DE1811136A1 - Verfahren zum Herstellen eines Planartransistors - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Planartransistors

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Dr Dipl-Phys Reinhard Dahlberg
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Description

Te 1 e f u η k e η Pat. ent ver wer t Lings g es el 1 schaft
in, b . II,
Ulm/Donau, Eiisabethenstr. 3
Heilbronn, den 19, 11, I968 FE/PT-La/N. -■ HN 65/68
"Verfahren zum Herstellen eines Planartransistors"
Bei der Herstellung von Planartransistoren geht man bekanntlich von exnem Halbleiterkörper aus, dessen Oberfläche mit einer diffusionshemmenden Passivierungsschicht überzogen ist, die beispielsweise aus Silxziumdioxyd oder aus SiIi-
mnitrid besteht* Im Falle der Verwendung von.Silizium als Halblextermaterial kann die Passivierungsschicht, die
fig einfach auch als Isolierschicht bezeichnet wird, beispielsweise durch Oxydation der Siliziumoberfläche hergestellt werden. Man kann jedoch auch mit Hilfe von pyrolytischen Verfahren eine Siliziumdioxydschicht oder auch exne Silxzxumnitridschicht auf die Halbleiteroberfläche aufbringen. Dxeses Verfahren ist bei anderen Halbleiterkörpern als solchen aus Silizxutn sogar unumgänglich. In die auf der Halbleiteroberfläche erzeugte Passivierungsschicht wird nach der heutigen Technik zunächst das Basisfenster mit HxIfe der Photoatztechnik geätzt, und danach wird durch dxeses Fenster die Basiszone des Transis ->rs in
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den Halbleiterkörper eindiffundiert. Dann wird die Halbleiteroberfläche einschließlich des Basisfensters mit einer zweiten Passivierungsschxcht überzogen und wieder mit Hilfe der Photoätztechnik das Emitterfenster 30 in die zweite Passivierungsschicht eingeätzt, daß es sich über der (größeren) Fläche des Basisfensters befindet Nach Eindiffusion der Emitterzone durch das Emitterfen-P ster ist der Planartransistor im Prinzip fertig, da die Kollektorzone durch den Halbleiterkörper gebildet wird» Es müssen jetzt nur noch sperrfreie Kontakte an der Oberfläche der Emitterzone und der Oberfläche der Basiszone getrennt voneinander angebracht werden, während die Kollektorzone durch Anbringen eines Kontaktes am Halbleiterkörper im allgemeinen auf der der Emitterzone gegenüber-. liegenden Seite kontaktiert wird.
^ Ein Nachteil dieses bekannten Verfsirens zur Herstellung
von Planartransistoren besteht darin,daß man nach der Eindiffusion der Basiszone einen zweiten Passivierungsprozeß mit nachfolgender Justierung der Emitterzone für die Photoätztechnik durchführen muß. Vor allem bei sehr feinen Strukturen (kleine Basisfläche) können als Folge dieser Justierung Ausfälle auftreten. Außerdem ist die Basisfläche bei den bekannten Planartransistoren immer wesentlich größer
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als die Emitterfläche, was die Basis-Kollektor-Kapazität relativ groß macht* Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Emitterzone und die Basiszone des Transistors durch dasselbe Fenster in der auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Passivierungsschicht diffundiert werden und daß die Emitterzone ebenfalls durch dieses Fenster, die Basiszone dagegen durch «in gesondertes, dem Emitterkontaktfenster benachbartes Basiskontaktfenster kontaktiert wird* Die im Halbleiterkörper zwischen der Basiselektrode und der Basiszone erforderlich* elektrische Verbindung wird durch eine Diffusionszone vom Leitungstyp der Basiszone hergestellt, die durch das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird. Sowohl die als Emitterkontaktfenster bezeichnete Öffnung in der Passivierungsschicht als auch die als Basiskontaktfenster bezeichnete Öffnung in der Passivierungsschicht hat bei diesem Verfahren mehrere Funktionen, da das Emitterkontaktfenster gleichzeitig als Emitter- und Basisdiffusionsfenster und das Basiskontaktfenster auch als Diffusionsfenster für die Verbindungszone zur Basiszone dient.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird das Basiskontaktfenster vorzugsweise zuerst in der Passivierungsschicht hergestellt und danach die Zone vom Leitungstyp der Basiszone, die die Verbindung zur Basiszone herstellt, durch das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Erst danach wird das Emitterkontaktfenster herge*- stellt und die Basis- und die Emitterzone durch dieses ψ Fenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert,
Gemäß einer bevorzugten Ausführungaform der Erfindung bleibt das Basiskontaktfenster bei der Basis- und Emitterdiffusion geöffnet. In diesem Falle wird die Zone vom Leitungstyp der Basiszone mit einer so hohen Oberflächenkonzentration eindiffundiert, daß ihr Leitungstyp trotz Gegendotierung durch die bei der Emitterdiffusion in das geöffnete Basiskontaktfenster eindringenden Emitterdiffusions· störstellen nicht geändert wird und ihre Leitfähigkeit den für eine Verbindung zwischen der Basiszone und der Basiselektrode erforderlichen Wert nicht unterschreitet. Die Zone vom Leitungstyp der Basiszone wird vorzugsweise tiefer in den Halbleiterkörper eindiffundiert als die Basiszone .
