DE2102865A1 - Process for the production of diffused semiconductor zones - Google Patents
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Description
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Böblingen, 14. Januar 1971 gg-rzBoeblingen, January 14, 1971 gg-rz
International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Neuanmeldung
Docket FI 969 016International Business Machines Corporation, Armonk, NY 10504 New application
Docket FI 969 016
Verfahren zur Herstellung diffundierter Halbleiterzonen Process for the production of diffused semiconductor zones
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung diffundierter Halbleiterzonen, die eine über ihre Dicke relativ gleichbleibende Störstellenkonzentration mit steilem Gradienten am gebildeten Halbleiterübergang aufweisen.The invention relates to a method for producing diffused Semiconductor zones that have a relatively constant concentration of impurities with a steep gradient across their thickness Have formed semiconductor junction.
Vor allem beim Einsatz in Computern werden Transistoren verlangt, die unter anderem neben einer hohen Grenzfreguenz eine ausreichende Verstärkung aufweisen, um Transistorstrukturen mit diesen Eigenschaften zu erzielen, sind von besonderer Wichtigkeit eine geringe Basisweite,, eine hohe Gesamtdotierung der Basis, eine niedrige, neutrale Emitterkapazität und ein niedriger Basiswiderstand. Beim Versuch, diese Forderungen in der Transistorherstellung zu erfüllen, müssen häufig Kompromisse geschlossen werden. Neben der Forderung, daß die Transistorstruktur eine möglichst geringe Basisweite aufweisen sollte, muß auch beachtet werden, daß die Basisweite nicht so gering ist, daß Durchschläge auftreten. Die Gesamtdotierung der Basis, die Emitterkapazität und der Basiswiderstand werden direkt von der Verteilung der Störstellenkonzentration, d.h. also dem Störstellenprofil, in der Basis beeinflußt. Eine Erhöhung der Störstellenkonzentration in der Basiszone bringt eine Verringerung des Basiswiderstandes mit sich. Mit der Erhöhung der Störstellenkonzentration steigt aber gleichzeitig die Möglichkeit, daß ein Tunneleffekt am Emitter-Basisübergang auftritt. D.h.Especially when used in computers, transistors are required which, among other things, have a high limit frequency and a sufficient frequency Have gain to transistor structures with these To achieve properties are of particular importance a small base width, a high total doping of the base, a low, neutral emitter capacitance and a low base resistance. When trying to meet these demands in transistor manufacturing Often compromises have to be made to meet these requirements. In addition to the requirement that the transistor structure a should have the smallest possible base width, it must also be ensured that the base width is not so small that Breakdowns occur. The total doping of the base, the emitter capacitance and the base resistance are taken directly from the distribution of the impurity concentration, i.e. the impurity profile, influenced in the base. An increase in The concentration of impurities in the base zone results in a reduction in the base resistance. With the increase in the concentration of impurities but at the same time the possibility increases that a tunnel effect occurs at the emitter-base junction. I.e.
