DE1947299A1 - Transistor mit hohem Emitterwirkungsgrad und niedrigem Basiswiderstand sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Transistor mit hohem Emitterwirkungsgrad und niedrigem Basiswiderstand sowie Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1947299A1 DE19691947299 DE1947299A DE1947299A1 DE 1947299 A1 DE1947299 A1 DE 1947299A1 DE 19691947299 DE19691947299 DE 19691947299 DE 1947299 A DE1947299 A DE 1947299A DE 1947299 A1 DE1947299 A1 DE 1947299A1
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Description

DR. ERHART ZIEGLER -] g 4 7 ο q q
PATENTANWALT / <■ O σ
6 FRANKFURT 70
TIROLER STRASSE 61-63
POSTFACH 70 0961
TELEFON. 0611/61 65 57
705 (RD-1562) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA
Transistor mit hohem Emitterwirkungsgrad und niedrigem Basiswiderstand sowie Verfahren zu seiner Herstellung.
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente und im besonderen auf TRansistoren, bei denen die Leitfähigkeiten der Basisregion und des Kontaktgebietes der Basis voneinander unabhängig sind, und bei denen der Emitter-Basis-Übergang und der Basis-Kollektorübergang in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig hergestellt werden können.
Wenn man bipolare Transistoren durch Eindiffundieren von Dotierungsmitteln in ein Halbleitereinkristall herstellt, waren bisher für die Ausbildung der Basis des Transistors zwei getrennte Diffusionsschritte erforderlich. Beim ersten Diffusionsschritt wurden Dötierungsmittel in den Halbleiter eindiffundiert, die die Art der Stromleitung im Basisgebiet bestimmen und die an ihrer Grenze einen der Basisübergänge definieren. Beim nächsten Diffusionsschrittschritt werden in das bereits hergestellte Diffusionsgebiet
otierungsmittel der entgegengesetzten Art eindiffundiert, die dann, den Emitter bilden und an ihrer Grenze den anderen Basis-
übergang definieren. Die beiden Basisübergänge werden somit unabhängig voneinander hergestellt und angeordnet, so daß es schwierig ist, bei der Herstellung von Transistoren genau vorgegebene Basisbreiten einzuhalten. Außerdem muß bei der Diffusion der Basis das Optimum zwischen zwei sich widersprechenden Forderungen gefunden werden. Einmal soll der Basiswiderstand klein sein und andererseits soll der Emitterwirkungsgrad hoch sein, (was bedeutet, daß ein großer Bruchteil des Emitterstroms auf die Injektion von Minoritätsträgern in die Basis hinein führt).
Die Erfindung erlaubt es unter anderem, die ganze Basis in einem einzigen Diffusionssehritt herzustellen, so daß es viel leichter ist, vorgegebene Basisbreiten genau einzuhalten. Außerdem werden dadurch die Schwierigkeiten vermieden, die mit der sogenannten "anomalen Emitterdiffusion" verbunden sind. Hierbei können nämlich während des zweiten Diffusionsschrittes die bereits im ersten Diffusionsschritt eindiffundierten Dotierungsmittel noch tiefer in den Halbleiter eindiffundieren.
Nach der Erfindung wird das Basisgebiet eines Transistors dadurch hergestellt, daß man die Dotierungsmittel aus einem festen Halbleitermaterial heraus diffundieren läßt, das mehrere Dotierungsmittel enthält, die sich in ihrer Diffusionsgeschwindigkeit unterscheiden. Außerdem können nach der Erfindung die Basis und die Basiskontaktierungszone eines Transistors unabhängig voneinander hergestellt werden, so daß man für die Auslegung von Transistoren größere Freiheiten hat. Erfindungsgemäß hergestellte transistoren können auch bei sehr hohen Frequenzen eingesetzt werden. Da außerdem die Dotierungsmittel sowohl für den Emitter als auch für die Basis des Transistors aus dem Halbleiterstück stammen, das das Material für das epitaxiale Abscheiden der verschiedenen Halbleiterschichten liefert, können die Dotierungskonzentrationen in der Basis und im Emitter viel besser als bei den üblichen Diffusionsverfahren eingehalten werden, ei denen die Diffusion aus dem Dampfzustand heraus erfolgt, Sshli«Blioh wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf dem Halbleiter noch eine Oxydschicht verwendet, die dafür sorgt, daß das dotierte
Halbleitermaterial, aus dem heraus die Diffusion erfolgt, rieh- . tig verteilt wird, die also nicht als Diffusionsmaske dient. Dieses ist besonders vorteilhaft, da es bekannt ist, daß Siliziumdioxyd nicht für alle Dotierungsmittel als Diffusionsmaske verwendet werden kann. Trotzdem können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch solche Dotierungsmittel verwendet werden, die durch eine Siliziumoxydschicht hindurch diffundieren können.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein stark in einer Richtung dotiertes Kontaktgebiet in einer entgegengesetzt dotier-' ten Halbleiterschicht hergestellt, und dann werden durch das Kontaktgebiet hindurch Löcher in die entgegengesetzt dotierte Halbleiterschicht geätzt. Nun wird in diesen Löchern stark entgegengesetzt dotiertes Halbleitermaterial epitaxial abgeschieden, das jedoch auch Dotierungsmittel der ersten Richtung enthält. Diese Dotierungsmittel der ersten Richtung diffundieren schneller als die verwendeten Dotierungsmittel der itgegengesetzten Richtung. Wenn man dann das ganse Halbleitermaterial erhitzt, tritt gezielt eine Diffusion vo.. "..erungsmitteln aus dem epitaxial abgeschiedenen Halbleitermateidal in die entgegengesetzt dotierte Halbleiterschicht ein.
