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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterkörper mit einer Transistorstruktur,
eine Verwendung eines Halbleiterkörpers und ein Verfahren zur Herstellung
einer Transistorstruktur.
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Die
häufigsten
in einem Halbleiterkörper
integrierten Transistorstrukturen sind Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren,
abgekürzt MOSFETs,
und Bipolar-Transistoren. Ein Bipolar-Transistor umfasst einen Kollektor,
eine Basis und einen Emitter. Eine Kollektor-Basis Diode wird im
allgemeinen in Sperrrichtung betrieben und weist eine Durchbruchspannung
auf. Diese kann von einer Höhe
einer Dotierung und einer Abmessung eines dotierten Bereichs der
Diode abhängen.
Ein zulässiger
Betriebsspannungsbereich hängt
von der Durchbruchspannung ab.
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Das
Dokument US 2004/0000694 A1 befasst sich mit Bipolar-Transistoren, bei
denen Basisschichten unterschiedliche Abstände zur vergrabenen Kollektorschicht
aufweisen.
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Das
Dokument
US 6,724,066
B2 beschreibt einen Bipolar-Transistor, dessen Kollektorstrom lateral
von einem Kernbereich des Kollektors zu einem Kollektoranschluss
fließt.
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In
dem Dokument US 2004/0188712 A1 ist ein Bipolar-Transistor mit einem
nicht gleichmäßig dotierten
Kollektorbereich auf einem Galliumarsenid-Substrat angegeben.
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Das
Dokument
US 5,021,851 zeigt
einen n-Kanal MOSFET, bei dem Phosphor und Arsen zur Erzeugung der
Source- und Drainbereiche implantiert wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halbleiterkörper mit
einer Transistorstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer
Transistorstruktur bereitzustellen, die eine größere Flexibilität bei der
Einstellung der Durchbruchspannung ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie dem
Verfahren gemäß Patentanspruch
18 gelöst.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der
abhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst
ein Halbleiterkörper
mit einer Transistorstruktur ein Substrat mit einem vergrabenen
Gebiet mit einem ersten Leitungstyp und ein erstes Gebiet mit dem
ersten Leitungstyp, das auf dem vergrabenen Gebiet angeordnet ist. Über dem
ersten Gebiet ist ein zweites Gebiet angeordnet, das einen zweiten
Leitungstyp aufweist, welcher entgegengesetzt zu dem ersten Leitungstyp ist. Über dem
zweiten Gebiet ist ein drittes Gebiet angeordnet, welches den ersten
Leitungstyp aufweist.
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Das
vergrabene Gebiet wird mittels eines ersten und eines zweiten Implantationsschrittes
hergestellt, bei denen mindestens ein erster Dotierstoff in das
Substrat implantiert wird. Auf das vergrabene Gebiet im Substrat
werden das erste, das zweite und das dritte Gebiet abgeschieden.
Das vergrabene Gebiet, das erste Gebiet und das dritte Gebiet weisen den
gleichen Leitungstyp auf. Das zweite Gebiet umfasst einen entgegengesetzten
Leitungstyp. Beim Anlegen einer entsprechend ge polten Spannung zwischen
dem vergrabenen Gebiet und dem zweiten Gebiet kann ein Durchbruch
auftreten, der unter anderem vom Abstand des vergrabenen Gebiets
zum zweiten Gebiet und einer Höhe
einer Dotierung des ersten Gebiets abhängt. Die Dotierung des ersten Gebiets
ist wiederum abhängig
von dem ersten Dotierstoff, der von dem vergrabenen Gebiet in das
erste Gebiet bei einem Temperschritt nach oder bei dem Abscheiden
des ersten Gebiets hinein diffundiert.
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Durch
die zweifache Implantation sind eine hohe Dotierung des vergrabenen
Gebiet und damit ein gut leitendes vergrabenes Gebiet erzielbar.
Außerdem
sind durch die vorgeschlagenen Implantationsschritte ein Dotierungsverlauf
in dem ersten Gebiet und damit eine Durchbruchspannung zwischen dem
zweiten Gebiet und dem vergrabenen Gebiet einstellbar.
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Die
Durchbruchspannung ist für
einen Betrieb einer mittels dem zweiten Gebiets und dem vergrabenen
Gebiet ausgebildeten Diode in Sperrrichtung von Belang. Die Durchbruchspannung
steigt mit abnehmender Dotierung, da bei gleicher angelegter Spannung
eine Verarmungszone an einem pn-Übergang
breiter ist und dadurch die elektrische Feldstärke abnimmt. Die Ausdehnung
zwischen dem zweiten Gebiet und dem vergrabenen Gebiet ist mit Vorteil größer als
die verbreiterte Verarmungszone.
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In
einer Ausführungsform
folgt der zweite Implantationsschritt dem ersten Implantationsschritt nach.
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Die
Transistorstruktur kann als Bipolar-Transistor ausgebildet sein.
Das vergrabene Gebiet und das erste Gebiet dienen zusammen als Kollektorschicht.
Ein Kollektoranschluss ist mit dem vergrabenen Gebiet verbunden.
Das zweite Gebiet ist als Basisschicht eingesetzt, wobei das zweite
Gebiet mit einem Basisanschluss verbunden ist. Das dritte Gebiet dient
als Emitterschicht und ist mit einem Emitteranschluss verbunden.
Mittels der beiden Implantationsschritte wird eine Basis-Kollektor Durchbruchspannung
eingestellt. Das erste, das zweite und das dritte Gebiet können jeweils
als Schicht ausgebildet sein. Das vergrabene Gebiet, das erste,
das zweite und das dritte Gebiet können als Schichtstapel angeordnet
und im wesentlichen flächig
ausgebildet sein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Transistorstruktur als Feldeffekttransistor realisiert. Das
vergrabene Gebiet und das erste Gebiet dienen zusammen als Draingebiet.
