DE1933805C3

DE1933805C3 - Halbleiterbauelement mit einem Transistor

Info

Publication number: DE1933805C3
Application number: DE19691933805
Authority: DE
Inventors: Claude Caen Calvados Chapron (Frankreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1977-05-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Transistor, dessen Halbleiterkörper aus einem Halbleitersubstrat und einer auf ihm angebrachten epitaktischen Halbleiterschicht besteht, die wenigstens einen Teil der Kollektorzone des Transistors enthält, der die Basiszone des Transistors umgibt, die die Emitterzone des Transistors umgiot, wobei die Kollektorzone eine niederohmige vergrabene Schicht enthält, die sich in einem Teil des Halbleiterkörpers befindet, in dem die epitaktische Halbleiterschicht und das Halbleitersubstrat aneinander grenzen, und bei dem die Emitter-, die Basis- und die Kollektor kontaktelektroden auf der Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht angebracht sind, und der Halbleiterkörper einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthält.

Bei einem solchen Halbleiterbauelement dient die vergrabene Schicht zur Herabsetzung des Kollektorwiderstandes. Der die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzender Fremdstoff ist angebracht, um eine Vergrößerung der Schaltgeschwindigkeit des Transistors zu erzielen. Ein derartiger Fremdstoff wird oft auch als »Killer« bezeichnet und kann z. B. aus Gold

bestehen.

Ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art ist aus der GB-PS 1043 719 bekannt wobei das Substrat mit Gold dotiert ist. Zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes wird z. B. das Halbleitersubstrat mit einer Schicht aus Gold überzogen, das dann in das Halbleitersubshat eindiffundiert wird. Oft jedoch ist es erwünscht, nicht nur das Halbleitersubstrat sondern auch die Kollektorzone und die Basiszone selbst des Transistors mit Gold zu dotieren.

Es hat sich gezeigt daß eine derartige Diffusionsbehandlung keine regelmäßige reproduzierbare Konzentration des Fremdstoffes in der Kollektor- und der Basiszone ergibt und diese Konzentration überdies sehr gering ist

Es sei noch bemerkt daß aus der US-PS 32 60 902 ein Transistoraufbau mit einer vergrabenen Kollektorschicht bekannt ist die einen Abfluß bildet für Minoritätsladungsträger, die durch die Basiszone in die Kollektorzone injiziert werden und durch Rekombination in der vergrabenen Schicht wieder verschwinden. Die vergrabene Schicht befindet sich dabei nicht unter der gesamten Basiszone und erstreckt sich nicht bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb des Kollektorelektrodenkontakts, wie dies üblich ist, sondern nur unter der Emitterzone. Diese bekannte Zonen- und Schichtenstruktur enthält außerdem keinen Fremdstoff wie Gold.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art anzugeben, das sich gut reproduzierbar

herstellen läßt und das gute elektrische Eigenschaften aufweist

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die vergrabene Schicht die Diffusion eines die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoffes hemmt.

In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabi dadurch gelöst, daß die vergrabene Schicht sich von o»."n Teil der Kollektorzone unterhalb des Kolhktorelektrodenkontaktes bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der Emitterzone erstreckt, und das Halbleitersubstrat, die Kollektor- und die Basiszone einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthalten.

Bei einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung enthält die Basiszone also Teile, unter denen sich die vergrabene Schicht nicht befindet. Trotzdem wird der Emitter-Kollektorstrom dadurch nicht beeinträchtigt, weil die vergrabene Schicht sich im Wege für diesen Strom befindet.

Versuche haben gezeigt, daß ein Transistor in einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung günstigere elektrische Eigenschaften als ein Transistor in einem bekannten Halbleiterbauelement aufweist, bei der sich die vergrabene Schicht unterhalb der ganzen Basiszone erstreckt.