Ein erfindungsgemäßer Transistor weist eine stark in einer Richtung Kollektorzone auf, die dicht neben einer entgegengesetzt dotierten Kontaktierungszone für die Basis des Transistors liegt. Durch die Basiskontaktierungszone geht zumindest eine Emitterzone hindurch, die in ihrem ganzen Ausmaß hauptsächlich in der ersten Richtung dotiert ist, jedoch auch, in geringerer Konzentration, Dotierungsmittel der entgegengesetzten Richtung enthält. Zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone befindet sich eine entge gengesetzt dotierte Basiszone, die in die Kontaktierungszone übergeht. Die Basiszone ist an der Grenzfläche zur Emitterzone hin mit einer geringeren Konzentration dotiert als die Basiskontaktierungßzone.
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Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.
Die Figuren 1 bis 9 zeigen der Reihe nach einige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, während in der Figur 10 ein erfindungsgemäßer Transistor von oben dargestellt ist.
In der Figur 1 ist ein Halbleiterscheibchen TO dargestellt, auf dem auf übliche V/eise eine Halbleiterschicht 11 epitaxial abgeschieden worden ist. Das Scheibchen 10 und die Schicht 11 sind in der gleichen Richtung dotiert, die Schicht 11 jedoch in einer geringeren Konzentration. Das Scheibchen 10 und die Schicht 11 können mit Donatoren wie Phosphor, Arsen oder Antimon dotiert sein. Dieses ist in den Figuren durch die Bezeichnung N (für das Scheibchen 10) und N (für die Schicht Tl) angedeutet worden. Die Dotierungskonzentrationen im Scheibchen 10 liegen zwischen 0 y und 10 Atomen/ccm, für die Schicht 11 zwischen 10 ^ und 10 ' Atomen/ccm. Typische Werte sind 10 Atome/ccm für das SCheibchen 10 und 5xlO15 Atome/ccm für die Schicht 11. Die Dicke ■· der Schicht 11 beträgt großenordnungsmäßig 10 Mikron\ Man kann das Scheibchen 10 und die Schicht 11 aber auch mit Akzeptoren wie Bor oder Gallium dotieren. Dann wäre die Leitung im Scheibchen 10 als P+-Leitung und die Leitung der Schicht 11 als P-Leitung anzusprechen.
Nun läßt man auf der Schicht 11 auf übliche Weise eine Siliziumdioxydschicht 12 aufwachsen, wie es in Figur 2 dargestellt ist, deren Dicke im Bereich zwischen 1000 8 oder 2000 S und einem Mikron liegt. Man kann die Oxydschicht 12 aber auch auf der Schicht 11 abscheiden. Nun wird unter Anwendung üblicher photochemischer Ätzverfahren (oder auch anders) in der Oxydschicht ein Loch 13 hergestellt, und in die epitaxialen Schicht 11 wird eine Kontaktierungszone 14 für de Basis eindiffudiert. Dieser schritt ist in der Figur 3 dargestellt. Man kann die Kontaktierungszone 14 aber auch epitaxial auf der Schicht 11 aufwachsen lassen. Die Kontaktierungszone 14 für die Basis, die etwa 1 Mi-
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krön dick ist, ist sehr stark dotiert, jedoch entgegengesetzt wie das Scheibchen 10, Dieses ist in den Figuren durch P+ angedeutet. Ein Akzeptor für die Herstellung der Kontaktierungszone ist Bor in einer Konzentration zwischen 10 und 10 Atomen/ccm,
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typischerweise 10 Atomen/ccm.
Auf Wunsch kann das ganze Scheibchen nun in gepufferter Flußsäure kurz geätzt werden, um überschüssiges Oxyd zu entfernen, das borhaltig ist. Nun wird ganz oben durch thermische Oxydation eine Oxydschicht 15 hergestellt, wie es in Figur 4 zu sehen ist, und in dieser Oxydschicht werden auf übliche Weise Löcher 16 hergestellt. Diese öffnungen, die die Emitterzonen des Transistors eingrenzen, können irgendwo in der Kontaktierungszone 14 liegen, und auf ihre genaue Anordnung ko'mrnt es nicht an, wie später noch klar wird. Diese öffnungen 16 können daher viel kleiner gemacht werden als in dem Fall, in dem es auf die genaue Anordnung ankommt. Dieses ist bei der Herstellung von Hochfrequenztransistoren oder Leistungstransistoren oder ähnlichen Bauelementen ein großer Vorteil, weil bei solchen Halbleiterbauelementen eine niedrige Basisimpedanz erwünscht ist. Im Extremfall kann man die Löcher auch dadurch herstellen, daß man die Schicht 15 mit Spaltprodukten beschießt und die entstehenden Spuren ausätzt. In diesem Falle sind die Löcher 16 völlig willkürlich in der Kontaktierungszone angeordnet.
Das Kunstharz, das normalerweise bei der Herstellung der Löcher 16 verwendet wird, wird nun unter Verwendung von heißer Schwefelsäure wieder entfernt. Anschließend wird mit Wasser gespült. Die freiliegende Oberfläche der Kontaktierungszone 14 wird dann odt heißer Salpetersäure gereinigt, und wiederum wird mit Wasser gespült, um alle Reste Abzuwaschen. Nun kann man noch einmal mit gepufferter Plußeäure ätitn, um auch Hoch letzte Oxydspuren von den freiliegenden Oberflächen der Kontaktierungszone 14 zu ent-•rnen.
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Nun werden in einem gasdichten Gefäß mit einem dampfförmigen Ätzmittel wie Chlor oder HCl durch die Löcher 16 hindurch Löcher 17 geätzt, die durch die Kontaktierungsζone 14 hindurchgehen und bis zur epitaxialen .Schicht 11 reichen, wie es in der Figur 5 dargestellt ist. Die Löcher 17 dürfen nicht durch die Schicht 11 hindurchgehen. Somit beträgt die Tiefe der Löcher 17 nicht mehr als etwa 5 Mikron.
