DE2064084A1 - Transistor mit Schottky-Sperrschicht - Google Patents
Transistor mit Schottky-SperrschichtInfo
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Description
27. Dezember 1970 Dr.Sciiie/E
Docket FI 969 022 Ü.S.A.-Serial-Ko. 889 04-7
Anmelder: International Business Machines Corporation,
Armonk, New York 10504 (V. St. A.)
Vertreter:Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Sehiering,
703 Böblingen/Württ., Westerwaldweg 4
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente, bei denen die gleichrichtenden Eigenschaften einer Schottky-Sperrschicht,
d. h. eines Metall-Halbleiterübergangs Anwendung finden. Die Erfindung betrifft außerdem Transistoren,
bei denen eine Metallage Berührungsflächen mit zwei Halbleiterschichten
verschiedenen spezifischen Widerstandes hat, wobei der Halbleiter mit dem niedrigen spezifischen Widerstand
einen Ohmschen Kontakt für das Halbleiterbauelement liefert. Die Erfindung betrifft ferner Methoden für die Fabrikation
solcher Bauelemente·
Halbleiterbauelemente» wie die typischen Junction-Transistoren,
bestehen aus einem einkristallinem Halbleiterkörper, der eine erste Halbleiterzone des einen Leitfähigkeitstyps
enthält, welche zwischen zwei anderen Halbleiterzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist. Die Berührungsflächen
bzw. Grenzflächen der Halbleiter-Zwischenzone oder Halbleiterbasiszone mit den beiden anderen Halbleiterzonen
bilden den Basis-Emitter-Übergang und den Basis-Kollektοü-Übergang.
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206408A
Die Ausführung des Junction-Transistors hängt im Hinblick
auf sein Frequenzverhalten von der Ansaranlungs-Ausnutzung der
in die Basis injizierten Ladungsträger und von der für diese Träger erforderlichen Zeit zum Durchfließen der Basis ab.
Das Frequenzverhalten des Transistors nimmt im Hinblick auf
seine Anwendung einen breiten Raum ein, weil es auf Grund der langsamen Trägerbewegung schon bei relativ niedrigen
Frequenzen in Erscheinung tritt und erfaßt werden muß. Im allgemeinen wird die Basis so dünn gemacht, daß die erforderliche
Zeit zum Durchfließen der Ladungsträger durch die Basis ein Minimum wird. Die mit der Bildung der äußerst
dünnen Schichten verbundenen Schwierigkeiten setzen praktisch Grenzen bei der Ausnutzung dieser Annäherung.
Eine andere Form des bisher verwendeten Junction-Transistors ist der Oberflächen-Sperrschicht-Transistor, auch Surface-Barrier-Transistor
genannt (vgl. z. B. .Joachim Dosse "Der Transistor" 4. Aufl. 1962 Seite 63 und W. Ei Bradley "Principles
of the Surface-Barrier-Transistor" Proc. Inst. Radio Engrs. Bd 41 (1953) S. 1702-1706). Bei diesem Oberflächen-Sperrschichttransistor
haben metallische Elektroden großer Flächenausdehnung Kontakt mit dem Halbleiterkörper.
Die Oberflächen-Transistoren dieses Typs sind nicht besonders leistungsfähig. Versuche, diese Leistungsfähigkeit zu
verbessern, haben das Legieren des Elektrodenmaterials mit dem Halbleitermaterial einbezogen, um den Emitter und den
Kollektor tiefer in den Halbleiterkörper einzuführen. Eine derartige Modifikation der Oberflächen-Elektroden-Annäherung
führt indessen zu neuen Problemen.
Eine Abweichung von der vorstehend erwähnten Type des Oberflächen-Sperrschicht-Transistors
ist von Atalla in der amerikanischen Patentschrift 3 121 809? ausgegeben am 18.
Februar 1964, beschrieben worden. Atalla erkannte, daß die
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Leistungsfähigkeit der Injektion der Minoritätsträger in
den Halbleiter aus einer Metall-Halbleiter-Sperrschicht niedrig ist, weil der meiste Strom, der durch solch eine Sperrschicht
fließt, durch Majoritäts-Ladungsträger gebildet wird,
die vom Halbleiter in das Metall fließen.
