DE1564547A1 - Halbleiter-Mikroschaltungsbaustein - Google Patents
Halbleiter-MikroschaltungsbausteinInfo
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Description
c ο 'π. λ, 156*547
6383-66/Kö/E
RCA 56442
Convention date: December 2, 1965
Radio Corporation of America New York N.Y., V.St.A.
Die Erfindung betrifft monolithische Halbleiter-Mikroschaltungen
oder sogenannte "integrierte" monolithische Schaltungen.
Derartige Schaltungen können aus aktiven Schaltungskomponenten
wie Transistoren und Dioden sowie passiven Schaltungskomponenten wie Kondensatoren und Widerständen
aufgebaut sein. Beispielsweise wird ein in solchen Schaltungen häufig verwendeter Widerstandstyp in der Weise hergestellt,
daß Verunreinigungen, die den einen Leitungstyp hervorrufen, in einen Teil eines einkristallinen Halbleiterkörpers
des anderen Leitungstyps eindiffundiert werden.
Monolithische Halbleiter-Mikroschaltungen werden gewöhnlich in einen Halbleiterkörper mit einer verhältnismäßig
dicken Substratschicht des einen Leitungstyps, die
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156A547
lediglich als Unterlage oder Träger dienen kann, eingebaut. Dabei werden die Schaltungskomponenten teilweise in einer
überlagernden Schicht des anderen Leitungstyps gewöhnlich in der Weise gebildet, daß man entsprechende Verunreinigungen
eindiffundiert, um denjenigen Leitungstyp herzustellen, der für die Bildung von pn-Übergängen sowie p- und n-Gebieten
erforderlich ist, so daß die gewünschten Bauelemente wie Trans istoren oder Dioden, Widerstände oder Kondensatoren entstehen.
Eines der Hauptprobleme bei der Herstellung derartiger Schaltungen besteht darin, eine unerwünschte Wechselwirkung
zwischen den verschiedenen Schaltungskomponenten ganz oder zumindest weitgehend zu verhindern. In diesem Zusammenhang
ist es bekannt (USA-Patentschrift 3 II7 2βθ),
einzelnen Schaltungskomponenten beispielsweise dadurch voneinander zu isolieren, daß man Isolationszonen oder -gebiete
einbaut, deren Leitungstyp dem der überlagernden Schicht entgegengesetzt ist, so daß zwischen diesen Gebieten und
der Schicht pn-Übergänge gebildet werden, die eine Übertragung von ungewollten Strömen zwischen verschiedenen Teilen
der Schaltung durch die Halbleiterschicht oder das Substrat verhindern. Wenn jedoch Teile der Schaltungskomponenten
den gleichen Leitungstyp haben wie das Isolationsgebiet, ergibt sich eih parasitärer pnp- oder npn-Effekt, auf Grund
dessen parasitäre Ströme auftreten, wodurch die Arbeitsweise der Schaltung beeinträchtigt wird.
