DE1282795B - Method for manufacturing semiconductor devices - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor devicesInfo
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- DE1282795B DE1282795B DEST22908A DEST022908A DE1282795B DE 1282795 B DE1282795 B DE 1282795B DE ST22908 A DEST22908 A DE ST22908A DE ST022908 A DEST022908 A DE ST022908A DE 1282795 B DE1282795 B DE 1282795B
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^¥W PATENTAMT Int. CL: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN ^ ¥ W PATENTAMT Int. CL:
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Deutsche KI.: 21g-11/02 German KI .: 21g -11/02
Nummer: 1282795Number: 1282795
Aktenzeichen: P 12 82 795.1-33 (ST 22908)File number: P 12 82 795.1-33 (ST 22908)
Anmeldetag: 6. November 1964Filing date: November 6, 1964
Auslegetag: 14. November 1968Opening day: November 14, 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach der Planardiffusionstechnik mit Halbleiterbereichen, die durch pn-Übergänge vom übrigen Halbleiterkörper getrennt sind.The invention relates to a method of manufacture a semiconductor arrangement according to the planar diffusion technology with semiconductor areas that are defined by pn junctions are separated from the rest of the semiconductor body.
Die als planar bekannte Struktur wird in der Weise erhalten, daß in einen scheibenförmigen Halbleiterkörper von bestimmtem Leitungstyp (p oder n) und von gewünschtem Wert der Leitfähigkeit an ausgewählten Gebieten einer Oberfläche nacheinander verschiedene Störstoffe eindiffundiert werden, so daß Schichten unterschiedlichen Leitungstyps durch pn-Übergänge miteinander verbunden sind, welche an der Oberfläche des Halbleiterkörpers enden. Um die dort zutage tretenden pn-Übergänge zu schützen, welche die empfindlichsten Teile des Halbleiterkörpers darstellen, wird seine ganze Oberfläche zunächst mit Siliziumdioxyd überzogen. In diese Schicht werden Fenster bestimmter Fläche durch einen photolithographischen Prozeß eingeätzt und an diesen Stellen die Diffusion durchgeführt. Schließlich wer- so den Kontaktflächen auf den einzelnen Zonen des Transistors oder der Diode angebracht und Zuleitungsdrähte daran befestigt.The structure known as planar is obtained in such a way that in a disk-shaped semiconductor body of a certain conductivity type (p or n) and of the desired conductivity value Areas of a surface are successively diffused different contaminants, so that Layers of different conduction types are connected to one another by pn junctions, which end at the surface of the semiconductor body. To protect the pn junctions that emerge there, which represent the most sensitive parts of the semiconductor body, its entire surface is initially covered with silicon dioxide. In this layer there are windows of a certain area through a etched photolithographic process and carried out the diffusion at these points. After all, it becomes so attached to the contact surfaces on the individual zones of the transistor or diode and lead wires attached to it.
Abgesehen von der Art des Halbleitermaterials, beispielsweise Silizium, Germanium oder eine halbleitende Verbindung, hat sich ein Schutzüberzug aus Siliziumdioxyd als am günstigsten erwiesen, der entweder durch Oxydation des Halbleitermaterials selbst gewachsen ist, wie dies bei Silizium der Fall ist, oder der, wie dies bei den anderen Halbleiterstoffen der Fall ist, von außen aufgebracht wurde. Zu Beginn des Verfahrens ist es erforderlich, Fenster in diesen Überzug zu ätzen, damit bei der darauffolgenden Diffusion das Störstoffmaterial durch die sonst undurchlässige Oxydschicht hindurch auf die Halbleiteroberfläche gelangen kann.Regardless of the type of semiconductor material, for example silicon, germanium or a semiconducting one Compound, a protective coating of silicon dioxide has been found to be most beneficial, either has grown by oxidation of the semiconductor material itself, as is the case with silicon, or which, as is the case with the other semiconductor materials, was applied externally. At the start of the procedure it is necessary to etch windows in this coating, so in the following one Diffusion of the contaminant material through the otherwise impermeable oxide layer onto the semiconductor surface can get.