DE1225304B

DE1225304B - Diffusion process for manufacturing a semiconductor component

Info

Publication number: DE1225304B
Application number: DET21124A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Wilhe Dehmelt
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-11-16
Filing date: 1961-11-16
Publication date: 1966-09-22
Also published as: DE1225304C2

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIlHOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02

Nummer: 1225 304Number: 1225 304

Aktenzeichen: T 21124 VIII c/21 gFile number: T 21124 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 16. November 1961Filing date: November 16, 1961

Auslegetag: 22. September 1966Opening day: September 22, 1966

Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mehreren Zonen abwechselnden Leitungstyps, insbesondere eines Transistors, bei dem in die eine ebene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp eine Vertiefung eingebracht und dann in den Halbleiterkörper auf dieser Oberflächenseite eine Schicht vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wird. Die Erfindung besteht bei einem solchen Verfahren darin, daß in den Boden der ersten Vertiefung eine zweite Vertiefung eingebaut wird, deren Tiefe geringer ist als die Tiefe bzw. Dicke der ersten Diffusionsschicht, daß in die erste Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp eine weitere Schicht vom ersten Leitungstyp eindiffundiert wird und daß schließlich der Halbleiterkörper planparallel zu der mit Vertiefungen versehenen Oberflächenseite um eine Schichtdicke abgetragen wird, die mindestens gleich der Summe auf der Tiefe der ersten Vertiefung und der Dicke der zweiten Diffusionsschicht ist.The invention relates to a diffusion method for producing a semiconductor component with a plurality of Zones of alternating conductivity type, in particular of a transistor, in which one flat surface side of the semiconductor body of the first conductivity type introduced a recess and then in the A layer of the second conductivity type is diffused into the semiconductor body on this surface side. The invention consists in such a method that in the bottom of the first recess a a second recess is built, the depth of which is less than the depth or thickness of the first diffusion layer, that in the first diffusion layer of the second conductivity type another layer of the first Conduction type is diffused and that finally the semiconductor body is plane-parallel to the one with recesses provided surface side is removed by a layer thickness that is at least equal is the sum of the depth of the first recess and the thickness of the second diffusion layer.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nach diesem Verfahren auch npn-Transistoren aus Germanium hergestellt werden können, die infolge höherer Ladungsträgerbeweglichkeit bessere Hochfrequenzeigenschäften als vergleichbare Siliziumtransistoren haben. Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß keine Maskierungstechnik bei der Herstellung diffundierter Transistoren erforderlich ist.A major advantage of the method according to the invention is that, according to this method npn transistors can also be made from germanium, which as a result of higher charge carrier mobility have better high frequency properties than comparable silicon transistors. The method according to the invention also has the advantage that there is no masking technique during manufacture diffused transistors is required.

Es ist bereits bekannt, in einen Halbleiterkörper eine Vertiefung einzubringen und den Halbleiterkörper im Anschluß daran mit einer Diffusionsschicht zu versehen, deren Leitungstyp dem des Halbleiterkörpers ebenfalls entgegengesetzt ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch weder eine zweite Vertiefung mit anschließender Diffusion noch ein Abtragen des Halbleiterkörpers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen.It is already known to make a recess in a semiconductor body and the semiconductor body then to be provided with a diffusion layer, the conductivity type of which is that of the semiconductor body is also opposite. In this known method, however, there is neither a second depression with subsequent diffusion another removal of the semiconductor body in accordance with of the present invention.

Bei der Herstellung eines Transistors empfiehlt es sich, von einem Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp auszugehen, ihn einseitig mit einer Vertiefung zu versehen und auf der Seite der Vertiefung in den Halbleiterkörper eine Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp einzudiffundieren. Die zweite Diffusionsschicht, die in den Halbleiterkörper nach Fertigstellung der zweiten Vertiefung eindiffundiert wird, soll jedoch den ersten Leitungstyp aufweisen.When producing a transistor, it is advisable to use a semiconductor body of the first conductivity type go out to provide it with a recess on one side and on the side of the recess to diffuse a diffusion layer of the second conductivity type into the semiconductor body. The second Diffusion layer which diffuses into the semiconductor body after completion of the second recess is, however, should have the first type of conduction.

Eine solche Halbleiteranordnung kann nach erfolgter Abtragung auf der Seite der Vertiefungen als Transistor verwendet werden, wenn der ursprüngliche Halbleiterkörper beispielsweise den Leitungstyp der Kollektorzone aufweist und die erste Diffusions-Diffusionsverfahren zum Herstellen eines
HalbleiterbauelementesSuch a semiconductor arrangement can be used as a transistor after it has been removed on the side of the depressions if the original semiconductor body has, for example, the conductivity type of the collector zone and the first diffusion-diffusion process is used to produce a
Semiconductor component

Anmelder:
TelefunkenApplicant:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Friedrich Wilhelm Dehmelt, Ulm/DonauDr.-Ing. Friedrich Wilhelm Dehmelt, Ulm / Danube

schicht als Basiszone und die zweite Diffusionsschicht als Emitterzone verwendet werden.layer can be used as the base zone and the second diffusion layer as the emitter zone.

