DE1764606C - Flachenhalbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flächenhalbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen einkristallinen

Halbleiterkörper mit einem an die eine Scheibenfläche grenzenden Gebiet des zum Leitungstyp des benachbarten Teils des einkristallinen Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyps, wobei das an die eine Scheibenfläche grenzende Gebiet mit dem benachbarten Teil des einkristallinen Halbleiterkörpers einen pn-übergang bildet, und mit einer Schicht aus einem Material hohen elektrischen Widerstands über dem an die eine Scheibenfläche grenzenden Gebiet des einkristallinen Halbleiterkörpers sowie mit einem elektrischen Anschluß an der Schicht aus einem Material hohen elektrischen Widerstands.

HF-Leistungstransistoren sind in ihren Betriebseigenschaften durch das unerwünschte Phänomen des sogenannten zweiten Durchbruchs beschränkt, der dadurch bedingt ist, daß der Emitterstrom sich in örtlichen Bereichen konzentriert, so daß diese Bereiche als sogenannte »Heißflecke« in zerstörerischer Weise überhitzt werden. Auch bei Transistoren.

deren Emitter in eine Anzahl von getrennten, paral- Halbleiterkörpers während aufeinanderfolgender lelgeschalteten Zonen unterteil ist, tritt der zweite Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Flächen-Durchbruch auf. Eine bekannte Möglichkeit, den halbleiterbauelements nach der Erfindung, zweiten Durchbruch zu minimalisieren besteht darin, Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung 10 enthält ein zwischen der Emitterelektrode und dem Emitter- 5 feuerfestes Rohr 11, das beispielsweise aus einem gebiet einen verteilten Serienwiderstand vorzusehen. hochschmelzenden Glas oder Hartfeuerporze'lan be-

Beispielsweise ist aus der britischen Patentschrift stehen kann. Das Rohr 11 hat an seinem einen Ende 1 044 469 ein Leistungstransistor der obengenannten ein Einlaßrohr 12 und am anderen Ende einen Aus-Art bekannt, bei dem zum Verbessern der deich- hiß 13. Es ist mit seinem Mittelteil in einem Ofen 14, näßigkeit der Stromdichte im Emittergebiet eine io beispielsweise einem elektrischen Widerstandsofen kontinuierliche Widerstandsschicht zwischen der angeordnet. Ein Trägergasbehälter 15, ein Silanbehäl-Emitterelektrode und dem Emittergebiet angeordnet ter 16 und ein einen flüchtigen Dotierungsstoff enihajist. tender Behälter 17 beschicken das Einlaßrohr 12 des

Esistfernerbekannt(USA.-Patentschrift32OOO19), Rohrs 11. Vorzugsweise wendet man das Silan in zum Kontrollieren der Größe und Form diffundierter 15 Form eines verdünnten Gemischs aus ungefähr 1 bis Gebiete in einem Halbleiterkörper auf einen bestimm- 10 Volumenprozent Silau und einem Inertgas wie ten Teil der HalbleheTkörpeTobernäche eine Schicht Stickstoff oder Argon an. Als Trägergas dient zweckaus Isoliermaterial, das einen Dotierungsstoff enthält, mäßigerweise ein Inertgas wie Stickstoff. Der Dotieaiifziibringen. Durch Erhitzen des beschichteten Kör- rungsstoff kann entwed ein Akzeptor oder ein pers wird dann der Dotierungsstoff von der isolier- =0 Donator sein. Be; Verwenaurs von Silizium als Halbschicht in den unmittelbar daran angrenzenden Teil leiter kommen als Donatorstoff lieferndes Gas, z. B. des Halbleiterkörpers eindiffundiert. Da die Diffu- Arsin oder Phosphin, und als Akzeptorstoff lieferndes sionsquelle ein Feststoff ist, bezeichnet man dieses Gas, z. B. Methylborat, in Frage. Die Gasströme aus Verfahren als »Fest-Fest-Diffusion«. den einzelnen Behältern werden jeweils durch zwi-

Bei den bekannten Halbleiterbauelementen ist nach 25 sehen dem betreffenden Behälter und dem Einlaßrohr

Bildung eines diffundierten Gebiets an einer Ober- 12 eingeschaltete Strömungsmesser 18 reguliert,

fläche eines Halbleiterkörpers diese Oberfläche den Innerhalb des vom Ofen 14 umgebenen Teils des

schädlichen Einwirkungen der umgebenden Atmo- Rohrs 11 ist ein Tiegel 19 angeordnet, in den ein

Sphäre ausgesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe Halbleitersubstrat 20, zweckmäßigerweise in Form

zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs 30 eines Halbleiterkörpers aus z. B. Silizium oder

genannten Art anzugeben, bei dem das eindiffundierte Galliumarsenid od. dgl. eingebracht ist.

