DE1157315B

DE1157315B - Flat transistor with a semiconductor body with three zones of alternating conductivity type and method of manufacturing

Info

Publication number: DE1157315B
Application number: DEP25083A
Authority: DE
Inventors: Mason Alonzo Clark; Alden Stevenson
Original assignee: Pacific Semiconductors Inc
Current assignee: Pacific Semiconductors Inc
Priority date: 1960-05-27
Filing date: 1960-05-27
Publication date: 1963-11-14

Description

Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit drei Zonen abwechselnden Leitungstyps und Verfahren zum Herstellen Die Erfindung bezieht sich auf einen Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit drei Zonen abwechselnden Leitungstyps.Surface transistor with a semiconductor body with three alternating zones Conductivity Type and Method of Manufacture The invention relates to a junction transistor with a semiconductor body with three zones of alternating conductivity type.

Bei Transistoren unterscheidet man im wesentlichen Spitzenkontakttransistoren, aus der Schmelze gezog,2nc Schichttransistoren, legierte Flächentransistoren und Diffusions-Flächentransistoren. Außerdem können auch verschiedene Kombinationen dilieser Typen benutzt werden. Die vorliegende Eifindung befaßt sich mit einem Transistor, der in seiner zur Zeit bevorzugten Ausführungsform ein Diffusions-Flächentransistor ist und der als eine Halbleitertriode oder als ein mchrere Schichtübergänge aufweisendes Bauelement, wie z. B. als eine Halbleitertetrod--, aufgefaßt werden kann. Bei dieser Art von Transistor werden die als Emitter und Kollektor wirkenden gleichrichtenden Sehichtübergänge oder Sperrschichten dadurch erzeugt,,daß# man zu einem N- oder P-leitenden Bereich eines Halbleitermaterials daran anstoßende andere 'Bereiche entgegengesetzten Leitungstyps herstellt.In the case of transistors, a distinction is essentially made between tip contact transistors drawn from the melt, 2nc layer transistors, alloyed junction transistors and diffusion junction transistors. Various combinations of these types can also be used. The present invention is concerned with a transistor which, in its currently preferred embodiment, is a diffusion junction transistor and which is used as a semiconductor triode or as a component having multiple layer transitions, such as e.g. B. as a semiconductor tetrod--, can be understood. In this type of transistor, the rectifying layer junctions or barrier layers acting as emitter and collector are produced by making other areas of opposite conductivity type adjoining it to an N- or P-conducting area of a semiconductor material.

Der hier verwendete Ausdruck #>Halb!eitermaterial<# soll dabei alle solche Materialien -wie Gerrnanium. Silizium. Germanium-Silizium-Legierungen und Verbindungon, wie z. B. Siliziumkarbid. Indium-Antimonid, Gallium-Antimonid, Aluminium-Antimonid, liidium-Arsoniü', Gallium-Arsenid, Gallium-Phosphor-Lcgierungen, Indium-Plaosphor-Legierungen u. dglumfassen. Der Ausdruck »aktives Störelement« oder » dotierender Fremdstoff« soll solche Verunreinigungen innerhalb des Halbleiterkörpers bezeichnen, die die elektrischen Gleichrichtereigenschaften des Halbleitermaterials beeinflussen, im Gegensatz zu solchen Verunreinigungen, die keinen wesentlichen Einfluß auf diese Eigenschaften ausüben. Aktive Störelemente werden im allgemeinen als Donatorei,-mente, wie z. B. Wismut, Phosphor, Arsen und Antimon, und als Akzeptorstörelemente, wie z. B. Bor., Aluminium., Gallium und Indium., bezelchret.The expression #> semicircular material <# used here is intended to include all materials such as geranium. Silicon. Germanium-silicon alloys and compounds such as B. silicon carbide. Indium-antimonide, gallium-antimonide, aluminum-antimonide, liidium-arsoniü ', gallium-arsenide, gallium-phosphorus alloys, indium-plaosphorus alloys and the like. The expression "active interfering element" or " doping impurity" is intended to denote such impurities within the semiconductor body which influence the electrical rectifier properties of the semiconductor material, in contrast to such impurities which have no significant influence on these properties. Active interfering elements are generally used as donor eggs, donations, such as B. bismuth, phosphorus, arsenic and antimony, and as acceptor interfering elements such. B. Bor., Aluminum., Gallium and Indium., Bezelchret.

Eine Zone des Halbleitermaterials, die einen überschuß an Donatorstörelementen aufweist und damit einen überschuß an freien Elektronen besitzt, wird damit als mit einem Störelement gedopter N-leitender Bereich bezeichnet. Ein mit einem Störelement ge- dopter P-leitender Bereich ist ein solcher, der einen überschuß an Akzeptorstörelementatomen enthält, woraus sich ein Mangel an Elektronen oder ein überschuß an Löchern ergibt, oder, anders gesagt, ein N-leitender Bereich ist ein Bereich mit Elektronenleitung, während ein P-leitender Bereich ein Bereich mit Löcherleitung ist.A zone of the semiconductor material which has an excess of donor interfering elements and thus an excess of free electrons is thus referred to as an N-conductive region doped with an interfering element. One with a disturbing element overall dopter P-type region is one which contains an excess of Akzeptorstörelementatomen, resulting in a deficit of electrons or an excess results of holes, or in other words, an n-type region is a region with electron conduction , while a P type area is a hole conduction area.

Eine stark gedopte N-leitende Zone kann auch als N4--Zone bezeichnet werden, wobei das Pluszeichen anzeigt, daß die Konzentration aktiver Störelemente in dieser Zone größer ist als die geringstei Anzahl, die notwendig ist, um den Leitungstyp der Zone festzulegen. In gleicher Weise soll unter einer P+-leitenden Zone eine solche Zone verstanden werden, die stärker als normal gedopt ist, um eine P-leitende Zone hervorzurufen. Eine Zone im Halbleitermaterial, in der die Donator- und Akzeptorstörelemente im wesentlichen einander die Waage halten, so daß die überschußladungsträgerkonzentration sehr klein und der spezifische Widerstand sehr hoch ist, wird als im wesentlichen eigenleitende Zone bezeichnet. Eine im wesentlichen eigenleitende Zone kann im folgenden auch als 1-leitende Zone bezeichnet werden.A heavily doped N-conductive zone can also be referred to as an N4 zone where the plus sign indicates that the concentration of active interfering elements in this zone is greater than the lowest number necessary for the type of conduction the zone. In the same way, a P + -conducting zone should have a a zone that is more heavily doped than normal should be understood to be a P-type Evoke zone. A zone in the semiconductor material in which the donor and acceptor interfering elements essentially balance each other so that the excess carrier concentration very small and the resistivity is very high is considered to be substantial denotes intrinsic zone. A substantially intrinsic zone can be used in the following can also be referred to as a 1-conductive zone.

Wenn ein durchgehend massiver einkristalliner Kristallkörper aus Halbleitermaterial eine N-leitende Zone aufweist, an die sich eine P-leitende Zone ansizilli#-ßt, so wird der Grenzbereich zwischen diesen beiden Zonen als PN- oder NP-Schichtübergang oder einfach als Schichtübergang bezeichnet. Ein Transistor hat mindestens zwei solcher Schichtübergänge. Wenn also eine P-leitende Schicht zwischen zwei N-leitenden Schichten liegt, so handelt es sich um einen NPN-Transistor. Wenn aber eine N-leitende Schicht zwischen zwei P-leitenden Schichen liegt, handelt es sich um einen PNP-Transistor. Die vorliegende Erfindun, -, ist selbstverständlich auf beide Arten von Transistoren anwendbar, wird der Einfachheit und Klarheit halber jedoch nur in Verbindung mit einem NPN-Transistor beschrieben.When a solid, single-crystalline crystal body made of semiconductor material has an N-conductive zone to which a P-conductive zone is attached, so becomes the border area between these two zones as a PN or NP layer transition or simply referred to as the layer transition. A transistor has at least two such layer transitions. So if there is a P-type layer between two N-type Layers, it is an NPN transistor. But if an N-conducting Layer lies between two P-conductive layers, it is a PNP transistor. The present invention - is of course in both ways applicable to transistors, however, for the sake of simplicity and clarity only in connection with an NPN transistor.

