DE2507613C3 - Verfahren zur Herstellung eines invers betriebenen Transistors - Google Patents
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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:
N0 dx
für eine η-dotierte Basiszone, und durch:
E = -C
ff λ dx
für eine D-doticrte Basiszone.
Np = Dichte der Donatoren,
Na = Dichte der Akzeptoren,
CC= Konstanten > 0,
wobei JVo und Na > π (Dichte der Minoritätsladungsträger bei Eigenleitung) sind.
Die Größe der Driftgeschwindigkeit eines Minori
tätsladungsträgers ist proportional zur Höhe der
Feldstärke, Die Beschleunigung erfolgt beim Elektron entgegen der Feldrichtung, bei einem positiven Loch in
Feldrichtung. Aus der DE-OS 2433 839 ist ein Herstellungsverfahren eines Transistors bekannt, des-
n sen 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 F ί g. 1D mit Beschrei-
bung).
Bei Transistoren, die nach der herkömmlichen
Planartechnik hergestellt sind, entstehen daher auf Grund der verwendeten Diffusionsverfahren in der
Basiszone Dotierungsgradienten, deren Driftfeld inji
zierte Minoritätsladungsträger vom Oberflächenbe
reich des Halbleiterkörpers in das Innere des Halbleiterkörpers treibt Bei einem normal betriebenen Transistor
werden also die injizierten Minoritätsladungsträger von der Emitterzone zur Kollektorzone beschleunigt
jo 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
J5 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 Dotierungsgradiert 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
Halbleiterkörpers 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.
so 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 Implantationspara
meter, wie einerseits Energie und Dosis der implantier
ten 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 erfindungsgemlße Verfahren eignet sich beispielsweise
zur Herstellung von npn- oder pnp-Transistoren.
Ausföbrungsbeispiele 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 Dotierungsprofil eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit drei Implantationsschritten hergestellten invers betriebenen Transistors.
In den Figuren sind auf der Abszisse die Eindringtiefe d (μίτι) und auf der Ordinate der Logarithmus der
Dotierungskonzentration D(cm3) aufgetragen.
In der F i g. I sind dargestellt das Diffusionsprofil 1 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 Gesamtprofils, wie dieser in der F i g. 2
gezeigt ist Bei diesem Transistor wird die Basiszone \2 durch ein implantiertes Dotierungsprofi! 22 (durch
Strichlinie dargestellt) gebildet, das die beka?mte
Gauß-Verteilung besitzt For das Gesamtprofil ergibt
sich jedoch in der Basiszone 12 ein Verlauf, der zu einem Driftfeld E führt, das die Minoritätsladungsträger von
der n+-dotierten Emitterzone 13 zur Kollektorzone 1ί
treibt
In den F i g, 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 Fig.3 hat die
Kollektorzone eine Eindringtiefe von ungefähr 0,4 μια
Die Basisweite beträgt etwa 03 μ-m. Das Maximum der
Dotierungskonzentration der implantierten Borionen beträgt ungefähr 2- 10|7/cm3 bei einer Eindringtiefe von
etwa 0,7 μπι. Hierzu ist eine Implantationsenergie von
etwa 300 keV erforderlich.
In der F i g. 4 ist der Verlauf der Dotierungskonzentration
in der Basiszone für einen invers betriebenen Transistor mit einer extrem flacaen Eindringtiefe der
Kollektorzone dargestellt Hier liegt der Basisbereich zwischen 0,05 und 0,5 μπι, wobei das Maximum der
Dotierungskonzentration der Basiszone eine vrrringerte
Eindringtiefe besitzt und lO'Vcm3 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 (Strichlinien-Kurve 16) und 200 keV (Strichlinien-Kurve 17), die
zusammen das Implantationsprofi! 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
Schaltgeschwindigkeit führt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. 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, 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 (U)
beschleunigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation der Basiszone
(12) in einem Schritt durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung der Basiszone (12) mit
einer Dotierungskonzentration von etwa 2· 10"/cm3 in der Nähe der Emitterzone (13) bei einem
Basisbereich zwischen 0,7 μπι 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/cm3 in
der Nähe der Emitterzone (.3) bei einem Basisbereich zwischen 0,5 μπι und 0,05 μπι Implantationsenergien von 200 keV (17), 100 keV (16) und 50 keV
(15) gewählt werden.
Priority Applications (7)
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