DE1132251B

DE1132251B - Method of manufacturing an area transistor

Info

Publication number: DE1132251B
Application number: DET18794A
Authority: DE
Inventors: Dr Joachim Thuy
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-08-05
Filing date: 1960-08-05
Publication date: 1962-06-28
Also published as: GB985995A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

T18794 VHIc/21gT18794 VHIc / 21g

ANMELDETAG: 5. AUGUST 1960REGISTRATION DATE: AUGUST 5, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. JUNI 1962 NOTIFICATION OF REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: JUNE 28, 1962

Die Entwicklung von Halbleiterbauelementen für hohe und höchste Frequenzen läuft letzten Endes auf eine Verkleinerung bereits bekannter Systeme hinaus. Von der notwendigen Verkleinerung sind bei Bauelementen mit legierten Elektroden vor allem die Emitter- und Kollektorpillen betroffen und daneben auch noch die Legierungspillen, die zur Kontaktierung der Basiszone erforderlich sind.The development of semiconductor components for high and very high frequencies ultimately picks up a downsizing of already known systems. Of the necessary downsizing are in components with alloyed electrodes mainly affected the emitter and collector pills and next to them also the alloy pills that are required to make contact with the base zone.

Bekanntlich ist hinsichtlich der Beurteilung der Hochfrequenzeigenschaften eines Transistors die Schwingfrequenz /₀ von besonderer Bedeutung. Ein hoher Wert für diese Frequenz erfordert gemäß der Beziehung _{It is known that the oscillation frequency / 0 is} of particular importance with regard to the assessment of the high-frequency properties of a transistor. A high value for this frequency requires according to the relationship

' fa'fa

Verfahren zum Herstellen
eines FlächentransistorsMethod of manufacture
of a junction transistor

25 η C₀ 25 η C ₀

einen kleinen Basiswiderstand r_b und möglichst geringe Sperrschichtkapazitäten C_c sowohl auf der Emitter- wie auf der Kollektorseite. Der Wert des Basiswiderstandes r_b wird vor allem durch den Widerstand des Halbleitermaterials der Basiszone beeinflußt, daneben aber auch noch durch den Abstand zwischen der Emitterzone und dem wirksamen Basisanschluß. Der Basiswiderstand nimmt kleine Werte an, wenn das Halbleitermaterial so niederohmig wie möglich ist und wenn der Abstand zwischen Emitterpille und Basisanschlußelektrode minimal gehalten wird. Die Kollektorkapazität C_c hängt im wesentlichen von der Geometrie der Kollektor-Legierungspille ab, läßt sich daneben aber auch durch den Widerstand des an die Kollektorzone grenzenden Materials der Basiszone beeinflussen.a small base resistance r _b and the lowest possible junction capacitance C _c both on the emitter and on the collector side. The value of the base resistance r _b is mainly influenced by the resistance of the semiconductor material of the base zone, but also by the distance between the emitter zone and the effective base connection. The base resistance assumes small values if the semiconductor material has as low a resistance as possible and if the distance between the emitter pill and the base connection electrode is kept to a minimum. The collector capacitance C _c depends essentially on the geometry of the collector alloy pellet, but can also be influenced by the resistance of the base zone material adjoining the collector zone.

Die Grenzfrequenz f_a ist weiterhin abhängig von dem Abstand zwischen Emitter- und Kollektorzone, und zwar derart, daß sie um so höher wird, je kleiner der Abstand der Kollektorzone von der Emitterzone ist. Daher muß die wirksame Basiszone sehr dünn sein, wie es z. B. bei Transistoren vom sogenannten Mesatyp bereits der Fall ist. Um die bereits obenerwähnten Forderungen nach kleinen Legierungspillen gleichzeitig zu erfüllen, ist man bei Mesatransistoren auch dazu übergegangen, Emitter- und Basispillen zu verwenden, deren Abmessungen beispielsweise bei 20 ... 50 μ liegen. Derart geringe Abmessungen der Legierungspillen führen jedoch bereits zu fertigungstechnischen Schwierigkeiten. Es kommt daher im wesentlichen darauf an, elektrisch kleine Halbleitersysteme zu bauen, die trotz ihrer Kleinheit genügend große Flächen zur Kontaktierung der Zuleitungsdrähte besitzen. The cut-off frequency f _a is also dependent on the distance between the emitter and collector zones, specifically in such a way that it becomes higher the smaller the distance between the collector zone and the emitter zone. Therefore, the effective base zone must be very thin, as it is e.g. B. is already the case with transistors of the so-called mesa type. In order to meet the above-mentioned requirements for small alloy pills at the same time, mesa transistors have also switched to using emitter and base pills, the dimensions of which are, for example, 20 ... 50 μ. However, such small dimensions of the alloy pills already lead to manufacturing difficulties. It is therefore essentially a matter of building electrically small semiconductor systems which, despite their small size, have sufficiently large areas for contacting the lead wires.