Die Bildung eines Transistors mit dünner Basis aus Metall zwischen einem Emitter und einem Kollektor des Halbleitermaterials
bringt den Vorteil der energetischen Majoritätsträger^Injektion
in die metallische Basis vom Halbleiteremitter zur Sammlung dieser Ladungsträger durch den HaIbleiterkollektor.
Transistoren dieses Typs haben nur eine beschränkte praktische Verwendung. Dies liegt an den Schwierigkeiten der Herstellung
der Metallbasis über der Kollektorelektrode und an der Positionierung des Emitterkristalls zu innigem Kontakt
mit der Metallbasis, während ein Teil der Basis für die Befestigung der äußeren Anschlüsse freigelegt bleibt.
Der Schottky-Sperrschichtkollektor-Iransistor, so genannt,
weil die Basis-Kollektor-Junction eine Schottky-Sperrschicht
mit der metallischen Seite als Kollektorzone bildet, hat die Vorteile einer Speicherzeit, die praktisch null ist, und
eines Kollektor-Serienwiderstandes, der praktisch null ist. Hinzu kommt, daß der Kollektor bei einer breiten Auswahl von
labrikationsmethoden und bei einer großen Materialauswahl gebildet werden kann.
Die Prinzipien der Arbeitsweise solcher Halbleiterbauelemente sind von G. A. May in der Zeitschrift "Solid State Electronics"
im Band XI, Seiten 603 bis 619 (1968) beschrieben. Die dort behandelten spezifischen Strukturen haben äußere
Kontakte zur Basiszone und zur Kollektorzone auf der oberen
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Oberfläche und zum Emitterkontakt auf der entgegengesetzten
Oberflächenseite.
Es ist schwieriger, bei integrierten Schaltungen Zwischenverbindungen
zu machen, wenn alle Außenkontakte nicht durch dieselbe Ebene des Halbleiterbauelements gebildet werden.
Die Elimination des Erfordernisses, Verbindungen zu verschiedenen Oberflächen des Transistors zu machen, würde die
Fabrikation vereinfachen und den Gebrauch einer breiteren Auswahl an Methoden und Materialien ermöglichen.»
Es besteht daher ein Bedürfnis zu einer Transistorstruktur, welche die funktionellen Vorteile des Schottky-Sperrschichtkollektor-Transistors
aufweist und welche mit allen Außenleitern von einer Oberfläche des Transistors fabriziert werden
kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen neuen und verbesserten Schottky-Sperrschichtkollektor-Transistor
zu schaffen. Andere Aufgaben, welche der Erfindung zugrunde liegen, ergeben sich aus der näheren Beschreibung
der Erfindungβ
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Tatsache, daß gewisse Metalle einen Schottky-Kontakt mit leicht dotierten
Halbleitermaterialien und einen Ohmschen Kontakt mit stark dotierten Halbleitermaterialien bilden.
Die Anwendung dieses Phänomens auf die Fabrikation von Transistoren
führt zu neuen Halbleiterbauelementen, bei denen die Schottky-Sperrschicht nach Sandwichart zwischen zwei
Halbleitermaterialien und nicht, wie es bisher aus Fabrikationsgründen notwendig gewesen war, auf einer Oberfläche
des Halbleiterbauelements liegt.
Im besonderen hat der Transistor nach der Erfindung eine
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Metallschicht, die nach Sandwichart zwischen einem leicht dotierten Halbleiter vom N-Leitfähigkeitstyp und einem stark
dotierten Halbleiter vom N-Leitfähigkeitstyp liegt, wobei der leicht dotierte Halbleiter als Basiszone des Transistors
wirksam ist und wobei der stark dotierte Halbleiter vom N-Leitfähigkeitstyp wiederum an diejenige Zone angrenzt, in
welcher der Halbleiter vom P-Leitfähigkeitstyp ist, so daß der sich ergebende PN-Übergang der Emitter-Basis-Übergang
des Transistors ist. Die Berührungsfläche der leicht dotierten Halbleiterzone und der Metallschicht bildet eine
Schottky-Sperrschicht. Sie stellt die BaJLS-Kollektor-Junction
dar«, f
Zusammenfassend enthält der Schottky-Sperrschicht-Transistor
nach der Erfindung folgende Kombination: Eine erste Zone aus halbleitendem Material besitzt Störstellenatome vom Akzeptorentyp·
Eine angrenzende zweite Zone des halbleitenden Materials weist eine vorbestimmte niedrige Konzentration
an Störstellenatomen des Donatorentyps auf. Mit der erwähnten zweiten Zone hat eine Metallage Berührung. Eine
dritte Zone aus relativ hoch leitfähigem Halbleitermaterial steht in Kontakt mit der erwähnten Metallage und besitzt
eine hohe Konzentration an Störstellenatomen entweder vom Donatortyp oder vom Akzeptortyp. In einem typischen, er- M
findungsgemäßen Halbleiterbauelement ist die "erste Zone"
als P+ Diffusionsbereich in der "zweiten Zone" gebildet,
welche vom N Leitfähigkeitstyp ist und aus Silicium besteht. Das "Metall" ist Platin. Die "dritte Zone" ist durch P+
Diffusion in ein monokristallines Siliciumplättchen entstanden.
