DE1639549C2 - Integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Integrierte Halbleiterschaltung

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Description

1633549
3 4
Fig. 1 den Querschnitt einer Scheibe mit einem IO besitzen. Der vorgenannte Diffusionsschritt wird
p-leitenden SUiziumhalbleitersubetrat, einer n-Ieiten- ausgeführt, um verschiedene elektrisch gegeneinan-
den epitaktisch aufgewachsenen Schicht aus auf dem der isolierte Zonen in der Schicht Il herzustellen.
Sustrat abgelagerten Halbleitermaterial und einer Diese Zonen 14 bestehen alle aus demselben Leitfä-
*uf der Oberfläche dieser Schicht befindlichen SUi- S higkeitsmaterial und sind durch die Schichten IS aus
jdumoxydschlcht, dem Material mit entgegengesetztem Leitfähigkeits-
Fig.2 einen Querschnitt der Scheibe gemäß typ und hoher Dotierungskonzentration, das durch
Fig. 1 nach dem Eindiffundieren von Dotierungs- den genannten Diffusionsschritt erzeugt wurde, von-
stoffen in die Halbleiterschicht zur Bildung der Zo- einander elektrisch isoliert. Bei der vorhergehenden
nen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, «> Darstellung sind große pn-FIächenübergänge 16 und
Fig.3 einen Querschnitt der Scheibe gemäß 16'auf den entgegengesetzten Seiten der Schicht 15
Fi g. 2, nachdem geeignete öffnungen in der Silizium- und zwischen jeder der Halbleiterzonen 14 entstan-
oxydschicht für den nächsten Diffusionsvorgang an- den. Die entgegengesetzten Durchlaßrichtungen der
gebracht wurden, pn-übergänge bewirken einen hohen Widerstand ge-
Fig.4 einen Querschnitt der Scheibe gemäß 15 genüber Stromfluß zwischen benachbarten Bereichen
Fig.3 nach der Diffusion von Dotierungsstoffen in 14. Diese Schichten 15 haben eine Dotierungskon-
die die Zonen gegeneinander isolierende Schicht der zentration von ungefähr ICP" pro Kubikzentimeter,
benachbarten Zonenbereiche zum Erzeugen der zu- Gemäß der beschriebenen herkömmlichen Praxis,
sätzlkhen Seitenbereiche der isolierend wirkenden eine elektrische Isolation der Zonen 14 gegeneinan-
Schichten, ao der zu erzielen, wird es a's notwendig erachte:, eine
F i g. 5 einen Querschnitt einer integrierten Halb- hohe Konzentration von ^otierungsstoifen in die
leerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung Schicht 11 einzudiffundieren, um die verschiedenen
mit einer Abwandlung der Zonen und mit Kontakten Zonen 14 durch die Schichten 15 voneinander zu iso-
zur Veranschaulichung einer elektrischen Schaltung, lieren. Ein Nachteil der vorgenannten »Isolations-
Fig.6 eine schematische Darstellung einer Drauf- 25 technik« liegt darin, daß sich eine große Gesamtka-
sicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der er- pazität, insbesondere nahe der Oberfläche der Silizi-
findungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltung. umschicht 11, ergibt, wo die Dotierungskonzentra-
Das Substrat 10 hat eine Dotierungskonzentration tion am größten ist. Diese Kapazität tritt an den von ungefähr 5 · 1014 bis 1010 pro Kubikzentimeter Übergängen 16 und 16' auf und rührt von der Diffe- und einen spezifischen Widerstand von ungefähr 30 30 renz in der Dotierungskonzentration und den Arten bis 1,0 Ω cm. Es ist p-leitend, da als Dotierung Bor des Halbleitermaterials an beiden Enden derselben oder andere Stoffe der III. Gruppe des Periodischen her. Diese Wirkung ist einem Zweiplattenkondensator Systems dem Silizium beigefügt werden, um einen analog, und die Kapazität steht in reziproker Bezie-Überschuß an freien Löchern in der Kristallstruktur hung zu der Entfernungd (Fig. 2) des Raumlades Siliziums zu bewirken. Die Schicht 11 hat eine 35 dungsbereichs C = EA/d, wobei E die Dielektrizitäts-Dotierungskonzentration von 101β bis 1017 pro Kubik- konstante des Materials und A die Übergangsfläche Zentimeter und einen spezifischen Widerstand von ist. Die Verbreitung der Raumladung wächst mit ungefähr 0,6 bis 0,1 Ω cm. Sie ist η-leitend, da