NO124401B - - Google Patents

Description

Halvlederanordning og fremgangsmåte til fremstilling

av denne.

Oppfinnelsen, ^angår en .halvlederanordning med et halvlederlagerae med en del av -en for ste ledningsevnetype, og en eller flere oylignende områder av en andre ledningsevnetype som grenser til samme overflate av legemet, og som sammen med deri nevnte del av den forste ledningsevnetype danner en pn-overgang som bare skjærer den nevnte overflate, idet det minste ett oylignende område inneholder et halvlederkoplingselement med en sone av den forste ledningsevnetype samt en begravet, sterkt dopet sone av den andre ledningsevnetype som grenser til en mindre sterkt dopet sone av den andre ledningsevnetype i det oylignende område, og den nevnte del av den forste ledningsevnetype har en sterkt dopet sone av den forste ledningsevnetype som sammal med den sterkt dopede sone av den andre ledningsevnetype danner en del av den nevnte pn-overgang»

Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte til fremstilling av en slik halvlederanordning.

Med koplingselementer innenfor oppfinnelsens ramme skal her og nedenfor forståes passive og aktive strukturer som ved innbyrdes forbindelse kan danne en elektrisk kopling, som f.eks. dioder, transistorer, flersjiktstrukturer, motstander, kondensatorer osv.

Halvlederanordninger av denne art anvendes som integrerte kretser. Den av det oylignende område av den andre ledningsevnetype og delen av den forste.ledningsevnetype dannede pn-overgang er under drift koplet i sperrerethingen og isolerer det oylignende område med den deri forhåndenværende halvlederstruktur^elektrisk overfor en ytterligere del av halvlederlegemet.

For å oppnå god isolering av de oylignende områder innbyrdes og overfor den ytterligere del av halvlederlegemet, velges vanligvis gjennomslagsspenningen for vedkommende pn-overgang så hoy at selv ved den hoyeste spenning som opptrer i koplingen opptrer det ikke noe gjennomslag i isoleringen. Ved kjente anordninger er i den hensikt den nevnte isolasjonsgjennomslagsspenning vanligvis hoyere enn den hoyeste gjennomslagsspenning for pn-overgangen og som kan opptre i en halvlederstruktur som er anordnet i et oylignende område„

Under tiden opptrer det imidlertid ved kjente halvlederanordninger fare for at det midlertid i koplingen kan opptre spenningstopper som kan skade en eller flere deler i koplingen. Hvis som i foreliggende tilfelle, et koplingselement inneholder en sone med samme ledningsevnetype som den nevnte del av den forste ledningsevnetype, befinner det seg mellom disse soner og det oylignende område av den andre ledningsevnetype, minst en pn-overgang. Hvis ved drift av koplingen en slik pn-overgang koples i sperreretningen, kan i enkelte tilfeller gjennomslagsspenningen for denne overgang konstant

eller i lopet av 311 puls overskrides. Denne pn-overgang kan som

folge derav beskadiges og under tiden også ytterligere deler av koplingen.

Ved en diode som er dannet ved diffusjon av en overflatesone av den forste ledningsevnetype f.eks. i et oylignende område av den andre ledningsevnetype, kan den tillatte overspenning overskrides, slik at det opptrer et utillatelig effektforbruk.

Hvis det i et oylignende område er anbragt en transistor f.eks. ved diffusjon av en basissone av den forste ledningsevnetype og en emittersone av den andre ledningsevnetype, kan overskridelsen av den tillate spenning mellom basissone og det som kollekborsone tjenende oylignende område fore til odeleggelse av transistoren. Dette kan f.eks. fores tilbake til opptreden'av et hoyt utillatelig effektforbruk so"i folge av et normalt lavinegjennomslag i kollektorbasis-overgangen (forste sammenbrudd). En annen meget viktig form for odeleggelse kan opptre ved overskridelse av en bestemt basis-kollektor-spenning resp. kollektef-emittérspeaning, hvorved det ved tilstrekkelig stor kollekter- og/eller basisstrom opptrer såkalte sekundære gjennomslag (audre sammenbrudd). Som folge derav kaa det skje odeleggelse av transistoren i lopet av meget kort tid.

Hensikten med oppfinnelsen er ved halviederanordning-en av den innledningsvis nevnte art automatisk gjennomslagssikring.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den erkjennelse

at ved integrerte koplinger hvor driftspenningen og gjennomslagssepnning-en mellom en sone av den f 6rs"te 'ledningsevnetype og et oylignende område er tilstrekkelig forskjellig fra hverandre, kan det oppnås en automatisk gjennomslagssikring ved at det som isolering av det oylignende område benyttes en pn-overgang, hvis gjennomslagsspenning er mindre enn gjennomslagsspenningen mellom det oylignende område og vedkommende sone av den forste ledningsevnetype..

Ved en okning av sperrespenningen mellom denne sone og det oylignende område kan hvis bestemte, nedenfor angitte koplingsbetingelser er oppfylt, strommen ved gjennomslag Tnellom det oylignende område og den ytterligere del av halvlederlegemet av den forste ledningsevnetype flyte bort gjennom denne del for et gjennomslag opptrer mellom sonen av den forste ledningsevnetype og det oylignende område av -den andre ledningsevnetype..

