DE1614803C

DE1614803C - Method for manufacturing a semiconductor device

Info

Publication number: DE1614803C
Authority: DE
Inventors: Raymond Chen-Chiu Tempe Ariz. Wang (V.SLA.)
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Publication date: 1972-01-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem pn-übergang, bei dem die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers des einen Leitungstyps mit einer diffusionshemmenden Isolierschicht versehen ist, in die zur Freilegiing eines Teils der Halbleiteroberfläche photolithographisch eine Öffnung eingebracht worden ist.The invention relates to a method for producing a semiconductor device having a pn junction, in which the one surface side of a semiconductor body of the one conductivity type with a diffusion-inhibiting insulating layer is provided in which to expose part of the semiconductor surface an opening has been made photolithographically.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird die Halbleiteranordnung dadurch fertiggestellt, daß in den in der öffnung der Isolierschicht freiliegenden Öberflächenbereich des Halbleiterkörpers ein Dotierungsstoff eindiffundiert wird, der im Diffusionsbereich einen vom Leitungstyp des Halbleiterkörpers verschiedenen Leitungstyp hervorruft. Dadurch entsteht in der Halbleiteranordnung dann ein pn-übergang. In a known method of this type, the semiconductor device is completed in that in those exposed in the opening of the insulating layer A dopant is diffused into the surface region of the semiconductor body and is in the diffusion region causes a conduction type different from the conduction type of the semiconductor body. This creates then a pn junction in the semiconductor arrangement.

Andererseits ist es bekannt, pn-Übergänge in HaIbleiteranordiningen dadurch herzustellen, daß jeweils einer der beiden in dem betreffenden Halbleiterkörper bereits enthaltenen Dotierungsstoffe ausdiffundiert wird. Nach dem Ausdiffundieren weist der vorher im Halbleiterkörper gleichmäßig verteilte eine Dotierungsstoff ein starkes Konzentrationsgefälle auf, das von Null an der Halbleiteroberfläche bis zum vorher bereits vorhandenen Maximalwert im Inneren des Halbleiterkörpers ansteigt. Der pn-übergang bildet sich dort, wo die Konzentration des nach wie vor etwa gleichmäßig verteilten anderen Dotierungsstoffs gleich der Konzentration des ausdiffundierten Dotierungsstoffs ist. Auf beiden Seiten dieses Punktes überwiegt jeweils ein Dotierungsstoff, so daß ein pn-übergang entsteht.On the other hand, it is known to use pn junctions in semiconductor arrangements by producing one of the two in each case in the relevant semiconductor body already contained dopants is diffused out. After diffusing out, the previously im Semiconductor body evenly distributed a dopant on a strong concentration gradient, the from zero on the semiconductor surface to the previously existing maximum value inside the Semiconductor body increases. The pn junction is formed where the concentration of the is still approximately evenly distributed other dopant equal to the concentration of the diffused dopant is. A dopant predominates on both sides of this point, so that a pn junction arises.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schallen, die bei hoher Durchbruchsspannung mit großer Schaltgeschwindigkeit arbeiten kann.The invention is based on the object of providing a semiconductor device of the type specified at the beginning to sound, which can work with high switching speed at high breakdown voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst ein Teil der in dem Halbleiterkörper befindlichen, den einen Leitungstyp erzeugenden Fremdatome durch die öffnung in der Isolierschicht ausdiffundiert wird und daß dann in die so entstandene, örtlich begrenzte Zone von relativ hohem Schichtwiderstand Fremdatome eindiffundiert werden, die im Halbleiterkörper den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugen.According to the invention, this object is achieved in that initially a part of the in the semiconductor body located, the one conductivity type generating foreign atoms through the opening in the insulating layer is outdiffused and that then into the resulting, locally limited zone of relative high sheet resistance, foreign atoms are diffused in, the opposite of which in the semiconductor body Generate line type.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen die Fig. 1 bis 5 die verschiedenen Schritte des Verfahrens nach der Erfindung.An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 to 5 show therein the various steps of the method according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper dargestellt, der im vorliegenden Fall aus Germanium besteht, und einen Träger 10 aus einem Material vom n-Leitungstyp umfaßt, auf dem eine Schicht 11 aus einem Material vom p-Leitungstyp angebracht ist. Der Träger 10 kann aus einem ungeteilten Abschnitt einer großen Scheibe monokristallinen Germaniums bestehen, welche näherungsweise etwa 2,5 cm Durchmesser hat und etwa 0,15 mm dick ist. Für das speziell beschriebene Ausführungsbeispiel wird als Ausgangsmaterial für den Träger 10 ein Material vom n-Leitungstyp verwendet, der z. B. mit Antimon dotiert ist und einen Widerstand von ungefähr 0,04 bis 0,05 Ohm cm hat. Als nächster Schritt wird auf den Träger 10 vom n-Leitungstyp eine Schicht Il vom p-Leitungstyp aufgebracht. Diese Schicht kann entweder durch epitaktische Ablagerung oder durch Diffusion geeigneter Fremdatome in die Oberfläche des Trägers 10 hergestellt werden. Für den Fall der Diffusionstechnik wird der Träger 10 in einen in Röhrenform aufgebauten verschlossenen Diffusionsofen zusammen mit Indium gebracht, abgedichtet und auf einen Druck von ungefähr 4 · 10~" Torr evakuiert. Der Ofen wird auf einer Temperatur von ungefähr 89O⁰C für eine Zeit von ungefähr 2,5 Stunden gehalten, während der sich die diffundierte Schicht 11 vom p-Leitungstyp bildet.1 shows a semiconductor body which in the present case consists of germanium and comprises a carrier 10 made of a material of the n-conductivity type, on which a layer 11 made of a material of the p-conductivity type is applied. The carrier 10 may consist of an undivided section of a large disk of monocrystalline germanium which is approximately about 2.5 cm in diameter and about 0.15 mm thick. For the specifically described embodiment, a material of the n-conductivity type is used as the starting material for the carrier 10, the z. B. is doped with antimony and has a resistance of about 0.04 to 0.05 ohm cm. As the next step, a layer II of the p-conductivity type is applied to the carrier 10 of the n-conductivity type. This layer can be produced either by epitaxial deposition or by diffusion of suitable foreign atoms into the surface of the carrier 10. For the case of diffusion technique, the carrier 10 is placed in a built-up in tubular form closed diffusion furnace together with indium, is sealed and evacuated to a pressure of about 4 x 10 ~ "Torr. The furnace is maintained at a temperature of about 89O ⁰ C for a time for about 2.5 hours, during which the diffused layer 11 of p-conductivity type is formed.

Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird, wie in F i g. 2 dargestellt, eine Siliciumdioxidschicht 12 auf der Schicht 11 abgelagert. Darauf wird unter Verwendung eines herkömmlichen photolithographischen Maskierverfahrens und der bekannten Ätztechnik ein Teil, z. B. die mit gestrichelten Linien dargestellte Siliciumdioxidschicht 12 entfernt und eine Öffnung 13 hergestellt, um dadurch einen bestimmten Teil der Schicht 11 vom p-Leitungstyp freizulegen.In the following process step, as shown in FIG. 2, a silicon dioxide layer 12 is shown the layer 11 is deposited. This is done using a conventional photolithographic Masking process and the known etching technology a part, z. B. the one shown with dashed lines The silicon dioxide layer 12 is removed and an opening 13 is made to pass through a certain part of the To expose layer 11 of the p-conductivity type.

Zur Ablagerung der Siliciumdioxidschicht 12 kön^: nen verschiedenste Techniken verwendet werden. Als spezielles Beispiel für die Ablagerung des Siliciumdioxids wird bei der sogenannten »Oxydationstechniki-Sauerstoff unter Blasenbildung durch eine flüssige Lösung Teträthoxisilan bei Raumtemperatur eingeführt, das gasförmige Gemisch darauf mit dem überschüssigen Sauerstoff verbunden und in den den Halbleiterkörper gemäß F i g. 1 enthaltenden auf einer Temperatur von etwa 250 bis 500° C gehaltenen Röhrenofen bei Raumtemperatur eingeleitet, wobei sich die Siliciumdioxidschicht 12 ablagert.For depositing the silicon dioxide layer 12 ^Kgs: NEN various techniques are used. As a special example of the deposition of silicon dioxide, tetrethoxysilane is introduced at room temperature in the so-called »Oxydationstechniki with bubble formation through a liquid solution, the gaseous mixture then combined with the excess oxygen and inserted into the semiconductor body according to FIG. 1 containing tube furnace maintained at a temperature of about 250 to 500 ° C at room temperature, wherein the silicon dioxide layer 12 is deposited.

