DE1939905A1 - Manufacture of semi-conductors with excellent - switching properties - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Halbleitern Die Erfindung betriflt ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitern, und zwar insbesondere von solchen mit ausgezeichneten Schalteigenschaften. Method of Manufacturing Semiconductors The invention relates to a method for the production of semiconductors, in particular such with excellent switching properties.
Bei der Herstellung von Schalt-Halbleitern, z. 3. In the manufacture of switching semiconductors, e.g. 3.
von schnellarbeitenden Hochfrequenz-Schaltern, wird im allgemeinen in das Halbleiterelement ein Dotierungsmittel ür die Lebensdauer der Ladungsträger eindiffundiert. Das Dotierungsmittel kann Kupfer oder Gold sein oder allgemeiner ein Mittel mit einem tiefen Energieniveau, um die Lebensdauer der Ladungsträger zu vermindern. Die Diffusion des Dotierungsmittels sollte dabei möglichst bei relativ hoher Temperatur vorgenommen werden, damit sich der Lebensdauer-Verkürzungseffekt voll entwickeln kann. Aus diesem Grunde ist es z. B. bei der Herstellung von Transistoren bislang üblich, das Dotierungsmittel zu der gleichen Zeit zu diffundieren, zu der auch die Diffusion einer Emitter oder Basis-Schicht stattfindet.of high-speed high-frequency switches, is generally used in the semiconductor element a dopant for the life of the charge carriers diffused. The dopant can be copper or gold, or more generally a means with a low energy level to extend the life of the charge carriers to diminish. The diffusion of the dopant should be relatively high temperature, so that the life-shortening effect can develop fully. For this reason it is z. B. in the manufacture of transistors heretofore common practice to diffuse the dopant at the same time as diffusion of an emitter or base layer also takes place.
Ein Nachteil dieses bekannten Herstellungsverfahrens besteht jedoch darin, daß das Dotierungsmittel eine tendenz aufweist, sich in dem Schaltelement bei einer Ubergangszor.e oder Gitterstörzone zu agglomerieren und damit eine Art Legierung zu bilden. Dies hat zur Folge, aaß das Dotierungsmittel nicht mehr den vollen Lebensdauer-Verkürzungseffekt ergibt, oder nur zu einer Lebensdauer von z. B. etwa 17 bis 20 ns führt. oberdies wird dort, wo die Agglomeration hauptsächlich auftritt, z. B. im Falle eines NPN-Transistors ein Gebiet einer N-Leitfähigkeit gebildet, das einen Kurzschluß zwischen dem Emitter und dem Kollektor bewirken kann. However, there is a disadvantage of this known manufacturing method in that the dopant has a tendency to settle in the switching element to agglomerate at a transition zone or lattice fault zone and thus a kind To form alloy. As a result, the dopant no longer ate full life shortening effect results, or only to a life of z. B. leads about 17 to 20 ns. above this is where the agglomeration mainly occurs occurs, e.g. B. in the case of an NPN transistor, an area of N-conductivity formed, which can cause a short circuit between the emitter and the collector.
Mit der Erfindung soll nunmehr ein Verfahren geschaffen werden, das in leichter Weise die Herstellung eines Halbleiter--Elements gestattet, bei dem das Dotierungsmittel ei erhöhten und genau vorbestimmten Beitrag zur Einstellung der Lebensdauer-Eigenschaften zeigt, und bei dem die Lurzschlußgefahr verhindert ist. With the invention, a method is now to be created that allows a semiconductor element to be easily manufactured in which the dopant ei increased and precisely predetermined contribution to the adjustment the Shows service life properties, and in which the risk of short circuits is prevented.