Emitterzuleitung, Basiszuleitung und Kollektorzuleitung
stehen in Kontakt mit der ersten, bzw. zweiten, bzw* dritten Zone.
Ein Halbleiterbauelement kann somit gemäß der Erfindung
■,::t,»r Verwendung 'J er Methoden des konventionellen Plab-
1 0 9 ', V f: / 1 7 3 3
G/M/U. 7
tierens, des Kristallzücliens und der Diffusion fabriziert
werden·
Ein stark dotiertes monokristallines Silicium-Substrat, ^
welches Störstoff vom N-Typ aufweist, kann als Ausgangsmaterial
benutzt werden. Auf der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers
sind getrennte Bereiche aus Platinsilicid und P Typ-Halbleiter durch bekanntes metallisierendes Maskieren
und durch Diffusionsmethoden gebildet.
Monokristallines N-Typ-Silicium wird epitaktisch über den
Platinsilicid- und P+-Bereichen gezüchtet. Siliciumoxid wird
dann über der Epitaxialschicht aufgezüchtet oder niedergeschlagen,
und Fenster werden über den Platinsilicid-Polstern
und über dort diffundierten P-Typ-Verunreinigungen geschnitten. Kontaktfenster werden zu der N-Typ-Siliciumschicht
geöffnet. Die Metallisierung der exponierten P+ und N-Halbleiterbereiche liefert den Emitterkontakt bzw. den
'Basiskontakt. Der Kollektorkontakt kann durch" Metallisierung der unteren Oberfläche des N+Silicium-Ausgangsmaterials hergestellt
werden.
Während die Erfindung die Konfiguration, in welcher externe Kontakte auf entgegengesetzten Oberflächen eines Transistors
vorgesehen sind, einschließt, ist sie auch vorteilhaft beim Herstellen von Halbleiterbauelementen, in welchen die Außenkontakte
auf einer einzigen Ebene liegen, verwendbar,.
Zum Beispiel können uniplanare Halbleiterbauelemente durch Diffusion einer P-Typ-Verunreinigung in ein N-SiIicium-Substrät
und durch Niederschlagen eines Platinsilicidpolsters
in den sich ergebenden P+Bereich ausgeführt werden. Epitaktisches
Aufwachsen eines N-Typ-Bereiches und die dort vorgenommene
P+ Diffusion des Platinöilicidpolsters bis zu der
für eine genaue Einstellung der Basisbreite erforderlichen
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Tiefe geben die Basiszone bzw. die Emitterzone.
Die P+ Diffusion durch den Epitaxialbereich vom N-Typ in
den P+Bereich, welcher das Platinsilicidpolster umgibt,
liefert den Kollektor, der sich hindurcherstreckt auf dieselbe Oberfläche, wo die Kontakte für den Emitterbereich
und für die Basiszone sitzen. Bei einer solchen Vorrichtung wird sich die Leitung konzentrieren über die Metall-Halbleiter-Grenzfläche,
obgleich der P+ Bereich in Kontakt mit dem Basisbereich ist, ebenso wie der Metallkollektor, da das
Feld dort stärker ist als an der Grenzfläche von Halbleiter zu Halbleiter. U
Die Auswahl des Materials zur Fabrikation der Bauelemente nach der Erfindung braucht sich nicht auf spezielle Erfordernisse
zu stützen. Die Halbleitermaterialien, die zur Bildung des Basisbereiches verwendet werden, müssen vom N-Leitfähigkeitstyp
sein. Der Halbleiterbereich, welcher den Ohmschen Kontakt zum Metallkollektorbereich bildet, kann
von irgendeinem Leitfähigkeitstyp sein und muß stärker dotiert sein als der Halbleiter des Basisbereichs·
Der Metallkollektor sollte dünn sein, damit epitaktisches Aufwachsen oder Auftragen von monokristallinem Silicium vom
N-Leitfähigkeitstyp möglich ist. Hinzu kommt, daß jede Le- ™
gierung oder Verbindung, welche das Metall bildet, mit dem Halbleiter-Substrat unter den Bedingungen für die Diffusion
des für den Emitterbereich erforderlichen P-Typ-Dotierungsstoff
stabil sein sollte*
Die Erfordernisse der Erfindung treffen das Platin am stärksten. Molybdän, das auch eine Schottky-Sperrschicht bildet,
und eine intermetallische Verbindung mit Silicium können auch verwendet werden. Molybdänsilicid hat jedoch nicht
ganz denselben Grad der Hitzestabilität wie Platinsilicid
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- 8 und ist daher bei der Erfindung nicht brauchbar.