En halvleder-anordning av den innledningsvis nevnte art er ifolge oppfinnelsen karakterisert ved at dopingskonsentrasjon-en i den sterkt dopede sone av den forste ledningsevnetype har et maksimum på stedet for den av de to sterkt dopede soner dannede del av pn-overgangen, hvis gjennomslagsspenning er mindre enn gjennomslagsspenningen mellom det oylignende område og den nevnte, til koplingselementet horende sone av den forste ledningsevnetype. Det er da naturligvis nodvendig av den for'isolering av det oylignende område tjenende pn-overgang har en slik overflate at etter gjennomslaget beskader ikke strommen som flyter gjennom denne pn-overgang overgangen.

Med gjennomslagsspenning mellom det oylignende område og sonen av den forste ledningsevnetype forståes her den laveste spenning mellom disse to områder hvis overskridelse kan fore til gjennomslag i en eller annen form. Den virkelige opptreden av et gjennomslag behover da ikke bare å være avhengig av den påtrykte spenning,

men også av andre faktorer, f.eks. opptreden av bestemte stromstyrker i halvlederstrukturen, som f.eks. ved det ovenfor nevnte eksempel med det andre sammenbrudd.

Halvlederanordningen ifolge oppfinnelsen tilveie-bringer en enkel måte for oppnåelse av den ovenfor beskrevne sikring mot gjennomslag mellom et oylignende område og en deri anbragt sone av den forste ledningsevnetype, hvis i det minste spenningen mellom vedkommende del av den forste ledningsevnetype og.den nevnte sone har et bestemt'innbyrdes forhold.

Den betingelse som må oppfylles for å oppnå sik-ringen består i at når det begynner et gjennomslag i den for isoleringen bestemte pn-overgang, skal gjennomslagsspenningen mellom det oylignende område og sonen av den forste ledningsevnetype ikke nåes.

Det kan på en enkel måte fastslåes at denne betingelse oppnåes automatisk i en kopling ved hvilken det såvel over pn-overgangen mellom delen av den forste ledningsevnetype og vedkommende oylignende område som mellom dette oylignende område og. den nevnte sone av den forste ledningsevnetype hersker en sperrespenning, samtidig som spenningsforskjellen mellom den nevnte del og den nevnte sone er mindre enn forskjellen mellom gjennomslagsspenningen mellom det oylignende område og sonen av den forste ledningsevnetype og gjennomslagsspenningen for den nevnte pn-overgang.

I dette tilfelle kan spenningsforskjellen mellom delen av den forste ledningsevnetype og den nevnte sone under koplingens drift i og for seg være forskjellig. Særlig interessant er en koplingsanordning med en halvlederanordning ifole oppfinnelsen hvor denne spenningsforskjell også kan være null og praktisk talt holdes konstant. Dette oppnås ved at delen av den forste ledningsevnetype er elektrisk forbundet med et område i halvlederanordningen som i forhold til sonen av den forste ledningsevnetype har en praktisk talt konstant spenningsforskjell.

Denne koplingsanordning er særlig viktig hvis det

i det oylignende område er anordnet en transistor. Den under det oylignende område beliggende del av halvlederlegemet blir da elektrisk forbundet med emittersonen som i forhold til basissonen har en praktisk talt konsbant spenningsforskjell på ca. 1 volt„ Kollektor-basisover-gangen blir på denne måte ifolge oppfinnelsen beskyttet mot el; gjennomslag.

I en ytterligere meget enkel kopling blir vedkommende betingelse oppfylt ved at den nevnte del av den forste ledningsevnetype og den nevnte sone av den forste ledningsevnetype er elektrisk forbundet med hverandre.

Den nodvendige gjennomslagsspenning for den som isolasjon tjenende pn-overgang, kan oppnås på forskjellig måte, faeks. ved påvirkning av overflaterekombinasjonen enten ved hjelp av et elektrisk felt eller ved hjelp av mekaniske eller kjemiske midler.

Av særlig interesse er oppfinnelsen ved halvlederanordninger hvor de oylignende områder ligger på et underlagsområde av den forste ledningsevnetype og er adskilt fra hverandre ved inndiffunderte skillekanaler av den forste ledningsevnetype som strekker seg fra overflaten-og til underlagsområdet. Ved en slik foretrukken utforelsesform av oppfinnelsen, dannes den sterkt dopede sone av den forste ledningsevnetype av en skillekanal, og den sterkt dopede sone av den andre ledningsevnetype kan være dannet av et på underlagsområdet liggende, til en skillekanal grensende, forsenket sjikt-, på hvilken det er anbragt et epitaksialt ovre sjikt av den andre ledningsevnetype med mindre doping enn det begravede sjikt, i hvilket ovre sjikt er anordnet koplingselementet.

