DE2457746C2 - Planar semiconductor device and method for its manufacture - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Planar-Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Planar-Halbleiterbauelemente sind aus der Zeitschrift »Scientia Electrica« Bd. 10 (1964) Nr. 4, Seiten 97 bis 122, insbesondere Seite 111 bekannt.The invention relates to a planar semiconductor component according to the preamble of claim 1 Planar semiconductor components are from the journal "Scientia Electrica" Vol. 10 (1964) No. 4, pages 97 to 122, in particular page 111 known.
Die aus dieser Veröffentlichung bekannten Planartransistoren weisen geringe Kontaktwiderstände auf. Sie besitzen auch einen niedrigen Basiswiderstand, weil die aus einem breiten, ersten und einem bandförmigen, schmalen, zweiten Teil bestehende Kontaktschicht an der Basiszone dies'j in einer Kontaktfläche kontaktiert, deren Rand in konstantem kleinen Abstand von dem Emitter-Basis-PN-Übergang verläuft.The planar transistors known from this publication have low contact resistances. They also have a low base resistance because they consist of a wide, first and a ribbon-shaped, narrow, second part existing contact layer on the base zone dies'j contacted in a contact area, whose edge runs at a constant small distance from the emitter-base PN junction.
Bei der Kontaktierung von großen Stückzahlen von Planar-Halbleiterbauelementen mit Hilfe von automatischen Kontaktierungsvorrichtungen, beispielsweise Vorrichtungen der aus der DE-OS 23 37 303 bekannten Art tritt die Schwierigkeit auf, daß wegen der Fehljustierungen der mit Elektrodenzuleitungen zu kontaktierenden Kontaktschichten auf den Halbleiterplatten auf dem Montageband und nicht zuletzt wegen des Verschleißes der Lager der Kontaklierungsvorrichtung gewisse Toleranzen vorhanden sein müssen, innerhalb derselben die Kontaktierungspunkte von Koordinatensollwerten noch abweichen können, ohne unbrauchbare Kontakte zu ergeben. Bei zu großen Abweichungen von den Koordinatensollwerten steigt der Ausschuß an fehlkontaktierten Halbleiterbauelementen infolge von Kurzschlüssen der PN-Übergänge stark an. Um dies zu vermeiden, müssen dann die erforderlichen Kontaktflächen in unerwünschter Weise vergrößert werden. Dadurch steigt aber der Bedarf an Halbleitermaterial an. Im übrigen sind Fehlkontaktierungen gleicher Art auch bei nichtautomatischer Kontaktierung zu beobachten. Man kann auch wie in dem Aufsatz »Expanded Contacts and Interconnexions to Monolithic Silicon Integrated Circuits« aus der Zeitschrift »Solid-State Electronics«, Bd. 8 (1965), Seiten 735 bis 745, beschrieben, ohne wesentliche Verschlechterung der elektrischen Kennwerte der Planar-Halbleiterbauelemente die Kontaktschichten auf der Isolierschicht über die PN-Übergänge hinaus so vergrößern, daß der Ausschuß an fehlkontaktierten Halbleiterbauelementen verschwindet. Diese Lösung des oben beschriebenen Problems der Fehlkontaktierung kostet aber ebenfalls zusätzliches Halbleitermaterial.When contacting large numbers of planar semiconductor components with the aid of automatic contacting devices, for example Devices of the type known from DE-OS 23 37 303 the problem arises that because of the Misalignments of the contact layers to be contacted with electrode leads on the semiconductor plates on the assembly line and not least because of the wear of the bearings of the contacting device must have certain tolerances, within the same, the contact points can still deviate from target coordinate values without to result in unusable contacts. If the deviations from the coordinate setpoints are too great, it increases the scrap of incorrectly contacted semiconductor components as a result of short circuits in the PN junctions strong. In order to avoid this, the required contact surfaces then have to be in an undesirable manner be enlarged. However, this increases the demand for semiconductor material. Incidentally, incorrect contacts are of the same type even with non-automatic ones Observe contacting. One can also, as in the essay “Expanded Contacts and Interconnexions to Monolithic Silicon Integrated Circuits "from the magazine" Solid-State Electronics ", Vol. 8 (1965), pages 735 to 745, described, without any significant deterioration in the electrical characteristics of the planar semiconductor components, enlarge the contact layers on the insulating layer beyond the PN junctions, that the scrap of incorrectly contacted semiconductor components disappears. This solution of the above However, the problem of incorrect contacting described also costs additional semiconductor material.