DE2656158A1 - SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR MANUFACTURING IT - Google Patents
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Description
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72, Horikawa-cho, Saiwai-ku
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Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen HerstellungSemiconductor component and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a semiconductor component and a method for its production.
Die dieser Beschreibung beigefügte Figur 1 zeigt einen Transistor als Beispiel eines herkömmlichen Halbleiterbauelementes. In dieser Zeichnung kennzeichnet die Bezugsziffer 1 eine N-leitende Kollektorzone, die durch Isolation unter Verwendung eines pn-Überganges innerhalb eines Siliziumsubstrats 2 gebildet ist. Innerhalb der Kollektorzone 1 istFIG. 1 attached to this description shows a transistor as an example of a conventional semiconductor component. In this drawing, the reference numeral 1 designates an N-conductive collector zone, which by insulation under Use of a pn junction within a silicon substrate 2 is formed. Inside the collector zone 1 is
709825/07 58709825/07 58
— 2 —- 2 -
durch Bor-Diffusion bei 1200° C eine P-leitende Basiszone bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet. Des weiteren ist innerhalb der Basiszone 3 durch Phosphor-Diffusion bei 1100 C eine N -leitende Emitterzone 4 hoher Konzentration gebildet. Außerdem ist innerhalb der N-leitenden Kollektorzone 1 eine Zone 5 niedrigen Widerstandswertes gebildet, und zwar durch die Diffusion eines Donatordotierstoffes bis zu einer hohen Konzentration, um die Herstellung eines Ohm'sehen Kontaktes mit einer Kollektorelektrode 6 zu erleichtern. Schließlich bezeichnen die Bezugsziffern 7*3,9 und 10 eine Basiselektrode, eine Emitterelektrode, eine Oberflächenisolierschicht bzw. eine vergrabene N -Schicht.a P-conductive base zone through boron diffusion at 1200 ° C formed to a predetermined depth. Furthermore, is within the base zone 3 by phosphorus diffusion 1100 C formed an N -conductive emitter zone 4 of high concentration. It is also inside the N-conducting collector zone 1 formed a zone 5 of low resistance, and through the diffusion of a donor dopant up to a high concentration to produce an ohm To facilitate contact with a collector electrode 6. Finally, the reference numerals 7 * 3, 9 and 10 denote one Base electrode, an emitter electrode, a surface insulating layer and an N-buried layer, respectively.
Ein solchermaßen aufgebauter herkömmlicher bipolarer Siliziumtransistor zeigt einen sogenannten " Emittervorschub11 Effekt, da die Emitterzone 4 dadurch erzeugt wird, daß bei einer hohen Temperatur ein Dotierstoff bis zu einer hohen Konzentration eindiffundiert wird, was zum Auftreten einer großen Anzahl von Gitterfehlern und -Spannungen des den Transistor bildenden Siliziumkristalls führt. Infolgedessen wird eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften herbeigeführt, einschließlich einer ausgeprägten Erhöhung des l/f-Rauschens oder der Erzeugung impulsartigen Rauschens.A conventional bipolar silicon transistor constructed in this way shows a so-called "emitter advance 11 effect, since the emitter zone 4 is generated in that a dopant is diffused up to a high concentration at a high temperature, which leads to the occurrence of a large number of lattice defects and lattice voltages of the den As a result, deterioration in electrical characteristics including a marked increase in I / f noise or generation of pulse-like noise is caused.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement verfügbar zu machen, bei dem die WahrscheinlichkeitThe object of the present invention is to provide a semiconductor component to make available at which the probability
709825/0758 _ 3 _709825/0758 _ 3 _
- if - - if -
für Kristallgitterfehler aufgrund der Diffusion einer hohen Dotierstoffkonzentration verringert ist. Außerdem soll ein Transistor mit einem niedrigen l/f-Rauschen verfügbar gemacht werden. Ferner soll ein Verfahren verfügbar gemacht werd.en, mit dem sich auf leichte Weise eine Emitterzone und eine Zone niedrigen Widerstandswertes für einen Ohm'sehen Kontakt mit einer Kollektorelektrode herstellen lassen, ohne Verwendung des allgemeinen Schrittes des Diffundierens einer hohen Dotierstoffkonzentration.for crystal lattice defects due to the diffusion of a high dopant concentration is reduced. In addition, a Exposed transistor with a low l / f noise will. Furthermore, a method is to be made available with which an emitter zone and make a zone of low resistance for an ohmic contact with a collector electrode without Using the general step of diffusing a high dopant concentration.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen pnübergang auf, der zwischen einer einkristallinen Siliziumzone des einen Leitfähigkeitstyps und. einer polykristallinen Siliziumzone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet ist. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sind Transistoren und Dioden. .The semiconductor component according to the invention has a pn junction between a single-crystal silicon zone of one conductivity type and. a polycrystalline silicon zone of the opposite conductivity type is formed. Preferred embodiments of the semiconductor component according to the invention are transistors and diodes. .