Nachdem in der Oxidschicht 12 eine Öffnung 13 angebracht wurde, wird der Halbleiterkörper gemäß Fig. 2 in eine Kammer gebracht, weiche zuvor mit einem sauerstofffreien Gas gereinigt wurde. In die Kammer wird Wasserstoff eingeführt, und zwar etwa 2 l/min. Darauf wird die Kammer auf eine Temperatur von ungefähr 700° C gebracht und diese Temperatur für etwa 30 min beibehalten. Dieser Sinterprozeß dient zwei wesentlichen Zwecken:After an opening 13 has been made in the oxide layer 12, the semiconductor body according to FIG Fig. 2 brought into a chamber which was previously cleaned with an oxygen-free gas. In the Hydrogen is introduced into the chamber at about 2 l / min. The chamber is then brought to a temperature brought about 700 ° C and maintained this temperature for about 30 minutes. This sintering process serves two main purposes:

1. Er bewirkt ein Ausdiffundieren eines Teils der Indium-Fremdatome aus der Schicht 11 unter dem Oberflächenbereich Ha in die Wasserstoffatmosphäre der Kammer. Die Wasserstoffströmung entfernt dabei diese ausdiffundierten Fremdatome von der Oberfläche 11«.1. It causes some of the indium foreign atoms to diffuse out of the layer 11 below the surface area Ha into the hydrogen atmosphere the chamber. The flow of hydrogen removes these foreign atoms that have diffused out from the surface 11 '.

2. Er bewirkt eine Verdichtung der Siliciumdioxidschicht 12, so daß ein Brechen während der darauffolgenden Emitterdiffusion verhindert wird.2. It causes densification of the silicon dioxide layer 12, so that it breaks during the subsequent emitter diffusion is prevented.

Als weitere Folge dieses Sinterprozesses nimmt die Störstellenkonzentration unterhalb des Oberflächenbereichs Hfl innerhalb der Basiszone Il ab, wodurch ein höherer Schichtwiderstand an dieser Stelle verursacht wird. Wenn z. B. der Anfangswiderstand der Schicht 11 vor der Ausdiffusion einen Wert von ungefähr 72 Ohm/Quadratfläche hatte, liegt dieser Widerstandswert der Oberfläche bei der öffnung 13 nach der Ausdiffusion ungefähr bei 85 Ohm/Quadratfläche. Der Halbleiterkörper gemäß F i g. 3 wird sodann in einen Diffusionsofen gebracht, in welchem z. B. Fremdatome vom n-Leitungstyp, wie Arsen, in die öffnung 13 diffundiert wird, um eine n-dotierte Emitterzone 14 zu schaffen.As a further consequence of this sintering process, the concentration of impurities below the surface area increases Hfl from within the base zone Il, whereby a higher sheet resistance is caused at this point. If z. B. the initial resistance of the Layer 11 had a value of approximately 72 ohms / square area before outdiffusion, this is it Resistance value of the surface at the opening 13 after outdiffusion is approximately 85 ohms / square area. The semiconductor body according to FIG. 3 is then placed in a diffusion furnace in which z. B. foreign atoms of the n-conductivity type, such as arsenic, is diffused into the opening 13 to form an n-doped To create emitter zone 14.

Darauf wird, wie in F i g. 4 dargestellt, eine Siliciumdioxidschicht 15 über die Oxidschicht 12 und die Emitterzone 14 gelegt, welche eine Dicke von ungefähr 3000A hat. In die Oxidschichten 12 und 15 werden an ausgewählten Stellen Löcher geätzt, inAs shown in FIG. 4, a silicon dioxide layer 15 placed over the oxide layer 12 and the emitter zone 14, which have a thickness of approximately 3000A has. Holes are etched into the oxide layers 12 and 15 at selected locations, in

welchen metallische Kontakte 20 und 21 angebracht werden; die, wie in Fig. 5 dargestellt ist, mit der Basiszone Il bzw. mit der Emitterzone 14 einen elektrischen Kontakt herstellen. Ein auf der Unterseite der Schicht 10 aufgedampfter Metallkontakt 16 bildet den elektrischen Anschluß zur Kollektorschicht. Obwohl in der Fig. 5 ein Planartransistor dargestellt ist, kann die Struktur auch in Mesaform geätzt werden, um einen Mesatransistor herzustellen. Der auf diese Weise hergestellte Transistor kann sodann von der in Halbleiterscheibe, auf welcher er aufgebaut wurde, abgeschnitten werden oder an dieser Scheibe als Teil einer integrierten Schaltung verbleiben.which metallic contacts 20 and 21 are attached; which, as shown in Fig. 5, with the Base zone II or with the emitter zone 14 an electrical Establish contact. A metal contact 16 vapor-deposited on the underside of the layer 10 forms the electrical connection to the collector layer. Although a planar transistor is shown in FIG. 5, the structure can also be etched in mesa shape to produce a mesa transistor. The one on this Way manufactured transistor can then from the in Semiconductor wafer on which it was built up can be cut off or part of this wafer an integrated circuit.