Die Erfindung geht wie die bekannten Herstellungsverfahren davon aus, in das Halbleiter-Substrat ein Dotierungsmittel zur Verkürzung der ',räger-Lebensdauer einzudiffundieren, d zwar zu einer verschiedenen Zeit oder zu der gleichen Zeit, in der Bildung einer Übergangszone erfolgt. Das Kennzeichen dc erfindung besteht darin, daß das Halbleiter-Element bei einer Temperatur, die höher liegt als die Temperatur der letzten Wärmebehandlungsstufe und innerhalb einer Zeit dauer, die kürzer ist als die Zeitdauer der letzten Wärmebe-@andlungsstufe, einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterworden und danach abgeschreckt wird. Der Begriff "letzte Wärmebehandlungsstufe" bezieht sich dabei auf die letzte Stufe der bekannten Wärmebehandlung zur Eindiffusion des Dotierungsmittels und zu bildung der betreffenden aber gangszone. Vorzugsweise liegt die Temperatur der zusätzlichen Wärmebehandlung bei über 500 °C. The invention proceeds like the known manufacturing processes from, in the semiconductor substrate a dopant to shorten the 'carrier life to diffuse, although at a different time or at the same time, takes place in the formation of a transition zone. The mark dc invention exists in that the semiconductor element is at a temperature higher than that Temperature of the last heat treatment stage and within a period of time that is shorter than the duration of the last heat treatment stage, an additional one Has been subjected to heat treatment and then quenched. The term "final heat treatment stage" refers to the last stage of the known heat treatment for diffusion of the dopant and to form the relevant but transition zone. Preferably the temperature of the additional heat treatment is over 500 ° C.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei z. B. der Herstellung eines Transistors durch Eindiffundieren eines Dowtierungsmittels zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer (wie z. B. Gold oder Kupfer) in einen Halbleiter-Substrat nach dem üblichen Verfahren, das Dotierungsmittel eine Art von "gesättigtem Zustand" in -der Nähe des Überganges zwischen Kollektor und Basis erreicht, also an der Stelle, an der eine hohe Konzentration des Dotierungsmittels am meisten benötigt wird. Mi't anderen Worten bedeutet dies, daß, sobald die Konzentration des Dotierungsmittels auf eine bestimmten Pegel gebraucht wurde, unabhängig von der Menge des diffundierten Dotierungsmittels kein weiterer Anstieg der Konzentration des Dotierungsmittels in dem vorgenannten bereich mehr stattfand. Dementsprechend war es schwierig, die Lebensdauer-Eigenschaften der bisher bekannten ransistoren unter einen bestimmten Grenzwert zu reduzieren. The invention is based on the knowledge that in z. B. Manufacturing of a transistor by diffusing in a dopant to shorten it the carrier life (such as gold or copper) in a semiconductor substrate according to the usual method, the dopant a kind of "saturated state" reached near the transition between collector and base, i.e. at the point where a high concentration of the dopant is most needed. With In other words, it means that once the concentration of the dopant at a certain level was needed, regardless of the amount of diffused No further increase in dopant Concentration of dopant in the aforementioned area more took place. Accordingly, it was difficult to find that Lifetime properties of the previously known transistors under a certain Reduce limit value.
Demgegenüber wurde gefunden, daß durch die erfindungsgemäß l.färmebehandlung bei erhöhter Temperatur mit nachfolgender Abschreckung, also diejenige Behandlungsstufe, die erfindungsgemäß auf die bisher üblichen Behandlungsstufen folgt, als Ergebnis erreicht wird, daß die Konzentration des Dotierungsmittels in der Nähe der Übergangszone zwischen Kollektor und Basis wesentlich vergrößert wird. Die zusätzliche Wärmebehandlung des Halbleiter-Elements wird bei einer höheren Temperatur durchgeführt als die letzte der ueblichen Behandlungsstufen (zur Eindiffusion des Dotierungsmittels bzw. zur Eindiffusion einer Leitfähigkeitsschicht bzw. zur Bildung eines isolierenden Films aus Siliziummitrid oder siliziumdioxid), fällt aber noch in einen Bereich, in dem der bereits gebildete PN-Übergang an einer wesentlichen Positionsverschiebung (hauptsächlich infolge von-Re-Diffusion) gehindert wird. Die Dauer der zusätzlichen Wärinebehandlung ist kürzer als die Dauer der letzten üblichen Wårmebehandlungastufe. In contrast, it has been found that the heat treatment according to the invention at elevated temperature with subsequent quenching, i.e. that treatment stage which, according to the invention, follows the previously usual treatment steps, as a result what is achieved is that the concentration of the dopant in the vicinity of the transition zone between collector and base is increased significantly. The additional heat treatment of the semiconductor element is carried out at a higher temperature than the last the usual treatment stages (for diffusion of the dopant or for Diffusion of a conductivity layer or to form an insulating film from silicon mitride or silicon dioxide), but still falls into a range in which the already formed PN junction at a significant position shift (mainly due to re-diffusion) is prevented. The duration of the additional heat treatment is shorter than the duration of the last usual heat treatment stage.
Die Ursache der durch die erfindungsgemäße zusätzliche Wärmebehandlung hervorgerufenen Konzentrationserhöhung des Dotierungsmittels in der Nähe der Übergangszone zwischen Kollektor und Basis ist noch nicht klar erkannt. Als vorläufige Hypothese kann am Beispiel eines Transistors, der aus einem Halbleiter-Substrat durch Eindiffundieren von Phosphor im Emitterbereich und durch Eindiffundieren von Gold als Zebensdauer-Dotierungsmittel hergestellt wird, Je nach Verfahrensführung folgende Wirkungsweise angenommen werden: (1) Das Gold kann von der Seite des Substrats aus ein@@ffundiert werden, auf der die Emitter-Schicht gebildet wird. Allgemein besitzt das Gold mit Erhöhung der Temperatur des Substrats eine ansteigende Löslichkeit. Wenn jedoch der Phosphor als Emitter-Dotierungsmittel auf 1021 Atom/cm3 konzentriert wird, vermindert sich die Löslichkeit des Goldes. The cause of the additional heat treatment according to the invention caused increase in the concentration of the dopant in the vicinity of the transition zone between collector and base is not yet clearly identified. As a preliminary hypothesis can take the example of a transistor that diffuses from a semiconductor substrate of phosphorus in the emitter area and by diffusing in gold as a lifetime dopant The following mode of action is assumed, depending on how the process is carried out: (1) The gold can be infused from the side of the substrate on which the Emitter layer is formed. Generally, as the temperature increases, gold possesses of the substrate an increasing solubility. However, if the phosphorus is used as the emitter dopant is concentrated to 1021 atom / cm3, the solubility of the gold decreases.