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Eine solche unerwünschte Wirkung kann sich in Verbindung mit diffundierten Widerständen ergeben, wenn diese
von der übrigen Halbleiterschicht, die andere Schaltungskomponenteftenthält,
durch ein umgebendes Gebiet isoliert sind, das den gleichen Leitungstyp wie der Widerstand selbst, jedoch
den entgegengesetzten Leitungstyp wie die Halbleiterschicht, in welcher der Widerstand gebildet ist, hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen monolithischen Halbleiter-Mikroschaltungsbaustein mit Isolationsgebieten
von solcher Ausbildung zu schaffen, daß unerwünschte parasitäre Effekte verhindert oder minimalisiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Halbleiter-Mirkoschaltungsbaustein, bei dem in einem
Halbleiterkörper eine Schaltungskomponente mit einem ersten Gebiet des einen Leitungstyps von einem zweiten Gebiet des
anderen Leitungstyps umgeben und dieses zweite Gebiet vom
übrigen Halbleiterkörper in seitlicher Richtung durch ein umgebendes, stark dotiertes Gebiet des einen Leitungstyps
isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Berührung mit dem zweiten Gebiet angeordnete, stark dotierte Zone des
anderen Leitungstyps das zweite Gebiet ganz oder teilweise
von den benachbarten Körperbereichen des einen Leitungstyps trennt.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung
ist ein Teil oder Baustein einer monolithischen HaIb-
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leiter-Mirkoschaltung vorgesehen, bei den in einem Halbleiterkörper
ein durch ein erstes Gebiet des einen Leitungs-
tys gebildeter Widerstand von einem zweiten Gebiet des anderen Leitungstyps umgeben ist. Dieses zweite Gebiet ist vom
übrigen Halbleiterkörper durch eine umgebende, stark dotierte Isolationszone des dem zweiten Gebiet entgegengesetzten
Leitungstyps und durch eine weitere, zwischen dem zweiten Gebiet und der Isolationszone angebrachte Zone isoliert, um
das Auftreten von parasitären oder Kriechströmen zu verhindern. Die letzterwähnte Zone besteht aus einem stark dotierten
Gebiet des gleichen Leitungstyps wie das zweite Gebiet.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Grundriß eines Teils einer Mikroschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 1;
Fig. 3a - 3g der Fig. 2 ähnliche Schnitte, die aufeinanderfolgende Verfahrensschritte bei der Herstellung
der Anordnung nach Fig. 1 und 2 veranschaulichen;
Fig. 4 einen Grundriß der Anordnung in dem in Fig. 3e veranschaulichten Verfahrensstadium, jedoch mit
entfernten Maskierungsschichten; und
Fig. 5 einen Grundriß der Anordnung in einem Verfahrensstadium zwischen den in Fig. 3f und 3g veranschaulichten
Schritten.
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Pig. 1 va& 2 zeigen einen Teil einer integrierten
monolithischen Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungs« form der Erfindung mit einer Schaltungskomponente in Form
eines diffundierten Widerstandes, der mit verschiedenen an*,
deren Schaltungskomponenten wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren und anderen Widerständen verschaltet sein kann.
Der gezeigte Schaltungsteil oder -baustein besteht aus einem zusammengesetzten Halbleiterkörper mit einem Halbleitersubstrat
2 vom p-Leitungstyp, auf dem verschiedene Komponenten
der Schaltung ausgebildet sind. Für die Bildung eines auf dem Substrat 2 vorzusehenden Transistors oder anderweitigen
Bauelementes ist angrenzend an das Substrat 2 eine Halbleiterschicht 4 vom Leitungstyp n+ angebracht. Angrenzend an die
Schicht 4 ist eine Halbleiterschicht 6 vom n-Leitungstyp vorgesehen. Innerhalb der umleitenden Schicht 6 befindet
sich ein p-leitendes Gebiet 8, das in diesem Falle als ohmscher Widerstand in der Schaltung arbeitet. Zum Verschalten werden
an den Enden der freiliegenden Fläche des Gebietes 8 metallische Anschlüsse 28 (Fig. 3g) angebracht und die gesamte freiliegende
Fläche der Anordnung mit Ausnahme der Stellen, wo sich die WiderstandsansohlUsse befinden, mit einer Isolierschicht 26
(Fig. j5g) überzogen.
Normalerweise ist der Widerstand 8 von der übrigen
Schaltung durch ein p-leitendes Gebiet 10 isoliert, welches das Gebiet 8 umgibt und bis in das p-leitende Substrat 2
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hineinreicht. Obwohl diese Isolationsanordnung bequem ist und sich wirtschaftlich herstellen läßt, hat sie offensichtliche
Nachteile. Und zwar ergibt sich bei dieser Anordnung ein parasitärer Transistor, der das Auftreten von unerwünschten
parasitären Strömen zur Folge hat. Dieser parasitärer Transistor wird durch das p-leitende Widerstandsgebiet 8,
die η-leitende Schicht 6 und das diese Schicht umgebende pleitende
Isolationsgebiet 10 gebildet. Dieser Transistor, der einen verhältnismäßig großen Betawert haben kann, beeinträchtigt
die Arbeitsweise der Schaltung oft erheblich.