Die vorliegende Erfindung betrifft verschiedene neuartige Transistoranordnungen und Verfahren zum Herstellen dieser Transistoren, die insbesondere für Hochfrequenztransistoren großer Leistung vongroßer Bedeutung sind. Es wurde nämlich festgestellt ', daß die Physik der Transistorwirkung eine sehr dünne Basiszone fordert, damitmian Transistoren herstellen kann, die bei hohen Frequenzen noch eine brauchbare Ausgangsleistung aufweisen, beispielsweise etwa 100 mW bei einer Frequenz oberhalb von 100 MHz. Außerdem ist es notwendig, daß die Basiszone bei Transistoren, die mit hoher Stromdichte arbeiten, sehr dünn ist. Bei Verwendung einer sehr dünnen Basiszone tritt sofort das Problem auf, wie man eine einwandfreie Kontaktverbindung mit niedrigem übergangswiderstand mit dieser Zone herstellen kann. Insbesondere muß es möglich sein, die Leitung an der sehr dünnen Basiszone anzuschließen, ohne daß dadurch ein elektrischer Kurzschluß nach der Emitterzone, der Kollektorzone oder einer anderen Zone verursacht wird. Außerdem ist es nicht erwünscht, daß die Basiszone durchschlagen wird, was jedoch schwierig zu vermeiden ist, wenn die Basiszone sehr dünn ist. Keiner der bisher bekannten Transistoren oder die zu deren Herstellung verwendeten Verfahren waren geeignet, diese Probleme zufriedenstellend zu lösen.The present invention relates to various novel transistor arrangements and methods of fabricating these transistors which are particularly important for high frequency, high power transistors. It has been found that the physics of transistor action requires a very thin base zone so that mian can produce transistors which still have a usable output power at high frequencies, for example about 100 mW at a frequency above 100 MHz. In addition, it is necessary that the base zone in transistors that operate with high current density is very thin. If a very thin base zone is used, the problem immediately arises of how to establish a perfect contact connection with low contact resistance with this zone. In particular, it must be possible to connect the line to the very thin base zone without causing an electrical short circuit to the emitter zone, the collector zone or any other zone. In addition, it is not desirable that the base zone be punctured, but this is difficult to avoid when the base zone is very thin. None of the previously known transistors or the processes used for their production were suitable for solving these problems in a satisfactory manner.

Basiszonen oder andere eindiffundierte Zonen, die entsprechend den bisher bekannten Verfahren hergestellt wurden, haben meist den weiteren großen Nachteil, daß sie eine Entartung des Halbleitermaterials zur Folge haben, insbesondere dann, wenn Bor oder Phosphor als aktives Störelement verwendet wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei dem üblichen, in einem Verfahrensschritt durchgeführten Festkörper-Diffusionsverfahren gemäß dem Stand der Technik normalerweise eine ungewöhnlich hohe Oberflächenkonzentration an aktiven Störelement-,atomen im Halbleitermaterial erzeugt wird. Beispielsweise wird bei der Herstellung eines NPN-Transistors bei einer in einem Verfahrensschritt durchgeführten Difftision von Bor als Störelement in das Siliziumhalbleitermaterial hinein gewöhnlich eine Oberflächenkonzentration von mindestens 2 - Atomen je Kubikzentimeter erreicht. Diese Oberflächenkonzentration ist beträchtlich höher als diejenige, die als maximal zulässig festgestellt wurde, um einen einwandfreiarbeitenden Schichtübergang innerhalb dieses P-leitenden Bereiches durch eine nachfolgende Diffusion eines Donatorstörelementes zu erzielen, wie im .einzelnen noch erläutert wird. Wie festgestellt wurde, Iiegt die höchste zulässige Oberflächenkonzentration von Bor-Störelementatomen bei etwa 5 - 1018 Atomen je Kubikzentimeter. In gleicher Weise führt die bisher in einem Schritt durchgeführte Diffusion von Phosphorstöratomen bei der Herstellung eines PNP-Transistors aus einem Siliziurilialbleitermaterial normalerweise zu einer ungewöhnlich hohen Oberflächenkonzentration, wobei die höchste zulässige Oberflächenkonzentration von Störelementatomen in diesem Fall praktisch die gleiche ist, wie sie für Bor in einem NPN-Transistor angegeben wurde. Die vorliegende Erfindung beschränkt nunmehr die Oberflächenkonzentration von aktiven Störelementatomen auf eine zulässige Höhe und ist in gleicher Weise bei der Anwendung von Bor in einem NPN-Transistor und von Phosphor in einem PNP-Transistor brauchbar.Base zones or other diffused zones which have been produced according to the previously known methods usually have the further major disadvantage that they result in degeneracy of the semiconductor material, especially when boron or phosphorus is used as the active interference element. This is due to the fact that in the customary solid-state diffusion process carried out in one process step according to the prior art, an unusually high surface concentration of active impurity element atoms is normally produced in the semiconductor material. For example, in commonly a surface concentration of at least 2 in the manufacture of an NPN transistor in an executed in a process step Difftision of boron as impurity element into the silicon semiconductor material - achieved atoms per cubic centimeter. This surface concentration is considerably higher than that which has been found to be the maximum permissible in order to achieve a perfectly working layer transition within this P-conductive area through a subsequent diffusion of a donor interfering element, as will be explained in detail below. As has been established, the highest permissible surface concentration of boron interfering element atoms is around 5 - 1018 atoms per cubic centimeter. In the same way, the diffusion of phosphorus interfering atoms, which was previously carried out in one step in the production of a PNP transistor from a silicon semiconductor material, normally leads to an unusually high surface concentration, the highest permissible surface concentration of interfering element atoms in this case being practically the same as for boron in an NPN transistor was specified. The present invention now restricts the surface concentration of active impurity atoms to a permissible level and is equally useful when using boron in an NPN transistor and phosphorus in a PNP transistor.

Ferner ergeben sich verschiedene Nachteile aus der Verwendung eines dünnen Plättchens mit einem metallischen Kontakt bei der Schaffung eines Kollektoranschlusses mit niedrigem übergangswiderstand, der auch bei hohen Frequenzen brauchbar ist. Wenn ein Transistor bei hohen Frequenzen betrieben werden soll, dann ist es erforderlich, daß ein sehr dünnes Halbleiterplättchen verwendet wird. Der metallische Kontakt an diesem Plättchen ist daher außerordentl;ch zerbrechlich. Außerdem ist es bei sehr dünnen N-leitenden Kollektorzonen möglich, daß die Kollektorraumladung die gesamte Dicke der N-leitenden Zone durchdringt. Die Verwendung einer N+-leitenden Zone als Kollektorelektrodenanschluß mit niedrigem übergangswiderstand ermöglicht nicht nur einen wesentlich dauerhafteren elektrischen Kontakte weil eine viel größere Kontaktfläche möglich ist, sondem beschränkt auch die Dicke der Raun-#adung der Zone. Eine Begrenzung der Dicke der Raumladungszone hat den zusätzlichen Vorteil, daß die übergangszeit der durch diese Zone übergehenden Ladungsträger begrenzt wird, wodurch das Hochfrequenzverhalten des Transistors verbessert wird. Solche Transistoren, die eine N+-leitende Zone als Kollektorelektrodenanschluß niedrigen übergangswiderstandes verwenden, werden häufig als Transistoren mit eigenleitender Sperrschicht bezeichnet.There are also several disadvantages associated with using a thin plate with a metallic contact when creating a collector connection with low contact resistance, which can also be used at high frequencies. If a transistor is to be operated at high frequencies, then it is necessary to that a very thin semiconductor die is used. The metallic contact this plate is therefore extremely fragile. Besides, it is at very thin N-conductive collector zones that the collector space charge the penetrates the entire thickness of the N-conductive zone. The use of an N + conductor Allows zone as a collector electrode connection with low contact resistance not just a much more permanent electrical contact because a much larger one Contact surface is possible, but also limits the thickness of the roughness of the Zone. Limiting the thickness of the space charge zone has the additional advantage of that the transition time of the charge carriers passing through this zone is limited, whereby the high frequency behavior of the transistor is improved. Such transistors the one N + -conductive zone as a collector electrode connection of low contact resistance are often referred to as intrinsic junction transistors.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Transistor mit einer sehr dünnen Basiszone zu schaffen, der mit einer brauchbaren Ausgangsleistung bei viel höheren Frequenzen, z. B. über 100 MHz, betrieben werden kann, als das bisher möglich war.It is now an object of the present invention to provide an improved transistor with a very thin base region which can operate with useful output power at much higher frequencies, e.g. B. over 100 MHz, can be operated than was previously possible.