Det skal her bemerkes at et sterkt dopet sjikt allerede er benyttet ved kjente integrerte koplinger for annet for-

mål. Integrerte koplinger av vedkommende art har nemlig vanligvis sine kontakter på den fra underlaget bortvendte side. Det anbringes da et forholdsvis sterkt dopet, begravet sjikt av den andre lednings nevnte type, for å oppnå minst mulig kontakt-motstand som undertiden i avhengighet av stillingen av de deler av koplingen som skal kontaktes praktisk talt helt bestemmes av motstanden i det oylignende område.

For anbringelse av slike begravede sjikt er det

kjent to metoder.

Ved den forste metode blir det begravede sjikt av

den andre ledningsevnetype ved vanlig avmaskingsteknikk anbragt lo-

kalt i form av et diffundert, sterkt dopet sjikt, hvoretter det epitaksialt dyrkes et ovre sjikt med mindre doping og samme ledningsevnetype som det begravende sjikt,i hvilket ovre sjikt det f.eks. anbringes en transistbrstruktur hvis kollektorområde dannes av dette ovre sjikt. Skillekanalene blir da anbragt ved diffusjon fra overflaten av det

ovre sjikt og/eller fra grenseflaten mellom underlaget og det ovre sjikt, gjennom det ovre sjikt og kan skilles fra det begravede sjikt ved områder av det ovre sjikt.

Ved en andre, kjent fremgangsmåte blir det forst

på underlaget over hele overflaten anbragt et forholdsvis sterkt dopet-begravet sjikt av den andre ledningsevnetype ved epitaksial dyrking,

på hvilket sjikt det så anbringes et mindre dopet, epitaksialt ovre sjikt av samme ledningsevnetype som det begravede sjikt, i-hvilket ovre sjikt det f.eks. anbringes en transistorstruktur hvis kollektorområde dannes av dette ovre sjikt. Derved blir skillekanalene dannet ved diffusjon fra overflaten av det ovre sjikt til underlagsområdet.

Da skillekanalene må diffunderes gjennom det forste begravede sjikt,

må ved denne fremgangsmåte dopingen av det begravede sjikt ikke være for stor.

Gjennomslagssikringen ifolge oppfinnelsen vil imidlertid ikke oppnås ved de ovenfor beskrevne, kjente fremgangsmåter, i det forste tilfellet, som folge av adskilleisen av det begravede sjikt og skillekanalene, og i det siste tilfelle som folge av den nodvendige

svake doping av det begravede sjikt»

En fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederanordning ifolge oppfinnelsen, hvor det på et underlag av den forste ledningsevnetype anbringes et begravet sjikt av den andre ledningsevnetype, på hvilket det ved epitaksial dyrking anbringes et ovre sjikt av den andre ledningsevnetype med storre spesifikk motstand enn for det begravede sjikt, gjennom hvilket ovre sjikt det er diffundert skillekanaler og i hvilket ovre sjikt anbringes en transistorstruktur, er ifolge oppfinnelsen karakterisert ved at det på underlaget anbringes et forste begravet sjikt av den andre ledningsevnetype og et andre begravet sjikt av den forste ledningsevnetype som praktisk talt ligger inntil hverandre, idet det andre begravede sjikt har et monster som svarer til skillekanalenes monster, og at det på de begravede sjikt anbringes et ovre sjikt, idet skillekanalene i det minste delvis dannes ved diffusjon fra det andre begravede sjikt. Det forste og det andre begravede sjikt kan anbringes på forskjellig måte. Særlig viktig er en foret-rukken utforelsesform av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen hvor det forste begravede sjikt av den andre ledningsevnetype anbringes på hele overflaten av underlaget, hvoretter den andre begravede sjikt av den forste ledningsevnetype med et monster svarende til skillekanalene inndiffunderes i det forste begravede sjikt med en dybde sluttelig det ovre sjikt anbringes. Fro anbringelse av det forste begravede sjikt trenges det i dette tilfelle ingen avmasking, slik at antall nodvendige fremstillingstrinn minskes. Dette medforer en betydelig fabrikasjonsteknisk fordel, fordi ikke bare anbringelsen av det forste begravede sjikt kan foretas uten avmasking, men også den noyaktige tidskrevende justering av avmaskinen for anbringelse av skillekanalene faller bort.

Det forste begravede sjikt av den andre ledningsevnetype kan f.eks. oppnås ved epitaksial dyrkning. På denne måte oppnås en foretrukken utforelsesform av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen ved at fortrinnsvis det forste begravede sjikt anbringes ved diffusjon av et dopingsmiddel av den andre ledningsevnetype i underlaget, hvilket resulterer i en enklere måte for oppnåelse av et

sterkt dopet sjikt.

Ifolge en annen foretrukken utforelsesform av fremgangsmåten blir det forste og det andre begravede sjikt anbragt ved siden av hverandre på underlaget, hvoretter disse sjikt inndiffunderes i underlaget inntil de praktiske talt grenser til hverandre og den onskede gjennomslagsspenning mellom dem er nådd. Ved endring av tid og temperatur for diffusjonen .kan gjennomslagsspenningen velges innenfor bestemte grenser.

