DE1225304B - Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1225 304

Aktenzeichen: T 21124 VIII c/21 g

Anmeldetag: 16. November 1961

Auslegetag: 22. September 1966

Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mehreren Zonen abwechselnden Leitungstyps, insbesondere eines Transistors, bei dem in die eine ebene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp eine Vertiefung eingebracht und dann in den Halbleiterkörper auf dieser Oberflächenseite eine Schicht vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wird. Die Erfindung besteht bei einem solchen Verfahren darin, daß in den Boden der ersten Vertiefung eine zweite Vertiefung eingebaut wird, deren Tiefe geringer ist als die Tiefe bzw. Dicke der ersten Diffusionsschicht, daß in die erste Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp eine weitere Schicht vom ersten Leitungstyp eindiffundiert wird und daß schließlich der Halbleiterkörper planparallel zu der mit Vertiefungen versehenen Oberflächenseite um eine Schichtdicke abgetragen wird, die mindestens gleich der Summe auf der Tiefe der ersten Vertiefung und der Dicke der zweiten Diffusionsschicht ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nach diesem Verfahren auch npn-Transistoren aus Germanium hergestellt werden können, die infolge höherer Ladungsträgerbeweglichkeit bessere Hochfrequenzeigenschäften als vergleichbare Siliziumtransistoren haben. Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß keine Maskierungstechnik bei der Herstellung diffundierter Transistoren erforderlich ist.

Es ist bereits bekannt, in einen Halbleiterkörper eine Vertiefung einzubringen und den Halbleiterkörper im Anschluß daran mit einer Diffusionsschicht zu versehen, deren Leitungstyp dem des Halbleiterkörpers ebenfalls entgegengesetzt ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch weder eine zweite Vertiefung mit anschließender Diffusion noch ein Abtragen des Halbleiterkörpers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen.

Bei der Herstellung eines Transistors empfiehlt es sich, von einem Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp auszugehen, ihn einseitig mit einer Vertiefung zu versehen und auf der Seite der Vertiefung in den Halbleiterkörper eine Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp einzudiffundieren. Die zweite Diffusionsschicht, die in den Halbleiterkörper nach Fertigstellung der zweiten Vertiefung eindiffundiert wird, soll jedoch den ersten Leitungstyp aufweisen.

Eine solche Halbleiteranordnung kann nach erfolgter Abtragung auf der Seite der Vertiefungen als Transistor verwendet werden, wenn der ursprüngliche Halbleiterkörper beispielsweise den Leitungstyp der Kollektorzone aufweist und die erste Diffusions-Diffusionsverfahren zum Herstellen eines
Halbleiterbauelementes

Anmelder:
Telefunken

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

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Friedrich Wilhelm Dehmelt, Ulm/Donau

schicht als Basiszone und die zweite Diffusionsschicht als Emitterzone verwendet werden.

Der Halbleiter soll, wie bereits ausgeführt, zwar um die Tiefe der ersten Vertiefung und die Dicke der zweiten Diffusionsschicht abgetragen werden, doch soll die Abtragung im allgemeinen nur so weit erfolgen, daß die Abtragungstiefe gleich dem Abstand zwischen der ursprünglichen Halbleiteroberfläche und dem Boden der zweiten Vertiefung ist. Dabei verbleibt im allgemeinen nur derjenige Teil der zweiten Diffusionsschicht, der der zweiten Vertiefung vorgelagert ist, sowie gegebenenfalls kleine Teilstücke der Diffusionsschicht parallel zur Seitenwand der zweiten Vertiefung.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der F i g. 1 und 2 näher erläutert werden. Als Ausgangsmaterial dient ein η-leitendes Germaniumplättchen 1 von beispielsweise 1 bis 5 Ohm/cm spezifischer Leitfähigkeit und etwa 150 μ Stärke. In dieses Germäniumplättchen 1 wird mittels Photoresistverfahrens ein 7 bis 10 μ tiefes Loch 2 mit einem Durchmesser von etwa 150 μ geätzt. Anschließend wird in einer beispielsweise Gallium oder sonstigen p-leitenden Atmosphäre eine p-leitende Zone 3 in das Germäniumplättchen 1 eindiffundiert, die im Ausführungsbeispiel etwa 8 μ tief ist. Im Anschluß hieran wird zentrisch in dem 150 μ breiten und 8 μ tiefen Loch 1 ein zweites Loch 4 mittels Photoresistverfahrens geätzt, welches etwa einen Durchmesser von 50 bis 60 μ bei einer Tiefe von etwa 4 μ Tiefe hat. Bei dieser 4 μ tiefen Ätzung wird die 8 μ tiefe p-Zone 3 im Bereich eines zweiten, zentrisch im ersten befindlichen Loches um etwa 4 μ verringert. Das ganze Halbleiterplättchen wird nun einer weiteren Diffusion, diesmal mit einem Donatormaterial, beispielsweise Phosphor, unterzogen, und zwar so lange, bis eine η-leitende Zone 5 von ange-