Dieses Phänomen tritt nicht nur bei Verwendung von Phosphor als Emitter-Dotierungsmittel auf, sondern auch bei Verwendung von Arsen als Emitter-Dotierungsmittel . Auf der anderen Seite ist die Konzentration des Dotierungsmittel in der 3asis nicht so hoch wie im Emitter, so daß die Löslich-.This phenomenon does not only occur when using phosphorus as an emitter dopant but also when using arsenic as an emitter dopant. On the on the other hand, the concentration of the dopant in the base is not that high as in the emitter, so that the soluble.
keit des Goldes dort nicht vermindert wird. Dementsprechend bringt die erfindungsgemäße zusätzliche Wärmebehandlung das im Emitter enthaltene Gold in einen Ubersättigten Zustand, der es dem Gold erlaubt, durch Re-Diffusion vom Emitter zur Basis zu gelangen. Dies fahrt zu einer vergrößerten Gold-Eonzentration in der Nähe der Ubergangszone zwischen Kollektor und Basis.gold is not diminished there. Accordingly brings the additional heat treatment according to the invention, the gold contained in the emitter to a supersaturated state that allows the gold to re-diffuse from the Emitter to get to the base. This leads to an increased gold concentration near the transition zone between collector and base.
(2) Oft ist es üblich, zur Diffusion des Goldes im voraus eine Goldschicht auf derjenigen Seite des Halbleiter-Substrats anzubringen, auf der ein Koilektorgebiet angeordnet ist. Die erfindungsgemäße zusätzliche Wärmebehandlung des Substrats ermöglicht dann dem Gold, durch Re-Diffusion aus der Goldschicht in die Nähe der Ubergangszone zwischen Kollektor und Basis~zu gelangen. (2) It is often customary to apply a layer of gold in advance to diffuse the gold to be attached to that side of the semiconductor substrate on which a Koilektorgebiet is arranged. The additional heat treatment of the substrate according to the invention makes it possible then the gold, by re-diffusion from the gold layer in the vicinity of the transition zone to get between collector and base ~.
Man könnte nun der Ansicht sein, daß durch bloBes Anheben der Temperaturen in der letzten der üblichen Wärmebehandlungsstufen auf einen höheren Pegel als dem in den vorhergehenden Wärmebehandlungsstufen verwendeten Pegel ein ähnliches Ergebnis wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann, d. h.daß es dann unnötig sein würde, die erfindungsgemäße zusätzliche Wärmebehandlungsstufe durchzuführen. Dies ist Jedoch nicht der Fall, wie sich durch den nachfolgenden Vergleichsversuch (Beispiele A und B) zeigen läßt: Beispiel A: Bei der Herstellung eines Transistors wurde nach Bildung der Basis- und Smittergebiete 6 Minuten lang Gold bei einer Temperatur von 1050 cc eindiffundiert. One might now be of the opinion that by simply raising the temperatures in the last of the usual heat treatment stages to a level higher than that levels used in the previous heat treatment stages used a similar result as can be achieved with the method according to the invention, d. i.e. that it is then unnecessary would be that additional heat treatment stage according to the invention perform. However, this is not the case, as shown in the following Comparative experiment (Examples A and B) shows: Example A: During production of a transistor became 6 minutes long after the base and smitter regions were formed Gold diffused in at a temperature of 1050 cc.
Danach wurde eine erneute Wärmebehandlung durchgeführt, und zwar 3 Minuten lang bei einer Temperatur von 1125 OC.Thereafter, a new heat treatment was carried out, namely 3 Minutes at a temperature of 1125 oC.
Beispiel Bs Bei der Herstellung eines Vergleichs-Transistors wurde nach Bildung der Basis- und Emittergebiete 10 Minuten lang Gold bei einer Temperatur von 1125 °C eindiffundiert. Eine zusätzliche Wärmebehandlung (zweite Stufe gemäß Beispiel A) wurde nicht vorgenommen. Example Bs In the manufacture of a comparative transistor after formation of the base and emitter regions, gold for 10 minutes at one temperature diffused from 1125 ° C. An additional heat treatment (second stage according to Example A) was not carried out.
Die Eigenschaften der beiden Transistoren sind vergleichsweise in
der nachfolgenden Tabelle gegenübergestellt.
