DE1764829B1 - Planartransistor mit einem scheibenfoermigen halbleiter koerper - Google Patents

Description

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Planartransistor, wie er oft in integrierten Schaltungen bzw. der Kollektorzone auf. Diese können durch

verwendet wird, nach dem Stande der Technik und Aufdampfen von Aluminium hergestellt werden.

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen mit dem Ein Teil des Leitungsweges für die Ladungsträger Planartransistor nach der F i g. 1 vergleichbaren von der Emitterzone 14 durch die Basiszone 12 und Planartransistor nach der Erfindung. 5 die Kollektorzone Aa zum Kollektorkontakt 20 ist Der in F i g. 1 dargestellte bekannte Planartran- durch Pfeile 31 angedeutet. Wegen der stark N-leitensistor wurde in monolithischen integrierten Silizium- den Taschenzone 8 verläuft ein Teil 31c dieses Stromschaltungen verwendet und enthält eine P-leitende pfades durch eine Schicht niedrigen spezifischen Siliziumeinkristallträgerschicht 2 relativ hohen spezi- Widerstandes, anstatt durch eine Schicht höheren fischen Widerstandes. Der spezifische Widerstand ist io spezifischen Widerstandes in der Kollektorzone 4a. Danicht kritisch und kann etwa in der Größenordnung durch verbessert sich die Stromverstärkung des Planvon 50 Ohm · cm liegen. artransistors, und es entsteht weniger Verlustwärme. Auf der Oberseite der Trägerschicht 2 ist eine epitak- Die Diffusion des die Basiszone 12 bildenden tische Schicht 4 aufgewachsen, die aus N-leitendem P-Dotiermaterials und des die Emitterzone 14 bildeneinkristallinem Silizium besteht, und einen relativ 15 den N-Dotiermaterials muß bei relativ hohen Temhohen spezifischen Schichtwiderstand von 200 bis peraturen durchgeführt werden. Hierbei diffundiert 400 Ohm/Quadrat hat. Zwischen der epitaktischen ein Teil des in der N+-leitenden Taschenzone 8 vorSchicht 4 und der Trägerschicht 2 befindet sich ein handenen Dotiermaterials nach allen Seiten nach PN-Übergang 6. Die Dicke der epitaktischen Schicht 4 außen. Einiges von diesem Dotiermaterial diffundiert kann beispielsweise 8 bis 10 Mikron betragen. 20 nach oben in denjenigen Teil Aa der epitaktischen Ein Teil der Trägerschicht 2 wird von einer stark Schicht 4, der unmittelbar unterhalb der Basiszone 12 N-leitenden Taschenzone 8 eingenommen, die sich liegt. Ein Teil des Dotiermaterials diffundiert aus der neben dem PN-Übergang 6 zwischen der Träger- N+-leitenden Taschenzone 8 auch nach oben in die schicht 2 und der epitaktischen Schicht 4 befindet. Die Basiszone 12 bis dicht an oder sogar in die Emitter-N⁺-leitende Taschenzone 8 kann eine rechteckige 25 zone 14 hinein.