Erfindungsgemäß wird in die Schicht 6 angrenzend an das Isolationsgebiet 10 ein Gebiet 12 verhältnismäßig niedrigen
spezifischen Widerstandes so eingebaut, daß es den ohmschen Widerstand 8 umgibt und das η-leitende Gebiet 6 einfaßt.
Das Gebiet 12 befindet sich zwischen dem Widerstand 8 und dem Isolationsgebiet 10. Bei der gezeigten Ausführungsform hat das zusätzliche Gebiet 12 den Leitungstyp n+. Es hat
auf jeden Fall denselben Leitungstyp wie das Gebiet 6, so daß, wenn der Widerstand η-leitend und das umgebende Gebiet
6 p-leitend sind, das zusätzliche Gebiet 12 den Leitungstyp
P+ hat.
Der parasitäre Transistor wird nunmehr durch den p-leitenden Widerstand 8, die n-leitende Schicht 6, das
n+ -leitende Gebiet 12 und p-leitende Isolationsgebiet 10
gebildet. Das n+ -leitende Gebiet 12 in der Basis dieses
parasitären Transistors erniedrigt den Emitter-Wirkungsgrad
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und verringert den Betawert des parasitären Transistors
auf Werte, die ohne weiteres in Kauf genommen werden können.
Die Isolation der Schaltungskomponente 8 wird
durch die n+ -leitende Schicht 4, die den Widerstand 8 vom
p-leitenden Substrat 2 trennt, vervollständigt. Ohne die n+ leitende
Schicht 4 wäre ein zweiter parasitärer pnp-Transistor,,
gebildet durch die Gebiete 8, 6 und 2, vorhanden, der den Betrieb der Schaltung ebenfalls beeinträchtigen könnte,» Durch
die Schicht 4 wird jedoch dieser parasitäre Transistor in einen pnn+p-Transistor umgewandelt. Dieser Transistor hat auf das
Arbeiten der Schaltung keinen großen Einfluß, da die n+-Schieht
4 den Basiswiderstand verkleinert, so daß der Emitter-Wirkungsgrad
des pnp-Transistors erniedrigt und dadurch der Betawert
dieses Transistors klein gehalten wird.
Falls angängig, kann die Scheibe oder das Substrat nach Fig. 1 und 2 auch vom n-Leitungstyp sein. Die Isolationszone 10 sollte in diesem Falle vollständig durch die Scheibe
hindurchreichen, um die Schaltungskomponente 8 und das diese umgebende Gebiet 6 gänzlich zu isiieren. Die Schicht 4 kann
dann nur in denjenigen Gebieten der Scheibe ausgebildet sein, wo sie erforderlich ist. Die Isolationszone 12 sollte ebenfalls
ganz durch die Scheibe hindurchreichen, um zwischen der Zone 10 und dem die Schaltungskomponente 8 umgebenden n-leitenden
Scheibengebiet 6 vollständig vorhanden zu sein.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung kann wie folgt hergestellt werden:
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Monolithische Silizium-Schaltungsbausteine enthalten im allgemeinen ein einkristallines Siliziumsubstrat,
das als Systemträger oder Unterlage für die Schaltung dient, jedoch im Betrieb der Schaltung keine funktionelle Rolle
zu spielen braucht. Im vorliegenden Falle ist das Substrat (Fig. 35a) eine einkristalline p-Silizlumscheibe mit einer
Dicke von 0,202 mm (8 Mil). Der spezifische Widerstand beträgt 50 Ohmzentimeter, und als Dotierungsstoff dient Bor.
Die Dicke der Scheibe ist nicht kritisch; sie muß jedoch so groß sein, daß die Scheibe bei der Handhabung nicht gleich
zerbricht. Im Hinblick auf die Kosten sollte die Scheibe nicht unnötig dick sein.
Auf das p-leitende Substrat 2 wird eine n+-leitende
Schicht 4 aufgewachsen (Fig. Jb). Diese Schicht kann 2-8 Mikron dick sein und einen spezifischen Widerstand von ungefähr
0,02 Ohmzentimeter haben. Geeignete Dotierungsstoffe für diese Schicht sind Antimon und Arsen. Die n+-Schicht bildet
Jeweils Teile von Schaltungskomponenten und erniedrigt außerdem
die Kollektor-Emitterspannung (Vce) etwaiger in anderen Teilen der Schaltung vorhandener npn-Transistoren.
Als nächstes wird auf die n*-Schicht 4 eine n~
leitende Schicht 6 aus Silizium epitaktisch aufgewachsen (Fig. 3$). Diese Schicht kann 6-ΛΒ Mikron dick sein und einen
spezifischen Widerstand von 20-30 Ohmzentimeter haben. Diese
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Schicht dient als Isolation für den p-leitenden Widerstand
8 sowie als Kollektor für einen etwaigen in anderen Teilen der Schaltung vorhandenen npn-Transistor.
Um das p-leitende Isolationsgebiet 10 herzustellen, wird mit Hilfe des Photomaskier- oder Photoabdeckverfahrens
ein bestimmter Oberflächenbereich gebildet, auf den in Form eines Streifens der entsprechende Dotierungsstoff für das
Eindiffundieren aufgebracht wird. Als erstes wird dabei nach irgendeinem üblichen Verfahren auf die gesamte freie
Oberfläche der η-Schicht β ein Belag aus Siliziumdioxyd 14
aufgebracht (Fig. 3d). Auf die Oxydschicht 14 wird eine
Schicht 16 eines lichtempfindlichen Ktzschutzmittels aufge«
bracht. Diese Schicht wird in üblicher Weise unter Verwen«
dung einer transparenten Schablone, oder Vorlage belichtet
d ansQ.hlielerjd entw.lok.elt« um den unbelichteten Teil des
weg.z,uwja.sQhea« so d.a.§ zuJageMt, Öffnungen 17
die, ©xj^goMcM 3& xmoh
wt.^
öfyeiMÄLIN8PHSTID
156A5A7
entfernt und auf die Oberfläche der n-Schicht 6 ein neuer
Belag 20 (Fig. 3e) aus Siliziumdioxyd und darauf eine Schicht 22 aus lichtempfindlichem Ätzschutzmittel aufgebracht. Mit
Hilfe der gleichen Verfahrensweise, wie sie für die Herstellung der öffnungen 17 verwendet wurde, werden jetzt neue
öffnungen 23 gebildet, die bis hinunter zur Oberfläche der
Schicht 6 reichen. Auf den Boden der Öffnungen 23 wird n-Dotierungsstoff
in Form eines Streifens 24 aufgebracht, woraufhin der Oxydbelag 20 und der Ätzschutzbelag 22 wieder
entfernt werden. Für den n-Dotierungsstoff kann man beispielsweise POCl, verwenden. Es können/Strelfen 18 eine Breite
von 0,0127 mm (0,5 Mil) und der Streifen 24 eine Breite von 0,0076 mm (Q,3 Mil) haben, obwohl diese Abmessungen nicht
kritisch sind.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Streifen l8 und 24 rechtwinklig, also in Form von Reehteekrahmen ausgebildet
und konzentrisch so angeordnet, daß der Streifen 24 einen
Bereich der Oberfläche der Schient β einfaßt,
Di© Anordnung wird nunmehr in ©inen Diffusionsofen
©ing@braoh.fc* wo die Verunreinigungen oder Dotierungsstoffe
Streifen. 18 und. £4 atindeate&s ungeführt 16 Stunden lang
ei&er Ttatperatiir von 11β5 0G i» äea SilisitiiBkörper ei»-
werö«R, Dadiaroh ie«röen «las p· leitende Isola-10
vxkü aas n* -Qebiet IS gebildet» Da ate Versowohl
in vertikaler Richtung als auch etwas
003821/0534
seitwärts diffundieren, werden die Streifen 18 und 24 im
Verlaufe des Diffusionsvorganges breiter. Auch die n+ -Schicht
4 dehnt sich in ihrer Breite aus.