Der Grund- für diese Erscheinung könnte in folgendem gesehen werden: Generell wird eine lange Zeit benötigt, bis die Konzentration des diffundierten Goldes den Grenzwert der festen Lösung erreicht hat. Wenn diese Zeitdauer über mäßig verlängertwird, wird die Position der betreffenden Übergangszone infolge einer Re-Diffusion des Goldes verschoben, was bei der Herstellung eines Transistors unerwünscht ist. Im Beispiel 3 wurde das Gold bei einer maximalen Temperatur und in einer maximalen Zeitdauer diffundiert, bezogen auf eine nachteilige Beeinflussung der Übergangszone und anderer Faktoren. Dennoch erreichte die Gold-Konzentration nicht den gewünschten bzw. vorgeschriebenen Pegel. -Auf der anderen Seite war im beispiel A die Re-Diffusion des Goldes zum Emitter gebiet in der weiter vorn beschriebenen Weise beschränkt, so daß sich die Gold-Konzentration im Basis-Kollektor-Gebiet innerhalb sehr kurzer Zeit beträchtlich rhöhte, verglichen mit dem Fall, bei dem das Gold allein von der Diffusionsquelle aus diffundiert wurde (Beispiel B). The reason for this phenomenon could be seen in the following: Generally, it takes a long time for the concentration of the diffused Gold has reached the limit of the solid solution. If this length of time is excessive is extended, the position of the transition zone concerned becomes due to re-diffusion of the gold, which is undesirable in the manufacture of a transistor. In example 3 the gold was at a maximum temperature and at a maximum Diffused time, based on an adverse effect on the transition zone and other factors. Nevertheless, the gold concentration did not reach the desired level or prescribed level. On the other hand, in example A, there was re-diffusion the gold to the emitter area is limited in the manner described above, so that the gold concentration in the base collector area changes within a very short time Time increased considerably compared to the case where the gold alone was taken from the Diffusion source was diffused from (Example B).
Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar: Fig. 1 Schematisch einen Querschnitt eines halbleiters zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. -2 ein Diagramm, das die Gold-Verteilung vor und nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung zeigte Beispiel 1: Das nachfolgend erläuterte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Herstellung eines NPN-Siliziumtransistors. Details of the invention are given below with reference to the drawings explained in more detail. Here represent: 1 schematically shows a cross section a semiconductor to explain the method according to the invention and FIG Diagram showing the gold distribution before and after the heat treatment according to the invention Example 1 showed: The exemplary embodiment of the invention explained below Process relates to the manufacture of an NPN silicon transistor.
Dabei wird von einem Substrat 1 in Form eines N-Siliziumsubstrats ausgegangen, das im Endzustand den Kollektor bildet. In die Oberflache dieses Substrats wird z. ß. durch die übliche Methode der selektiven Diffusion Bor diffundiert, und zwar bei einer Temperatur von 1100 00. Dadurch bildet sich ein P-Basisgebiet 2 aus. Zu diesem Zeitpunkt beträgt, wie Fig. 2 ausgezogen erkennen läßt, die Konzentration des Dotierungsmittels an der Oberfläche der Basisschicht etwa 5 x 1018 Atom/cm3.In this case, a substrate 1 in the form of an N-type silicon substrate assumed that forms the collector in the final state. In the surface of this substrate is z. ß. boron diffuses through the usual method of selective diffusion, and to be sure, at a temperature of 1100,000. This creates a P base region 2. At this point in time, as can be seen in solid lines in FIG. 2, the concentration is of the dopant on the surface of the base layer is about 5 × 10 18 atoms / cm 3.
Gleichzeitig mit der Diffusion der P-Basis-Schicht 2 wird in das Substrat 1 ein Dotierungsmittel zur Verkürzung 'lräger-Lebensdauer, z. B. Gold eindiffundiert, und zwar mehr als 10 Ninuten lang bei einer Temperatur bei 1100 °C derart, daß sich in der Nähe der basis-Eollektor-Ubergangszone eine Gold-Konzentration von etwa 2 x 1016 Atom/cm3 ausbilden kann. Zahlreiche Verfahren zum Eindiffundieren des Goldes können benutzt werden, die allgemeine und bevorzugte Praxis besteht aber darin, eine Goldschicht auf der der Basis gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats im Vakuum aufzuodampfen, und zwar vor dem Diffundieren der Basis-Schicht. Auf diese Weise kann die vorangehend skizzierte Wärmebehandlung bei 1100 °C dazu benutzt werden, um gleichzeitig die Basis-Sohicht zu bilden und das Gold aus der Goldschicht in das Substrat einzudiffundieren. Die Verteilung des eindiffundierten, als Dotierungsmittel zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer wirkenden Goldes ist gestrichelt in Fig. 2 dar-gestellt. Simultaneously with the diffusion of the P-base layer 2, the Substrate 1 a dopant to shorten the life of the carrier, e.g. B. gold diffused, and more than 10 minutes at a temperature of 1100 ° C in such a way that a gold concentration of about 2 in the vicinity of the base-e-collector transition zone x 1016 atom / cm3. Numerous Procedure for diffusion of gold can be used, but the common and preferred practice remains therein, a layer of gold on the base opposite surface of the substrate evaporation in a vacuum, before the diffusion of the base layer. To this The heat treatment outlined above at 1100 ° C can be used to to simultaneously form the base layer and the gold from the gold layer in to diffuse the substrate. The distribution of the diffused, as a dopant gold that acts to shorten the service life of the carrier is shown in dashed lines in FIG. 2 shown.
