DE1194500B - Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von eingesetzten streifenfoermigen Zonen eines Leitfaehigkeitstyps und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1194 500

Aktenzeichen: J 21379 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. März 1962

Auslegetag: 10. Juni 1965

Die Erfindung betrifft vorwiegend Halbleiterbauelemente für höhere Leistung, insbesondere Leistungstransistoren mit streifenförmigen Zonen.

Es sind Halbleiterbauelemente mit einer Mehrzahl von streifen- oder ringförmigen Zonen eines Leitfähigkeitstyps, welche in die Oberfläche eines Halbleiterkörpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eingesetzt sind, bekannt. Bei einer bekannten Transistorstruktur sind zwei streifenförmige oder ringförmige Emitterzonen über einen Widerstand verbunden. Der Widerstand kann dabei als Überzug aus Widerstandsmaterial auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht werden. Es ist ferner ein Halbleiterbauelement bekannt, dessen Basiszone mit der darin eingesetzten streifenförmigen Emitterzone über eine Oberflächenschicht elektrisch werbunden ist.

Schließlich ist ein Transistor bekannt, bei dem die Basiszone rippenartige neben platten- oder flächenförmigen Zonen aufweist. Die flächen- oder plattenförmigen Zonen bestimmen im wesentlichen die Kenndaten der Anordnung, während die rippenartigen Zonen gewährleisten, daß ein wesentlicher Teil der Basiszone wirksam ist. Transistoren dieser Art sind für hohe Frequenzen und hohe Leistungen geeignet.

Zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit einer in rippenartige und plattenartige Zonen aufgeteilten Basiszone kann auch von einer Anordnung ausgegangen werden, die eine Mehrzahl von streifenförmigen Zonen eines Leitfähigkeitstyps aufweist, welche in die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eingesetzt sind. Zur Verwirklichung eines derartigen Bauelementes wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß quer zu den streifenförmigen Zonen eine die streifenförmigen Zonen und die dazwischenliegenden streifenförmigen Zonen des Halbleiterkörpers berührende streifenförmige Kontaktelektrode aus leitendem oder halbleitendem Material angeordnet ist, die mit den streifenförmigen Zonen einen sperrfreien und mit dem Halbleiterkörper einen sperrenden Kontakt bilden.

Die Kontaktierung des Halbleiterkörpers beim Halbleiterbauelement nach der Erfindung kann in ähnlicher Weise vorgenommen werden, indem quer zu den streifenförmigen Zonen eine weitere die streifenförmigen Zonen und den Halbleiterkörper berührende Kontaktelektrode aus leitendem oder halbleitendem Material angeordnet wird, die mit den streifenförmigen Zonen einen sperrenden und mit dem Halbleiterkörper einen sperrfreien Kontakt bil-Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von
eingesetzten streifenförmigen Zonen eines
Leitfähigkeitstyps und Verfahren zum Herstellen

Anmelder:
Intermetall

Gesellschaft für Metallurgie
und Elektronik m. b. H.,

Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:
Kurt Hubner, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. April 1961 (101437)

det. Die Kontaktelektrode, die chemische Kontakte mit den streifenförmigen Zonen herstellt, bildet mit der Basiszone gleichrichtende Kontakte, und umgekehrt bildet die Kontaktelektrode, die ohmsche Kontakte mit dem Halbleiterkörper herstellt, gleichrichtende Kontakte mit den streifenförmigen Zonen.
Die Herstellung eines Halbleiterbauelements nach der Erfindung ist wesentlich einfacher als die Herstellung des bekannten Halbleiterbauelements mit einer in rippenartige und plattenartige Zonen aufgeteilten Basiszone. Es entfallen vor allem komplizierte Maskierungsmaßnahmen.

Die weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 stellt die perspektivische Ansicht eines rippenförmigen Transistors mit den Merkmalen der Erfindung dar;

F i g. 2 dient zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für einen rippenförmigen Transistor nach der Fig. 1;

F i g. 3 zeigt Verfahrensschritte zum Herstellen eines Hochfrequenztransistors mit geringer Kollektorkapazität;

F i g. 4 zeigt Verfahrensschritte für die Herstellung eines anders ausgebildeten rippenförmigen Transistors, und

F i g. 5 zeigt die Herstellung eines vierschichtigen gesteuerten Gleichrichters mit drei Anschlüssen gemäß den Merkmalen der Erfindung.

