DE2507613B2 - Verfahren zur Herstellung eines invers betriebenen Transistors - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines invers betriebenen Transistors

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines invers betriebenen Transistors in einem Halbleiterkörper, von dessen Oberfläche aus zuerst die Kollektorzone, dann die Basiszone und schließlich die Emitterzone angeordnet sind.
Bekanntlich diffundieren bei einem Transistor die von der Emitterzone injizierten Ladungsträger durch die Basiszone zur Kollektorzone. Dieser Diffusionsvorgang kann durch ein internes elektrisches Feld in der Basiszone, das sogenannte »Driftfeld«, beschleunigt werden. Das Driftfeld E beruht auf einem Dotierungsgradienten in der Basiszone und ist nach Richtung und Größe gegeben durch:
E = +C
N0
N1, dx
für eine η-dotierte Basiszone, und durch:
E = - C> N ddx
für eine p-dotierte Basiszone.
Dabei bedeuten:
No = Dichte der Donatoren,
Na = Dichte der Akzeptoren,
C, C = Konstanten > 0,
wobei No und Na> η (Dichte der Minoritätsladungsträger bei Eigenleitung) sind.
Die Größe der Driftgeschwindigkeit eines Minoritätsladungsträgers ist proportional zur Höhe der Feldstärke. Die Beschleunigung erfolgt beim Elektron entgegen der Feldrichtung, bei einem positiven Loch in Feldrichtung. Aus der DE-OS 24 33 839 ist ein Herstellungsverfahren eines Transistors bekannt, dessen Basiszone durch Ionenimplantation derart hergestellt wird, daß ein an den Emitterbereich angrenzender Teil der Basiszone vom Inneren des Halbleiterkörpers zu dessen Oberfläche hin einen negativen Konzentrationsgradienten besitzt (vgl. die Fig. ID mit Beschreibung).
Bei Transistoren, die nach der herkömmlichen Planartechnik hergestellt sind, entstehen daher auf Grund der verwendeten Diffusionsverfahren in der Basiszone Dotierungsgradienten, deren Driftfeld injizierte Minoritätsladungsträger vom Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers in das Innere des Halbleiterkörpers treibt. Bei einem normal betriebenen Transistor werden also die injizierten Minoritätsladungsträger von der Emitterzone zur Kollektorzone beschleunigt. Dagegen bewirkt bei einem invers betriebenen Transistor das Driftfeld eine Abbremsung der diffundierenden Minoritätsladungsträger, da die injizierten Minoritätsladungsträger vom Inneren des Halbleiterkörpers zu dessen Oberfläche diffundieren sollen. Die Folge hiervon sind erhöhte Basislaufzeiten und damit gegebenenfalls verringerte Schaltgeschwindigkeiten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines invers betriebenen Transistors anzugeben, dessen Dotierungsgradient in der Basiszone so verläuft, daß die Basislaufzeit verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Basiszone durch Ionenimplantation mit einem Dotierungsprofil erzeugt wird, das vom Inneren des Halbleiterkörper zu dessen Oberfläche hin in der Basiszone einen negativen Konzentrationsgradienten besitzt, so daß die von der Emitterzone in die Basiszone injizierten Minoritätsladungsträger infolge eines inneren Driftfeldes in der Basiszone zur Kollektorzone beschleunigt werden.
Bekanntlich folgt die Dotierungskonzentration implantierter Ionen im wesentlichen einer Gauß-Verteilung, wobei die Streuung mit höherer Eindringtiefe, also entsprechend einer höheren Implantationsenergie, zunimmt. Durch Wahl geeigneter lmplantationsparameter, wie einerseits Energie und Dosis der implantierten Ionen und wie andererseits Aufbringen zusätzlicher Schichten, beispielsweise Oxid- oder Nitridschichten, auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers vor der Implantation, lassen sich also Dotierungsprofile in der Basiszone erzeugen, die vom Innern des Halbleiterkörpers zu dessen Oberfläche hin einen negativen Konzentrationsgradienten besitzen, was zu einem Driftfeld mit den gewünschten Eigenschaften führt.
Die Ionen können gemäß weiteren Ausbildungen der Erfindung in die Basiszone in einem Schritt oder mehreren Schritten implantiert werden.
Andere weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zur Herstellung von npn- oder pnp-Transistoren.
Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Dotierungsprofil eines herkömmlichen invers betriebenen Transistors,
Fig. 2 das Dotierungsprofil eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten invers betriebenen Transistors,
F i g. 3 das Dotierungsprofil eines anderen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten invers betriebenen Transistors und
Fig.4 das Dotitirungsprofil eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit drei Implantationsschritten hergestellten invers betriebenen Transistors.
In den Figuren sind auf der Abszisse die Eindringtiefe d (μπι) und auf der Ordinate der Logarithmus der Dotierungskonzentration D(cmJ) aufgetragen.