Andere Metalle, welche Schottky-Sperrschichten bilden, wie
zum Beispiel das Aluminium, bilden nicht intermetallische Silicide, sondern geben vielmehr Legierungen. Diese Legierungen
sind nicht hitzestabil und neigen unter hohen Temperaturen, die man für die späterenDiffusions-Verfahrensschritte
braucht, zum Wandern. Ein solches Wandern ändert die Leitfähigkeits-Charakteristiken der Schottky-Sperrschicht
und beeinträchtigt die Produktqualität und die Gleichförmigkeitο
Das zur Bildung des Ohmschen Kontakts mit dem Metallkollektorbereich
verwendete Halbleitermaterial kann von irgendeinem Leitfähigkeitstyp sein. Es sollte jedoch stark leitfähig
sein. Der spezifische Widerstand sollte kleiner als etwa 0,02 Ohmcm sein und vorzugsweise im Bereich von 0,002
0hm cm bis 0,01 0hm cm liegen.
Das bei der Bildung des Ohmschen Kontakts mit dem Metallkollektor benutzte hochleitende Halbleitersubstrat sollte
20 eine Konzentration an Störatomen von mindestens etwa 10
Atomen pro cm besitzen. Die untere Grenze der Störstellenkonzentration
ist durch den relativen spezifischen Wider-QP stand des Basisbereichs bestimmt.
Wie bereits oben dargelegt, sollte der im Ohmschen Bereich verwendete Halbleiter stärker hochleitend sein als die
Basiszone. Es ist jedoch nicht kritisch, Halbleiter von ungleichen Leitfähigkeitstypen zu verwenden. Es können daher
auch Halbleiter vom N-Leitfähigkeitstyp benutzt werden,
jedoch mit einem Ohmischen Bereich, der eine hohe Konzentration an Störatomen enthält.
Aus praktischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn der Basis-
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"bereich aus einem Halbleiter vom N-Leitungstyp besteht.
Germanium oder Silicium mit irgendeinem N-Typ-Störstoff,
wie Phosphor, in einer relativ niedrigen Konzentration,
17 3
zum Beispiel von weniger als etwa 10 ' Atomen pro cm , liefern den gewünschten spezifischen Widerstand in einem
Bereich von 0,o7 bis 5»0 Ohm cm.
Der Ohmsche Bereich kann ähnlich aufgebaut sein, er kann
zum Beispiel entweder aus Germanium oder aus Silicium bei einer Dotierung mit irgendeinem H-Typ-Störstoff, jedoch in
19 3
einer Konzentration, die größer als 10 Atome pro cm ist
bestehen, so daß dieser Bereich relativ leitfähig ist·
Die Bauelemente nach der Erfindung werden mit konventionellen Methoden dargestellt;. So wird beispielsweise ein Metall
wie Platin auf die Oberfläche eines Halbleiters niedergeschlagen bzw. aufgebragen, der einen hohen Pegel an Dotierungsstoffen
enthält, wobei der Niederschlag in den Halbleiterkörper durch Hitzebehandlung im Temperaturbereich von
etwa 4000G bis 5000G diffundiert wird.
Besteht der Halbleiterkörper aus Silicium, dann führt die
Diffusion zur Bildung des Metallsilicide. In ähnlicher Weise entsteht Gerinaniumsilicid, wenn der Halbleiterkörper aus
Germanium besteht.
