DE2347067A1 - BIPOLAR TRANSISTOR - Google Patents

BIPOLAR TRANSISTOR

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DE2347067A1
DE2347067A1 DE19732347067 DE2347067A DE2347067A1 DE 2347067 A1 DE2347067 A1 DE 2347067A1 DE 19732347067 DE19732347067 DE 19732347067 DE 2347067 A DE2347067 A DE 2347067A DE 2347067 A1 DE2347067 A1 DE 2347067A1
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collector
transistor
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emitter
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DE19732347067
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Hin-Chiu Poon
Donald Lee Scharfetter
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Description

BLUMBACH ■ WESER - BERGEN & KRAMERBLUMBACH ■ WESER - BERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHENPATENT LAWYERS IN WIESBADEN AND MUNICH

DlPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. Dr. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMERDlPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. Dr. W. WESER DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 . TEL (06121) 562943, 561998 MÖNCHENWIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43. TEL (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN

Western Electric, Company, Poon 1-6Western Electric, Company, Poon 1-6

IncorporatedIncorporated

New York, N. Y., USANew York, N.Y., USA

Bipolarer TransistorBipolar transistor

Die Erfindung betrifft einen T«ansistor mit einem Halbleiterplättchen mit Emitter-, Basis- und Kollektorzonen, wobei die Kollektorzone einen an die Basiszone angrenzenden, relativ schwach dotierten Teil und einen durch diesen von der Basiszone getrennten, relativ stark dotierten Teil aufweist. The invention relates to a transistor with a semiconductor wafer with emitter, base and collector zones, whereby the collector zone has an adjacent to the base zone, has relatively weakly doped part and a relatively heavily doped part separated by this from the base zone.

In Breitbandverstärkern ist die Ihtermodulationsverzerrung dritter Ordnung besonders wichtig, wenn viele solcher Verstärker in Serienschaltung verwendet werden. Beispielsweise können in Langstre cken-Analog-Übertragungsanlagen hunderte von Verstärkern in Kaskade geschaltet sein, und in einem solchen Fall neigt die Inte rmodulat ions verzerrung dritterIn broadband amplifiers the intermodulation distortion is third order is particularly important when many such amplifiers are used in series. For example can do hundreds in long-distance analogue transmission systems of amplifiers in cascade, and in such a case the intermodulation distortion tends to be third

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Ordnung dazu, als ein begrenzender Faktor für die effektive Sy stern baud weite vorzuherrschen, da bestimmte P-odukte dritter . rdnung im Gegensatz zu Produkten zweiter Ordnung dazu neigen, sich in der Phase zu addieren.Order to prevail as a limiting factor for the effective system baud, as certain P-products third. In contrast to products of the second order, they tend to add up in phase.

Das obige Problem wird erfindungsgemäß mit einem bipolaren Traneistor (junction transistor) gelöst, der sich dadurch auszeichnet, daß der schwach dotierte Teil über einen Hauptteil seiner ?">icke einer sich praktisch linear ändernden Ootierungskonzentration zur Verminderung der Nichtlinearität der Grenzfrequenzeigenschaften des Transistors aufweist.The above problem is solved according to the invention with a bipolar Traneistor (junction transistor) solved, which is characterized by that the weakly doped part over a major part of its? "> icke of a practically linearly changing ootation concentration to reduce the non-linearity of the cutoff frequency properties of the transistor.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

Fig. 1 einen Fpitaxietraneistor gemäß der1 shows an Fpitaxietraneistor according to the

vorliegenden Erfindung; undpresent invention; and

Fig. 2 A undFig. 2 A and

2 B als Vergleich Dotierungsprofile, wie sie 2 B as comparison doping profiles like them

für einen typischen bekannten Epitaxietransistor bzw. eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Epitaxietransistors charakteristisch sind.for a typical known epitaxial transistor or one according to the invention Embodiment of an epitaxial transistor are characteristic.

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2347Q672347Q67

Fs v.atrde gefunden, daß die Intermodulations verzerrung dritter Ordnung verknüpft ist mit dem Grenzfrequenz-über-Ausgangskollektorstrom-Verhalten des Verstärkers . Te linearer dieses Verhalten ist, desto niedriger ist die Verzerrung. In der Vergangenheit wurde diesem Verhalten wenig Aufmerksamkeit geschenkt, und es wurden keine speziellen Anstrengungen gemacht, um es zu linearisieren.Fs v.atrde found that the third-order intermodulation distortion is linked to the limit frequency over output collector current behavior of the amplifier. The more linear this behavior is, the lower the distortion. Little attention has been paid to this behavior in the past and no special effort has been made to linearize it.