Der Halbleiter soll, wie bereits ausgeführt, zwar um die Tiefe der ersten Vertiefung und die Dicke der zweiten Diffusionsschicht abgetragen werden, doch soll die Abtragung im allgemeinen nur so weit erfolgen, daß die Abtragungstiefe gleich dem Abstand zwischen der ursprünglichen Halbleiteroberfläche und dem Boden der zweiten Vertiefung ist. Dabei verbleibt im allgemeinen nur derjenige Teil der zweiten Diffusionsschicht, der der zweiten Vertiefung vorgelagert ist, sowie gegebenenfalls kleine Teilstücke der Diffusionsschicht parallel zur Seitenwand der zweiten Vertiefung.As already stated, the semiconductor should increase the depth of the first recess and the thickness of the second diffusion layer are removed, but the removal should generally only take place to the extent that that the ablation depth is equal to the distance between the original semiconductor surface and the bottom of the second recess. In general, only that part of the remains second diffusion layer, which is located in front of the second recess, and possibly small sections of the diffusion layer parallel to the side wall of the second recess.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der F i g. 1 und 2 näher erläutert werden. Als Ausgangsmaterial dient ein η-leitendes Germaniumplättchen 1 von beispielsweise 1 bis 5 Ohm/cm spezifischer Leitfähigkeit und etwa 150 μ Stärke. In dieses Germäniumplättchen 1 wird mittels Photoresistverfahrens ein 7 bis 10 μ tiefes Loch 2 mit einem Durchmesser von etwa 150 μ geätzt. Anschließend wird in einer beispielsweise Gallium oder sonstigen p-leitenden Atmosphäre eine p-leitende Zone 3 in das Germäniumplättchen 1 eindiffundiert, die im Ausführungsbeispiel etwa 8 μ tief ist. Im Anschluß hieran wird zentrisch in dem 150 μ breiten und 8 μ tiefen Loch 1 ein zweites Loch 4 mittels Photoresistverfahrens geätzt, welches etwa einen Durchmesser von 50 bis 60 μ bei einer Tiefe von etwa 4 μ Tiefe hat. Bei dieser 4 μ tiefen Ätzung wird die 8 μ tiefe p-Zone 3 im Bereich eines zweiten, zentrisch im ersten befindlichen Loches um etwa 4 μ verringert. Das ganze Halbleiterplättchen wird nun einer weiteren Diffusion, diesmal mit einem Donatormaterial, beispielsweise Phosphor, unterzogen, und zwar so lange, bis eine η-leitende Zone 5 von ange-The invention is intended to be based on an exemplary embodiment with the aid of FIGS. 1 and 2 are explained in more detail. An η-conductive germanium plate is used as the starting material 1 of, for example, 1 to 5 ohm / cm specific conductivity and about 150 μ thickness. In this germanium plate 1 is made by means of a photoresist method a 7 to 10 μ deep hole 2 with a diameter of about 150 μ is etched. Afterward becomes a p-type in a, for example, gallium or other p-type atmosphere Zone 3 diffused into the Germanium plate 1, which in the exemplary embodiment is about 8 μ deep is. Following this, a second hole 4 is made centrally in the 150 μ wide and 8 μ deep hole 1 etched by means of a photoresist process, which has a diameter of about 50 to 60 μ at a depth about 4 μ deep. With this 4 μ deep etching, the 8 μ deep p-zone 3 is in the area of a second, centered in the first hole is reduced by about 4 μ. The whole die is now subjected to further diffusion, this time with a donor material such as phosphorus, and until an η-conductive zone 5 of connected

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nähert 2 μ Tiefe erreicht ist. Nachdem dies geschehen ist, wird das zweite zentrische Loch 4 mit einem Schutzlack überzogen und die mit beiden zentrischen Löchern 2 und 4 versehene Oberfläche des Germaniumplättchens 1 abgetragen, beispielsweise abgeschliffen oder abgeätzt, und zwar so weit, daß die am Boden des ersten Loches 2 gebildete n-leitende Zone 5 vollständig abgetragen wird, so daß sich die neu gebildete Oberfläche 6 etwa auf der halben Höhe der Gesamttiefe des zweiten Loches 4 befindet. Wenn die Bohrung des ersten Loches 2 eine Tiefe von 8 μ und die η-leitende Zone 5 eine Tiefe von 2 μ hat, so muß im ganzen etwa 8 + 2 μ = 10 μ tief abgetragen werden. Betrachtet man jetzt die neue Oberfläche 6 dieses Germaniumplättchens, so hat sich eine npn-Struktur innerhalb dieser Oberfläche gebildet.approaching 2 μ depth is reached. After this has been done, the second central hole 4 with a Protective varnish coated and the surface of the germanium plate provided with two central holes 2 and 4 1 removed, for example abraded or etched, to the extent that the am Bottom of the first hole 2 formed n-type zone 5 is completely removed, so that the newly formed surface 6 is located approximately at half the height of the total depth of the second hole 4. If the bore of the first hole 2 has a depth of 8 μ and the η-conductive zone 5 has a depth of 2 μ has, then a total of about 8 + 2 μ = 10 μ deep must be removed. If you look at the new surface now 6 of this germanium plate, an npn structure has formed within this surface.