Gebiet an der Oberfläche des Halbleiterkörpers besser Der Ofen 14 wird so eingestellt, daß die Tempe-

geschützt ist und an desseji eindiffundiertem Gebiet ratur innerhalb des Rohrs 11 auf ungefähr 580 bis

eine Elektrode leichter anzubringen ist als bei den 700° C gehalten wird. Das inerte Trägergas, im vor-

Hekannten Halbleiterbauelementen. 35 liegenden Faii Stickstoff, wird zunächst durch das

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei Rohr 11 geschickt, während d^r Ofen 14 auf die ge-

eine..i Halbleiterbauelement der eingangs genannten wünschte Temperatur aufgeheizt wird. Die Durch-

Art sich zwischen dem an die eine Scheibenfläche flußmengen der verschiedenen Reagenzien hängen

grenzenden Gebiet des einkristallinen Halbleiter- von der Größe und Form der Vorrichtung sowie von

körpers und der Schicht hohen elektrischen Wider- 40 der Ofentemperatur ab.

stands, die aus einem Material hohen spezifischen Wenn die Temperatur im Rohr 11 einen bestimm

elektrischen Widerstands besteht, eine polykristalline ten Wert im Bereich von ungefähr 580 bis 700° C

Halbleiterschicht aus Halbleitermaterial niedrigen erreicht hat, wird das Einlaßrohr 12 des Rohrs Il mit

spezifischen elektrischen Widerstands befindet, in das einem Gemisch des verdünnten Silans aus dem Be-

ein Dotierungsstoff des zum Leitungsiyp des angren- 45 halter 16 und das Dotierungsstoffgas aus dem Behäl-

zendi'.n Gebiets gleichen Leitungstyps eingebaut ist. ter 15 beschickt. Das Silan zersetzt sich entsprechend

Ein Vorteil eines solchen Halbleiterbauelements der Reaktion: besteht darin, daß die polykristalline Halbleiterschicht, die nicht von der Oberfläche des Halbleiter- ⁵^ -» Si + 2 H₂ bauelement« entfernt wird, als Schutzschicht für di^ 50

Oberfläche wirkt, und zwar insbesondere in dem Auf diese Weise wird auf das Halbleitersubstrat 20 Bereich, wo der pn-Obergang an die Oberfläche tritt. eine Schicht 21 aus polykristallinen! Silizium nieder-Der pn-Ubergang ist also niemals der Atmosphäre geschlagen. In diese polykristalline Siliziumschicht 21 ausgesetzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die ist etwas Dotierungsstoff aus dem Behälter 17 eingleiche polykristalline Halbkiterschicht, die als Dif- 55 gebaut. Die Konzentration .des Dotierungsstoffs in fusionsquelle und Schutzschicht dient, außerdem als der polykristallinen Siliziumschicht 21 kann durch elektrischer Kontakt des Diffusionsgebiets Venven- Verändern der relativen Durchflußmengen des Silans dung findet. Dadurch vereinfachen sich die Verfah- und des Dotierungsstoffs beeinflußt werden, rensschritte bei der Herstellung der Elektrode an dem Das Trägergas, das nicht umgesetztes Silan und diffundiertem Gebiet und dadurch erhöht sich die 60 das nicht ungesetzte Dotierungsstoffmaterial sowie Fabrikationsausbeute. In den Zeichnungen zeigt die Rerktionsprodukte verlassen das Rohr 11 über

Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung eine den Auslaß 13. Nachdem die polykristalline Silizium-

erste Ausfühiungsform einer Vorrichtung zum Her- schicht 21 in dem gewünschten Zeitraum auf das

stellen eines Flächenhalbleiterbauelements nach der Halbleitersubstrat 20 aufgebracht worden ist, wird

Erfindung, 65 der Strom aus Silangemisch und Dotierungsstoff ab-

F i g. 2 in schematischer Schnittdarstellung eine geschaltet und der Ofen 14 ausgeschaltet. Wenn die

zweite Ausführungsform einer solchen Vorrichtung, Temperatur im Rohr 11 auf ungefähr 200° C abge-