Form haben und in der Trägerschicht 2 ausgebildet Wie bereits angeführt, besteht ein anderer unersein, ehe die epitaktische Schicht 4 abgelagert ist. Dies wünschter Effekt in der Fortsetzung von Kristallkann beispielsweise durch zeitweiliges Bedecken der Strukturstörungen von der stark leitenden Taschen-Oberseite der Trägerschicht 2 mit einer Masken- zone 8 in die Kollektorzone Aa des Planartransistors schicht, beispielsweise einer Siliziumdioxydschicht, 30 hinein. Diese Kristallstrukturstörungen bilden sich in die in üblicher Weise abgelagert ist, erfolgen, indem der epitaktischen Schicht 4 aus, wenn diese auf der durch übliche Photomasken und Ätzverfahren eine Trägerschicht 2 wächst, sie sind schematisch durch Öffnung in der Siliziumdioxydschicht gebildet wird die kleinen Dreiecke 22 dargestellt, und ein N-Leitung bewirkendes Dotiermaterial in die Wegen dieser Kristallstrukturstörungen in der freie Oberfläche der Trägerschicht 2 eindiffundiert 35 epitaktischen Schicht 4, die sich in die Basiszone 12 wird. Dies kann etwa durch Überstreichen mit einer hinein fortsetzen, ist es schwierig, wenn nicht sogar leicht zersetzbaren Arsenverbindung über die auf eine unmöglich, einen scharfen Emitter-Basis-PN-Überzur Zersetzung der Verbindung ausreichende Tem- gang zu erhalten. Wenn das N-Dotiermaterial von der peratur erhitzten Trägerschicht 2 und Ablagerung des Oberfläche der epitaktischen Schicht 4 zur Bildung Arsens auf der Oberfläche der Trägerschicht 2 erfolgen. 40 der Emitterzone 14 eindiffundiert wird, dann ist die Das abgesetzte Arsen wird dann anschließend durch Diffusionsgeschwindigkeit größer, so daß das Dotier-Erhitzen auf eine entsprechende Temperatur während material weiter eindiffundiert, wenn solche Störungen einer bestimmten Zeit in die Trägerschicht 2 hinein- vorliegen, als wenn keine Störungen vorhanden sind, diffundiert. Dabei bildet das Dotiermaterial oft sogenannte Dotier-Der Planartransistor wird durch Ausbildung der 45 spitzen 24, die sich von dem Emitter-Basis-PN-Über-Basis- und der Emitterzone in der epitaktischen gang 26 nach unten erstrecken und den Abstand der PN-Schicht 4 und durch Anbringen von Kontaktelektro- Übergänge beiderseits der Basiszone 12 verändern, den an der Emitter-, der Basis- und der Kollektorzone Wenn die Dotierspitzen überall auf den Basis-Kollektorfertiggestellt. Damit die verschiedenen Zonen, in die PN-Übergang 28 zu oder in die Verarmungszone ein Dotiermaterial in bekannter Weise eindiffundiert 5° des Basis-Kollektor-PN-Überganges hineinragen, dewerden soll, begrenzt werden, wird die Oberfläche der ren Grenzen durch die gestrichelten Linien 29 a und epitaktischen Schicht 4 zuerst mit einer Schutz- 29b angedeutet sind und die sich immer neben dem schicht 10 aus Siliziumdioxyd abgedeckt. PN-Übergang ausbildet, dann entsteht ein »Kurz-Anschließend wird eine P-leitende Basiszone 12 schluß«, und es entsteht ein Durchbruch am PN-Uberdurch Diffusion eines P-Leitung bewirkenden Dotier- 55 gang, wo er von den Dotierspitzen durchdrungen ist. materials, etwa Bor, in die epitaktische Schicht 4 Da sich ferner die Verarmungszonen weiter in schwäinnerhalb der in der Schutzschicht 10 gebildeten eher dotierte Zonen als in stärker dotierte Zonen öffnung gebildet. Die Öffnung in der Isolierschicht 10 hinein zu erstrecken suchen, hat die infolge des Auswird ebenfalls durch übliche Photomasken und Ätz- diffundierens aus der stark leitenden Taschenzone 8 verfahren gebildet. 60 stärkere Dotierung der Kollektorzone Aa zur Folge,daß Entsprechend der Herstellung der Basiszone 12 die Verarmungszone näher am Emitter-Basis-PN-kann eine Emitterzone 14 durch Diffusion eines Übergang verläuft, als sie es ohne eine solche Aus-N-Dotiermaterials, wie Arsen oder Antimon, in die diffusion tun würde. Dieser Effekt kann die DurchBasiszone hergestellt werden. Meist beträgt die Dicke bruchsspannung des Basis-Kollektor-PN-Ubergangs der Basiszone etwa 2 Mikron, die Dicke der Emitter- 65 beträchtlich vermindern. Die erhöhte Dotierungszone etwa 1,2 Mikron. konzentration in der Kollektorzone Aa erhöht ferner

Der fertige Planartransistor weist die Kontaktelek- den Emitter-Kollektor-Sperrstrom,

troden 16, 18 bzw. 20 an der für Emitter-, der Basis- Bei dem Planartransistor nach der Erfindung ist der