Darüber hinaus wurde gefunden, daß in einem Emitter schaltungstransistorverstärker die Linearität dieses Verhaltens verbessert werden kann, wenn man einen geringeren Basisvorschub in dem im Verstärker verwendeten Transistor hat. Basisvorschub ist der Ausdruck zur Beschreibung des Phänomens verwendet, wird, daß die Basiszone sich ausweitet, wenn der Emitterstrom zu-In addition, it has been found that in an emitter circuit transistor amplifier the linearity of this behavior can be improved if a lower basic feed rate is used transistor used in the amplifier. Basic feed is the term used to describe the phenomenon, is that the base zone expands when the emitter current increases

in nimmt. Dementsprechend kann eine Verbesserung der Linearität und in der Inte rmodulations verzerrung dritter Ordnung in einem solchen Verstärker dadurch erreicht werden, daß ein Epitaxietransistor eingesetzt wird, der gegenüber der bekannten Art dadurch modifiziert ist, daß ein sich änderndes Dotierstoffprofil in der epitaxialen Kollektorzone vorgesehen ist, speziell in der Nachbarschaft des Kollektorübergangs, was zur Verminderung der Nichtlinearität des Grenzfrequenz-Über-Kollektorstrom-Ver-in takes. Accordingly, an improvement in linearity and third-order intermodulation distortion can be achieved in one Such an amplifier can be achieved in that an epitaxial transistor is used, which compared to the known type is modified in that a changing dopant profile is provided in the epitaxial collector zone, especially in the Neighborhood of the collector junction, which reduces the non-linearity of the cut-off frequency over collector current

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haltend des Transistors geeignet ist. In der Praxis wird dies am besten dadurch erreicht, daß man in dieser Zone einen praktisch linearen Dotierstoffgradienten mit einem Wert imholding the transistor is suitable. In practice this will be best achieved by one in this zone practically linear dopant gradients with a value im

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Bereich zwischen 1x10 und 2, 5 χ 10 Atomen pro cm vorsieht.Range between 1x10 and 2.5 χ 10 atoms per cm provides.

Ein solches sich änderndes Dotierstoffprofil kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Ideal wäre es, wenn dies während des Züchtens der Epitaxieschicht durch Steuern dee Dotierstoffgehaltes im zur Epits.xieztlchtung verwendeten Dampf erreicht weraon könnte. Obwohl es möglich ist, erweist es sich derzeit als recht beschwerlich und es ist viel bequemer, das gewünschte Dotierstoffprofil in der Epitaxiezone nach deren Züchtung zu erreichen, und zwar durch einen nachfolgenden Einbringungsschritt, wie durch Ionenimplantation.Such a changing dopant profile can be implemented in various ways. It would be ideal if this could be achieved during the growth of the epitaxial layer by controlling the dopant content in the vapor used for epitaxial growth. While it is possible, it is currently quite cumbersome and much more convenient to achieve the desired dopant profile in the epitaxial region after it has been grown, by a subsequent introduction step such as ion implantation.

Außerdem scheint ein solches sich änderndes Dotier Stoffprofil zusätzlich nützlich zu sein, um Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung in Transistorverstärkern des Basisschaltungsund Kollektorschaltungsaufbaus zu reduzieren. Für diese Auf bauten wird die Verzerrung dadurch vermindert, daß die Ausschaltung mit auftretender Niederfrequenz-Nichtlinearitäten In addition, such a changing dopant profile appears to be additionally useful in reducing third order intermodulation distortion in transistor amplifiers of the common base and collector circuit design. For these built on, the distortion is reduced by the fact that the switch-off with occurring low-frequency non-linearities

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verbessert wird. Insbesondere führt ein solches Profil zu einer niedrigen Kollektor strom Vervielfachung, die von'der Stoßionisation herrührt, die einen geeigneten Steigerungsmechanismus darstellt. is improved. In particular, such a profile leads to a low collector current multiplication, the von'der Impact ionization originates, which is a suitable enhancement mechanism.

Eine weitere Verbesserung wird auch erreicht, wenn die Dicke der Epitaxieschicht afif einen Wert herabgesetzt wird, der !deiner ist, als er normalerweise bein.' Stand der Technik verwendet würde.A further improvement is also achieved if the thickness of the epitaxial layer is reduced by a value that corresponds to yours is than he usually bein. ' Prior art would be used.

Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. L=Ig. 1 zeigt einen npn-Transistor 10, der im wesentlichen einem Planar-Epitaxietransistor der derzeit weitläufig verwendeten Art ähnelt. Im besonderen weist er ein einkristallines Plättchen mit einer η-leitenden Emitterzone 11, einer p-leiten<Jen Basiszone 12 und einer η-leitenden Kollektorzone 13 mit einem dünneren, schwach dotierten Teil 13A und einem dikkeren, stärker dotierten Teil 13B auf. Elektroden 15, 16 und 17 stellen Ohmeche Verbindungen zur Emitter-, Basis-, bzw. Kollektorzone her. Typischerweise umfaßt das Plättchen eine Gberflächenpasslvierungsschicht (nicht gezeigt) aus isolierendem Material wie Siliziumdioxid, das mit Öffnungen versehen ist, durch welcheReference is now made to the drawing. L = Ig. 1 shows an npn transistor 10 which is essentially a planar epitaxial transistor is similar to the species currently widely used. In particular, it has a single-crystalline platelet with an η-conducting emitter zone 11, a p-conducting <Jen base zone 12 and an η-conductive collector zone 13 with a thinner, lightly doped part 13A and a thicker, more heavily doped part 13B. Electrodes 15, 16 and 17 provide ohmic connections to the emitter, base and collector zones here. Typically the die includes a surface passivation layer (not shown) of insulating material such as silicon dioxide, which is provided with openings through which

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, BAD, BATH

die Elektroden Kontakt mit dem Halbleiter haben.the electrodes are in contact with the semiconductor.

Zur Herstellung eines solchen Transistors beginnt man normalerweise mit einem stark dotierten η-leitenden einkristallinen Substrat (normalerweise Silizium), züchtet auf einem solchen Substrat durch Niederschlagen aus der Dampfphase eine schwächer dotierte η-leitende Epitaxieschicht des selben Materials, diffundiert in eine solche Epitaxieschicht einen Akzeptordotierstoff, um eine diffundierte p-leitende Zone zu diffundieren, die sich teilweise in die Epitaxieschicht erstreckt und diffundiert dann einen Donatordotierstoff in eine begrenzte Oberflächenzone der zuletzt gebildeten p-leitenden Zone, um einen Teil der Oberfläche wieder auf η-Leitung umzustellen. Ein solcher wieder umgestellter n-Oberflächenbereich dient als die Emitterzone 11, die p-Zone als die Basiszone 12, und der restliche nicht wieder umgestellte η-leitende Teil Epitaxieschicht und das ursprüngliche Substrat dienen als Teile 13A und 13B der Kollektorzone 13. Danach werden Elektroden an den verschiedenen Zonen vorgesehen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.One usually begins to make such a transistor with a heavily doped η-conductive single crystal substrate (usually silicon), grows on such a substrate a more weakly doped one by precipitation from the vapor phase η-conductive epitaxial layer of the same material, an acceptor dopant diffuses into such an epitaxial layer to a diffuse a diffused p-type region that partially extends into the epitaxial layer and then diffuses a donor dopant in a limited surface zone of the last formed p-type zone to convert part of the surface back to η-conduction. Such a rearranged one again The n-surface area serves as the emitter region 11, the p-region as the base zone 12, and the remaining non-rearranged η-conductive part epitaxial layer and the original substrate serve as parts 13A and 13B of the collector zone 13. Thereafter, electrodes are provided on the different zones, as shown in FIG.

Oxid-Maskierungs- und fotolithografische Methoden werden typischerweise verwendet um die verschiedenen diffundierten Zonen und Elektroden zu lokalisieren.Oxide masking and photolithographic methods are used typically used to locate the various diffused zones and electrodes.

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Fig. 2A zeigt die resultierende Konzentration des vorherrschenden Dotierstoffs (den absoluten Wert des Unterschiedes zwischen der Konzentration von Akzeptoren und Donatoren) entlang der in Fig. 1 dargestellten Linie 2-2, wenn der Transistor von typischer bekannter Form ist.Figure 2A shows the resulting concentration of the predominant dopant (the absolute value of the difference between the concentration of acceptors and donors) along line 2-2 shown in FIG. 1, if the Transistor is of typical known form.