Als Folge der Ausdiffusion während des beschriebenen Sinterprozesses ergibt sich ein Schichtwiderstand auf der Basisseite des Emitter-Basis-Übergangs 18, der größer ist als der Schichtwiderstand der übrigen Basisoberfläche, woraus sich eine niedrige Emitter-Übergangskapazitat C₇₇.-, eine verbesserte Verzögerungszeit t_d für einen Schalter oder einen verbesserten Wert /, für einen Hochfrequenzverstärker ergibt. Außerdem erhält man einen Anstieg der Durchbruchspannung BV_KÜQ und eine Verbesserung des Emitter-Wirkungsgrades. Zusätzlich erlaubt der niedrige Schichtwiderstand in der verbleibenden Basiszone 11 einen Kontakt niedrigen Widerstands an der Trennschicht zwischen dem Basiskontakt 20 und der Basiszone 11.As a result of the outdiffusion during the described sintering process, there is a sheet resistance on the base side of the emitter-base junction 18 which is greater than the sheet resistance of the rest of the base surface, resulting in a low emitter junction capacitance C ₇₇ .-, an improved delay time t _d for a switch or an improved value /, for a high frequency amplifier. In addition, there is an increase in the breakdown voltage BV _KÜQ and an improvement in the emitter efficiency. In addition, the low sheet resistance in the remaining base zone 11 allows a low resistance contact at the separating layer between the base contact 20 and the base zone 11.

Obwohl das Verfahren an Hand der Fabrikation eines Transistors beschrieben wurde, kann es in gleicherweise auch zur Herstellung anderer Elemente mit einem pn-übergang verwendet werden, für welche ein hoher Schichtwiderstand an der Trennschicht des pn-Übergangs gefordert wird. Außerdem kann, obwohl als Ausgangsmaterial bei dem beschriebenen Beispiel für die Halbleiterscheibe Germanium verwendet wurde, auch ein anderes Halbleitermaterial, wie z. B. Silicium, verwendet werden.Although the process was described using the fabrication of a transistor, it can be found in can also be used to manufacture other elements with a pn junction, for which a high sheet resistance is required at the separating layer of the pn junction. Also can, though Germanium is used as the starting material in the example described for the semiconductor wafer was, also another semiconductor material, such as. B. silicon, can be used.

Claims

Claims: 40

1. A method for producing a semiconductor arrangement with a pn junction, in which the a surface side of a semiconductor body of the one conductivity type with a diffusion-inhibiting one Insulating layer is provided in which to expose part of the semiconductor surface photolithographically an opening has been made, characterized in that initially a part of those located in the semiconductor body that produce a conductivity type Foreign atoms is diffused out through the opening in the insulating layer and that then into the The locally limited zone of relatively high sheet resistance thus created diffuses in foreign atoms which generate the opposite conductivity type in the semiconductor body.

2. The method according to claim 1, characterized in that that on a semiconductor body au-> p-conductive germanium silicon dioxide as an insulating layer is applied that locally limited part of the foreign atoms generating the p-conductivity type diffuses out of the germanium body and that then in the zone with a relatively high sheet resistance .Fremdatome are diffused in, which generate ilen n-conductivity type in the germanium.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the production of a transistor a germanium body is used, which consists of an n-ion end provided as a collector zone Zone and a p-conductive zone provided as a base zone, from the zone used to form the Emitter zone a part of the p-conductivity type generating foreign atoms diffused locally limited and into which the impurity atoms, which subsequently generate the n-conductivity type, are diffused, that a second insulating layer is applied over the surface side treated in this way, and that then ohmic contacts attached to the base zone, the emitter zone and the collector zone will.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that simultaneously with the heat treatment the silicon dioxide layer to diffuse the foreign atoms out of the semiconductor body is sintered.

5. The method according to claim 4, characterized in that that the sintering of the silicon dioxide layer in an oxygen-free atmosphere he follows.

6. The method according to claim 4, characterized in that the sintering of the silicon dioxide layer takes place under flowing hydrogen gas, which washes away the foreign atoms that have diffused out.

7. The method according to claim 6, characterized in that the sintering process takes place at a temperature of about 700 ⁰ C, takes about 30 minutes, and that hydrogen gas is passed in an amount of about 2 liters per minute over the semiconductor body.

1 sheet of drawings