Der Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit drei Zonen abwechselnden Leitungstyps ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß der eine Bereich der Kollektorzone, an dem die Kollektorelektrode an-,gebracht ist, eine größere dotierende Fremdstoffkonzentration als der andere Bereich der Kollektorzone enthält, daß der andere, schwächer dotierte Bereich der Kollektorzone eine Vertiefung an einer Oberfläche hat, daß diese Oberfläche mit der Basiszone so versehen ist, daß die Dicke der Basiszone in der Vertiefung geringer ist, und daß auf der Basiszone in der Vertiefung die Emitterzone durch Diffusion angebracht ist.The planar transistor with a semiconductor body with three alternating zones According to the invention, the line type is designed in such a way that one area of the collector zone, to which the collector electrode is attached, a larger doping impurity concentration than the other area of the collector zone contains that the other, more weakly doped The area of the collector zone has a depression on one surface that this surface is provided with the base zone so that the thickness of the base zone in the recess is less, and that the emitter zone through on the base zone in the recess Diffusion is appropriate.

Insbesondere ist es ein Merkmal des neuen Transistors, daß dieser auch bei hohen Stromdichten betrieben wird, zumal an der sehr dünnen eindiffundierten Basiszone ein verbesserter ohmscher Kontakt mit geringem übergangswiderstand angebracht werden kann.In particular, it is a feature of the new transistor that this is also operated at high current densities, especially since diffused into the very thin one Base zone an improved ohmic contact with low contact resistance is attached can be.

Die Erfindung schafft ein neues Verfahren zur Begrenzung der Oberflächenkonzentration eines aktiven Störelementes in einer Zone des Halbleitermaterials. Insbesondere soll dabei durch das neue Verfahren die Oberflächenkonzentration von Bor oder Phosphor, das in Silizium eindiffundiert wird, genau geregelt werden.The invention provides a new method for limiting the surface concentration an active interference element in a zone of the semiconductor material. In particular the new process is intended to reduce the surface concentration of boron or phosphorus, that is diffused into silicon, can be precisely controlled.

Ein Merkmal der Erfindung besteht also darin, daß der neue NPN-Schichttransistor eine eindiffundierte Basiszone aufweist, wobei die Oberflächenkonzentration der Boratome den Wert von 5 - 1 Ols Atomen je Kubikzentimeter nicht überschreitet. Andererseits ist es auch ein Merkmal der Erfindung, daß der neue PNP-Schichttransisior eine durch Eindiffusion von Phosphor erzeugte Basiszone aufweist. bei der die Oberflächenkonzentration der Phosphoratome den Wert von 5 - 1019 Atomen je Kubikzeniimeter nicht überschreitet.A feature of the invention is thus that the new layer NPN transistor having a diffused base region, wherein the surface concentration of boron atoms to a value of 5 - does not exceed 1 Ols atoms per cubic centimeter. On the other hand, it is also a feature of the invention that the new PNP layer transistor has a base zone produced by diffusion of phosphorus. in which the surface concentration of the phosphorus atoms does not exceed the value of 5 - 1019 atoms per cubic centimeter.

Gemäß der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird ein Siliziumtransistor mit einer sehr dünnen P-leitenden Basiszone geschaffen. Unmittelbar anschließend an diese dünne Basiszoiir ist eine wesentlich dickere P#-leitende Zone vorgesehen, an die der Basisanschluß angeschlossen ist. Eine eindiffundierte N+Ieitende Emitterzone ist dann auf der dünnen Basiszone vorgesehen, während eine zweite N-leitende Zone auf der gegenüberliegenden Seite der Basiszone angebracht ist und als Kollektorzone dient. Anschließend an die Kollektorzone und in Berührung mit der N-leitenden Kollektorzone ist eine N+-leitende Kollektorkontaktzone vorgesehen.In accordance with the presently preferred embodiment of this invention, created a silicon transistor with a very thin P-conducting base zone. Direct adjoining this thin base zone is a much thicker P # -conducting zone provided to which the base connection is connected. A diffused N + conductor Emitter zone is then provided on the thin base zone, while a second N-type Zone is attached on the opposite side of the base zone and as a collector zone serves. Subsequent to the collector zone and in contact with the N-conductive collector zone an N + -conducting collector contact zone is provided.

Die neuen für die Erfindung kennzeichnenden Merkmale ergeben sich zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert ist. Selbstverständlich sollen die Beschreibung und die Zeichnungen nur der Erläuterung dienen und nicht der Beschränkun des Erfindungsgedankens. In den Zeichnungen 9 zeigt Fig 1 eine Querschnittsansicht eines als Ausgangsmaterial dienenden N-leitenden Siliziumhalbleiterkristallplättehens, Fig. 2 eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 gezeigten Halbleiterplättchens zu Beginn dexHersteflung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine Querschnitisansicht des Halbleiterplättchens nach Fig. 2 mit einer Schnittlinie für die nachfolgende Entfernung eines Teiles des Plättchens, Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Halbleiterplättchens nach Fig. 3 nach Entfernen eines Teiles des Halbleiterplättchens oberhalb der Schnittlinie, Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Halbleiterplättchens von Fig. 4 nach einem nachfolgenden Zwischen-Verfahrensschritt bei der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teiles des Halbleiterplättchens nach Fig. 4 bei einein späteren Verfahrensschritt gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles -eines Halbleiterplättchens bei einem weiteren späteren Verfahrensschritt gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teiles eines Halbleiterplättehens kurz vor der Fertigstellung als Transistor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 9 eine Vorderansicht eines fertigen Transistors, der gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, Fig. 10 eine Draufsicht auf den Transistor nach Fig. 9, bei dem der Klarheit halber die Anschlußleitungen nicht gezeigt sind, Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines Transistors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 12 eine Querschnittsansicht eines Transistors, der gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist, Fig. 13 eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung, die als Diffusionsofen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, wobei in diese Figur ein Diagranim eingezeichnet ist, das die Temperatur als Funktion der Längsausdchnung des Ofens zeigt, Fig. 14 eine Endansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Diffusionsverfahrensschrittes gemäß der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, Fig. 15 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung nach Fig. 14 und Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung der Verteilung der aktiven Störelementatome, z. B. von Bor in Silizium, als Funktion des Abstandes von der Oberfläche des Plättchens nach Fig. 8 gemäß der vorliegenden Erfindung.The new features characterizing the invention emerge together with further features and advantages of the invention from the following description in conjunction with the drawings, in which the invention is explained on the basis of exemplary embodiments. Of course, the description and the drawings are only intended to serve as an explanation and not to restrict the inventive concept. In the drawings, 9 1 2, Figure 3 shows a cross-sectional view of a used as starting material N-conductive Siliziumhalbleiterkristallplättehens, Fig. Is a cross-sectional view of the semiconductor wafer shown in Fig. 1 at the beginning dexHersteflung according to an embodiment of the invention, Fig. A Querschnitisansicht of the semiconductor wafer of FIG. 2 with a cutting line for the subsequent removal of a portion of the wafer, Fig. 4 is an enlarged sectional view of the semiconductor die of FIG. 3 by removing a portion of the semiconductor wafer above the cutting line, Fig. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor die of FIG. 4 after a subsequent interim Method step in production according to the first embodiment of the invention, FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the semiconductor wafer according to FIG. 4 in a later method step according to the first embodiment of the invention, FIG. 7 shows an enlarged section View of a part of a semiconductor wafer in a further later method step according to the first embodiment of the invention, FIG. 8 an enlarged cross-sectional view of a part of a semiconductor wafer shortly before completion as a transistor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 9 a front view of a finished transistor 10 is a plan view of the transistor according to FIG. 9, in which the connection lines are not shown for the sake of clarity, FIG. 11 is a cross-sectional view of a transistor according to a second embodiment of the invention. 12 shows a cross-sectional view of a transistor which is produced according to a third embodiment of the invention; FIG. 13 shows a schematic front view of a device which can be used as a diffusion furnace according to the present invention, a diagram being drawn in this figure Figure 14 is an end view, partly in section, of an apparatus useful in performing the diffusion process step of the present invention; Figure 15 is a front view, partly in section, of apparatus 14 and 16 are a diagram showing the distribution of the active impurity atoms, e.g. B. of boron in silicon, as a function of the distance from the surface of the plate of FIG. 8 according to the present invention.

Aus Gründen der Klarheit wird die Erfindung nunmehr an Hand eines NPN-Diffusionsschichttransistors unter Verwendung von Siliziunihalbleitermaterial besprochen, wobei ausdrücklich erwähnt werden soll, daß die Erfindung in gleicher Weise auf andere Arten von Transistoren anwendbar ist unter Verwendung auch von anderen Halbleitermateriahen sowie auch auf PNP-, PNIP-Transistoren u. dgl.For the sake of clarity, the invention will now be referred to in terms of one NPN diffusion layer transistor using silicon semiconductor material discussed, it should be expressly mentioned that the invention in the same Way is applicable to other types of transistors using also other semiconductor materials as well as PNP, PNIP transistors and the like.