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren für die Herstellung von planaren Halbleiteranordnungen anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, planare Anordnungen mit verbesserten Eigenschaften einschließlich von Anordnungen mit sehr geringem Reststrom herzustellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zunächst in einem scheibenförmigen Halbleiterkörper des einen Leitungstyps eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp erzeugt wird, daß dann auf der Oberfläche der Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp der Ort eines zur Aufnahme eines aktiven Halbleiterschaltelements vorgesehenen Halbleiterbereiches mit einer entsprechend gestalteten Oxydmaske abgedeckt wird, daß danach die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp durch Diffusion von Störstoffen des ersten Verfahren zum Herstellen von HalbleiteranordnungenThe object of the invention is to provide a new method for the production of planar semiconductor arrangements to specify. In particular, it is the object of the invention to provide planar arrangements with improved Establish properties including arrangements with very low residual current. This is according to the invention achieved in that first in a disk-shaped semiconductor body of the one Conduction type a semiconductor layer of the second conduction type is produced that then on the surface the semiconductor layer of the second conductivity type is the location of a for receiving an active semiconductor switching element provided semiconductor area covered with a correspondingly designed oxide mask is that then the semiconductor layer of the second conductivity type by diffusion of impurities of the first Method for manufacturing semiconductor devices
Anmelder:Applicant:
Deutsche ITT IndustriesGerman ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,Company with limited liability,
7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 197800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dave Francis Thomas Dunster, LondonDave Francis Thomas Dunster, London
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 15. November 1963 (45 228.)Great Britain November 15, 1963 (45 228.)
Leitungstyps vollständig in den ursprünglichen Leitungstyp des Halbleiterkörpers umgewandelt wird, mit Ausnahme des unter der Oxydmaske liegenden Teils, und daß schließlich in den so isolierten Halbleiterbereichen des zweiten Leitungstyps die für die Herstellung von aktiven Halbleiterschaltelementen erforderlichen Halbleiterzonen unterschiedlichen Leitungstyps durch Diffusion der entsprechenden Störstoffe erzeugt werden.Conduction type is completely converted into the original conduction type of the semiconductor body, with the exception of the part lying under the oxide mask, and that finally in the semiconductor areas isolated in this way of the second conductivity type for the production of active semiconductor switching elements required semiconductor zones of different conductivity types by diffusion of the corresponding impurities be generated.
Unter den Schichten, die durch die Oxydschicht abgedeckt werden, sollen Schichten des Halbleiterkörpers verstanden werden, in denen aktive Halbleiterschaltelemente erzeugt werden sollen, beispielsweise der pn-übergang für eine Diode oder die Basis- und die Emitterzone für einen Transistor. Der Rest des Halbleiterkörpers spielt für die Wirkungsweise des speziellen Halbleiterschaltelements keine Rolle, ausgenommen, daß er als sein Träger und zur Isolation von anderen Halbleiterschaltelementen dient, die im fertigen Halbleiterkörper angeordnet sein können.Layers of the semiconductor body are intended to be among the layers which are covered by the oxide layer be understood, in which active semiconductor switching elements are to be generated, for example the pn junction for a diode or the base and emitter zone for a transistor. The rest the semiconductor body does not play a role in the mode of operation of the special semiconductor switching element, except that it serves as its carrier and for insulation from other semiconductor switching elements, which can be arranged in the finished semiconductor body.