Mit dem vergrabenen Gebiet ist ein Drainanschluss verbunden. Eine
Gateelektrode ist auf einem Gateisolator aufgebracht, welcher sich über einem
Kanalbereich befindet. Das zweite Gebiet umfasst den Kanalbereich.
Das dritte Gebiet dient als Sourcegebiet. Mit dem dritten Gebiet ist
ein Sourceanschluss verbunden. Mittels der beiden Implantationsschritte
wird eine Source-Drain Durchbruchspannung eingestellt. Das zweite
Gebiet kann als Bereich ausgebildet sein, wobei mehrere Flächen, die
den Bereich begrenzen, an das erste Gebiet angrenzen. Das dritte
Gebiet kann ebenfalls als Bereich ausgebildet sein, wobei mehrere
Flächen,
die den Bereich begrenzen, an das zweite Gebiet angrenzen.
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Das
vergrabene Gebiet und das erste Gebiet umfassen ein Dotierprofil,
das mittels des ersten und des zweiten Implantationsschrittes eingestellt
ist. Das Dotierprofil in dem ersten Gebiet wird darüber hinaus
von einer Dotierstoffkonzentration beeinflusst, die beim Abscheiden
des ersten Gebiets durch den Abscheideprozess eingestellt wird.
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In
einer Ausführungsform
wird in einem der beiden Implantationsschritte ein Dotierstoff mit
einer niedrigen Diffusionskonstante und in dem weiteren der beiden
Implantationsschritte ein Dotierstoff mit einer hohen Diffusionskonstante
verwendet, so dass mit Vorteil das Dotierprofil des ersten Gebiets
vor allem mittels der Implantation des Dotierstoffes mit der hohen
Diffusionskonstante und das Dotierprofil des vergrabenen Gebiets
vor allem mittels der Implantation des Dotierstoffes mit der niedrigen
Diffusionskonstante einstellbar ist. Mit Vorteil kann somit in einer
Ausführungsform
ein Implantationsschritt, mittels dem in das erste Gebiet nach dem
Abscheiden des ersten Gebiets implantiert wird, entfallen.
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In
einer Weiterbildung umfasst der Halbleiterkörper eine weitere Transistorstruktur
mit einem weiteren vergrabenen Gebiet, das in dem Substrat realisiert
ist. Die weitere Transistorstruktur umfasst darüber hinaus ein weiteres erstes
Gebiet, das auf dem weiteren vergrabenen Gebiet angeordnet ist,
ein weiteres zweites Gebiet, das über dem weiteren ersten Gebiet
realisiert ist, und ein weiteres drittes Gebiet, das über dem
weiteren zweiten Gebiet realisiert ist. Das weitere vergrabene Gebiet
ist mittels eines der beiden Implantationsschritte hergestellt.
Das weitere vergrabene Gebiet, das weitere erste und das weitere
dritte Gebiet weisen den ersten Leitungstyp und das weitere zweite
Gebiet den zweiten Leitungstyp auf.
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Das
weitere vergrabene Gebiet und das weitere erste Gebiet der weiteren
Transistorstruktur zeigen ein weiteres Dotierprofil, das sich von
dem Dotierprofil der Transistorstruktur unterscheidet. Da die Transistorstruktur
mittels des ersten und des zweiten Implantationsschrittes und die
weitere Tran sistorstruktur mittels eines der beiden Implantationsschritte
realisiert ist, kann mit Vorteil eine Dotierung des ersten Gebiets
der weiteren Transistorstruktur niedrigere Werte aufweisen und somit
die Durchbruchspannung zwischen dem weiteren zweiten Gebiet und
dem weiteren vergrabenen Gebiet der weiteren Transistorstruktur
erhöht
sein. Mit Vorteil ist zur Herstellung des ersten Gebiets und des
weiteren ersten Gebiets lediglich ein Abscheideschritt ausreichend.
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Die
weitere Transistorstruktur ist lateral zu der Transistorstruktur
angeordnet. Die weitere Transistorstruktur kann als Bipolar-Transistor
oder als MOSFET ausgebildet sein.
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In
einer Ionenimplantationsanlage erfolgt ein Ionenbeschuss auf den
in Richtung des Ionenbeschusses ausgerichteten Teil der Oberfläche. Es
wird eine Maske für
den ersten und den zweiten Implantationsschritt eingesetzt. Die
Maske wird somit nicht zwischen den beiden Implantationsschritten
verändert.
Die Maske für
den ersten Implantationsschritt verbleibt auf dem Halbleiterkörper für den zweiten Implantationsschritt.
Die Maske kann als Hartmaske realisiert sein. Die Hartmaske kann
eine Siliziumnitrid- oder Polysiliziumschicht aufweisen. Bevorzugt kann
die Hartmaske eine Siliziumoxidschicht umfassen. Alternativ ist
die Maske als Photoresistmaske ausgebildet.
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Ein
Unterschied zwischen dem Dotierprofil der weiteren Transistorstruktur
und dem Dotierprofil der Transistorstruktur kann durch eine Maske
erreicht werden, die im Bereich der weiteren Transistorstruktur
verschieden zu dem Bereich der Transistorstruktur ausgebildet ist
und im Bereich der weiteren Transistorstruktur Dotierstoffionen
so abbremst, dass sie nicht in das Substrat gelangen.