Nun werden die Löcher 17· mit epitaxial abgeschiedenem Material 18 gefüllt, wie es in der Figur 6 dargestellt ist. Dieses wird zweckmäßigerweise im gleichen Gefäß durchgeführt, in dem die Löcher 17 eingeätzt wurden, nachdem das Chlor oder die Salzsäure abgepumpt worden ist. Dieses epitaxial aufgewachsene Material 18 ist sehr stark in der gleichen Richtung wie die Schicht 11 dotiert, so daß es mit. N bezeichnet worden ist. Diese sehr starke Dotierung ist jedoch durch eine geringere, jedoch entgegengesetzte Dotierung kompensiert worden. Dieses ist in der Figur 6 durch (P) angedeutet.
Man läßt das Material 18 so weit epitaxial aufwachsen, daß es aus der Oxydschicht 15 herausragt und diese Schicht überlappt. Für dieses epitaxiale Abscheiden des Materials 18 wird ein Stück Silizium in sehr geringem Abstand den Löchern 17 gegenübergestellt und erhitzt, während das Scheibchen 10 auf eine noch darüberliegende Temperatur gebracht wird. Nun führt man in das Gefäß Jod ein, und dadurch wird Silizium von dem Siliziumstück in den Löchern 17 epitaxial abgeschieden. Für diesen Jodtransport ist ein Joddampfdruck von 2 torr ein typischer Wert. Die'Temperatur des Siliziumstückes liegt bei etwa 100O0C. Das Siliziumstück enthält so viel an Donatoren und Akzeptoren, daß das epitaxial abgeschiedene Material 18 mit der richtigen Konzentration dotiert wird. Die Donatorkonzentrationen im Material 18 können
IQ 21 im Bereich zwischen 10 ? und 5x10 Atotoen/oom und die Akzeptor renkonzentrationen können im Bereich zwischen 10 und IQ ° Atoman/ecm liegen. Typisoh sind eine Donatorenkonsentration von 10 Atorcen/oem und eine Akztptortnkonientration von 10 ' Atomen/
Es sei bemerkt, daß man das epitaxiale Material 18 auch auf andere Weise abscheiden kann. Hierzu wird auf die Oxydschicht 15 (Figur 5) eine Siliziumnitridschicht gelegt. Anschließend wird auf der Oberfläche des Scheibchens das Material 18 durch Reduktion von Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 95O0C und 130O0C epitaxial abgeschieden. Man kann hierbei das Material 18 auf bekannte Weise dadurch dotieren, daß man dem Transportgas zusammen mit dem Siliziumtetrachlorid Dämpfe wie PHL·, AsCl,, B?Hg oder SbCl1. beigibt. Nun kann.man das Material an den Stellen wegätzen, an denen das Material stört, nachdem oben auf das Material eine zweite Siliziumnitridschicht als Ätzmaske aufgebracht wurde, die das Material an den Stellen schützt,'an denen das Material stehen bleiben soll. In diesem Fall kann man das Material 18 auch zusammenhängend ausbilden. Die zweite Siliziumnitridschicht oben auf der Oxydschicht 15 wird dann entfernt.
Nach dem Verfahrensschritt, der in der Figur 6 dargestellt ist, enthält das Material 18 Akzepte: lie schneller als die Donatoren im Material 18 diffundieren, b^a Akzeptoren können beispielsweise Gallium oder Bor und die Donatoren Antimon oder Arsen sein. In der nachstehenden Tabelle sind verschiedene Kombinationen von Donatoren und Akzeptoren aufgeführt, die sich im Sinne der Erfindung bewährt haben.
a) Für NPN-Transistoren
Dotierungsmittel für
den Emitter die Basis die Kontaktierungszone
As B B
As B Ga
Ab Ga B
As Ga Ga
As Al B
As Al Ga ;
Sb B B
Sb B Ga
Sb „^*. Ga B
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Dotierungsmittel für
den Emitter Die Basis
Sb Ga
Sb Al
Sb . Al
P . Al
P Al
b) Für PNP-transistoren
B P
B P
B P
Ga P
Ga P
Ga P
die Kontaktierungsζone Ga B
Ga B
Ga
Sb
As
P-
Sb
As
Das ganze Gebilde wird dann auf eine Temperatur zwischen 900°C und 12000C gebracht und so lange auf dieser Temperatur belassen, daß die schneller diffundierenden Stoffe, hier also die Akzeptoren, die Basiszonen 20 bilden, die in der Figur 7 dargestellt sind, und zwar so, daß die Dicke dieser Basiszonen etwa konstant 1 Mikron beträgt. Die Basiszonen 20 sind demzufolge P-leitend dotiert, und die Dotierungskonzentration liegt zwischen 10 und
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10 Atomen/ccm. 10 Atome/ccm sind ein typischer Wert. Die Übergänge 21 und 22 zwischen dem Emitter und der Basis sowie zwischen der Basis und dem Kollektor werden also gleichzeitig in
inem einzigen Diffusionsschritt hergestellt, und die Basiszonen 20 folgen automatisch dem Verlauf des oder der Emitter, und außerdem werden sie automatisch durch die bereits eindiffundierte Basiskontaktierungszone 14 kontaktiert. Wenn dagegen ein PNP-Transistor hergestellt werden soll, wird das Material 18 mit Donatoren abgeschieden, die schneller als die Akzeptoren im Material 18 diffundieren. In diesem Fall kann man als Donator Phosphor und als Akzeptor Bor oder Gallium verwenden. In beiden Fällen verhält sich die Dicke des Emitters zur Dicke der Basis mindestens wie 3 zu 1.