Ved en ytterligere viktig, foretrukken utforelsesform blir skillekanalene fortrinnsvis anbragt ved diffusjon av et dopingsmiddel av dei forste ledningsevnetype som ved den anvendte diffusjonstemperatur har en diffusjonskonstant som er minst fem ganger storre enn diffusjonskonstaaten for det nevnte dopingsmiddel av den andre ledningsevnetype. Derved kan man også hvis man går ut fra det andre begravede sjikt .ned tilnærmet samme dopingskonsentrasjon, inndiffundere skillekanalene gjennom det ovre sjikt uten at det forste begravede sjikt av den andre ledningsevnetype antar for stor tykkelse»

Det forste begravede sjikt kan da med fordel anbringes ved diffusjon av arsen i et underlag av p-type silicium, mens skillekanalene anbringes ved diffusjon av bor. Ved vanlige diffusjonstemperatur, f.eks. mellom 900 og 1300°C er diffusjonskonstanten for bor i silicium ca. åtte til ti ganger storre enn for arsen»

Diffusjon av skillekanalene kan skje helt fra det anbragte, andre begravede sjikt. Denne diffusjon kan imidlertid skje fra to sider så vel fra det andre begravede sjikt som fra overflaten av det ovre sjikt. Derved lettes diffusjonen av kanalene gjennom det ovre sjikt. En ytterligere fordel ved denne fremgangsmåte er at mangler i det på det ovre sjikt anbragte avmaskingsoksyd bare medforer diffusjonsfeil som begrenser seg til den ovre del av det ovre sjikt og ikke strekker seg gjennom hele tykkelsen av det ovre sjikt. Undertiden kan da diffusjonen fra den nevnte overflate med fordel kombi-neres med anbringelsen av en sone av den forste ledningsevnetype i det ovre sjikt for å oppnå en som koplingselement tjenende halvlederstruktur.

Ifolge oppfinnelsen er en ytterligere foretrukken utfSrelsesform karakterisert ved at etter anbringelsen av det epitaksiale ovre sjikt, diffunderes lokalt i en oy et dopingsmiddel av den forste ledningsevnetype for å danne en sone av den forste ledningsevnetype og dessuten inndiffunderes lokalt i overensstemmelse med skillekanalenes monster, et dopingsmiddel av den forste ledningsevnetype.

Ved en ytterligere, meget viktig, foretrukken utforelsesform av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, blir etter anbringelsen av det forste begravede sjikt av den andre ledningsevnetype og for anbringelsen av det andre begravede sjikt, et til skillekanalene svarende monster vekketset lokalt i et overflatesjikt med mindre tykkelse enn det forste begravede sjikt.

Ved denne fremgangsmåte hvor skillekanalene diffunderes gjennom det forste begravede sjikt, oppnås den fordel at på stedet for diffundering av skillekanalene minskes konsentrasjonen av det i det forste begravede sjikt tilstedeværende dopingsmiddel av den andre ledningsevnetype» Deretter kan skillekanalene lettere diffunderes gjennom det forste begravede sjikt.

Også ved fremgangsmåter ved hvilke skillekanalene ikke behover gjennomtrenge det forste begravede sjikt, er den nevnte etseoperasjon fordelaktig fordi posisjonen av skillekanalene blir syn-lige, hvilket er av vesentlig betydning for justering av avmaskinen som anvendes ved senere diffusjoner.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk et grunnriss av en del av

en halvlederanordning ifolge oppfinnelsen»

Fig. 2 viser skjematisk et snitt langs linjen TI-TI på fi<g>» 1. Fig. 3-7 viser tverrsnitt gjennom halvlederanordningen på fig. 1 og 2 i forskjellige produksjonstrinn. Fig. 8-10 viser skjematisk tverrsnitt gjennom en annen halvlederanordning ifolge oppfinnelsen i forskjellige produksjonstrinn. Fig. 11 og 12 viser skjematisk tverrsnitt gjennom en tredje halvlederanordning ifolge oppfinnelsen i to fremstillingstrinn. Fig. 1 og 2 viser en halvlederanordning som inneholder et halvlederlegeme med en del 1,7 av p-ledende silicium med en underlig-gende del 1 med spesifikk motstand på ca. 3 ohm.cm med inndiffunderte skillekanaler 7, Videre har anordningen n-ledende,oylignende områder som grenser til samme overflate av halvlederlegemet og med delen 1,7 danner en pn-overgang 3> som tjener til elektrisk å skille dyene 2 fra underlagsområdet 1 og byene innbyrdes. På figurene er bare en 6y vist fullstendig, og når ikke noe annet er angitt, viser beskrivelsen bare

til denne oy.