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Aufbau der stark leitenden Taschenzone an dem sowohl der Kollektorzone als auch der Basiszone un-Ubergang zwischen der Trägerschicht und der Kollek- mittelbar unterhalb der Emitterzone bleibt die Diff utorzone so ausgeführt, daß sie sich zwar wie bei be- sionsgrenze der Emitterzone scharf, und es besteht kannten Planartransistoren unmittelbar unterhalb der eine entschieden geringere Tendenz zur Ausbildung Basiszone befindet, jedoch nicht unter dem Teil der 5 von Diffusionsspitzen von der Diffusionsgrenze nach Basiszone, der sich unmittelbar unterhalb der Emitter- unten und zum Eindringen solcher Diffusionsspitzen zone befindet. Die stark leitende Taschenzone kann in die Basiszone am Basis-Kollektor-PN-Übergang. ringförmig sein und in der Mitte eine Öffnung haben, Dadurch wird auch die Gefahr der Bildung von Kurzdie im seitlichen Querschnitt etwa der seitlichen Quer- Schlüssen an dem Basis-Kollektor-PN-Übergang gerinschnittsfläche der Emitterzone entspricht. io ger und allgemein steigt die Durchbruchsspannung

Wie F i g. 2 zeigt, hat der Planartransistor nach der des Basis-Kollektor-PN-Übergangs an. Zusätzlich Erfindung grundsätzlich die gleichen Teile wie der wird die Ladungsträgerbeweglichkeit erhöht, so daß bekannte Planartransistor nach F i g. 1, mit Ausnahme das Hochfrequenzverhalten verbessert wird. Auch der abgewandelten Form der N+-leitenden Taschen- wird der Emitter-Kollektor-Sperrstrom verringert, zone in der Trägerschicht. Der Planartransistor kann 15 Die Lage der Verarmungszone bei in Sperrichtung beispielsweise eine Trägerschicht 2, eine epitaktische vorgespanntem Basis-Kollektor-PN-Übergang 28 verSchicht 4, von der ein Teil 4a als Kollektorzone dient, ändert sich ebenfalls. Wie die gestrichelten Linien 35 eine Basiszone 12 und eine Emitterzone 14 haben, die und 37, welche die Grenzen der Verarmungszone darvöllig den diesbezüglichen Zonen des in F i g. 1 dar- stellen, zeigen, ist in denjenigen Teilen der Basiszone 12 gestellten bekannten Planartransistors entsprechen. 20 und der Kollektorzone 4a, die nicht unterhalb der Jedoch hat die stark leitende Taschenzone 30 in der Emitterzone 14 liegen, die Lage dieses Teils der Ver-Trägerschicht 2 einen Aufbau mit einer in der Mitte armungszone etwa dieselbe wie bei dem bekannten angeordneten Öffnung 32 unmittelbar unterhalb der Planartransistor. Die gestrichelten Linienabschnitte Emitterzone 14. Die Öffnung 32 und die Emitterzone 35 a und 37 a zeigen jedoch, daß der unmittelbar 14 haben etwa dieselben seitlichen Querschnittsflächen. 25 unterhalb der Emitterzone 14 liegende Teil der Ver-Daher hat die stark leitende Taschenzone 30 eine armungszone nicht so weit in die Basiszone hinein-Ringform; selbstverständlich kann sie ebenso recht- ragt, wie bei dem bekannten Planartransistor, da eckig wie kreisförmig ausgebildet sein. Wie der be- dieser Teil der Basiszone wegen des Fehlens von aus kannte Planartransistor nach F i g. 1 hat der Planar- der stark leitenden Taschenzone herausdiffundierten transistor nach der Erfindung einen Emitter-Basis- 30 Dotiermaterials nicht so stark dotiert ist. Die Durch-PN-Ubergang 26, einen Basis-Kollektor-PN-Übergang bruchsspannung ist daher höher. 28, eine Oberflächenschutzschicht 10 und Emitter-, Gleichzeitig dient der übrige Teil der stark leitenden