Es ist zwar bevorzugt, weil üblich und bequem, das Gold gleichzeitig mit der Bildung der Basissehicht einzudiffundieren, aber die Diffusion des Goldes kann ebensogut auch nach der Bildung der Basisschicht stattfinden. It is preferred, because it is common and convenient, to use gold at the same time diffuse with the formation of the base layer, but the diffusion of gold can just as well take place after the formation of the base layer.
Anschließend wird in die Oberfläche der Basisschicht 2 etwa 15 Minuten lang bei einer Temperatur von z. 3. This is followed by about 15 minutes in the surface of the base layer 2 long at a temperature of e.g. 3.
1050 °C Phosphor eindiffundiert, wodurch sich ein w mitter-Bereich 3 bildet. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Konzentration des Dotierungsmittels an der Oberfläche der P-Schicht 1021 Atom/cm3, während die Gold Konzentration in der Nähe des basis-Kollektor-Uberganges auf 7 x i015 Atom/cm3 zurückgeht (gestrichelte Linie a in Fig. 2).1050 ° C phosphorus diffused in, creating a weather area 3 forms. At this point the dopant concentration is on the surface of the P-layer 1021 atom / cm3, while the gold concentration in the Proximity of the base-collector transition goes back to 7 x 1015 atoms / cm3 (dashed line Line a in Fig. 2).
Im Anschluß an diese Behandlung wird der Halbleiter erneut wärmebehandelt, und zwar bei einer höheren Temperatur im Bereich zwischen 1050 und 1150 00, z. B. After this treatment, the semiconductor is heat-treated again, at a higher one Temperature in the range between 1050 and 1150 00, e.g. B.
1125 °C. Die Dauer dieser zusätzlichen Wärmebehandlung ist kürzer als die Dauer der Diffusion der Emitterschicht und beträgt nur etwa 2 bis 4 Minuten. Danach wird der Halbleiter abgeschreckt, und zwar z. B. an Luft oder auch in flüssigem Stickstoff. In dem hier betrachteten Beispiel wurde die Luft-Abschreckung gewählt, indem der Halbleiter an Luft von seiner Ausgangstemperatur von etwa 1125 °C in etwa 5 bis 15 sek., normalerweise etwa 10 sek. auf ungefähr 25 oG abgekühlt wird.1125 ° C. The duration of this additional heat treatment is shorter than the duration of the diffusion of the emitter layer and is only about 2 to 4 minutes. Then the semiconductor is quenched, for. B. in air or in liquid Nitrogen. In the example considered here, air deterrence was chosen, by exposing the semiconductor to air from its starting temperature of around 1125 ° C 5 to 15 seconds, usually around 10 seconds. is cooled to about 25 oG.
Durch die nachgeschaltete zusätzliche Wärmebehandlung steigt die Gold-Konzentration in-der ähe des Basis-Eollektor-Ube-rganges auf 3 x 10t6 Atom/cm3 an, wie dies die gestrichelte Linie b in Fig. 2 ausweist. Die Träger-Lebensdauer eines solcherart hergestellten Halbleiters liegt in der Größenordnung von 5 bis 6 ns. Im übrigen tritt natürlich zwischen Emitter und Kollektor keinerlei Kurzschluß auf. The downstream additional heat treatment increases the Gold concentration in the vicinity of the base-e-collector transition to 3 x 10t6 atom / cm3 as indicated by the dashed line b in FIG. The carrier lifespan a semiconductor manufactured in this way is on the order of 5 to 6 ns. Otherwise, of course, there is no short circuit between the emitter and the collector on.
Beispiel 2: In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel, eine P-Basisschicht in einen Teil der Oberfläche eines N-Silizium-Substrats eindiffundiert. Example 2: In a further embodiment of the invention Method is, as in the example described above, a P-base layer in diffused part of the surface of an N-silicon substrate.
Dann wird in einen ;'eil der Oberfläche der P-Basisschicht etwa 15 Minuten lang bei einer Temperatur von -1050 0 eine Emitter-Schicht eindiffundiert. Unter den gleichen Bedingungen wird-auch ein Dotierungsinittel zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer in den Halbleiter eindiffundiert.Then, in part of the surface of the P base layer, about 15 An emitter layer diffused in for minutes at a temperature of -1050 0. Under the same conditions, a dopant is also used to shorten the Carrier lifetime diffused into the semiconductor.
Die Diffusion dieses Dotierungsmittels kann dabei nach der Diffusion der Emitter-Schicht vorgenommen werden.The diffusion of this dopant can take place after the diffusion the emitter layer.