509 579/278

Der in der F i g. 1 dargestellte Transistor weist eine η-leitende Zone auf mit zwei Schichten unterschiedlicher Verunreinigungskonzentration. Die erste Schicht besitzt eine relativ hohe Verunreinigungskonzentration und ist mit n⁺ bezeichnet; die zweite Schicht besitzt eine relativ niedrige Verunreinigungskonzentration und ist mit n~ bezeichnet. Eine p-leitende Basiszone aus Halbleitermaterial bildet den Kollektor-pn-Übergang 11 mit der η-leitenden Zone. Der Teil der Basiszone, der sich unmittelbar an den pn-übergang anschließt, weist eine relativ niedrige Verunreinigungskonzentration auf und ist mit ρ bezeichnet. Der sich daran anschließende Teil mit relativ hoher Verunreinigungskonzentration ist mit p⁺ bezeichnet. Die Anordnung besitzt weiterhin eine Reihe von η+-Emitterzonen, die durch Diffusion in die Basiszone erzeugt worden sind. Ihre obere Oberfläche liegt in gleicher Höhe wie die obere Oberfläche der Basiszone. Die Streifen sind so tief eindiffundiert, daß sie sich bis in den Teil der Basiszone mit niedriger Verunreinigungskonzentration erstrecken. Die Emitterzonen können durch an sich bekannte Maskierungsmethoden und durch das Eindiffundieren entsprechender Verunreinigungen in das Halbleiterplättchen erzeugt werden.

Die Emitterstreifen und die Basiszone sind durch streifenförmige Kontaktelektroden 13 und 14 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktelektrode 13 kann z. B. aus einem Band aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung (Kovar) bestehen, das mit Aluminium überzogen ist. Sie wird durch Einlegieren des Aluminiums in das Halbleitermaterial befestigt. Das Aluminium bildet einen ohmschen Kontakt mit der p⁺-leitenden Basisschicht und einen legierten np-Übergang mit den Emitterzonen. Die mit den Emitterstreifen gebildeten pn-Übergänge weisen eine so hohe Sperrspannung auf, daß sie die Emitterspannung aushalten können. Als Ergebnis entsteht somit ein ohmscher Kontakt mit der Basiszone, während durch den np-Übergang die Emitterzone bzw. -streifen von der Kontaktelektrode isoliert sind. Um den Emitter zu kontaktieren, wird ein mit einer Gold-Antimon-Legierung überzogenes Band 14 der gleichen Zusammensetzung durch Einlegieren des Gold-Antimons in das Halbleitermaterial angebracht. Durch den Legierungsprozeß wird ein pn-übergang mit der darunterliegenden p-leitenden Basiszone erzeugt, während mit der Emitterzone ein ohmscher Kontakt gebildet wird. Diese Kontaktelektrode ist von der Basiszone durch den pn-übergang isoliert.

Obwohl eine Emitterzone mit einer anderen kurzgeschlossen sein kann, tritt keine Verschlechterung der Arbeitscharakteristik der Anordnung auf. Der gleiche Diffusionsprozeß und das gleiche Halbleiterplättchen können für verschiedene Leistungsgröße durch Zerschneiden des Halbleiterplättchens in Stücke von gewünschter Größe verwendet werden.

In der Fig. 2 sind die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß der Fig. 1 dargestellt. Die Fig. 2A zeigt einen Teil eines größeren Halbleiterplättchens von n+-Leitfähigkeit. Auf dieses Plättchen wird gemäß der Fig. 2B eine η-leitende Schicht epitaktisch aufgewachsen und ein Teil mit geringerer Verunreinigungskonzentration erhalten. Durch einen weiteren epitaktischenAufwachsprozeß werden eine p-leitende Schicht und der Kollektorübergang 11 gebildet. In der Fig. 2D wird durch einen weiteren epitaktischen Aufwachsprozeß der p+-Ieitende Teil in der p-Schicht erzeugt.

Die obere Oberfläche des Plättchens wird dann maskiert. Dies kann z. B. durch Erzeugen eines 5 Oxydüberzuges und streifenförmiges Entfernen der Oxydschicht erreicht werden. Andere Maskierungstechniken können ebensogut angewendet werden. Das maskierte Halbleiterplättchen wird dann einem Diffusionsprozeß unterworfen, durch den die n-leitenden Emitterzonen erzeugt werden.

In der Fig. 2F sind die Schritte zum Anlegieren der mit Aluminium überzogenen Nickel-Kobalt-Eisen-Kontaktelektrode dargestellt. Dabei wird ein gleichrichtender Übergang mit dem Emitter und ein ohmscher Kontakt mit der Basis erzeugt. Wegen der sich nach oben erstreckenden p+-leitenden Rippen, die in ohmschem Kontakt mit der Kontaktelektrode 13 stehen, entsteht ein Weg geringen Widerstands mit der wirksamen platten- oder flächenartigen Zone 15, was in den Fig. 1 und 2F dargestellt ist.

