DE1933805B2

DE1933805B2 - Halbleiterbauelement mit einem transistor

Info

Publication number: DE1933805B2
Application number: DE19691933805
Authority: DE
Inventors: Claude Caen Calvados Chapron (Frankreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE1933805A1; BE735143A; SE359687B; ES368826A1; AT315917B; US3602779A; NL6909117A; FR1583247A; CH493942A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Transistor, dessen Halbleiterkörper aus einem Haibleilersubstrat und einer auf ihm angebrachten epitaktischen Halbleiterschicht besteht, die wenigstens einen Teil der Kollektorzone des Transistors enthält, der die Basiszone des Transistors umgibt, die die Emitterzone des Transistors umgibt, wobei die Kollektorzone eine niederohmige vergrabene Schicht enthält, die sich in einem Teil des Halbleitcrkörpcrs befindet, in dem die epitaktische Halbleiterschicht und das Halbleitersubstrat aneinander grenzen, und bei dem die Emitter-, die Basis- und die Kollektorkontaktelektroden auf der Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht angebracht sind, und der Halbleiterkörper einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthält.

Bei einem solchen Halbleiterbauelement dient die vergrabene Schicht zur Herabsetzung des Kollektorwiderstandes. Der die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzender Fremdstoff ist angebracht, um eine Vergrößerung der Schallgeschwindigkeit des Transistors zu erzielen. Ein derartiger Fremdstoff wird oft auch als »Killer« bezeichnet und kann z. B. aus Gold

bestehen.

Ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art ist aus der GB-PS 1043 719 bekannt, wobei das Substrat mit Gold dotiert ist. Zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes wird z. B. das Halbleitersubstrat mit einer Schicht aus Gold überzogen, das dann in das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird. Oft jedoch ist es erwünscht, nicht nur das Halbleitersubstrat, sondern auch die Kollektorzone und die Basiszone selbst des Transistors mit Gold zu dotieren.

Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Diffusionsbehandlung keine regelmäßige reproduzierbare Konzentration des Fremdstoffes in der Kollektor- und der Basiszone ergibt, und diese Konzentration überdies sehr gering ist.

Es sei noch bemerkt, daß aus der US-PS 32 60 902 ein Transistoraufbau mit einer vergrabenen Koilektorschicht bekannt ist, die einen Abfluß bildet für Minoritätsladungslräger, die durch die Basiszone in die Kollektorzone injiziert werden und durch Rekombination in der vergrabenen Schicht wieder verschwinden. Die vergrabene Schicht befindet sich dabei nicht unter der gesamten Basiszone und erstreckt sich nicht bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb des Kollektoreleklrodenkontakts, wie dies üblich ist, sondern nur unter eier Emitterzone. Diese bekannte Zonen- und Schichtenstruktur enthält außerdem keinen Fremdstoff wie Gold.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art anzugeben, das sich gut reproduzierbar herstellen läßt und das gute elektrische Eigenschaften aufweist.

Die fr findung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die vx _rrabene Schicht die Diffusion eines die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoffes hemmt.

In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die vergrabene Schicht sich von dem Teil der Kollektorzone unterhalb des Kollektorelektrodenkontaktes bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der Emiltet zone erstreckt, und das Halbleitersubstrat, die Kollektor- und die Basiszone einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden

45 Fremdstoff enthalten.

Bei einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung enthält die Basiszone also Teile, unter denen sich die vergrabene Schicht nicht befindet. Trotzdem wird der Emitter-Kollektorstrom dadurch nicht beeinträchtigt, weil die vergrabene Schicht sich im Wege für diesen Strom befindet.

Versuche haben gezeigt, daß ein Transistor in einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung günstigere elektrische Eigenschaften als ein Transistor in einem bekannten Halbleiterbauelement aufweist, bei der sich die vergrabene Schicht unterhalb der ganzen Basiszone erstreckt.

