DE2112114A1 - Hochfrequenztransistor mit flachem Emitter - Google Patents
Hochfrequenztransistor mit flachem EmitterInfo
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Description
Patentanwalt
DtpL-Ing. Werfer Jackisch
DtpL-Ing. Werfer Jackisch
7 Stuttgart N, Menzefatraße 40 ? 1 1 ? 1 1 A
12. hu(i
Western Electric Company Inc.
195 Broadway
New York, Ή. Y. 10007 / USA
A 32 198
Hochfrequenztransistor mit flachem Emitter
Die Erfindung betrifft Hochfrequenz-Siliziumtransistoren.
Es sind bereits verschiedene "^erfahren bekannt, um die Basisbreite
des Transistors zu vermindern und diesen für Hochfrequenz geeignet zu machen. Praktisch umfaßt dies oftmals Verfahren zur
Steuerung der Verfahreneschritte der Diffusion der Basis sowie
des Emitters. Fehler bei diesen Verfahrensschritten können hinsichtlich
der Basisbreite kumulativ sein und sogar zu einer Disproportionierung führen, wenn die Emittertiefe die gewünschte
Basisbreite übersteigt. Bei der Diffusion eines Emitters von 0,5^ in eine Basisschicht von 0,6^u zur Erzeugung einer Basisbreite
von 1000 A ergibt beispielsweise ein Fehler von 10 f» in
gerade einem der Diffusionsverfahrensschritte einen Fehler von 50 fo hinsichtlich der Basisbreite.
Eine bessere Kontrolle hinsichtlich der Basisbreite könnte man erzielen, wenn die Emittertiefe gering gemacht wird. Wenn jedoch
bei normalen Transistorgebilden der Emitter sehr flach gemacht wird, d.h. eine geringere Tiefe als 1000 α aufweist, so tritt
eine Rekombination an den Kontakten auf, und es wird ein verminderter Wirkungsgrad des Transistors erzielt.
Die Erfindung schafft einen Kochfrequenz-Siliziumtransistor mit einer Siliziumunterlage sowie einem daran vorgesehenen Kollek-
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tor-, Basis- und Emitterbereich. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Basisbereich eine Breite von weniger als 1000 2. sowie der Emitterbereich eine Tiefe von weniger als
1000 α aufweisen und der Emitterkontakt ein Metallsilizid ist,
das an Ort und Stelle in Berührung mit dem Emitterbereich ausgebildet wird.
Es ergab sich nunmehr, daß die Zwischenfläche zwischen gewissen Metallegierungskontakten sowie der Halbleiterunterlage von solcher
Qualität ist, daß die Wahrscheinlichkeit der Rekombination für injizierte Träger an der Zwischenflache im wesentlichen
gleich derjenigen in dem Blockmaterial ist. Auf diese weise erscheint
der Metallegierungskontakt den Minoritätsträgern als
eine Ausdehnung des Blockhalbleiters, d.h. des Emitters. Folglich kann der Emitter sehr flach gemacht wer'len, beispielsweise
im Bereich von 50 - 1000 λ, wobei eine präzise Kontrolle über das gesamte Transistorgebilde erzielt wird. Die Basisbreite kann
nunmehr wesentlich durch den Verfahrensschritt der Basisdiffusion gesteuert werden, so daß Basisbreiten der Größenordnung von
100 ΐ - 1000 A zuverlässig und reproduzierbar zu erhalten sind.
Die Metallegierungskontakte, welche die vorangehend erwähnten Ergebnisse ermöglichen, sind Suizide von Nickel, Titan, Zirkon,
Hafnium sowie die sechs Metalle der Platingruppe. Diese Metalle bilden verschiedene Silizidverbindungen, welche für den oben
beschriebenen Zweck wirksam sind.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert
. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transistors
im Schnitt,
Fig. 2A. 2B, 3A., 3B Verunreinigungsprofile einer Halbleiterfläche
zur Darstellung verschiedener erfindungsgemäß zu erzielender
Kennwerte.
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Der Transistor gemäß Piß. 1 -umfaßt einen η-leitenden Kollektorbereich
10 sowie einen p-leitenden Basisbereich 11. Der Basisbereich ist nach irgendeinen geeigneten Verfahren hergestellt,
zweckmäßigerweise durch Dotierung unter Anwendung der Ionenimplantation
oder nach einem üblichen Diffusionsverfahren. Ein Metallkontakt 12 wird an dem Basisbereich durch eine Oxidmaske
13 angebracht. Der Kontakt ist ein zweistreifiger Ohm'scher Kontakt und besteht beispielsweise aus Platinsilizid. Ein Emitterkontakt
14, ebenfalls aus Platinsilizid, kann bei dem gleichen Vorgang hergestellt werden. Ein ii"berdeckungskontakt 15
wird alsdann dem Basiskontakt zugeordnet. Die Überdeckung kann beispielsweise aus 41 oder einen anderen geeigneten Leiter bestehen,
beispielsweise einer Standardanschlußfahne. Der n-leitende
Emitterbereich 16 kann nunmehr durch Ionenimplantation
unter Verwendung der Oxidschicht als Maske oder durch Diffusion unter Verwendung der Oxidschicht als Maske durchgeführt werden.