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Zwischen dem Basiskontaktfenster und dem Emitterkontaktfenster, die voneinander getrennt sind, befindet sich ein Teilstück der Passivierungsschicht, das man als Steg bezeichnen kann. Die Breite dieses Steges ist vorzugsweise kleiner als die Summe der Eindringtiefen der Basiszone und der Zone vom Leitungstyp der Basiszone.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in die Passivierungsschicht ein ringförmiges Basiskontaktfenster und nach der Diffusion der Zone vom Leitungstyp der Basiszone in den vom ringförmigen Basiskontaktfenster umschlossenen Teil der Passivierungsschicht das Emitterkontaktfenster eingebracht, durch das die Basiszone und die Emitterzone in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, das Basiskontaktfenster und das Emitterkontaktfenster z.B. kammförmig auszubilden und beide Kammstrukturen so anzuordnen, daß sie ineinandergreifen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird zuerst das Emitterkontaktfenster in die Passivierungsschicht eingebracht und die Emitterzone durch dieses Fenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Erst
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danach wird das Basiskontaktfenster in die passivierungs· schicht eingebracht und gleichzeitig die Basiszone und die Zone vom Leitungstyp der Basiszone durch das Emitter- bzw. das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Dieses Verfahren findet vorzugsweise dann Anwendung, wenn die die Basiszone erzeugenden Störstellen schneller diffundieren als die die Emitterzone erzeugenden Störstellen. Das Bas iskont akt fenst er, das bei diesem Verfahren spater hergestellt wird als das Emitterkontaktfenster, kann beispielsweise ringförmig um das Emitterkontakt fenster angeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß nach der sperrfreien Kontaktierung der Emitterzone und der Kontaktzone vom Leitungstyp der Basiszone die gesamte Passivierungsschicht entfernt und durch eine neue Passivierungsschicht ersetzt wird, die pyrolytisch durch Kathofe denzerstäubung oder durch Aufdampfen aufgebracht und nur über den Elektroden teilweise wieder entfernt wird.
Die Passivierungsschicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder aus Siliziumnitrid. Die Diffusionszonen werden beispielsweise mit Hilfe der sogenannten Pulverdiffusion in Schutzgas oder im Vakuum hergestellt. WMh-
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rend dxe Emxtterzone und die Basiszone auf der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörperβ kontaktiert werden, wird dxe Kollektorzone vorzugsweise auf der gegenüber-Ixegenden Seite des Halbleiterkörpers durch Anbringen einer Elektrode am Halbleiterkörper kontaktiert. Bei integrierten Schaltkreisen erfolgt die Kontaktierung der Kollektorzone dagegen im allgemeinen ebenfalls auf der Emitterseite.
Die sperrfreie Kontaktierung der Emitterzone und der Zone vom Leitungstyp der Basiszone erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer elektrodenlosen elektrolytischen Abscheidung von Metallschichten, die beispielsweise aus Gold, Platin* metallen, Silber, Nickel oder Kupfer bestehen. Eine beim Diffundieren in oxydierender Atmosphäre entstehende Glasschicht wird vor der Metallabscheidung in den Kontaktfenstern entfernt.
Dxe Erfindung findet beispielsweise b«i der Herstellung von Planartransistoren vom npn- oder pnp-Typ mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, Germanium oder einer A
B -Verbindung Anwendung« Nach der Erfindung können bei-
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spielsweise Hochfrequenz- und Hochfrequenss-Leistungfstransistoren hergestellt werden, die natürlich auch Elemente einer integrierten Schaltung sein können«
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispieleia näher erläutert.
Zur Herstellung eines Planartransistors nach der Erfindung geht man nach der Figur 1 von einem Halbleiterkörper aus, dessen eine Oberflächenseite mit einer Passivierungsschicht 2 bedeckt ist, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder aus Siliziumnitrid besteht. In die Passivierungsschicht 2 wird ein Basiskontaktfenster 3 eingebracht, durch das Störstellen diffundiert werden, die im Halbleiterkörper den gleichen Leitungstyp erzeugen, wie ihn die Basiszone des Transistors hat. Bei dieser Diffusion entsteht die Halbleiterzone k vom Leitungstyp der Basiszone, die die Aufgabe hat, mit der noch herzustellenden Basis-
zone eine elektrische Verbindung herzustellen. Die Zone kann deshalb auch als Kontaktzone bezeichnet werden, die die Basiszone mit der noch innerhalb des Basiskontaktfensters 3 herzustellenden Basiselektrode elektrisch verbindet. Das Basiskontaktfenster hat also zwei Funktionen,
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und zwar dient es einmal als Diffusionsfenster bei der Herstellung der Kontaktzone 4 vom Leitungstyp der Basiszone sowie zum anderen, wie bereits der Name sagt, als Kontaktfenster für die Basiselektrode.