Betrachtet man nun die Zeichnungen, so sieht man in den Fig. 1 bis 10 -eine Reihe von Schnittansichten eines Halbleiterplättchens in den aufeinanderfolgenden Schritten der Herstellung eines Transistors gemäß einer ersten Ausführungsforni der Erfindung.Looking now at the drawings, one sees in FIGS. 1 to 10 a series of sectional views of a semiconductor die in the successive steps of the manufacture of a transistor according to a first embodiment of the invention.

In Fig. 1 ist als Ausgangsmaterial ein N-leitendes Siliziumkristallplättehen 20 gezeigt. Fig. 2 zeigt das Plättchen 20 beim ersten Verfahrensschritt der Herstellung. Dieser erste, Verfahrenssehritt betrifft die Erzeugung einer N+-leitenden Zone, 21 auf dem N-leitenden Plättehen 20, welche eine mittlere Zone 22 umgibt.In Fig. 1 , an N-conductive silicon crystal plate 20 is shown as the starting material. Fig. 2 shows the plate 20 in the first process step of production. This first process step relates to the production of an N + -conductive zone 21 on the N-conductive plate 20, which surrounds a central zone 22.

Zur Beschreibung, eines Verfahrens, mit dessen Hilfe die N-'#--leitende Zone 21. erzeugt werden kann, sei auf Fig. 13 verwiesen. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Zone 21 auch durch jedes andere zum Stand der Technik gehörende Verfahren erzeugt werden kann. Die N+-leitende Zone 21 kann dadurch erzeugt werden, daß das Plättchen 20 oder eine Reihe solcher Plättchen in ein Quarzschiffchen 100 (Fig. 13) eingesetzt wird. Das Quarzschiffchen wird dann in einem hohlen, ebenfalls aus Quarz bestehenden Rohr 101 untergebracht. Ein kleiner Tiegel 102, der P.0. enthält, wird dann in einem Ab- stand vom Schiffchen 100 in die in Fig. 13 gezeigte Stellung innerhalb des Rohres 101 gebracht. Die Temperatur innerhalb des Ofens 103 ist nicht gleichförmig, sondern ändert sich vielmehr entsprechend der Kurve 106, die in Fig. 13 in die Darstellung des Ofens eingezeichnet ist, um die Temperatur innerhalb des Ofens als Funktion der Stellung des Schiffchens 100 innerhalb des Ofens anzuzeigen. Wenn der Ofen in Betrieb ist, dann beträgt die Temperatur in der Nachbarschaft des Quarzschiffchens 100 etwa 1300' C, während das Phosphorpentoxyd (P20.) innerhalb des Tiegels 102 auf etwa 400' C erhitzt wird. Während der ersten 15 Minuten des Aufheizvorganges wird Stickstoff in ständigem Strom durch das Rohr 101 hindurchgeleitet. Bei einer Temperatur von etwa 4001 C verdampft P.,0 , und schlägt sich auf den Plättchen 20 in dem gchiffchen 100 nieder. Während eines ersten Zeitraunies von etwa 15 Minuten diffundiert der Phosphor in die Oberfläche des Plättchens hinein. Außerdem wird während dieses ersten Zeitraums ein verhältnismäßig dünner glasartiger Überzug auf den Oberflächen der Plättchen 20 erzeugt, wie er beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser glasartige Überzug besteht wahrscheinlich aus einer Kombination von P20, und Si02. Nach den ersten 15 Minuten und während der Ofen noch immer auf Betriebstemperatur ist, wird an Stelle von Stickstoff numnehr Sauerstoff durch das Rohr 101 hindurchgeleitet. Diese- zweite Stufe stellt einen N+-Diffusionsschritt dar und wird für einen zweiten Zeitraum von etwa 1.7 Stunden durchgeführt. Der während dieser zweiten Phase in dem System vorhandene Sauerstoff fördert die Bildung des obenerwähnten glasartigen Überzuges. Der glasartige Überzug auf der Oberfläche der Kristallplättchen ist aus zwei Gründen erwünscht: Zunächst verhindert er die Ausdiffusion oder Verdampfung des auf dem Kristall niedergeschlagenen und in den Kristall 20 eindiffundierten Phosphors von der Oberfläche des Kristalls. Somit wird also während des gesamten Diffasionsverfahrens eine konstante Quelle für Phosphoratome aufrechterhalten, so daß diese Diffusion während des Zeitraumes von 17 Stunden stattfindet. Zweitens wirkt aber ein glasartiger Überzug als Maske gegen die später noch zu beschreibende Bordiffusion.For a description of a method by means of which the N - '# - type zone 21 can be generated, reference is made to Fig. 13. However, it should be expressly pointed out that the zone 21 can also be produced by any other method belonging to the prior art. The N + -conductive zone 21 can be produced in that the plate 20 or a series of such plates is inserted into a quartz boat 100 (FIG. 13). The quartz boat is then housed in a hollow tube 101, also made of quartz. A small crucible 102, the P.0. is then brought into the position shown in FIG. 13 within the tube 101 at a distance from the shuttle 100 . The temperature within the furnace 103 is not uniform, but rather changes according to the curve 106 drawn in the representation of the furnace in FIG. 13 in order to indicate the temperature within the furnace as a function of the position of the boat 100 within the furnace. When the furnace is in operation, then the temperature is in the vicinity of the quartz boat 100 about 1300 'C., while the phosphorus pentoxide (P20.) Within the crucible 102 to about 400' C is heated. During the first 15 minutes of the heating process, nitrogen is passed through the pipe 101 in a constant stream. At a temperature of about 4001 C , P., 0 , evaporates and precipitates on the platelets 20 in the boat 100 . During an initial period of about 15 minutes, the phosphorus diffuses into the surface of the platelet. In addition, a relatively thin glass-like coating is produced on the surfaces of the plates 20 during this first period of time as shown for example in Fig. 3. This vitreous coating probably consists of a combination of P20 and SiO2. After the first 15 minutes and while the furnace is still at operating temperature, oxygen is passed through tube 101 instead of nitrogen. This second stage represents an N + diffusion step and is carried out for a second period of approximately 1.7 hours. The oxygen present in the system during this second phase promotes the formation of the vitreous coating mentioned above. The vitreous coating on the surface of the crystal platelets is desirable for two reasons: First, it prevents the out-diffusion or evaporation of the phosphorus deposited on the crystal and diffused into the crystal 20 from the surface of the crystal. Thus, a constant source of phosphorus atoms is maintained during the entire diffusion process, so that this diffusion takes place over the period of 17 hours. Secondly, however, a glass-like coating acts as a mask against the boron diffusion, which will be described later.