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also, der Erhöhung der Störstellenkonzentration sind Grenzen gesetzt. Um eine hohe Gesamtdotierung der Basis und eine niedrige Emitterkapazität zu erhalten wäre es wünschenswert, ein rechteck förmiges Störstellenprofil in der Basiszone vorzusehen. Unter einem rechteckförmigen Störstellenprofil wird dabei eine über die Dicke der Basiszone relativ gleichbleibende StorStellenkonzentration mit steilem Gradienten am gebildeten Halbleiterübergang verstanden. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Verteilung der Störstellenkonzentration besteht darin, daß der sogenannte "Kirk"-Effekt auf. ein Minimum gebracht und damit die Grenzfrequenz des Halbleiterelernentes erhöht wird. So, the increase in the concentration of impurities are limits set. To get a high total doping of the base and a low one To obtain emitter capacitance, it would be desirable to provide a rectangular impurity profile in the base zone. Under With a rectangular impurity profile, an impurity concentration that is relatively constant over the thickness of the base zone becomes understood with a steep gradient at the semiconductor junction formed. Another advantage of such a distribution the impurity concentration is that the so-called "Kirk" effect on. brought to a minimum and thus the cut-off frequency of the semiconductor element is increased.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit einer rechteckförmigen Verteilung der Störstellenkonzentration ergibt sich vor allen Ding π auch bei der Herstellung diffundierter Widerstände, wie sie in integrierten Schaltungen zu finden sind. Es hat sich gezeigt, daß die Elektromikration der mit den Halbleiterzonen verbundenen metallischen Anschlüsse besonders an den Stellen auftritt, an denen eine hohe Strombelastung vorhanden ist. Die Stromverteilung über die Fläche eines Kontaktes zu einer Halbleiterzone ist aber umso gleichmäßiger, je gleichmäßiger die Störstellenverteilung in der Kalbleiterzone ist.Another possible application of a rectangular distribution the concentration of impurities results above all π also in the production of diffused resistors, as shown in integrated circuits can be found. It has been shown that the electromicration associated with the semiconductor zones metallic connections occur particularly at the points where there is a high current load. The power distribution over the area of a contact to a semiconductor zone but is more even, the more evenly the distribution of impurities in the Kalbleiter zone is.
Die gebräuchlichen Diffusionstechniken zur Basis diffus ion in Planartechnologie ergeben stets ein Störstellenprofil das einer Fehlerverteilungskurve entspricht. D.h., die Störstellenverteilung ist an der Oberfläche am größten und nimmt dann ab.The common diffusion techniques for the base diffus ion in Planar technology always results in an impurity profile that corresponds to an error distribution curve. That is, the impurity distribution is largest at the surface and then decreases.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung diffundierter Halbleiterzonen mit rechteckförmigem Störstellenprofil gestattet und somit die genannten Nachteile von nach gebräuchlichen Verfahren hergestellten Halbleiterbauelementen vermeidet.It is the object on which the invention is based to provide a method that enables the production of diffused semiconductor zones allowed with a rectangular impurity profile and thus the mentioned disadvantages of manufactured according to conventional methods Avoids semiconductor components.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Diffusionstemperatur in einen Halbleiterkörper Störstellenmate-According to the invention, this object is achieved in that at the diffusion temperature in a semiconductor body Störstellenmate-
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rial in einer Konzentration eindiffundiert wird, die über der bei Betriebstemperatur vorhandenen Löslichkeit liegt, so daß der bei der anschließenden Abkühlung auf Betriebstemperatur über der Löslichkeit liegende Störstellenanteil elektrisch inaktiv wird,rial is diffused in a concentration that is above the The solubility present at the operating temperature is so that that during the subsequent cooling to operating temperature is above the solubility of the impurity component becomes electrically inactive,
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, durch die Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:Further details and advantages of the invention emerge from the following exemplary embodiments explained by the drawing. Show it:
Fig. l ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und ein nach bekannten Diffusionsverfahren erzeugtes Störstellenprofil in einem Halbleiterkörper,Fig. 1 according to the method according to the invention and according to known diffusion process generated impurity profile in a semiconductor body,
Fig. 2 zwei schematische Schnittbilder einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleiteranordnung ,Fig. 2 shows two schematic sectional images according to the invention Process manufactured semiconductor device,
Fig. 3 Störstellenprofile zweier Arten von bordiffundierten Halbleiterzonen in einem Halbleiterkörper aus Silizium, anhand derer die Nachteile bekannter Diffusionstechniken offenbar wird,3 shows impurity profiles of two types of boron-diffused semiconductor zones in a semiconductor body Silicon, which reveals the disadvantages of known diffusion techniques,
Fig. 4 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Störstellenprofil in einem Halbleiterkörper aus Silizium,4 shows a generated by the method according to the invention Impurity profile in a semiconductor body made of silicon,
Fig. 5 die schematische Darstellung eines Halbleiter-Widerstandeelements in Verbindung mit einem Störstellenprofil ; wobei das nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellte Störeteilenprofil mit einem in bekannter Diffusionstechnik hergestellten Störstellenprofil verglichen wird, und 5 shows the schematic representation of a semiconductor resistance element in connection with an impurity profile ; wherein the interfering component profile produced by the method according to the invention is compared with an interfering site profile produced using a known diffusion technique, and
Fig. 6 »in nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildetes Störstellenprofil einer Halbleiteranordnung bestehend aus einem Halbleiterkörper aus Germanium.FIG. 6 shows a structure formed according to the method according to the invention Impurity profile of a semiconductor arrangement consisting of a semiconductor body made of germanium.