Nach der Herstellung der Zone 4 durch Diffusion wird in die Passivierungsschicht 2 gemäß der Figur 2 eine weitere Öffnung 5 ale Emitterkontaktfenster eingebracht. Ebenso wie das Basiskontaktfenster 3 hat aber auch das Emitterkontaktfenster 5 mehrere Funktionen, da durch dieses Fenster nicht nur die Emitterzone kontaktiert wird, sondern gemäß der Figur 2 auch die Basiszone 6 und daran anschließend gemäß der Figur 3 die Emitterzone 7 diffundiert wird.
Bei den Diffusionen sind folgende Punkte zu beachten. Die Eindiffusion der Kontaktzone 4 vom Leitungstyp der Basiszone erfolgt tiefer und mit wesentlich höherer Oberflächenkonzentration als die spätere Basisdiffusion, bei der im Halbleiterkörper die Basiszone 6 entsteht. Die Oberflächenkonzentration wird bei der Herstellung der Kontaktzone 4 so hoch gewählt, daß bei der späteren Emitterdiffusion kein sperrender pn-übergang zwischen der Basiszone und dem von der Emitterdiffusion erfaßten Bereich der Kontaktzone 4 entsteht. In diesem Zusammenhang ist nämlich zu be-
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- Io -
rücksichtigen, daß bei der Emitterdiffusion nicht nur das Emitterkontaktfenster 5» sondern auch das Basiskontaktfenster 3 geöffnet ist, so daß die Emitterdiffusionsstörstellen nicht nur durch das Emitterkontaktfenster, sondern auch durch* das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper gelangen. Die Emitterdiffusionestörstellen bewirken des-
^ halb in .einem Bereich der Kontaktzone k eine Gegendotie-P .
rung, die jedoch nicht so weit gehen darf, daß eine Umdotierung der Kontaktzone k zustandekommt. Die Umdotierung kann man verhindern, indem man die Oberflächenkonzentration bei der Herstellung der Kontaktzone k entsprechend hoch wählt.
Wie die Figur 2 zeigt, ist das Emitterkontaktfenster 5 vom Basiskontaktfenster 3 durch einen Steg 2a getrennt, der ein Teil der Passivierungsschicht 2 ist. Die Brei-P te dieses Steges 2a wird so bemessen, daß die Summe der Eindringtiefen der Kontaktzone k und der Basiszone 6 größer ist als die Breite des Steges 2a. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die Kontaktzone 4 und die Basiszone 6 unter dem Steg 2a überlappen. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Basiszone und der Basiselektrode mittels der Kontaktzone 4 ist näm-
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Hch Voraussetzung, daß sich die Kontaktzone und die Basxszone überlappen oder einander zumindest berühren.
Die zur Kontaktierung erforderlichen sperrfreien Elektroden an der Emitterzone und der Kontaktzone lassen sich bei dem Verfahren nach der Erfindung besonders einfach anbringen* Da sowohl die Kontaktzone h als auch die Emitterzone 7 vorzugsweise eine Oberflächenkonzentration oberhalb der sogenannten Entartung haben, d.h. eine quasimetallische Leitfähigkeit besitzen, genügt ein einfacher Metall-Halbleiter-Kontakt zur sperrfreien Kontaktierung. Solche Kontakte lassen sich in einfacher Weise durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen und Eintempern von Metallschichten herstellen oder auch erfindungsgemäß wegen der hohen Oberflächenleitfähigkeiten in den beiden Zonen mit Hilfe einer stromlosen Metallisierung erzeugen. Hierfür eignen sich vor allem stromlose Edelmetallabscheidungen von Gold, Silber und Metallen der Platingruppe, aber auch Nickel und Kupfer.
Eine stromlose Metallisierung erhält man beispielsweise durch bloßes Eintauchen des fertigen Halbleiterkörpers in ein entsprechendes Metallbad, wobei eine Metallschicht nur in den Öffnungen der Passivierungsschicht auf der
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Halbleiteroberfläche abgeschieden wird. Ohne den sonst üblichen Maskierungs- und Aufdampfprozeß erhalt man auf diese Weise eine Metallisierung der Emitterzone und der Kontaktzone vom Leitungstyp der Basiszone und dadurch.gemäß der Figur 3 die Emitterelektrode 8 und die Basiselektrode 9. Die Kollektorzone wird beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite durch Anbringen einer Elektrode am Halbleiterlörper oder durch Auflöten des Halbleiterkörpers auf einen Gehäusesockel kontaktiert.
