DE1207014C2 - Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltungsanordnung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltungsanordnung

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DE1207014C2 DE1962T0021531 DET0021531A DE1207014C2 DE 1207014 C2 DE1207014 C2 DE 1207014C2 DE 1962T0021531 DE1962T0021531 DE 1962T0021531 DE T0021531 A DET0021531 A DE T0021531A DE 1207014 C2 DE1207014 C2 DE 1207014C2
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    • H01L27/0755—Vertical bipolar transistor in combination with diodes, or capacitors, or resistors

Description

3 4
kristall 11 aus Halbleitermaterial von verhältnis- irisbesondere dann, wenn der Transistor 27 als
mäßig hohem spezifischem Widerstand, beispiels- Schalttransistor verwendet werden soll, da es in die-
weise aus Silizium, auf. Der Kristall 11 ist η-leitend sem Fall erwünscht ist, daß der Transistor im
und hat einen spezifischen Widerstand von leitenden Zustand einen möglichst niederohmigen
10 Ohm · cm. An einem Ende des Blocks 11 befindet 5 Kurzschluß bildet. Infolge der verhältnismäßig hohen sich eine durch Feststoff diffusion gebildete p-Zone Sättigungsspannung besteht im leitenden Zustand 13, und in dieser Zone befindet sich wiederum eine eine verhältnismäßig hohe Spannung zwischen dem durch Feststoffdiffusion hergestellte stark dotierte Kollektor und dem Emitter, so daß der gewünschte n-Zone 15. Auf der Oberseite des Blocks 11 wurde Kurzschluß nicht erreicht wird. Darüber hinaus führt durch Ätzen ein Mesa-Gebilde 16 erzeugt, das die io der verhältnismäßig große spezifische Widerstand Zone 13 und die Zone 15 enthält, welche von dem des durch den Block 11 gebildeten Kollektors des Hauptkörper des Blocks 11 vorragen. Die pn-Über- Transistors 27 zu einer vergrößerten Kollektorgange zwischen der n-leitertden Zone 15 und dem speicherung mit dem Ergebnis einer beträchtlich übrigen p-leitenden Material der Zone 13 einerseits kleineren Schaltgeschwindigkeit.
und zwischen dem übrigen η-leitenden Material des 15 Die in Fig. 3 bis 5 dargestellte Anordnung geBlocks 11 und dem p-leitenden Material der Zone stattet es, die Schaltung von Fig. 2 als integrierte 13 andererseits bilden einen npn-Transistor in dem Halbleiterschaltungsanordnung so auszubilden, daß Mesa-Gebilde 16, wobei das p-leitende Material der der Widerstand 25 aus einem Material von weitaus Zone 13 die Basiszone, die Zone 15, die Emitter- größerem spezifischem Widerstand gebildet werden zone und das übrige η-leitende Material des Blocks 20 kann, so daß er einen wesentlich größeren Wider-
11 die Kollektorzone darstellen. An dem p-leitenden standswert haben kann, während die Kollektorzone Material der Zone 13 ist ein ohmscher Kontakt 17 des Transistors 27 aus einem Material von wesentlich angebracht, der die Basiselektrode des Transistors geringerem spezifischem Widerstand bestehen kann, bildet. Ein ohmscher Kontakt 21 an dem Block 11 Die Fig. 3 zeigt diese integrierte Halbleiterdirekt unterhalb des Mesa-Gebildes 16 stellt die 25 schaltungsanordnung bei einer Zwischenstufe der Kollektorelektrode des Transistors dar, während ein Herstellung. Es wird ein Einkristall aus Halbleiterohmscher Kontakt 23 an der stark dotierten Zone 15 material mit hohem spezifischem Widerstand in die Emitterelektrode des Transistors bildet. An dem Form eines Plättchens 29 hergestellt. Bei der Ausvon dem Mesa-Gebilde 16 abgelegenen Ende des führungsform nach den Fig. 