Die Lage aus if-Typ-HalbLeiber wird dann über den Metallniederschlag
aufgetragen, um die Basiszone zu ersbellen»
Dann wird ein P-Typ-Einitiberbureloh gebildet.' Dies geschieht
zum Beispiel durch Diffusion eines P-T,yp-Sbörsboffes in die
N-Typ-Baais oder durch Lf leder ach lag- eines monokristallinen
Halb Leibers, der P Typ-Verunreinigungon anbhälb. Der P-Typ-Bereich
wird dann ionLb't.er -lea Trana.usborbauelomenba·
Die Sbi-ukbur kann auch eine P'1" laolafci.onswaiid enbnalben,
- 1,0 -
1 0 JJ J; ? H / 1 7 \ *\
BAD
- ίο -
welche die Metallage umgibt, um den Transistor von anderen Teilen des halbiertenden Bauelements zu isolieren, wodurch
die Fabrikation des Bauelements in Kombination mit anderen Bauelementen als eine integrierte Schaltung ermöglicht wird.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für eine bevorzugte Ausführungsform näher er- läutert.
Aus dieser detaillierten Beschreibung sind auch die bereits vorstehend erörterten Ziele der Erfindung, die
Merkmale der Erfindung und die durch die Erfindung erzielten technischen Vorteile beim Ausführungsbeispiel ersichtlich.
Fig. 1 ist eine Ansichtsdarstellung eines Halbleiterbauelements
gemäß der Erfindung und zwar in Form des biplanaren Transistors.
Fig. 2 ist eine Ansichtsdarstellung eines uniplanaren Transistors nach der Erfindung, bei dem die externen Kontakte
durch eine einzige Oberfläche verfügbar sind und welcher leicht mit anderen Stromkreisbauteilen
integriert werden kann.
Fig. 5 und Fig. 4- repräsentieren aufeinanderfolgende Verfahrensstufen
bei der Fabrikation des Halbleiterbauelements nach Fig. 2. ■ ,
In den Zeichnungen sind nur partiell integrierte Schaltungen gezeigt, weil die Halbleiterbauelemente in Verbindung
mit zusätzlichen Elementen benutzt werden können. Solche Elemente können zum Beispiel gebraucht werden, um andere
elektronische Funktionen durchzuführen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist der in Fig. 1 dargestellte biplanare Transistor. Das Halbleiterbauelement 1
enthält einen Halbleiterkörper 2, dessen spezifischer Wider-
- 11 -
1 09.82B/ 1733
stand niedrig ist und der einen vorgegebenen Leitfähigkeitstyp aufweist.
Im Falle des Beispiels besteht der Halbleiterkörper 2 aus
Silicium vom H-Leitfähigkeitstyp wegen des Einschusses von
Arsen oder Phosphor als Dotierungs-Verunreinigung. Er hat
einen Widerstand von weniger als 0,01 Ohm cm. An der Oberfläche sind getrennte Halbleiterbereiche 3 und Metallbereiche
4- vorgesehen·
Im Falle des Beispiels ist die Zone 3 durch Diffusion eines
Donator-Störstoffes, wie Arsen, in die Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 entstanden. Der Metallbereich 4- ist durch
Aufdampfen oder durch Aufdampfen unter Verwendung einer Maske zur Abdeckung der P+ Bereiche hergestellt. Das Metall,
im vorliegenden Falle Platin, kann zu einer kristallinen Verbindung, dem Silicid, durch Erhitzung im Stickstoff bei
400°-600° C innerhalb von 20 Minuten konvertiert werden.
Überschüssiges Metall kann mit Königswasser entfernt werden,.
Der Platinsiliciumbereich steht an der Grenzfläche 5 im
Ohmschen Kontakt. Der N-Leitungstyp-Basisbereich 6 wird dann durch epitaktisches Aufwachsen über den getrennten Bereichen
3 und 4· hergestellt. Die Leitfähigkeit wird durch Gebrauch eines vorbestimmten Betrages an Störsubstanz eingestellt,
der von einer niederen Größenordnung ist als im Bereich 2. Die Storsubstanzkonzentration sollte im Bereich
14- 17 3
von 10 bis 2·10 ' Atomen pro cm liegen, um einen spezifischen
Widerstandwert zu erhalten, der von 0,07 bis 5,00 0hm cm reicht.