Die Herstellung der Emitter^ und der Basiselektrode ist nach der Erfindung nicht nur sehr einfach, sondern hat auch den Vorteil, daß die Elektroden genau placiert werden können, weil sowohl für die Diffusion der zu kontaktierenden Zonen als auch für deren Kontaktierung durch Metallabscheidung dieselben Öffnungen und damit dieselbe Struktur in fe der Passivierungsschicht benutzt werden. Die abgeschiedenen Metallschichten, die die Emitter- und Basiselektrode repräsentieren, können noch anlegiert bzw. angesintert werden«
Die Erfindung hat gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, daß zwei schwierige Justiervorgänge eingespart werden, und zwar erstens zwischen der Basis- und der Emitterdif-
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fusion und zweitens vor der Herstellung der Elektroden zur Kontaktierung der Basis- und der Emitterzone. Bei bekannten Verfahren wird nämlich für die Basisdiffusion ein anderes Diffusionsfenster benutzt als für die Emitterdiffusion, so daß vor der Emitterdiffusion eine genaue Justierung vorgenommen werden muß, da ja das Emitterfenster nicht beliebig innerhalb des Bereiches der Basiszone placiert werden kann. Dasselbe gilt bei bekannten Verfahren für die Einjustierung beider Herstellung der Basis- und Emitterkontaktfenster. Durch die Einsparung zweier wesentlicher Justiervorgänge wird demgegenüber bei der Erfindung die Ausbeute bei der Herstellung von Planartransistoren erhöht und vor allem die Herstellung von sehr feinen Transistorstrukturen und integrierten Schaltkreisen wirtschaftlicher.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem man zur Herstellung eines Planartransistors gemäß der Figur 4 wieder von einem Halbleiterkörper 1 vom Leitungstyp der Kollektorzone ausgeht. Der Kollektorkörper 1 besteht beispielsweise aus Silizium vom n-Leitungstyp, während die Passivierungsschicht 2 z.B. aus einer etwa 3ooo A* dicken, durch Oxydation erzeugten Quarzschicht und einer darauf pyrolytisch abgeschiedenen Siliziumnitridschicht von etwa 3oo A Dicke be-
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steht.
In die Passivierungsschicht 2 wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein ringförmiges Basiskontaktfenster 3 eingeätzt, durch das die Kontaktzone 4 in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert wird. Die Kontaktzone 4, die beispielsweise durch Eindiffusion von Bor hergestellt wird, ist dann ebenfalls ringförmig ausgebildet. Die Bordiffusion erfolgt bis zu einer Tiefe von etwa Io yu mit einer Oberflächenkonzentration von z.B. 5·Io Störstellen pro cm ·
Nach der Herstellung der Kontaktzone k wird in die Passivierungsschicht 2 gemäß der Figur 5 eine weitere Öffnung eingebracht, und zwar das Emitterkontaktfenster 5, welches konzentrisch innerhalb des Basiskontaktfensters zu liegen kommt. Zwischen dem Emitterkontaktfenster und dem Basiskontaktfenster verbleibt ein schmaler, ringförmiger Steg 2a als Teil der Passivierungsschicht 2, Die Breite dieses Steges beträgt beispielsweise 5/U. Durch das Emitterkontaktfenster 5 wird nun gemäß der Figur 6 die Basiszone 6 in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert, und zwar beispielsweise ebenfalls mit Hilfe einer Bordiffusion. Die Diffusionstiefe beträgt bei dieser Bordif-
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fusion z.B. 2yU und die Oberflächenkonzentration etwa
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3·1ο Störstellen pro cm . Unter dem Steg 2a überlappen sich die beiden Borprofile, die von der Kontaktdiffusion und der Basisdiffusion herrühren.
Nach der Basisdiffusion wird das bei dieser Diffusion gebildete Borglas aus dem Emitterkontaktfenster 5 entfernt und danach gemäß der Figur 7 durch dieses Fenster die Emitterzone 7 in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Die Emitterzone kann beispielsweise durch Eindiffusion von Phosphor hergestellt werden, welches z.B. mit einer Ober-
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flächenkonzentration von 2.1o Störstellen pro cm etwa 1,5 /U tief in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird. Durch die Emitterdiffusion entsteht der Emitter-Basispn-Übergang, während trotz Diffusion der Emitterstörsteilen durch das Basiskontakt fenster die darunter befindliche Kontakt zone k wegen der höheren Borkonzentration nicht umdotiert werden kann·
Nach der Emitterdiffusion wird das Phosphorglas Über der Emitterzone 7 sowie über der Kontaktzone 4 entfernt. Werden die Diffusionen nicht in oxydierender Atmosphäre, sondern im Hochvakuum oder in einer Edelgas- oder Wasserstoffatmos-
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Basiskontaktfenster und das Emitterkontaktfenster nebeneinander angeordnet sind und bei dem Planartransistor der Figuren k bis 13 das Basiskontaktfenster konzentrisch um das Emitterkontaktfenster angeordnet ist, zeigt die Figur l4 eine weitere Ausführungsform dör Erfindung in einer Aufsicht, bei der sowohl das in der Passivierungsschicht 2 befindliche Basiskontaktfenster 3 als auch das Emitterkontaktfenster 5 eine Kammstruktur aufweisen und beide Fenster kammfö'rmig ineinandergreifen.