Insbesondere ist ersichtlich, daß in der Zone, welche der schwach dotierten η-Zone 13A neben dem Kollektorübergang und demjenigen Teil der ursprünglichen Epitaxieschicht entspricht, welcher im wesentlichen unbeeinflußt durch die nachfolgenden Diffusionen ist, der Konzentrationspegel praktisch konstant ist. Es gibt eine bestimmte Konzentrationserhöhung an deren Grenzfläche mit dem ursprünglichen Substrat 13B, und zwar aufgrund des Ausdiffundierens vom stärker dotierten Subetrat während des Wachsens der Epitaxieschicht und der nachfolgenden Diffusionsschritte, aber eine solche Erhöhung ist ziemlich lokalisiert. Typischerweise war in der Vergangenheit das zu tiefe Eindringen von aus dem Substrat ausdiffundierenden Dotierstoffen in die Epitaxieschicht unerwünscht, da dabei die Neigung auftrat, die Kollektorkapazität zu erhöhen und die Kollektordurchbruchspannung zu verringern, ohne als Auegleich Vorteile zubringen. UmgekehrtIn particular, it can be seen that in the zone, which of the weakly doped η zone 13A next to the collector junction and that Corresponds to part of the original epitaxial layer, which is essentially unaffected by the subsequent diffusions, the concentration level is practically constant. There is a certain increase in concentration at their interface with the original substrate 13B due to outdiffusion of the more heavily doped substrate during the growth the epitaxial layer and the subsequent diffusion steps, but such an increase is fairly localized. Typically in the past was the too deep penetration of dopants diffusing out of the substrate into the epitaxial layer undesirable because there was a tendency to increase the collector capacitance and the collector breakdown voltage reduce without bringing benefits as an exchange. Vice versa

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kann eine geringe Verringerung auftreten, die an der Grenzfläche mit der p-Zone 12 lokalisiert ist und von einem bestimmten Überlauf diffundierter Akzeptoren herrührt. Trotz dieser lokalisierten Ungleichmäßigkeiten ist die resultierende Dotier Stoffkonzentration jedoch über den H uptteil der Zone 13A praktisch gleichförmig. Ein typischer Wert eines solchen Pegels ist etwa 5 χ 10 Donatoren pro Kubikzentimeter, wie es dargestellt ist.there may be a slight decrease localized at the interface with the p-zone 12 and of a particular one Overflow of diffused acceptors originates. Despite these localized non-uniformities, the resulting Doping substance concentration, however, over the main part of the zone 13A practically uniform. A typical value of such a level is about 5 10 donors per cubic centimeter, such as it is shown.

Ein typischer Aufbau eines solchen Transistors würde eine etwa drei Mikrometer breite, 100 Mikrometer lange und vier Zehntel Mikrometer dicke Emitterzone aufweisen, eine etwa 30 Mikrometer breite, 125 Mikrometer lange .tnd vier Zehntel Mikrometer dicke Basiszone zwischen dem Emitter- und dem Kollektorübergang, und ehe Kollektorzone, die aus einem sechs Mikrometer dicken leicht dotierten und einem etwa 250 Mikrometer dicken stark dotierten Teil aufgebaut ist. Ein solcher Transistor würde normale rweise betrieben mit einer Emitter-Kollektor-Vorspannung von 15 Volt und einem Kollektorstrom von 100 Milliampere bei einer Verlustleistung von etwa 1, 5 Watt, und er würde eine Grenzfrequenz für Emitterschaltungsbetrieb von 50 MHz haben.A typical construction of such a transistor would be about three micrometers wide, 100 micrometers long, and four tenths Emitter zone micrometers thick, about 30 micrometers wide, 125 micrometers long and four tenths of a micrometer thick base zone between the emitter and the collector junction, and before the collector zone, which consists of a six micrometer thick lightly doped and an approximately 250 micrometer thick heavily doped part is constructed. Such a transistor would normally operated with an emitter-collector bias of 15 volts and a collector current of 100 milliamps with a power loss of about 1.5 watts, and he would be a cutoff frequency for common emitter operation of 50 MHz.

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In Pig. 2B ist die resultierende Konzentration der vorherrschenden Dotierung in den verschiedenen Zonen entlang der in Fig. 1 dargestellten Linie 2-2 gezeigt, die typisch ist für ehen Transistor, der die erfindungsgeinäße Eigenschaft beinhaltet.In Pig. 2B is the resulting concentration of the prevailing Doping in the various zones is shown along line 2-2 shown in Figure 1, which is typical for a transistor that has the property of the invention contains.