I denne 6y 2 er anbrakt en transistorstruktur som i sin helhet ligger på denne 6y, og har en n-type kollektorsone 4>©n p-type basissone 5 °S en n-type emittersone 6. Gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3 er lavere enn gjennomslagsspenningen mellom denne oy 2 og den p-type ledende basissone 5«

De oylignende områder 2 er skilt fra hverandre ved lokalt inndiffunderte, sterkt dopede, p-ledende skillekanaler 7, som strekker seg fra overflaten og inn i underlagsområdet 1. Videre har 6y-området lokalt en sterkt dopet, n-ledende sone 8. De sterkt dopede soner 7 og 8 er (se fig. 2) lokalt skilt fra hverandre ved hjelp av pn-overgangen 3, og grenser til hvert sitt svakt dopet område 1 resp. 4 av samme ledningsevnetype, hvilke områder 1 og 4 dessuten grenser til pn-overgangen 3. Gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3 bestemmes da av de sterkt dopede soner 7 °g 8.

Sonen 8 (se fig. 2) blir ved denne utforelsesform dannet

av et på underlagsområdet 1 liggende, til en skillekanal 7 grensende, n-ledende, begravet sjikt med en midlere spesifikk motstand på ca. 0,02 ohm.cm, på hvilket befinner seg et epitaksialt n-ledende ovre sjikt 4 med en tykkelse på ca. 10 yi og en spesifikk motstand på ca. 0,3 ohm.cm.

En halvlederanordning av denne utforelsesform kan fremstilles som folger (se fig. 3-7)• Man går ut fra et underlag (se fig. 3) som består av en p-ledende siliciumplate 1 med en spesifikk motstand på ca. 3 ohm.cm, en diameter på 30 mm og en tykkelse på 250yu med polert overflate. De forskjellige bearbeidelsesmåter som skal beskrives nærmere nedenfor, er på figurene bare angitt i forhold til denne overflate. Forst pådampes over hele overflaten ved 1200°C et belegg arsen fra en kilde i form av arsen-dopet silicium, inntil en sjiktmotstand på 5>3 ohm pr. flateenhet er nådd. Deretter blir det i lopet av to timer ved 1200°C diffundert i fuktig oksygen,hvorved det oppnås et forste begravet sjikt 8 (se fig. 3 og 2) med en tykkelse på 3og en sjiktmotstand på 55 ohm pr. flateenhet som er over-trukket med et oksydsjikt 9 med en tykkelse på .0,8yu, på hvilket begravet sjikt det ovre sjikt 4 skal anbringes (se fig. 2).

I oksydsjiktet 9 blir deretter (se fig. 4) ved hjelp av i halvlederteknikken vanlig fotoavmaskingsmetode etset kanaler 10 med en bredde på 15yi> som omgir byområdet 2 som har dimensjonene 165 x 165yU. Den ovre flate av halvlederlegemet utsettes så for en etsing med en etsevæske med folgende volumsammensetning: konsentrert salpeter-

syre 9 deler, konsentrert eddiksyre 9 deler og fluorvannstoffsyre

(ca. 50%) 1 del, i lopet av fem sekunder hvorved det i de etsede kanaler etses bort noen tiendedels yu silicium (ikke vist på tegnin-gen) , hvorved synligheten av kanalene ved etterfølgende avmasking blir gunstigere samtidig som overflatekonsentrasjonen av sjiktet 8 lokalt minskes.

Deretter pådampes i lopet av 30 minutter ved 1100°C bor, hvorved et andre begravet, sjikt 11 (se fig. 4) inndiffunderes på stedet for kanalene i en del av tykkelsen av det forste begravede sjikt 8. I lopet av den etterfølgende diffusjon i en halv time ved 1200°C diffunderer dette andre begravede sjikt 11 (se fig. 5) gjennom sjiktet 8. Dette lettes ved at ved den anvendte diffusjonstemperatur er diffusjonskonstanten for bor ca. ti ganger storre enn for arsen, hvorved dessuten arsenkonsentrasjonen i kanalene minskes som folge av den ovenfor nevnte korte etseoperasjon.

Deretter fjernes det dannede oksyd og på de begravede sjikt

8 og 11 blir på vanlig måte ved epitaksial dyrking anbrakt et ovre sjikt 4 (se fig. 6) med en tykkelse på ca. 10og en spesifikk motstand på 0,3 ohm.cm. På dette ovre sjikt 4 blir ved termisk oksyda-sjon i fuktig oksygen anbrakt et oksydsjikt 12 med en tykkelse på

0,6 yu, i hvilket det etses kanaler 13 med en bredde på 15yu, over det allerede dannede begravede sjikt 11 som ved denne termiske behandling

•diffunderer videre ned i underlaget. I kanalene 13 blir på samme måte som beskrevet ovenfor,, pådampet bor som diffunderer i lopet av 15 minutter ved 1200°C i fuktig oksygen. Det dannes da endelige

(se fig. 7) diffunderte kanaler 7 (se også fig. 2), som strekker seg gjennom hele tykkelsen av sjiktet 4»

I det ved den siste diffusjon på det ovre sjikt 4 dannede oksydsjikt etses en åpning på 115 x 85^1, hvoretter det ved 900°C i lopet av 25 minutter pådampes bor, som inndiffunderer i lopet av to timer ved 1200°C. Derved dannes (se fig. 7) basissonen i en transistor med en inntrengningsdybde på ca. 3>5yu °g en sjiktmotstand etter diffusjonen på ca. 200 ohm pr. flateenhet.