Durch geeignete Dimensionierung könnte die Überdeckung auch als Maske verwendet werden. Die Oxidschichtmaske ergibt sich aus
Pig. 1 . Venn die Oxidschicht als -Taske verwendet wird, ist sie
dick genug herzustellen, um für Ionen undurchlässig zu sein. Unter Verwendung bekannter Diffusionsverfahren wird eine n-leitende
Verunreinigung, beispielsweise Arsen, durch den Metallsilizidkontakt
">4 diffundiert. Wahlweise kann der Emitterbereich
vor der Ausbildung des Metallsilizidkontaktes nach an sich bekannten Verfahren diffundiert werden. Ein zweckmäßiges
Diffusionsverfahren ergibt sich aus der USA-Patentschrift 3 066 052. Es kann zweckmäßig sein, die Verunreinigung zusammen
mit dem Platin abzusetzen, indem beispielsweise das Platin durch eine Umgebung aufgesprüht wird, welche die Verunreinigung enthält,
wobei eine Aufheizung erfolgt, um gleichzeitig die Verunreinigung zu diffundieren und das Platinsilizid zu bilden.
Diesem Verfahrensschritt kann ein weiterer Verfahrensschritt
folgen, welcher wenige Prozent einer geeigneten Verunreinigung dem niedergeschlagenen Kontakt zugibt.
Das Verfahren der Implantierung des Emitters durch den Metall-
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silizidkontakt hat besondere vorteile. Biese ergeben sich in
Verbindung mit Fig. 2A, 2B5 welche Verunreinigungsprofile an
einer Siliziumflache darstellen. "Fig. 2A ist ein Profil für eine
willkürlich gewählte, in eine als Basis dienende Siliziumflache
eingebrachte Verunreinigung. Die Ordinate zeigt eine steigende Verunreinigungskonzentration log Ne, während die Abszisse eine
steigende Tiefe d. gegenüber der ursprünglichen Oberfläche angibt.
Dieses Profil ist charakteristisch beispielsweise für Phosphor, der in ein p-leitendes Silizium bei 25 KeV implantiert
wurde. In diesem besonderen Pail tritt die Spitzenkonzentration
Cp bei etwa 350 8. auf, und die gesamte wirksame Emittertiefe beträgt 500 £. Das Profil ist voraussagbar, mit Ausnahme des gezeigten
anomalen Endabschnittes. Die außerordentliche Konzentration von Tiefenverunreinigungen kann sich durch Kanalbildung
oder durch irgendwelche unbekannten Diffusionsmechanismen ergeben, jedoch besteht die praktische wirkung in einer Verschlechterung
des Transistors. Wenn jedoch der Emitter durch eine Metallschicht
gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren implantiert wird, so tritt der anomale Endabschnitt nicht auf oder
wird vermindert. Dies ergibt sich aus dem Profil nach Fig. 2B. Der Emitter kann flach gemacht werden, indem die Dicke der Metallschicht
sowie die Ionenenergie so gewählt werden, daß die Konzentrationsspitze bei oder nahe der Oberfläche des Siliziums
auftritt. Beispielsweise wird das Profil nach Fig. 2B erhalten, wenn Phosphor durch 250 ?·. von Pt-Si bei einer Energie von 50 KeV
implantiert wird. Die Spitzenkonzentration tritt bei 250 S. (die
Zwischenfläche) bei einer Gesamtemittertiefe von 150 Ä auf. Dieses Emitterprofil ist spitz und beträchtlich flacher als der
unmittelbar in das Silizium implantierte Emitter.