F i g. 3 und 4 Querschnittsdarstellungen eines sunken ist, kann der Trägergasstrom vollständig

abgeschaltet und der Tiegel 19 zusammen mit dem ments gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfinbeschichtctcn Halbleitersubstrat 20 aus dem Rohr 11 dung wird von einem scheibenförmigen einkristallinen herausgenommen werden. Halbleiterkörper 60 (F i g. 3) eines gegebenen Lei-

Statt dessen kann man das beschichtete Halbleiter- tungstyps mit mindestens einer Hauptfläche 61 aussubstrat20 auch im Rohr 11 belassen und die an- 5 gegangen. Dieser Halbleiterkörper 60 kann aus SiIischließendcn Diffusionsvorgänge im gleichen Rohr zium, Germanium, Galliumarsenid oder einer SiIidurchführen, ohne das Halbleitersubstrat der Atmo- zium-Germanium-Legierung bestehen. Mit Hilfe sphärc auszusetzen. üblicher, bekannter Maskier- und Diffusionsverfahren

Bei einer zweiten AusfUhrungsform des Herste!■ wird im Halbleiterkörper 60 unmittelbar an der I ungsverf ahrens wird das Silan wie bei der vorstehend "> Hauptfläche 61 ein diffundiertes Basisgebiet 63 des beschriebenen AusfUhrungsform in einem heißen zum übrigen Teil des Halbleiterkörper entgegenRohr zersetzt, wobei jedoch das zu beschichtende gesetzten Leitungstyps gebildet. An der Grenzfläche Halbleitersubstrat sich nicht im Rohr befindet, son- zwischen dem diffundierten Gebiet 63 und dem dem in einer kälteren Umgebung vollständig außer- Hauptteil des Halbleiterkörpers 60 entsteht' ein halb des Rohrs gehalten wird. Die Reaktionsgase 15 pn-Obergang 64, der als Basis-Kollcktor-pn-Überströmen aus dem Rohr aus und werden rasch abge- gang des Flächenhalbleiterbauclcmcnts dient. Die kühlt, da sie durch eine Düsenöffnung gepreßt wer- Hauptfläche 61 wird mit einer Isolierschicht 62 aus den. so daß sie auf das Halbleitersubstrat aufströmen z. B. Siliziumoxyd maskiert In der Isolierschicht 62 und dadurch auf dem Halbleitersubstrat eine poly- werden eine Anzahl von öffnungen gebildet, durch kristalline Halbleiterschicht bilden. Ein besonderer »« die mehrere Bereiche der Hauptfläche 61, und zwar Vorteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß sämtlich innerhalb der Umgrenzung des Gebiets 63 eine nur mäßige Erwärmung des Halbleitersubstrats freigelegt werden. Anschließend wird innerhalb jeder erforderlich ist. der öffnungen in der Isolierschicht 62 nach einem

Die in F t g. 2 gezeigte Vorrichtung 3· zur Durch- Niedertemperaturverfahren (Zersetzen des Silans. führung dieses Herstellungsverfahrens enthält ein «5 dem .ine kleine Menge eines flüchtigen Dotierungs-Rohr 31 mit einem Hinlaßrohr 32 an einem Ende und Stoffs zugesetzt ist, bei Temperaturen unterhalb einer Ausströmdüsenöffnung 33 am anderen Ende. 700° C und anschließendes Erhitzen des Halbleiter-Das Rohr 31 ist in einem Ofen 34 angeordnet. Ein körpers) eine dünne Schicht 65 aus polykristallinem Träeergasbehälter 15. ein Silanbehälter 16 und ein Silizium mit einem Gehalt an einem Dntierunesstoff Doticrungsstoffgasbehälter 17 beschicken das Einlaß- 30 (z. B Phosphor) aufgebracht. Beim Aufbringen der rohr 32 über Hähne 35. Die Gasströme aus den Be- polykristallinen Siliziumschichten 65 diffundiert aus hältern 15 bis 17 werden wie bei der zuvor beschrie- jeder dieser Schichten 65 etwas Dotierungsstoff in die benen Ausführungsform durch Strömungsmesser 18 unmittelbar angrenzenden Teile des diffundierten reguliert. Gebiets 63. so daß eine Anzahl von Emittergebieten

Das Halbleitersubstrat 36 befindet sich bei diesem 35 66 entstehen. Obwohl in der Zeichnung nur zwei Herstellungsverfahren außerhalb des Rohrs 31 und solche Fmittcrgebiete 66 gezeigt sind, kann in der des Ofens 34, und zwar eine kurze Strecke, im all- Praxis die Anzahl dieser gehemmten Emittergebiete gemeinen weniger als 5 cm von der Düsenöffnung 33 mehr als hundert betragen. Die jeweiligen Grenzentfernt. Die Vorrichtung wird durch Beschicken mit flächen 67 zwischen den einzelnen flachen Emittereinem Trägergasstrom aus dem Behälter 15 in Pfeil- 40 gebieten 66 und dem Basisgebiet 63 bilden die richtung gespült und gereinigt, während der Ofen 34 Emitter-Basis-pn-Übergänge des Flächenhalbleiterauf eine vorbestimmte Temperatur im Bereich von bauelemente.

ungifähr 580 bis 700° C aufgeheizt wird. An- Auf jede der dotierten polykristallinen Siliziumschließend wird das Rohr 31 mit einem Strom aus schichten 65 wird eine Schicht 68 aus elektrischem Silan und Dotterungsstoff beschickt. Die Temperatur 45 Widerstandsmaterial aufgebracht. Diese elektrische des Rohrs 31 reicht jetzt aus, um das Silan zu zer- Widerstandsschicht 68, für die an sich eine große setzen. Das Dampfgemisch aus inertem Trägergas, Anzahl unterschiedlicher elektrischer N.jterialien nicht umgesetztem Dotierungsstoff im Silan und verwendet werden kann, besteht vorteilhafterweise Reaktionsprodukt strömt über die Düsenöffnung 33 aus polykristallinem Silizium hohen spezifischen aus dem Rohr 31 aus und bildet einen durch den $» Widerstands, das durch thermische Zersetzung von Pfeil angedeuteten Gasstrahl aus der Düsenöffnung Silan in der zuvor beschriebenen Weise, jedoch ohne 33, den man auf die Oberfläche des Halbleiter- Zusatz irgendeines Dotierungsstoffs, aufgebracht Substrats 36 auftreffen läßt Der Gasstrom kühlt sich wird. Sodann wird auf die Oberseite jeder dieser beim Austreten aus der Düsenöffnung 33 sehr rasch elektrischen Widerstandsschicht 68 und auf die Oberab, so daß die Temperatur des Gasstrahls an der 55 seite der Isolierschicht 62 eine Schicht 69 aus stark Stelle, wo er auf das Halbleitersubstrat 36 auftrifft dotiertem polykristallinen! Silizium aufgebracht durch Einstellen des Abstands zwischen der Düsen- Diese polykristalline Siliziumschicht 69, die den öffnung 33 und dem Halbleitersubstrat 36 bestimmt gleichen Leitungstyp hat wie die polykristallinen werden kann. Auf diese Weise wird auf das HaIh- Sifizhnnschichten 65, dient als elektrischer Kontakt leitersubstrat 36 eine Schicht 37 aus polykristallinem 60 der sämtliche Emittergebiete 66 kontaktiert Silizium mit eingebautem Dotierungsstoff nieder- In den Schichten 62 und 69 wird eine öffnung 70

geschlagen, während das Halbleitersubstrat 36 dabei (Fig. 4) angebracht die einen Teil der Hauptfläche auf einer sehr mäßigen Temperatur gehalten wird. 61 innerhalb des diffundierten Basisgebiets 63 frei-Diese Verfahrensweise eignet sich besonders für legt Auf dem so freigelegten Teil der Hauptfläche 61 solche Fälle, in denen für das Halbleitersubstrat ein 65 wird eine metallische Basiselektrode 71, die im vor-Halblehennaterial verwendet wird, das keine hohen liegenden Fall ringförmig ist und die Anordnung der Temperaturen verträgt gehemmten Emittergebiete 66 umgibt, angebracht

Zur Herstellung eines Flächenhalbleiterbauele- Zugleich wird eine metallische Emitterelektrode 72