Basissonen 5> som ved denne utforelsesform er dannet for seg, kan det undertiden være fordelaktig også å anbringe samtidig med bor-diffusjonen av kanalene 13 i lopet av samme diffusjonsoperasjon.

I det dannede oksydsjikt blir deretter etset en åpning 14

på 95 x 35 yu og en åpning 27 på 115 x 15yi, i hvilke det ved diffusjon av fosfor med POCl^'som kilde ved 1100°C i 23 minutter i en

kvelstoffatmosfære dannes en emittersone 6 (se fig. 2) med en inntrengningsdybde på 2,6yu og en sjiktmotstand på ca. 1,8 ohm pr. flateenhet samt en sone 28 som skal lette kontaktdannelsen med kollektorsonen av n-typen.

Sluttelig blir det i oksydsjiktet (se fig. 1) dannet åpnin-ger 15, l6 og 17 for anbringelse av emitter-, basis- resp. kollektor-kontakter l8, 19 resp. 20 (se fig. 2), som består av aluminiumsjikt som er pådampet oksydet og åpningene og hvis begrensninger er vist streket på fig. 1, hvilke kontakter kan forbindes ledende med andre deler av anordningen.

I den således dannede struktur (se fig. 1 og 2) har pn-overgangen 3 ©n gjennomslagsspenning på ca. 12 volt. Spenningen mellom kollektorsonen 4 °g basissonen 5 i transistoren ved hvilken normal lavinegjennomslag (forste sammenbrudd) opptrer, er ca. /\ 0 til 50 volt, mens kollektor-basisspenningen som undertiden kan fore til sekundær-gjennomslag, er ca. 15 volt.

En slik halvlederanordning kan med fordel anvendes i en anordning hvor det (se fig. 2) over pn-overgangen 3 påtrykkes en sperrespenning V-^ samtidig som det .mellom det oylignende område /\., 8' og basissonen 5 påtrykkes en sperrespenning , idet det for oppnåelse av de nevnte koplingsbetingelser er mindre spenningsforskjell mellom underlagsområdet 1 og basissonen 5 enn forskjellen mellom gjennomslagsspenningen mellom det oylignende område 4j8 °S basissonen 5 °g gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3«

I den på fig..2 viste anordning betyr de opptrukne linjer elektrisk ledende forbindelser. Disse forbindelser kan være galva-niske forbindelser, men undertiden og i. avhengighet av den anvendte halvlederstruktur, kan de helt eller delvis være dannet av elektrisk godt ledende, f.eks. diffunderte soner i halvlederlegemet. Mellom klemmene 21 og 22 kan f.eks. tilfores et inngangssignal og et for-sterket utgangssignal kan tas fra klemmene 23,24.

Ved okning av.spenningen Vg vil i denne anordning for gjennomslagsspenningen mellom basissonen 5 °S kollektorsonen 4 nåes,, og som ifolge det som er nevnt ovenfor, er minst 15 volt, skje gjennomslag i pn-overgangen 3 (gjennomslagsspenning 12 volt), idet strommen fra kontakten 20 flyter bort gjennom overgangen 3 til underlagsområdet 1. Overgangen 3 er ved denne utforelsesform dimensjonert slik at den

etter gjennomslaget opptredende strom ikke skader gjennomgangen.

- Ved den på fig. 2 viste koplingsanordning blir det ovenfor nevnte, nodvendige forhold mellom spenningene oppnådd ved at underlags-

området 1 er elektrisk forbundet med emittersonen 6 som i forhold til basissonen 5 har en praktisk talt konstant spenningsforskjell av storrelsesorden 1 volt. Mellom underlagsområdet 1 og basissonen 5 ligger således en praktisk talt konstant spenningsforskjell som er mindre enn forskjellen mellom gjennomslagsspenningen mellom byområdet og basisen (maksimalt 15 volt) og gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3 (12 volt). Det er også mulig (se fig. 2) å erstatte for-bindelsen mellom punktene 21 og 25 i koplingen med en forbindelse 26., som er antydet med strekede linjer mellom punktet 25 og basiskontakten, slik at basissonen 5 er direkte forbundet med underlagsområdet 1, eventuelt ved mellomkopling av en praktisk talt konstant spenning.

Fig. 8-10 viser en annen fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederanordning ifolge oppfinnelsen. Tilsvarende deler har samme henvisningstall som på fig. 1 - 7.

Et underlag 1 (se fig. 8) av p-type silicium med en spesifikk motstand på ca. 3 ohm.cm blir termisk oksydert og i oksydsjiktet etses en åpning på 165 x 165yu, i hvilken det på den ovenfor beskrevne måte pådampes og diffunderes arsen. Det dannes da et selektivt inn-diffundert, forste begravet sjikt 38 (se fig. 8) med en tykkelse på

ca. 3yu.