3 bis 5 hat das Blocks 11 ist ein weiterer ohmscher Kontakt 19 an- 30 Plättchen 29 einen spezifischen Widerstand von gebracht. Das Material des Blocks 11 zwischen den 100 Ohm · cm, und es ist η-leitend. An der Ober-Kontakten 19 und 21, das einen verhältnismäßig seite des Plättchens 29 werden nahe den beiden großen spezifischen Widerstand aufweist, bildet Schmalseiten zwei stark dotierte n-Zonen 31 und 32 praktisch einen Widerstand, der an den Kollektor des (mit etwa 0,1 Ohm -cm oder weniger) durch Diffuin dem Mesa-Gebilde 16 enthaltenen Transistors an- 35 sion gebildet. Auf das Plättchen 29 wird durch geschlossen ist. Kristallwachstum eine epitaktische Schicht 33 aus
Fig. 2 zeigt das Schaltbild der integrierten Halb- Halbleitermaterial aufgebracht. Die Schicht 33 stellt leiterschalturigsanordnung von Fig. 1. Diese Schal- eine Fortsetzung des Einkristalls dar, was wesentlich tung enthält einen Widerstand 25, der zwischen einer ist. Zur Bildung dieser epitaktischen Schicht kann Klemme 18 und dem Kollektor eines pnp-Transi- 40 Halbleitermaterial auf das Plättchen 29 nach den stors 27 angeschlossen ist. Der Emitter des Transi- Verfahren aufgebracht werden, die in den Verstors 27 ist an eine Klemme 24 angeschlossen, wäh- öffentlichungen »Epitaxial growth of silicon« von rend die Basis des Transistors 27 an einer Klemme Wa j da usw. in der Zeitschrift »IBM Journal of 22 liegt. Eine weitere Klemme 20 ist mit dem Kollek- Research and Development«, S. 288 bis 295 (1960), tor des Transistors 27, d. h. mit dem Verbindungs- 45 und »Impurity introduction during epitaxial growth punkt zwischen dem. Widerstand 25 und dem Kollek- of silicon« von GI a η g usw., a. a. O., S. 299 bis 301 tor des Transistors 27 verbunden. Der Widerstand 25 (I960), beschrieben sind.
wird durch das hochohmige Halbleitermaterial zwi- Die Eigenschaften der epitaktischen Schicht, einschen den Kontakten 19 und 21 dargestellt, während schließlich des spezifischen Widerstandes und des der Transistor 27 dem Transistor in dem Mesa-Ge- 5" Leitungstyps, können frei gewählt werden. Bei der bilde 16 entspricht. Die Klemmen 18, 20, 22 und 24 Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Schicht n-leientsprechen den Anschlüssen 19, 21, 17 bzw. 23 in tend, und der spezifische Widerstand ist verhältnisdieser Reihenfolge. mäßig niedrig gewählt, vorzugsweise zwischen 0,5
Wegen der Schwierigkeit der Herstellung von und 1,0 Ohm · cm. In der η-leitenden epitaktischen ohmschen Kontakten auf einem Material von hohem 55 Schicht 33 ist durch Feststoffdiffusion eine p-Zone spezifischem Widerstand ist der ohmsche Wider- 35 gebildet. Diese Zone befindet sich über der stark stand des Blocks 11 praktisch auf 10 Ohm · cm be- dotierten n-Zone 31 im Plättchen 29; In der p-Zone grenzt. Infolgedessen hat der durch den Block 11 35 ist mittels Feststoffdiffusion eine stark dotierte dargestellte Widerstand 25 bei einer praktisch aus- n-Zone 37 gebildet. Eine stark dotierte n-Zone. 39 geführten integrierten Halbleiterschaltungsanordnung 60 ist auch in dem η-Material der Schicht 33 neben der höchstens einen Wert von 40 Ohm. Selbst ein Zone 35 durch Feststoffdiffusion hergestellt, wäh-Material mit diesem spezifischem Widerstand er- rend eine stark dotierte n-Zone 41 in der Schicht fordert bereits verschiedene schwerwiegende Korn- 33 über der n-Zone 32 gleichfalls durch Feststoffpromisse beim Aufbau des Transistors 27. Da das diffusion gebildet ist.