Nach den beiden Zeiträumen von 17 Stunden und 15 Minuten werden die Plättchen 20 mit der eindiffundierten N+-leitenclen Zone 21 so aussehen, wie in Fig. 3 gezeigt. Somit besteht das Plättchen also aus einer mittleren Zone 22 aus N-leitendem Silizium, die von einer ersten Zone 21 aus N+-leitendem Silizium umgeben ist, die wiederum von einem glasartigen Überzug 24 umschlossen ist. Die Eindringtiefe der N+-leitenden Zone 21 in das Plättchen 20 wird bei dem eben beschriebenen Verfahren üblicherweise in der Größenordnung von etwa 0,05 mm liegen, wobei eine definierte Grenze zwischen der N-leitenden und N+-leitenden Zone praktisch nicht feststellbar ist, da die Konzentration des aktiven Störelementes mit zu- nehmender Eindringtiefe schwächer wird. Die Dicke des Ausgangsplättchens sollte bei dem zur Zeit bevorzugten Herstellungsverfahren etwa 0,3 mm betragen. Nachdem das Plättchen 20 aus dem Ofen herausgenommen wurde und abgekühlt ist, wird das Plättchen abgeschliffen und mit einem Ätzmittel bis zu der in Fig. 3 gezeigten Schnittlinie poliert und abgeätzt. Anschließend sieht das Plättehen 20 aus, wie dies in der vergrößerten Darstellung in Fig. 4 gezeigt ist. Die Oberfläche 25 liegt dann bei der in Fig. 3 eingezeichneten Schnittlinie, so daß also eine Oberfläche aus N-leitendem Silizium frei liegt. Der nächste Schritt in der Herstellung des Transistors in der zur Zeit bevorzugten Ausführungsforin der Erfindung besteht darin, eine, P+-leitende Zone 26 (vgl. Fig. 5) durch Festkörperdiffusion aus einer festen, pulverförmigen B20..-Quelle herzustellen. Der gleiche Ofen wie zuvor (Fig. 13) kann zur Erzeugung der P+-leitenden Zone 26 innerhalb des Plättehens 20 verwendet werden. Wie auch bei der Phosphordiffusion werden die geläppten oder abgeschliffenen Plättchen nach Fig. 4 in einem Schiffchen angebracht, und dieses Schiffchen wird innerhalb eines offenen Quarzrohres untergebracht. Ein kleineres Schiffchen, das festes pulverförmiges B 20 3 enthält, wird in der Nähe des die Plättchen tragenden Schiffchens angebracht, so daß beide Schiffchen auf eine Temperatur von etwa 1200' C erhitzt werden können. Es ist dabei erwünscht, daß das B20, auf diese höhere Temperatur, verglichen mit der Aufheiztemperatur von P,0", aufgeheizt wird, da B.O., einen niedrigeren Dar#pidruck aufweist als P.,0.. Bei der Temperatur von 1200' C verdampft B.,Ö, und schlägt sich auf der gesamten Oberfläche &s in Fig. 4 gezeigten Plättchens nieder. Bei diesem Bor-Diffusionsschritt wird nasser oder feuchter Stickstoff durch das Rohr 101 hindurchgeleitet. Bei der erhöhten Temperatur zersetzt sich der mit dem Stickstoff zusammen eingeleitete Wasserdampf und erzeugt eine sauerstoffreiche Atmosphäre. Der Ofen wird für etwa. 11/2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Während dieser Zeit dringt das Bor durch Diffusion bis zu einer Tiefe von etwa 0,0 13 mm ein. Die P+-leitende Zone wird so stark als möglich gedopt, jedoch kann eine definierte Grenze zwischen der P-leitenden und P+-leitenden Zone nicht festgestellt werden, da die Konzentration der aktiven Störelemente mit zunehmender Eindringtiefe geringer wird, wie dies in dem Diagramm in Fig. 16 gezeigt ist, in dem im logarithmischen Maßstab die Störelementkonzentration CX als Funktion der Eindringtiefe X aufgezeichnet ist. Da der Überzug 24 den Kristall an allen Oberflächen mit Ausnahme der Oberfläche 25 umgibt, wird die Diffusion nur innerhalb der in Fig. 5 gezeigten Zone 26 stattfinden, wobei der glasartige Überzug als Maske gegen die Bordiffusion dient. Während der Bordiffusion wird ein zweiter glasartiger Überzug 27 gebildet und wird zusätzlich zu dem ersten glasartigen Überzug 24 den ganzen Halbleiter umgeben. Dieser zweite glasartige Überzug 27 besteht wahrscheinlich aus B.0. plus SiO.. Nach dieser zweiten Diffusion sieht ein Querschnitt des Plättchens aus, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.After the two periods of 17 hours and 15 minutes, the plates 20 with the diffused N + -leitenclen zone 21 will look as shown in Fig. 3. The platelet thus consists of a central zone 22 made of N-conductive silicon, which is surrounded by a first zone 21 made of N + -conductive silicon, which in turn is enclosed by a glass-like coating 24. The depth of penetration of the N + -conducting zone 21 into the plate 20 will usually be in the order of magnitude of about 0.05 mm in the method just described, with a defined boundary between the N -conducting and N + -conducting zone being practically not detectable since the concentration of the active interfering element becomes weaker with increasing penetration depth. The thickness of the starting plate should be about 0.3 mm in the currently preferred manufacturing process. After the platelet 20 has been removed from the furnace and has cooled, the platelet is ground and polished with an etchant up to the cutting line shown in FIG. 3 and etched off. The plate 20 then looks like it is shown in the enlarged illustration in FIG. 4. The surface 25 then lies at the cutting line shown in FIG. 3 , so that a surface made of N-conductive silicon is exposed. The next step in the manufacture of the transistor in the currently preferred embodiment of the invention is to manufacture a P + -conducting zone 26 (see FIG. 5) by solid-state diffusion from a solid, powdery B20 .. source. The same furnace as before (FIG. 13) can be used to create the P + -type zone 26 within the wafer 20. As in the case of phosphorus diffusion, the lapped or abraded platelets are placed in a boat according to FIG. 4, and this boat is housed within an open quartz tube. A smaller boat containing solid powdered B 20 3 is placed near the boat carrying the wafers so that both boats can be heated to a temperature of about 1200 ° C. It is desirable that the B20 is heated to this higher temperature compared to the heating temperature of P, 0 ", since BO, has a lower dar # pipressure than P, 0 .. At the temperature of 1200 ° C B., O, evaporates and is deposited on the entire surface & s of the platelet shown in Fig. 4. In this boron diffusion step, wet or moist nitrogen is passed through the tube 101. At the elevated temperature, that introduced with the nitrogen decomposes water vapor to produce an oxygen-rich atmosphere. the furnace is held for about. 11/2 hours at this temperature. During this time, the boron penetrates by diffusion to a depth of about 0.0 mm 13 a. the P + type region is so doped as much as possible, but a defined boundary between the P-conductive and P + -conductive zone cannot be determined, since the concentration of the active interfering elements decreases with increasing penetration depth, as is the case is shown in the diagram in FIG. 16 , in which the impurity element concentration CX is plotted as a function of the penetration depth X on a logarithmic scale. Since the coating 24 surrounds the crystal on all surfaces with the exception of the surface 25 , the diffusion will only take place within the zone 26 shown in FIG. 5 , the vitreous coating serving as a mask against the boron diffusion. During the boron diffusion, a second vitreous coating 27 is formed and, in addition to the first vitreous coating 24, surrounds the entire semiconductor. This second vitreous coating 27 probably consists of B.0. plus SiO .. After this second diffusion does a cross section of the plate, as shown in Fig. 5.

Anschließend an die Herstellung dieser P+-leitenden Zone 26 gemäß dem oben beschriebenen Bordiffusionssehritt wird das Plättchen aus dem Ofen herausgenommen, und ein Wachs, das von Fluorwasserstoffsäure nicht angegriffen wird, wird auf einem Teil der Oberseite 30 des Plättchens nach Fig. 5 und ebenso auf der gesamten Unterseite 31 aufgebracht. Das Plättchen wird dann für etwa 20 Sekunden in ein chemisches Ätzbad eingesetzt, das aus einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure besteht. Da das Wachs von diesem chemischen Ätzbad nicht angegriffen wird, werden die Unterfläche 31 und die mit Wachs versehene Hälfte der Oberfläche 30 nicht geätzt. Derjenige Teil der Oberfläche 30, der nicht durch das Wachs abgedeckt ist, wird bis zu einer durch die Atzzeit bestimmten Tiefe hinweggeätzt. Selbstverständlich werden auch die Endflächen 33 und 34, obgleich diese Endflächen der Einfachheit halber in Fig. 6 als durch die Ätzung nicht beeinflußt dargestellt sind, ebenso wie die senkrecht dazu liegenden End- flächen, die nicht dargestellt sind, angeätzt. Somit wird also innerhalb der Oberfläche 30 eine Abstufung erzeugt, da --in Teil dieser Oberfläche, der nicht durch Wachs abgedeckt ist, entfernt wird. Das Abätzen eines Teiles der Oberfläche in dem nicht mit Wachs abgedeckten Bereich kann dann bis zu einer Linie parallel und gerade unterhalb des Schichtüberganges 35 in der Nachbarschaft der P+-leitenden Zone 26 und der N-leitenden Zone 22 fortgesetzt werden. Nach dem letztgenannten Ätzvorgang sieht das Plättchen aus, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Der Klarheit halber sind die Wachsüberzüge nicht dargestellt.Subsequent to the production of this P + -conducting zone 26 according to the boron diffusion step described above, the wafer is removed from the furnace and a wax which is not attacked by hydrofluoric acid is applied to part of the upper side 30 of the wafer according to FIG. 5 and also on the entire underside 31 is applied. The wafer is then placed in a chemical etching bath consisting of a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid for about 20 seconds. Since the wax is not attacked by this chemical etching bath, the lower surface 31 and the half of the surface 30 provided with wax are not etched. That part of the surface 30 which is not covered by the wax is etched away to a depth determined by the etching time. Of course, the end faces 33 and 34 are also etched, although these end faces are shown for the sake of simplicity in FIG. 6 as not being influenced by the etching, as are the end faces perpendicular to them, which are not shown. Thus, a gradation is created within the surface 30 , since part of this surface that is not covered by wax is removed. The etching away of a part of the surface in the area not covered with wax can then be continued up to a line parallel and just below the layer transition 35 in the vicinity of the P + -conducting zone 26 and the N -conducting zone 22. After the last-mentioned etching process, the wafer looks as shown in Fig. 6. For the sake of clarity, the wax coatings are not shown.