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In
einer ersten Ausführungsform
ist die Maske im Bereich der Transistorstruktur durchlässig und im
Bereich der weiteren Transistorstruktur undurchlässig für den Ionenbeschuss während des
ersten und des zweiten Implantationsschrittes. Somit kann erreicht
werden, dass unmittelbar nach der Durchführung des ersten und des zweiten
Implantationsschrittes die weitere Transistorstruktur kein vergrabenes Gebiet
aufweist. Durch folgende Temperaturschritte, wie beispielsweise
eine Temperung oder eine Oxidation, ist ein weiteres vergrabenes
Gebiet der weiteren Transistorstruktur herstellbar, dadurch dass
Dotierstoffe aus dem vergrabenen Gebiet der Transistorstruktur in
den Bereich der weiteren Transistorstruktur hinein diffundieren.
Da aus diesem Grund die Dotierung des vergrabenen Gebiet und des
ersten Gebiet im Bereich der weiteren Transistorstruktur niedriger
als im Bereich der Transistorstruktur ist, weist die Durchbruchspannung
der weiteren Transistorstruktur mit Vorteil einen höheren Wert
als die Durchbruchspannung der Transistorstruktur auf.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Maske im Bereich der Transistorstruktur ebenfalls wie oben
durchlässig
für den
Ionenbeschuss im ersten und zweiten Implantationsschritt. Jedoch
ist die Maske im Bereich der weiteren Transistorstruktur durchlässig für den Ionenbeschuss
in einem der beiden Implantationsschritte sowie undurchlässig für den Ionenbeschuss
in dem weiteren der beiden Implantationsschritte. Alternativ kann
die Maske im Bereich der weiteren Transistorstruktur mindestens
teilweise durchlässig
für den
Ionenbeschuss in einem der beiden Implantationsschritte sowie mindestens teilweise
durchlässig
für den
Ionenbeschuss in dem weiteren der beiden Implantationsschritte sein.
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In
einer Weiterbildung ist die Maske im Bereich einer weiteren Struktur
undurchlässig
für den Ionenbeschuss
im ersten und im zweiten Implantationsschritt. Die weitere Struktur
kann ein Halbleiterbauelement wie einen herkömmlichen n-Kanal MOSFET, einen
herkömmlichen
p-Kanal MOSFET, eine Speicherzelle, eine Diode, eine Photodiode,
einen Widerstand, eine Spule oder eine Anordnung mit Complementary
Metal Oxide Semiconductor Transistoren, abgekürzt CMOS-Transistoren, umfassen.
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In
einer Ausführungsform
kann ein erster Dotierstoff im ersten Implantationsschritt und im
zweiten Implantationsschritt verwendet sein. Die Energie des ersten
Dotierstoffes bei dem ersten Implantationsschritt kann unterschiedlich
zu der Energie bei dem zweiten Implantationsschritt sein. Die Dosis
des ersten Dotierstoffes bei dem ersten Implantationsschritt kann
unterschiedlich zu der Dosis bei dem zweiten Implantationsschritt
sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein erster Dotierstoff im ersten Implantationsschritt und ein zweiter
Dotierstoff im zweiten Implantationsschritt verwendet, wobei der
erste Dotierstoff und der zweite Dotierstoff unterschiedliche Diffusionskonstanten
bei einer Temperatur eines Temper- oder eines Oxidationsschrittes,
der nach den Implantationsschritten durchgeführt wird, aufweisen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist ein erster Dotierstoff im ersten Implantationsschritt und ein
zweiter Dotierstoff im zweiten Implantationsschritt verwendet, wobei
sich mittels des ersten Dotierstoffs ein anderer Leitungstyp in
einem Halbleiterbereich verglichen mit dem zweiten Dotierstoff einstellen lässt. Mittels
der Gegendotierung kann eine geringere Nettodotierstoffkonzentration
eingestellt werden.
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Der
Halbleiterkörper
kann Silizium als Material für
das Substrat aufweisen. Ein Dotierstoff für einen n-Leitungstyp kann
Phosphor, Arsen und Antimon sein. Ein Dotierstoff für einen
p-Leitungstyp kann Bor sein.
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Der
Halbleiterkörper
kann in einem integrierten Schaltkreis verwendet sein. Der Halbleiter
kann in einem integrierten Schaltkreis, welcher für eine Hochspannungsanwendung
ausgelegt ist, verwendbar sein. Als Hochspannungsanwendung wird
eine Anwendung bei Spannungen verstanden, die höher als eine Betriebsspannung
der Transistorstruktur mit der niedrigeren Durchbruchspannung ist.
Als Hochspannung kann eine Spannung ab einer unteren Grenze zwischen
3 Volt und 20 Volt verstanden werden.
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Erfindungsgemäß sieht
ein Verfahren zur Herstellung einer Transistorstruktur folgende
Schritte vor: Ein Halbleiterkörper
wird bereitgestellt, der ein Substrat aufweist. Ein erster Implantationsschritt
und ein zweiter Implantationsschritt werden durchgeführt. Der
erste und der zweite Implantationsschritt sind zur Herstellung eines
vergrabenen Gebiets vorgesehen. Ein erstes halbleitendes Gebiet
wird auf dem Substrat abgeschieden. Eine Temperung wird durchgeführt, um
Dotierstoffe in das erste Gebiet zu diffundieren. Ein zweites halbleitendes
Gebiet wird ausgebildet. Darüber
wird ein drittes halbleitendes Gebiet ausgebildet. Die Dotierstoffe,
die zur Diffusion in das erste Gebiet vorgesehen sind, werden mittels
mindestens eines der beiden Implantationsschritte in den Halbleiterkörper eingebracht.