In der Fig. 1 sind dargestellt das Diifusionsprofil I der η--dotierten Kollektorzone, das Dotierungsprofil 2 der p-dotierten Basiszone, die beim Stand der Technik durch Diffusion hergestellt wird, das Diffusionsprofil 3 der η *-dotierten Emitterzone und das sich daraus ergebende Gesamtprofil. Zur besseren Übersichtlichkeit sind dabei die Diffusionsprofile in Strichlinien dargestellt. Mit wachsender Eindringtiefe ergeben sich also eine Kollektorzone 11. eine Basiszone 12 und eine Emitterzone 13.
In der Basiszone 12 entsteht auf Grund der mit wachsender Eindringtiefe insgesamt abfallenden Dotierungskonzentration ein Driftfeld E (durch einen Pfeil dargestellt), das die von der Emitterzone 13 zur Kollektorzone 11 diffundierenden Ladungsträger abbremst.
Wenn dagegen die Basiszone nicht durch Diffusion, sondern durch Implantation hergestellt wird, so ergibt sich ein Verlauf der Diffusions- bzw. Implantationsprofile sowie des Gesamtprofit, wie dieser in der F i g. 2 gezeigt ist. Bei diesem Transistor wird die Basiszone 12 durch ein implantiertes Dotierungsprofil 22 (durch Strichlinie dargestellt) gebildet, das die bekannte Gauß-Verteilung besitzt. Für das Gesamtprofil ergibt sich jedoch in der Basiszone 12 ein Verlauf, der zu einem Driftfeld £ führt, das die Minoritätsladungsträger von der η--dotierten Emitterzone 13 zur Kollektorzone Il treibt.
In den Fig. 3 und 4 sind die Dotierungsprofile in der Basiszone von zwei invers betriebenen Transistoren dargestellt. Als Dotierungsmaterial für die Basiszone ist jeweils Bor vorgesehen. In der F i g. 3 hat die Kollektorzone eine Eindringtiefe von ungefähr 0,4 um. Die Basisweite beträgt etwa 0.3 μπι. Das Maximum der Dotierungskonzentration der implantierten Borionen beträgt ungefähr 2- 10'7cmJ bei einer Eindringtiefe von etwa 0,7 μΐη. Hierzu ist eine Implantationsenergie von etwa 300 keV erforderlich.
In der Fig. 4 ist der Verlauf der Dotierungskonzentration in der Basiszone für einen invers betriebenen Transistor mit einer extrem flachen Eindringtiefe der Kollektorzone dargestellt. Hier liegt der Basisbereich zwischen 0,05 und 0,5 μηι. wobei das Maximum der Dotierungskonzentration der Basiszone eine verringerte Eindringtiefe besitzt und 10''7cmJ beträgt. Um eine ausreichende Dotierungskonzentration in dem an die Kollektorzone angrenzenden Bereich der Basiszone zu gewährleisten und um trotzdem das gewünschte Driftfeld zu erzeugen, ist hier die Basiszone mit mindestens drei Implantationen bei unterschiedlichen Energien hergestellt. Diese Energien betragen beispielsweise 50 keV (Strichlinien-Kurve 15), 100 keV (Slrichlinien-Kurve 16) und 200 keV (Strichlinien-Kurve 17), die zusammen das Implantationsprofil der Basiszone 12 bilden.
In beiden Fällen (F i g. 3 und 4) ergibt sich ein Driftfeld E das die aus der Emitterzone injizierten Ladungsträger zur Kollektorzone beschleunigt und so zu einer verringerten Basislaufzeit und damit zu einer größeren Schallgeschwindigkeit führt.
Hut/u 1 Wall Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eine* invers betriebenen Transistors in einem Halbleiterkörper, vor dessen Oberfläche aus zuerst die Kollektorzone dann die Basiszone und schließlich die Emitterzone angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (12) durch Ionenimplantation mit einem Dotierungsprofil (22) erzeugt wird, das vom Inneren des Halbleiterkörpers zu dessen Oberfläche hin in der Basiszone (12) einen negativen Konzentrationsgradienten besitzt, so daß die von der Emitterzone (13) in die Basiszone (12) injizierten Minoritätsladungsträger infolge eines inneren Driftfeldes in der Basiszone (12) zur Kollektorzone (11) beschleunigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation der Basiszone (52) in einem Schritt durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung der Basiszone (12) mit einer Dotierungskonzentration von etwa 2· 10l7/cmJ in der Nähe der Emitterzone (13) bei einem Basisbereich zwischen 0,7 μίτι und 0,4 μπι eine Implantationsenergie von etwa 300 keV gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation der Basiszone (12) in mehreren Schritten (15, 16, 17) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung der Basiszone (12) mit einer Dotierungskonzentration von etwa 10l7/cmJ in der Nähe der Emitterzone (13) bei einem Basisbereich zwischen 0,5 μπι und 0,05 μιη Implantationsenergien von 200 keV (17), 100 keV (16) und 50 keV (15) gewählt werden.
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