Die Junction 7 der Bereiche 4- und 6 bildet die Schottky-Sperrschicht,
welche als Kollektor im Halbleiterbauelement dient·
- 12 - ■
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20.6 A08 k
Die P+ Zone 3, welche die N+ und N Bereiche 2 und 6 trennt,
vermindert den Kanteneffekt und verbessert die Umkehrspannungsfähigkeit,
womit der leitende Kanal durch die Schottky-Sperrschicht 4· erstellt wird. Die P+ Diffusion bis zu einer
vorbestimmten Tiefe liefert den Emitterbereich 8 und den Basis-Emitter-Übergang 9· Die Tiefe, bis zu welcher die diffundierte
Zone sich ausdehnt begründet die Distanz (z. B. Bw) zwischen der Emitter-Basis-Junction 9 und der Kollektor-Basis-Junction
7· Je kleiner Bw ist, desto niedriger ist der Basisserienwiderstand und die Übertragungszeit der Ladungsträger.
Der einzige Nachteil des reduzierenden Bw ist, daß das Maximum der Kollektor-Emitter-Arbeitsspannung gleichzeitig
durch die Basis-Punch-Through und durch den Durchbruch
am Kollektorübergang begrenzt wird. Die N+ Diffusion gibt einen Basiskontakt 10 mit niedrigem Widerstand.
Die Siliciumoxydschicht 11 wird gezüchtet und geschaffen mit Hilfe der Fenster 12 und 13 für die Emitter- und Basiskontakte
14 bzw. 15· Der Sammelkontakt 16 kann durch an sich bekannte Methoden angebracht werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung
hat das besonders wünschenswerte Merkmal, daß alle externen Leitungen von einer einzigen Ebene ausgehen. Das generell
mit 101 bezeichnete Halbleiterbauelement hat ein monokristallines Siliciumsubstrat mit dem hochleitfähigen Diffusionsbereich
103 vom P+ Typ« Dieser Bereich 103 erstreckt
sich bis zu einer vorbestimmten Tiefe von der oberen Oberfläche 102 abwärts«
Die P+ Zone 103 umgibt die Metallage 104 die sich ebenfalls
von der oberen Oberfläche des Substrats 102 nach abwärts erstreckt, jedoch bis zu einer kleineren Tiefe als die P+ Zone.
Infolge der hohen Konzentration des Dotierungsstoffes in
- 13 -
10982R/1733
befindet sich die Metallage 104 im Ohmschen Kontakt mit dem
P+ Bereich, an der Grenzfläche 105· Das leitfähige Material
106 vom F-Typ mit einer niedrigeren Leitfähigkeit als die
P+ Zone 103» welche am oberen Teil der Oberfläche des Substrats
102 abgelagert ist, hat eine P Isolationswand 107 und
einen Kollektordurchgriff 108o Letzterer ist so gebildet,
daß er sich durch die Basis 106 in den P+ Bereich 103 erstreckt.
Der über der Metallage 104 abgelagerte Emitterbereich 109
vom P+ Typ und der sich in der Basis 106 nur teilweise aus- j
dehnende Basis-Kontakt-N+Bereich 110 werden durch geeignete ™
Diffusionsmethoden erstellt. Eine Oxydisolationsschicht 111, welche die Fenster 112, 113 und 114- über 109 bzw. 110 und
108 enthält, liefert einen Zugang für den Emitteranschluß
115, den Basisanschluß 116 und für den Kollektoranschluß 11%
Das Halbleiterbauelement nach Fig. 2 hat eine Schottky-Sperrschicht
am Übergang der Metallschicht 104 und dem Bereich 106 vom N Typ. Der P+ Typ-Bereich 109 und der N Typ-Bereich
106 bilden daher die Emitterzone bzw. die Basiszone eines Transistors, bei dem der Kollektor eine Schottky-Sperrschicht
ist.
Die P+ Zone 103» welche die Metallschicht umgibt, dient ei- ;
uer doppelten Funktion. Sie liefert ein Mittel zur Bestimmung
der Grenzen des Halbleiterbauelements als wenn sie fortlaufend ist mit den iBolabionswänden W/ und 108. Sie liefert
ferner das hochleibfähige Polster, durch weLches der
Qhmucho Kontakt bequem über 108 zur Schottky-Sperrschicht
hep;-;;eubetlb werden kann.
liuohn behend sei die Arbeit:;weae des HaLbIe Lter bun elements
nach Pifj» 2 beachriebene
- IA -
1 0 9 ü 7 « I 1 7 3 1
Die Anlegung des Potentials +V1 an den Kontakt 117 gibt
dem Kollektorjunction eine umgekehrte Vorspannung und bewirkt ein elektrisches Feld, das die durch den Emitter in
die Basis injizierten Defektelektronen anzieht. Dies ist
der Arbeitsmodus des Bauelements·
Wenn jetzt das Potential zu einer negativen Spannung geändert
wird, dann werden keine Defektelektronen vom Metall in die Basis injiziert. Da die Lebensdauer der Ladungsträger
im metallischen Kollektor äußerst kurz ist, z. B.