Basis- und Kollektorkontaktelektroden 16,18 bzw. 20. Taschenzone 30 seiner ursprünglichen, bekannten Auch bei dem in F i g. 2 dargestellten Planartran- Aufgabe der Bildung eines Weges niedriger Leitfähigsistor bilden sich Kristallstrukturstörungen 22 in der 35 keit zur Kollektorelektrode 20: dieser Strompfad 34 epitaktischen Schicht 4 als Fortsetzungen aus der ist durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Es ist bereits stark leitenden Taschenzone 30, da aber der Teil der bekannt, daß die Injektion von Ladungsträgern am Kollektorzone 4 a, der sich unmittelbar unterhalb der Emitter-Basis-PN-Übergang fast vollständig am UmEmitterzone 14 befindet, sich nicht unter die stark fang und fast überhaupt nicht unterhalb der Emitterleitende Taschenzone 30 erstreckt, diffundiert keine 40 zone 14 erfolgt. Daher besteht keine Notwendigkeit, nennenswerte Menge Dotiermaterial von der stark daß stark leitende Strompfade unmittelbar unterhalb leitenden Taschenzone 30 in diesen Teil der Kollektor- der Emitterzone 14 verlaufen, wenn ein gut leitender zone 4a, und die Kristallstrukturstörungen setzen sich Strompfad in einem Bereich unmittelbar unterhalb nicht in sie fort. In diesem Teil der epitaktischen des Umfangs des Emitter-Basis-PN-Übergangs besteht, Schicht 4 bleibt somit eine saubere Kristallstruktur 45 der nach außen in eine Lage unterhalb der Kollektorerhalten, kontaktelektrode 20 verläuft. Die Stromverstärkung Infolge der sauberen Kristallstruktur des Teils bleibt daher hoch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft einen Planartransistor mit einer in einem scheibenförmigen Halbleiterkörper Patentansprüche: ausgebildeten Trägerschicht, einer an die Träger schicht angrenzenden schichtförmigen Kollektorzone,

1. Planartransistor mit einer in einem scheiben- 5 einer an die Kollektorzone angrenzenden und mit ihr förmigen Halbleiterkörper ausgebildeten Träger- einen Basis-Kollektor-PN-Übergang bildenden schichtschicht, einer an die Trägerschicht angrenzenden förmigen Basiszone, die von der Trägerschicht einen schichtförmigen Kollektorzone, einer an die KoI- Abstand hat, mit einer an die Basiszone angrenzenden lektorzone angrenzenden und mit ihr einen Basis- und mit ihr einen Basis-Emitter-PN-Übergang bilden-Kollektor-PN-Übergang bildenden schichtförmi- io den schichtförmigen Emitterzone, die von der Kollekgen Basiszone, die von der Trägerschicht einen torzone einen Abstand hat, wobei die Emitterzone eine Abstand hat, mit einer an die Basiszone angrenzen- geringere seitliche Ausdehnung hat als die Basiszone den und mit ihr einen Basis-Emitter-PN-Ubergang und die Emitterzone nur einen Teil der Basiszone bildenden schichtförmigen Emitterzone, die von überdeckt, und mit einer innerhalb der Trägerschicht der Kollektorzone einen Abstand hat, wobei die 15 des zur Kollektorzone entgegengesetzten Leitungstyps Emitterzone eine geringere seitliche Ausdehnung angeordneten und an die Kollektorzone angrenzenden hat als die Basiszone und die Emitterzone nur Taschenzone, deren Leitungstyp gleich dem der KoI-einen Teil der Basiszone überdeckt, und mit einer lektorzone und deren Leitfähigkeit größer als die der innerhalb der Trägerschicht des zur Kollektor- an sie angrenzenden Trägerschicht ist.

zone entgegengesetzten Leitungstyps angeordneten 20 Derartige Planartransistoren sind beispielsweise aus und an die Kollektorzone angrenzenden Taschen- der USA.-Patentschrift 3 260 902 bekannt. _

zone, deren Leitungstyp gleich dem der Kollektor- Monolithische integrierte Schaltungen aus Silizium ^

zone und deren Leitfähigkeit größer als die der an werden üblicherweise unter Verwendung eines Siliziumsie angrenzenden Trägerschicht ist, dadurch scheibchens hergestellt, das aus einer Trägerschicht gekennzeichnet, daß die Taschenzone (30) 25 relativ hohen spezifischen Widerstandes und einer auf nur demjenigen Teil der Basiszone (12) gegenüber- die Trägerschicht epitaktisch gewachsenen Schicht liegt, welcher nicht innerhalb der Projektion der relativ hohen spezifischen Widerstandes besteht. Der Emitterzone (14) auf die Scheibenebene des Halb- Leitungstyp der epitaktischen Schicht ist dem der leiterkörpers liegt. Trägerschicht entgegengesetzt. In einem einzigen