Nach Bildung der Emitterschicht und Eindiffusion des. Dotierungsmittels wird der. Halbleiter erneut wärmebehandelt und dann abgeschreckt. Die erneute Wärmebehandlung findet bei einer Temperatur zwischen 1050 und 1150 °C. After formation of the emitter layer and diffusion of the dopant will the. Semiconductors re-heat treated and then quenched. The renewed heat treatment takes place at a temperature between 1050 and 1150 ° C.
vorzugsweise bei 1125 °C statt, und zwar in einer kürzeren Zeit, z. B. 2 bis 4 Minuten, gegenüber der Zeitdauer der Diffusion der Emitterschicht. Auf diese Weise ergibt sich ein Halbleiter mit einer Träger-Lebensdauer von ungefähr 6 bis 7 ns.preferably at 1125 ° C instead, in a shorter time, e.g. B. 2 to 4 minutes, compared to the duration of the diffusion of the emitter layer. on this results in a semiconductor with a carrier life of approximately 6 to 7 ns.
Beispiele 3 bis 9: Nachfolgend wird eine Übersicht über noch weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben. In diesen weiteren Ausfahrungsbeispielen wurden die Diffusion einer leitfähigen Schicht, die 1lRårmebehandlung zur Diffusion des Goldes und die zusätzliche Wärmebehandlung gemäß der Erfindung jeweils bei den nachfolgend aufgeführten flemperaturen vorgenommen. Examples 3 to 9: The following is an overview of even more Embodiments of the method according to the invention are given. In these further Working examples were the diffusion of a conductive layer, the arm treatment for diffusion of the gold and the additional heat treatment according to the invention made in each case at the temperature listed below.
Alle übrigen Bedingungen, die den vorgenannten Operationen zugeordnet sind, entsprachen den vorangehend beschriebenen Beispielen und sind deshalb hier nicht noch einmal wieder aufgeführt.All other conditions associated with the aforementioned operations correspond to the examples described above and are therefore here not listed again.
Beispiel 3: Basis und Gold 110000 Emitter 1125°C zusätzliche Wärmebe- 0 handlung mehr als 1125 °C Beispiel 4: Basis und Gold 11500C Emitter 10500C zusätzliche Wärmebehandlung mehr als 1050°C Beispiel 5: Basis 10500C Emitter und Gold 10500C zusätzliche Wärmebehandlung mehr als 1050 C Beispiel 6: Basis 1100°C Emitter 1050°C Gold 1100°C zusätzliche Wärmebehandlung mehr als 1100°C beispiel 7: Basis 1100°C Emitter 10500C Gold mehr als 10500C Beispiel 8: Basis 1100°C Emitter 10500C Gold 10500C Si02 600 bis 9000C zusätzliche Wärme- höhere Temperatur als behandlung zur Bildung von SiO2 benutzt wurde Beispiel 9: Gold 1050°C Si3N4 600 bis zusätzliche Wärme- höhere Temperatur als behandlung zur Bildung von Si N benutzt wurde 3 In den vorangehenden Beispielen 3 bis 9 zeigt die Zeile "Basis" diejenige Temperatur an, die zur Bildung des Basisgebietes erforderlich ist. Entsprechend bedeuten die Zeilen "Emitter" die für die Bildung des-Emittergebietes benötigte Temperatur, die- Zeile Gold" die zur Diffusion des Goldes benötigte Temperatur und die Zeile "zusätzliche lfärmebehandlung" die für die erfindungsgemäß zusätzliche, für die gewünschte Verteilung des diffundierten Goldes maßgebende Wärmebehandlungsstufe benötigte Temperatur. Wenn in einer Zeile zwei Angaben gleichzeitig erscheinen, ist damit angegeben, daß die betreffenden Maßnahmen gleichzeitig durchgeführt wurden. Example 3: Base and gold 110,000 emitter 1125 ° C additional heat 0 action more than 1125 ° C Example 4: Base and gold 11500C emitter 10500C additional Heat treatment more than 1050 ° C Example 5: Base 10500C emitter and gold 10500C additional heat treatment more than 1050 ° C. Example 6: Base 1100 ° C Emitter 1050 ° C gold 1100 ° C additional heat treatment more than 1100 ° C example 7: Base 1100 ° C emitter 10500C gold more than 10500C Example 8: Base 1100 ° C emitter 10500C Gold 10500C Si02 600 to 9000C additional heat- higher temperature than treatment was used to form SiO2 Example 9: Gold 1050 ° C Si3N4 600 to additional heat- higher temperature than treatment to form Si N was used 3 In the preceding examples 3 to 9, the line "Basis" shows the temperature required to form the base area. Corresponding the lines "emitter" mean that required for the formation of the emitter area Temperature, the line gold "the temperature required for the diffusion of the gold and the line "additional heat treatment" for the additional, according to the invention, heat treatment stage decisive for the desired distribution of the diffused gold required temperature. If two pieces of information appear at the same time in one line, This indicates that the measures concerned were carried out at the same time.