Die erfindungsgemäßen Transistoren enthalten eine Kollektorzone des einen Leitfähigkeitstyps, der aus einkristallinem Silizium aufgebaut ist, eine innerhalb der Kollektorzone gebildete Basiszone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und eine Emitterzone des einen Leitfähigkeitstyps, die auf der Oberfläche der Basiszone aus polykristallinem Silizium aufgebaut ist, wobei die Basiszone im wesentlichen frei ist von einer Dotierstoffdiffusion aus der Emitterzone. Bevorzugtermaßen ist die Dotierstoffkonzentration der EmitterzoneThe transistors according to the invention contain a collector zone of one conductivity type, which consists of monocrystalline Silicon is built up, a base zone of the opposite conductivity type formed within the collector zone and an emitter region of one conductivity type formed on the surface of the polycrystalline silicon base region is constructed, the base zone being essentially free of dopant diffusion from the emitter zone. Preferred dimensions is the dopant concentration of the emitter zone
7 0 9 R 2 5 / 0 7 5 87 0 9 R 2 5/0 7 5 8
höher als diejenige der Kollektorzone. Außerdem wird bevorzugt, daß die Kollektorzone innerhalb eines Siliziumsubstrats gebildet ist. Des weiteren wird es bevorzugt, daß eine polykristalline Siliziumzone gleich der Emitterzone auf der Oberfläche der Kollektorzone gebildet wird, und zwar für einen Ohm'sehen Kontakt mit einer darauf befindlichen Kollektorelektrode. higher than that of the collector zone. It is also preferred that the collector zone is formed within a silicon substrate. Furthermore, it is preferred that a polycrystalline Silicon zone is formed equal to the emitter zone on the surface of the collector zone, namely for an ohmic contact with a collector electrode located on it.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the following the invention is illustrated by means of embodiments explained in more detail. In the accompanying drawing show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Transistor;1 shows a cross section through a conventional transistor;
Fig. 2A bis 2F Querschnittsansichten, welche die Herstellungsschritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transistors zeigen; und2A to 2F are cross-sectional views showing the manufacturing steps of an embodiment of an inventive Show transistor; and
Fig. J eine grafische Darstellung der l/f-Rauscheigenschaft eines erfind.ungsgemäßen Transistors im Vergleich zu einem herkömmlichen Transistor.Fig. J is a graph showing the l / f noise property of a transistor according to the invention compared to a conventional transistor.
In Fig. 2A kennzeichnet die Bezugsziffer 11 eine N-leitende Kollektorzone, die von der restlichen Si-Substratzone isoliert ist. Die N-leitende Kollektorzone kann beispielsweise durch ein Verfahren erzeugt werden, bei dem eine vergrabene N leitende Schicht 13 durch Eindiffundieren in ein P-leitendesIn Fig. 2A, reference numeral 11 denotes an N-type Collector zone that is isolated from the rest of the Si substrate zone. The N-conductive collector zone can, for example, through a method can be produced in which a buried N-conductive layer 13 by diffusion into a P-conductive
709825/07 58 - 5 -709825/07 58 - 5 -
Siliziumsubstrat 12 erzeugt, eine N-leitende Schicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 durch ein epitaktisches Züchtungsverfahren gebildet und ein Paar P-leitende Diffusionsschichten 14, 14 gebildet werden, die sich vertikal durch die N-leitende epitaktische Schicht erstrecken, sodaß sie die N-leitende Kollektorzone 11 isolieren.Silicon substrate 12 produced, an N-conductive layer of the surface of the silicon substrate 12 is formed by an epitaxial growth method and a pair of P-type Diffusion layers 14, 14 are formed which extend vertically through the N-type epitaxial layer, so that they isolate the N-conductive collector zone 11.
Auf der gesamten Oberfläche der epitaktischen Schicht wird eine SiOp-Schicht 15 erzeugt, und dann selektiv entfernt, um eine öffnung zu schaffen, durch welche ein P-Leitfähigkeit erzeugender Dotierstoff in die N-leitende Kollektorzone 11 diffundiert wird, um innerhalb der Kollektorzone eine P-leitende Basiszone l6 zu erzeugen. Es wird dann eine neue SiOp-Schicht YJ erzeugt, um den gesamten Oberflächenbereich einschließlich der restlichen SiOp-Schicht 15 und der Basiszone l6 zu überziehen.A SiOp layer 15 is produced on the entire surface of the epitaxial layer, and then selectively removed in order to create an opening through which a dopant producing P conductivity is diffused into the N-conductive collector zone 11 in order to produce a P within the collector zone -Create conductive base zone l6. A new SiOp layer YJ is then produced in order to cover the entire surface area including the remaining SiOp layer 15 and the base zone 16.