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Mit
Vorteil kann somit mittels des ersten und des zweiten Implantationsschrittes
und der Temperung ein Dotierprofil des vergrabenen Gebiets und des
ersten Gebiets eingestellt werden.
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Die
Temperung kann ohne gleichzeitig stattfindende Oxidation ausgeführt werden.
Alternativ kann die Temperung als Oxidationsverfahren zum Umwandeln
eines Teiles des ersten Gebiets in ein Oxid durchgeführt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Gebiete und Strukturen
tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Gebiete oder Strukturen
in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in
jeder der folgenden Figuren wiederholt.
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1A und 1B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers
mit zwei Transistorstrukturen nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2A und 2B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers
mit einem vergrabenen Gebiet vor und nach einem Temperschritt nach
dem vorgeschlagenen Prinzip,
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3A bis 3C zeigen
alternative beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers
nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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4B und 4B zeigen
beispielhafte Dotierprofile,
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5A bis 5E zeigen alternative beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers
mit einer Maske mit zwei Stegen nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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6A bis 6C zeigen
eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Halbleiterkörpers mit
einer dünnen
Maskenschicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
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7A und 7B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
einer Transistorstruktur mit Stopp-Bereich nach dem vorgeschlagenen
Prinzip und ohne Stopp-Bereich.
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1A und 1B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers 1 mit
einer Transistorstruktur 10 und einer weiteren Transistorstruktur 40 nach
dem vorgeschlagenen Prinzip. 1A zeigt
zwei Bipolar-Transistoren. Der Halbleiterkörper 1 weist ein Substrat 2 auf, über dem
im Bereich der Transistorstruktur 10 ein vergrabenes Gebiet 11 und
im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 ein weiteres
vergrabenes Gebiet 41 angeordnet ist. Eine Ausdehnung d10
des vergrabenen Gebiet 11 senkrecht zu einer Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 ist
größer als
eine Ausdehnung d40 des weiteren vergrabenen Gebiet 41.
Das vergrabene Gebiet 11 weist einen hochdotierten Bereich 18 auf.
Der hochdotierte Bereich 18 der Transistorstruktur 10 wird
mittels eines Sinkers 19 kontaktiert. In entsprechender Weise
wird das weitere vergrabene Gebiet 41 mittels eines weiteren
Sinkers 49 kontaktiert. Ein erstes Gebiet 12 ist über dem
vergrabenen Gebiet 11 der Transistorstruktur 10 angeordnet. Über dem
ersten Gebiet 12 sind ein zweites Gebiet 13 und
darüber
wieder ein drittes Gebiet 14 angeordnet. Das dritte Gebiet 14 ist
mittels eines Emitteranschlusses 23, das zweite Gebiet 13 mit tels
eines Basisanschlusses 22 und der Sinker 19 mittels
eines Kollektoranschlusses 21 kontaktiert.
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Im
Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 ist über dem
weiteren vergrabenen Gebiet 41 ist ein weiteres erstes
Gebiet 42 angeordnet. Über
dem weiteren ersten Gebiet 42 ist ein weiteres zweites
Gebiet 43 und darüber
wiederum ein weiteres drittes Gebiet 44 angeordnet. Das
weitere dritte Gebiet 44 ist mittels eines weiteren Emitteranschlusses 53,
das weitere zweite Gebiet 43 mittels eines weiteren Basisanschlusses 52 und
der weitere Sinker 49 mittels eines weiteren Kollektoranschlusses 51 kontaktiert.
Ein Isolationsoxid 15 ist auf Teilen des ersten Gebiets 12 beziehungsweise
Teilen des weiteren ersten Gebiets 42 angeordnet.
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Mit
Vorteil wird mittels eines hochdotierten Bereiches 18 ein
Kollektor der Transistorstruktur 10 kontaktiert, weil dadurch
die Transistorstruktur 10 kurze Schaltzeiten und somit
eine hohe Grenzfrequenz aufweist. Mit Vorteil ist die Ausdehnung
d40 des weiteren ersten Gebiets 42 senkrecht zur Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 größer als
die Ausdehnung d10 des ersten Gebiets 12, so dass eine
Kollektor-Basis Durchbruchspannung der weiteren Transistorstruktur 40 einen
höheren
Wert als eine Kollektor-Basis Durchbruchspannung der Transistorstruktur 10 aufweist.
Mit Vorteil können
mittels eines Herstellungsverfahrens auf dem Halbleiterkörper 1 sowohl
schnelle Bipolar-Transistoren 10 wie auch Bipolar-Transistoren 40 mit
hohen Durchbruchspannungen lateral nebeneinander angeordnet realisiert
werden.
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1B zeigt
eine Transistorstruktur 110 und eine weitere Transistorstruktur 140,
welche jeweils als Feldeffekttransistor ausgebildet sind. Beide
Transistorstrukturen 110, 140 sind auf dem Substrat 2 eines
Halbleitkörpers 101 angeordnet. Über dem
Substrat 2 ist im Bereich der Transistorstruktur 110 ein vergrabenes
Gebiet 111, welches einen hochdotierten Bereich 118 umfasst,
und im Bereich der weiteren Transistorstruktur 140 ein
weiteres vergrabenes Gebiet 141 angeordnet. Im Bereich
der Transistorstruktur 110 befindet sich über dem
vergrabenen Gebiet 111 ein erstes Gebiet 112,
in die zwei Bereiche eines zweiten Gebiets 113 diffundiert
sind. Innerhalb der zwei Bereiche des zweiten Gebiets 113 sind
jeweils ein Bereich eines dritten Gebiets 114 und ein hochdotierter
Bereich 20 angeordnet. Zwischen den beiden Bereichen des
dritten Gebiets 114 ist an der Oberfläche des ersten und des zweiten
Gebiets 112, 113 ein Gateisolator 16 und
darüber
eine Gateelektrode 32 angeordnet. Die beiden Bereiche des
dritten Gebiets 114 werden mittels eines Sourceanschlusses 33,
die zwei hochdotierte Bereiche 20 mittels eines Anschlusses 34 und
der hochdotierte Bereich 118 mittels eines Drainanschlusses 31 kontaktiert.