Aus der französischen Patentschrift 1341029 ist ein Verfahren bekannt, das dazu dient, bei einer in einem Halbleiterkörper untergebrachten, aus mehreren Halbleiterschaltelementen bestehenden integrierten Schaltung einen bereits erzeugten, aber überflüssigen pn-übergang gleichzeitig mit der Emitterdiffusion kurzzuschließen. Hierzu erhält die Ober- From French patent specification 1341029 is a method is known which is used, in the case of one accommodated in a semiconductor body, of several Semiconductor switching elements existing integrated circuit an already generated, but superfluous short-circuit the pn junction at the same time as the emitter diffusion. For this purpose, the head
809 637/1106809 637/1106
3 43 4
fläche des Halbleiterkörpers eine Ausnehmung von Oberfläche eindiffundiert, um wieder eine oder mehsolcher Tiefe, daß das bei der Emitterdiffusion ein- rere η-leitende Schichten hoher Leitfähigkeit in der diffundierende Störstellenmaterial bis zum Halbleiter- eindiffundierten p-Schicht zu erzeugen, wie dies bei 5 körper vordringen kann und somit den Leitungstyp dargestellt ist. Die beiden Schichten5, die in Fig. 3 der darüberliegenden Schicht in den Leitungstyp des 5 zu sehen sind, reichen etwas unter die Oxydfläche 4 Halbleiterkörpers umwandelt. Im Gegensatz zum und bilden pn-Übergänge 6, welche innerhalb'der vorliegenden Verfahren wird hier demnach wie all- Oxydfläche an die Oberfläche des Halbleiterkörpers gemein üblich - der, Leitungstyp einer Schicht durch treten und dann in der Tiefe abgebogen sind, so daß überkompensierendes Gegendotieren umgewandelt. sie waagerecht gerade unterhalb des ursprünglichen Beim Verfahren der Erfindung wird: jedoch eine io pn-Überganges liegen. Ein Überlappen der pn-Über-Schicht bestimmten Leitungstyps und bestimmter gänge muß vermieden werden, damit nicht uner-Geometrie dadurch erzeugt, daß diese Schicht wäh- wünschte npn-Schichten entstehen können, rend der Diffusion maskiert ist. Der Halbleiterkörper wird nun anschließend odersurface of the semiconductor body a recess diffused from the surface in order to produce one or more depths such that the η-conductive layers of high conductivity in the diffusing impurity material up to the semiconductor p-layer diffused in the emitter diffusion, as in the case of 5 body can penetrate and thus the line type is shown. The two layers 5, which can be seen in FIG. 3 of the overlying layer in the conductivity type of 5, extend slightly below the oxide surface 4 converts semiconductor body. In contrast to and form pn junctions 6, which within the present method are therefore common here, as is common practice, the conductivity type of a layer pass through and are then bent in depth, so that overcompensating counter-doping converted. it will be horizontally just below the original. In the method of the invention, however, there will be an io pn junction. Overlapping of the pn-over-layer of a certain type of conduction and certain passages must be avoided, so that the geometry is not generated by the fact that this layer can produce desired npn-layers, while the diffusion is masked. The semiconductor body is now subsequently or
—Ferner - ist.-aus~_der-_deutschen-_Auslegeschrift auch- gleichzeitig.jnit„ dem Diffusionsschritt auf _der.—Furthermore - is.-from ~ _der-_deutschen-_Auslegeschrift also- at the same time.jn with "the diffusion step on _der.
1 033 787 ein Verfahren zum Erzeugen einer pnp- 15 ganzen Oberfläche oxydiert, wie dies bei 7 in F i g. 4 oder npn-Strukur bekannt, bei dem durch Verwen- dargestellt ist, so daß sie dort eine vergrößerte Dicke dung von Störstellenfflate'riäl unterschiedlicher Diffu- hat, wo ursprünglich die Oxydschicht vorhanden war. sionsgeschwindigkeit in einem Diffusionsschritt die Die p-Schicht unterhalb der ursprünglichen Oxyd-1 033 787 a method for producing a pnp-15 whole surface is oxidized, as shown at 7 in FIG. 4th or npn structure known, in which is represented by using, so that there is an increased thickness formation of impurity flate'riäl of different diffusion, where originally the oxide layer was present. speed in a diffusion step, the p-layer below the original oxide
dreischichtige Struktur erzeugt werden kann. Ein Ab- schicht wird_ in der Weise kontaktiert, daß ein decken mittelsJVTasken ist nicht vorgesehen. 20 Fenster 8 in diese ursprüngliche Oxydschicht geätztthree-layer structure can be generated. A layer is contacted in such a way that a Cover using JV masks is not provided. 20 windows 8 etched into this original oxide layer
'Die "Erfindung wird nun an Hand der Figuren" ; wird und Metallelektroden 9 aufgebracht werden, näher erläutert, in denen einzelne Schritte.des vor- Fig. 4 zeigt eine typische planare pn-Diode mit'The "invention will now be based on the figures"; and metal electrodes 9 are applied, explained in more detail, in which individual steps. Fig. 4 shows a typical planar pn diode with
liegenden Verfahrens dargestellt sind. "" ■ einem Zugangzu der p-Schicht über den Kontakt 9,lying procedure are shown. "" ■ an access to the p-layer via the contact 9,
Fig. 1 zeigt eine Schicht aus Halbleitermaterial mit einem Zugang zur n-Schicht 5 über die Haüptvomn-Typ, in die ein Akzeptorelement eindiffundiert 35 masse des Halbleiterkörpers 1 und mit einem pnwird; ' ' ■ „ Übergang, der durch eine sogenannte passivierendeFig. 1 shows a layer of semiconductor material with access to the n-layer 5 via the Haüptvomn type, into which an acceptor element is diffused 35 mass of the semiconductor body 1 and with a pn; '' ■ "Transition through what is known as a passivating
F i g. 2 zeigt einen Halbleiterkörper mit einer durch Oxydschicht 7 geschützt ist.F i g. 2 shows a semiconductor body which is protected by an oxide layer 7.