Gemäß Fig. 2B werden dann die SiOp-Schicht YJ und die Mehrfachschicht aus den SiOp-Schichten 15 und YJ durch Fotoätzen selektiv entfernt, um die Basiszone 16 und die Kollektorzone 11 teilweise freizulegen. Des weiteren wird durch ein Züchtungsverfahren aus der Dampfphase eine N-leitende polykristalline Siliziumschicht 18 erzeugt (Fig. 2C). Man sieht, daß die polykristalline Siliziumschicht 18 die freiliegenden Teile der Basis- und der Kollektorzone und die restliche SiOp-Schicht YJ bedeckt. Die polykristalline Siliziumschicht 18 ist mitAccording to FIG. 2B, the SiOp layer YJ and the multilayer comprising the SiOp layers 15 and YJ are then selectively removed by photoetching in order to partially expose the base zone 16 and the collector zone 11. Furthermore, an N-conductive polycrystalline silicon layer 18 is produced by a growth process from the vapor phase (FIG. 2C). It can be seen that the polycrystalline silicon layer 18 covers the exposed parts of the base and collector zones and the remainder of the SiOp layer YJ . The polycrystalline silicon layer 18 is with
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wenigstens einer Art eines zur N-Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs mit hoher Konzentration dotiert. Auf der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht l8 ist durch chemische Gasphasenabscheidung eine SiOp-Schicht 19 gebildet (Fig. 2C). Der Erzeugung der SiOg-Schicht 19 folgt ein Erwärmung sschritt zur Aktivierung der polykristallinen Siliziumschicht lS. In diesem Fall sollte die Erwärmungstemperatur üo gesteuert werden, daß eine Diffusion des Dotierstoffs der polykristallinen Siliziumschicht l8 in die Basiszone 16 im wesentlichen nicht möglich ist. Zu diesem Zweck sollte die Erwärmung zu Temperaturen führen, die im Bereich von etwa 50° bis 1000° C, vorzugsweise bei etwa 300° C liegen. Der zuvor gebrauchte Ausdruck "im wesentlichen" bedeutet, daß der Dotierstoff der polykristallinen Siliziumschicht l8 kaum in die Basiszone 16 eindringt, oder daß die Menge des aus der polykristallinen Siliziumschicht 18 in die Basiszone 16 diffundierten Dotierstoffs vernachlässigbar klein ist.at least one type of dopant leading to the N conductivity is doped with a high concentration. A SiOp layer 19 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 18 by chemical vapor deposition (FIG. 2C). The production of the SiOg layer 19 is followed by a heating step for activating the polycrystalline silicon layer IS. In this case, the heating temperature should be controlled so that diffusion of the dopant of the polycrystalline silicon layer 18 into the base zone 16 is essentially not possible. For this purpose, the heating should lead to temperatures in the range from about 50 ° to 1000 ° C, preferably about 300 ° C. The expression "essentially" used above means that the dopant of the polycrystalline silicon layer 18 hardly penetrates into the base zone 16, or that the amount of the dopant diffused from the polycrystalline silicon layer 18 into the base zone 16 is negligibly small.
Unter Verwendung der SiCp-Schicht 19 als Maske wird die polykristalline Siliziumschicht 18 durch Plasma-Ätzung selektiv entfernt, um eine Emitterzone 20 und eine N -leitende Schicht 21 für einen 0hm'sehen Kontakt mit einer Kollektorelektrode herzustellen (Fig. 2D). Selbstverständlich bestehen die Emitterzone 20 und die N -leitende Schicht 21 aus polykristallinem Silizium. Dann wird eine Passivierungsschicht 22, wie eine PSG-(Phosphorsilicatglas-)Schicht, eine SiIi-Using the SiCp layer 19 as a mask, the polycrystalline Silicon layer 18 selectively removed by plasma etching to form an emitter zone 20 and an N -conductor Layer 21 for ohmic contact with a collector electrode manufacture (Fig. 2D). Of course, the emitter zone 20 and the N -conductive layer 21 consist of polycrystalline Silicon. Then a passivation layer 22, such as a PSG (phosphosilicate glass) layer, a SiIi-
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ziumnitrid.-(Si-,N2|-)Schicht usw., erzeugt, um die Emitterzone 20, die N+-leitende Schicht 21 und die restliche SiOp-Schicht 17 abzudecken.Zium nitride .- (Si, N2 | -) layer, etc., generated in order to cover the emitter zone 20, the N + -conducting layer 21 and the remaining SiOp layer 17.