Die Fig. 2G zeigt die Schritte zum Ausbilden des Emitterkontaktes mittels einer mit Gold-Antimon überzogenen Nickel-Kobalt-Eisen-Kontaktelektrode 14, welche auf die Oberfläche des Plättchens auflegiert wird und dabei einen gleichrichtenden Übergang mit der p-leitenden Basiszone bildet und einen ohmschen Kontakt mit den Emitterzonen. In der Fig. 2H ist ein zusätzlicher Schritt zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes mit der Kollektorzone angegeben.

Die Kontaktelektroden können ebensogut auch mit anderen geeigneten Metallen oder Legierungen überzogen werden, die in der Lage sind, bei einem Legierungsprozeß ohmsche Kontakte mit einer Zone des einen Leitfähigkeitstyps und gleichrichtende Kontakte mit der anderen Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zu bilden.

In der F i g. 3 wird von einem p-leitenden Halbleiterplättchen mit hoher Verunreinigungskonzentration (p⁺⁺) ausgegangen. Durch epitaktisches Aufwachsen wird darüber eine eigenleitende Schicht i gemäß der F i g. 3 B gebildet. Auf diese eigenleitende Schicht wird eine η-Schicht aufgebracht. Diese kann ebenfalls wiederum durch epitaktisches Aufwachsen erzeugt werden. Damit wird eine n-i-p⁺+-Struktur erhalten. Anschließend wird durch epitaktisches Aufwachsen eine weitere η-leitende Schicht erzeugt. Diese Schicht hat eine hohe Verunreinigungskonzentration und wird gemäß der Fig. 3D mit n⁺⁺ bezeichnet.

Ebenso wie bei dem bereits beschriebenen Verfahren in Verbindung mit der F i g. 2 wird dann das Halbleiterplättchen in geeigneter Weise maskiert. Durch einen Diffusionsprozeß wird eine Anzahl von streifenförmigen p-leitenden Zonen erzeugt, welche sich von der Oberfläche nach innen erstrecken und eine gemeinsame Oberfläche mit der n⁺ +-Schicht bilden (Fig. 3E). Das Halbleiterplättchen wird dann gereinigt, um die als Masken gebildeten Oxyde zu entfernen.

Anschließend wird eine neue Maske aufgebracht, die Streifen frei läßt, welche senkrecht zu den zuvor eingebrachten diffundierten Streifen liegen. Durch einen weiteren Diffusionsvorgang wird eine n+-Kontaktelektrode gebildet, welche sich quer über die Anordnung gemäß der F i g. 3 F erstreckt. Diese n+-Kontaktelektrode bildet ohmsche Kontakte mit den n⁺+-Zonen und gleichrichtende Übergänge mit

denp-Zonen, wodurch die η-leitende Basisschicht kontaktiert ist (Fig. 3F). Durch eine weitere Maskierung und Diffusion wird eine Kontaktelektrode mit p-Verunreinigungen erzeugt, welche ohmsche Kontakte mit den Emitterzonen herstellt und einen gleichrichtenden Übergang mit den benachbarten Basisschichten gemäß der Fig. 3G. Anschließend werden geeignete ohmsche Kontakte zu den p-leitenden und η-leitenden Kontaktelektroden angebracht und ebenso wird die Kollektorzone kontaktiert (vgl. Fig. 3H). Die Anordnung in der Fig. 3H stellt einen Hochfrequenztransistor dar, bei welchem die Kollektorkapazität durch den breiten pn-übergang, der durch die eigenleitende Schicht gebildet wird, wesentlich herabgesetzt ist. Die Anordnung hat eine relativ dünne Basisschicht.