Ein bekanntes Verfahren besieht darin, daß ein Halbleiterkörper vom Leitungstyp der Emitterzone Anmelder:A known method consists in that a semiconductor body of the conduction type of the emitter zone Applicant:

TelefunkenTelefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Dr. Joachim Thuy, Ulm/Donau-Söflingen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Joachim Thuy, Ulm / Donau-Söflingen,
has been named as the inventor

zunächst in eine Halbleiterschmelze vom Leitungstyp der Basiszone eingetaucht und dann wieder aus der Halbleiterschmelze genommen wird. Durch Erstarren der am Emitterkörper haftenden Schmelze entsteht auf diese Weise die Basiszone. Durch nochmaliges Eintauchen des Emitter-Basis-Körpers in eine Halbleiterschmelze vom Leistungstyp der Kellektorzone kann schließlich auch noch die Kollektorzone hergestellt werden. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch äußerst umständlich und eignet sich auch kaum für eine Serienfertigung von Halbleiterbauelementen.first immersed in a semiconductor melt of the conductivity type of the base zone and then again out of the Semiconductor melt is taken. Solidification of the melt adhering to the emitter body occurs in this way the base zone. By dipping the emitter-base body into a Semiconductor melt of the power type of the collector zone can finally also be used in the collector zone getting produced. However, this known method is extremely cumbersome and is hardly suitable for series production of semiconductor components.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht demgegenüber darin, daß auf einem Halbleiterkörper mit zwei Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf der einen Oberfläche eine Zone gleichen Leitfähigkeitstyps wie der der Zone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers einlegiert und aus dieser einlegierten Zone eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps so herausdiffundiert wird, daß sie die zweite untere Zone des ursprünglichen Halbleiterkörpers vom gleichen Leitfähigkeitstyps wie die Diffusionszone mindestens berührt. The inventive method consists in that on a semiconductor body with two zones of opposite conductivity type on one surface a zone of the same conductivity type like that of the zone on the surface of the semiconductor body and alloyed in from this Zone a zone of opposite conductivity type is so diffused out that it is the second at least touches the lower zone of the original semiconductor body of the same conductivity type as the diffusion zone.

Die Breite der Emitterzone kann dabei verschieden bemessen werden. Genau genommen ist jedoch die Breite der Emitterzone eine Funktion der Breite der Basiszone, da immer die Bedingung erfüllt sein muß, daß gemäß Fig. 1 die der Emitterzone 1 vorgelagerte Basiszone 4 mit der an die Kollektorzone 2 angrenzenden Zone 3 vom entgegengesetzten Leitungstyp Kontakt hat bzw. an diese angrenzt. Je nach der Breite der der Emitterzone vorgelagerten Basiszone 4 ist die Emitterzone 1 in die Kollektorzone 2 hineinlegiert, durch die Kollektorzone 2 durchlegiert oderThe width of the emitter zone can be dimensioned differently. Strictly speaking, however, is the Width of the emitter zone a function of the width of the base zone, since the condition must always be fulfilled, that according to FIG. 1, the base zone 4 upstream of the emitter zone 1 with the one adjacent to the collector zone 2 Zone 3 of the opposite line type has contact or is adjacent to it. Depending on the Width of the base zone 4 in front of the emitter zone, the emitter zone 1 is alloyed into the collector zone 2, alloyed through by the collector zone 2 or