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Nun wird als nächstes an der Kontaktierungszone für die Basis ein ohmscher Kontakt angebracht. Hierzu wird nach üblichen Verfahren, beispielsweise Photoätzverfahren, in der Oxydschicht 15 ein Loch hergestellt, so daß ein Teil der Oberfläche der Kontaktierungszone 14 wieder frei liegt, wie es in der Figur 8 dargestellt ist. Anschließend wird oben auf dem Gebilde nach Figur 8 eine Metallschicht aufgedampft. Diese Metallschicht wird dann in eine Basiszuleitung 24 und in eine Emitterzuleitung unterteilt, wie es in Figur 9 dargestellt ist. Dieses kann wieder mittels eine üblichen Photoätzverfahren durchgeführt werden, nach dem im Falle von Aluminium ein Ätzmittel aus 76% Phosphorsäure, 655 Essigsäure, 3% Salpetersäure und 155? Wasser verwendet wird. Auf diese Weise verbindet die Emitterzuleitung 25 alle oder nur eine gewünschte Anzahl der Emitterzonen 18 miteinander, und man kann auch zur Herstellung von Transistoren mit mehreren mittern mehrere Emitterzuleitungen erzeugen. Alle Emitterzonen sind bis auf die dünne Kontaktierungszone für die Basis streng voneinander getrennt, und daher können die einzelnen Emitterzonen auch praktisch unabhängig voneinander arbeiten.
Wie man der Figur 9 entnehmen kann, is;t durch das Herstellungsverfahren bedingt, daß die Basiszonen oder Schichten kontaktiert werden, ohne daß es erforderlich ist, die richtigen Stellen für die Basiskontakte zu suchen. Die Basiskontaktierungszone steht mit allen Basiszonen des Transistors in Verbindung und weist einen sehr hohen Leitwert auf. Es brauchen also keine komplizierten verzahnten oder ineinandergreifende Kontaktanordnungen verwendet werden, wie es bisher bei bekannten Hochfrequenztransis- ;oren üblich war. Da die Basiskontaktierungszone einen sehr ionen Leitwert besitzt, kann die Basiszone selber ohne einen übermäßig hohen Leitwert hergestellt werden. Somit kann auch der Emitterwirkungsg^ad verhältnismäßig hoch gemacht werden, da sich dieser Wirkungsgrad im wesentlichen wie das Verhältnis der Leitfähigkeit von Emitter und Basis ändert. Dadurch ist die Herstel« ,ung γόη Transistoren mit mehreren Emittergebi^ten möglichs die «kanntlich bei Hocbfrequens- und Leistungeanwendungen große
Vorteile aufweisen, ohne daß die Schwierigkeiten auftreten, die mit dem sonst üblichen tfbereinanderlegen mehrererMasken verbunden sind. . . . .
Die Figur 10 zeigt nun einen erfindungsgemäßen Transistor von oben. Dieser Transistor kann für sich selbst hergestellt sein. Er kann auch Bestandteil eines integrierten Schaltkreises sein. Die Emitterzuleitung 25 ist über das epitaxial abgeschiedene Material in den Gebieten 18 gelegt, so daß sämtliche Gebiete 18 kontaktiert sind, während die Basiszuleitung 24 über Öffnungen in der Oxydschicht 15 gelegt ist, die zu beiden Seiten der Emitterzuleitung liegen. Diese Ausführungsform des Transistors wurde auf einer N-leitenden Schicht 11 eines Halbleiters 26 hergestellt, die vom REst eines integrierten Schaltkreises durch eine P-leitende Schicht 27 getrennt ist. Als Kollektorzuleitung zur Schicht 11 dient die Leitung 28.
Nach dem eben beschriebenen Verfahren kann man außer Transistor ren auch andere Halbleiterbauelemente wie steuerbare Halbleitergleichrichter oder Thyristoren herstellen. In diesem Fall wird die Schicht 10 (Figur 9) stark P-leitend gemacht und die Schicht 11 wird so ausgebildet, daß ihr Widerstand und ihre Abmessungen
rößer als im Falle eines Transistors sind. Die Gebiete 18 sind dann die Emitter oder die Kathoden des Thyristors, während die Schichten 20 die Basen des Thyristors sind. Die ursprüngliche Kontaktierungszone 14 übernimmt die Funktion der Steuerzone, und die Leitung 24 ist dann die Steuerleitung* Bei einem so hergestellten Thyristor werden alle Emittergebiete gleichzeitig aufgesteuert, so daß auch der ganze Thyristor prompt und gleichför- ; nig gezündet wird. Die Möglichkeit eines Durchbrennens des Thyistors ist dadurch erheblich herabgesetzt« "
Ss ist also ein Verfahre» aiii* Herstellung von ΐ?1|ίΐϊίβ*βιι Koehfrs* auenztransistoren beschrieben Morden, bei dem ei »ögltefe lit, die Breiten der Basiszonen sehr genau, einzustellen und eintuhalben. Der Emitter-Basis-0b«rg&ng und de» Bagis*Koi,iekfeoi««öb«3?tang
werden gleichzeitig in einem einzigen Diffusionsschritt hergestellt, und die Kontaktierung der Transistorübergänge erfolgt, ohne daß es erforderlich ist, die hierzu benötigten Stellen besonders zu suchen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, für die Basisanschlüsse besonders ineinandergreifende oder verzahnte Kontakte zu verwenden, da die Leitfähigkeiten der Basiszonen und der Kontaktierungszone für die Basis voneinander unabhängig sind. Man kann daher die Basiswiderstände sehr klein und den Emitterwirkungsgrad sehr groß machen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es außerdem, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen die Dotierungskonzentrationen für die Basis und den Emitter genau einzustellen und auch einzuhalten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Halbleiterbauelemente dadurch hergestellt, daß Donatoren und/oder Akzeptoren in ein Halbleiterscheibchen eindiffundiert werden, ohne daß es erforderlich ist, als Diffusionsmaske eine Oxydschicht zu verwenden.
Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen noch zwei Beispiele angegeben werden. In diesen beiden Beispielen sind numerische Werte für einige Parameter angegeben, die bei der Herstellung von Transistoren mit Erfolg benutzt wurden. Da der Durchschnittsfachmann an Hand dieser Beispiele in der Lage ist, auch andere Verfahrensparameter zu finden, soll damit keine Einschränkung verbunden sein.
Beispiel 1
Ein PNP-Transistor wurde wie folgt hergestellt: Man geht von
20 einem Siliziumscheibchen aus, das mit 10 Boratomen/ccm dotiert ist. Dieses Scheibchen wird kurz in HCl-Gas geätzt. Als nächstes wird auf der kristallographischen 111-Fläehe des Siliziumseheibchens eine etwa 10 Mikron dicke Schicht epitaxial abgeschieden, die gleichförmig mit 3x10 ' Boratomen/ccm dotiert ist. Dieses erfolgt durch übliche Reduktion von Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff in einer leicht borhaltigen Atmosphäre. Hierbei lag das Bor in der Form von B0H/. vor, und es wurden einige
10 Teile dieser Borwasserstoffverbindung auf 10 Teile verwendet.
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Das epitaxiale Abscheiden dieser 10 Mikron dicken Schicht erfolgt bei einer Temperatur des Siliziumscheibchens von etwa HOO0C. Als nächstes wird das Scheibchen in trockenem Sauerstoff 10.Stunden lang auf einer Temperatur von 10000C gehalten. Dabei bildet sich eine Oxydschicht mit einer Dicke von etwa 2700 A*. Diese Temperatur von 10000C wird nun in einer Atmosphäre von trockenem Helium für weitere 2 Stunden aufrecht erhalten. Die Oxydschicht wird als nächstes mit einer Schicht aus einem ph'otoempfindlichen Kunststoff überzogen.
Um Anordnung, Große und Anzahl der Basiskontaktierungszonen zu bestimmen, wird die Kunststoffschicht auf übliche Weise mit ultraviolettem Licht in dem entsprechenden Muster oder Bild belichtet. Dieses Muster besteht aus einer Anzahl von Quadraten mit einer Seitenlänge von etwa 0,1 mm, die sich alle 0,38 mm wiederholen. Der unpolymerisierte Kunststoff wird dann nach den Vorschriften des Herstellers entfernt, und die stehen gebliebene Kunststoffschicht wird eine Stunde lang bei 2000C ausgehärtet. Nun wird das entstandene Muster auf die Siliziumdioxydschicht übertragen. Hierzu wird 3 Minuten lang mit gepufferter Flußsäure geätzt. (10 Teile 40$ NH^P auf 1 Teil 48*-ige HF). Dadurch wird das Silizium an den Stellen, die die Basiskontaktierungszonen werden sollen, in einer Anzahl von Quadraten freigelegt. Nun wird die Kunststoffschicht entfernt. Anschließend werden die N -leitenden Kontaktierungszonen ein Mikron tief in das Scheibchen eindiffundiert. Hierzu wird das Scheibchen 114 Minuten lang in einem Gasstrom auf einer Temperatur von 10000C gehalten, der wie folgt zusammengesetzt ist: 1000 ccm/min Stickstoff, 1 ccm/min Sauerstoff und 40 ccm/min einer Mischung aus 1900 Teilen PCI, und 1000000 Stickstoff. Die Oberflächenkonzentration beträgt dann 1x10 * Phosphoratome/ecm. Nun wird auf den Kontaktierungszonen für die Basen eine 1000 8 dicke Siliziumdioxydschicht hergestellt. Hierzu wird das Scheibchen für eine Stunde in trockenem Sauerstoff auf einer Temperatur von 10000C gehalten. Nun wird das Scheibchen wieder wie oben mit einer Schicht aus einem photoempfindlichen Kunststoff überzogen, und auf diese Schicht wird
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mit ultraviolettem Licht das Muster oder Bild projiziert, das der Größe, der Anzahl und der Ausbildung der Emitter und der Basen der Transistoren entspricht. Wie oben werden dann die unbelichteten Teile der Kunststoffschicht entfernt, die restliche Schicht ausgehärtet und die freigelegten Gebiete der Siliziumdioxydschicht weggeätzt und anschließend auch die restliche ausgehärtete Kunststoffschicht beseitigt. Das eingeätzte Muster besteht aus 8 kreisförmigen Löchern mit einem Durchmesser von 8 Mikron, die in zwei Reihen zu je 4 Löchern angeordnet sind. Der Abstand von Mitte zu Mitte zweier nebeneinander liegender Löcher beträgt 20 Mikron. Nun wird das Scheibchen in ein Reaktionsgefäß eingesetzt und kurzzeitig im Vakuum auf 12000C gebracht, um von der Siliziumoberfläche alle restlichen Oxyde zu entfernen, an der noch weiteres Silizium epitaxial abgeschieden werden soll. Nun wird das Scheibchen auf 7000C gebracht und leicht mit Chlorgas geätzt, um von dem durch die Oxydschicht nicht abgedeckten Silizium etwa 2 Mikron abzutragen. Nun wird in diesen eingeätzten Löchern durch die Löcher in der Siliziumdioxydschicht von 8 Mikron Durchmesser hindurch durch Jodtransport von Silizium eine 6 Mikron dicke einkristalline Schicht epitaxial abgeschieden. Diese epitaxiale Schicht ist mit
on Λ ft
5x10 Boratomen/cem und mit 1x10 Pßosphoratomen /ecm dotiert.