I det dannede oksydsjikt 39 som etter behandlingen dekker hele underlagsområdet 1, blir det etset kanaler 40 med en bredde på 15yu, og som grenser til en arsen-oy 38, i hvilke det på den ovenfor nevnte måte pådampes bor for dannelse av et andre begravet sjikt /\ 1 ved siden av sjiktet 38•

Etter fjerningen av oksydet (se fig. 9) dyrkes et n-type ledende sjikt 34 med.en tykkelse på ca. 10yu og en spesifikk motstand på ca. 0,3 ohm.cm, idet under denne operasjon inndiffunderes sjiktene 38 og 41 videre, hvoretter det dannede epitaksiale sjikt oksyderes termisk i fuktig oksygen.

I oksydsjiktet (se fig. 9) blir det deretter etset kanaler 43 med en bredde på 15yu, og som ligger over det begravede sjikt 41-

På samme måte som i foregående eksempel diffunderes bor i disse kanaler i lopet av 15 minutter ved 1200°C, slik at strukturen som er vist på fig. 10 dannes. De begravede sjikt 41 og 38 ligger ved siden av hverandre og gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3 mellom det n-type ledende,oylignende område 38, 44 og den p-ledende del 1, 41 er også her ca. 12 volt. I det oylignende område 38, 34 kan på samme måte som ved foregående eksempel anbringes en transistorstruktur eller en annen halvlederstruktur som forsynes med kontakter, slik at strukturen på

fig. 2 dannes.

Ifolge fig. 8 er det begravede sjikt /\.l anordnet slik at det grenser til sjiktet 38. Sjiktet 41 kan undertiden også med fordel

anbringes i en viss avstand fra sjiktet 3°% hvoretter sjiktene 38 og 41 i lopet av den videre diffusjon inndiffunderes slik at de praktisk talt ligger inntil hverandre og får den onskede gjennomslagsspenning.

Fig. 11 og 12 viser nok en fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederanordning, hvor det på et underlag 1 av p-type silicium med en spesifikk motstand på ca. 3 ohm.ca. dyrkes et n-ledende, epitaksialt ovre sjikt 54 med en spesifikk motstand på 0,1 ohm.cm og en tykkelse på 10ya. Dette epitaksiale sjikt blir likesom ved de tid-ligere eksempler termisk oksydert, hvoretter det i oksydet etses kanaler med en bredde på 15 yu, som omslutter -et oylignende område på I65 x 165yu. I disse kanaler blir det gjennom det epitaksiale sjikt diffundert bor ved 1200°C i 4 timer,slik at bor diffunderer gjennom det epitaksiale sjikt og danner p-ledende skillekanaler 6l (se fig. 11).

1 det ved denne diffusjon dannede oksydsjikt blir det etset en åpning

på 115 x 85 u, hvoretter det pådampes bor ved 900°C i 25 minutter og deretter foretas en diffusjon i 2 timer ved 1200°C for dannelse av en basissone 55'

I oksydsjiktet blir det deretter etset kanaler 65, som grenser til kanalene 6l av p-typen, samt en åpning 64 på 95 x 35 u> På denne måte oppnås strukturen som er vist på fig. 1.

I åpningene 6l og 65 (se fig. 12) blir ved diffusjon av fosfor med POCl^ som kilde ved 1100°C og i 23 minutter dannet en emittersone 56 og n-ledende, sterkt dopede overflatesoner 58» som grenser til skillekanalene 6l og sammen med disse bestemmer gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3> som i dette tilfelle er ca. 6 volt. Emittersonen 56 og sonen 58 kan også fremstilles ved særskilte diffusjonsoperasjoner.

Etter etsingen av åpningene for kontaktene og pådampning av aluminiums-kontakt-sjiktene dannes strukturen på fig. 12, .som likesom angitt på

fig..2 er opptatt i en koplingsanordning.

Det er innlysende at oppfinnelsen ikke begrenses til ovenfor beskrevne eksempler, og at det innenfor oppfinnelsens ramme står til rådighet for fagmannen mange modifikasjoner. Den i eksemplene angitte ledningsevnetype kan f.eks. erstattes av den motsatte ledningsevnetype (i hvilket tilfelle polariteten for spenningskildene og Vg på fig. 2 og 12 må byttes om). Videre kan de oylignende områder i stedet for

- de som eksempler angitte transistorstrukturer, inneholde andre halv-

lederstrukturer, slik som dioder, motstander,-kondensatorer og flersjiktstrukturer osv. og på samme øylignende område kan kombinasjoner

av slike strukturer anordnes. Også gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3 som tjener til elektrisk å adskille de øylignende områder, kan bestemmes ved andre midler, f.eks. ved innvirkning av et elektrisk felt på overflaten, eventuelt gjennom et oksydsjikt. Det sterkt dopede

område av motsatt ledningsevnetype som i de beskrevne eksempler bestemmer gjennomslagsspenningen for pn-overgangen 3> behøver ikke nød-vendigvis inneholde en skillekanal, men kan uavhengig av skillekanalene være anbrakt også på andre steder hvis de grenser til hverandre.