Phos- einer Verminderung der Dotierungskonzentration, phor o.ler andere Stoffe der V. Gruppe des Perio- Deshalb ist zu erwarten, daß bei dem normalen dischen Systems dem Silizium zugefügt worden sind, 40 Übergang, wie z. B. 16 oder 16', wo die Zone 14 um einen Überschuß an freien Elektronen in der Kri- (n-Ieitendes Halbleitermaterial) auf einer Seite des Stallstruktur des Siliziums zu erzielen. Eine Schicht Übergangs 16 gegenüber dem Material auf der ande-12, beispielsweise aus Siliziumoxyd, bedeckt die ren Seite des Übergangs 16 eine relativ niedrige Doobere Fläche der Schicht 11. tierungskonzentration aufweist, im wesentlichen die
Das Substrat 10 wird aus einem Siliziumeinkristall 45 ganze Raumladungserweiterung in acm Bereich 14, gewonnen, der in der herkömmlichen Weise aufge- wie es bei d 1 in Fig. 2 gezeigt ist, auftritt. Das bewachsen wurde. Die epitaktisch aufgewachsene Silizi- deutet, daß d 1 in Fig. 2, insbesondere in der Nähe umschicht 11 wird auf das Substrat 10 in bekannter der Zonenoberfläche 14, auf einem Minimalwert ist Weise, z. B. durch Aufdampfen des Siliziums auf das und somit große Kapazitäten in der Schaltung zur erhitzte Substrat 10 im Vakuum, aufgebracht. Die Si- 50 Folge hat.
liziumoxydschicht 12 wird ebenfalls durch ein in der Nach dem vorgenannten Diffusionsschritt, mit
Technik bereits bekanntes Verfahren gebildet, z.B. dem die Schichten 15 erzeugt wurden, wird eine
dadurch, daß die Schicht 11 Feuchtigkeit oder Luft Oxydschicht über die Oberfläche der Schichten 15
ausgesetzt oder ein oxydierendes MHtel, z.B. Was- und über die Oberfläche der Zonen 14 gelegt,
serstoffperoxyd, angewendet wird. 55 Gemäß F i g. 3 wird die Oxydschicht durch die
Fig. 2 zeigt, wie die Oxydschicht 12 durch Erzeu- Herstellung einer Vielzahl von durch diese hindurchgen einer Vielzahl von durch sie hindurchführender gehenden öffnungen 17 und 18 noch einmal in eine öffnungen 13 zu einer Maske geformt wird. Das Ent- Abdeckmaske umgeformt. Die Öffnungen 17 in der fernen der Oxydschicht in den Öffnungen 13 kann Oxydschicht dienen normalerweise zur Bildung verdurch photolithographische Technik, z. B. durch Ät- 60 schiedener weiterer Zonen in den Zonen 14 mittels zen mit Fluorwasserstoff, bewirkt werden. Nach der eines nachfolgenden Diffundierschritts. Zur Herstel-Herstellung der mit einer Maske versehenen Platte lung der Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung ist es üblich, einen Dotierungsstoff desselben Leitfä- werden außerdem noch die öffnungen 18 in der higkeitstyps wie der des Substrats 10 in die Schicht Oxydschicht vorgesehen. Die Öffnungen 18 befinden 11 von der Oberfläche her durch die öffnungen 13 65 sich oberhalb der Randbereiche der Schichten 15 bis zu einer Tiefe einzudiffundieren, in der er prak- und überlappen die Zonen 14 nur gering. Dann wird, tisch bis zu dem Substrat gelangt. Diese Dotierung während ein Dc-tierungsstoff desselben Leitfähigmuß eine höhere Konzentration als die des Substrats keitstyps wie der Schichten 15, jedoch mit einer ge-
ringeren Konzentration, von den Oberfläehenberei- grierten Halbleiterschaltungen die größte Kapazität chen durch die Öffnungen 17 in die Zonen 14 eindif- befand, Übergänge, ;t. B. der Übergang 31 (F i g. 4), fundiert wird, gleichzeitig noch eine derartige Dotie- erzeugt, die auf beiden Seiten Material mit hohem rung durch die Öffnungen 18 in die den Schichten 15 Widerstand besitzen, die dadurch den Raumladungsbenaohbarten Bereichen 19 der Zonen 14 von den 5 bereich (d 2 in F i g. 4) auf den zusätzlichen Seitenbe-Oberflächenbereichen aus eindiffundiert, um zusatz,- reich 20 vergrößern (Vergrößerung des Abstandes liehe Seitenbereiche 20 (F i g. 4) zu bilden. Während zwischen den Platten des gedachten Kondensators) dieses letztgenannten Diffusionsschritts gelangt prak- und die gesamte Isolationskapazität beträchtlich vertisch kein Dotterungsstoff in die Schichten 15, da der ringem.