Insbesondere kann man sehen, daß die resultierende Konzentration der vorherrschenden Donatorendotierung sich über dem Hauptteil der schwach dotierten Zone 13A praktisch linear ändert (die Linie erscheint in der Zeichnung als eine Kurve, da es sich um eine halblogarithmische Darstellung handelt).In particular, it can be seen that the resulting concentration of the predominant donor doping is practically linear over the main part of the weakly doped zone 13A changes (the line appears as a curve in the drawing because it is a semi-logarithmic representation).

Insbesondere steigt die resultierende Konzentration vonIn particular, the resulting concentration of increases

15
einem Wert von 2 χ 10 Donatoren pro Kubikzentimeter bei der Grenzfläche mit der Basiszone auf einen Wert von etwa 8x10 Donatoren pro Kubikzentimeter bei deren Grenzfläche mit dem ursprünglichen Substratteil an. Dieser lineare Teil erstreckt sich über eine Weite von etwa drei Mikrometer,
15th
a value of 2 10 donors per cubic centimeter at the interface with the base zone to a value of about 8x10 donors per cubic centimeter at its interface with the original substrate part. This linear part extends over a width of about three microns,

19 was einem linearen Konzentrationsgradienten von etwa 2 χ 1019 which is a linear concentration gradient of about 2 χ 10

4
Atomen pro cm entspricht. Der schwach dotierte Teil des Kollektors ist um etwa einen Faktor 2 dünner als bei der in Fig. 2A dargestellten typischen bekannten Form. Der lineare
4th
Atoms per cm. The lightly doped part of the collector is thinner by about a factor of 2 than in the typical known shape shown in FIG. 2A. The linear one

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BADBATH

Gradient erlaubt die Verwendung eines dünneren Teils 13A des Kollektors, ohne die Kollektordurchbruchspannung oder die Kollektorübergangs-Kapazität bedeutend zu beeinflussen.Gradient allows a thinner portion 13A of the collector to be used without affecting the collector breakdown voltage or to influence the collector junction capacity significantly.

Für bessere Jrgebnisse erscheint es wichtig, daß der Konzentrationsgradient zusätzlich dazu, daß er praktisch linear ist, einen Wert im Bereich zwischen 1 und 2, 5 χ 10"' Atomen proFor better results it seems important that the concentration gradient in addition to being practically linear, a value in the range between 1 and 2.5 10 "'atoms per

4
cm für einen Siliziumtransistor der beschriebenen Art hat.
4th
cm for a silicon transistor of the type described.

In anderen Zonen ist die resultierende Konzentration der vorherrschenden Dotierung für beide Transistorarten praktisch die selbe.In other zones, the resulting concentration is the predominant one Doping practically the same for both types of transistors.

Der gewünschte Konzentrationsgradient der vorherrschenden Dotierung kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Insbesondere kann die Dotierstoffkonzentration in der Epitaxieschicht gesteuert werden durch verändern der während des Züchtens der Epitaxieschicht im verwendeten Dampf vorhandenen Dotier Stoffkonzentration. Andererseits kann der gewünschte Gradient verwirklicht werden durch eine Ionen-The desired concentration gradient of the predominant doping can be achieved in various ways. In particular the dopant concentration in the epitaxial layer can be controlled by changing the during the Growing the epitaxial layer in the vapor used dopant concentration present. On the other hand, the desired Gradient are realized by an ionic

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implantation mit geeingeten Donatoren, wobei die Ionenbombadierungsenergien in geeigneter Weise geändert werden, um die gewünschte Verteilung zu erreichen. Als weitere Alternative kann der gewünschte Gradient noch durch geeignete AusJiffusion von Dotierungsatomen aus dem Substrat in die Epitaxieschicht erzielt werden. Eine solche Ausdiffusion würde im allgemeinen einen Erwärmungs#ehritt beinhalten, der sich von denjenigen Erwärmungsschritten unterscheidet, die normalerweise der Züchtung der Epitaxieschicht und den zur Bildung der Emitter- und Basiszonen verwendeten Diffusionsschritten zugeordnet sind.implantation with suitable donors, using the ion bombing energies changed as appropriate to achieve the desired distribution. as Another alternative can be the desired gradient by suitable diffusion of doping atoms from the substrate can be achieved in the epitaxial layer. Such an outdiffusion would generally involve a warming-up, which differs from those heating steps those normally used to grow the epitaxial layer and those used to form the emitter and base zones Diffusion steps are assigned.