Schließlich wird der ohmsche Widerstand 8 hergestellt,
indem unter Verwendung von Siliziumdioxyd und lichtempfindlichem Ätzschutzmittel in der oben beschriebenen Weise eine
öffnung von bestimmter Flächenform gebildet und eine Borverbindung,
beispielsweise Bornitrid in Form eines Streifens von der in Fig. 5 für die Oberseite des Widerstandsgebietes
gezeigten Gestalt aufgebracht wir.d. Das Bor wird 3-4 Stunden lang bei 1100 0C in den Siliziumkörper eindiffundiert.·
Am Ende der Diffusionsvorgänge ist das Widerstandsgebiet 8 vollständig ausgebildet und sind die Isolationsgebiete 10
und 12 in ihrer Tiefe und Breite erweitert, so daß sie ineinander übergehen oder aneinander stoßen, wie in Fig. 3g gezeigt.
Der Widerstand kann an andere Teile der Schaltung (nicht gezeigt) angeschlossen werden, indem man auf die Scheibenfläche
eine Oxydschicht 26 aufbringt und anschließend metallische Anschlüsse 28 anbringt, die über der Oxydschicht zu den betreffenden
anderen Schaltungskomponenten führen.
Obwohl die n+ -Schicht 4 hier als eine vollständige,
epitaktisch auf das Substrat 2 aufgewachsene Schicht besehrieben und gezeigt ist, kann sie stattdessen auch aus einer in
das Substrat 2 eindiffundierten "Tasche" "· bestehen * Die n+-
S-chichtfkann "auch gänzlich entfallen, wenn mandie-ri-Schicht
0 0 9 8 21/0 5 3^ r} '· ;'
entsprechend dicker macht, so daß auf diese Welse der Emitter-Kollektorabstand
vergrößert und dadurch der Transistor. Betawert verringert wird.
009821/05
Claims (1)
- Patentansprüche1. Halbleiter-Mikroschaltungsbaustein mit einem Halbleiterkörper (2) und einer Schaltungskomponente, bestehend aus einem im Halbleiterkörper gebildeten ersten Gebiet (8) des einen Leitungstyps, das innerhalb des Halb« leiterkörpers von einem zweiten Gebiet (6) des anderen Leitungstyps umgeben ist, wobei das zweite Gebiet in seitlicher Richtung vom übrigen Halbleiterkörper durch eine umgebende, stark dotierte Isolationszone (10) des einen Leitungstyps isoliert ist, dadurch gekennzeich-η e t, daß in Berührung mit dem zweiten Gebiet ein weiteres, stark dotiertes Gebiet (12, 4) des anderen Leitungstyps angeordnet ist, derart, daß es das zweite Gebiet ganz oder teilweise von den benachbarten Halbleiterkörpergebieten des einen Leitungstyps trennt.2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Halbleiterkörper den anderen Leitungstyp hat und das zweite Gebiet bildet, dadurch gekennzeichn e t, daß das weitere Gebiet (12, 4) um das zweite Gebiet herum angeordnet ist und dieses einfaßt.009821/0534J). Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Halbleiterkörper den einen Leitungstyp hat, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Gebiet aus einer Schicht besteht, die in den Halbleiterkörper zwischen dem zweiten Gebiet und einem Teil des Halbleiterkörpers hineinreicht.4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge-1' kennzeichnet, daß die Isolationszone durch die durch das weitere Gebiet gebildete Schicht hindurchreicht und mit dem Halbleiterkörperteil verbunden ist.5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- ^ kennze lehnet, daß das weitere Gebiet von der dadurch gebildeten Schicht soweit reicht, daß es die Isolationszone berührt und das zweite Gebiet vollständig von der Isolationszone trennt.6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Gebiet als schmales n+ «Gebiet (12) die Sehaltungskomponente seitlich umgibt.7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehaltungskomponente ein ohmscher Widerstand ist, der durch ein langgestrecktes diffun«009821/0534-15-diertes Gebiet vom p-Leitungstyp gebildet wird.8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß das zweite Gebiet eine epitaktische Schicht ist, die von einer weiteren Schicht unterlagert wird, die denselben Leitungstyp wie das zweite Gebiet, Jedoch eine größere Leitfähigkeit hat.009821/0 5-3Oi IP.
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