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Die Kurve 10 in Fig. 1 zeigt ein typisches Störstellenprofil der Basiszone eines Transistors, die man durch Diffusion von Bor in einen Halbleiterkörper aus Silizium erhält. Die Anordnung weist eine Basisweite W auf, Die Kurve 12 zeigt das Störstellenprofil einer Basiszone, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, Das Störstellenprofi1 12 weist in erster Näherung eine rechteckige Form auf. Es zeigt sich, daß die Basisweit W2 der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Basiszone geringer ist als die Basisweite W der nach einem bekannten Verfahren hergestellten Basiszone. Dabei ist besonders zu erwähnen, daß trotz dieser unterschiedlichen Basisweiten die Menge des Störstellenmaterials in beiden Fällen etwa gleich groß ist. Die Menge des Störstellenmaterials entspricht überschlägig den von den Störstellenprofilen, also den von den Verlaufen der Störstellenkonzentrationen eingenommenen Flächen. Ein vollständiger Transistor weist zusätzlich ein Emitterprofil 14 und ein Kollektorprofil 16 auf.Curve 10 in FIG. 1 shows a typical impurity profile of the base zone of a transistor, which is obtained by diffusion of boron into a semiconductor body made of silicon. The arrangement has a base width W. The curve 12 shows the impurity profile of a base zone which is produced according to the method according to the invention. The impurity profile 12 has a rectangular shape in a first approximation. It is found that the base width W 2 of the base zone produced by the method according to the invention is smaller than the base width W of the base zone produced by a known method. It should be mentioned in particular that, despite these different base widths, the amount of impurity material is approximately the same in both cases. The amount of the impurity material roughly corresponds to that of the impurity profiles, that is to say the areas occupied by the course of the impurity concentrations. A complete transistor also has an emitter profile 14 and a collector profile 16.
Theorie und Analysis von Transistoraufbau und Wirkungsweise sind sehr komplex. Die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich bei vereinfachter Darstellung aus der Tatsache, daß die Verstärkung eines Transistors proportional dem Quotienten C /C , ist, wobei C die Oberflächen-Störstellenkonzense so seTheory and analysis of transistor structure and mode of operation are very complex. The importance of the method according to the invention in a simplified representation results from the fact that the gain of a transistor is proportional to the quotient C / C, where C is the surface impurity concentration so se
tration der Emitterzone und C . die Oberflächen-Störstellenkon-tration of the emitter zone and C. the surface impurity con-
sbsb
zentration der Basiszone wiedergibt. Um demnach eine hohe Verstärkung zu erhalten, muß C so hoch und C . so niedria wiethe centering of the base zone. So a high gain to get C must be as high and C. as low as
se sbse sb
möglich gewählt werden. Dabei müssen aber die durch andere Erscheinungen und physikalische Grenzen hinsichtlich der Verfahrenstechnik bedingten Forderungen berücksichtigt werden.possible to be chosen. But they must be due to other phenomena and physical limits with regard to process engineering-related requirements are taken into account.