2. Planartransistor nach Anspruch 1, dadurch 30 Halbleiterscheibchen können Hunderte von Schaltungekennzeichnet, daß die Trägerschicht (2) aus gen gleichzeitig hergestellt werden, von denen jede schwach dotiertem Halbleitermaterial eines ersten gegebenenfalls, je nach Art der Schaltung, einen oder Leitungstyps besteht, daß ein Teil (4 a) einer epitak- mehrere bipolare Planartransistoren enthalten kann, tischen Schicht (4) aus einem Halbleitermaterial Bei dem bekannten Planartransistor setzt die Tavom der Trägerschicht (2) entgegengesetzten 35 schenzone hoher Leitfähigkeit, wie erwartet, den zweiten Leitungstyp die Kollektorzone bildet, daß Kollektorwiderstand herab. Sie bringt jedoch andere die Basiszone (12) vom ersten Leitungstyp ist und Nachteile mit sich, welche möglichst ausgeschaltet innerhalb der epitaktischen Schicht (4) an die werden sollten. Nachdem die stark leitende Taschen-Kollektorzone angrenzend und im Abstand von zone in die Trägerschicht eingebracht ist, hat die für der Trägerschicht (2) angeordnet ist, daß die 40 die Fertigstellung des Planartransistors anschließend Emitterzone (14) vom zweiten Leitungstyp ist und angewendete hohe Temperatur eine Diffusion eines an die Basiszone (12) angrenzt und eine geringere Teils des in der stark leitenden Taschenzone enthalseitliche Querschnittsfläche als diese hat, und daß tenen Dotiermaterials in die Kollektorzone des Λ innerhalb der Trägerschicht (2) an die Kollektor- Planartransistors, ja selbst in dessen Basiszone, zur ™ zone (4 α) angrenzend die Taschenzone (30) vom 45 Folge, da der Abstand zwischen dem Übergang von zweiten Leitungstyp stark dotiert und ringförmig der Kollektorzone zu der Trägerschicht und dem PN-ausgebildet ist und sich über die Projektion der Übergang zwischen der Basis- und der Kollektorzone Basiszone (12) auf die Scheibenebene des Halb- relativ kurz ist. Auch sucht die hohe Dotierungsleiterkörpers hinaus seitlich ausdehnt. konzentration der stark leitenden Taschenzone in

3. Planartransistor nach Anspruch 2, dadurch 50 einem Teil der Trägerschicht Kristallstrukturstörungen gekennzeichnet, daß die Mittelöffnung der ring- hervorzurufen, die sich dann in der epitaktischen Schicht förmigen Taschenzone (30) etwa denselben seit- fortsetzen, wenn diese auf der Trägerschicht wächst, liehen Querschnitt wie die Emitterzone (14) hat. Diese Kristallstrukturstörungen in der Kollektorzone

4. Planartransistor nach Anspruch 2, dadurch beeinträchtigen die Signalübertragungseigenschaften gekennzeichnet, daß die Kollektorzone (4), die 55 des Planartransistors. Sie ergeben bei der Eindiffusion Basiszone (12) und die Emitterzone (14) bis zu der Dotiermaterialien weitere Nachteile, die im eineiner Oberfläche der epitaktischen Schicht (4) zelnen noch näher erläutert werden.

reichen und je mit einer Kontaktelektrode (16, 18, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

20) auf dieser Oberfläche versehen sind. angeführten Nachteile der bekannten Planartransisto-

5. Planartransistor nach Anspruch 4, dadurch 60 ren mit einer Taschenzone zu vermeiden, gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (20) der Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht darin, Kollektorzone (4) innerhalb der Projektion des daß die Taschenzone nur demjenigen Teil der Basisüber die Basiszone (12) seitlich überstehenden zone gegenüberliegt, welcher nicht innerhalb der ProTeiles der Taschenzone (30) an die der Emitter-, jektion der Emitterzone auf die Scheibenebene des Basis- und Kollektorzone gemeinsamen Oberfläche 65 Halbleiterkörpers liegt.

der epitaktischen Schicht (4) liegt. Im folgenden, wird die Erfindung an Hand der

F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen bipolaren