Um andererseits die gewünschten geometrischen Abmessungen genauer steuern zu können, so daß die Atzirng längs einer Linie verläuft, die gerade unterhalb des Schichtüberganges 35 liegt und parallel zu diesem verläuft, ist es erwünscht, den gesamten Kristall dadurch zu ätzen, daß er für etwa 20 bis 60 Sekunden in reine Fluorwasserstoffsäure eingetaucht wird, bevor der oben beschriebene Ätzvorgang in dem chemischen Ätzbad durchgeführt wird, das aus einer Mischung mehrerer Säuren besteht. Da Fluorwasserstoffsäure reines Silizium nicht angreift, jedoch die bor- und phosphorhaltigen glasartigen Überzüge entfernt, so leuchtet es ein, daß dieses zweistufige Ätzverfahren insgesamt eine verbesserte Steuerung bei der Ätzung ergibt.On the other hand, in order to be able to control the desired geometric dimensions more precisely, so that the etching runs along a line which lies just below the layer transition 35 and runs parallel to it, it is desirable to etch the entire crystal by etching it for about 20 to Is immersed in pure hydrofluoric acid for 60 seconds before the etching process described above is carried out in the chemical etching bath, which consists of a mixture of several acids. Since hydrofluoric acid does not attack pure silicon, but does remove the boron and phosphorus-containing vitreous coatings, it is evident that this two-step etching process provides overall improved control of the etching.

Anschließend soll eine dünne P-leitende gedopte Zone 41 (vgl. Fig. 7) unterhalb der Oberfläche 40 des stufenartig abgesetzten Abschnittes des in Fig. 6 gezeigten Plättchens hergestellt werden. Um nun eine dünne Basiszone 41 innerhalb der Oberfläche 40 des Plättchens zu erzeugen, wurde der folgende Verfahrensschritt als besonders vorteilhaft gefunden. Zur Erläuterung des Verfahrens zur Erzeugung dieser P-leitenden Basiszone sei auf die Fig. 14, 15 und 16 verwiesen.A thin P-conductive doped zone 41 (cf. FIG. 7) is then to be produced below the surface 40 of the stepped section of the plate shown in FIG. 6. In order to produce a thin base zone 41 within the surface 40 of the platelet, the following process step has been found to be particularly advantageous. Reference is made to FIGS. 14, 15 and 16 for an explanation of the method for producing this P-conductive base zone.

Ein zweistufiges Diffusionsverfahren unterVerwendung der inFig. 14 und 15 gezeigten Apparatur ist besonders wirksam, um eine eindiffundierte P-leitende Zone mit Bor als aktivem Störelement zu erzeugen, in welcher die Oberflächenkonzentration der Boratome im Silizium den Wert von 5 - 1018 Atomen je Kubikzentimeter nicht überschreitet. Eine Anzahl von Plättchen 20 der in Fig. 6 gezeigten Art werden auf eine flache Quarztafel 120 aufgesetzt. Die flache Tafel 120 kann andererseits auch aus Silizium oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und wird verwendet., um die durch die Verformung bei hohen Temperaturen auftretenden Spannungen zu verringern, die sonst in dem gewölbten Boden des Schiffchens 121 auftreten könnten. Wenn die Plättchen auf der Tafel befestigt sind, wird diese in ein offenes Schiffchen 121 eingesetzt, das ebenfalls aus Quarz be- stehen kann. Eine Quarzplatte 125 mit einem zuvor darauf niedergeschlagenen Film aus B 103 wird dann derart auf das Schiffchen aufgesetzt, daß die mit B.,0, überzogene Oberfläche 126 in den Innenraum des Schiffchens weist. Das gesamte Schiffchen mit den Plättchen und dem B.,0, wird dann in den Ofen eingebracht und für etwa 30 Minuten auf eine Temperatur von ungefähr 950'- C erhitzt. Dadurch wird ein B.,0.-überzug auf der Oberfläche der Plättehen niedergeschlagen, der sich mit dem Silizium der Plättchen zur Bildung eines glasartigen überzuges aus B,0, verbindet. Während dieser 30 Minuten dauernaen Auffieizung findet eine Diffusion von Bor aus dem glasartigen überzug bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 bis 0,2 Mikron statt. Während dieser Niederschlagsbildung wird innerhalb des Schiffchens eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten. Nach dieser ersten halben Stunde entspricht die Borkonzentration innerhalb der Oberfläche 40 des Plättchens 20 etwa der Kurve 140 im Diagramm Fig. 16. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß die Oberflächenkonzentration von Bor 1,5 - 1020 Atome je Kubikzentimeter beträgt, was mehr ist, als für eine eventuell herzustellende Basiszone eines Transistors wünschenswert ist. Nach dieser ersten 30 Minuten dauernden Aufheizung wird der Ofen abgeschaltet, die Plättehen werden auf Zimmertemperatur abgekühlt und anschließend für etwa 30 Sekunden in ein Atzbad aus reiner Fluorwasser-,toifsäure eingesetzt, um alle Glasüberzüge von der Oborfläche des Plättehens 20 zu entfernen. Die geätzten Plättehen werden dann erneut in das Schiffchen, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt, eingesetzt, jedoch ohne den Borniederschlag, worauf nasser Sauerstoff eingeleitet wird, während das Schiffchen erneut für etwa 2 Stunden auf eine Temperatur in der Umgebung von 1100' C erhitzt wird. Während dieser Zeit findet eine weitere Diffusion statt, diesmal auf eine Tiefe von etwa 3 bis 4 Mikron. Dieser zweite Diffusionsschritt ergibt eine Neuverteilung der Boratome, die eine Konzentrationsverteilung in dem Silizium entsprechend der Kurve 141 im Diagramm in Fig. 16 annehmen, so daß sich eine gleichförinige Verteilung an der Oberfläche ergibt, die an der Oberfläche den Wert von 5 - 1018 Atomen je Kubikzentimeter nicht überschreitet. Dieses neuartige zweistufige Diffusionsverfahren ergibt die erwünschte Neuverteilung der Boratome in dem Silizium. Während des zweiten Diffnsionsschrittes besteht die Diffusionsquelle ausschließlich aus denjenigen Boratomen, die in die Oberfläche des Kristalls eindiffundiert waren, ohne daß eine weitere äußere Quelle für Boratome in dem System vorhanden ist, die die endgültige Oberflächenkonzentration beeinflussen könnte. Da aber der zweite Diffasionssehritt in einer nassen Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wurde, bildet sich auf der gesamten Oberfläche des Plättchens (vgl. Fig. 7) eine glasartige Siliziumdioxydüberzugsschicht 42. Dieser dünne glasartige überzug kann als Maske gegen eine nachfolgende Diffusion dienen, um die Emitterzone zu erzeugen, wie im folgenden noch beschrieben wird. Ein anderes Verfahren zur Herstellung dieser Maske besteht darin, statt der nassen Sauerstoffatmosphäre während des zweiten Bordiffusionsschrittes eine nasse Stickstoffatmosphäre zu verwenden. Verwendet man eine nasse Stickstoffatmosphäre, dann wird ein Siliziumdioxydüberzug erzeugt.A two-step diffusion process using the inFig. The apparatus shown in FIGS. 14 and 15 is particularly effective in generating a diffused P-conductive zone with boron as an active interference element, in which the surface concentration of the boron atoms in the silicon does not exceed the value of 5-1018 atoms per cubic centimeter. A number of platelets 20 of the type shown in FIG. 6 are placed on a flat quartz board 120. The flat panel 120, on the other hand, may be made of silicon or other suitable material and is used to reduce the stresses caused by deformation at high temperatures which might otherwise occur in the curved bottom of the boat 121. If the plates are mounted on the panel, it will be inserted into an open boat 121, which can also be sawn out of quartz. A quartz plate 125 with a film of B 103 previously deposited thereon is then placed on the boat in such a way that the surface 126 coated with B., 0, faces into the interior of the boat. The entire boat with the platelets and the B., 0, is then placed in the oven and heated to a temperature of about 950 ° C for about 30 minutes. As a result, a B., 0 coating is deposited on the surface of the platelets, which combines with the silicon of the platelets to form a vitreous coating of B, 0. During this 30 minutes dauernaen Auffieizung occurs a diffusion of boron from the glass-like coating to a depth of about 0.1 to 0.2 microns. A nitrogen atmosphere is maintained inside the boat during this precipitation. After the first half hour, the boron concentration within the surface of 40 140 corresponds to the plate 20 about the curve in the diagram of Figure 16. From this chart, it is seen that the surface concentration of boron 1,5 -. 1020 atoms per cubic centimeter, which is more than is desirable for a base zone of a transistor that may possibly be produced. After the first 30 minutes of heating, the furnace is switched off, the plates are cooled to room temperature and then placed in an etching bath of pure hydrofluoric acid for about 30 seconds in order to remove all glass coatings from the surface of the plate 20. The etched wafers are then reinserted into the boat as shown in FIGS. 14 and 15 , but without the boron precipitate, whereupon wet oxygen is introduced while the boat is again at a temperature in the vicinity of 1100 ° C for about 2 hours is heated. During this time, further diffusion takes place, this time to a depth of about 3 to 4 microns. This second diffusion step results in a redistribution of the boron atoms, which assume a concentration distribution in the silicon corresponding to the curve 141 in the diagram in Figure 16, so that a gleichförinige distribution is obtained on the surface, at the surface the value of 5 -. 1018 atoms per Cubic centimeters. This novel two-stage diffusion process results in the desired redistribution of the boron atoms in the silicon. During the second diffusion step, the diffusion source consists exclusively of those boron atoms which have diffused into the surface of the crystal, with no further external source of boron atoms present in the system which could influence the final surface concentration. However, since the second diffusion step was carried out in a wet oxygen atmosphere, a vitreous silicon dioxide coating layer 42 forms on the entire surface of the platelet (cf. FIG. 7) . This thin vitreous coating can serve as a mask against subsequent diffusion in order to produce the emitter zone as will be described below. Another method of manufacturing this mask is to use a wet nitrogen atmosphere instead of the wet oxygen atmosphere during the second boron diffusion step. Using a wet nitrogen atmosphere, a silicon dioxide coating is created.