Hierzu wird das Scheibchen für 1,5 Minuten bei einer Temperatur von 10500C in einem Abstand von etwa 1 mm einem Siliziumstück gegenüber gestellt, das auf einer Temperatur_von etwa 10000C gehalten wird. Der Joddampfdruck beträgt etwa 2 torr. Nun wird das Scheibchen 30 Minuten lang in einer inerten Atmosphäre auf 10500C gehalten. Dadurch diffundieren sowohl Bor als auch Phosphor aus der 6 Mikron dicken, epitaxial abgeschiedenen Schicht in das leicht P-leitende Kollektorgebiet des Transistors hinein, und zwar das Bot» bis zu einer Tiefe von etwa 0,6 Mikron und der hosphor bis zu einer Tiefe von etwa 1,6 Mikron. Auf diese We1I- #9 entsteht eine 1 Mikron breite N-leitende Basiszone, deren Breite sehr gleichförmig ist und die automatisch mit der bereits hergeot«} lt<m Easiskontaktierungszone in elektrischer Verbindung efceht. Als nächstes werden in dis Oxydschicht mit gepufferter
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Flußsäure dort Kontaktlöcher eingeätzt, wo die Basiskontaktierungszonen liegen. Jetzt wird das Scheibchen mit Aluminium metallisiert, um die Basiskontaktierungszonen und die Emitter getrennt elektrisch anzuschließen. In diesem Pail bestehen die Emitter aus den epitaxial abgeschiedenen P -leitenden Gebieten, deren Durchmesser 8 Mikron beträgt, die durch die Aluminiummetallisierung elektrisch alle parallel geschaltet sind. Jetzt wird das ganze Scheibchen geritzt und in Würfel gespalten, die die einzelnen Transistoren enthalten, und jeder einzelne Würfel wird auf einen Sockel gesetzt und mit elektrischen Anschlußdrähten versehen.
Beispiel 2 <
Ein NPN-Transistor wird wie folgt hergestellt: Man geht von
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einem Siliziumseheibchen aus, das mit 10 Boratomen/ecm dotiert ist. Dieses Seheibchen wird kurz in HCl-Gas geätzt. Als nächstes wird auf der kristallographischen 111-Fläche des Scheibchens eine 10 Mikron dicke Schicht epitaxial abgeschieden, die einkristallin und gleichförmig mit 3x10 Phosphoratomen/ccm dotiert ist. Hierfür wendet man die übliche Reduktion von Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff in einer leicht phosphorhaltigen Atmosphäre an. Der Phosphor liegt hierbei als Phosphorwasserstoff in einer Konzentration von einigen 10~* vor. Während der Reduktion des Siliziumtetrachlorides wird das SCheibehen auf einer Temperatur von HOO0C gehalten, Als nächstes wird auf dem Seheibchen eine 27ΟΟ 8 dicke Oxydschieht hergestellt. Hierzu wird das Seheibchen 10 Stunden lang in trockenem Sauerstoff auf einer Temperatur von 10000C gehalten· Anschließend wird die Temperatur des Scheibchens für weitere 2 Stunden in einer Atmosphäre von trockenem Helium auf 10000C gehalten» Die Oxydschieht wird als nächstes mit einem photoempfindlichen Kunststoff überzogen, wie er beispielsweise unter der Bezeichnung KMER von der Eastman Kodak Company, Rochesters New York vertrieben wird. Auf Sie Kunststoff* schicht wird nun auf übliche Weise mit ultraviolefetem kieht das viuster projizierts das sieh aus der ~ geittißeehteft Anordnung Aw
ü'04 eaT/ oaai"'"' " '" :--v "*-' J":''"
Basiskontaktzonen sowie ihrer Anzahl und Größe ergibt. Dieses Muster besteht aus einer Anzahl von Quadraten mit einer Seitenlänge von etwa 0,1 mm, die sich alle 0,38 mm wiederholen. Der nicht polymerisierte Kunststoff wird dann nach der Gebrauchsanweisung des Herstellers entfernt und die restliche Kunststoffschicht wird eine Stunde lang bei 2000C ausgehärtet. Das Muster wird nun auf die Siliziumdioxydschicht übertragen. Hierzu wird 3 Minuten lang mit 1 Teil einer 48-^-igen Plußsäure geätzt, die mit 10 Teilen 40 £-igem Ammoniumfluorid gepuffert ist. Das Silizium wird daher an den Stellen in Form von Quadraten freigelegt, die die Kontaktierungszonen für die Basen werden sollen. Jetzt wird die Kunststoffschicht völlig entfernt. Als nächstes werden in das Scheibchen die P+-leitenden Basiskontaktierungszonen 1 Mikron tief eindiffundiert. Hierzu wird das Scheibchen 20 -Minuten lang in einem Gastrom auf einer Temperatur gehalten, der folgende Zusammensetzung hat: 1,845 ecm/min Stickstoff, 0,55 ccm/min Sauerstoff und 15 ccm/min Bortrichlorid, verdünnt auf 0,25 % in Stickstoff. Die Oberflachenkonzentratxon beträgt dann 2x10 ^ Atome/ccm. Als nächstes wird auf den Kontaktierungszonen eine 1000 S dicke Siliziumdioxydschicht hergestellt. Hierzu wird das Scheibchen 1 Stunde lang in trockenem Sauerstoff auf einer Temperatur von 10000C gehalten. Auf diese Oxydschicht wird anschließend eine 1000 8 dicke Schicht aus Siliziumnitrid gelegt. Dieses geschieht bei 85O°C in einem Ofen unter Anwesenheit von SiHj. und Ammoniak. Nun wird bei einer Temperatur der Scheibchens von 5000C oben auf der Nitridschicht durch übliche Kathodenzerstäubung eine etwa 2000 8 dicke Molybdänschicht aufgebracht, und diese Molybdänschicht wird nach Abkühlung des Scheibchens auf Zimmertemperatur wie oben mit einer Schicht aus einem photoempfindlichen Kunststoff überzogen. Auf diese Kunststoffschicht wird mit ultraviolettem Licht ein Muster projiziert, das der Größe, der Anzahl und der Gestalt der herzustellenden Emitter und Basen' der Transistoren entspricht. Wie oben werden die nicht belichteten Teile .der Kunststoffschicht weggewaschen und die restliche Kunststoffschicht wird ausgehärtet. Jetzt wird die Molybdänschicht 30 Sekunden lang mit einer Mischung aus 16% Orthophps- ■