Bei der Aufsicht der Figur 15 sind bereits die Elektroden in die Kontaktierungsfenster eingebracht, und zwar ist sowohl die Emitterelektrode 8 als auch die Basiselektrode 9 entsprechend der kammfö'rmigen Struktur des Emitter- bzw. des Bäsiskontaktfensters kammförmig ausgebildet. An beiden Elektroden sind gemäß der Figur 15 weitere Kontaktflächen Io angebracht, die das Anbringen von Zuleitungsdrähten erleichtern. Diese erweiterten Kontaktflächen lo, die in der· englischsprachigen Literatur als "Enlarged Contacts" 'bezeichnet werden, können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß nach der Herstellung der Emitter- und der Basiselektrode auf die ganze eine Oberflächenseite eine Metallschicht aufgedampft wird, die mit Ausnahme der beiden erweiterten Kontaktflächen Io anschließend mit
Q O 98 4 S/Γ* Β I *
Hilfe eines Photoätzprozesses wieder entfernt - wirdi Während die Emitter- und die Basiselektrode beispielsweise aus Platin bestehen können, bestehen die 'erweiterten Kontaktflächen Io beispielsweise aus Aluminium.
Die Figur 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem wie in den Figuren 1 bis 3 die Kontaktfenster nebeneinander angeordnet sind. Das Basiskontaktfenster 3 und das Emitterkontaktfenster 5 sind jedoch nicht rechteckförmig, sondern dreieckförmdg ausgebildet. Dementsprechend weisen auch die Basiselektrode 9 "und die Emitterelektrode 8 gemäß der Figur 1? eine Dreieckstruktur
Der in Verbindung mit den Figuren k bis 13 beschriebene Planartransistor ist ein npn-*Siliciumtransistor, Derselbe Transistor kann natürlich auch die Konfiguration der Fi- . guren 1 bis 3 oder der Figuren Ik und 15 sowie der Figur 1'6 haben. Im folgenden wird die Herstellung eines pnp-Siliziumtransistors beschrieben, der natürlich ebenfalls jede der in den bisherigen Figuren dargestellten Konfigurationen haben kann. Zur Herstellung eines "pnp-Silizium-■ transistors geht man von einem p-leitenden. Siliziumkörper I aus, der ebenfalls mit einer Passivierung©-
«aflsie£fc*££le νβη !tar
5 -far© .-cm im
i&er Basisxanje «n^tjBt^lhtt. üaicit d*r *$b&r<&t«lllmxg
f i*aLa*ä raoefh eriaimaiL ΚιοεΒφίΙΐίοίΤ to ti«?« eitaclii>CBHtili«r«±, uitd swsr snv
iier BasiSÄoii« 6 nti-t eij»er Diffusiionstieife von z.B. 1 ,u
19 eincsr QbiKrflaCih-iKnicffinzientration von 5·1'<* Störstellen pro cm. Erfolgt di* I^KWjikoarKUffttsion 1» oxydierender Atm««*- jshäre., so juujcu Am Aan»sÄlilß an die Phojsphordiffusion das -Ib-Bx dieser 3A££msAigm «a^tsEtteb#nd« 3w>ej>horglas entfernt. Nach der flasä^d4i^««ii^n esnfolgt die Emit't er diffusion durch Eind±fftwidi«r«sn nr®» a^B- Tor mit einer Obearflächenkonzentrat ion von 3*eia^pi*aA*i«i»e 5·1ο .Störstellen pro cn3 und einer Diffusionstief« V'W ftbenfalls z.B. l,u. Da während der Emitterdiffuaioaft di* Bia^isAOOie «benfalls v^eiter in den EeJLl>l«iit«rkÖrji«r «indififwndieirt^ b««it2;t der fertigte TjrameistQr eine «iff^äctive fias-iswftift« von knapp einem halben Miferon. !Die Är*j-t« dies S^egess 2a, der das Basiskontaktie:run^s.f«Q«t?er von d«m
'2 vu.