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nähert 2 μ Tiefe erreicht ist. Nachdem dies geschehen ist, wird das zweite zentrische Loch 4 mit einem Schutzlack überzogen und die mit beiden zentrischen Löchern 2 und 4 versehene Oberfläche des Germaniumplättchens 1 abgetragen, beispielsweise abgeschliffen oder abgeätzt, und zwar so weit, daß die am Boden des ersten Loches 2 gebildete n-leitende Zone 5 vollständig abgetragen wird, so daß sich die neu gebildete Oberfläche 6 etwa auf der halben Höhe der Gesamttiefe des zweiten Loches 4 befindet. Wenn die Bohrung des ersten Loches 2 eine Tiefe von 8 μ und die η-leitende Zone 5 eine Tiefe von 2 μ hat, so muß im ganzen etwa 8 + 2 μ = 10 μ tief abgetragen werden. Betrachtet man jetzt die neue Oberfläche 6 dieses Germaniumplättchens, so hat sich eine npn-Struktur innerhalb dieser Oberfläche gebildet.

In F i g. 2 ist noch einmal die nach dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Halbleiteranordnung dargestellt worden. Die in F i g. 1 der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen sind entsprechend in F i g. 2 übernommen, und zwar bedeutet 1 das Halbleiterplättchen bzw. gleichzeitig die η-leitende Kollektorzone der Halbleiteranordnung, 3 die p-leitende Basiszone und 5 die n-leitende Emitterzone. 6 ist die abgetragene Oberfläche, die die Schichtenfolge npn aufweist.

Zusätzlich kann die Halbleiteranordnung nach der Erfindung auf der den Vertiefungen gegenüberliegenden Seite mit einer Kühlplatte versehen werden, die zum Abtransport der Verlustwärme dient. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit einer solchen metallischen Kühlplatte 7.

Claims (8)

Patentansprüche: 35

1. Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit mehreren Zonen abwechselnden Leitungstyps, insbesondere eines Transistors, bei dem in die eine ebene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp eine Vertiefung eingebracht und dann in den Halbleiterkörper auf dieser Oberflächenseite eine Schicht vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann in den Boden der ersten Vertiefung eine zweite Vertiefung eingebaut wird, deren Tiefe geringer ist als die Tiefe bzw. Dicke der ersten Diffusionsschicht, daß in die erste Diffusionsschicht vom zweiten Leitungstyp eine weitere Schicht vom ersten Leitungstyp eindiffundiert wird und daß schließlich der Halbleiterkörper planparallel zu der mit Vertiefungen versehenen Oberflächenseite um eine Schichtdicke abgetragen wird, die mindestens gleich der Summe auf der Tiefe der ersten Vertiefung und der Dicke der zweiten Diffusionsschicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper den Leitungstyp der Kollektorzone aufweist und daß die erste Diffusionsschicht als Basiszone und der von der zweiten Diffusionsschicht verbleibende Teil als Emitterzone verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der ersten Diffusionsschicht 8 μ und die Tiefe der zweiten Diffusionsschicht 2 μ betragen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der ersten Bohrung 10 μ und die Tiefe der zweiten Bohrung 4 μ betragen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diffusionsschicht durch p-Störstellen und die zweite Diffusionsschicht durch n-Störstellen hergestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diffusionsschicht durch n-Störstellen und die zweite Diffusionsschicht durch p-Störstellen hergestellt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ersten Vertiefung 150 μ und der Durchmesser der zweiten Vertiefung 50 μ betragen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf der den Vertiefungen gegenüberliegenden Seite mit einer Kühlplatte versehen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 097 571,
024 640;

USA.-Patentschrift Nr. 2 967 344;

britische Patentschrift Nr. 874 349;

IRE Wescon Convention Record, Part 3 — Electron Devices, 1959, S. 37 bis 42.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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