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phorsäure, 6% Eisessig, 3% Salpetersäure und 15% Wasser geätzt. Als nächstes wird das Scheibchen 15 Minuten lang in l80°C heiße Phosphorsäure getaucht, um das eingeätzte Muster auf die Siliziumnitridschicht zu übertragen. Nun wird das Molybdän weggeätzt, und das Muster wird auf die Siliziumdioxydschicht übertragen. Hierfür wird für 1,5 Minuten mit gepufferter Flußsäure geätzt. Dieses Muster ist das gleiche wie im Beispiel 1. Nun wird das Scheibchen in einem Reaktionsgefäß bei 7000C mit Chlor geätzt, um an den Stellen eine 2 Mikron dicke Siliziumschicht abzutragen, die nicht durch die Siliziumoxydschicht und die darüberliegende Siliziumnitridschicht abgedeckt sind. Jetzt wird in dem Reaktionsgefäß eine 6 Mikron dicke epitaxiale Siliziumschicht abgeschieden, die mit
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5x10 Boratomen/ccm und mit 5x10 Arsenatomen/ecm dotiert ist.
Dieses erfolgt bei 100O0C durch Reduktion von Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff in der Anwesenheit von B2Hg und AsCl,. Dieser Verfahrensschritt nimmt 45 Minuten in Anspruch. Jetzt wird auf dem Scheibchen bei 85O°C eine zweite Siliziumnitridschicht erzeugt, die mit dem gleichen Muster wie die erste Siliziumnitridschicht versehen wird. Silizium, das sich auf der ursprünglichen, tiefer liegenden Siliziumnitridschicht niedergeschlagen haben könnte, wird nun mit einem Ätzmittel entfernt, das aus 160 ecm Essigsäure, 0,5g Jod, 280 ecm Salpetersäure und 50 ecm 48#-iger Plußsäure besteht. Die beiden Siliziumnitridschiehten sorgen daher dafür, daß.nur dasjenige Silizium v/eggeätzt wird, das auf der unteren Siliziumnitridschicht aufliegt und daher stört. Nun wird alles Siliziumnitrid in 1800C heißer Phosphorsäure weggeätzt, das auf der zweiten, epitaxial abgeschiedenen Siliziumschicht liegt. Nun wird das Scheibchen eine Stunde lang in einer inerten Atmosphäre auf einer Temperatur von 1100 C gehalten. Dadurch diffundieren Bor und Arsen aus dem epitaxial abgeschiedenen Material in das leicht N-leitende Kollektorgebiet ein, und zwar das Arsen bis in eine Tiefe von 0,5 Mikron und das Bor bis zu einer Tiefe von 155 Mikron. Auf diese Weise werden P-leitende Basiszonen hergestellt, deren Breiten sehr gleichförmig sind und 1 Mikron befcragens und die automatisch mit den bereits hergestellten Kontakfcierungszonen elektrisch verbunden sind. Nun werden über den Kontakt!erungsBonen
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öffnungen erzeugt, das Scheibchen wird metallisiert, und schließlich wird das Scheibchen gespalten und die entstehenden Würfel werden einzeln auf Sockel aufgesetzt.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1/ Verfahren zur Herstellung von aktiven Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß ■ ein in einer Richtung dotiertes Kontaktierungsgebiet in einer entgegengesetzt dotierten Halbleiterschicht hergestellt wird, daß durch das Kontaktierungsgebiet hindurch mindestens ein bis in die entgegengesetzt dotierte Halbleiterschicht reichendes Loch geätzt wird, daß in diesem Loch zusätzliches Halbleitermaterial epitaxial abgeschieden wird, das sehr stark mit Dotierungsmitteln der entgegengesetzt Art dotiert ist, das aber auch Dotierungsmittel der ersten Richtung enthält, wobei die Dotierungsmittel der ersten Richtung schneller diffundieren als die Dotierungsmittel der zweiten Richtung, und daß das so hergestellte Gebilde erhitzt wird, so daß eine gezielte Diffusion der Dotierungsmittel der ersten Richtung aus dem zusätzlichen, epitaxial abgeschiedenen Halbleitermaterial in die entgegengesetzt dotierte Halbleiterschicht erfolgt. '
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial als Dotierungsmittel der ersten Richtung Gallium, Aluminium oder Bor und als Dotierungsmittel der entgegengesetzten Richtung Antimon, Phosphor oder Arsen verwendet werden,
    3· Verfahren nach AnsprUoh 1, dadurch gekenn-
    e lehnet, daß zur Herstellung des Kontaktierungsgebietes für die Basis in der entgegengesetzt dotierten Halbleiterschicht in diese entgegengesetzt dotierte Halbleitersohioht Dotierungsmittel der ersten Hiohtung in einer bestimmten Konsentration eindiffundiert werden*
    4» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Kontaktierungeg«* bietes auf der entgegengesetzt dotierten H&lblöitersohicht in
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    der ersten Richtung dotiertes Halbleitermaterial epitaxial abgeschieden wird.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Loches in dem Kontaktierungsgebiet die Oberfläche des Kontaktierungsgebietes mit einer ρassivierenden Schicht überzogen wird, daß in dieser passivierenden Schicht ein Loch hergestellt wird, und daß durch dieses Loch hindurch assivierenden Schicht hindurch das Loch in der Kontaktierungszone geätzt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die passivierende Schicht auf dem Kontaktierungsgebiet durch thermische Oxydation der Oberfläche des Kontaktierungsgebietes hergestellt
    7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zum Freilegen eines Teils der Oberfläche des Kontaktierungsgebietes eine Metallschicht hergstellt wird, die mit dem freiliegenden Teil des Kontaktierungsgebietes elektrisch verbunden ist, und daß eine zweite Metallschicht hergestellt wird, die "von der ersten Metallschicht isoliert ist, jedoch mit dem zusätzlichen, in dem Loch epitaxial abgeschiedenen Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial als Dotierungsmittel der ersten Richtung Phos phor, Antimon oder Arsen und als Dotierungsmittel der entgegengesetzten Richtung Gallium oder Bor verwendet werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , das Loch in der Kontaktierungszone an einer ganz bestimmten Stelle eingeätzt wird.