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aber auch zusätzlich in die an die Kollektorzone angrenzende Zone 3 vom entgegengesetzten Leitungstyp einlegiert. but also additionally alloyed into zone 3 of the opposite conductivity type adjoining the collector zone.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die im allgemeinen sehr dünne Basiszone, die nur schwer kontaktiert werden kann, an die Zone 3 vom entgegengesetzten Leitungstyp grenzt, deren Leitungstyp mit dem der Basiszone übereinstimmt. Die der Emitterzone vorgelagerte Basiszone kann somit großflächig auf der dem Kollektor gegenüberliegenden Halbleiteroberfläche kontaktiert werden. Man erreicht damit, daß zwar diejenigen Größen, die für das Verhalten des Transistors bei hohen Frequenzen verantwortlich sind, wunschgemäß entsprechend klein ausgebildet sind, daß aber gleichzeitig hinsichtlich der Kontaktierung günstige Verhältnisse geschaffen werden. Dies gilt sowohl für die Basiszone als auch für die Kollektorzone, die auf der der Basiselektrode gegenüberliegenden Seite, beispielsweise durch einen Ringkontakt, kontaktiert werden kann.The main advantage of the invention is that the generally very thin base zone, the contact can only be made with difficulty, adjoining zone 3 of the opposite line type, whose line type coincides with that of the base zone. The base zone upstream of the emitter zone can thus be contacted over a large area on the semiconductor surface opposite the collector. Man thus achieved that although those sizes that are responsible for the behavior of the transistor at high frequencies are responsible, are designed accordingly small, as desired, but that at the same time with regard to the Contacting favorable conditions are created. This applies to both the base zone and the collector zone, on the opposite side of the base electrode, for example by a Ring contact, can be contacted.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Nach Fig. 2 wird in einen Ausgangskörper aus p-leitendem Germanium auf einer Seite n-Störstellenmaterial, z. B. Arsen, eindiffundiert, so daß sich eine an eine p-Zone 1 angrenzende η-leitende Zone 2 im Halbleiterkörper ergibt. Die p-Zone 1 übernimmt die Funktion des Kollektors, während die daran angrenzende n-Zone2 die Aufgabe hat, die Kontaktierung der noch zu schaffenden Basiszone zu erleichtern. Anschließend wird in die p-Zone Legierungsmaterial einlegiert, welches sowohl n- als auch p-Störstellen enthält. Durch entsprechende Wahl des im Legierungsmaterial vorhandenen Störstellenmaterials bzw. dessen Seggregations- und Diffusionskonstanten läßt sich erreichen, daß die beim Legieren entstehende Rekristallisationszone 3 p-leitend wird, während gleichzeitig mit dem Legieren ein Diffusionsprozeß erfolgt, bei dem die Basiszone 4 aus der Legierungszone nach dem Rekristallisationsvorgang herausdiffundiert wird. Als Störstellenzusatz zur Herstellung der η-leitenden Basiszone 4 im Legierungsmaterial eignet sich beispielsweise Arsen, während für die Herstellung der Emitterzone 3 Blei-Gallium verwendet werden kann. Bei diesem Verfahren kann man beispielsweise ein etwa 40 μ dickes Plattchen verwenden und etwa die Hälfte des Halbleiterplättchens durch Diffusion in den entgegengesetzten Leitungstyp umwandeln. Die der Erfindung zugrunde liegende besondere Anordnung erlaubt es, die in die Kollektorzone 1 einlegierte Emitterpille 3 relativ groß auszubilden; der Durchmesser der Emitterpille kann beispielsweise 200 μ betragen. Da diese Größenordnungen heute ohne weiteres beherrscht werden, ist auch die Kontaktierung der Emitterpille keinesfalls mit Schwierigkeiten verbunden. Beträgt die Dicke der hergestellten Basiszone 4 etwa 2 bis 3 μ, so ergibt sich ein relativ kleiner Basiswiderstand, der vor allem darauf zurückzuführen ist, daß die Basiszone durch die sie umschließende Zone 2 vom gleichen Leitungstyp topfförmig kontaktiert wird.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. According to Fig. 2 is in a Starting body made of p-type germanium on one side of n-type impurity material, e.g. B. arsenic, diffused in, so that an η-conductive zone 2 adjoining a p-zone 1 results in the semiconductor body. The p-zone 1 takes on the function of the collector, while the adjacent n-zone 2 does the job has to facilitate the contacting of the still to be created base zone. Then the p-zone alloy material, which contains both n- and p-type impurities. Through appropriate Choice of the impurity material present in the alloy material or its segregation and diffusion constants it can be achieved that the recrystallization zone 3 produced during alloying is p-conductive is, while at the same time with the alloying takes place a diffusion process in which the base zone 4 from the alloy zone is diffused out after the recrystallization process. As an addition to the Production of the η-conductive base zone 4 in the alloy material is suitable, for example, while arsenic for the production of the emitter zone 3 lead gallium can be used. In this procedure For example, you can use a 40μ thick plate and about half of the semiconductor wafer convert into the opposite conductivity type by diffusion. The invention is based A special horizontal arrangement allows the emitter pellet 3 alloyed in the collector zone 1 to be relatively large to train; the diameter of the emitter pill can be, for example, 200 μ. Because these orders of magnitude can be easily mastered today, the contacting of the emitter pill is by no means associated with difficulties. If the thickness of the base zone 4 produced is approximately 2 to 3 μ, this results a relatively small base resistance, which is mainly due to the fact that the base zone through the it enclosing zone 2 is contacted in a pot-shaped manner by the same line type.

Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Anordnung mit den ebenfalls nach dem Legierungsdiffusionsverfahren hergestellten Transistoren läßt vor allem die Verschiedenheit der jeweiligen Basiswiderstände erkennen. Während bei den bekannten Typen unerwünscht hohe Basiswiderstände auftreten, ist der Basiswiderstand der erfindungsgemäßen Anordnung vergleichbar mit dem normaler Transistoren.A comparison of the arrangement according to the invention with that also according to the alloy diffusion process The transistors produced are mainly due to the difference in the respective base resistances recognize. While undesirably high base resistances occur with the known types, the Base resistance of the arrangement according to the invention comparable to that of normal transistors.

Nach der Herstellung der Emitterzone durch Legieren und der Basiszone durch Diffusion empfiehlt es sich, auf der dem Kollektor gegenüberliegenden Seite eine Ätzung zum Herstellen einer Mesabauform vorzunehmen, damit die Kollektor-Sperrschichtkapazität verkleinert wird.It is recommended after the emitter zone has been produced by alloying and the base zone by diffusion to etch on the side opposite the collector to produce a mesa shape, so that the collector junction capacitance is reduced.

Bei der Durchführung dieser Ätzung wird auf der dem Kollektor gegenüberliegenden Seite genau gegenüber der Emitterpille ein Tropfen Wachs auf das Halbleiterplättchen aufgebracht und anschließend die Mesastruktur in einer geeigneten Ätzlösung aus dem Halbleiterkörper, der im Ausführungsbeispiel aus Germanium besteht, herausgeätzt.When carrying out this etching, the side opposite the collector is exactly opposite the emitter pill a drop of wax is applied to the semiconductor wafer and then the Mesa structure in a suitable etching solution from the semiconductor body, which in the exemplary embodiment consists of Germanium is made, etched out.

Bei dem anschließend erfolgenden Kontaktieren wird die Kollektorelektrode in Form eines Ringanschlusses angebracht, und zwar analog dem bisher üblichen bekannten Ring-Basisanschluß. Die Kontaktierung der Emitterzone ist relativ einfach, da der Durchmesser der Emitterzone relativ groß belassen werden kann. Die Emissionstätigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung beschränkt sich ausschließlich auf die Randzone des Emitters, so daß man kleine emittierende Flächen erhält. Trotz gleicher Abmessung der Legierungspillen sind die Hochfrequenzeigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bekannten Typen verbessert.In the subsequent contact, the collector electrode is in the form of a ring connection attached, analogous to the previously known ring base connection. The contacting the emitter zone is relatively simple, since the diameter of the emitter zone is left relatively large can be. The emission activity of the arrangement according to the invention is limited exclusively on the edge zone of the emitter, so that small emitting areas are obtained. Despite the same dimensions of the alloy pills are opposed to the high-frequency properties of the arrangement according to the invention known types improved.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A method for producing a planar transistor, characterized in that on a semiconductor body with two zones of opposite conductivity type on one surface a zone of the same conductivity type as that of the zone on the surface of the semiconductor body is alloyed and that from this alloyed zone a zone of opposite conductivity type is so is diffused out that it at least touches the second lower zone of the original semiconductor body of the same conductivity type as the diffusion zone.

2. The method according to claim 1, characterized in that the ohmic electrode for the Base zone is applied to the semiconductor surface opposite the collector.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for Contacting the collector zone, a ring contact is applied to the collector-side semiconductor surface will.

Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 027 323,

1063 279;
U.S. Patents Nos. 2,764,642, 2787564,

2 821493;
French patent specification No. 1186 637.

1 sheet of drawings