DE1232269B - Diffusions-Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit Emitter-, Basis- und Kollektorzone - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1232 269

Aktenzeichen: T 24558 VIII c/21 g

Anmeldetag; 23. August 1963

Auslegetag: 12. Januar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit Emitter-, Basis- und Kollektorzone durch Eindiffusion der Emitter- und Basiszone in die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom Leitungstyp der Kollektorzone, bei dem eine begrenzte Eindiffusion in den Halbleiterkörper durch Herstellung einer maskierenden Schicht auf der Halbleiteroberfläche und durch Einätzen eines Diffusionsfensters in die maskierende Schicht erzielt wird.

Solche Verfahren sind bereits bekannt und finden beispielsweise bei der Herstellung von Planartransistoren Anwendung. Dabei ist es üblich, zunächst die Basiszone und anschließend die Emitterzone in den Halbleiterkörper einzudiffundieren. Der Querschnitt beider Diffusionszonen ist im allgemeinen kleiner als der des Halbleiterkörpers. Zur Begrenzung der Störstellendiffusion sind bekanntlich Diffusionsmasken erforderlich ist, die ein Eindringen der Diffusionsstörstellen in bestimmte Bereiche der Halbleiteroberfläche verhindern. Als Diffusionsmasken finden im allgemeinen Oxydmasken Verwendung.

Bei der Herstellung von Siliziumplanartransistoren wird beispielsweise der Siliziumkörper nach dieser Technik mit einer Siliziumdioxydschicht als Diffusionsmaske versehen, von der ein Teil anschließend wieder in demjenigen Bereich entfernt wird, in dem Störstellen zur Herstellung der Basiszone in den Halbleiterkörper diffundieren sollen. Nach Beendigung der Basisdiffusion wird erneut oxydiert und wieder ein Fenster aus der Oxydschicht herausgeätzt, welches kleiner ist als das Fenster für die Basiszone und dem Querschnitt der Emitterzone entspricht. Die nun folgende Emitterdiffusion erfolgt auf derselben Öberflächenseite wie die Basisdiffusion.

Untersuchungen haben ergeben, daß bei der Emitterdiffusion trotz vorhandener Oxydmaskierung einzelne Störstellen in die bereits diffundierte Basiszone und sogar in den Bereich des kollektorseitigen pn-Überganges gelangen, so daß die am pn-übergang zwischen Basis- und Köllektorzone vor der Emitterdiffusion vorhandene Sperrspannung nach der Emitterdiffusion stark absinkt. Dieses Absinken der Sperrspannung ist im wesentlichen auf undichte Stellen der auf der Oberfläche vorhandenen Öxydmaskierung zurückzuführen. Diese Erscheinung tritt besonders dann auf, wenn als Störstellenmaterial zur Herstellung der Emitterzone Phosphor verwendet wird. Die Sperrspannung am kollektorseitigen pn-Ubergang sinkt in diesem Fall ungefähr von 100 bis 150 auf 30 bis 50 V ab.

Die unerwünschte Beeinträchtigung der Kollektor-Diffusions-Verfahren zum Herstellen eines
Halbleiterbauelementes mit Emitter-, Basis- und Köllektorzone

Anmelder:
Telefunken

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

Als Erfinder benannt:

Dr. Friedrich-Wilhelm Dehmelt,

Zollikerberg, Zürich (Schweiz)

Spannung durch die zweite Diffusion tritt dagegen nicht auf, wenn gemäß der Erfindung zuerst die Emitterzone und erst anschließend an die Emitterdiffusion die Basiszone in den Halbleiterkörper diffundiert wird. Erfindungsgemäß wird daher die Emitterzone vor der Basiszone in den Halbleiterkörper emdiffundiert.

Die Diffusionskonstante der Emitterstörstellen soll dabei kleiner sein als die DifEusionskonstante der Basisstörstellen, während die bei der Diffusionstemperatur vorherrschende Löslichkeit der Emitterstörstellen im Halbleitergrundmaterial größer sein soll als die Löslichkeit der Basisstörstellen.

Zur Herstellung des Halbleiterbauelementes nach der Erfindung wird in die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom Leitungstyp der Kollektorzone zunächst eine Schicht vom Leitungstyp der Emitterzone emdiffundiert. Im Anschluß daran werden diejenigen Teile der eindiffundierten Schicht, die nicht für die Emitterzone vorgesehen sind, abgetragen, worauf die Basiszone in die gleiche Oberflächenseite des Halbleiterkörpers emdiffundiert wird.

Das Abtragen der unerwünschten Teile der Diffusionsschicht vom Leitungstyp der Emitterzone erfolgt im allgemeinen durch Ätzen. Bei der Herstellung der Basiszone wird eine Oxydmaskierung verwendet, die die Eindiffusion der Störstellen auf denjenigen Bereich des Halbleiterkörpers beschränkt, der für die Basiszone vorgesehen ist. Mit der Basisdiffusion wird im allgemeinen eine Oxydation der Halbleiteroberfläche verbunden. Die Kontaktierung der in den Halbleiterkörper diffundierten Zonen erfolgt in Anlehnung an die bekannte Planartechnik durch Herstellung von Kontaktierungsfenstern in der Oxyd-

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schicht und durch Einbringen von Elektrodenmaterial in diese Fenster.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die F i g. 1 bis 4 betreffen die Herstellung eines Siliziumtransistors, dessen Halbleiterkörper 1 den Leitungstyp und den spezifischen Widerstand der Kollektorzone aufweist. Der Widerstand dieses Grundkörpers beträgt in Übereinstimmung mit dem spezifischen Widerstand der Kollektorzone ungefähr 1 bis 10 Ω cm.

In diesen Halbleiterkörper 1 vom n-Leitungstyp wird nun gemäß Fig. 1 auf der Emitterseite eine Arsenschicht 2 eindiffundiert, welche sich zunächst über die gesamte Breite des Halbleiterkörpers erstreckt und später als Emitterzone Verwendung findet. Die Diffusionszeit und Temperatur sind dabei so zu wählen, daß die Diffusionstiefe des Arsens beispielsweise 2 bis 3 μ beträgt. Die Arsenkonzentration soll dabei so hoch sein, daß eine maximale Löslichkeit des Arsens im Silizium erzielt wird.

Da der Querschnitt der Emitterzone kleiner sein soll als der Querschnitt des Halbleiterkörpers und da die Oberfläche des Halbleiterkörpers bei der Emitterdiffusion nicht maskiert wird, wird die sich zunächst über die gesamte Breite des Halbleiterkörpers erstreckende Emitterzone mit Ausnahme eines mittleren Bereiches wieder abgetragen. Zu diesem Zweck wird auf denjenigen Bereich der emitterseitigen Halbleiteroberfläche, dem die Emitterzone vorgelagert sein soll, eine Fotoresist- oderPizeinschicht3 aufgebracht bzw. aufgesprüht und der außerhalb des Bereiches dieser ätzbeständigen Schicht befindliche Teil der Arsenschicht weggeätzt. Durch diese Ätzung entsteht wie bei der bekannten Mesaätzung nach Fig. 2 ein Tafelberg, dessen Querschnitt dem Querschnitt der nach der Ätzung verbleibenden Emitterzone! entspricht.

Nach der Verkleinerung der Emitterzone durch Ätzung wird die emitterseitige Oberflächenseite des Siliziumkörpers gemäß F i g. 2 mit einer Siliziumdioxydschicht 4 überzogen, die beispielsweise die Stärke von 1 μ aufweist. In diese Siliziumdioxydschicht wird nun mit Hilfe des bekannten Fotoresistverfahrens nach Fig. 3 ein Basisdiffusionsfenster 5 eingeätzt, und zwar derart, daß die Emitterzone 2 eine zentrische Lage im Basisfenster 5 einnimmt. In manchen Fällen ist es auch angebracht, das Basisfenster in eine exzentrische Lage zur Emitterzone zu bringen.