In F i g. 2 ist noch einmal die nach dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Halbleiteranordnung dargestellt worden. Die in F i g. 1 der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen sind entsprechend in F i g. 2 übernommen, und zwar bedeutet 1 das Halbleiterplättchen bzw. gleichzeitig die η-leitende Kollektorzone der Halbleiteranordnung, 3 die p-leitende Basiszone und 5 die n-leitende Emitterzone. 6 ist die abgetragene Oberfläche, die die Schichtenfolge npn aufweist.In Fig. 2 is once again that produced according to the exemplary embodiment of the method according to the invention Semiconductor arrangement has been shown. The in F i g. 1 of the drawing used reference numerals are accordingly in FIG. 2 adopted, namely 1 means the semiconductor wafer or simultaneously the η-conducting collector zone of the semiconductor arrangement, 3 the p-conducting base zone and 5 the n-conducting zone Emitter zone. 6 is the ablated surface, which has the layer sequence npn.

Zusätzlich kann die Halbleiteranordnung nach der Erfindung auf der den Vertiefungen gegenüberliegenden Seite mit einer Kühlplatte versehen werden, die zum Abtransport der Verlustwärme dient. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit einer solchen metallischen Kühlplatte 7.In addition, the semiconductor device according to the invention on the opposite of the depressions Side can be provided with a cooling plate, which serves to dissipate the heat loss. F i g. 3 shows an embodiment of the semiconductor arrangement according to the invention with such a metallic one Cooling plate 7.

Claims

Patentansprüche: 35Claims: 35

1. Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mehreren Zonen abwechselnden Leitungstyps, insbesondere eines Transistors, bei dem in die eine ebene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp eine Vertiefung eingebracht und dann in den Halbleiterkörper auf dieser Oberflächenseite eine Schicht vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann in den Boden der ersten Vertiefung eine zweite Vertiefung eingebaut wird, deren Tiefe geringer ist als die Tiefe bzw. Dicke der ersten Diffusionsschicht, daß in die erste Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp eine weitere Schicht vom ersten Leitungstyp eindiffundiert wird und daß schließlich der Halbleiterkörper planparallel zu der mit Vertiefungen versehenen Oberflächenseite um eine Schichtdicke abgetragen wird, die mindestens gleich der Summe auf der Tiefe der ersten Vertiefung und der Dicke der zweiten Diffusionsschicht ist.1. Diffusion process for manufacturing a semiconductor device with multiple zones alternating Conduction type, in particular of a transistor, in which one flat surface side of the semiconductor body of the first conductivity type introduced a recess and then a layer of the second conductivity type diffuses into the semiconductor body on this surface side is, characterized in that a second recess is then built into the bottom of the first recess, whose depth is less than the depth or thickness of the first diffusion layer that in the first Diffusion layer of the second conductivity type another layer of the first conductivity type diffused and that finally the semiconductor body is plane-parallel to the one provided with depressions Surface side is removed by a layer thickness that is at least equal to the Sum on the depth of the first recess and the thickness of the second diffusion layer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper den Leitungstyp der Kollektorzone aufweist und daß die erste Diffusionsschicht als Basiszone und der von der zweiten Diffusionsschicht verbleibende Teil als Emitterzone verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the semiconductor body has the conductivity type of the collector zone and that the first diffusion layer as the base zone and that of the second diffusion layer remaining part is used as an emitter zone.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der ersten Diffusionsschicht 8 μ und die Tiefe der zweiten Diffusionsschicht 2 μ betragen.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the depth of the first diffusion layer 8 μ and the depth of the second diffusion layer 2 μ.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der ersten Bohrung 10 μ und die Tiefe der zweiten Bohrung 4 μ betragen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the depth of the first hole 10 μ and the depth of the second hole 4 μ.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diffusionsschicht durch p-Störstellen und die zweite Diffusionsschicht durch n-Störstellen hergestellt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first diffusion layer produced by p-type impurities and the second diffusion layer by n-type impurities will.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diffusionsschicht durch n-Störstellen und die zweite Diffusionsschicht durch p-Störstellen hergestellt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first diffusion layer by n-type impurities and the second diffusion layer by p-type impurities will.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ersten Vertiefung 150 μ und der Durchmesser der zweiten Vertiefung 50 μ betragen. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the The diameter of the first recess 150 μ and the diameter of the second recess 50 μ.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf der den Vertiefungen gegenüberliegenden Seite mit einer Kühlplatte versehen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the The semiconductor body is provided with a cooling plate on the side opposite the depressions will.

In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 097 571,
024 640;German Auslegeschrift No. 1 097 571,
024 640;

USA.-Patentschrift Nr. 2 967 344;U.S. Patent No. 2,967,344;

britische Patentschrift Nr. 874 349;British Patent No. 874,349;

IRE Wescon Convention Record, Part 3 — Electron Devices, 1959, S. 37 bis 42.IRE Wescon Convention Record, Part 3 - Electron Devices, 1959, pp. 37 to 42.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings