DE1221363B

DE1221363B - Verfahren zum Verringern des Bahnwiderstands von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE1221363B
Application number: DET26075A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Hans-Juerg Schuetze; Dr-Ing Klaus Hennings
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-04-25
Filing date: 1964-04-25
Publication date: 1966-07-21
Also published as: GB1110224A; US3427708A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

T 26075 VIII c/21g
25. April 1964
21. Mi 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern des Bahnwiderstands von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Transistoren oder Dioden. Für Schalttransistoren und -dioden sowie Halbleiterbauelemente höherer Leistung ist ein niedriger Bahnwiderstand wünschenswert; denn bei ungenügender Leitfähigkeit tritt am Bannwiderstand ein Spannungsabfall auf, wodurch die Sättigungsspannung steigt und die Verlustleistung verringert wird. Bekannterweise läßt sich der Bahnwiderstand in einem Halbleiterkörper dadurch herabsetzen, daß in den Halbleiterkristall eine niederohmige Schicht eindiffundiert oder einlegiert wird. Es ist weiter bekannt, für den Aufbau derartiger Halbleiterbauelemente mit geringem Bahnwiderstand epitaktisch gewachsenes Material zu verwenden, das aus einer niederohmigen und einer hochohmigen Schicht besteht.

Sehr niederohmige Schichten sind schwierig herzustellen, da sich die Dotierungsstoffe bei der Diffusion und beim Legieren nur begrenzt lösen. Zudem nimmt bei der Diffusion die Leitfähigkeit zum HaIbleiterinnern hin ab und beim Legieren noch der Einbau von Kristallbaufehlern durch den Schmelzvorgang erheblich zu. Die Verwendung sehr niederohmiger Kristalle von z. B. unter 10~³ Ω · cm als Keimmaterial für das Aufwachsen aus der Dampfphase gewährleistet keine epitaktischen Schichten hoher Kristallqualität, wie sie für das Herstellen von Bauelementen gefordert wird. Das Kristallgitter des Keims ist durch die hohe Dotierung recht stark mit Gitterbaufehlern angereichert, die zum Teil die Dichte der Kristallbaufehler in der aufgewachsenen Schicht bestimmen.

Es sind Verfahren zum Erzeugen einer Transistorstruktur bekannt, bei denen eine Elektrode, welche eine pn-Grenzschicht im Halbleiterkörper bildet, zusammen mit einer Vertiefung im Halbleiterkörper erzeugt wird (deutsche Auslegeschrift 1051 985 und USA.-Patentschrift 3 029 366). Bei diesen Verfahren werden also die Vertiefung und die Grenzschicht gleichzeitig im Halbleiterkörper hergestellt. Das Verfahren besitzt jedoch den wesentlichen Nachteil, daß man bei seiner Anwendung auf einer Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers nicht mehrere hintereinanderliegende pn-Übergänge erzeugen kann. Mit dem gleichen Nachteil ist ein Verfahren zum selbstbegrenzenden elektrolytischen Ätzen von Löchern in einen Halbleiterkörper, in dem sich noch keine pn-Übergänge befinden, behaftet (deutsche Auslegeschrift 1044 289). Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch Anbringen von Vertiefungen bzw. Gräben im Halbleiterkörper ein oder mehrere Verfahren zum Verringern des
Bahnwiderstands von Halbleiterbauelementen