Das obige ist illustrativ für einen Transistor, der in erster Linie eher als diskretes Bauelement gedacht ist als ein Bauelement in einer Anordnung, in welcher eine Anzahl von Bauelementen in einem einzigen monolithischen Plättchen kombiniert ist. In letzterem Fall ist ein wahrscheinlicherer Aufbau für den Transistor die sogenannte Form des "vergrabenen Kollektors". In dieser Form ist der Teil des Kollektors, der dem Teil 13B entspricht, einfach eine stark dotierte Oberflächen-The above is illustrative of a transistor that is primarily intended as a discrete device rather than a device in an arrangement in which a number of components are combined in a single monolithic die is. In the latter case, a more likely structure for the transistor is the so-called shape of the "buried." Collector ". In this form, the part of the collector corresponding to part 13B is simply a heavily doped surface

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zone eines Substrates, dessen IIauptteil von entgegengesetztem Leitungstyp ist, und die Verbindung zu einer solchen Zone wird typischerweise hergestellt durch eine leicht dotierte, lokalisierte Zone oder einen Anschluß, der sich von der selben Oberfläche erstreckt, welche die Emitterzone umfaßt. In anderer hauptsächlicher Hinsicht ähnelt die I^orin des vergrabenen Kollektors jedoch der diskreten Form. Insbesondere umfaßt sie eine Epitaxieschicht, in welcher die Emitter- und Basiszonen gebildet werden, und welche angrenzend an den Kollektorübergang einen relativ schwach dotierten Teil des selben Leitfähigkeitstyps wie der relativ stark dotierte "eingegrabene" Teil umfaßt, wobei die beiden Teile als Kollektorzone dienen. Da der vergrabene Teil darüber hinaus gewöhnlich keine gleichmäßige Konzentration seiner vorherrschenden Dotierung haben wird, da er normalerweise durch einen Diffus ions schritt erzeugt ist, wird seine Konzentration der vorherrschenden Dotierung durchweg beträchtlich höher als in der Epitaxieschicht sein. Bei einer solchen Ausführungsform ist der gewünschte Gradient der vorherrschenden Dotierung im schwach dotierten Teil der Kollektorzone in der Epitaxie-zone of a substrate, the main part of which is opposite Conductivity type, and the connection to such a zone is typically established by a lightly doped, localized region or a terminal extending from the same surface that includes the emitter region. In other main respects the I ^ orin is similar to des buried collector, however, of the discrete shape. In particular, it comprises an epitaxial layer in which the emitter and Base zones are formed, and which adjacent to the collector junction a relatively lightly doped part of the same conductivity type as the relatively heavily doped "buried" Part includes, the two parts as a collector zone to serve. In addition, since the buried part usually does not have a uniform concentration of its predominant Doping will have, since it is normally produced by a diffusion step, its concentration becomes the prevailing doping consistently be considerably higher than in the epitaxial layer. In such an embodiment is the desired gradient of the predominant doping in the weakly doped part of the collector zone in the epitaxial

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schicht angeordnet, was zuvor entweder durch Ionenimplantation oder einen speziellen Ausdiffundierungsschritt realisiert werden kann. Es ist charakteristisch für ein auf diese Weise hergestelltes Bauelement, daß die beiden die Kollektorzone bildenden Teile (entsprechend 13A und 13B) typischerweise ähnlichere Dicken aufweisen. Zudem ist es selbst in dieser Form des eingegrabenen Kollektors möglich, eine Verteilung zu erreichen, in v/elcher die vorherrschende Dotierstoffkonzentration im stark dotierten Kollektorteil relativ gleichmäßig ist, und zwar durch die Verwendung von Ionenimplantation, um die vorherrschende Dotierung in eine solche vergrabene Zone entweder vor oder nach der Bildung der Epitaxieschicht einzubringen. layer arranged, which can be realized beforehand either by ion implantation or a special outdiffusion step can. It is characteristic of a component produced in this way that the two form the collector zone Parts (corresponding to FIGS. 13A and 13B) typically have more similar thicknesses. In addition, it is itself in this form of the buried collector possible to achieve a distribution in which the prevailing dopant concentration in the heavily doped collector part is relatively uniform, through the use of ion implantation, to the prevailing To introduce doping into such a buried zone either before or after the formation of the epitaxial layer.

Wie oben angegeben ist, hat die bevorzugte Verteilung der vorherrschenden Dotierung im leicht dotierten Teil der Kollektorzone einen zweckmäßigerweise praktisch linearen Gradienten über wenigstens die Hälfte des schwach dotierten Teils der Kollektor zone. Zudem ist der schwach dotierte Teil derjenige Teil, in welchem die vorherrechende DotierstoffkonzentrationAs indicated above, the preferred distribution has the predominant Doping in the lightly doped part of the collector zone expediently has a practically linear gradient over at least half of the lightly doped part of the collector zone. In addition, the weakly endowed part is the one Part in which the prevailing dopant concentration

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1 ft 1 ft

weniger als 10 Atome pro Kubikzentimeter beträgt, und er sollte eine Dicke von wenigstens zwei Mikrometern haben. Im Gegensatz dazu weist der stark dotierte Teil im allgemeinenis less than 10 atoms per cubic centimeter and should be at least two micrometers thick. in the In contrast, the heavily doped part generally exhibits

1818th

eine über 10 Atome pro Kubikzentimeter gehende vorherrschende Dotierstoffkonzentration auf. Natürlich treten Übergangszonen auf, in denen die vorherrschende ilotierung einen dazwischen liegenden Konzentrationspegel hat, aber solche Zonen sind typischerweise dünn.a predominant dopant concentration in excess of 10 atoms per cubic centimeter. Of course there are transition zones in which the prevailing iloting has an intermediate concentration level, but such Zones are typically thin.

Die vorliegende Erfindung erlaubt ein verbessertes Verhalten bezüglich der Verzerrung dritter Ordnung für Transistoren, die entweder in Emitter-, in Basis- oder in Kollektor-Schaltungsaufbauten betrieben werden.The present invention allows an improved behavior with respect to the third order distortion for transistors, those in either emitter, base or collector circuit structures operate.

Insbesondere wurde es zuerst für den Emitter-Schaltungspaufbau analytisch entdeckt, daß für Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz f_ geteilt durch die Stromverstärkung in Emitterschaltung die Intermodulation dritter Ordnung bestimmt ist durch die Nichtlinearität des Grenz frequenz verhaltene. Speziell fand man, daß diese Verzerrung verbunden ist mit der zweitenIn particular, it was first used for emitter circuit construction analytically discovered that for frequencies above the cutoff frequency f_ divided by the current gain in the common emitter circuit the third-order intermodulation is determined by the non-linearity of the cutoff frequency. Special this distortion was found to be related to the second

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"15~ 23A7067" 15 ~ 23A7067

Ableitung der %-!« -Kurve, und daß die Verzerrung um so geringer ist, je linearer der Kurvenverlauf ist.Derivation of the% -! «Curve, and that the distortion is so is lower, the more linear the curve is.

4Q9813/<Q9264Q9813 / <Q926

Pies kann man erreichen, wenn man einen geringeren Basisvorschubeffekt im Transistor hat, wie es in einer Schrift diskutiert ist mit dem Titel "A Theory of Transistor Cutoff Frequency (f ) Falloff at High Current Densities" IRE Transactions on Electron Devices ED-9, Nr. 2 März 1962, Seite 164. Das in Fig. 2B dargestellte Dotierstoffprofil dient diesem Ziel besonders gut.Pies can be achieved if you have a lower base-advance effect in the transistor than in a Paper discussed is entitled "A Theory of Transistor Cutoff Frequency (f) Falloff at High Current Densities" IRE Transactions on Electron Devices ED-9, No. 2 March 1962, page 164. The dopant profile shown in Figure 2B is used particularly well for this goal.

Darüber hinaus ergibt sich, daß dasselbe Dotierstoffprofil auch die Tntermodulationsverzerrung dritter Ordnung für Basis- und Kollektorschaltungsaufbauten vermindert, auch wenn der physikalische Cirund verschieden ist. Für letztere Aufbauten ergibt das beschriebene sich ändernde Kollektordotierungsprofil eine ausreichende Menge Lawinenstrom., der auf der Stoßionisation während des normalen Betriebes beruht, so daß die Stromverstärkungsnichtlinearität die exponentiell Emitternichtlinearität ausschaltet. Dementsprechend ist es möglich, denselben Transistor mit besseren Ergebnissen in einer der drei Grundschaltungeaufbauten zuIn addition, it results that the same dopant profile also the third order intermodulation distortion for base and collector circuit designs is reduced, too if the physical circle is different. For the latter Structures, the changing collector doping profile described results in a sufficient amount of avalanche current., which is based on the impact ionization during normal operation, so that the current gain non-linearity the exponentially turns off emitter non-linearity. Accordingly, it is possible to use the same transistor with better ones Results in one of the three basic circuit layouts

409813/0926409813/0926

verwenden, was zu dessen Vielseitigkeit beiträgt.use, which adds to its versatility.