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Die
weitere Transistorstruktur 140 weist oberhalb des weiteren
vergrabenen Gebiets 141 ein weiteres erstes Gebiet 142 auf,
in die zwei Bereiche eines weiteren zweiten Gebiets 143 hinein
diffundiert sind. Die zwei Bereiche des weiteren zweiten Gebiets 143 weisen
jeweils einen Bereich eines weiteren dritten Gebiets 144 und
einen hochdotierten Bereich 50 auf. Zwischen den beiden
Bereichen des weiteren dritten Gebiet 144 ist auf der Oberfläche ein
weiterer Gateisolator 46 und darüber eine weitere Gateelektrode 62 angeordnet.
Das weitere vergrabene Gebiet 141 ist mittels eines weiteren
Drainanschlusses 61, die zwei Bereiche des weiteren dritten
Gebiets 144 mittels eines weiteren Sourceanschlusses 63 sowie die
zwei hochdotierte Bereiche 50 mittels eines weiteren Anschlusses 64 kontaktiert.
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Ein
Strom fließt
in der Transistorstruktur 110 von dem Sourceanschluss 33 über eine
Inversionsschicht, welche sich an der Grenzfläche der beiden Bereiche des
zweiten Gebiets 113 zu dem Gateisolator 16 ausbildet,
zum ersten Gebiet 112 und von dem ersten Gebiet 112 über den
hochdotierten Bereich 118 des vergrabenen Gebiets 11 zu
dem Drainanschluss 31. Die Inversionsschicht bildet sich
in Abhängigkeit
von einer Spannung an der Gateelektrode 32 aus. Mittels
der Spannung an der Gateelektrode 32 wird somit der zwischen
dem Sourceanschluss 33 und dem Drainanschluss 31 fließende Strom
eingestellt. Eine Durchbruchspannung zwischen dem Sourceanschluss 33 und
dem Drainanschluss 31 hängt
unter anderem von einem Dotierprofil in dem ersten Gebiet 112 und
der Ausdehnung des ersten Gebiets 112 ab.
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In
entsprechender Weise fließt
ein weiterer Strom in der weiteren Transistorstruktur 140 zwischen
dem weiteren Sourceanschluss 63 und dem weiteren Drainanschluss 61 und
wird von einer Spannung an der weiteren Gateelektrode 62 gesteuert. Eine
Durchbruchspannung zwischen dem weiteren Sourceanschluss 63 und
dem weiteren Drainanschluss 61 hängt unter anderem von einem
Dotierprofil in. dem weiteren ersten Gebiet 142 und der Ausdehnung
des weiteren ersten Gebiets 142 ab und unterscheidet sich
von der Durchbruchspannung zwischen dem Sourceanschluss 33 und
dem Drainanschluss 31.
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2A und 2B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers 1 mit
einem vergrabenen Gebiet vor und nach einem Temperschritt nach dem
vorgeschlagenen Prinzip. 2A zeigt
den Halbleiterkörper 1 mit
dem Substrat 2. In zwei Bereichen wird die Transistorstruktur 10 und
in einem Bereich die weitere Transistorstruktur 40 realisiert.
Im Be reich der weiteren Transistorstruktur 40 ist eine
Maske 3 vorgesehen, mit der verhindert wird, dass während eines
ersten und eines zweiten Implantationsschrittes I1, I2 Dotierstoffe
im Bereich unterhalb der Maske 3 implantiert werden. In 2A ist
das Substrat 2 mit einem ersten Implantationsbereich 71,
der sich an der Oberfläche
des Halbleiterkörpers 1 befindet
und mittels eines ersten Implantationsschrittes I1 mit einem ersten
Dotierstoff 8 hergestellt wird, und mit einem zweiten Implantationsbereich 72 gezeigt,
der von der Oberfläche
des Halbleiterkörpers 1 beabstandet
ist und mittels eines zweiten Implantationsschrittes I2 mit einem
zweiten Dotierstoff 9 realisiert ist.
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2B zeigt
den Halbleiterkörper 1 gemäß 2A nach
Entfernen der Maske 3 und nach einem Temperschritt. Da
der erste Dotierstoff 8 so gewählt ist, dass er bei einem
Temperschritt eine niedrigere Diffusionskonstante verglichen mit
dem zweiten Dotierstoff 9 aufweist, ist der erste Implantationsbereich 71' in 2B nur
geringfügig
vergrößert gegenüber der
Darstellung in 2A. Dahingegen ist der zweite Implantationsbereich 72' in 2B deutlich
vergrößert verglichen
mit dem zweiten Implantationsbereich 72 gemäß 2A.
Durch die laterale Diffusion des zweiten Dotierstoffs 9 der
zweiten Implantationsbereiche 72 berühren sich die beiden zweiten
Implantationsbereiche 72' im
Bereich der weiteren Transistorstruktur 40. Mittels der
nachfolgenden Prozessschritte werden die Transistorstruktur 10 und
die weitere Transistorstruktur 40 vervollständigt. Der
erste Implantationsbereich 71' und der zweiten Implantationsbereich 72' tragen zum
vergrabenen Gebiet 11 der Transistorstruktur 10 bei.