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    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
    daß das Loch an einer willkürlichen Stelle
    in das Kontaktierungsgebiet eingeätzt wird.
    11. Halbleitertransistor mit einer in einer Richtung dotierten Kollektorzone und einer entgegengesetzt dotierten Kontaktierungszone für die Basis des Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest ein Emittergebiet vorhanden ist, das in der ersten Richtung dotiert ist und durch die Kontaktierungszone hindurchragt, das jedoch auch in geringerer Konzentration Dotierungsmittel der entgegengesetzten Richtung enthält, daß zwischen den Emitter- und den Kollektorgebieten eine entgegengesetzt dotierte Basiszone vorhanden ist, die in die Basiskontaktierungszone übergeht, und daß die Basiszone an der Grenz fläche zur Emitterzone in einer Konzemtration mit Dotierungsmitteln der entgegengesetzten Richtung dotiertt ist, die niedriger als die entsprechende Dotierungskonzentration in der Basiskontaktierungszone ist, die jedoch etwa gleich der umgekehrten Dotierungskonzentration in dem Emittergebiet ist.
    12. Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurchg gekennzeichnet, daß die Konzentration der Dotierungsmittel der einen Richtun in der Emitterzone höher ist als die Konzentration der gleichartigen Dotierungsmittel in der Kollektorzone.
    13. Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone über die Grenzfläche zwischen der Kollektorzone und der Basiskontaktierungs zone hinwegragt, wobei die Basiszone eine konstante Dicke aufweist
    4. Halbleitertransistor nach Anspruch 11 , d a d u r c h gekennzeichnet,, daß die Dicke der Emitterzone mindestens drei Mal größer ist als die Dicke der Basiszone.
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    15· Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone und die Kontaktierungszone für die Basis nit den gleichen Dotierungsmitteln dotiert sind.
    16. Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial als Dotierungsmittel der ersten Richtung Phosphor, Arsen oder Antimon und als Dotierungsmittel der entgegengesetzen Richtung Bor,- Gallium oder Aluminium verwendet sind.
    17· Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsmittel der ersten Richtung Bor oder Gallium und als Dotierungsmittel der entgegengesetzten Richtung Phosphor, Antimon oder Arsen verwendet sind.
    18. Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone mit einem chemischen Element und die Basiskontaktierungszone.mit einem anderen chemischen Element dotiert sind/
    19. Halbleitertransistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Emitterzonen vorgesehen sind, die einen gewissen Abstand voneinander aufweisen und, gleichförmig in der einen Richtung dotiert, durch die Basiskontaktierungszonen hindurchragen, daß alle Emitterzonen in einer Richtung gleichförmig dotiert sind, jedoch auch in einer geringeren Konzentration Dotierungsmittel der entgegengesetzten Rieh" tung enthalten, daß weiterhin mehrere entgegengesetzt dotierte Bftsissonen vorhanden sind» die jeweils zwischen den Emitterzonen und <ltn Ba»iszon*n angeordnet sind, daß an der Grenzfläche zi| den Sfritterzonen die Konzentrat;5,on der entgegengesetzten Do« . fef.truag»aittel in den BtslMonen geringer ist *ls die Konaentra-,on der #ntsprechenden Dotiesuingsmittel in der
    ||f8ll/SI3|
    dFUGKNAL INSPECTED
    zone, und daß zumindest eine der Emitterzonen und zusätzlich eine Basiskontaktierungszone elektrisch mit einem Leiter verbunden sind. .
    20. Halbleitertransistor nach Anspruch 19. dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Dotierungsmittel der einen Richtung in dem Emittergebiet die Konzentration der Dotierungsmittel der gleichen Richtung in dem Kollektorgebiet übersteigt.
    21. Halbleitertransistor nach Anspruch 19, dadurch
    gekennzeichnet
    daß jede Emitterzone die
    irenzfläche zwischen der Kollektorzone und den Basiszonen überragt, wobei jede Basiszone eine praktisch konstante Dicke aufweist.
    22. Halbleitertransistor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle Emittergebiete durch einen einzigen elektrischen Leiter elektrisch parallel geschaltet sind.
    23. Halbleitertransistor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Basiskontaktierungszonen eine isolierende Schicht angeordnet ist, die mit Löchern versehen ist, durch die hindurch <jiie elektrischen Verbindungen zwischen deb Kontaktierungszonen für die Basen und der elektrischen Zuleitung hergestellt ist.;
    «3
    Leerseite
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