Somit ergeben die oben beschriebenen Verfahrensschritte einen teilweise fertiggestellten Transistor mit einem dünnen Bereich 41 der Basiszone mit einer Stärke von etwa 3 Mikron, an den sich ein beträchtlich stärkerer Bereich 26 der Basiszone anschließt, an die ein brauchbarer Basisanschluß hergestellt werden kann. Zur Herstellung der Emitterzone wird das ganze Plättchen mit Ausnahme einer vorbestimmten Fläche auf der Zone41 nunmehr mit einem Wachs maskiert, das von Fluorwasserstoffsäure nicht angegiffen wird. Dann wird das auf dem Plättchen niederge , schlagene Glas bis auf die mit Wachs überzogenen Flächen durch eine Ätzung mit Fluorwasserstoffsäure entfernt, welche die gleiche Ausdehnung haben wie die Fläche, die in eine N-leitende Emitterzone 43 (vgl. vgL Fig. 8) umgewandelt werden soll. Zur Erzeugung der Emitterzone 43 wird eine Apparatur verwendet, die ähnlich aufgebaut ist wie die in Verbindung mit der Herstellung der N+-leitenden Zone 21 verwendete Apparatur, um Phosphor aus einer P"0"-QueRe zur Erzeugung einer N-leitenden Emitterzone 43 bis zu einer Tiefe von etwa 1,5 Mikron innerhalb der Basiszone 41 zu erzeugen, wie sich dies am besten aus Fig. 8 ergibt. Die für diesen letzten Diffusionssehritt erforderliche Zeit beträgt bei einer Temperatur von etwa 1100' C ungefähr 10 Minuten.Thus, the above-described process steps result in a partially completed transistor having a thin base region 41 about 3 microns thick, followed by a considerably thicker base region 26 to which a useful base can be made. To produce the emitter zone, the entire plate, with the exception of a predetermined area on zone 41, is now masked with a wax that is not attacked by hydrofluoric acid. Then, the dejected on the wafer, battered glass up on the wax-coated surfaces by etching with hydrofluoric acid is removed, which is coextensive have as the surface in an N-type emitter region 43 (see FIG. Cf. Fig. 8) is converted shall be. To produce the emitter zone 43, an apparatus is used which is constructed similarly to the apparatus used in connection with the production of the N + -conducting zone 21 to convert phosphorus from a P "0" -QueRe to produce an N -conducting emitter zone 43 up to to produce a depth of about 1.5 microns within the base region 41, as can be seen best in Fig. 8. The time required for this last diffusion step is about 10 minutes at a temperature of about 1100 ° C.

Fig. 9 und 10 zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht im Schnitt eines entsprechend der bisher beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugten Transistors. Punktförmige Kontakte werden an der Basiszone 41 durch einen Kontakt mit der stark gedopten P+-leitenden Zone 26 mit Hilfe einer Elektrode 26 a hergestellt. Da die Zone 26 eine beträchtliche Stärke von beispielsweise 12 Mikron aufweist und da diese Zone eine P+-leitende Zone ist, die sich unmittelbar an die in der Umgebung unmittelbar unterhalb der Emitterzone 43 sehr dünne Basiszone 41 anschließt, die eine Stärke von etwa 2 Mikron hat, so wird dadurch also die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst. Die Elektrode 43 a ist in Kontaktberührung mit der Emitterzone 43, und in gleicher Weise kann ein flächiger Kontakt mit der Kollektorzone 22 durch an sich bekannte Mittel durch Herstellung eines Anschlusses an die N+-leitende Zone 21 hergestellt werden. Dieser letzte, nicht gezeigte Anschluß kann dabei unmittelbar an dem Transistorgehäuse hergestellt werden, wenn dieses aus Metall besteht, um dadurch eine dritte Elektrode oder einen dritten Kontakt herzustellen. 9 and 10 show a front view and a plan view in section of a transistor produced in accordance with the first embodiment of the invention described so far. Point-like contacts are produced on the base zone 41 by contact with the heavily doped P + -conducting zone 26 with the aid of an electrode 26 a. Since the zone 26 has a considerable thickness of, for example, 12 microns and since this zone is a P + -conducting zone which immediately adjoins the base zone 41, which is very thin in the vicinity immediately below the emitter zone 43 and has a thickness of approximately 2 microns so the main object of the present invention is thus achieved. The electrode 43 a is in contact with the emitter zone 43, and in the same way a flat contact with the collector zone 22 can be established by means known per se by making a connection to the N + -conducting zone 21. This last connection, not shown, can be made directly on the transistor housing, if it is made of metal, in order to thereby produce a third electrode or a third contact.

Somit wurde also eine neuartige Transistorkonstruktion und ein Verfahren zur Herstellung dieses Transistors gemäß der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dieser neue Transistor weist dabei die sehr erwünschte, sehr dünne Basiszone auf, die einen Betrieb bei hohen Frequenzen erlaubt, ohne daß die zuvor gemachten Einschränkungen gelten, denen die bisherigen Hochfrequenzschichttransistoren. unterworfen waren.Thus, there was a novel transistor design and method for the manufacture of this transistor according to the currently preferred embodiment of the invention described. This new transistor shows the very desirable, very thin base zone, which allows operation at high frequencies without the restrictions made above apply to the previous high-frequency film transistors. were subject.

Es muß aber noch bemerkt werden, daß die Emitterzone, die gemäß Fig. 9 und 10 sich bis zur Kante der Basiszone erstreckt, auch andererseits so ausgelegt werden kann, daß sie sich nur bis zu einem Punkt kurz vor der Kante der Basis erstrekt. Diese Anordnung verringert die Gefahr, daß ein Oberflächenleckstrom zwischen der Emitterzone und der Basiszone entstehen kann durch eine Erscheinung, die im allgemeinen als Kanalbildung bezeichnet wird. Weiter sei noch hinzugefügt, daß Fig. 10 zwar eine rechteckige Kollektorform zeigt, die andererseits auch kreisförmig ausgeführt sein kann. Die Wahl zwischen einer kreisförn-ägen oder rechteckigen Ausgestaltung ist für die anschließend beschriebenen Ausführungsformen ebenfalls freigestellt.It must be noted, however, that the emitter zone, which according to FIGS. 9 and 10 extends to the edge of the base zone, can also be designed on the other hand so that it extends only to a point shortly before the edge of the base. This arrangement reduces the risk that surface leakage current can arise between the emitter region and the base region by a phenomenon which is commonly referred to as channeling. It should also be added that, although FIG. 10 shows a rectangular collector shape, which on the other hand can also be made circular. The choice between a circular or rectangular configuration is also optional for the embodiments described below.

In den Fig. 11 und 12 sind verschiedene andere Ausführungsformen eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Transistors dargestellt. 11 and 12, various other embodiments of a transistor made in accordance with the present invention are shown.

Die ringförmige Ausbildung des in Fig. 11 gezeigten Transistors enthält einen mittleren, vertieften oder stufenförmig abgesetzten Bereich innerhalb der N-leitenden Kollektorzone 53, unter der eine N+-leitende Zone 54 liegt. Die Basiszone 52 erstreckt sich über die gesamte obere Oberfläche der Kollektorzone 53, während die Emitterzone 50 innerhalb des unteren und verdünnten Bereiches 51 der Basis 52 liegt. Die Anordnung nach Fig. 11 weist im Vergleich zu der Anordnung in Fig. 9 und 10 einen verringerten effektiven Bäsiswiderstand auf, da die Emitterzone in Fig. 11 einen größeren Umfang je Flächeneinheit der sich daran anschließenden, in der Mitte liegenden Basiszone besitzt.The annular configuration of the transistor shown in FIG. 11 contains a central, recessed or stepped area within the N-conducting collector zone 53, below which an N + -conducting zone 54 lies. The base zone 52 extends over the entire upper surface of the collector zone 53, while the emitter zone 50 lies within the lower and thinned area 51 of the base 52 . The arrangement according to FIG. 11 has a reduced effective base resistance compared to the arrangement in FIGS. 9 and 10 , since the emitter zone in FIG. 11 has a larger circumference per unit area of the adjoining, centrally located base zone.

In Fig. 12 ist gewissermaßen das Gegenstück zur Ausführungsform nach Fig. 11 gezeigL An Stelle eines tiefer liegenden Mittelabschnittes ist ein erhöht liegender Mittelabschnitt vorgesehen. Diese Vorrichtung weist eine N-leitende, Kollektorzone 63 auf, die über einer N+-leitenden Zone 64 liegt. Die Basiszone 61 weist einen stärkeren Bereich 66 auf, an den der Elektrodenanschluß an den erhöht liegenden Mittelabschnitt 67 angeschlossen werden kann, sowie einen dünneren Bereich 68, der den dickeren Bereich 66 umgibt. Die Emitterzone 60 liegt über dem dünnen Bereich der Basiszone 68 und umgibt ebenfalls den dickeren Basisbereich 66 der Zone. Diese Konstruktion hat gegenüber der Anordnung nach Fig. 11 offensichtlich Vorteile, da festgestellt wurde, daß für ein optimales Betriebsverhalten die Emitterfläche größer sein sollte als die effektive Basisfläche.In FIG. 12 the counterpart to the embodiment according to FIG. 11 is shown, so to speak. Instead of a deeper central section, a raised central section is provided. This device has an N-conductive, collector zone 63 which lies above an N + -conductive zone 64. The base zone 61 has a thicker area 66 to which the electrode connection can be connected to the elevated central section 67 , as well as a thinner area 68 which surrounds the thicker area 66 . The emitter region 60 overlies the thin region of the base region 68 and also surrounds the thicker base region 66 of the region. This construction has obvious advantages over the arrangement according to FIG. 11 , since it has been found that, for optimal performance, the emitter area should be larger than the effective base area.

Obgleich die Erfindung im Hinblick auf einen PNP-Transistor oder einen NPN-Transistor beschrieben wurde, so ist es ohne weiteres denkbar, eine eigenleitende oder Meitende Zone aus Halbleitermaterial an irgendeiner geeigneten Stelle oder Stellen zwischen den übrigen Zonen anzubringen, um dabei je nach den Erfordernissen beispielsweise einen NPIN-Transistor, einen PNIP-Transistor oder eine andere Kombination von Zonen unterschiedlichen Leitungstyps herzustellen.Although the invention has been described in terms of a PNP transistor or an NPN transistor, it is readily conceivable to apply an intrinsic or conductive zone of semiconductor material at any suitable location or locations between the remaining zones, depending on the requirements for example to produce an NPIN transistor, a PNIP transistor or another combination of zones of different conductivity types.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Flat transistor with a semiconductor body with three zones of alternating conductivity type, characterized in that one area (54) of the collector zone to which the collector electrode is attached has a greater doping concentration of impurities than the other area of the collector zone (53) includes that the other more weakly doped region (53) of the collector region has an indentation on a surface that this surface is provided with the base region (52) so that the thickness of the base region were less in the recess, and that on the Base zone in the recess, the emitter zone (50) is attached by diffusion.

2. A junction transistor according to claim 1, characterized in that the thinner area of the base zone has a different concentration of impurities than the other thicker base zones. 3. A method for producing a junction transistor according to claim 1 or 2, characterized in that a first, more heavily doped zone of the same conductivity type is attached in a single-crystal semiconductor wafer of one conductivity type, that a second zone of the opposite conductivity type in the semiconductor wafer on that of the first zone opposite surface is arranged that a part of the second zone is removed by the formation of a depression until the surface of the starting material of the semiconductor die is exposed, that a third zone of the same opposite conductivity type within the depression and on the third zone produces a fourth zone of one conductivity type will. 4. The method according to claim 3, characterized in that the second to fourth zones are generated by diffusion. 5. The method according to claim 4, characterized in that a coating is applied over the first, more heavily doped zone, which is impermeable to any diffusion of doping impurities. 6. The method according to claim 4, characterized in that a coating is applied over a predetermined area of the first and third zone, which limits a diffusion of doping impurities. 7. A junction transistor according to claim 1 or 2, characterized in that the base zone is attached immediately to the one area of the collector zone, that the thinner area of the base zone is attached immediately to a part of the first area of the collector zone, that the emitter zone is within the thicker area of the base zone and on the thinner area of the base zone. 8. A junction transistor according to claim 1 or 2, characterized in that the other region of the collector zone is surrounded by the annular one region of the collector zone. 9. A junction transistor according to claim 1 or 2, characterized in that one area of the collector zone is umoeben from its other area. tp 10. A junction transistor according to claim 1 or 2, characterized in that the emitter zone is arranged within a part of the thicker area of the base zone and surrounds the thinner area of the base zone. 11. The method according to claim 3, characterized in that in order to limit the surface concentration of doping impurity atoms below a predetermined value, the semiconductor body is heated, that it is exposed to a doping source of free substances in an oxidizing atmosphere in order to create an Oxydüber7ug of the doping impurity on the surface of the semiconductor body precipitate and to diffuse some atoms of the doping impurity into the semiconductor body, that the semiconductor body is then cooled, that the oxide coating is removed from the semiconductor body and that the semiconductor body is again heated to a diffusion temperature of the doping impurity contained in the semiconductor body, in order to redistribute it to achieve the doping impurity atoms within the semiconductor body. 12. The method according to claim 11, characterized in that to limit the surface concentration of boron atoms in a silicon semiconductor body of the semiconductor body in a container together with a predetermined amount of B, 0 3 in an oxidizing atmosphere that the container to a first predetermined temperature value is heated, causing a deposit of B203 as a coating on the semiconductor body and some boron atoms from the B "03 coating are infused into the semiconductor body, that then the coating is removed from the semiconductor body and the semiconductor body is heated to a second predetermined temperature value and the second temperature is higher than the first 13. The method according to claim 11, characterized by the following method steps, depositing a coating of B20 on the semiconductor body at a first temperature value in order to produce a diffusion of boron in the semiconductor body, cooling the semiconductor body, removing the coating from the semiconductor body and reheating the semiconductor body to a second temperature value which is higher than the first, whereby the boron diffused into the surface of the semiconductor body is redistributed within the semiconductor body. 14. The method according to claim 11, characterized in that for limitation of the surface concentration of boron in a silicon semiconductor body below 15 - 10-20 atoms per cubic centimeter of Sfliziumhalbleiterkörper is placed in a container which is covered with an inert cover, in turn internally with a layer B'20 3 is coated, and that an oxygen atmosphere is introduced into the container, that the container is heated to a temperature of about 950 ° C for 30 minutes, thereby depositing B20 as a coating on the semiconductor body, whereupon the semiconductor body is cooled, and that the semiconductor body is again heated to a temperature of about 1100 ° C. for about 2 hours. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1029 483; Bell Lab. Record, October 1959, pp. 390 to 393; Elektro-Technik, February 28 , 1959, No. 9, pp. 19/20.