DE1154876B

DE1154876B - Transistor, insbesondere Schalttransistor, und Verfahren zu seinem Herstellen

Info

Publication number: DE1154876B
Application number: DET18787A
Authority: DE
Inventors: Otto Daute; Dr Friedrich-Wilhelm Dehmelt
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-08-04
Filing date: 1960-08-04
Publication date: 1963-09-26

Description

Transistor, insbesondere Schalttransistor, und Verfahren zu seinem Herstellen Die Eigenschaften eines Schalttransistors für kurze Schaltzeiten werden sehr wesentlich durch die Zeit bestimmt, die die Minoritätsladungsträger benötigen, um in der Sperrphase aus der Basiszone des Transistors zu gelangen. Wird der Schalttransistor in der Sperrphase betrieben, so ist bekanntlich bei einem pnp-Transistor die Basis gegenüber dem Emitter und natürlich auch gegenüber dem Kollektor positiv vorgespannt; bei einem npn-Transistor sind die Spannungsverhältnisse ähnlich. Bei dem Beispiel des pnp-Transistors werden in der Sperrphase die Minoritätsladungsträger in der Basiszone, d. h. also die Löcher, zur Emitter- und Kollektorzone wegdiffundieren.
Es hat sich nun herausgestellt, daß die Abwanderung der Minoritätsladungsträger der Basiszone durch die Emitterzone einen wesentlichen Anteil an der Gesamtabwanderung der Minoritätsladungsträger der Basiszone ausmacht. In übereinstimmung damit wird somit in erster Näherung die Schaltgeschwindigkeit des Transistors durch die Laufzeit der Minoritätsladungsträger aus der Basiszone in der Emitterzone bestimmt. Um diese Laufzeit der aus der Basiszone strömenden Minoritätsladungsträger so klein wie möglich zu machen, ist die Dicke der Emitter- und/ oder Kollektorzone derartig gering zu bemessen, daß die Laufzeit der Ladungsträger durch diese Zone ein Minimum wird. Dies wird bei einem Transistor erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einem Halbleiterkörper gleichmäßiger Dicke die Dicke der Emitter- und=oder Kollektorzone kleiner als 1000 Angström gewählt ist. Im allgemeinen empfiehlt es sich sogar, die Dicke der Emitter- und%oder Kollektorzone nur etwa 100 Angström dick zu wählen.
Ist diese Bedingung erfüllt, so wird die Laufzeit, die die Minoritätsladungsträger der Basiszone auf ihrem Weg durch die Emitterzone bis zur rekombinierenden Emitterelektrode benötigen, einen Minimalwert annehmen. Ein Schalttransistor mit optimalen Eigenschaften bedingt darüber hinaus gleichzeitig auch eine dünne Basiszone. Es empfiehlt sich, die Breite der Emitterzone nicht größer als 1000 Angström zu machen.
Es ist bereits eine Halbleiteranordnung bekanntgeworden, bei der die Tiefe der Emitterlegierung geringer als 0,01 mil ist. Damit ist auch die Emitterzone, die nur einen Teil der rekristallisierten Schicht ausmacht, ebenfalls sehr dünn. Dieser Vorschlag ist jedoch nur für den sogenannten surface-barrier-Transistor bekanntgeworden, dessen Halbleiterkörper im mittleren Bereich eine wesentliche Verdünnung gegenüber dem übrigen Halbleiterkörper aufweist. Diese Verdünnung, die durch Strahlenätzung hergestellt wird, ergibt eine sehr dünne Basiszone und damit gute Hochfrequenzeigenschaften. Die Basiszone ist bei surface-barrier-Transistoren so dünn, daß das Legierungsmaterial auf beiden Seiten nur sehr schwach einlegiert werden darf. Die bei dem bekannten Transistor vorhandene geringe Legierungstiefe soll im wesentlichen die Ausbildung einer nicht planparallelen Legierungsfront verhindern.
Des weiteren ist eine Halbleiterdiode bekanntgeworden, welche aus einer hochohmigen Zone vom ersten Leitungstyp und einer daran angrenzenden niederohmigen Zone vom zweiten Leitungstyp besteht. Zur Vermeidung der recovery time, d. h. der Erholungszeit, einer solchen Halbleiterdiode wird die hocholimige Schicht weitgehend abgetragen.
Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Ausbildung der Halbleiterzonen und besonders der Emitterzone eines Schalttransistors muß bei Anwendung der Legierungstechnik darauf geachtet werden, daß bei einer nicht zu hohen Temperatur nur sehr kurze Zeit legiert und anschließend sehr schnell abgekühlt wird. Bei einem solchen Legierungsvorgang erhält man ähnlich wie bei der Tunneldiode einen sehr steilen pn-Übergang. Hinsichtlich der Dotierungskonzentration ist jedoch darauf zu achten, daß bei entsprechender Polung noch eine Sperrspannung des Emitters gegenüber der Basis gewährleistet ist.
Die Dicke der durch Legieren hergestellten Emitterzone ist eine Funktion der Abkühlgeschwindigkeit, so daß man durch entsprechend schnelles Abkühlen das Entstehen einer breiten Emitterzone verhindern kann. Wenn möglich, soll die Dicke der Emitterzone sogar nur in der Größenordnung von 100 Angströmeinheiten gehalten werden.
Die Erfindung soll am Beispiel eines pnp-Legierungs-Schalttransistors näher erläutert werden. Für das Einlegieren der Emitter- und Kollektorzone wird beispielsweise eine Indium-Gallium-Legierung mit 99 Atomprozent Indium und 1 Atomprozent Gallium verwendet. Die Emitter- und Kollektorpillen 1 und 2 werden vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 480°C oder weniger auflegiert, und der Legierungsofen selbst soll eine Temperatur von beispielsweise 800° C haben. Das bedeutet, daß die Legierungspillen die Legierungstemperatur von 450 oder 480'C in wenigen Sekunden und somit in einer so kurzen Zeit erreichen, daß die Lösungsgeschwindigkeit der Legierungspillen im Germanium wesentlich größer ist als die Diffusionsgeschwindigkeit des Galliums im Legierungsmaterial oder der den Leitungstyp der Basiszone bestimmenden Störstellen, wie z. B. Antimon oder Phosphor. Bei einer solchen Legierungstechnik kann somit weder Störstellenmaterial aus der Emitterzone 3 in die Basiszone 4 noch umgekehrt Störstellenmaterial aus der Basiszone 4 in die Emitterzone 3 im Verlauf des Legierungsprozesses, diffundieren.
Ist die gewünschte Legierungstemperatur erreicht, so wird der zu legierende Transistor aus dem Legierungsofen herausgenommen und im kalten Wasserstoffstrom schnell abgekühlt, Durch die schnelle Abkühlung erhält man emitter- und kollektorseitig Rekristallisationsschichten, deren Breite kleiner als 1000 Angström ist und in der Größenordnung von 100 Angström liegt. Soll der Schalttransistor kollektorseitig größere Sperrspannungen vertragen können, so ist es zweckmäßig, für die Herstellung der Kollektorzone im ersten Arbeitsgang höhere Temperaturen zu verwenden und langsamer abzukühlen, damit im Hinblick auf höhere Sperrspannungen kollektorseitig eine breitere Rekristallisationszone entsteht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE.-1. Transistor, insbesondere Schalttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Halbleiterkörper gleichmäßiger Dicke die Dicke der Emitter- und/oder Kollektorzone kleiner als 1000 Angström gewählt ist.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Emitter- und/oder Kollektorzone zu etwa 100 Angströmeinheiten gewählt ist.
3. Verfahren zum Herstellen eines Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone durch Legieren hergestellt und beim Legieren möglichst schnell auf Legierungstemperatur erwärmt wird und daß anschließend derart schnell abgekühlt wird, daß eine Emitterzone mit einer Dicke von kleiner als 1000 Angström erzielt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Legieren in einem Ofen vorgenommen wird, dessen Temperatur über der gewünschten Legierungstemperatur liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Legieren der Emitter-und Kollektorzone eine Indium-Gallium-Legierung verwendet wird, daß die Emitter- und Kollektorpille bei einer Legierungstemperatur von ungefähr 480°C in einem auf 800°C erwärmten Legierungsofen in wenigen Sekunden auflegiert wird und daß nach Erreichen der Legierungstemperatur der Legierungstransistor aus dem Legierungsofen genommen und im kalten Wasserstoffstrom derart schnell abgekühlt wird, daß für die Emitter- und Kollektorzone eine Dicke von etwa 100 Angström erzielt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 870 052; britische Patentschrift Nr. 825 674.