der iBoarditf^ueüoei wir.d das Borglas a&geä-tzt und der
BAD
Siliziumkörper in einem PJUatinbad für stzOmi&s® Platinlerung gekocht, so da0 sic» auf 4er fritter«©,«« 7 *»d der Kontakt zone % vom keit»ngstyp .-d«r Basiszone. z»B« gejuäß der Figur 15 eine FlatirascMclit S 1>ικι«, 9 abscheidet,- ffeefc einer Temjperwiiig bei Jöö feisr Soo C *rird auf 4ie gesamte eine -OberClächenseite 4e» SaXl>leit«rJsiSrpere iw eine etwa 1 .■» dicke AlnminiuaiecfeicBt aiafgedampft» Mit Hilfe* eines Photoättspr^zesses werden d»nn die Kontelctfläcnen Io trm&gmSt&b {Figur 155» an denen eine Drjahtlcontaktierung ie-ictoter yjprnetowen ISßt als an den eingetemperten Platinschichten B und 9·
Während bisher die Herstellung von sistoren beschrieben worden ist, wird im folgenden die Herstellung eines npn-Gerjnaniwn-Pianartraniiistjprs der Erfindung beschrieben, ättr %mm analog ämn transistoren hergestellt wird» Auf eineni <*erina»iwflHHalfc«» leiterJcörper 1 von z»P# o#3 Ohmcm wird toeiejpieleweisie eine etwa 3oo % dicke Silissiumnitridscnicht als !»-as-siviertmgs* schient 2 .abgeschieden« Danach-, wird «tit Hilfe uer Photo«· ätsstechnik das Basisfcontaktfenster 3 in die gili^iumiiitridschicht 2 eingeSt«t, -Anschließend erfolgt die lindiff'usion yon **δ# Saliiiim etwa km, tief mit einer 0berflScfcenfa>ii a#ntration von ».»# 7* tv Störstellen pro c»^ mxr Her-
stellung der Kontaktzone 4. Nach dieser Diffusion wird in die Siliziumnitridschicht 2 wieder mit Hilfe der Photoätztechnik ein Emitterkontaktfenster 5 so eingeätzt, daß nur ein Steg 2a von z.B, 2 .u Breite zwischen den beiden Kontaktfenstern stehen bleibt. Anschließend wird beispielsweise Indium zur Herstellung der Basiszone 6 etwa 1,5-zu tief mit einer Oberflächenkonzentration von z.B.
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l.lo Störstellen pro cm in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Eine Arsen-Diffusion mit einer Diffusionstiefe von etwa o,7yU und mxt einer Oberflächenkonzentration von
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etwa 5.1ο Störstellen pro cm erzeugt die Emitterzone 7·
Zur Kontaktierung der Emitter- und der Basiszone wird der Germaniumkörper in einem Goldbad gekocht, wobei die Goldschichten 8 und 9 auf der Kontaktzone 4 bzw, der Emitterzone 7 abgeschieden werden. Diese Goldschichten werden anschließend bei 37° C einlegiert. Damit ist der Transistor fertig zum Aufbau, Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, die Siliziumnitridschicht 2' vom gesamten Halbleiterkörper abzuätzen und auf die Halbleiteroberfläche bei 35° C eine pyrolytische Quarzschicht von beispielsweise 5ooo A Dicke aufzubringen. Mit Hilfe eines Photoätzprozesses wird diese Quarzschicht über den Goldkontakten teilweise wieder entfernt, um die weitere Kontaktierung des Transistors durch ZuIeitungsdrähte oder Leitbahnen zu ermöglichenο
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Natürlich lassen sich auch die zuvor beschriebenen Silizium-Planartransistoren mit Hilfe von pyrolytisch -öder ».. durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung erzeugten Quarz**'* · und/oder Siliziumnitridschichten herstellen. Man kann auch in diesem Falle die Passivierungsschichten nach der Metallisierung der Emitterzone und der Kontaktzone vom■ Lei'tung.styp der Basiszone ablösen, um eine frische oder dickere ™ Passivierungsschicht aufzubringen» Die bei relativ tiefer Temperatur abgeschiedene Passivierungsschicht wird dann nur noch über den durch Metallisierung gewonnenen Elektroden teilweise wieder entfernt.