Diffusion erzeugten p-Schicht, bei der ein bestimmtes ^ Bei diesen Dioden kann erreicht werden, daß die Oberflächengebierrnrt Siliziumdioxyd"abgedeckt ist; "Durchbruchspannung zwischen der epitaktischen Fig. 3 zeigt eine weitere Diffusion von Störstoff- 30 Schicht und dem Halbleiterkörper durch die Diffusion material vom η-Typ in die rings um die Oxydmaske s-: nicht wesentlich verändert wird, so daß nach diesenDiffusion generated p-layer, in which a certain ^ With these diodes can be achieved that the surface area silicon dioxide "is covered;" breakdown voltage between the epitaxial Fig. 3 shows a further diffusion of the impurity layer and the semiconductor body through the diffusion material from η-type to that around the oxide mask s - : is not changed significantly, so that after these
angeordnete Schicht vom p-Typ; Verfahren Zenerdioden hergestellt werden können.p-type arranged layer; Process Zener diodes can be manufactured.
Fig. 4 zeigt die „an der Oberfläche vollständig Die oben beschriebene Diodenstruktur kann zurFig. 4 shows the "on the surface completely. The diode structure described above can be used for
oxydierte Scheibe mit einem Fenster in der Ursprung- Herstellung eines planaren Transistors dienen, wenn liehen Oxydmaske, in dem ein Kontaktmaterial auf- 35 eine Emitterzone hinzugefügt wird. Diese ist eineoxidized disc with a window in the origin- making a planar transistor, if borrowed oxide mask in which a contact material is added to an emitter zone. This is one
gebracht wurde, so daß sich eine Diode ergibt; weitere η-leitende Schicht (bei der Anordnung nachwas brought so that a diode results; further η-conductive layer (for the arrangement according to
Fig. 5 bis 8 zeigen weitere Abwandlungen der Fig. 3), welche unterhalb der ursprünglichen Fläche Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4, wodurch aus Sfliziumdioxyd erzeugt wird. Mit Rücksicht, je-FIGS. 5 to 8 show further modifications of FIG. 3), which are below the original area Embodiment according to FIGS. 3 and 4, whereby silicon dioxide is produced. With consideration,
sich ein Transistor vom npn-Typ ergibt; doch auf die Tatsache, daß die Störstoffkonzentrationa transistor of the npn type results; but on the fact that the contaminant concentration
Fig. 9 zeigt einen Transistor vom pnp-Typ; 40 bei der ersten η-Leitung erzeugenden Diffusion ab-F ig. 10 zeigt Einzelheiten des einen pn-Übergangs sichtlich hoch gewählt wird, insbesondere an derFig. 9 shows a PNP type transistor; 40 at the first η-conduction producing diffusion ab-F ig. 10 shows details of a pn junction that is chosen to be visibly high, in particular at the
der Ausführungsform von Fig. 9. Oberfläche, kann es sein, daß sie zu hoch ist (undthe embodiment of Fig. 9. surface, it may be too high (and
In Fig. 1 ist ein scheibenförmiger Halbleiter- unkontrolliert), um sich für eine Emitterzone zuIn Fig. 1, a disk-shaped semiconductor is uncontrolled) in order for an emitter zone to
körper 1 aus ri-leitendem Silizium von geeignetem eignen, welche eine sorgfältig gewählte Konzentration Widerstand dargestellt, beispielsweise ein dünnes 45 erfordert. Es ist daher angebracht, eine zweite Mas-Siliziumplättchen oder eine auf einer Siliziumscheibe kierung und eine weitere Diffusion zu verwenden, niedrigen Widerstands (n+-Typ) gewachsene epitak- um die Emitterzone herzustellen. Dies ist in den tische Schicht. In dieses η-leitende Silizium ist Bor Fig. 5 bis 8 dargestellt.body 1 made of ri-conductive silicon of suitable suitable, which a carefully selected concentration Resistance shown, for example a thin 45 requires. It is therefore appropriate to use a second Mas-silicon wafer or to use a coating on a silicon wafer and another diffusion, low resistance (n + type) grown epitaxially to produce the emitter region. This is in the table layer. In this η-conductive silicon, boron is shown in FIGS. 5 to 8.