Die Zeilen "SiO2" bzw. "Si3N4" beispiele 8 und 9) geben die Temperaturen an, die zur positiven Bildung eines Si02-Films bzw. Si3N4-Films in dem Halbleiter nötig sind.The lines "SiO2" and "Si3N4" (examples 8 and 9) indicate the temperatures to positively form a Si02 film or Si3N4 film in the semiconductor are necessary.
Beispiel 10: In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nachfolgend die Herstellung einer Diode erläutert. Es wird zunächst ein- Silizium-Substrat mit N-Leitfähigkeit hergestellt. Auf der einen Oberfläche dieses Substrats-wird durch Vakuum-Aufdampfung eine Goldschicht mit einer Dicke von 10 Å gebildet. Als nächster Schritt wird in das Silizium-Substrat Bor eindiffundiert, und zwar 15 Minuten lang bei einer 'i'emperatur von 1100°C von der Oberfläche aus, die dermit Gold beschichteten Oberfläche gegenüber liegt. Dadurch bildet sich auf der dem Gold gegenüberliegenden Oberfläche eine Schicht mit P-LeitfAhigkeit. Zur gleichen Zeit diffundiert auch das Gold von der Goldschicht aus in das Substrat ein. Example 10: In a further exemplary embodiment, the following explains the manufacture of a diode. It is first using a silicon substrate N-conductivity established. On one surface of this substrate is through Vacuum evaporation formed a gold layer with a thickness of 10 Å. as nearest Step, boron is diffused into the silicon substrate for 15 minutes at an 'i' temperature of 1100 ° C from the surface that was coated with gold Surface is opposite. This forms on the opposite to the gold Surface a layer with P conductivity. At the same time it also diffuses the gold from the gold layer into the substrate.
Das solcherart behandelte Substrat wird anschließend 2 bis 4 Minuten lang bei einer Temperatur von 12000C in der WärmeXbehandelt und danach abgeschreckt.The substrate treated in this way is then 2 to 4 minutes treated for a long time at a temperature of 12000C in the heat X and then quenched.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß bei allen vorangehend beschriebenen Beispielen in einem Halbleiter-Substrat eines bestimmten Leitfähigkeitstyps zunächst mindestens ein leitfähiges Gebiet von entgegengesetztem Beitfähigkeitstyp gebildet wird, ein zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer dienendes Dotierungsmittel in das Substrat eindiffundiert wird, und anschließend eine zusätzliche Wärmebehandlungmit nachfolgender Abschreckung durchgeführt wird. In summary it can be said that with all of the above Examples in a semiconductor substrate of a certain conductivity type first at least one conductive area of the opposite conductivity type is formed , a dopant serving to shorten the carrier life into the Substrate is diffused, and then an additional heat treatment with subsequent deterrence is carried out.
Diese zusätzliche Wärmebehandlung findet bei einer höheren temperatur statt, als sie zum bilden des leitfähigen gebietes und zum Diffundieren des Dotierungsmittels im Substrat benutzt werden, und sie findet auch in einer beträchtlich kürzeren Zeit statt, als zum bilden des leitfähigen Gebietes aufgewendet wird. Durch die zusätzliche Wärmebhandlung bekommt das Dotierungsmittel zur VerkUrzungder Gräger-Lebensdauer eine eine genau bestimmte, vorgeschriebene Verteilung im Substrat, und zwar derart, daß das Dotierungsmittel seine optimale elektrische Aktivität zeigen kann.This additional heat treatment takes place at a higher temperature instead of using them to form the conductive region and to diffuse the dopant can be used in the substrate, and it also takes place in a considerably shorter time instead of being expended to form the conductive area. By the additional The dopant receives heat treatment to shorten the life of the Gräger a precisely determined, prescribed distribution in the substrate, in such a way, that the dopant can exhibit its optimal electrical activity.
Die Lebensdauer der LadungsTräger im Halbleiter wurden dadurch auf-etwa ein Drittel derjenigen Lebensdauer verlzrzt, die bei nach bisherigen Verfahren hergestellten Halbleitern erreichbar war. Im Ergebnis wird dadurch die Herstellung von Halbleiter-Elementen mit extrem ausgezeichneten Schalteigenschaften, insbesondere bei Hochfrequenz und hohen Arbeitsgeschwindigkeiten, möglich.The service life of the charge carriers in the semiconductor was thereby reduced to about a third of that lifetime delayed the case after previous Process manufactured semiconductors was achievable. As a result, the Production of semiconductor elements with extremely excellent switching properties, especially at high frequency and high working speeds.