Dies könnte dadurch erklärt werden, daß bei der Diffusion eines die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoffes durch das Halbleitersubstrat in die Basiszone dieser Fremdstoff ungehindert in denjenigen Teil der Basiszone eindiffundieren kann, unter dem sich die vergrabene Schicht nicht befindet, und sich von diesem Teil der Basiszone her in seitlicher Richtung über die gesamte Basiszone ausbreiten kann.

Eine Weiterbildung des Halbleiterbauelements nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor eine Anzahl leitend miteinander verbünde-

ner, jein der Nähe des Umfangsder Basis/one liegender Emitierzonen und eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe einer Emitterzone liegender Kollektorkontaktelektroden enthält, und die vergrabene Schicht aus einer Anzahl von Teilen besteht, die sich je von dem Teil der Kollektorzone unterhalb eines Kollektorelektrodenkontaktes bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der in der Nähe dieses Kollektorelektrodenkontaktes liegenden Emitterzone erstrecken. Der Emitter-Kollektorstrom fließt bei dieser Ausführungsform nahezu völlig durch Teile der Basiszone, die in der Nähe ihres Umfanges liegen, während durch e^:nen mittleren Teil der Basiszone und einen angrenzenden mittleren Teil der Kollektorzone nahezu kein Strom fließt. Daher kann ohne Bedenken ein Teil der vergrabenen Schicht unter diesem wenig aktiven mittleren Teil weggelassen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauelements nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. la bis Id im Schnitt einen Teil eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung in mehreren Herstellungsstufen und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Teil des Halbleiterbauelementes nach F i g. 1 d.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen N PN-Transistor, der Transistor kann jedoch auch ein PNP-Transistor sein, wenn der Leitungstyp sämtlicher Zonen entsprechend geändert wird.

Maskierende und passivierende Oberflächenschichten, ζ. B. aus Siliziumoxid, sind nicht dargestellt und werden nicht beschrieben, weil die Verwendung dieser Schichten allgemein bekannt ist. Außerdem werden durch das Weglassen dieser Schichten die Figuren einfacher und deutlicher.

Bei der Herstellung des Halbleiterbauclemcntcs nach F i g. 1 d und 2 wird von einem P-leiicndcn Siliziumsubstrat 1 ausgegangen. Dieses Siliziumsubsirai wird durch Diffusion von Dotierungsstoffen mit den an der Oberfläche 2 angrenzenden P⁺-leitenden Zonen 3.7 und den N-leitenden Zonen 4a versehen. Die Zonen 3a dienen zum Erzeugen der Isolierungszonen 3 und die Zonen 4a zum Erzeugen der Teile 4| und 42 der vergrabenen Schicht.

Auf der Oberfläche 2 des Siliziumsubstrates I wird eine N-leitende epitaktische Siliziumschicht 5 angebracht. Die Zonen 3a und 4a diffundieren dabei ein wenig in die epitaktische Silsziumschicht 5 hinein, wobei die Zonen 3b und 46 gebildet werden. Die N-leitenden Zonen 4b sind stärker als die N-leitende epitaktische Siliziumschicht 5 dotiert.

In der epitaktischen Siliziumschicht 5 werden die an die Oberfläche 6 angrenzenden P-leitenden Zonen 3d und Ta durch Diffusion eines Dotierungsstoffes angebracht. Die Zonen 3d dienen zur Bildung der Isolierzonen 3 und die Zone 7a zur Bildung der Basiszone 7.

Dann werden die N+ -leitenden Oberflächenzonen 9_t, 92, 81 und 8₂ durch Diffusion eines Dotierungsstoffes angebracht. Dabei werden die Isolierungszonen 3, die Basiszone 7 und die Teile 4| und 4₂ der vergrabenen Schicht aus den Zonen 3d und 3c, der Zone Ta und den Zonen 4cerhalten.

Die Zonen 81 und 8₂ sind die beiden Emitterzonen des Transistors und die Zonen 9i und 9₂ die beiden Kontaktbereiche der Kolleklorzone des Transistors.