Die obere Grenze für C liegt bei Silizium, wenn als Störstel-The upper limit for C is silicon if the impurity
sese
lenmaterial Phosphor und Arsen verwendet wird, in der Größenord-material phosphorus and arsenic is used, in the order of magnitude
21 3
nung von 10 Atomen/cm . Liegt die Störstellenkonzentration21 3
tion of 10 atoms / cm. Is the impurity concentration
■j O *J■ j O * J
C . unterhalb einem Wert von 5 χ 10 Atomen/cm , so tritt an der Oberfläche die zu verhindernde Inversion auf. D.h. also, daß im Falle von Silizium der Wert von C . im Bereich vonC. below a value of 5 10 atoms / cm, then occurs the surface to prevent inversion. In other words, in the case of silicon, the value of C. In the range of
sbsb
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7 κ 10 bis 3 χ 10 Atomen/cm gewählt wird. Die genannten Werte für die Oberflächen-Störstellenkonzentrationen für Basis und Emitter verschieben sich bei Verwendung unterschiedlicher Halbleitermaterialien, Beispielsweise liegen aus den genannten Gründen die Störstellenkonzentrationen bei Germanium für die7 κ 10 to 3 χ 10 atoms / cm is chosen. The mentioned Values for the surface impurity concentrations for base and emitter shift when different ones are used Semiconductor materials, for example, for the reasons mentioned, the concentration of impurities in germanium is for the
2O 32O 3
Emitterzone nicht wesentlich über 5 χ 10 Atomen/cm und fürEmitter zone not significantly above 5 χ 10 atoms / cm and for
19 1919 19
die Basiszone vorzugsweise im Bereich von 5 χ 10 bis 2 χ 10 Atomen/cm .the base zone is preferably in the range from 5 10 to 2 χ 10 Atoms / cm.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen 1st, erreicht man mit einem näherungsweise rechteckförmigen Störstellenprofil» daß erstens eine Halb- {| leiterzone mit höherem Störstellengehalt und damit, niedrigerem spezifischem Widerstand erzielt werden kann und daß zweitens am Halbleiterübergang ein steilerer Störstellengradient auftritt. Ein steiler Störstellengradient erhöht die Durchbruchsspannung, wodurch zwar nicht die Verstärkung erhöht aber die Möglichkeit erzielt wird, eine Transistorstruktur mit einer dünneren inneren Basiszone su erzieünn. DS,& dünnere Basiszone liefert aber die erwünschte höhere f/er«t'vrT a?^. x:r^l höhere Grenzfrequenz. Durch Erhöhung der Gesamtmenge des Störstellenmaterials in der Basiszone wird sowohl die Smitter-Basiskapazität als auch die Basis-Kollektorkapazität verringert und damit die Grenzfrequenz erhöht. JjAs can be seen from FIG. 1, one achieves with an approximately rectangular impurity profile "that, firstly, a half-{| Conductor zone with a higher content of impurities and thus lower specific resistance can be achieved and that, secondly, a steeper impurity gradient occurs at the semiconductor junction. A steep gradient of the impurity increases the breakdown voltage, which does not increase the gain, but makes it possible to create a transistor structure with a thinner inner base zone. DS, & thinner base zone provides the desired higher f / er «t'vr T a? ^. x: r ^ l higher cutoff frequency. By increasing the total amount of the impurity material in the base zone, both the smitter base capacitance and the base collector capacitance are reduced and thus the cutoff frequency is increased. Yy
Ia Fig. 3 sind zwei Störstellenprofil© z^«lar bordiffundierter Serien in einem monokristallinen Sii.i=aiui!Jiörper dargestellt. Die K'irve 18 zeigt den Kojaz-fev.:.;. .ationsverlauf f wenn bei den herrschenden Diffusionsbedingungsii eins Bor-Oberflächenkonzentration erzeugt wird, die über ösra*Ws::t liegt, bei dem bei Raumtemperatur sämtliches Störstellenmat-sria.! elektrisch aktiv ist. Der Verlauf der Kurve 18 karm ci^r^h eine chemische Analyse bestimmt werden. Die Kurve 20 zeigt den KonF.entratlonsverlaiif des elektrisch aktiven Störstellenmaterials bei Raumtemperatur» Dieser Verlauf kann beispielsweise durch i-iesatung der Verteilimg des spezifischen Widerstandes ermittelt "*.'ί>κα·ίτ,* Dabei virä I«?t".igli.ch das niu?.cer'.äl regArHtsÄ©":ü. i'of an Ί-ί: ^lassi.s^ben Tcansi-In FIG. 3, two impurity profiles are shown with boron-diffused series in a monocrystalline Sii.i = aiui! Ji body. The K'irve 18 shows the Kojaz-fev.:.;. .ation curve f if, under the prevailing diffusion conditions, a boron surface concentration is generated that is above ösra * Ws :: t, at which all impurity material at room temperature.! is electrically active. The course of the curve 18 karm ci ^ r ^ h a chemical analysis to be determined. Curve 20 shows the concentration of the electrically active impurity material at room temperature. ch das niu? .cer'.äl regArHtsÄ © ": ü. i'of an Ί-ί: ^ lassi.s ^ ben Tcansi-
storwirkung beteiligt ist. Die schraffiert« Fläche 2J r*«igt das DocKet FI 969 016 109835/1630interfering effect is involved. The hatched area 2 shows this DocKet FI 969 016 109835/1630
SAD ORiGlNAtSAD ORiGlNAt
Störstellenmaterial, das zwar physikalisch in der diffundierten Zone vorhanden ist, das aber an der Funktion des Transistors, des Widerstandes oder der Diode nicht beteiligt ist. Das überschüssige Störstellenmaterial ist durch einen Vorgang elektrisch inaktiv geworden, für den es noch keine vollständige Erklärung gibt. Es ist festzustellen, daß die Kurve 20 näherungsweise einen rechteckförmigen Verlauf aufweist, wobei die Oberflächen-Störstellenkonzentration und die Konzentration in der Nähe der Ober-Impurity material, which is physically present in the diffused zone, but which is due to the function of the transistor, of the resistor or the diode is not involved. The excess Impurity material has become electrically inactive through a process for which there is still no complete explanation gives. It should be noted that the curve 20 has an approximately rectangular profile, the surface impurity concentration and the concentration near the upper
20 320 3
fläche in der Größenordnung von 2 χ IO Atomen/cm liegt. Dieser Wert liegt über dem im vorstehenden angegebenen Wert für area is in the order of magnitude of 2 χ IO atoms / cm. This value is higher than the value given above for
l8 19 3l8 19 3
C , im Bereich von 7 χ 10 bis 3 χ 10 Atomen/cm . Erfolgt die Bordiffusion bei einem nedrigeren Dampfdruck, um eine Konzentration unterhalb der elektrisch aktiven Löslichkeit zu erhalten, erhält man ein Störstellenprofil 50, das einer Fehlerverteilungskurve entspricht. Daraus ist zu ersehen, daß Bor nicht zur Erzeugung eines rechteckförmigen Störstellenprofile mit einem optimalen Wert C . geeignet ist.C, in the range from 7 10 to 3 χ 10 atoms / cm. He follows the boron diffusion at a lower vapor pressure to a concentration below the electrically active solubility obtained, an impurity profile 50 is obtained which corresponds to an error distribution curve. From this it can be seen that Boron does not produce a rectangular profile of the impurity with an optimal value of C. suitable is.
5252
Das in Fig. 4 gezeigte rechteckförmige Störstellenprofil in Silizium weist eine Oberflächen-Störstellenkonzentraticn inThe rectangular impurity profile shown in FIG in silicon has a surface impurity concentration in
19 3 der Größenordnung von 10 Atomen/cm auf. Man erhält dieses Profil durch Wahl des Störstellenmaterials derart, daß der Wert des Verhältnisses von Löslichkeitskonzentration bei. Diffusions temperatur zu elektrisch aktiver Löslichkeitskonzent.ration bei Betriebstemperatur im Bereich zwischen 1,5 und 5 lieqt. Die Oberflächen-Störstellenkonzentration C , der Basiszone sollte19 3 of the order of 10 atoms / cm. You get this Profile by choosing the impurity material so that the value of the ratio of solubility concentration at. Diffusion temperature to electrically active solubility concentration at operating temperature in the range between 1.5 and 5 lies. the Surface impurity concentration C that should be the base zone
18 · 19 3 im Bereich von 7 χ JO bis 3 χ 10 Atomen/cm liegen.18 · 19 3 lie in the range from 7 χ JO to 3 χ 10 atoms / cm.