Weiter vorn wurde bereits erwähnt, daß die bisherige Wärmebehandlung des Halbleiter-Elements zu der Neigung des Kurzschlusses einer Übergangszone führte, -und zwar infolge einer Agglomeration des Dotierungsmittels zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer. Durch die Erfindung wird der Effekt eines solchen Kurzschlusses ebenfalls vermieden, da die Wärmebehandlung in einer sehr kurzen Zeit vorgenommenwerden kann. Die Freiheit eines erfindungsgemäß hergestellten Transistors von einer solchen Kurzschluß-Neigung läßt sich experimentell nachweisen durch die Tatsache daß - im Vergleich mit einem herkömmlich hergestellten Produkt - ein erfindungsgemäß hergestellter Transistor keinerlei hinderung im Sperrspannungs-Verhalten bzw. Standhaltespannungs-Verhalten zeigt, wenn eine Spannung VCeO bei offenem Basis-Kreis über Kollektor und Emitter gelegt wird. Das Verfahren gemäß beispiel 1 aer Erfindung führt normalerweise zu einer etwas stärkeren Verkürzung der Träger-Lebensdauer als das Verfahren gemäß Beispiel 2, wogegen das letztgenannte Verfahren in Bezug auf das Sperrspannungs-Verhalten etwas besser ist. Der Grundliegt darin, daß Unterschiede in der Sperrspannung auftreten, wenn die Diffusion des Dotierungsmittels zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer zur gleichen Zeit ausgeführt wird wie die Diffusion der Basisschicht oder Emitterschicht, und daß die Diffusion der Basisschicht im allgemeinen eine etwas höhere Temperatur erfordert als die Diffusion der letztgenannten Schicht. Im übrigen führt bei der Herstellung eines Transistors die Verfahrensvariante, das Dotierungsmittel zur Verkürzung der Träger-Lebensdauer von der Seite aus, auf der die Emitter-Schicht gebildet wird, in das Halbleiter Substrat einzudiffundieren,zu einer etwas größeren Verkürzung der Träger-Lebensdauer. It was already mentioned earlier that the previous heat treatment of the semiconductor element led to the tendency to short-circuit a transition zone, - as a result of an agglomeration of the dopant to shorten the life of the carrier. The invention also avoids the effect of such a short circuit, since the heat treatment can be carried out in a very short time. Freedom of a transistor manufactured according to the invention has such a tendency to short-circuit can be proven experimentally by the fact that - in comparison with a conventionally made product - a transistor made in accordance with the present invention no hindrance whatsoever in the reverse voltage behavior or withstand voltage behavior shows when a voltage VCeO with an open base circuit across the collector and emitter is placed. The method according to Example 1 of the invention normally leads to a somewhat greater shortening of the carrier life than the method according to Example 2, on the other hand, the latter method in relation to the reverse voltage behavior something is better. The reason is that there are differences in the reverse voltage, when the diffusion of the dopant tends to shorten the carrier life is carried out at the same time as the diffusion of the base layer or emitter layer, and that the diffusion of the base layer is generally a somewhat higher temperature requires than the diffusion of the latter layer. In addition, leads in the production of a transistor, the process variant, the dopant to shorten the Carrier life from the side on which the emitter layer is formed, diffuse into the semiconductor substrate, to a slightly larger shortening the carrier life.
Abschließend sei noch erwähnt, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf das den Ausfuhrungsbeispielen zugrundeliegende Silizium-Halbleiter-Substrat beschränkt ist, sondern auch dann anwendbar ist, wenn das Substrat aus anderen Materialien, z. B. Germanium besteht. Desgleichen können die zur Bildung eines leitfähigen Gebietes benutzten Dotierungsmittel außer Phosphor und Bor auch noch andere Materialien sein, z. B. Arsen. Das leitfähige Gebiet braucht weiterhin auch nicht unbedingt durch Diffusion gebildet zu sein, es kann auch die Epitaxial-Methode verwendet werden. Finally it should be mentioned that the inventive method not on the silicon semiconductor substrate on which the exemplary embodiments are based is limited, but can also be used if the substrate is made of other materials, z. B. Germanium is made. The same can be used to form a conductive area the dopants used can be other materials besides phosphorus and boron, z. B. Arsenic. The conductive area does not necessarily have to go through either To be diffused, the epitaxial method can also be used.
- Anspruche -- Expectations -
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5429568 | 1968-08-02 |
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| DE1939905A1 true DE1939905A1 (en) | 1970-02-05 |
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ID=12966560
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19691939905 Pending DE1939905A1 (en) | 1968-08-02 | 1969-08-01 | Manufacture of semi-conductors with excellent - switching properties |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1939905A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2462022A1 (en) * | 1979-07-24 | 1981-02-06 | Silicium Semiconducteur Ssc | Thyristor or triac mfr. process - includes diffusion of gold through windows in glass layer deposited over semiconductor |
-
1969
- 1969-08-01 DE DE19691939905 patent/DE1939905A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2462022A1 (en) * | 1979-07-24 | 1981-02-06 | Silicium Semiconducteur Ssc | Thyristor or triac mfr. process - includes diffusion of gold through windows in glass layer deposited over semiconductor |
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