Eine weitere Verbesserung des Emitterprofils kann in Nachfolge
zu dem vorangehend beschriebenen allgemeinen Verfahren erzielt werden, jedoch mit einer leichten Abwandlung der Aufeinanderfolge
der Verfahrensschritte. Dies ist in Verbindung mit Fig. 3A, 3B beschrieben. Fig. 3Λ zeigt eine Schicht 30 von 250 % Dicke
aus einem ein Silizid bildenden Metall, beispielsweise Platin,
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das auf die Siliziumunterlage niedergeschlagen wurde, jedoch
vorläufig nicht zur Reaktion gebracht wurde. Die Verunreinigung, im vorliegenden Pail Phosphor, wird bei 75 KeV durch die Metallschicht
implantiert, wobei sich das gezeigte Verunreinigungsprofil
ergibt. Die Spitzenverunreinigungskonzentration tritt wiederum an der Zwischenfläche auf (250 S.), wobei sich in diesem
Pail eine wirksame Emittertiefe von 200 2. ergibt. Die Verunreinigungskonzentration
an der Zwischenfläche beträgt > 10 / cm . Das Silizium wird alsdann auf 7000O über fünf Minuten aufgeheizt,
um das Metallsilizid zu bilden. Die Wirkung hiervon besteht in einer Konzentration der Verunreinigungen an der Si—
lizid/Silizium-Zwischenflache. Das resultierende Verunreinigungsprofiliergibt
sich aus Pig. 3B und ist außergewöhnlich spitz
und flach. Die Temperatur für die Ausbildung der Legierung reicht nicht zu einer wesentlichen thermischen Diffusion der
Verunreinigung in das Silizium aus. Ähnliche Ergebnisse werden
mit NiSi und den anderen Suizide bildenden Metallen gemäß der vorangehenden Beschreibung erzielt.
Um die Vorteile des flachen, mittels Ionenimplantation gebildeten Emitters entsprechend Pig. 2A, 2B zu erhalten, ist es nicht
wesentlich, daß der Kontakt ein Metallsilizid ist, obgleich dieses vorzuziehen ist. Gute Ergebnisse wurden auch beispielsweise
mit Goldkontakten von 250 α erzielt.
Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß ein Pt-Si-Kontakt
ohne die übliche Konzentration von Minoritätsträgern Rekombinationsstellen schafft. Daher erscheint bei Anwendung
auf Emitterbereiche der Kontakt als eine Ausdehnung des Halbleiters. Dies ermöglicht, daß der,Halbleiterbereich sehr flach
ist, was zu einer besseren Kontrolle der Basisbreite führt. Verfahren
zur Herstellung verwenden mit Vorteil das Ionenimplantationsverfahren zur Bildung sehr flacher, scharfer Emitterprofile.
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Claims (9)
- 21121U1 ./Hochfrequenz-Siliziumtransistor mit einem einen Kollektor-,Basis- und Emitterbereich aufweisenden Siliziumblock, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisbereich eine Breite von weniger als 1000 S sowie der Emitterbereich eine Tiefe von weniger als 1000 $. aufweisen und der Emitterkontakt ein Metallsilizid ist, das an Ort und Stelle in Berührung mit dem Emitterbereich gebildet ist.
- 2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil des Suizids aus der G-ruppe bestehend aus Nickel, Titan, Zirkon, Fafnruni sowie den sechs Metallen der Platingruppe gewählt ist.
- 3. Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach Anspruch 2, bei dem innerhalb einer Siliziumunterlage Bereiche für den Kollektor, die Basis sowie den Emitter gebildet werden, gekennzeichnet durch Herstellung elektrischer Kontakte für jeden Bereich, wobei der Emitterkontakt durch Fiederschlag einer IvIe — tallschicht eines ausgewählten Hetallbestandteils an der Oberfläche des Emitterbereiches gebildet wird, und Aufheizung der Metallschicht zur Bildung eines MetallsiIizidkontaktes.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich durch zusamnen erfolgendes Niederschlagen des Metalls auf der Siliziumunteriage zusammen mit der Verunreinigung erfolgt, um den Emitterbereich zu bilden, und daß die zusammen niedergeschlagene Schicht aufgeheizt wird, um den Emitterbereich zu diffundieren, während gleichzeitig der Metallsilizidkontakt gebildet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Platin ist, das zusammen mit einer kleinen Menge an Arson niedergeschlagen wird.109841/163921121U
- 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Emitterbereich bildende Verunreinigung auf der Oberfläche der Unterlage vor dem Niederschlagen der Metallschicht abgesetzt wird, so daß die Diffusion während der Bildung des Metallsilizidkontaktes gesteigert wird.
- 7. Verfahren nach \nspruch c, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammen niedergeschlagene Schicht auf 700 C aufgeheizt wird, um den Emitter zu diffundieren und das Metallsilizid zu bilden,
- 8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter durch Diffusion einer don Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung durch die Metallschicht vor der Herstellung des Metallsilizides gebildet wird.
- 9. Verfahren nach ^-Jispruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich durch Ionenimplantation der den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung durch die Metallschicht vor der Bildung des Metallsilizides hergestellt wird.109841/16?9BAD ORIGINALLeerseite
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