(B) von einer freiliegenden Oberfläche aus eindiffun- Fig. 5 zeigt einen Halbleiterkörper mit dem Auf-(B) diffuses in from an exposed surface. Fig. 5 shows a semiconductor body with the structure
diert, so daß eine p-leitende Schicht 2 und ein ebener 5° bau von Fig. 3 nach der ersten Phosphordiffusion, pn-übergang 3 zwischen beiden Schichten erhalten ^; der "vollständig mit einer neuen Schicht 7 und 4 aus wird. Siliziumdioxyd bedeckt ist. Mittels der Photoätz-dated, so that a p-conductive layer 2 and a planar 5 ° construction of FIG. 3 after the first phosphorus diffusion, pn junction 3 obtained between the two layers ^ ; which "is completely made of a new layer 7 and 4. Silicon dioxide is covered. By means of the photo-etching
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers wird nun an technik wird ein Fenster 8 in der Mitte der ursprüngbestimmten Stellen oxydiert, wobei jedes bekannte liehen Oxydschicht4 erzeugt, wie dies in Fig. 6 Verfahren zum Aufbringen oder zur Erzeugung von 55 dargestellt ist. Dann wird der Halbleiterkörper wieder Siliziumdioxyd auf der Siliziumoberfläche verwendet Donatorstörstoffen, wie z. B. Phosphor, ausgesetzt werden kann, so daß bestimmte Gebiete der Ober- (Fig. 7), jedoch diesmal in viel genauer gesteuerter fläche in der nächsten Verfahrensstufe geschützt oder Menge, so daß die Emitterzone 10 gebildet wird, isoliert sind. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wird wobei der pn-übergang 11 zwischen Emitter und beispielsweise eine einzelne Oxydfläche 4 auf der 60 Basis sich über die Kanten des Fensters 8 hinaus SUiziumoberfläche erzeugt. Diese Oxydschicht hat unter die Oxydschicht 4 erstreckt. Schließlich werden, eine Dicke von etwa 1 μηι. wie in Fig. 8 dargestellt, die Fenster 8 und 12 ausThe surface of the semiconductor body is now technically a window 8 in the middle of the originally determined Sites are oxidized, producing any known borrowed oxide layer4, as shown in FIG. 6 Method for applying or producing 55 is shown. Then the semiconductor body is again Silicon dioxide on the silicon surface uses donor impurities, such as. B. phosphorus exposed can be so that certain areas of the upper (Fig. 7), but this time in much more precisely controlled area protected in the next process stage or amount, so that the emitter zone 10 is formed, are isolated. As shown in FIG. 2, the pn junction 11 between the emitter and for example a single area of oxide 4 on the base extends beyond the edges of the window 8 Silicon surface generated. This oxide layer has extended under the oxide layer 4. Finally, a thickness of about 1 μm. as shown in Fig. 8, the windows 8 and 12 off
In Fig. 3 ist der nächste Verfahrensschritt darge- der Oxydschicht ausgeätzt, um die metallischen Konstellt, bei dem Phosphor (P), ein Donatorstörstoff, auf takte 9 für die Basis- und die Emitterzone anzudie Oberfläche des Halbleiterkörpers in einer Kon- 65 bringen. Es kann auch ein kontakt für die Kollektorzentration aufgebracht wird, die größer als die des zone 2 angebracht werden, wenn ein Kontakt an der Bors ist, das im Silizium an der Oberfläche vorhanden oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers benötigt ist. Der Phosphor wird'in die freiliegenden Teile der wird. Dies ist jedoch nicht dargestellt. 'In Fig. 3 the next process step is shown - the oxide layer is etched out in order to create the metallic structure, in the case of phosphorus (P), a donor interfering substance, to be added at bars 9 for the base and emitter zones Bring the surface of the semiconductor body in a con 65. There can also be a contact for the collector centering applied larger than that of zone 2 when a contact is made to the Bors is the upper surface of the semiconductor body which is present in silicon on the surface is. The phosphorus will'in the exposed parts of the will. However, this is not shown. '