Die Basiszone des Transistors entsteht nun durch Eindiffusion von Borstörstellen in das Basisfenster. Die Dicke der Basiszone 6 der F i g. 3 beträgt beispielsweise 5 bis 6 μ. Im Gegensatz zu einer Phosphordiffusion reicht die Siliziumoxydmaskierung bei einer Bordiffusion vollkommen aus, um eine exakte Begrenzung der p-leitenden Basiszone 6 gegenüber dem KoUektorgrundkörpermaterial zu garantieren. Andererseits diffundiert das Bor durch die starkdotierte Emitterzone 2 vom n-Leitungstyp hindurch und erzeugt auch in dem der Emitterzone vorgelagerten Bereich des Halbleiter körpers den Leitungstyp der Basiszone. Da im Anschluß an die Basisdiffusion keine Emitterdiffusion mehr stattfindet und da während der Basisdiffusion eine Ausweitung der Arsenzone nur in äußerst geringem Maß erfolgt, lassen sich durch die Doppeldiffusion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Transistoren mit den gewünschten geometrischen Abmessungen herstellen.

Mit der Bordiffusion wird zweckmäßigerweise gemäß F i g. 4 eine Oxydation der Halbleiteroberfläche verbunden, die die bereits vorhandene Oxydschicht verstärkt und auch den Bereich des Basisdiffusionsfensters oxydiert. In die dabei entstehende Oxydschicht 7 werden schließlich noch die Kontaktfenster 8 und 9 geätzt, in die beispielsweise Aluminium zur Herstellung des Emitter- bzw. Basisanschlusses einlegiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches vorzugsweise dann Anwendung findet, wenn zwei aufeinanderfolgende pn-Ubergänge in einem Halbleiterkörper durch Diffusion hergestellt werden, erfordert trotz Doppeldiffusion nur ein einziges Diffusionsfenster in der Oxydmaskierung und vermeidet außerdem den Nachteil, daß die Basisdiffusion durch eine nachfolgende Emitterdiffusion gestört wird. Eine solche Störung ist bei Anwendung der üblichen Diffusionsverfahren vor allem bei Verwendung von Phosphor- und Bordiffusionsstörstellen gegeben.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit Emitter-, Basis- und Kollektorzone durch Eindiffusion der Emitter- und Basiszone in die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom Leitungstyp der Kollektorzone, bei dem eine begrenzte Eindiffusion in den Halbleiterkörper durch Herstellung einer maskierenden Schicht auf der Halbleiteroberfläche und durch Einätzen eines Diffusionsfensters in die maskierende Schicht erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone vor der Basiszone in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskonstante der Emitterstörstellen kleiner als die Diffusionskonstante der Basisstörstellen ist und daß die bei der Diffusionstemperatur vorherrschende Löslichkeit der Emitterstörstellen im Halbleitergrundmaterial größer ist als die Löslichkeit der Basisstörstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers vom Leitungstyp der Kollektorzone zunächst eine Schicht vom Leitungstyp der Emitterzone eindiffundiert wird, daß diejenigen Teile dieser Schicht, die für die Basiszone bzw. nicht für die Emitterzone vorgesehen sind, abgetragen werden und daß anschließend die Basiszone in die gleiche Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eindiffundiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unerwünschte Teile der Diffusionsschicht vom Leitungstyp der Emitterzone weggeätzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Basiszone eine Oxydmaskierung verwendet wird und daß die Basiszone durch ein herausgeätztes Fenster in der Oxydschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Basisdiffusion eine Oxydation der Halbleiteroberfläche durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die

Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Kontaktierung der Emitter- und Basiszone mit Kontaktierungsfenstern versehen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kontaktierungsfenster Elektrodenmaterial einlegiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Halbleiterkörper vom n-Leitungstyp die Emitterzone durch Diffusion von Arsen und die Basiszone durch Diffusion von Bor hergestellt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 697, 1101624; österreichische Patentschrift Nr. 204 604; französische Patentschriften Nr. 1127 729, 861; britische Patentschrift Nr. 911292.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 757/306 1.67 © Bundesdruckerei Berlin