10 Sekunden oder weniger, gibt es praktisch im metallischen Kollektor keinen Ladungsspeicher. Daher ist die
Ansprechzeit des Halbleiterbauelements,nach der Erfindung
extrem kurz.
Das zum Herstellen der Struktur nach Fig. 2 verwendbare Verfahren sei nachstehend an Hand der Figuren 3 und 4 beschrieben.
Die Figuren 3 und 4 zeigen die Bauelemente nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Zwischenstufen des
Produktionsverfahrens«
Die Fig. 3 zeigt ein Substrat vom N-Leitfähigkeitstyp nachdem
eine P+ Diffusion 103 über dem oberen Teil der Oberfläche und nachdem die Bildung der Mßballage 104 über einem
Oberflächenteil der durch den P+ Diffusionsbereich bestimmten
Bereich stattgefunden hat„ Das Substrat kann spezifisch aus monokristallinem Silicium bestehen, An Stelle von
Silicium kann aber auch Germanium verwendet werden.
Die P'H Diffusion wird konventionell selektiv durch Niederschlagen
des P'1* Störsboffs unter Zuhilfenahme von Oxydmaskenmethoden
und durch Störsboff-Rückverteilung in das
Subs brat beim Erhitzen durchgeführt. Die Tiefe des diffundierten Bereichs 1st nicht kribisch, jedoch muß die Konzentration
der Störstoffe in dieser Zone wenigstens etwa
- 15 -
1 0 9 0 ■/ R / 1 7 ;1 3
20 "5
10 Atome pro cnr betragen, um ein hochleitfähiges Polster
zu schaffen.
Die Metallschicht 104· wird durch Aufdampfen oder durch
Kathodenzerstäubung einer 4-00 bis 600 % dicken Schicht aus
Metall wie z. B. Platin oder Molybdän auf einen Teil der durch die P+ Zone 105 definierten Oberfläche hergestellt.
Dabei werden geeignete maskierende Methoden angewandt, um
den Rest der Substratoberfläche zu schützen. Das Metall wird zur Reaktion mit dem Silicium gebracht, um durch 20 Minuten
langes Erhitzen in einem inerten Gas bei 500 bis 600° C ein Silicid zu bilden. Das überschüssige Metall wird dann %
entfernt. /
Die Figur 4- zeigt die Struktur des Bauelements gemäß der
Erfindung nachdem durch epitaktisch.es Aufwachsen eine Schicht des N-Typ-Halbleiters 106, die P Isolationswände 107 und
108, die sich bis zur P+ Zone erstrecken und die P+ Emitterzone
109 sowie der N+ Basiskontakt 110 entstanden sind.
Für das Einführen der Donatorstoffe in die Bereiche 107»
108 und 109 kann eine einzige Diffusionsoperation benutzt werden. Der Akzeptorstörstoff für den Basiskontakt 110
kann getrennt, aber rückverteilt mit der P Verunreinigung mt
im gleichen Heizzyklus eingeführt werden.
Die Tiefe,bis zu welcher der P+ Störstoff diffundiert wird,
und die Dicke der Epitaxialschicht 106 bestimmen die Basisbreite des Halbleiterbauelements. Im allgemeinen würde dies,
wenn die Epitaxialschicht 106 eine Dicke von 2 bis 4- Mikron hat, und wenn die P+ Verunreinigung bis zu einer Tiefe von
0,5 bis 2,5 Mikron diffundiert wird, eine Basisbreite von etwa 1,5 Mikron liefern. Das Optimum der Distanzen wird
zum Teil von der Konzentration der Störsubstanz im Basisbereich abhängen.
- 16 - '
109828/1733
Wie oben erwähnt, muß die Störstellenkonzentration genügend
17 -5
niedrig sein, d. h. weniger als 10 Atome pro cm betragen,
so daß der Halbleiter einen relativ hohen Widerstand hat, d. h. wenigstens etwa 0,070 Ohm cm aufweist.