Der beschriebene Aufbau eines Transistors vom npn-Typ ist für die Anwendung des vorliegenden Verfahrens besonders geeignet infolge der im allgemeinen höheren Diffusionskonstanten von Donatoren als der von Akzeptoren in Silizium. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann jedoch auch zur Herstellung von pnp-Transistoren verwendet werden, wenn Bor und Phosphor als Störstoffe benutzt werden.. In einem solchen Ball muß die Oberflächenkonzentration geeignet eingestellt werden, so daß sichergestellt ist, daß durch die Akzeptordiffusion die Diffusionsfront der Donatorstörstoffe überschritten wird, d.h., daß das Verhältnis der .Oberflächenkonzentration der Akzeptoren zu dem der Donatoren' so hoch wie möglich gewählt werden muß.The described structure of a transistor of the npn type is for the application of the present one Process particularly suitable due to the generally higher diffusion constants of donors than that of acceptors in silicon. However, the method according to the invention can also be used for Manufacture of pnp transistors are used when boron and phosphorus are used as impurities. In such a ball, the surface concentration must be properly adjusted so that it is ensured that the diffusion front of the donor impurities is exceeded by the acceptor diffusion that is, the ratio of the .surface concentration the acceptors to which the donors must be chosen as high as possible.
In der folgenden Tabelle sind die Diffüsionskoeffizienten"von einigen Störstoffen,, gemessen bei etwa 1100° C, zusammengestellt.In the following table are the diffusion coefficients "of some contaminants, measured at around 1100 ° C.
in
■ 0C . temperature
in
■ 0 C
koefflzient in
10-" cm2/sDiffusion
coefficient in
10- "cm 2 / s
1030
1148 .
10951122
1030
1148.
1095
5,7
130
2,9110
5.7
130
2.9
(Aus: C. S. Fuller und J. A. Ditzenberger, »Diffusion of Donor and Acceptor elements in Silicon«, Journal of Applied Physics, Bd. 27 [1956], H. 5, S. 544 bis 553.)(From: C. S. Fuller and J. A. Ditzenberger, "Diffusion of Donor and Acceptor Elements in Silicon", Journal of Applied Physics, Vol. 27 [1956], H. 5, pp. 544 to 553.)
Bei einem typischen Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsmaterial p-leitend, der erste pn-übergang 3 wird durch Phosphordiffusion erhalten, und Bor wird zur Hauptdiffusion mit hoher Konzentration rund um die erste · Oxydfläche 4 verwendet, wobei die Schichten 5 in F i g. 3 erhalten werden. Die Schlußdiffusion durch die Fenster in der ursprünglichen Oxydfläche zur Herstellung der Emitterzonen wird auch mit Bor durchgeführt, und zwar in sorgfältig gesteuerter Menge. Die so erhaltene Transistorgeometrie ist in F i g. 9 dargestellt. Dort sind auch die entsprechenden Kontakte dargestellt.In a typical embodiment, the starting material is p-conductive, the first pn junction 3 is obtained by phosphorus diffusion, and boron becomes round as the main diffusion with high concentration around the first oxide surface 4, the layers 5 in FIG. 3 can be obtained. The final diffusion through the windows in the original oxide surface to produce the emitter zones also carried out with boron, and in a carefully controlled amount. The transistor geometry obtained in this way is in Fig. 9 shown. The corresponding contacts are also shown there.