neu zugeführte Dotierungsstoff eine niedrige Kon- io Aus dem Vorhergehenden geht hervor, daß die zentration hat als die schon vorhandene Dotierungs- Schaltungskapazität der integrierten Halbleiterschalkonzentration in den Schichten 15. An den Stellen tung ohne die Anwendung von mehr Diffusionsjedoch, an denen die öffnungen 18 in der Oxyd- schritten als bei der bisherigen Technik bereits verschicht die Zonen 14 überlappen, tritt eine Diffusion wendet werden, verringert wird; so können die zubis zur Tiefe der Zonen 21 und 22 aus p-leitendem 15 sätzlichen Bereiche 20 (F i g. 4) zur gleichen Zeit wie Halbleitermaterial auf. Die zusätzlichen Seiten- die Basiszone 21 eines Transistors und die Zone 22 bereichei 20 haben eine Dotierungskonzentration von eines Widerstandselements gebildet werden. Das Freungefähfr 1018 pro Kubikzentimeter, die im Hinblick quenzyeihalten und die Arbeitsgeschwindigkeit einer auf die viel niedrigere Diffusionstiefe dieser Seitenbe- integrierten Halbleiterschaltung wird im allgemeinen reiche im Vergleich zu der Diffusionstiefe des Haupt- no durch die Kapazität der verschiedenen Bereiche bebereichs der die Zonen gegeneinander isolierenden grenzt. Deshalb wird durch die Erfindung eine beschichten verwendet werden kann. merkenswerte Verbesserung des Frequenzverhaltens
Wie in Fig.4 gezeigt, wird im Anschluß an den und somit auch der Arbeitsgeschwindigkeit der zweiten Diffusionsschritt, bei dem die zusätzlichen Schaltung durch eine niedrigere Gesamtkapazität er-Seitenbereiche 20 und die Zonen 21 und 22 gebildet »5 reicht.
werden, nochmals eine Oxydschicht 23 über die Obwohl sich die vorhergehende Beschreibung des
Oberfläche der Platte gelegt. Dann wird eine weitere Verfahrens zur Verminderung der Isolierkapazität nicht gezeigte Öffnung in der Schicht 23 gebildet und auf eine Halbleiterschaltung einer Platte mit einem ein Dotierungsstoff eines Leitfähigkeitstyps, der dem- Substrat und einer epiiaktisch aufgewachsenen, darjenigen der Zone 21 entgegengesetzt ist, mit einer hö- 30 auf abgelagerten Schicht bezieht, kann sie ebenso für heren Konzentration als die Dotierungskonzentration integrierte Halbleiterschaltungen mit einer einzigen der Zone 14, in die Zone 21 diffundiert, um eine Schicht angewandt werden,
weitere Zone 24 zu bilden. F i g. 6 ist eine Draufs.cht einer integrierten HaIb-
Nach der Bildung der Zone 24 bedeckt eine Oxyd- leiterschaltung der Art, wie sie in F i g. 5 gezeigt ist, schicht 25 nochmals die Oberfläche der Platte. Dann 35 mit einem Substrat und einer epitaktisch aufgewachwerden darin weitere Öffnungen vorgesehen, um eine senen, aiuf ihr abgelagerten Schicht. Die Schicht ist in Verbindung zu den Zonen 14, 21 bzw. 24, die dem eine Vielzahl von voneinander getrennten Zonen 32 Kollektor, der Basis und dem Emitter eines Transi- (ähnlich der Zonen 14 in Fig.2,3,4 und5) mittels stors entsprechen, und zu der Zone 22 herzustellen, einer diffundierten, die Zonen gegeneinander isoliedie einem Widerstandselement entspricht. Dann wird, 40 renden Schicht 33 geteilt Bei der Halbleiterschaltung wie in F i g. 5 gezeigt, ein ohmscher Kontakt, beste- gemäß dieser Erfindung weist die Schicht 33 einen hend aus einer elektrischen Leitung 26, in Verbin- Hauptbereich 34 (entsprechend den Schichten 15) dung unit der oberen Fläche der Kollektorzone 14 mit einer höheren Dotierungskonzentration als die hergestellt. Ein weiterer ohmscher Kontakt, nämlich Zonen 32 sowie schmalere Seitenbereiche 35 (enteine elektrische Leitung 27, wird mit der oberen 45 sprechend den zusätzlichen Seitenbereichen 20) mit Fläche der Basiszone 21 verbunden, und ein weiterer einer Dotierungskonzentration auf, die geringer als !Kontakt, nämlich eine