Der zweite Implantationsbereich 72' trägt zu dem weiteren vergrabenen Gebiet 41 der
weiteren Transistorstruktur 40 bei.
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3A bis 3C zeigen
alternative beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers 1 nach
dem vorgeschlagenen Prinzip mit einer Maske 3. 3A zeigt zwei Bereiche des Halbleiterkörpers 1 mit
der Transistorstruktur 10, zwischen denen die weitere Transistorstruktur 40 angeordnet
ist, und ein Bereich mit einer weiteren Struktur 90. Die Maske 3 ist
in einem Teil der weiteren Transistorstruktur 40 und im
Bereich der weiteren Struktur 90 ausgebildet. Mittels des
ersten Implantationsschrittes I1 wird der erste Implantationsbereich 71 an
den Stellen implantiert, an denen das Substrat 2 nicht
von der Maske 3 bedeckt ist. Der zweite Implantationsbereich 72 wird
mittels des zweiten Implantationsschrittes realisiert. Der zweite
Implantationsschritt I2 erfolgt mit einer Implantation, bei der
der Ionenbeschuss nicht senkrecht auf die Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 auftrifft.
Aufgrund dessen, dass der zweite Dotierstoff 9 im zweiten
Implantationsschritt nicht senkrecht auf der Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 auftreffen,
werden auch Dotierstoffe 9 in das Substrat 2 unterhalb
der Maske 3 im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 implantiert.
Der zweite Implantationsbereich 72 ist damit bereits vor
einem Temperschritt sowohl unter der Transistorstruktur 10 wie auch
unter der weiteren Transistorstruktur 40 angeordnet. Mit
Vorteil ist der Abstand des zweiten Implantationsbereiches 72 im
Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 zur Hauptfläche größer als
der Abstand des zweiten Implantationsbereiches 72 zur Hauptfläche im Bereich
der Transistorstruktur 10.
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3B zeigt den Halbleiterkörper 1 gemäß 3A nach dem Abscheiden des ersten Gebiets 12 und
des weiteren ersten Gebiets 42, die in einem Schritt erfolgt.
Die Dicke des ersten Gebiets 12 und des weiteren ersten
Gebiets 42 sind somit unmittelbar nach dem Abscheiden im
Epitaxiereaktor näherungs weise
gleich. Ein Isolationsoxid 15 und ein zweites Gebiet 13 beziehungsweise
ein weiteres zweites Gebiet 43 werden über dem ersten Gebiet 12 beziehungsweise
dem weiteren ersten Gebiet 42 abgeschieden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die darüber
folgenden Gebiete und Schichten nicht dargestellt.
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Das
Abscheiden des ersten Gebiets 12 und des weiteren ersten
Gebiets 42 kann mittels eines Epitaxiereaktors erfolgen.
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3C zeigt
den Halbleiterkörper 1 aus 3B nach Durchführung eines Temperschrittes. Aufgrund
des Temperschrittes hat sich der erste Implantationsbereich 71 in
die darüber
liegende Schicht ausgedehnt. Aufgrund der hohen Diffusionskonstante
des zweiten Dotierstoffs 9 dehnt sich der zweite Implantationsbereich 72' stärker aus,
so dass das erste Gebiet 12 und das weitere erste Gebiet 42 gemäß 3C kleinere
Ausdehnungen als unmittelbar nach dem Abscheidungsvorgang in 3B aufweisen. Die Ausdehnung d10 des ersten
Gebiets 12 der Transistorstruktur 10 ist deutlich
kleiner als die Ausdehnung d40 des weiteren ersten Gebiets 42 der
weiteren Transistorstruktur 40. Im Bereich der weiteren Struktur 90 wird
das Substrat 2 durch die beiden Implantationsschritte nicht
beeinflusst. Dort ist ein weiteres Halbleiterbauelement realisierbar,
das keine vergrabene Schicht 11 benötigt.
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4A und 4B zeigen
beispielhafte Dotierprofile. 4A zeigt
links ein simuliertes Dotierprofil einer Anordnung gemäß 3C,
während rechts
ein Dotierprofil einer Anordnung gezeigt ist, in der im Unterschied
zu den 3A bis 3C kein zweiter
Implantationsschritt durchgeführt
wurde. Mit y ist die Tiefe und mit x die laterale Dimension bezeichnet.
Mit Vorteil diffundieren gemäß 4A links Dotierstoffe, die
mittels des zweiten Implantationsschrittes I2 im Bereich der Transistorstruktur 10 implantiert
wurden, in den Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 und
bilden dort das vergrabene Gebiet 41.
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4B zeigt
schematisch eine Dotierstoffkonzentration C in Abhängigkeit
der Tiefe Y. Es ist in 4B links die Dotierstoffkonzentration
C, die in der Mitte der Darstellung in 4A links
dargestellt ist, und in 4B rechts
die Dotierstoffkonzentration C, die in der Mitte der Darstellung
in 4A rechts dargestellt ist, gezeigt. Die Dotierstoffkonzentration
im schwach n dotierten Bereich in 4B rechts
ist derart gering ausgeprägt,
dass ein mit einem Pfeil angedeuteter Durchbruch zwischen den beiden
p-dotierten Gebieten bei einer geringen Durchbruchspannung möglich ist.
Dies ist im in 4B links dargestellten Dotierprofil
vermieden.