Das reduzierte Frequenzverhalten, welches den hohen Basiswiderstand
begleitet, kann zum (Teil durch Reduktion der
Basisbreite und durch Abnahme der Träger-Übertragungszeit
vermieden werden.
Die besonderen Widerstandswerte, die Halbleiter, die Störstoffe
und der Entwurf der beschriebenen Bauelemente sind ausgewählt auf der Grundlage der gewünschten Charakteristiken
des Endprodukts und auf der Grundlage des Gebrauchs für den derartige Bauelemente einzusetzen sind»
Darüber hinaus können die Bauelemente nach der Erfindung auch auf einer großen Scheibe aus monokristallinem Halbleitermaterial
fabriziert werden, welches später aufgeteilt wird, um separate Baueelemente zu liefern.
Diese Ausführung ist in den Erfindungsbereich eingeschlossen,
obwohl in den Zeichnungen nur ein einzelnes Halbleiterplättchen dargestellt ist. Die Kontakte und die Verdrahtung
können durch irgendein Plattierungsverfahren und Bindungstechnik oder durch ein Thermokompression^verfahren hergestellt
werden.
Vorstehend wurde ein Schottky-Sperrschicht-Kollektor-Transistor
beschrieben, bei dem der Außenkontakt zum Kollektor durch einen hochleitenden Halbleiter besteht. Im Bedarfsfalle
können alle Außenleiter sich von ein und derselben Oberfläche des Halbleiterbauelements erstrecken.
Pat entansprüche - 17
10 9828/1733
Claims (12)
- - 17 -Patentansprüche' Transistor mit Schottky-Sperrschicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zone des halbleitenden Materials Störstoffatome vom Akzeptortyp enthält, daß zweitens eine daran angrenzende zweite Zone aus halbleitendem Material eine vorgegebene niedrige Konzentration an Störstoff atomen vom Donatortyp aufweist, daß drittens eine metallische Schicht eine Berührungsfläche mit der zweiten Halbleiterzone hat und daß viertens eine dritte Zone mit relativ hochleitfähigem Halbleitermaterial mit der Metallschicht Eontakt hat und eine hohe Konzentration an Störstellenatomen entweder vom Donatortyp oder vom Akzeptortyp besitzt»
- 2.) Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Zone Störstoffatome vom Donatortyp enthält.
- 3.) Transistor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Zone aus Material des gleichen Leitfähigkeitstyps zusammengesetzt sind.
- 4.) Transistor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Zone aus Material von ungleichem Leitfähigkeitstyp zusammengesetzt sind.
- 5.) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß die dritte Zone einen Widerstand be- .—2
sitzt, welcher kleiner als 2·10 Ohm cm ist.- 18 -1098 28/1733 - 6.) !Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Platin oder Molybdän besteht.
- 7·) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone eine Störstellenkonzen-20 3tration von mindestens 10 Atomen pro cnr aufweist»
- 8.) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone eine Störstellenkonzen-17 5tration von weniger als etwa 10 ' Atomen pro cm aufweist*
- 9.) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone einen spezifischen Widerstand von etwa 0,07 bis 5>0 0hm cm besitzt«
- 10.) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus monokristallinem Silicium besteht.
- 11.) Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Außenkontakte von einer einzigen Oberflächenseite des Halbleiterbauelements ausgehen.
- 12.) Verfahren zum Herstellen des Schottky-Sperrschicht-Transistors nach den Ansprüchen 1 bis .11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einem ersten Halbleitermaterial hergestellt wird, das eine vorgegebene Konzentration an Verunreinigungsatomen hat, daß eine Metallage auf einem Teil der Hauptflächen des Halbleiterkörpers hergestellt wird, daß in Kontakt mit der Metallage eine Lage eines zweiten Halbleitermaterials gebildet wird$ daß eine " niedrigere Konzentration an Verunreinigungsatomen enthält- 19 -109828/1733als das erste Halbleitermaterial, daß ein Bereich aus einem dritten Halbleitermaterial in Kontakt mit dem zweiten Halbleitermaterial und vom ungleichen Leitfähigkeitstyp hergestellt wird und daß externe Anschlüsse zu wenigstens zwei der Halbleitermaterialien vorgesehen werden,.109828/1733ίο ,Leerseite
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