dotierten Basisplättchen eines Leitungstyps, das an seiner einen Seitenfläche und im mittleren Teil seiner anderen Seitenfläche jeweils mit zwei übereinanderliegenden Haupthalbleiterschichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps bedeckt ist, und mit Elektroden» die an den äusseren Haupthalbleiterschichten angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Basisplättchens sowie der nicht von. den beiden Haupthalbleiterschichten bedeckte Seil seiner einen Seitenfläche mit einer Hilfshalbleiteischicht überzogen sind, welche den gleichen Leitungstyp wie das Basisplättchen hat und in der Nähe ihrer Innenseite schwach und wenigstens über einen Teil ihrer Aueevnseite stark dotiert ist, und dass eine Elektrode an dem stark dotierten Teil der Hilfshalbleiterschicht angebracht ist·

2. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Haupthalbleiterschicht auf einer Seite des Basisplättchens die gesamte Seitenfläche bedeckt und durch eine in sich geschlossene Nut, die ' wenigstens bis zu der Oberfläche des Basisplättchens verläuft, in zwei Teile zerschnitten ist, dass der von

der 009815/1015

der ringförmigen Nut umgebene Teil der inneren Haupthalbleiterschicht von der äusseren Haupthalbleiterschicht bedeckt ist, und dass die Hilfshalbleiterschicht ausser den Schmalseiten des Basisplättchens den auaserhalb der ringförmigen Nut liegenden Teil der inneren Haupthalbleiterschicht bedeckt.

3· Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede äussere Haupthalbleiterschicht, auf der eine Elektrode angebracht ist, nur einen mittleren Bereich der entsprechenden inneren Haupthalbleiterschicht bedeckt, .

4« Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von der äusseren Haupthalbleiterschicht bedeckte Gebiet der inneren Haupthalbleiterschicht dünner als der übrige Teil der inneren Haupthalbleiterschicht ist.

5. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 4, dadurch gekenneelehnet, dass der dünnere Teil der inneren Haupthalbleiterschioht durch eine Vertiefung gebildet ist, an deren Uafang ein von der äusseren Haupthalbleiterschicht bedeckter Ring besteht.

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6. Halbleiterschaltungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der stark dotierte Abschnitt der Hilfshalbleiterschicht die gleiche Zusammensetzung wie die äussere Haupthalbleiterschicht hat.

7. Yefcfähren zur Herstellung eines Halbleiterschaltungselements nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von einem schwach dotierten Halbleiterplättchen eines ersten Leitungstyps ausgegangen wird, dass auf die beiden Seitenflächen des Halbleiterplättchens eine erste Schicht des entgegengesetzten zweiten Leitungstyps aufgebracht wird, dass das so überzogene Halbleiterplättchen rollständig mit einerjzweiten Schicht des ersten Leitungstyps überzogen wird, dass die zweite Schicht in einem mittleren Bereich auf beiden Seiten des Halbleiterplättchens beseitigt wird, dass in dem verbleibenden Teil der zweiten Schicht auf einer der beiden Seiten des Halbleiterplättchens eine ringförmige Nut angebracht wird, deren Tiefe wenigstens gleich der .Dicke der beiden Schichten ist, dass der äussere Umfang von wenigstens der zweiten Schicht auf der anderen Seite des Halbleiterplättchens entfernt wird, dass auf den ausserhalb der ringförmigen Nut ligenden Teil der zweiten Schicht eine Pille aus einem Material des gleichenleitungstype wie die zweite Schicht aufgebracht wird, die jedoch

eine

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eine stärkere Dotierung als die zweite Schicht aufweist, dass an der Pille eine Elektrode angebracht wird, und dass auf dem freiliegenden mittleren Bereich der ersten Schicht auf jeder der beiden Seiten des HaIbleiterplättchens eine weitere Halbleiterschicht aufgebracht wird, die den gleichen Leitungstyps wie die zweite Schicht, jedoch eine stärkere Dotierung hat, und dass an jeder dieser weiteren Halbleiterschichten eine Elektrode angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht durch Diffusion auf dem Halbleiterplättchen gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der ersten Schicht versehene Halbleiterplättchen über seinen ganzen umfang so beschnitten wird, dass die erste Schicht an sämtlichen Schmalseiten des Halbleiterplättchens entfernt wird.

10« Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht durch Diffusion auf der ganzen Oberfläche des Halbleiterplättohens einschlleselioh seiner Schmalseiten gebildet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mittleren Teil jeder Seitenfläche des Halbleiterplättchens eine Vertiefung ausgehöhlt wird, so dass in diesem Teil die zweite Schicht entfernt und die Dicke der ersten Schicht verringert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Pille und der weiteren Halbleiterschichten ein Halbleitermaterial mit dem gleichen Leitungstyp wie .die zweite Schicht, aber mit stärkerer Dotierung durch die Öffnungen einer Maske einerseits auf der ersten Schicht im mittleren Bereich jeder Vertiefung und andrerseits auf einem Teil der zweiten Schicht in der Nähe des Bandes einer der Seitenflächen des Schaltungselements aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden auf den stark dotierten Schichten angebracht werden,

14· Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der die stärker dotierte Pille tragenden Seite des Halblelterplättchens eine in sich geschlossene Hut gebildet wird, deren Tiefe so gross ist, dass sie sich vollständig durch die erste Schicht erstreckt, und welche ' die Vertiefung auf dieser Seitenfläche des Halbleiterplättchens so umgibt, dass die Pille ausserhalb der Nut

^liegt* 009815/1015

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der der Nut entgegengesetzten Seitenfläche des Halbleiterplättchens m bearbeitet wird, dass die erste Schicht auf dieser entgegengesetzten Seiten fläche τοπ der auf die Schmalseiten des Halbleiterplättchens aufgebrachten zweiten Schicht isoliert wird.

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