Es ist jedoch bekannt, daß pnp-Transistoren ungünstige Eigenschaften in Sperrichtung haben, was vielleicht darauf zurückzuführen ist, daß die Oxydschicht an der Oberfläche der Scheibe unter dem Oxyd Donatorstörstellen bildet oder daß sie als solche wirkt, so daß eine Schicht hohen Widerstandes vom p-Typ entsteht, oder daß eine Schicht zum n-Typ umgewandelt wird, was einer Ausweitung des Überganges entspricht. Auf diese Weise wird ein Kanal hohen Widerstandes unter der Oxydschicht gebildet, und die Raumladungsschicht des Kollektor-Basispn-Überganges erstreckt sich über die Oberfläche in diesen Kanal.However, it is known that pnp transistors have unfavorable reverse-bias properties, what Perhaps this is due to the fact that the oxide layer on the surface of the disc is beneath the oxide Donor impurities forms or that it acts as such, so that a high resistance layer of the p-type arises, or that a layer is converted to n-type, which extends the transition is equivalent to. In this way a high resistance channel is formed under the oxide layer, and the space charge layer of the collector-base pn junction extends over the surface in this channel.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Dioden und Transistoren macht die Ausbildung von Oberflächenkanälen viel unwahrscheinlicher, was an Hand des Aufbaus des pnp-Transistors von F i g. 9 erläutert werden soll.The method of the invention for making diodes and transistors makes the formation of surface channels much less likely, which is evident from the structure of the pnp transistor from F i g. 9 should be explained.
Fig. 10 zeigt den Kollektor-Basis-pn-Übergang 6 des pnp-Transistors von F i g. 9 im einzelnen. Der pn-übergang 6 trennt die Diffusion 5 einer großen Konzentration aus p-Material von der normalen Diffusion 2 (der ersten Diffusion) aus n-Material, welche um die Oxydschicht herum stattfindet. Die Diffusion 5 hat jedoch nur bis zur Kante der Oxydschicht 4 eine große Konzentration (dichte horizontale Linien). Darauf folgt ein abgestuftes Übergehen10 shows the collector-base pn junction 6 of the pnp transistor of FIG. 9 in detail. The pn junction 6 separates the diffusion 5 of a large one Concentration of p-material from normal diffusion 2 (the first diffusion) of n-material, which takes place around the oxide layer. However, the diffusion 5 only extends to the edge of the oxide layer 4 a great concentration (dense horizontal lines). This is followed by a gradual transition
ίο bis zum pn-übergang, wonach eine geringere Konzentration des η-Materials (weniger dichte horizontale Linien) vorhanden ist, welches die Basis bildet. Die Wirkungsweise dieser Ausbildung ist. die, daß sich die Raumladungsschicht nicht über die Kante der Oxidschicht hinaus erstrecken kann und effektiv in der Schicht hoher Konzentration verankert wird (Schicht 5 niedrigen Widerstandes), wodurch derίο until the pn junction, after which a lower concentration of the η material (less dense horizontal lines) that forms the base. The mode of action of this training is. the fact that the space charge layer is not over the edge the oxide layer and is effectively anchored in the high concentration layer (Layer 5 low resistance), whereby the
Sperrstrom vermindert wird.Reverse current is reduced.
' Dieser Effekt kann sowohl bei Dioden als auch bei Transistoren angewendet werden und dient zur Verbesserung der Kennlinie der Dioden, bei denen eine η-Schicht in einer Scheibe vom p-Typ erzeugt wurde.'This effect can be used with diodes as well as transistors and is used for Improvement of the characteristic of the diodes in which an η-layer is created in a p-type disk became.