Claims (9)

1. Halvlederanordning med et halvlederlegeme med en del av en første ledningsevnetype, og en eller flere øylignende områder av en andre ledningsevnetype som grenser til samme overflate av legemet og som sammen med den nevnte del av den første ledningsevnetype danner en pn-overgang som bare skjærer den nevnte overflate, idet i det minste ett øylignende. område inneholder et halvlederkoplingselement med en sone av den første ledningsevnetype samt en begravet, sterkt dopet sone av den andre ledningsevnetype som grenser til en mindre sterkt dopet sone av den andre ledningsevnetype i det øylignende område, og den nevnte del av den første ledningsevnetype har en sterkt dopet sone av den første ledningsevnetype som sammen med den sterkt dopede sone av den andre ledningsevnetype danner en del av den nevnte pn-overgang, karakterisert ved at dop-ingskonsentrasjonen i.den sterkt dopede sone (7) av den første ledningsevnetype har et maksimum på stedet for den av de to sterkt dopede soner (7, 8) dannede del av pn-overgangen (3), hvis gjennom-slagspenning er mindre enn gjennomslagspenningen mellom det øylignende område (4, 8) og den nevnte, til koplingselementet hørende sone (5) av den første ledningsevnetype.

2. Halvlederanordning ifølge krav 1, hvor det øylignende. område ligger på et underlagsområde av den første ledningsevnetype og er atskilt fra hverandre ved inndiffunderte skillekanaler av den første ledningsevnetype som strekker seg fra overflaten til underlagsområdet, karakterisert ved at den sterkt dopede sone (7) av den første ledningsevnetype dannes av en skillekanal og at den sterkt dopede sone (8) av den andre ledningsevnetype dannes av et på underlagsområdet (1) liggende, til en skillekanal (7) grensende, for-senkét sjikt (8), på hvilket det er anbrakt et epitaksialt øvre sjikt (4) av den andre ledningsevnetype med mindre doping enn det begravede sjikt (8), i hvilket øvre sjikt (4) er anordnet koplingselementet (4, 5, 6).

3. Fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederanordning ifølge krav 2, hvor det på et underlag av den første ledningsevnetype anbringes et begravet sjikt av den andre ledningsevnetype, på hvilket det ved epitaksial dyrkning anbringes et øvre sjikt av den andre ledningsevnetype og med. større spesifikk motstand enn i det begravede sjikt, gjennom hvilket øvre sjikt er diffundert skillekanaler og i hvilket øvre sjikt anbringes en halvlederstruktur, karakterisert ved at det på underlaget (1) anbringes et første begravet sjikt (8) av den andre ledningsevnetype og et andre begravet sjikt (11) av den første ledningsevnetype som praktisk talt ligger inntil hverandre, idet det andre begravede sjikt (11) har et mønster som svarer til skillekanalenes mønster, på hvilket begravede sjikt anbringes det øvre sjikt (4)> idet skillekanalene (7) i det minste delvis dannes ved diffusjon fra det andre begravede sjikt (11).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3>karakterisert ved at det første begravede sjikt (8) av den andre ledningsevnetype anbringes på hele overflaten av underlaget, hvoretter det andre begravede sjikt (11) av den første ledningsevnetype, med et mønster svarende til skillekanalene (7) inndiffunderes i det første begravede sjikt (4) i en dybde som i det minste tilsvarer en del av dette sjikts tykkelse, hvoretter sluttlig det øvre sjikt (4) anbringes .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4»karakterisert ved at det første (38) og det andre (41) begravede sjikt anbringes ved siden av hverandre på underlaget (1), hvoretter disse sjikt (38, 41) inndiffunderes i underlaget inntil de praktisk talt grenser til hverandre og den ønskede gjennornslagspenning mellom dem er nådd.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5>karakterisert ved at skillekanalene anbringes ved diffusjon av et dopingsmiddel av den første ledningsevnetype som ved den anvendte diffusjonstemperatur har en diffusjonskonstant som er minst fem ganger større enn for dopingsmidlet av den andre ledningsevnetype.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved åt det første begravede sjikt (8, 38) anbringes ved diffusjon av arsen i et underlag av p-type silisium, og at skille kanalene anbringes ved diffusjon av bor.

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3-7> karakterisert ved at etter anbringelsen av det epitaksiale øvre sjikt (4, 34)» diffunderes lokalt i en øy et dopingsmiddel av den første ledningsevnetype for å danne sonen (5) av den første ledningsevnetype og dessuten inndiffunderes lokalt i overensstemmelse med skillekanalenes (7, 41)mØnster, et dopingsmiddel av den første ledningsevnetype.

9. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3-8> karakterisert ved at etter anbringelsen av det første begravede sjikt (8, 38) av den andre ledningsevnetype og før anbringelsen av det andre begravede sjikt (11, 41)> vekketses lokalt et til skillekanalene svarende mønster i et overflatesjikt med mindre tykkelse enn det første begravede sjikt.