In Fig. 6 ist ein optimales Störstellenprofil für einer. Iriraai,-stör aus Germanium dargestellt. Hierbei gelten dieselbe«; fr wägungen hinsichtlich des Störsteilenruaterials zur Erzeugung eines rechteckförmigan Störstellenprofils und hinsichtlich äer elektrisch aktive« Oberflächen-Störstellenkonzentrationen wie sie bereits im Zusammenhang mit einem Halbleiterelement aus Silizium angegebe» wurden» Der Kurve 54 ist zu entnehmen, daß di# Oberfl«^henkon'iäntration in der Emitterzone im Bereich vonIn Fig. 6 is an optimal impurity profile for one. Iriraai, sturgeon shown from germanium. The same apply here «; fr Considerations with regard to the disturbance parts for the production of a rectangular impurity profile and in terms of outer electrically active «surface impurity concentrations such as they are already out in connection with a semiconductor element Silicon was specified. It can be seen from curve 54 that the surface concentration in the emitter zone in the area of
20 >le 5 :; IQ20 Atomen/cm3 lie 109835/1630 20 > le 5:; IQ 20 atoms / cm 3 lie 109835/1630
Docket FI 969 016 ^0 omGmAL Docket FI 969 016 ^ 0 omGmAL
3,5 se 1020 >le 5 :; IQ20 Atomen/cm3 liegen sollte. Die durch3.5 sec 10 20 > le 5:; IQ should be 20 atoms / cm 3 . By
109835/1630109835/1630
K^rve 56 wiedergegebene Oberflächenkonzentration der BasiszoneCurve 56 reproduced surface concentration of the base zone
18 19 ^l18 19 ^ l
sollte im Bareich von 5 χ IO bis 2 χ 10 Atomen/cm liegen.should be in the range of 5 χ 10 to 2 χ 10 atoms / cm.
Geeignete Störstellenmaterialien sind für die Emitterzone G&IIim und Aluminium und für die Basiszone Antimon.Suitable impurity materials are for the emitter zone G & IIim and aluminum and for the base zone antimony.
Di© in Flg. 2 dargestellten Strukturen zeigen ein nach dem srfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Halbleiterelement jeweils am Ende zweier Verfahrensschritte 1 und 2, Eine SchichtDi © in Flg. The structures shown in FIG. 2 show a after Semiconductor element manufactured according to the method according to the invention at the end of two process steps 1 and 2, one shift
24 aus Siliziumdioxyd wird auf die obere Oberfläche des Halbleiterkörpers 22 aufgebracht«, Auf der Schicht 24 wird eine Schicht 26 aus Sillziumnitrid aufgebracht. Durch ijswendung der konventionellen Ätztechnik wird in der Schicht 26 eine Öffnung 27 freigelegt, die den Bereich der Basiszone definiert. Der Halbleiterkörper wird nunmehr in eine Diffusionskammer gebracht, die verteiltes, mit Gallium dotiertes Halbleitermaterial enthält. Nach Erhitzung entwickelt sich ein bestimmter Dampfdruck Innerhalb dar Diffusionskammer und das Gallium diffundiert im Bereich der öffnung 27 durch die Diffusionsschicht 24 hindurch. Dabei wird eine entsprechend dotierte Halbleiterzone 23 gebildet. Die Diffusionstemperatur und die Konzentration des Dotierungsstoffes in der Diffusionsquelle, die für den in der Diffusionskammer entstehenden Dampfdruck verantwortlich sind, werden so gewählt, daß in der diffundierten Halbleiterzone eine Störstellenkonzentration erzeugt wird, die über der Löslichkeit bei Raumtemperatur liegt. Nach Durchführung der Diffusion und Abkühlung auf Raumtemperatur bildet sich die rechteckförmige Störstellenverteilung aus elektrisch aktivem Material