In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Transistor also zwei Emitterzonen 8, die in der Nähe des Umfanges der Basiszone 7 liegen, wobei in der Nähe jeder Emitterzone 8 ein Kollektorkontaktbereich 9 mit einer Kollektorkontaktclektrode 12 liegt, wie in den F i g. 1 d und 2 dargestellt ist.

Die Emitterzonen 8 werden mit Emiuerkoruaktelektroden 11 und die Basiszone wird mit einer Basiskonlaktelektrode 10 versehen.

Es sei bemerkt, daß die Kollektorkontaktbereiche 9 sich bis an die vergrabene Schicht erstrecken können.

Dann wird zum Verkürzen der Schaltzeit des Transistors ein die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzender Fremdstoff, wie Gold, in die Kollektorzone und die Basiszone des Transistors durch das Halbleitersubstrat 1 eindiffundiert. Der Pfeil F zeigt schematisch den Weg des diffundierten Fremdstoffes an. Der Fremdstoff kann ungehindert zwischen den Teilen 4i und 4₂ der vergrabenen Schicht eindiffundieren und sich anschließend bis oberhalb dieser Teile in der Kollektorzone und der Basiszone ausbreiten.

Die Pfeile I zeigen die Stromwege zwischen den Emitterzonen 8 und den Kollektorkontaktbereichen 9 an. Die Teile 4| und 4₂ der vergrabenen Schicht liegen in diesen Stromwegen und F i g. 1 d zeigt deutlich, daß der Widerstand dieser Stromwege nicht durch die "Tatsache beeinflußt werden kann, daß die vergrabene Schicht aus voneinander getrennten Teilen 4| und 4₂ besteht.

Die Diffusionsvorgänge sind nicht im Detail beschrieben, weil sie allgemein bekannt sind.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann z. B. dadurch abgewandelt werden, daß mehr als zwei Emitterzonen und mehr als zwei Kollektorkontaktbereiche mit jeweils zugehörigen Teilen der vergrabenen Schicht vorgesehen sind. Auch kann z. B. nur eine ringförmige Emitterzone angebracht sein, die von einem ringförmigen Kollektorkontaktbereich umgeben wird, wobei diese ringförmige Zone und dieser ringförmige Bereich über einer ringförmigen vergrabenen Schicht liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Halbleiterbauelement mit einem Transistor, dessen Halbleiterkörper aus einem Halbleitersubstrat und einer auf ihm angebrachten epitaktischen Halbleiterschicht besteht, die wenigstens einen Teil der Kollektorzone des Transistors enthält, der die Basiszone des Transistors umgibt, die die Emitterzone des Transistors umgibt, wobei die Kollektorzone eine niederohmige vergrabene Schicht enthält, die sich in einem Teil des Halbleiterkörpers befindet, in dem die ephaktische Halbleiterschicht und da^ Halbleitersubstrat aneinander grenzen, und bei dem die Emitter-, die Basis- und die Kollektorkontaktelektroden auf der Oberfläche der epitaktischen Halbleiterschicht angebracht sind, und der Halbleiterkörper einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrabene Schicht (4) sich von dem Teil der Kollektorzone unterhalb des Kollekiorelektrodenkontaktes (9,12) bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der Emitterzone (8) erstreckt, und das Halbleitersubstrat (!), die Kollektor- und die Basiszone (7) einen die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzenden Fremdstoff enthalten.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe des Umfanges der Basiszone (7) liegender Emitterzonen (8|, 82) und eine Anzahl leitend miteinander verbundener, je in der Nähe einer Emitterzone (81, 82) liegender Kollcktorkontaktelei<troden (12|, 12₂) enthält, und die vergrabene Schicht aus einer Anzahl von Teilen (4|, 42) besteht, die sich je von dem Teil der Kollektorzone unte^rhalb eines Kollektorelektrodenkontakles (9, 12) bis zu dem Teil der Kollektorzone unterhalb der in der Nähe dieses Kollektorelektrodenkontaktes (9, 12) liegenden Emitterzone (8) erstrecken.