hochohmige Material des Blocks 11 die Kollektor- 65 Die epitaktische Schicht 33 wird dann derart gezone des Transistors 27 bildet, hat der Transistor 27 ätzt, daß die in den F i g. 4 und 5 allgemein mit eine verhältnismäßig hohe Sättigungsspannung. Diese den Bezugszahlen 43 und 45 bezeichneten Mesahohe Sättigungsspannung ist unerwünscht, und zwar Gebilde stehenbleiben. Das Material der Schicht 33
wird an den nicht benötigten Stellen vollständig entfernt, so daß die Mesa-Gebilde 43 und 45 lediglich über das hochohmige Material des Plättchens 29 miteinander verbunden sind. Das Ätzen wird derart durchgeführt, daß das Mesa-Gebilde 43 die p-Zone 35 mit der darin befindlichen n-Zone 37 und ferner die stark dotierte n-Zone 39 enthält und daß das Mesa-Gebilde 45 die stark dotierte n-Zone 41 enthält.
Die Zonen im Mesa-Gebilde 43 bilden einen Transistor mit der n-Zone 37 als Emitterzone, der p-Zone 35 als Basiszone und dem verbleibenden η-leitenden Material der Schicht 33 im Mesa-Gebilde 43 als Kollektorzone. Die stark dotierte n-Zone 39 im Mesa-Gebilde 43 wird dazu benutzt, einen An-Schluß am Kollektor des Transistors anzubringen. An der stark dotierten n-Zone 37 wird ein ohmscher Kontakt 49 angebracht, der die Emitterelektrode bildet, während an dem verbleibenden p-Material der Zone 35 ein ohmscher Kontakt 47 gebildet wird, der die Basiselektrode darstellt. Ein weiterer ohmscher Kontakt 48 an der Zone 39 ergibt die Kollektorelektrode. Außerdem ist ein ohmscher Anschluß 50 an der stark dotierten Zone 41 vorhanden.
Die in F i g. 4 und 5 dargestellte integrierte Halbleiterschaltungsanordnung entspricht der in F i g. 2 dargestellten Schaltung, wobei das Mesa-Gebilde 43 den Transistor 27 bildet und das Halbleitermaterial zwischen dem Mesa-Gebilde 45 und dem Mesa-Gebilde 43 den Transistor 27 bildet und das Halbleitermaterial zwischen dem Mesa-Gebilde 45 und dem Mesa-Gebilde 43 den Widerstand 25 darstellt. Die Klemmen 18, 20, 22 und 24 entsprechen den Kontakten 50, 48, 47 bzw. 49 in der angegebenen Reihenfolge. _
Da für das Plättchen 29 ein Material von hohem spezifischem Widerstand verwendet wird, ist ein Widerstand 25 mit wesentlich größerem Widerstandswert als bei der Anordnung von F i g. 1 erzielbar, und das Plättchen 29 braucht auch nicht annähernd so lang gemacht zu werden, um einen angemessen großen Widerstand zu erhalten. Darüber hinaus ist der spezifische Widerstand der Kollektorzone des Transistors 27 wesentlich kleiner, da die Kollektorzone aus der epitaktischen Schicht 33 besteht, welche einen verhältnismäßig kleinen spezifischen Widerstand aufweist. Der Transistor 27 hat somit eine kleine Sättigungsspannung, so daß er einen besseren Kurzschluß ergibt, wenn er stromführend ist, und auch die Kollektorspeicherung ist stark' herabgesetzt, was zu einer erheblich kürzeren Schaltzeit des Transistors 27 führt. Außerdem ermöglicht die stark dotierte Zone 41 in der niederohmigen epitaktischen Schicht in dem Mesa-Gebilde 45, das sich auf der stark dotierten Zone 32 des hochohmigen Plättchens 29 befindet, die Herstellung einer guten ohmschen Verbindung mit dem hochohmigen Material des Plättchens. In gleicher Weise ergibt die stark dotierte Zone 31 eine gute ohmsche Verbindung zwischen der Kollektorzone des Transistors und dem hochohmigen Material des Plättchens 29, und sie begrenzt auch die Breite der Verarmungsschicht im Kollektor, wodurch die Schalteigenschaften des Transistors merklich verbessert werden.
Wie aus F i g. 3 erkennbar ist, ermöglicht es die epitaktische Schicht, stark dotierte Zonen, wie die Zonen 31 und 32, in einem einkristallinen Gefüge vollständig in einem Material einzuschließen, das schwächer dotiert ist. Bei der Ausführungsform von F i g. 4 und 5 gestatten diese eingeschlossenen Zonen 31 und 32 die Herstellung einer guten ohmschen Verbindung mit dem hochohmigen Material des Plättchens 29. Eine solche Strkutur ist offensichtlich von großem Vorteil bei integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen.
Wenn eine weitere Vergrößerung der Transistorschaltgeschwindigkeit bei integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen erforderlich ist, kann die epitaktische Schicht während des Wachsens mit einem die Ladungsträger-Lebensdauer verkürzenden Störstoff, beispielsweise mit Gold, dotiert werden. Das Dotieren während des Kristallwachstums ergibt über die gesamte epitaktische Schicht hinweg ein nahezu konstantes Dotierungsniveau. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber den derzeit üblichen Feststoffdiffusionsprozessen dar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2
fahren zur Herstellung eines pn-Übergangs beschrie-
Patentanspruch: ben, bei welchem zunächst eine epitaktische Schicht
eines bestimmten Leitungstyps auf eine Unterlage des
Verfahren zum Herstellen einer integrierten entgegengesetzten Leitungstyps aufgebracht wird und Halbleiterschaltungsanordnung, bei welchem eine 5 anschließend der Übergang durch Wärmebehandlung epitaktische Halbleiterschicht auf einer Fläche tiefer in die Unterlage eindiffundiert wird. Die daeines einkristallinen Halbleiterträgerkörpers unter durch erhaltene Struktur hat somit wiederum zwei Einfügung mehrerer nebeneinanderliegender, Schichten entgegengesetzten Leitungstyps, die über stärker als die epitaktische Schicht dotierter Zwi- ihre ganze Ausdehnung durch einen pn-übergang schenbereiche zwischen der epitaktischen Halb- io voneinander getrennt sind. Die Herstellung stark doleiterschicht und dem Halbleiterträgerkörper ge- tierter Zonen ist mit diesem Verfahren weder beabbildet wird und anschließend Schaltungselemente sichtigt noch möglich, und es wäre vor allem nicht der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung möglich, diese Zonen nur an gewünschten Stellen unter Verwendung der epitaktischen Schicht über entstehen zu lassen.
den stärker dotierten Zwischenbereichen in wei- 15 Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines teren Verfahrensschritten gebildet werden, da- Verfahrens zum Herstellen einer integrierten HaIbdurch gekennzeichnet, daß zur Bildung leiterschaltungsanordnung, mit welchem im Inneren der stärker dotierten Zwischenbereiche vor dem ' des einkristallinen Halbleiterkörpers der Halbleiter-Aufbringen der epitaktischen Schicht (33) an der schaltungsanordnung eingeschlossene stärker dotierte Fläche des einkristallinen Halbleiterträgerkörpers 20 Zonen so gebildet werden können, daß sie nur an den (29) mehrere stärker als die epitaktische Schicht erforderlichen Stellen vorhanden sind und die Dicke dotierte Oberflächenzonen (31, 32) in den Halb- der Anordnung nicht vergrößern,
leiterträgerkörper eindiffundiert werden und daß Bei einem Verfahren der eingangs angegebenen
anschließend die epitaktische Schicht (33) auf Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, diese Fläche des Halbleiterträgerkörpers (29) so 25 daß zur Bildung der stärker dotierten Zwischenaufgebracht wird, daß sie jede stärker dotierte bereiche vor dem Aufbringen der epitaktischen Oberflächenzone vollständig bedeckt. Schicht an der Fläche des einkristallinen Halbleiter
trägerkörpers mehrere stärker als die epitaktische Schicht dotierte Oberflächenzonen in den Halbleiter-
30 trägerkörper eindiffundiert werden und daß anschließend die epitaktische Schicht auf diese Fläche des Halbleiterträgerkörpers so aufgebracht wird, daß sie jede stärker dotierte Oberflächenzone vollständig Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum bedeckt.
Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltungs- 35 Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer anordnung, bei welchem eine epitaktische Halbleiter- Vereinigung der Diffusionstechnik und der Epischicht auf einer Fläche eines einkristallinen Halb- taxialtechnik. Mit dem Diffusionsverfahren können leiterträgerkörpers unter Einfügung mehrerer neben- stärker dotierte Zonen sehr genau an allen erfordereinanderliegender, stärker als die epitaktische Schicht liehen Stellen auf dem Trägerkörper gebildet werdotierter Zwischenbereiche zwischen der epitakti- 4° den. Da diese Zonen im Trägerkörper entstehen, sehen Halbleiterschicht und dem Halbleiterträger- wird dessen Dicke dadurch nicht vergrößert. Durch körper gebildet wird und anschließend Schaltungs- das anschließende Aufbringen der epitaktischen elemente der integrierten Halbleiterschaltungsanord- Schicht werden die stärker dotierten Zonen im Innern nung unter Verwendung der epitaktischen Schicht eines einkristallinen Halbleiterkörpers eingeschlosüber den stärker dotierten Zwischenbereichen in wei- 45 sen. Auf diese Weise können beliebig viele und teren Verfahrensschritten gebildet werden. beliebig geformte stärker dotierte Zonen in einer
Aus der Zeitschrift »Electronics«, 2. Dezember Ebene in dem Halbleiterkörper erhalten we.rden, 1960, S. 55 bis 57, ist eine integrierte Halbleiter- ohne daß es erforderlich ist, diese Zonen durch schaltungsanordnung bekannt, bei welcher mehrere Ätzen oder mechanisch zu unterteilen,
epitaktische Schichten aufeinandergeschichtet sind. 50 Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Dabei sind einige dieser epitaktischen Schichten sehr Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt stark oder sehr schwach dotiert, damit im Inneren Fig. 1 einen Querschnitt durch eine integrierte
der Anordnung niederohmige Stromwege oder Iso- Halbleiterschaltungsanordnung bekannter Art,
lierschichten entstehen. Durch Ätzen oder mecha- Fig. 2 das Schaltbild der Halbleiterschaltungsnische Einschnitte werden dann tiefer liegende 55 anordnung von Fig. 1,
Schichten, vor allem die stark dotierten Schichten F i g. 3 einen Querschnitt zur Darstellung einer
zum Anbringen von Kontakten zugänglich gemacht. Zwischenstufe bei der Herstellung einer integrierten
Da auch die stark dotierten Schichten im Epitaxial- Halbleiterschaltungsanordnung nach der Erfindung, verfahren aufgebracht werden, erstrecken sie sich die dem Schaltbild von F i g. 2 entspricht,
ebenso wie die übrigen epitaktischen Schichten über 60 F i g. 4 die dem Schaltbild von F i g. 2 entdie ganze Fläche der Anordnung, weshalb sie mecha- sprechende integrierte Halbleiterschaltungsanordnisch, chemisch oder mit Hilfe des Maskenverfah- nung nach der Erfindung in perspektivischer Anrens unterteilt werden müssen, wenn mehrere ge- sieht und
trennte, stark dotierte Zonen in der gleichen Ebene F i g. 5 einen Querschnitt durch die integrierte
benötigt werden. Außerdem tragen die stark dotier- 65 Halbleiterschaltungsanordnung von F i g. 4 entlang ten Schichten zur Gesamtdicke der Anordnung bei. der Linie 5-5 der F i g. 4.
Andererseits ist in der Veröffentlichung »IBM Die in F i g. 1 dargestellte integrierte Halbleiter-
Technical Disclosure Bulletin«, 1960, S. 45, ein Ver- schaltungsanordnung bekannter Art weist einen Ein-
DE1962T0021531 1960-05-02 1962-02-05 Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltungsanordnung Expired DE1207014C2 (de)

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US377710A US3211972A (en) 1960-05-02 1964-06-24 Semiconductor networks

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