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Planar-Halbleiterbauelement so auszubilden, daß bei geringsten Kontaktwiderständen und bei kleinstem Flächenbedarf für die Halbleiterplatte des Planar-Halb-The invention is therefore based on the object of designing a planar semiconductor component so that at lowest contact resistance and the smallest space requirement for the semiconductor plate of the planar semi-
leiterbauelements bein. Kontaktieren an den Kontaktschichien mit Elektrodenzuleitungen der Ausfall durch Fehlkontaktierungen infolge von Kurzschlüssen von PN-Übergängen, insbesondere bei der automatischen Kontaktierung großer Stückzahlen von Planar-Halbleiterbauelementen, praktisch verhütet werden kann.ladder component leg. Contact at the contact desk with electrode leads, the failure due to incorrect contacts as a result of short circuits of PN junctions, especially for the automatic contacting of large numbers of planar semiconductor components, can be practically prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Planar-Halbleiterbauelement der eingangs angegebenen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.According to the invention, this object is achieved in the case of a planar semiconductor component as stated at the beginning Kind solved by the specified in the characterizing part of claim 1 training.
Der Aufbau des Planar-Halbleiterbauelements nach der Erfindung ermöglicht insbesondere ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Planartransistoren, das nur einen sehr geringen Ausschuß von Planartransistoren infolge von unsicher haftenden Kontakten der Basiselektrodenzuleitungen an den Basiskontaktschichten aufweistThe structure of the planar semiconductor component according to the invention enables, in particular, a simple one Process for the production of planar transistors with only a very small amount of waste from planar transistors as a result of insecurely adhering contacts of the base electrode leads to the base contact layers having
Ein solches vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen von Planar-Halbleiterbauelementen nach der Erfindung ist in dem Anspruch 3 angegeben. >oSuch an advantageous method for producing planar semiconductor components according to the invention is specified in claim 3. > o
Durch dieses Verfahren wird die mangelhafte Haftung der Kontakte der Basiselektrodenzuleitungen an den Basiskontaktschichten vermieden, ','ie, wie Untersuchungen zeigten, bei den bekannten Herstellungsverfahren dann auftreten, wenn bei diesen über der gesamten Oberfläche der Halbleiterplatte und der darauf aufgebrachten Metallkontaktschichten eine zusammenhängende Oxidschicht bei niedriger Temperatur abgeschieden und dann in dieser Oxidschicht eine öffnung über dem ersten Kontaktschichtteil der jo Basiskontaktschicht für den Basiselektrodenzuleitungskontakt erzeugt werden.This process eliminates the inadequate adhesion of the contacts of the base electrode leads at the base contact layers avoided, ',' ie how Investigations have shown that occur in the known manufacturing processes when these over the entire surface of the semiconductor plate and the metal contact layers applied thereon a contiguous Oxide layer deposited at low temperature and then in this oxide layer a Opening above the first contact layer part of the jo Base contact layer for the base electrode lead contact are generated.
Wird ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung gemäß Anspruch 2 ausgebildet, so kann die Feldplatte gleichzeitig mit dem zweiten Kontaktschichtteil der j-> Kontaktschicht an der ersten Zone, also ohne einen zusätzlichen Arbeitsgang hergestellt werden. Die Anordnung einer Feldplatte und die damit erzielbare Erhöhung der Durchbruchspannung des Kollektor-Basis-PN-Übergangs ist z. B. aus der Zeitschrift »Electronies« Hef131. ?. 1969, Seiten 90 bis 95 bekannt.If a semiconductor component according to the invention is formed according to claim 2, the field plate can simultaneously with the second contact layer part of the j-> contact layer on the first zone, that is to say without one additional work step can be produced. The arrangement of a field plate and the one that can be achieved with it Increase in the breakdown voltage of the collector-base PN junction is z. B. from the magazine "Electronies" Yeast131. ?. 1969, pages 90 to 95 known.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Planar-Halbleiterbauelements nach der Erfindung und seine Herstellung anhand der Zeichnung erläuternderenThe following is a preferred embodiment of a planar semiconductor component according to the invention and its production with reference to the drawing more explanatory
F i g. 1 und 2 Schnitte senkrecht zur Oberfläche einer Halbleiterpl&tte eines Planartransistors zeigen und welche zur Erläuterung von aufeinanderfolgenden Schritten der Herstellung eines Planartransistors nach der Erfindung dienen, derenF i g. 1 and 2 show sections perpendicular to the surface of a semiconductor plate of a planar transistor and which to explain successive steps in the manufacture of a planar transistor according to serve the invention, whose
F i g. 3 eine Aufsicht au' eine Halbleiterplatte eines Planartransistors nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung urd derenF i g. 3 shows a plan view of a semiconductor plate Planar transistor according to an embodiment of the invention urd their
F i g. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A der F i g. 3 zeigen.F i g. 4 shows a section along section line AA in FIG. 3 show.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Planartransistors, der für Emitter-Stromstärken von weniger als 1 A ausgelegt ist, ist der zweite Kontaktschichtteil, der aus hochdotiertem polykristallinem Silicium besteht, bandförmig ausgebildet und an einem t>o ebenfalls bandförmigen Teil der Kontaktfläche der die Basiszone bildenden ersten Zone 2 angebracht. Eine Kontaktschicht mit einem bandförmigen Kontaktschichtteil, der auf einer bandförmigen Kontaktfläche eine Halbleiterzone kontaktiert, ist aus der Zeitschrift »Scientia Electrica« a.a.O. bekannt und findet Verwendung bei Planartransistoren für Emitterstromstärken unterhalb von etwa 1 A Da die Halbleiterplatte des Planartransistors im Hinblick auf die Halbleitermaximalausnutzung nur die Flächengröße erhält, die für die genannte Emitterstromstärken unbedingt erforderlich ist, verbleiben nur die kleinsten Kontaktflächen zum Anbringen von Elektrodenzuleitungen. Diese Verhältnisse liegen auch, wie insbesondere die F i g. 3 zeigt, bei der Anordnung und Form der Kontaktschichten eines AusführungEbeispiels eines Planartransistors nach der Erfindung vor.In the preferred embodiment of a planar transistor designed for emitter currents of is designed to be less than 1 A, the second contact layer part is made of highly doped polycrystalline Silicon is made in the form of a band and at a t> o likewise band-shaped part of the contact surface of the Base zone forming first zone 2 attached. A contact layer with a band-shaped contact layer part, which makes contact with a semiconductor zone on a strip-shaped contact surface is from the magazine "Scientia Electrica" loc. Cit. And is used in planar transistors for emitter currents below about 1A Since the semiconductor plate of the planar transistor in view of the semiconductor maximum utilization only receives the area size that is absolutely necessary for the said emitter currents is, only the smallest contact areas remain for attaching electrode leads. These conditions are also, as in particular the F i g. 3 shows the arrangement and shape of the contact layers of a Embodiment example of a planar transistor according to the invention.
Zur Herstellung des in den F i g, 1 bis 4 dargestellten Epitaxial-Planartransistors wird zunächst in bekannter Weise an der Oberfläche 9 der Halbleiterplatte die Basiszone 2 in die die dritte Zone enthaltende epitaktische Halbleiterschicht 4 auf einem hochdotierten Substratkörper 14 unter Bildung des Basis-Kollektor-PN-Obergangs 7 eingebracht. Anschließend erfolgt unter Bildung des Emitter-Basis-PN-Übergangs 8 die Emitterzonendiffusion, wobei die Emitterzone 10 und eine rahmenförmige Zone 11 hergestellt werden. Die rahmenförmige Zone 11 dient zur Begrenzung eines Oberflächeineitkanals und zur Kontaktierung der Kollektorzone von der Feldplatte 5. Liase Feldplatte 5 ist besonders wirksam bei PNP-Silicium-Planartransistoren. In order to produce the epitaxial planar transistor shown in FIGS Place the base zone 2 on the surface 9 of the semiconductor plate into that containing the third zone epitaxial semiconductor layer 4 on a highly doped substrate body 14 with the formation of the base-collector-PN junction 7 introduced. Subsequently, the emitter-base PN junction 8 is formed Emitter zone diffusion, the emitter zone 10 and a frame-shaped zone 11 being produced. the Frame-shaped zone 11 is used to delimit a surface channel and to contact the Collector zone from the field plate 5.Lease field plate 5 is particularly effective with PNP silicon planar transistors.