Natürlich sind andere Aufbauten möglich. Insbesondere kann die komplementäre pnp-Form verwendet werden. Ebenso können irgendwelche für dipolare Transistoren brauchbare Halbleiter verwendet werden. Überdies gilt folgendes: wenn auch die Erfindung normalerweise in Verbindung mit Epitaxieschichten aufweisenden Transistoren praktiziert wird, ist dies prinzipiell nicht notwendig, wenn die gewünschte Dotierstoffverteilung auf andere Weise erreicht werden kann, wie durch Ionenimplantation.Of course, other structures are possible. In particular, the complementary pnp form can be used. as well any semiconductors useful for dipolar transistors can be used. The following also applies: although the invention is normally practiced in connection with epitaxial transistors is, in principle, this is not necessary if the desired dopant distribution is achieved in another way can be, such as by ion implantation.

40981 3/092640981 3/0926

Claims (5)

PATENT ANSPRÜC HEAPPLY FOR PATENT 1.) Transistor mit einem Halbleiterplättchen mit1.) transistor with a semiconductor wafer with Emitter-, Basis- und Kollektorzonen, wobei die Kollektorzone einen an die Basiszone angrenzenden, relativ schwach dotierten Teil und einen durch diesen von der Basiszone getrennten, relativ stark dotierten Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet,Emitter, base and collector zones, with the collector zone having a relatively weak one adjacent to the base zone has doped part and a relatively heavily doped part separated by this from the base zone, characterized, daß der schwach dotierte Teil (L3A) über einen Hauptteil seiner Dicke eine sich praktisch linear ändernde Dotierungskonzentration zur Verminderung der Nichtlinearität der Grenzfrequenzeigenschaften des Transistors aufweist.that the lightly doped part (L3A) has a main part its thickness a practically linearly changing doping concentration to reduce the non-linearity of the Has cutoff frequency properties of the transistor. 2. Transistor nach Anspruch 1,2. transistor according to claim 1, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der relativ schwach dotierte Teil (13A) wenigstens zwei Mikrometer dick ist und eine vorherrschende Dotier-Stoffkonzentration von weniger als 10 Atome /cm aufweist. that the relatively lightly doped part (13A) is at least two micrometers thick and has a predominant dopant concentration of less than 10 atoms / cm. 40-98 13/0-9 2640-98 13 / 0-9 26 3. Traneistor nach Anspruch 2,3. Traneistor according to claim 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration über einen Hauptteil der Dicke der schwach dotierten Zone (13A) einen Gradientencharacterized in that the dopant concentration over a major part of the Thickness of the weakly doped zone (13A) has a gradient 19 1919 19 zwischen 1 χ 10 und 2, 5 χ 10 Atome/cm aufweist.has between 1 χ 10 and 2.5 χ 10 atoms / cm. 4. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (11), die Basiszone (12) und der schwach dotierte Teil (13A) der Kollektorzone (13) Bestandteile der Epitaxieschicht sind.4. Transistor according to claim 1, characterized in that the emitter zone (11), the base zone (12) and the weak doped part (13A) of the collector zone (13) are components of the epitaxial layer. 5. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwach dotierte Teil (13A) etwa drei Mikrometer dick ist und über dem Ilauptteil der Dicke eine vorherrschende Dotierstoffkonzentration aufweist, die sich praktisch linear ändert von etwa 2x10 Atome/ cm bei der Basis bis zu 8 χ 10 Atome /cm bei dem stärker dotierten Kollektorteil (!3B).5. Transistor according to claim 1, characterized in that that the lightly doped part (13A) is about three microns thick and a predominant one over the major part of the thickness Has dopant concentration that changes practically linearly from about 2x10 atoms / cm at the base up to 8 χ 10 atoms / cm for the more heavily doped collector part (! 3B). 4098 1 3/09264098 1 3/0926 «ο .«Ο. Leerse iteBlank
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