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5A bis 5E zeigen alternative beispielhafte Ausführungsformen
eines Halbleiterkörpers 1 mit einer
Maske 3 mit zwei Stegen 4, 5 nach dem
vorgeschlagenen Prinzip. 5A zeigt
den Halbleiterkörper 1 mit
der Maske 3 während
des ersten Implantationsschrittes I1. Der Ionenbeschuss 81 erfolgt
dabei näherungsweise
senkrecht zur ersten Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1,
so dass ein erster Winkel α zwischen
dem Ionenbeschuss 81 und der ersten Hauptfläche näherungsweise
90 Grad beträgt.
Es ist eine Flächennormale 7 auf
der ersten Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 eingezeichnet,
welche näherungsweise
parallel zum Ionenbeschuss 81 ist. Die Maske 3 umfasst
in 5A zwei Stege im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40.
Die beiden Stege 4, 5 verhindern eine Ionenimplantation
unmittelbar unterhalb den beiden Stegen 4, 5.
Weiter ist die Maske 3 im Bereich der weiteren Struktur 90 für den Ionenbeschuss
undurchlässig
ausgebildet. Der erste Implantationsbereich 71 wird daher
im Bereich der Transistorstruktur 10 deutlich, im Bereich
der weiteren Transistorstruktur 40 in geringerem Umfang
und im Bereich der weiteren Struktur 90 nicht ausgebildet.
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Alternativ
hat der erste Winkel α einen
Wert von näherungsweise
83 Grad, um ein sogenanntes Channeling des ersten Dotierstoffs 8 beim
ersten Implantationsschritt I2 zu vermeiden. Alternativ sind mehr
als zwei Stege 4, 5 vorgesehen.
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5B zeigt
den Halbleiterkörper 1 aus 5A während des
zweiten Implantationsschrittes 22, bei dem der Ionenbeschuss 82 einen
zweiten Winkel β zur
ersten Hauptfläche
des Halbleiterkörpers 1 aufweist.
Der zweite Winkel β beträgt näherungsweise
45 Grad. In 5B ist die Flächennormale 7 eingezeichnet,
welche einen Winkel (90 Grad – β) mit dem
zweiten Ionenbeschuss 82 aufweist. Die Stege 4, 5 der
Maske 3 verhindern durch einen Abschattungseffekt, dass
der zweite Dotierstoff 9 während des zweiten Implantationsprozesses
I2 das Substrat 2 im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 erreicht.
Der zweite Dotierstoff 9 wird durch die Stege 4, 5 aufgenommen.
Daher wird der zweite Implantationsbereich 72 vor allem
im Bereich der Transistorstruktur 10 und nicht im Bereich
der weiteren Transistorstruktur 40 sowie der weiteren Struktur 90 ausgebildet.
-
Der
Halbleiterkörper 1 kann
Vorteil während des
zweiten Implantationschrittes I2 derart ausgerichtet sein, dass
der zweite Ionenbeschuss 82 näherungsweise senkrecht zu den
Stegen 4, 5 erfolgt, da ein Ionenbeschuss parallel
zu den Stegen 4, 5 nicht dem oben aufgeführten Abschattungseffekt
unterliegen würde.
-
Links
oben ist in 5B eine beispielhafte Ausführungsform
der Maske 3 gezeigt, welche die Stege 4, 5 und
zusätzlich
Verbindungen zwischen den Stegen aufweist, so dass Öffnungen 6 in
Rechteckform ausgebildet werden. Mit Vorteil kann während des
zweiten Implantationsschrittes I2 der Halbleiterkörper 1 bei
einer derart ausgebildeten Maske 3 um die Flächennormale 7 rotieren.
Alternativ können die Öffnungen 6 als
Quadrate ausgebildet sein.
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5C und 5D zeigen zwei weitere beispielhafte Ausführungsformen
der Maske. Gemäß 5C weist
die Maske 3' kreisförmige Öffnungen 6' und gemäß 5D die Maske 3'' sechseckförmige Öffnungen 6'' auf. Durch die Öffnungen 6' beziehungsweise 6'' kann während des ersten Implantationsschrittes
I1 der erste Dotierstoff 8 im Substrat 2 implantiert
werden. Hingegen verhindert der zweite Winkel β, den der Ionenbeschuss 82 während des zweiten
Implantationsschrittes I2 zur Hauptfläche des Halbleiterkörpers 1 annimmt,
eine Ausbildung des zweiten Implantationsbereichs 72 im
Bereich der weiteren Transistorstruktur 40.
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5E zeigt den Halbleiterkörper 1 nach Durchführung eines
Epitaxieschrittes und nach einer Oxidation. Während der Oxidation diffundiert
der zweite Implantationsbereich 72 etwas in die Epitaxieschicht
hinein und bildet dort das vergrabene Gebiet 11 aus. Aufgrund
des höheren
Diffusionskoeffizienten des ersten Dotierstoffs 8 verglichen
mit dem Diffusionskoeffizienten des zweiten Dotierstoffs 9 werden
während
des Oxidationsprozesses die Gebiete des ersten Implantationsbereiches 71,
die in den 5A und 5B noch
getrennt sind, durch laterale Diffusion verbunden und bilden im
Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 das weitere
vergrabene Gebiet 41. Die Ausdehnung d40 des weiteren ersten
Gebiets 42 ist deutlich größer als die Ausdehnung d10
des ersten Gebiet 12. Im Bereich der weiteren Struktur 90 wurde
das Substrat 2 durch die beiden Implantationsschritte nicht
beeinflusst.
-
6A bis 6C zeigen
eine alternative beispielhafte Ausführungsform des Halbleiterkörpers 1 nach
dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Maske 3 ist im Bereich
der weiteren Transistorstruktur 40 als dünne Schicht
realisiert. 6A zeigt einen ersten Implantationsschritt
I1, bei dem ein erster Dotierstoff 8 mit einer niedrigen
Implantationsenergie implantiert wird, so dass der erste Dotierstoff 8 erste
Implantationsbereiche 71 im Bereich der Transistorstruktur 10 ausbildet.