elektrische Leitung 28, wird die des Hauptbereichs 34 ist. Zum Zweck der öessemit dem Oberteil der Emitterzone 24 in Verbindung ren Darstellung hat die Zone 32 in der Mitte der gebracht. Das Widerstandselement wirü durch das Schaltung ausgebildete Zonen 36 und 37 (ähnlich dei Anbringen zweier ohmscher Kontakte mit den elek- 50 Zonen 21 und 24 der Fig. 5), die die Basis-, und !irischen Leitungen 29 und 30 an der oberen Fläche Emitterzonen eines Transistors bilden. Es zeigt sich der Zone 22 vervollständigt. somit, daß die gemäß der Erfindung ausgebildete
Durch die Bildung der zusätzlichen Seitenbereiche Schicht 33 eine elektrische Isolierung der Zonen 32 20 der die Zonen gegeneinander isolierenden Schich- gegeneinander bewirkt und damit eine integrierte ten gemäß dieser Erfindung werden nun in dem Be- 55 Halbleiterschaltung mit einer niedrigen Gesamtisa reich 19 (Fig.3), in dem sich bei bekannten inte- lierkapazitätschafft.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Wechselwirkung zwischen den verschiedenen HaIb- Patentansprücbe: leiterteilen im wesentlichen unterbunden, und einige der parasitären Wirkungen, die to diesen Halbleiter-
1. Integrierte Halbleiterschaltung mit einer schaltungskompiexen beobachtet wurden, werden Schicht aus Halbleitermaterial eines Leitfähig- 5 verringert. , ,
keitstyps, die in Zonen unterteilt ist durch wenig- Eine bekannte Art, die Zonen gegeneinander Kostens eine die Zonen gegeneinander isolierende lierecde Schichten zu bilden, besteht darm, einen Halbleiterschicht des entgegengesetzten Leitfä- Dotierungsstoff des gleichen Leitfähigkeitstyps wie higkeitstyps, die durch Diffusion von Dotierungs- der des Substrats von der Oberfläche der epitaktisch stoffen in die Oberfläche der in Zonen zu unter- io aufgewachsenen Schicht in ausgewählte Bereiche teilenden Schicht gebildet ist und sich ganjs 4wch derselben bis zu einer Tiefe emzudiffundieren, bis sie diese Schient hindurch erstreckt, dadurch auf das Substrat trifft. Um eine Isolation zu erreigekennzeicbnet, daß die bzw. jede die Zo- eben, muß der einzudiffundierende Stoff, obwohl er nen gegeneinander isolierende Schicht (15, 34) von derselben Art wie der des Substrats ist, eine hözusätzliche Seitenbereiche (20 bzw. 35) mit dem 15 üere Konzentration haben. Alle Übergänge in der ingleichen Leitfahigkeitstyp, jedoch einer geringe- tegrierten Halbleiterschaltung einschließlich der isoren Dotierungskonzentration aufweist, die sich lierend wirkenden Übergänge, gehorchen bei dieser von der Oberfläche aus nur durch einen Teil der Herstellungsstufe den normalen Diodengleichungen Schichtdicke der in Zonen unterteilten Schicht für die Kapazität und den Stromfluß. Die isolierend (11) erstrecken und dort den höher dotierten ao wirkenden Übergänge sind großflächig und besitzen Hauptbereich (15 bzw. 34) der die Zonen gegen- eine hohe Gesamtisolierkapazität, die die Wirkungseinander isolierenden Schicht von den benach- weise der Halbleiterschaltung in bezug auf Arbeitsgebarten Zonen (14 bzw. 32) des anderen Leitfä- schwindigkeit und Leistung verschlechte: i. Es ist deshigkeitstyps trennen. halb erwünscht, daß die mit den isolierend wirken-
2. Integrierte Schaltung nach Anspruch I, da- 35 den Übergängen verbundene hohe Gesamtisolierkadurch gekennzeichnet, daß dk. in Zonen unter- pazität wesentlich herabgesetzt wird Das Verlangen teilte Halbleiterschicht (11) aus einer epitaktisch nach dieser Verringerung der Isolierkapazität wird aufgewachsenen Schicht besteht, die auf einem noch dringender in Fällen, in denen die Schaltungsei-Substrat des Halbleitermaterials (10) des entge- genschaften eine verhältnismäßig hohe Konzentragengesetzten L ;itfähigkeitstyps aufgebracht ist. 30 tion der Dotierung sowohl der epitaktisch aufge-