In der F i g. 4 sind die Schritte zum Herstellen eines üblichen npn-Transistors gezeigt, welcher sich dadurch auszeichnet, daß er für hohe Leistungen und hohe Frequenzen geeignet ist und eine Vielzahl von ao Emitterzonen aufweist. In der Fig. 4A ist ein Ausschnitt eines η-leitenden Halbleiterplättchens dargestellt. Das Plättchen kann einem Diffusionsprozeß unterworfen werden, um einen pn-übergang gemäß der Fig. 4B zu erzeugen. Anschließende Maskierung und Eindiffundieren von η-leitenden Verunreinigungen bilden die η-leitenden Emitterzonen in der Fig. 4C. In den Fig. 4D und 4E sind die ohmschen Kontaktelektroden zu den verschiedenen Zonen dargestellt, welche nach Reinigung des Halbleiterplättchens und anschließendem Aufbringen des Kontaktmaterials gebildet werden. In der Fig. 4D wird eine mit Gold-Antimon überzogene Kontaktelektrode aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung quer über die obere Oberfläche legiert und bildet ohmsche Kontakte mit den Emitterzonen und einen gleichrichtenden Kontakt mit der p-leitenden Basiszone. Im nächsten Schritt wird eine mit Aluminium überzogene Kontaktelektrode gleicher Zusammensetzung durch einen Legierungsprozeß aufgebracht. Sie bildet einen gleichrichtenden Übergang mit der Emitterzone und einen ohmschen Übergang mit der Basiszone (Fig. 4E). In der Fig. 4F ist der letzte Verfahrensschritt dargestellt, bei dem ein ohmscher Kontakt für die Kollektorzone erzeugt wird.

Auf diese Art können rippenförmige Anordnungen einfach hergestellt werden, die ohmsche Kontakte mit den verschiedenen Zonen aufweisen. Selbstverständlich können je nach der Leistung, die von den Anordnungen verlangt wird, unterschiedliche Anordnungen durch Abschneiden von Teilen aus dem Halbleiterplättchen hergestellt werden.

In den Fig. 5A bis 5F werden die Verfahrensschritte zum Herstellen eines Vierschichtschalters mit drei Anschlüssen bzw. eines gesteuerten Gleichrichters dargestellt. Die Fig.5A zeigt einen Teil eines p-leitenden Halbleiterplättchens. Dieses p-leitende Halbleiterplättchen wird einem Diffusionsprozeß ausgesetzt, bei dem durch Eindiffundieren von n-leitendem Material eine obere und untere n-leitende Schicht sowie zweipn-Übergängegemäß derFig. 5B erzeugt werden. In der F i g. 5 C ist das Einfügen mehrerer Emitterzonen in eine der η-Schichten durch geeignete Maskierung und nachfolgendes Diffundieren von p-leitendem Material dargestellt. Geeignete Kontakte können dann durch Diffusionsprozesse ähnlich den im Zusammenhang mit der F i g. 3 oder durch Legierungsprozesse entsprechend den in den F i g. 2 und 4 beschriebenen hergestellt werden (Fig. 5D und 5E). Elektrische Anschlüsse können dann mit den n- und p-leitenden diffundierten Kontaktelektroden und mit der unteren η-leitenden Zone hergestellt werden (Fig. 5F). Im Betrieb werden die äußeren Anschlüsse mit dem Signal, das geschaltet werden soll, und der Basisanschluß mit einem Steuersignal verbunden.

Das Prinzip der Erfindung, nach dem getrennte ohmsche Kontakte mit jeder Zone eines Leitfähigkeitstyps hergestellt werden, während gleichzeitig gleichrichtende Kontakte mit jeder Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet werden, kann zum Herstellen ohmscher Verbindungen mit der Emitter- und Basiszone jedes Transistors verwendet werden, bei welchem die Basis- und Emitterzonen sich über eine gemeinsame Oberfläche erstrecken.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von streifenförmigen Zonen eines Leitfähigkeitstyps, welche in die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß quer zu den streif enförmigen Zonen eine die streifenförmigen Zonen und die dazwischenliegenden streifenförmigen Zonen des Halbleiterkörpers berührende streifenförmige Kontaktelektrode aus leitendem oder halbleitendem Material angeordnet ist, die mit den streifenförmigen Zonen einen sperrfreien und mit dem Halbleiterkörper einen sperrenden Kontakt bilden.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß quer zu den streifenförmigen Zonen eine weitere die streifenförmigen Zonen und den Halbleiterkörper berührende streifenförmige Kontaktelektrode aus leitendem oder halbleitendem Material angeordnet ist, die mit den streifenförmigen Zonen einen sperrenden und mit dem Halbleiterkörper einen sperrfreien Kontakt bildet.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode aus einem mit dotierendem Material überzogenen Metallband besteht.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung besteht und mit einer Aluminium- oder Gold-Antimon-Schicht überzogen ist.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper unter den streifenförmigen Zonen einen oder zwei pn-Übergänge aufweist.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper unter den streifenförmigen Zonen einen höheren Widerstand als neben diesen Zonen aufweist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

8. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode einlegiert wird.

9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen der pn-Übergänge vor dem Herstellen der streifenförmigen Zonen durch epitaktisches Aufwachsen erzeugt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1097 571, 370;

französische Patentschriften Nr. 1263 548, 1267417;

USA.-Patentschrift Nr. 2 875 505.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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