Dies könnte dadurch erklärt werden, daß bei der Diffusion eines die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoffes durch das Halbleitersubstrat in die Basiszone dieser Fremdstoff ungehindert in denjenigen Teil der Basiszone eindiffundieren kann, unter dem sich die vergrabene Schicht nicht befindet, und sich von diesem Teil der Basiszone her in seitlicher Richtung über die gesamte Basiszone ausbreiten kann.

Eine Weiterbildung des Halbleiterbauelements nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor eine Anzahl leitend miteinander verbünde-

ner, je in der Nähe des Umfangs der Basiszone liegender Emitterzonen und eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe einer Emitterzone liegender Kollektorkontaktelektroden enthält, und die vergrabene Schicht aus einer Anzahl von Teilen besteht, die sich je von dem Teil der Kollektorzone unterhalb eines Kollektorelektrodenkontaktes bis zu dem Teil der Kollektorzoce unterhalb der in der Nähe dieses Kollektorelektrodenkontaktes liegenden Emitterzone erstrecken. Der Emitter-Kollektorstrom fließt bei dieser Ausführungsform nahezu völlig durch Teile der Basiszone, die in der Nähe ihres Umfanges liegen, während durch einen mittleren Teil der Basiszone und einen angrenzenden mittleren Teil der Kollektorzone nahezu kein Strom fließt. Daher kann ohne Bedenken ein Teil der vergrabenen Schicht unter diesem wenig aktiven miuJeren Teil weggelassen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauelements nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 a bis Id im Schnitt einen Teil eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung in mehreren Herstellungsstufen und

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Teil des Halbleiterbauelcmentes nach F i g. 1 d. ·

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen N PN-Transistor, der Transistor kann jedoch auch ein PNP-Transistor sein, wenn der Leitungstyp sämtlicher Zonen entsprechend geändert wird.

Maskierende und passivierende Oberflächenschichten, /.. B. aus Siiiziumoxid, sind nicht dargestellt und werden nicht beschrieben, weil die Verwendung dieser Schichten allgemein bekannt ist. Außerdem werden durch das Weglassen dieser Schichten die Figuren einfacher und deutlicher.

Bei der Herstellung des Halbleiterbauelementes nach Fig. 1 d und 2 wird von einem P-Ieitenden Siliziumsubstrat 1 ausgegangen. Dieses Siliziiimsubstrat wird durch Diffusion von Dotierungsstoffen mit den an der Oberfläche 2 angrenzenden P ⁺-leitenden Zonen 3a und den N-leitenden Zonen 4a versehen. Die Zonen 3a dienen zum Erzeugen der Isolierungszonen 3 und die Zonen 4;i zum Erzeugen der Teile 4| und 42 der vergrabenen Schicht.

Auf der Oberfläche 2 des Siliziumsubstrates 1 wird 4) eine N-leitende epitaktische Siliziumschicht 5 angebracht. Die Zonen 3a und 4a diffundieren dabei ein wenig in die epitaktische Silsziumschicht 5 hinein, wobei die Zonen 3b und 4/> gebildet werden. Die r-1-leitenden Zonen 4b sind stärker als die N-leitende epitaktische Siliziumschicht 5 dotiert.

In der epitaktischen Sili/.iumschicht 5 werden die an die Oberfläche 6 angrenzenden P-leitenJen Zonen 3d und Ta durch Diffusion eines Dotierungsstoffes angebracht. Die Zonen 3d dienen zur Bildung der Isolierzonen 3 und die Zone Ta zur Bildung der Basiszone 7.

Dann werden die N+-leitenden Oberflächenzonen 9_t. 9₂, 81 und 82 durch Diffusion eines Dotierungsstoffes angebracht Dabei werden die Isolierungszonen 3, die Basiszone 7 und die Teile 4t und 42 der vergrabenen Schicht aus den Zonen 3d und 3c der Zone 7a und den Zonen 4c erhalten.

Die Zonen 81 und 82 sind die beiden Emitterzonen des Transistors und die Zonen 9-, und 9₂ die beiden Kontaktbereiche der Kollekiorzone des Transistors.