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 wachsenen Schicht als auch der sonstigen angebrachoder2, dadurch gekentzeichn-t, daß die Dotie- ten großflächigen Bauelemente, wie z.B. Widern ngskonzentration in der bzw jeder die Zonen stände und Kondensatoren, erfordern, die eine begegeneinander isolierenden Schicht ungefähr 1018 trächtlich höhere Gesamtisolierkapazität erzeugen,
pro Kubikzentimeter in den Seitenbereichen (20 35 Aus der französischen Patentschrift 1 266 703 ist bzw. 35) und ungefähr 1020 pro Kubikzentimeter es bekannt, zwischen die zu isolierenden Zonen eine in dem Hauptbereich (15 bzw. 34) beträgt. oder mehrere zusätzliche Schichten einzufügen, die
aus reinem, also nicht dotierten; Material, z. B. SiIi-
zium, bestehen. Diese zusätzlichen Schichten sollen
40 »Transistoreffekte« verhindern. Außerdem werden die an den Übergängen entstehenden Kapazitäten
Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiter- dann in geringem Maße verhindert, wenn die Schicht
schaltung mit einer Schicht aus Halbleitermaterial entsprechend dick ist. Bei der in der integrierten
eines Leitfahigkeitstyps, die in Zonen unterteilt ist Halbleitertechnik üblichen sehr hohen Packungs-
durch wenigstens eine die Zonen gegeneinander iso- 45 dichte wirkt sich der für diese Schicht erforderliche
lierende Halbleiterschicht des entgegengesetzten Platzbedarf bereits sehr ungünstig aus.
Leitfähigkeitstyps, die durch Diffusion von Dotie- Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer
rungsstoffen in die Oberfläche der in Zonen zu un- verbesserten integrierten Halbleiterschaltung mit die
terteilenden Schicht gebildet ist und sich ganz durch Zonen gegeneinander elektrisch isolierenden Schich·
diese Schicht hindurch erstreckt. 50 ten mit verhältnismäßig niedriger Kapazität, wobei
Die Erfindung wird am vorteilhaftesten in einer besonders die Wirkung der bei der Diffusion im
Halbleiterschaltung angewandt, die die Form eines Oberflächenbereich der isolierend wirkenden HaIb-
Plättchens hat und aus einem Substrat aus Halb- leiterschichten auftretenden hohen Dotierungen und
leitermaterial eines ersten Leitfahigkeitstyps mit der dadurch besonders großen Isolierkapazität uneiner epitaktisch aufgewachsenen Schicht oder Film 55 wirksam gemacht werden sollen,
eines Halbleitermaterials entgegengesetzten Leitfä- Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
higkeitstyps besteht. bzw. jede die Zonen gegeneinander isolierende
Bei der Herstellung einer derartigen integrierten Schicht zusätzliche Seitenbereiche mit dem gleichen HätbieiteMchalttlfig fst es Üblich, dieejita^tisch auf- Leitfahigkeitstyp, jedoch einer geringeren Dotiegewachsene Schicht durch Schichten aus Halbleiter- 60 rungskonzentration aufweist, die sich von der Obermaterial des gleichen Leitfähigkeitstyps wie der des fläche aus nur durch einen Teil der Schichtdicke der Substrats in Zonen zu unterteilen, um große Flächen in Zonen unterteilten Schicht erstrecken und dort entgegengesetzt gepolter pn-Übergänge zwischen den den höher dotierten Hauptbereich der die Zonen geZonen vorzusehen. Die pn-Übergänge isolieren die geneinander isolierenden Schicht von den benachbar-Zonetl elektrisch voneinander. Beim Anlegen einer 65 ten Zonen des anderen Leitfahigkeitstyps trennen,
angemessenen Vorspannung an diese Übergänge ver- Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an hindern sie, daß Strom zwischen den in Zonen unter- Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die teilten Halbleiterteilen fließt. Demgemäß wird eine Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt
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