Zum Herstellen eines Planartransistors nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach der Herstellung der Zonen 2, 4, 10 und 11 zumindest der zweite Teil der Kontaktfläche an der Basiszone 2 freigelegt und hochdotiertes Silicium über die gesamte die Zonen aufweisende Halbleiteroberfläche als polykristalline Schicht abgeschieden. Aus dieser polykristallinen Siliciumschicht wird dann der den zweiten Teil der Kontaktfläche der ersten Zone 2 kontaktierende zweite Kontaktschichtteil 1 herausgeätzt. Im Hinblick auf einen besonders geringen Kontaktwiderstand und eine einfache Herstellung ist es besonders günstig, zunächst die gesamte Kontaktfläche der Basiszone 2 freizulegen, dann die freiliegende Oberfläche mit Dotierungsmaterial vom Leitungstyp der Basiszone, beispielsweise mit Phosphor, anzureichern und danach — bei einem herzustellenden PNP-Planartransistor — vorzugsweise mit Phosphor hochdotiertes Silicium über die gesamte die Zonen aufweisende Halbleiteroberfläche als polykristalline Schicht abzuscheiden. Aus dieser polykristallinen Siliciumschicht kann dann unter Anwendung eines üblichen bekannten photolithographischen Ätzverfahrens der die Basiszone 2 kontaktierende zweite Kontaktschichtteil 1 ohne weiteres herausgeätzt werden, da das polykristalline Silicium wesentlich schneller geätzt wird als das einkristalline Silicium der Basiszone 2, und dementsprechend der Ätzabtrag an der Grenzfläche der polykristallinen Schicht zum einkristallinen Material der Siliciumplatte praktisch zum Stillstand kommt. Gleichzeitig wird in gleicher Weise die Feldplatte 5 aus derselben polykristallinen Schicht herausgeätzt.To produce a planar transistor according to an embodiment of the invention, according to the Production of zones 2, 4, 10 and 11 at least the second part of the contact surface on base zone 2 exposed and highly doped silicon over the entire semiconductor surface having the zones as polycrystalline Layer deposited. This polycrystalline silicon layer then becomes the second part of the The second contact layer part 1 contacting the contact surface of the first zone 2 is etched out. In terms of a particularly low contact resistance and simple production, it is particularly favorable initially to expose the entire contact surface of the base zone 2, then the exposed surface with doping material from the conductivity type of the base zone, for example with phosphorus, to enrich and then - at one to be produced PNP planar transistor - preferably silicon highly doped with phosphorus over the entire to deposit the semiconductor surface having the zones as a polycrystalline layer. From this polycrystalline The silicon layer can then be formed using a conventionally known photolithographic etching process the second contact layer part 1 contacting the base zone 2 can be easily etched out, since the polycrystalline silicon is etched much faster than the single crystalline silicon of the base zone 2, and accordingly the etching removal at the interface between the polycrystalline layer and the monocrystalline layer Material of the silicon plate practically comes to a standstill. At the same time, the Field plate 5 etched out of the same polycrystalline layer.
Anschließend erfolgt eine thermische Oxidation, so daß auf dem polykristallinen Silicium-Kontaktschichtteil 1 und der polykristallinen Silicium-Feldplatte 5 eine sehr fest am polykristallinen Silicium haftende Oberflächenschicht aus einem Siliciumoxid entsteht.Thermal oxidation then takes place, so that on the polycrystalline silicon contact layer part 1 and the polycrystalline silicon field plate 5, a surface layer adhering very firmly to the polycrystalline silicon arises from a silicon oxide.