auf dem sämtliche Emittergebiete 66 verbindenden Teil der polykristallinen Siliziumschicht 69 angebracht. Die Elektroden 71 und 72 werden mit elektrischen Zuleitungsdrähten 73 bzw. 74 versehen. Schließlich wird das Flächenhalbleiterbauelement in üblicher, bekannter Weise montiert und gekapselt. Im Betrieb des Flächenhalbleiterbauelements a Bipolartransistortriode wirken die einzelnen Schic ten 68 jeweils als elektrischer Widerstand in Reil mit dem entsprechenden Emittergebiet 66, so daß d S Entstehen von »Heißflecken« an irgendeiner Emitte stelle verhindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flächenhalbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen einkristallinen Halbleiterkörper mit einem an die eine Scheibenfiäche grenzenden Gebiet des zum Leitungstyp des benachbarten Teils des einkristallinen Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyps, wobei das an die eine Scheibenfläche grenzende Gebiet mit dem benachbarten Teil des einkristallinen Halbleiter körpers einen pn-übergang bildet, und mit einer Schicht aus einem Material hohen elektrischen Widerstands über dem an die eine Scheibenfiäche grenzenden Gebiet des einkristallinen Kalbleiterkörpers sowie mit einem elektrischen Anschluß an der Schicht aus einem Material hohen elektrischen Widerstands, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem an die eine Scheibenfiäche grenzenden Gebiet (66) des einkristallinen Halbleiterk irpers (60) und der Schicht (68) hohen elektrischen Widerstands, die aus einem Material hohen spezifischen elektrischen Widerstands besteht, eine polykristalline Halbleiterschicht (65) aus Halbleitermaterial niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands befindet, in das ein Dotierungsstoff des zum Leitungstyp des angrenzenden Gebiets (66) gleichen Leitungstyps eingebaut ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aer einkristalline Halbleiterkörper (60) und die polykristalline Halbleiterschicht (65) niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands aus der gleichen Art von Halbleitermaterial bestehen.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einkristalline Halbleiterkörper (60) und die polykristalline Halbleiterschicht (65) niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands aus Silizium bestehen.

4. Verfahren zum Herstellen eines Flächenhalbleiterbauelements nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Teil der Scheibenfläche des scheibenförmigen einkristallinen Halbleiterkörpers (60) eines Leitungstyps eine polykristalline Halbleiterschicht (65) aus Halbleitermaterial niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands aufgebracht sind, in das ein Dotierungsstoff des zum Leitungstyp des Halbleiterkörpers (60) entgegengesetzten Leitungstyps eingebaut ist, daß durch Erhitzen des einkristallinen Halbleiterkörpers (60) und der polykristallinen Halbleiterschicht (65) der Dotierungsstoff aus polykristalliner Halbleiterschicht

(65) lediglich in das unmittelbar angrenzende Gebiet (66) des Halbleiterkörpers (60) eindiffundiert und dadurch der Leitungstyp dieses Gebiets

(66) in den zum Leitungstyp des einkristallinen Halbleiterkörpers (60) entgegengesetzten Leitungstyps überführt wird, daß auf die polykristalline Halbleiterschicht (65) eine Schicht (68) aus einem Material hohen spezifischen elektrischen Widerstands aufgebrächt wird, und daß diese Schicht (68) aus einem Material hohen spezifischen elektrischen Widerstands elektrisch kontaktiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge-

kennzeichnet, daß ein scheibenförmiger ein kristalliner Halbleiterkörper (60) mit einer an die eine Scheibenfläche (61) grenzenden Zone (63^ eines ersten Leitungstyps gebildet wird, daß eint markierende Isolierschicht (62) auf diese Scheibenfläche (61) aufgebracht und eine Anzahl vor getrennten Teilen der Zone (63) des ersten Leitungstyps freigelegt werden, daß lediglich aui diese freigelegten Zonenteile begrenzte Schichtteile (65) einer ersten polykristallinen Halbleiterschicht niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands aufgebracht werden, in die ein den zweiten, zum ersten entgegengesetzten Leitungstyp bezeichnender Dotierungsstoff eingebaut ist, daß durch Erhitzen des einkristallinen Halbleiterkörpers (60) und seiner polykristallinen Bedeckung der Dotierungsstoff aus den Schichtteilen

(65) der ersten polykristallinen Halbleiterschichl lediglich in die unmittelbar angrenzenden Zonenteile des ersten Leitungstyps eindiffundiert wird und dadurch der Leitungstyp dieser Zonenteile

(66) in den zweiten Leitungstyp überführt wird, daß auf jeden Schichtteil (65) der ersten polykristallinen Halbleiterschicht niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands ein weiterer Schichtteil (68) aus einem Material hohen spezifischen elektrischen Widerstands aufgebracht wird, daß auf den Schichtteilen (68) hohen spezifischen elektrischen Widerstands und auf Teilen der Isolierschicht (62) eine zweite polykristalliiie Halbleiterschicht (69) aus einem Halbleitermaterial niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands aufgebracht wird, die sämtliche Teile (68) der Schicht hohen spezifischen elektrischen Widerstands verbindet, und daß die zweite polykristalline Halbleiterschicht (69) aus einem Halbleitermaterial niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands elektrisch kontaktiert wird.