Nach der Erfindung kann schließlich aber auch ein Germanium-Planartransistor hergestellt werden, wobei nur zu beachten ist, daß Akzeptor-Atome (Gallium, Indium, Aluminium, Bor) in Germanium sehr viel langsamer diffundie» fe ren als Donator-Atome (Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut')'.· Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, wird in der Passivierungsschicht nicht wie bisher zuerst das Basislcontäkt-'fenster geöffnet, sondern zunächst das Emitterkontaktfenster,
Bei der Herstellung eines pnp-Germanium-Planar transistors nach der Erfindung geht man deshalb gemäß der Figur 18 von einem mit einer Passivierungsschicht 2 bedeckten Halb-
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leiterkörper aus, in dessen Passivierungsschicht als erste Öffnung das Emitterkontaktfenster 5 eingebracht wird. Die Passivierungsschicht 2 besteht beispielsweise aus einer etwa 3oo X dicken Siliziumnitridschicht, die z.B. mit Hilfe von Hochfrequenzzerstäubung auf einen p-leitenden Halbleiterkörper aus z.B. 2 Ohmcni-Material aufgebracht wird. Durch das Emitterkontaktf*nster 5 wird nun zunächst die Emitterzone in den Halbleiterkörper eindiffundiert, indem z.B. Gallium bis zu einer Tiefe von etwa 1,5/U mit
19 einer Oberflächenkonzentration von z.B. 8.1o Störstellen pro cm durch das Emitterfenster in den p-leitenden 6ermaniumkörper eindiffundiert wird*
Danach wird gemäß der Figur 19 in die Passivierungsschicht 2 ein ringförmiges, konzentrisch um das Eeitterkontaktfenster 3 angeordnetes Basiskontaktfenster 3 so eingeätzt, daß zwischen den beiden Penstern ein Steg 2a au· Siliciumnitrid von beispiel8Mri.se 2,5 /U Breite stehen bleibt. Ohne jteden Zwischenprozeß werden anschließend Störstellen, die im Halbleiterkörper den n-Leitungstyp erzeugen, sowohl durch das Emitterkontakt fenster als auch durch das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert, wobei sowohl die Basiszone als auch die Kontaktzone vom Leitungstyp der Basiszone entsteht« Zur Herstellung der
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Nach der Erfindung lassen sich nicht nur Silizium- oder Germanium-Planartransistoren herstellen, sondern beispiels-
III V weise auch Planartransistoren aus einer A B -Verbindung.
Als Passivierungsschicht wird dabei beispielsweise eine Siliziumnitridschicht verwendet. Das Herstellungsverfahren ist ganz analog wie beim Germanium-Planartransistor. Als Diffusionsmaterial zur Herstellung der Emitterzone und der Kontaktzone kann beispielsweise Zink und Zinn verwendet werden. Zu beachten ist dabei, daß die Diffusionen in einem abgeschlossenen System wie z.B. einer Quarzampulle erfolgen müssen, das sich allseitig auf gleicher Temperatur befindet» Bei Verbindungshalbleitern mit niedrigem Schmelzpunkt (z.B. Indiumantimonid) muß die Silizxumnitridschicht bei tieferer Temperatur z.B. mit Hilfe von Hochfrequenz-Kathodenzerstaubung aufgebracht werden.
Obwohl die Erfindung der Einfachheit wegen bisher xnimer nur in Verbindung mit der Herstellung eines einzelnen Transistors beschrieben wordenist, kommt in der Praxxs vorzugsweise die Scheibentechnxk zur Anwendung, bei der auf einer gemeinsamen Halbleiterscheibe gleichzeitig eine Vielzahl von Einzeltransistoren hergestellt wird.
Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei der Herstellung
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integrierter Schaltkreise Anwendung finden, und zwar bei der Herstellung der Planartransistoren in diesen Schaltkreisen. In der Figur/2o ist im Querschnitt'ein integrierter Schaltkreis mit einem npn-Transistor nach der Erfindung dargestellt. Ein integrierter Schaltkreis mit einem pnp-Transistor ist analog aufgebaut. Der integrierte Schaltkreis der Figur 2o besteht aus einem p-Substrät Ii fe aus Silizium, auf das eine epitaktische Schicht 1 aus Silizium vom n-Leitungstyp aufgebracht ist. Diese "epitaktische Schicht 1 wird mit einer Passivierungsschicht sowie mit Separationszonen 12 versehen, die die epitaktische Schicht in verschiedene Boxen einteilen. In einer solchen Box wird der Planartransistor der Figur 2o hergestellt. Zur Herstellung des Planartransistors wird in Übereinstimmung mit vorhergehenden Aus führung sb ei. spie Leu in die Passivierungsschicht 2 eine Öffnung 3 ala Basiskontaktfenster eingebracht, durch das die Kontakt zone Ί in die epitaktische Schicht 1 eindiffundiert wird. Anschließend wird das Emitterkontaktfenster 5 so hergestellt, daß zwischen den beiden Fenstern der Steg 2a stehen bleibt. Durch das Emitterkontaktfenster 5 wird nun die Basiszone in die epitaktische Schicht eindif fundiert. Vor -der Emit terdiffusion wird in die Passivierungsschicht noch eine Öffnung 13 eingebracht, die) zur Kontaktierung der Kollektor
J0O-9B45/O6.1.5
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QaailZ-C^iIOtIt gascihütat M«rdl«A. ©i«** Seil«*JC«chJ cht wird *r*t wied«- vs^r -a*x H«r«t«ilWB(g* €er XetttaiDfc# entfernt»
Wie bereits ztun A«s^-«ck x«i»r*c3it, *y«rt «Hm fe«i dem Verfahren nach d«r Ex-ti.m&*m& "'g«g*eH4ife«r fc«iM«mt«!n V«rf ateren
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4As Er-fiiii<lwtig «SftjHStoer laimaw»
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Claims (20)

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    - 29 - 1811138^
    Patentansprüche
    l) Verfahren zum Herstellen eines Planartransistors, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone und die Basiszone des Transistors durch dasselbe Fenster in der auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Passivierungsschicht diffundiert werden, daß die Emitterzone ebenfalls durch dieses Fenster, die Basiszone dagegen durch ein gesondertes, dem Emitterkontaktfenster benachbartes Basiskontaktfenster kontaktiert wird, und daß die elektrische Verbindung zwischen der Basiselektrode und der Basiszone im Halbleiterkörper durch eine Diffusionszone vom Leitungstyp der Basiszone hergestellt wird, die durch das Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird»
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Basiskontaktfenster in der Passivierungsschicht hergestellt und die Zone vom Leitungstyp der Basiszone durch diese/-, fenster i" den. Halbleiterkörper ejndiffundiert wird, und daß erst danach das Emit torkontaktfenster hergestellt und die Basis- und die Emitterzone durch dieses Fenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden.