Im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 nimmt die
Maske 3 die Dotierstoffionen 8 auf.
-
6B zeigt
einen weiteren Implantationsschritt I2, bei der ein zweiter Dotierstoff 9 mit
einer höheren
Energie implantiert wird, so dass ein zweiter Implantationsbereich 72 sowohl
im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40 als auch
im Bereich der Transistorstruktur 10 ausgebildet wird.
-
6C zeigt
den Halbleiterkörper
nach einem Temperschritt und einem Oxidationsschritt, durch die
der erste Implantationsbereich 71 und der zweite Implantationsbereich 72 im
Bereich der Transistorstruktur 10 ineinander übergehen.
Eine Ausdehnung d10 des ersten Gebiets 12 senkrecht zur Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 1 ist
im Bereich der Transistorstruktur 10 größer als eine Ausdehnung d40
des weiteren ersten Gebiet 42 im Bereich der weiteren Transistorstruktur 40.
In Abhängigkeit der
Dicke der Maske, der beiden Dotierstoffe 8, 9 und der
beiden Implantationsenergien verbleibt mit Vorteil bei dem ersten
Implantationsschritt I1 ein deutlich hö herer Anteil von Dotierstoffen
in der Maske 3 und gelangt damit ein deutlich niedrigerer
Anteil in den Halbleiterkörper 1 als
bei dem zweiten Implantationsschritt I2. Somit weist mit Vorteil
die Transistorstruktur 10 eine höhere Durchbruchspannung und
einen geringeren Bahnwiderstand in das vergrabene Gebiet 12 verglichen
mit der weiteren Transistorstruktur 40 auf.
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7A zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Transistorstruktur 10 ohne Stopp-Bereich, ausgebildet
als Bipolar-Transistor. Der Halbleiterkörper 1 umfasst das
Substrat 2 mit einem vergrabenen Gebiet 11. Über dem
vergrabenen Gebiet 11 sind das erste Gebiet 12,
das zweite Gebiet 13 und das dritte Gebiet 14 angeordnet.
Da das erste Gebiet 12 nur gering dotiert ist, kann ein
Durchbruch von dem zweiten Gebiet 13 zu dem Substrat 2 auftreten.
Eine mögliche
Durchbruchstrecke ist mit einem Pfeil angedeutet.
-
7B zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Transistorstruktur 10, ausgebildet als Bipolar-Transistor,
mit einem Stopp-Bereich 17 nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Zusätzlich
zu der Darstellung in 7A weist der Halbleiterkörper 1 gemäß 7B einen
Stopp-Bereich 17 auf, der zwischen dem Isolationsoxid 15 und
dem vergrabenen Gebiet 11 angeordnet ist. Der Stopp-Bereich 17 kann
mittels einer Implantation in das erste Gebiet 12 nach
dem Abscheiden des ersten Gebiets 12 realisiert werden.
Der Stopp-Bereich 17 ist vom selben Leitungstyp wie das
vergrabene Gebiet 11. Mit Vorteil kann somit ein lateraler
Durchbruch von dem zweiten Gebiet 13 zu dem Substrat 2 verhindert
werden.
-
- 1,
101
- Halbleiterkörper
- 2
- Substrat
- 3,
3', 3''
- Maske
- 4,
5
- Steg
- 6,
6', 6''
- Öffnung
- 7
- Flächennormale
- 8
- erster
Dotierstoff
- 9
- zweiter
Dotierstoff
- 10,
110
- Transistorstruktur
- 11,
111
- vergrabenes
Gebiet
- 12,
112
- erstes
Gebiet
- 13,
113
- zweites
Gebiet
- 14,
114
- drittes
Gebiet
- 15
- Isolationsoxid
- 16
- Gateisolator
- 17
- Stopp-Bereich
- 18,
118
- hochdotierter
Bereich
- 19
- Sinker
- 20
- hochdotierter
Bereich
- 21
- Kollektoranschluss
- 22
- Basisanschluss
- 23
- Emitteranschluss
- 31
- Drainanschluss
- 32
- Gateelektrode
- 33
- Sourceanschluss
- 34
- Anschluss
- 40,
140
- weitere
Transistorstruktur
- 41,
141
- weiteres
vergrabenes Gebiet
- 42,
142
- weiteres
erstes Gebiet
- 43,
143
- weiteres
zweites Gebiet
- 44,
144
- weiteres
drittes Gebiet
- 45
- weitere
Gateelektrode
- 46
- weiterer
Gateisolator
- 49
- weiterer
Sinker
- 50
- weiterer
hochdotierter Bereich
- 51
- weiterer
Kollektoranschluss
- 52
- weiterer
Basisanschluss
- 53
- weiterer
Emitteranschluss
- 61
- weiterer
Drainanschluss
- 62
- weitere
Gateelektrode
- 63
- weiterer
Sourceanschluss
- 64
- Anschluss
- 71,
71'
- erster
Implantationsbereich
- 72,
72'
- zweiter
Implantationsbereich
- 81
- erster
Ionenbeschuss
- 82
- zweite
Ionenbeschuss
- 90
- weitere
Struktur
- α
- erster
Winkel
- β
- zweiter
Winkel
- C
- Dotierstoffkonzentration
- d10
- Abmessung
des ersten Gebiets
- d40
- Abmessung
des weiteren ersten Gebiets
- I1
- erster
Implantationsschritt
- I2
- zweiter
Implantationsschritt
- n
- Leitungstyp
- p
- Leitungstyp
- x,
y
- Koordinate