Anmelder:
Telefunken

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

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Hans-Jürgen Schütze,

Dr.-Ing. Klaus Hennings, Ulm/Donau

pn-Übergänge zwecks Separation der Bauelemente freigelegt werden (französische Patentschrift 1313 346). Diese Verfahren ist jedoch zur Verringerung des Bahnwiderstands von Halbleiterbauelementen ungeeignet, da ja in diesem Fall die Vertiefungen im Halbleiterkörper einen in ihm enthaltenen pn-übergang nicht berühren bzw. zerstören dürfen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Schwierigkeiten zum Herstellen eines niederohmigen Bahnwiderstands in einem Halbleiterkörper zu umgehen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Verringern des Bahnwiderstands von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Transistoren oder Dioden. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß derart durchgeführt, daß auf der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper mehrere hintereinanderliegende pn-Übergänge eingebracht werden, daß auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite den pn-Übergängen gegenüber eine einen pn-übergang nicht berührende Vertiefung eingeätzt wird, und daß in der Vertiefung eine ohmsche Kontaktelektrode angebracht wird. Die Einbringung der pn-Übergänge in den Halbleiterkörper geschieht z. B. durch Eindiffusion von Fremdatomen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den Bahnwiderstand von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Transistoren und Dioden, wesentlich herabzusetzen. Die Form und die Anzahl der Aussparungen wird von

609 590/299

der weiteren Verwendung der Bauelemente bestimmt. Sind mehrere Bauelemente auf einem Halbleiterkörper aufgebracht, so ist oft das Herausätzen je einer eigenen Aussparung zu jedem einzelnen Bauelement vorteilhaft. Die Aussparung wird möglichst nahe an die Struktur herangebracht. So wird beispielsweise von einem in epitaktischem Material hergestellten Transistor durch kollektorseitige Ätzung der größte Teil des Kollektormaterials entfernt. Es entsteht dabei auf der Kollektorseite des Bauelementes ein Loch, in dem der Transistor kontaktiert wird. Durch dieses Verfahren wird eine beträchtliche Verminderung des Bahnwiderstands in dem Halbleiterkörper erreicht.

Um einen niederohmigen Bahnwiderstand zu erhalten, wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, die herausgeätzten Aussparungen anschließend ganz oder teilweise mit Kontaktlot auszufüllen. Dieses Lot ist erheblich niederohniiger — etwa in der Größenordnung von 10~⁵ Ω · cm und darunter — als das niederohmigste Halbleitermaterial, das noch zum · Herstellen von Bauelementen verwendet werden kann.

Das vorgeschlagene Verfahren ist besonders vorteilhaft anwendbar bei der Herstellung von einer Mehrzahl von Bauelementen auf einer einzigen _t · Kristallscheibe, die anschließend in die einzelnen Bauelemente zerlegt wird. Zunächst wird die Struktur der Bauelemente auf einer Seite der Kristallscheibe angebracht. Alsdann werden auf der dieser Struktur gegenüberliegenden Seite Vertiefungen durch Ätzen ausgespart, wodurch hier rippenförmige oder rasterförmige Erhebungen stehenbleiben. Die Aussparung wird in diesem Falle mindestens so groß wie die Transistorstruktur selbst gewählt. Die Scheibe wird anschließend in Elemente derart zerlegt, daß die beim Ätzen entstandenen Rippen abfallen. Dieses Verfahren bringt den Vorteil, daß die Seheibe solange sie bearbeitet wird, durch die Rippen verstärkt ist. Nach dem Zerlegen skid die Elemente zwar recht dünn, aber flächenmäßig ziemlich klein. Die Bruchgefahr ist deshalb vor und nach dem Zerlegen sehr gemindert, weil die Flächen zur Dicke in jedem Falle in einem gemäßen Verhältnis gehalten werden kann, Die Bauelemente lassen sich dann anschließend in bekannter Weise kristallseitig auflöten.

Das Zerlegen der Scheibe in einzelne Elemente kann sowohl in der üblichen Weise durch Ritzen und Brechen erfolgen als auch durch Ätzen von Gräben nach entsprechender Markierung, da jetzt nur noch etwa 10 bis 20 μ durchgeätzt werden müssen. Dadurch läßt sich aber das bisher umständliche und daher teure Ritzen einsparen.

Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der Fig. 1 ist auf einem niederohmigen n⁺- leitenden Substrat 1 eine höherohmige n-leitende Schicht 2, z. B. durch Wachstum aus der Dampfphase erzeugt. In diese Schicht ist eine Transistorstruktur-—im gezeichneten Beispiel für einen Planartransistor ~- in bekannter Weise eingebracht. Auf der Kollektorseite wurde erfindungsgemäß die Aussparung 4 herausgeätzt. In der so erzeugten Vertiefung wird der Halbleiterkörper kontaktiert, z. B, indem diese mit Kontaktierungsmaterial metallischer Leitfähigkeit ausgefüllt wird, Dieses Löchereinätzen kann z. B. nach der Transistorherstellung mittels der bekannten Photo-Resist-Technik und Oxydmasken mit entsprechenden Ätzmitteln, z. B. durch Ätzen in Chlorgas, vorgenommen werden. Es ist vorteilhaft, wenn dieser Ätzprozeß gleich an einer Mehrzahl von Bauelementen vorgenommen wird, also an solchen, die zu einer Vielzahl auf einer Kristalischejbe angeordnet sind,

Die F i g. 2 zeigt eine weitergehende Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens bei der Herstellung von einer Mehrzahl von Bauelementen auf einer Kristallscheibe. Auf dem aus einer niederohmigen Schicht 1 und einer höherohmigen Schicht 2 bestehenden Halbleiterkörper liegt eine Oxydschicht 3, aus der, wie von der Planartechnik her bekannt, Fenster 8 herausgeätzt werden für die Einbettung der Strukturschichten, z, B. durch Oxydmaskendiffusion. Auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörper? entstehen durch Ätzen Vertiefungen 4, deren Breite größer als die Abmessung des Bauelementes ist. Der Halbleiterkörper wird anschließend längs der Schnittlinien 6 in Bauelemente zerlegt, wobei die Rippen 7 abfallen.

Die Fig, 3 zeigt zu der Verfahrensanwendung nach der F i g, % als Ausschnitt ein Bauelement. Die aus der Schicht X herausgeätzte Aussparung 4 ist mindestens so groß wie die in diesem Fall gezeichnete Planartransistorstruktur 5 gewählt. So können zum Zerlegen des Halbleiterkörpers die Brechkanten 6 so gelegt werden, daß die Rippen 7 abfallen. Anschließend wird das Bauelement kollektorseitig durch die Lötschicht 9 kontaktiert, z, B. durch Auflöten der Elemente auf einen vergoldeten Fuß mittels phosphordotierter Goldfolie bei etwa 400° C im Schutzgas.

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zum Verringern des Babnwider·* Stands von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Transistoren oder Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper mehrere hintereinanderliegende pn-Übergänge eingebracht werden, daß auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite den pn-Ubergängen gegenüber eine einen pn-übergang nicht berührende Vertiefung eingeätzt wird und daß in der Vertiefung eine ohmsche Kontaktelektrode angebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halbleiterkörper mehrere solche Vertiefungen für mehrere Halbleiterbauelemente eingeätzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Kontaktelektrode in jeder Vertiefung durch ganz oder teilweises Ausfüllen der Vertiefung mit Lot angebracht wird,
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vertiefungen so in den Halbleiterkörper eingeätzt werden, daß die Fläche einer jeden Vertiefung mindestens die Fläche der pn-übergänge an der gegenüberliegenden Oberflächenseite des HaIbleiterkörpers überdeckt, daß der Halbleiterkörper längs Schnittlinien, welche um die Vertiefungen und um die Flächen der pn-Ubergänge verlaufen, in einzelne Halbleiterbauelemente zerlegt wird, und daß diese Bauelemente schließlich auf je eine Unterlage aufgelötet werden,
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper durch Ritzen und Brechen oder nach entsprechender Maskierung durch Ätzen von Gräben längs der vorgesehenen Schnittlinien in einzelne Bauelemente zerlegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 289, 1051985,1094547;
französische Patentschrift Nr. 1313 346; USA.-Patentschriften Nr. 3 029 366.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 590/299 7.66 © Bundesdruckerei Berlin