In diesem Ausführungsbeispiei enthält der Transistor also zwei Emitterzonen 8,die in der Nähe des Umfanges der Basiszone 7 liegen, wobei in der Nähe jeder Emitterzone 8 ein KoUekiorkoniaktbereich 9 mit einer Kollektorkontaktelektrode 12 liegt, wie in den Fi g. I d und 2 dargestellt ist.

Die Emitterzonen 8 werden mit Emitterkontaktelektroden 11 und die Basiszone wird mit einer Basiskontaktelektrode 10 versehen.

Es sei bemerkt, daß die Kollektorkontaktbereiche 9 sich bis an die vergrabene Schicht erstrecken können.

Dann wird zum Verkürzen der Schaltzeit des Transistors ein die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzender Fremdstoff, wie Gold, in die Kollektorzone und die Basiszone des Transistors durch das Halbleitersubstrat 1 eindiffundiert. Der Pfeil F zeigt schematisch den Weg des diffundierten Fremdstoffes an. Der Fremdstoff kann ungehindert zwischen den Teilen 4) und 42 der vergrabenen Schicht eindiffundieren und sich anschließend bis oberhalb dieser Teile in der Kollektorzone und der Basiszone ausbreiten.

Die Pfeile I zeigen die Stromwege zwischen den Emitterzonen 8 und den Kollektorkontaktbereichen 9 an. Die Teile 4| und 4? der vergrabenen Schicht liegen in diesen Stromwegen und F i g. 1 d zeigt deutlich, daß der Widerstand dieser Stromwege nicht durch die Tatsache beeinflußt werden kann, daß die vergrabene Schicht aus voneinander getrennten Teilen 4| und 4₂ besteht.

Die Diffusionsvorgänge sind nicht im Detail beschrieben, weil sie allgemein bekannt sind.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann z. B. dadurch abgewandelt werden, daß mehr als zwei Emitterzonen und mehr als zwei Kollektorkontaktbereiche mit jeweils zugehörigen Teilen der vergrabenen Schicht vorgesehen sind. Auch kann z. B. nur eine ringförmige Emitterzone angebracht sein, die von einem ringförmigen Kollektorkontaktbereich umgeben wird, wobei diese ringförmige Zone und dieser ringförmige Bereich über einer ringförmigen vergrabenen Schicht liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem Transistor, dessen. Halbleiterkörper aus einem Halbleitersubstrat und einer auf ihm angebrachten epitaktischen Halbleiterschicht besteht, die wenigstens einen Teil der Kollektorzone des Transistors enthält, der die Basiszone des Transistors umgibt, die die Emitterzone des Transistors umgibt, wobei die Kollektorzone eine niederohmige vergrabene Schicht enthält, die sich in einemTeil des Halbleiterkörpers befindet, in dem die epitaktische Halbleiterschicht und das Halbleitersubstrat aneinander grenzen, und bei dem die Emitter, die Basis- und die Kollektorkontaktelekiroden auf der Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht angebracht sind, und der Halbleiterkörper einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrabene Schicht (4) sich von dem Teil der Kollektorzone unterhalb des Kollektorelektrodenkontaktes (9,12) bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der Emitterzone (8) erstreckt, und das Halbleitersubstrat (1), die Kollektor- und die Basiszone (7) einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthalten.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe des Umfanges der Basiszone (7) Hegender Emitterzonen (8i, 82) und eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe einer Emitterzone (8i, 8₂) liegender Kollektorkontaktelektioden (12t, 12₂) enthält, und die vergrabene Schicht aus einer Anzahl von Teilen (4i, 4₂) besteht, die sich je von dem Teil der Kollektorzone unterhalb eines Kollektorelektrodenkontaktes (9, 12) bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der in der Nähe dieses Kollektorelektrodenkontaktes (9, 12) liegenden Emitterzone (8) erstrecken.