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  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek.ennzei.ch-.. net, daß das Basiskontaktfenster bei der Basis- und Emitterdiffusion geöffnet bleibt.
  4. k) Verfahren nach Anspruch 3 ι dadurch gekennzeichnet, daß die Zone vom Leitungstyp der Basiszone mit einer so hohen Oberflächenkonzentration eindiffundiert wird, daß ihr Leitungstyp trotz Gegendotierung..durch die bei der Emitterdiffu- ™ sion in das geöffnete Basiskontaktfenster eindringenden Emitterdiffusionsstörstellen nicht geändert wird und ihre Leitfähigkeit den für eine Verbindung zwischen der Basiszone und der Basiselektrode erforderlichen Wert nicht unterschreitet»
  5. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet., daß die Zone vom Leitungstyp der Basiszone tiefer in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird als die Basiszone.
    H
  6. 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 t. dadurch gekennzeichnet, daß'das Basiskontaktfenster und das Emit terkon takt.-fenster durch einen Steg aus dem Material der Passivierungsschicht getrennt werden, und daß die Breite dieses Steges kleiner als die Summe der Eindringtiefe der Basiszone und der Zone vom Leitungstyp der Basiszone gemacht wird. .
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    181113s
  7. 7) Veriafere» aaadi eine« der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da© JLa die Fassivierungsschicliit ein ringförmiges Basiskontaktfens ter und nach der Diffusion der Zone vom Leitungstyp der Basiszone in den vom ringförmigen Basiskontaktfenster umschlossenen Teil der Passivierungsschiclht das Emitterkontaktfenster eingebracht wird*
  8. 8) Verfalijrea nach einem ύ»τ Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung ineinandergreifender kammförmiger Basis- und Emitterkontaktfenster.
  9. 9) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Eeitterkontaktfenster in die Passivierungsschicht eingebracht w&& die Eeitterzone durch dieses Fenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, und daß anschließend das Basiskontaktfenster im die Passivierungsschicht eingebracht und gleichzeitig die Basiszone und die Zone vom zweiten Leitungstyn der Basiszone durch das Emitter- bzw· Basiskontaktfenster in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden.
  10. 10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dasiskontaktfenster ringförmig um das Emitterkontaktfans ter angeordnet wird.
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  11. 11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß nach·der sperrfreien Kontaktierung der Emitterzone und der mit der Basiszone in elektrischer Verbindung stehenden Zone vom Leitungstyp der Basiszone die gesamte Passivierungsschicht entfernt und durch eine neue Passivierungsschicht ersetzt wird, die pyrolytisch oder durch Kathodenzerstäubung aufgebracht und nur über den Elektroden teilweise wieder entfernt wird.
  12. 12) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht aus Siliziumoxyd oder aus Siliziumnitrid besteht.
  13. 13) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionszonen mit Hilfe der Pulverdiffusion hergestellt werden.
  14. Ik) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone, des Transistors auf der der Emitterzone gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers kontaktiert wird.
  15. 15) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die sperrfreie Kontaktierung der Emitterzo-
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    ne und der Zone vom Leitungstyp der Basiszone mit Hilfe einer elektrodenlosen elektrolytischen Abscheidung von Metallschicht en erfolgt.
  16. l6) Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Metallschichten aus Gold, Platinmetallen, Silber, Nickel oder Kupfer abgeschieden werden.
  17. 17") Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Diffudieren in oxydierender Atmosphäre entstehende Glasschicht in den Kontaktfenstern vor der Metallabschexdung entfernt wird.
  18. 18) Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Planartransistoren vom npn- oder pnp-Typ mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, Germanium oder einer A -B -Verbindung.
  19. 19) Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
    l8 zur Herstellung von Hochfrequenz- und Hochfrequenz-Leistungstransistoren.
  20. 20) Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen.
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