aus. Wie in Schritt 2 der Fig. 2 dargestellt, wird anschließend eine öffnung24 made of silicon dioxide is applied to the top surface of the semiconductor body 22 applied «, on the layer 24 a layer is applied 26 made of silicon nitride. By using the conventional Etching technique, an opening 27 is exposed in the layer 26, which defines the area of the base zone. The semiconductor body is now placed in a diffusion chamber containing distributed, gallium-doped semiconductor material. After heating, a certain vapor pressure develops inside the diffusion chamber and the gallium diffuses in it Area of the opening 27 through the diffusion layer 24. A correspondingly doped semiconductor zone 23 is thereby formed. The diffusion temperature and the concentration of the dopant in the diffusion source, the one in the diffusion chamber resulting vapor pressure are responsible, are chosen so that an impurity concentration in the diffused semiconductor zone which is above the solubility at room temperature. After performing the diffusion and cooling The rectangular distribution of impurities is formed at room temperature made of electrically active material. As shown in step 2 of FIG. 2, an opening is then made
25 in der Schicht 24 freigelegt und eine zweite Diffusion durchgeführt. Dabei wird Innerhalb der als Basiszone dienenden Halbleiterzone 23 eine entgegengesetzt dotierte Emitterzone 28 erzeugt. Die Diffusion der Emitterzone erfolgt vorzugsweise aus einer Diffusionsquelle, die als Dotierungsstoff Arsen in einer25 exposed in the layer 24 and carried out a second diffusion. In this case, an oppositely doped emitter zone 28 is produced within the semiconductor zone 23 serving as the base zone. The diffusion of the emitter zone is preferably carried out from a diffusion source, the arsenic as a dopant in a
20 3 Oberflächenkonzentration von mehr als 10 Atomen/cm enthält.20 3 contains surface concentration of more than 10 atoms / cm.
Auch bei diesem Diffusionsprozeß wird eine näherungsweise rechteckförmige Störstellenverteilung in der Emitterzone erzeugt.In this diffusion process, too, an approximately rectangular shape becomes Defect distribution generated in the emitter zone.
Docket Fi 969 016 10 9 8 3 5/1630 ßAD 0R|Q|NAL Docket Fi 969 016 10 9 8 3 5/1630 ßAD 0R | Q | NAL
Anstelle der hier beschriebenen Diffusionsprozesse innerhalb geschlossener Systeme können auch Diffusionsprozesse in offenen Systemen angewandt werden. Wesentlich ist lediglich, daß die Diffusionen so durchgeführt werden, daß die Oberflächenkonzentration der Störstellen über der Löslichkeit des Störstellenmaterials in dem Halbleitermaterial bei Raum- bzw. Betriebstemperatur der gebildeten Halbleiteranordnung liegt. Diese Vorschrift ist erforderlich, um ein rechteckförmiges Störstellenprofil zu erhalten.Instead of the diffusion processes described here within closed systems can also use diffusion processes in open ones Systems are applied. It is only essential that the diffusions are carried out in such a way that the surface concentration of the impurities via the solubility of the impurity material in the semiconductor material at room or operating temperature of the formed semiconductor device lies. This rule is necessary in order to obtain a rectangular profile of the impurity to obtain.
Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß Basis- und Emitterzone gleichzeitig in einem einzigen Diffusionsprozeß erzeug werden. Dabei wird der Halbleiterkörper zunächst mit den Schichten 24 und 26 beschichtet. Dann wird zunächst das Emitterfenster 25 freigeätzt bevor die Basiszone definiert wird. Die mit beiden Diffusionsfenstern versehene Halbleiteranordnung wird in eine Diffusionskammer gebracht, die beide Dotierungsstoffe für Basis- und Emitterzone, also beispielsweise Gallium und Arsen, enthält. Nach Erhitzung auf Diffusionstemperatur und Ausbildung des erforderlichen Dampfdruckes diffundiert das Gallium durch die Schicht 24 hindurch, während Arsen lediglich im Bereich des Fensters 25 in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Das Störstellen- bzw. Dotierungsmaterial muß in jedem Falle so ausgewählt werden, daß die die Basis bildenden Störstellen schneller in den Halbleiterkörper eindiffundieren als die die Emitterzone bildenden Störstellen. Dabei muß die Diffusionsquelle solche Dampfdrucke erzeugen, daß die Emitterzone eine höhere Störstellenkonzentration als die Basiszone erhält.The method can also be carried out in such a way that the base and emitter zones are produced simultaneously in a single diffusion process. The semiconductor body is first coated with layers 24 and 26. The emitter window 25 is then first etched free before the base zone is defined. The semiconductor arrangement provided with two diffusion windows is brought into a diffusion chamber which contains both dopants for the base and emitter zones, for example gallium and arsenic. After heating to the diffusion temperature and the formation of the required vapor pressure, the gallium diffuses through the layer 24, while arsenic only diffuses into the semiconductor body in the area of the window 25. The impurity or doping material must in each case be selected so that the impurities forming the base diffuse into the semiconductor body more quickly than the impurities forming the emitter zone. The diffusion source must generate such vapor pressures that the emitter zone has a higher concentration of impurities than the base zone.
Eine weitere Anwendung des erflndungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dabei der Herstellung eines diffundierten Widerstandes 30 in einem Halbleiterkörper. Das wesentliche Merkmal dieses Widerstandes besteht darin, daß die diffundierte Zone 32 durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen zumindest näherungsweise rechteckförmigen Verlauf 34 der Störstellenkonzentration auf-Another application of the method according to the invention is shown in FIG. The method according to the invention serves to produce a diffused resistor 30 in a semiconductor body. The essential feature of this resistor is that the diffused zone 32 has an at least approximately rectangular profile 34 of the impurity concentration by using the method according to the invention.
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weist. Ein Verlauf der Störstellenkonzentration wie er mit konventionellen Diffusionsverfahren erzielbar ist, ist durch die Kurve 36 wiedergegeben. Der diffundierte Widerstand 30 weist an der Oberfläche des Halbleiterkörpers 22 eine Passivierungsschicht 38 auf. über die metallischen Anschlüsse 40 und 42 erfolgt im Bereich der Öffnungen 41 und 43 die Kontaktierung der Widerstandszone 32. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Widerstände weisen den Vorteil auf, daß durch Elektroraikration verursachte Fehler in den elektrischen Anschlüssen weitgehend vermieden werden. Durch Elektromikration verursachte^ Fehler treten bevorzugt an Stellen hoher Strombelastung, also meist im Bereich der Kontakte auf. Da das erfindungsgemäße Verfahren eine gleichmäßige Verteilung der Störstellenkonzentration in der diffundierten Widerstandszone 32 bewirkt, ist auch sichergestellt, daß die Strombelastung über dem Bereich der Kontaktierungsflachen eine gleichmäßige Verteilung aufweist.shows. A course of the impurity concentration as it can be achieved with conventional diffusion processes is through the curve 36 is reproduced. The diffused resistor 30 has a passivation layer on the surface of the semiconductor body 22 38 on. takes place via the metallic connections 40 and 42 the contacting of the resistance zone 32 in the area of the openings 41 and 43. Manufactured according to the method according to the invention Resistors have the advantage that they are electro-raked caused errors in the electrical connections are largely avoided. Electromicration caused ^ Faults tend to occur in places with a high current load, i.e. mostly in the area of the contacts. Since the inventive method causes a uniform distribution of the impurity concentration in the diffused resistance zone 32 is also ensured, that the current load over the area of the contacting surfaces has a uniform distribution.
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Docket PI 369 016Docket PI 369 016
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