Sowohl die Passivierungsschicht 22 als auch die SiCu-Schicht unterhalb der Schicht 22 werden durch Fotoätzen selektiv entfernt, uin einen Teil der Emitterzone 20, einen Teil der Basiszone 16 und die N+-leitende Schicht 21 für die nachfolgende Erzeugung einer als Elektrode wirkenden Metallschicht 23 freizulegen (Pig. 2E).Both the passivation layer 22 and the SiCu layer below the layer 22 are selectively removed by photoetching, into part of the emitter zone 20, part of the base zone 16 and the N + -conducting layer 21 for the subsequent production of a metal layer 23 acting as an electrode to be exposed (Pig. 2E).
Bevorzugtermaßen ist die Metallschicht 2;5 aus einer Substratmetallschicht 23a aus Chrom oder Titan und einer auf der Metallschicht 23a erzeugten Aluminiumschicht 23b zusammengesetzt. Aluminium weist einen großen Diffusionskoeffizienten für eine Diffusion in polykristallines Silizium auf, während die Diffusion von Chrom oder Titan genügend klein ist. Polglich dient die Substratschicht 23a dazu, zu verhindern, daß da.s Aluminium in das polykristalline Silizium diffundiert.The metal layer 2; 5 is preferably composed of a substrate metal layer 23a made of chrome or titanium and one on the Metal layer 23a produced aluminum layer 23b composed. Aluminum has a large diffusion coefficient for diffusion into polycrystalline silicon, while the diffusion of chromium or titanium is sufficiently small. Accordingly, the substrate layer 23a serves to prevent because aluminum diffuses into the polycrystalline silicon.
Schließlich werden unerwünschte Teile der Metallschicht 23 durch Potoätzen selektiv entfernt, um an den gewünschten Stellen Elektroden zu erzeugen (Pig. 2F).Eventually, undesirable parts of the metal layer 23 become selectively removed by photoetching in order to produce electrodes at the desired locations (Pig. 2F).
Fig. 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Transistor hinsichtlich des l/f-Rauschverhaltens beträchtlich besser als der herkömmliche Transistor gemäß Fig. 1 ist. In Fig. 3 ist die Rausch-Fig. 3 shows that the transistor according to the invention with respect to the l / f noise behavior is considerably better than the conventional one The transistor of FIG. 1 is. In Fig. 3 the noise
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zahl auf der Ordinate und die Frequenz (Hz) auf der Abszisse aufgetragen. Die gestrichelte Linie gilt für den herkömmlichen Transistor und. die durchgezogene Linie kennzeichnet den erfindungsgemaßen Transistor. Die in der grafischen'Darstellung gezeigten Werte wurden erhalten unter den Bedinglangen:number on the ordinate and the frequency (Hz) on the abscissa. The dashed line applies to the conventional one Transistor and. the solid line denotes the transistor according to the invention. The ones in the graphical representation The values shown were obtained under the following conditions:
Rg (Signalquellenwiderstand) = 1 kll In (Kollektorstrom) = 1 mARg (signal source resistance) = 1 kll I n (collector current) = 1 mA
V__ (Kollektor-Emitter-Spannung) = 5 VV__ (collector-emitter voltage) = 5 V.
Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Verringerung des Auftretens von Gitterfehlern des Siliziumkristalls, die von der Dotierstoffdiffusion mit einer hohen Konzentration stammen. Es folgt, daß das auf der erfindungsgemaßen technischen Idee beruhende Halbleiterbauelement, beispielsweise ein Transistor, ein geringeres l/f-Rauschen zu zeigen vermag als der herkömmliche Transistor, dessen Emitterzone durch Dotierstoffdiffusion mit einer hohen Konzentration erzeugt ist.The present invention allows the occurrence to be reduced of lattice defects of the silicon crystal resulting from the dopant diffusion with a high concentration. It follows that the semiconductor component based on the technical idea according to the invention, for example a transistor, is able to show a lower l / f noise than the conventional one Transistor, the emitter zone of which is produced by dopant diffusion with a high concentration.
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| FR2410336A1 (en) * | 1977-11-28 | 1979-06-22 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR DEVICE WITH PERMANENT MEMORY AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1961739A1 (en) * | 1968-12-11 | 1970-06-18 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method for making the same |
-
1976
- 1976-12-09 GB GB5140576A patent/GB1572703A/en not_active Expired
- 1976-12-10 DE DE19762656158 patent/DE2656158A1/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1961739A1 (en) * | 1968-12-11 | 1970-06-18 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method for making the same |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GB-Buch "European Conference on Ion Implantation in Reading 7.-9.9.1970, Stevanage 1970, S. 81-83 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2410336A1 (en) * | 1977-11-28 | 1979-06-22 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR DEVICE WITH PERMANENT MEMORY AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1572703A (en) | 1980-07-30 |
| DE2656158C2 (en) | 1987-10-08 |
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