Wenn die ursprüngliche η-Schicht eine.epitaktische Schicht ist, die durch Aufwachsen auf einer Unterlage vom p-Typ in der Weise erzeugt wurde, daß sich ein pn-übergang mit einer bestimmten Durchbruchspannung ergibt, so kann dieser pn-übergang, wie oben beschrieben, in kleine pn-Ubergänge vom Planar-Typ isoliert, d. h. aufgeteilt werden, und zwar durch die Diffusion eines Akzeptorelements, beispielsweise Bor, zum Erzeugen von Zonen 5, welche bis zu der Unterlage vom p-Typ vordringen. Auf diese Weise können die Vorteile des Epitaxialverfahrens und des Planar-Verfahrens vereinigt werden. In ähnlicher Weise kann eine Phosphordiffusion dazu verwendet werden, Flächenteile des pn-Überganges von einander zu isolieren, der beim Aufwachsen einer Schicht vom p-Typ auf einer Unterlage vom η-Typ erzeugt wurde.If the original η-layer is an epitaxial Is a layer which has been produced by growing on a p-type substrate in such a way that a pn junction with a certain breakdown voltage results, this pn junction can be as above described, isolated in small pn junctions of the planar type, d. H. divided by the Diffusion of an acceptor element, for example boron, to create zones 5, which up to the base advance of the p-type. In this way, you can take advantage of the epitaxial process and the planar process be united. Similarly, phosphorus diffusion can be used to To isolate surface parts of the pn junction from each other, which occurs when a p-type layer is grown was generated on a substrate of the η type.
Es soll bemerkt werden, daß die Durchschlagskennlinie im allgemeinen den Nachteil hat, sich geringfügig zu verändern, und zwar in Richtung höherer Spannung. Dies ist besonders beim gesteuerten Niederspannungsdurchbruch von Zenerübergängen der Fall.It should be noted that the breakdown characteristic generally has the disadvantage of being slightly to change, in the direction of higher tension. This is especially true with the controlled Low voltage breakdown of Zener junctions is the case.
Ein weiterer interessanter Fall ist die Herstellung von Transistoren aus epitaktischen Scheiben mit pn-Übergängen, wie oben beschrieben. Bei der üblichen Planartechnik, bei der alle Diffusionen durch eingeätzte Fenster in der ursprünglichen Oxydschicht stattfinden, haben die diffundierten Zonen eine abgestufte Konzentration und einen abgestuften Widerstand, insbesondere in der Basiszone. Bei Anordnungen jedoch, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, ist die Basiszone von der epitaktischen Schicht durch die Diffusion rings um die Oxydschicht — der übliche Planarprozeß ist gerade umgekehrt — isoliert, und so ist die Basiszone überall gleichmäßig und hat keinen abgestuften Widerstand, da der epitaktische Niederschlag auf der ganzen Oberfläche der Scheibe erfolgt.Another interesting case is the production of transistors from epitaxial wafers with pn junctions, as described above. With the usual planar technique, in which all diffusions are etched through If windows take place in the original oxide layer, the diffused zones have a graduated concentration and a graded resistance, particularly in the base zone. In the case of orders, however, made by the method according to the invention, the base zone is of the epitaxial one Layer through the diffusion around the oxide layer - the usual planar process is just the opposite - isolated, and so the base zone is uniform everywhere and has no graded resistance since the epitaxial one Precipitation occurs over the entire surface of the disc.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich eine bessere Kennlinie des Emitter-pn-Überganges, d. h. der Durchbruchspannung, ergibt.One advantage of this method is that a better characteristic curve of the emitter-pn junction, d. H. the breakdown voltage results.
Die Emitter von Transistoren, deren Kollektor-Basis-pn-Ubergang, wie oben beschrieben, hergestellt wurde, können nach einem der bekannten Verfahren hergestellt werden. Das Diffusionsverfahren kannThe emitters of transistors, whose collector-base-pn-junction, as described above, can be prepared by one of the known processes getting produced. The diffusion process can
beispielsweise durch eine Gasätzung mit darauffolgendem epitaktischem Niederschlag ersetzt werden.for example by gas etching with the following epitaxial precipitation are replaced.
Claims (9)
. Deutsche Auslegeschrift Nr. 1033 787;
französische Patentschrift Nr. 1341 029.Considered publications:
. German Auslegeschrift No. 1033 787;
French patent specification No. 1341 029.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (2)
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Patent Citations (2)
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