Danach wenden unter Anwendung eines photolithographischen Ätzverfahrens gleichzeitig die Kontdktfläche der Emitterzone 10 (zweite Zone) und der erste Teil der Kontaktfläche, der an den zweiten Kontaktschichtteil 1 -■ und darnit an den zweiten Teil der Kontaktflächen — seitlich angrenzt, freigelegt. Damit wird ein Schichtenaufbau erhalten, der in der F i g. 2 imThen turn using a photolithographic Etching process simultaneously the contact surface of the emitter zone 10 (second zone) and the first part the contact surface, which is attached to the second contact layer part 1 - ■ and then to the second part of the Contact areas - laterally adjacent, exposed. In order to a layer structure is obtained which is shown in FIG. 2 in
Schnitt dargestellt ist.Section is shown.
Zum Herstellen des — auch den polykristallinen zweiten Kontaktschichtteil 1 kontaktierenden — ersten Kontaktschichtteils 13 der Kontaktschicht an der Basiszone 2 und zum Herstellen der Kontaktschicht 12 an der Emitterzone 10 wird anschließend über die gesamte Freiliegende Oberflächenseite eine Metallschicht, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum, aufgebracht und aus dieser Metallschicht dann die Emitter-Kontaktschicht 12 und der erste Kontaktschichtteil 13 der Kontaktschicht an der Basiszone 2 herausgeätzt. F.s wird ein Schichtenaufbau erhalten, den die F i g. 3 in Aufsicht und die F i g. 4 im Schnitt zeigt.To produce the first contact layer part 1 which also makes contact with the polycrystalline second contact layer part 1 Contact layer part 13 of the contact layer on the base zone 2 and for producing the contact layer 12 a metal layer is then applied to the emitter zone 10 over the entire exposed surface, for example by vapor deposition in a vacuum, applied and then the metal layer from this Emitter contact layer 12 and the first contact layer part 13 of the contact layer at the base zone 2 etched out. F.s a layer structure is obtained which the FIG. 3 in supervision and the F i g. 4 shows in section.
Der Vorteil des Planartransistors nach der Erfindung ist aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich. Tritt nämlich beim Anbringen eines Elektrodcnzulcitungskontaktes, beispielsweise eines Thermokompressionskontakies, eine Fehlkontaktierung in dem Sinne auf, daß die an die Emitter-Kontaktschicht anzubringende Eleklrodenzuleitung teilweise den zweiten Kontaktschichtteil 1 der Kontaktschicht an der Basiszone 2 überlappt, so erfolgt kein Kurzschluß zwischen der Emitter- und der Basiszone, da der zweite Kontaktschichtteil 1 von einer festhaftenden Isolierschicht bedeckt ist, welche nicht abspringen kann, da dieser Kontaktschichtteil 1 aus polykristallinem Silicium besteht, welches sowohl sehr hart als auch plastisch nicht verformbar ist. Bei vergleichbaren Planartransistoren ist dagegen der zweite Kontaktschichtteil 1 gegen eine solche Fehlkontaktierung nicht schützbar, da ein solcher Kontaktschichtteil aus einem plastisch verformbaren Metall besteht, der nu1 schwer mit einer festheftenden Schutzschicht über/.iehbar ist.The advantage of the planar transistor according to the invention can be seen from FIGS. 3 and 4 can be seen. If, when attaching an electrode supply contact, for example a thermocompression contact, a faulty contact occurs in the sense that the electrode supply line to be attached to the emitter contact layer partially overlaps the second contact layer part 1 of the contact layer on the base zone 2, there is no short circuit between the emitter and the Base zone, since the second contact layer part 1 is covered by a firmly adhering insulating layer which cannot spring off because this contact layer part 1 consists of polycrystalline silicon, which is both very hard and not plastically deformable. At comparable planar transistors, however, the second contact layer part 1 against such a faulty contact is not protectable, since such a contact layer part consists of a plastically deformable metal, the nu 1 is .iehbar difficult with a firmly stapled protective layer over /.
Nach der F.rfindung können nicht nur Planartransistoren sondern beispielsweise auch Thyristoren, insbesondere Lateral-Thyristoren und integrierte Halbleiterschaltungsanorclnungen mit Planartransistoren vorteilhaft ausgebildet werden.According to the invention, not only planar transistors but also, for example, thyristors, in particular Lateral thyristors and integrated semiconductor circuit arrangements with planar transistors are advantageous be formed.
Hier/u I Blatt ZeichnungenHere / u I sheet drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |