DE1944688A1 - Integrierte Halbleiteranordnung - Google Patents

Integrierte Halbleiteranordnung

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Description

Licentia Fatent-Verwaltungs-GmbH
Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1
Heilbronn, den 22. 8. 1969
PT-Ma/kl - HN 69/3O
"Integrierte Halbleiteranordnung"
Die Erfindung betrifft eine Integrierte Halbleiteranordnung mit durch Separationssperrschichten voneinander
isolierten Halbleiterbereichen und darin untergebrachten Halbleiterbauelementen.
Beim Aufbau integrierter Halbleiterschaltungen wird auf
einen beispielsweisen p-leitenden Grundkörper, der vielfach als Substrat bezeichnet wird, eine η-leitende Halbleiterschicht epitaktisch aufgebracht. Durch die Eindiffusion von rahmenförmigen, p-leitenden Zonen wird die η-leitende Oberflächenschicht in inseiförmige Halbleiterbereiche aufgeteilt, die innerhalb des Halbleiterkörpers von pn-Übergängen umgehen sind. Da durch diese pn-Übergänge die in die Halbleiterbereiche einzubringenden Bauelemente einer integrierten Schaltung elektrisch voneinander isoliert sind, bezeichnet man die genannten pn-Übergänge
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meist als Separationssperrschichten· Für eine herzustellende integrierte Halbleiterschaltung werden anschließend die Bauelemente, die elektrisch voneinander zu trennen sind, in benachbarte, voneinander isolierte Halbleiterbereiche eingebracht« Die genannten Halbleiterbereiche werden daher zur-Realisierung von Dioden, Transistoren, Widerständen und Kondensatoren einer Anzahl von Maskierungs- und Diffusionsprozessen ausgesetzt. Die einzelnen Bauelemente der integrierten Schaltung werden gemäß der zu bildenden Schaltung auf der Halbleiteroberfläche durch metallische Leitbahnen miteinander verknüpft, wobei diese Leitbahnen, abgesehen von den Kontaktstellen zu den einzelnen Bauelementen, durch Isolierschichten vom Halbleiterkörper getrennt sind»
Die Kollektorzonen von Transistoren müssen, um höhere Sperrspannungen und niedere Sperrschichtkapazitäten zu erzielen, einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen. Dadurch ergibt sich jedoch ein in den meisten Fällen unerwünscht hoher Kollektorbahnwiderstand, der sich allerdings durch die Technik der "vergrabenen Kollektorschicht", die vielfach auch als "burried layer" bezeichnet wird, reduzieren läßt. Durch Einbauen einer stark dotierten und somit gut leitenden Schicht, die im Randgebiet zwischen einem
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für die Aufnahme eines Transistors vorgesehenen Halbleiterbereich und dem Halbleitergrundkörper parallel zur Halbleiteroberfläche verläuft und den Leistungßtyp des darüber befindlichen isolierten Halbleiterbereichs aufweist, läßt sich der Kollektorbahnwiderstand erheblich herabsetzen. Zur Realisierung eines Kondensators wird bei bekannten Schaltungsanordnungen die Sperrschichtkapazität eines in Sperrichtung beanspruchten pn-Überganges ausgenutzt. Derartige Kondensatoren werden praktisch wie Transistoren hergestellt, indem in einen beispielsweise n-leitenden, isolierten Halbleiterbereich zunächst eine p-leitende Basiszone und in die Basiszone eine η-leitende Emitterzone eindiffundiert wird. Zur Bildung der Kapazität wird dann der gesperrte Emitter-Basis-pn-Übergang verwendet.
Eine derartige Kapazität hat einen relativ hohen verteilten Serienwiderstand, der in vielen Fällen stört. Für den hohen Serienwiderstand ist der hohe Schichtwiderstand der Basiszone unter dem Emitter verantwortlich. Außerdem wünscht man in vielen Fällen die Realisierung einer höheren Nutzkapazität pro Flächeneinheit.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile und zur Erzielung einer höheren Nutzkapazität wird daher bei einer integrierten
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Halbleiteranordnung erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Realisierung einer Kapazität im Innern des Halbleiterkörpers im Randgebiet zwischen einem isolierten Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp und dem Halbleitergrundkörper vom zweiten Leitungstyp eine parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufende, hochdotierte Schicht vom ersten Leitungstyp vergraben ist, daß in den isolierten Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp eine hochdotierte, bis zur vergrabenen Schicht reichende Zone vom zweiten Leitungstyp eingelassen ist, und daß in die hochdotierte Zone vom zweiten Leitungstyp an der Halbleiteroberfläche eine Zone vom ersten Leitungstyp eingelassen ist, die mit der vergrabenen Schicht über Teile des isolierten Halbleiterbereichs vom ersten Leitungstyp in ohmscher Verbindung steht.
Die erfindungsgemäße Kapazität wird dadurch kontaktiert, daß die hochdotierte Zone vom zweiten Leitungstyp und die in diese hochdotierte Zone eingebrachte Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp mit je einem ohmschen Kontakt versehen wird.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Kondensator hat eine hohe Nutzkapazität und einen sehr kleinen Serienwiderstand.
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Der Kondensator läßt sich ohne zusätzliche technologische Arbeitsschritte herstellen, da zu seiner Realisierung die zur Herstellung der isolierten Halbleiterbereiche erforderlxche Separationsdiffusion und die für die Herstellung der Trasistoren erforderliche Emitterdiffusion in einem isolierten Halbleiterbereich mit darunter befindlicher vergrabener Schicht herangezogen wird. Die die Oberflächenzone des Kondensators bildende Diffusionszone, die beispielsweise durch die Emitterdiffusion erzeugt wird, ist vorzugsweise hoch dotiert und weist eine Störstellen-
20 konzentration von vorzugsweise mehr als 10 Atomen je
3
cm auf.
Die erfindungemäße Kapazität, ihre vorteilhafte Ausgestaltung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 noch näher erläutert.
In der Figur l ist, teils im Schnitt teils in einer perspektivischen Ansicht, der Teil einer monolytischen integrierten Halbleiterschaltung dargestellt, der für die Realisierung einer Kapazität vorgesehen ist* Zur Hexstellung der Kapazität wird beispielsweise von einem p-leitenden Halblei tergrundkfirper 3 ausgegangen, der beiepiel.Hweine aus einkristal 1 inem Silizium besteht. Das p-Ie it ernte Substrat ist im allgemeinen hochohmig. In die
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Oberfläche des p-leitenden Substratkörpers werden an den Oberflächenbereichen, die später isolierte, für die Aufnahme von Transistoren und Kapazitäten vorgesehene Halbleiterbereiche 2 tragen, hochdotierte η -leitende Zonen k eingebracht, die als "vergrabene Schicht" dienen und im wesentlichen zur Reduzierung des Kollektorbahnwiderstandes von Transistoren verwendet werden. Nach der Bildung der parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufenden, hochdotierten Schichten k, wird die mit diesen "burried-layer" Schichten versehene Oberflächenseite des Halbleiterkörpers i mit einer η-dotierten Epitaxieschicht 7 bedeckt. Nach der Fertigstellung der Epitaxieschicht 7, die beispielsweise aus der Gasphase abgeschieden wird, hat die vergrabene Schicht eine Dicke von beispielsweise 7 / «» bei einer maximalen
20 Störstellenkonzentration von beispielsweise 10 Atome je
In die n-leitende Epitaxieschicht 7 werden zur Herstellung voneinander isolierter η-leitender Haibleiterbereiehe 2 durch einen Diffusionsprozess rahmenförmige, p-leitende und stark dotierte Separationsdiffusionszonen 15 eingebracht, die bis zum gleichfalls p-leitenden Grundkörper reichen und damit die Epitaxieschicht in verschiedene, von pn-Übergängen umgebene Dereiche 2 aufteilen.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kapazität wird die Separationsdiffusion jedoch nicht nur auf die rahmenförmigen Bereiche 15 beschränkt, sondern die p-Leitung erzeugenden Störstellen werden gleichzeitig in einen begrenzten Teil eines separierten Halbleiterbereichs 2 eindiffundiert, wobei dieser Bereich an seiner dem Halbleitergrundkörper 3 zugewandten Randfläche eine extrem hoch dotierte, n+-leitende vergrabene Schicht 4 aufweist, die ein Vordringen der die p-Leitung erzeugenden Störstellen über die vergrabene Schicht hinaus verhindert. Auf diese Weise entsteht zusammen mit den Separationsdiffusionszonen in einem durch die Separationsdiffusion isolierten Halbleiterbereich 2 eine ρ -leitende und bis zur vergrabenen Schicht d reichende Zone 5· Während der im Laufe der technologischen Prozesse erforderlichen Emitterdiffusion werden die die Emitterzone erzeugenden Störstellen auch in einen begrenzten Oberflächenbereich der ρ -leitenden Zone 5 eindiffundiert, wo sie die stark dotierte Oberflächenzone 6 bilden, die bei den im Ausführungsbeispiel gewählten Dotierungsverhältnissen η-leitend ist. Die Oberflächen-
2O konzentration der Halbleiterzone 6 übersteigt i. a. IO
Atome / cm . Die n+-dotierte Halbleiterzone 6 steht über den seitlichen und von der Separationsdiffusion nicht betroffenen Teil 8 des η-leitenden Halbleiterbereichs 2 mit
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der η - leitenden vergrabenen Schicht 4 in ohmscher Verbindung. Die η -leitende Oberflächenzone 6 und die ρ -leitende Zone 5 wird an der Halbleiteroberfläche, die im übrigen mit einer Oxydschicht l6 oder einer anderen isolierenden Schicht bedeckt ist, mit je einem ohraschen Anschlußkontakt 9 bzw. 10 versehen.
Die Nutzkapazität wird nunmehr von zwei übereinanderliegenden pn-Übergangen in den Halbleiterbereich 2, die seitlich miteinander verbunden und damit parallel geschaltet sind, gebildet. Dies ist einmal der pn-übergang zwischen der η -leitenden Oberflächenzone 6 und der ρ -leitenden Zone 5 und zum andern der pn-übergang zwischen der n+-leitenden vergrabenen Schicht k und der p+-dotierten Zone. Da die ρ -dotierte Zone 5 sehr-niederohmig ist, ist der Serienwiderstand der Kapazität sehr klein. Ist die isolierende Schicht über der Oberflächenzone frei von Löchern, so kann die Kapazität dadurch noch weiter erhöht werd n, daß man die Leitbahn ι über die die Zone 6 hedekende Isolierschicht bis knapp an den Kontakt 9 heranreichen läßt.
Natürlich ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Struktur eine geringe parasitäre Kapazität, die von der Sperrschicht
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zwischen dem p-leitenden Substrat 3 bzw. den ρ -leitenden Separationsdiffusionen 15 und dem η-leitenden Bereich 2 bzw. der vergrabenen Schicht k gebildet wird. Diese Kapazität entsteht gegen den Minuspol der Batterie, da die Separationsdiffusionzonen bzw. das Grundsubstrat im allgemeinen mit dem niedrigsten in einer Schaltung vorkommenden Potential verbunden werden. Wird mit der Nutzkapazität ein Widerstand überbrückt, so kann dieser Widerstand in den gleichen Halbleiterbereich wie die Kapazität eingebracht werden.
Wird bei der Herstellung des integrierten Schaltkreises eine tiefe Kollektordiffusion verwendet, so kann die Struktur von Figur 1 in der in Figur 2 dargestellten Weise verbessert werden, Bei der Kollektordiffusion wird die Verbindung 8 zwischen der hochdotierten vergrabenen Schicht k vom η -Leitungetyp und der gleichfalls η -leitendei Oberflächenzone 6 hochdotiert und gleichfalls η -leitend· Dadurch wird der Serienwiderstand der beiden parallel geschalteten Kapazitäten verringert und die Nutzkapazität erhöht. In der Figur 3 ist dargestellt, wie der Serienwiderstand der Nutzkapazität gegenüber der in Figur 1 dargestellten struktur gleichfalls weiter verringert werden kann. Zu diesem.Zweck wird die hochdotierte, beispiels-
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weise η -leitende Oberflächenzone 6 der Figur 1 gemäß Figur 3 in mehrere voneinander getrennte Einzelzonen 11 bis 13 aufgeteilt. Die einzelnen n+-leitenden Oberflächenzonen werden durch die Zinken einer kammfÖrmigen Kontaktierungselektrode lk an der Halbleiteroberfläche miteinander verbunden* Zwischen den einzelnen, die η -leitenden Zonen 11 bis 13 kontaktierenden Zinken verlaufen dann die Zinken 17 einer zweiten Kontaktierungselektrode, die den Anschluß an die ρ -leitende Zone 5 bildet, die an diesen Stellen zwischen den einzelnen η-leitenden Zonen 11 bis 13 an die Halbleiteroberfläche tritt.
Es ist selbstverständlich, daß für die genannten Ausführungsbeispiele auch die inversen Dotierungsverhältnisse mit unterschiedlichen Dotierungswerten gewählt werden können.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    ( i) integrierte Halbleiteranordnung mit durch Separations-Sperrschichten voneinander isolierten Halbleiterbereichen und darin untergebrachten Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung einer Kapazität im Innern des Halbleiterkörpers (l) im Randgebiet zwischen einem isolierten Halbleiterbereich (2) vom ersten Leitungstyp und dem Halbleitergrundkörper (3) vom zweiten Leitungstyp eine parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufende, hochdotierte Schicht (4) vom ersten Leitungstyp vergraben ist, daß in den isolierten Halbleiterbereich (2) vom ersten Leitungstyp eine hochdotierte, bis zur vergrabenen Schicht reichende Zone (5) vom zweiten Leitungstyp eingelassen ist, und daß in die hochdotierte Zone (5) vom zweiten Leitungstyp an der ,Halbleiteroberfläche eine Zone (6) vom ersten Leitungstyp eingelassen ist, die mit der vergrabenen Schicht über Teile (8) des isolierten Halbleiterbereichs vom eraten Leitungstyp in ohmscher Verbindung steht.
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  2. 2) Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierte Zone (5) vom zweiten Leitungstyp und die in diese hochdotierte Zone eingebrachte Oberflächenzone (6) vom ersten Leitungstyp mit je einem ohmschen Kontakt (9 und 10) versehen ist.
  3. 3) Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzone (6) gleichfalls stark dotiert ist und eine Störstellenkonzentration
    20 " 3
    von mehr als 10 Atomen je cm aufweist.
  4. 4) Integrierte Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (8) zwischen der hochdotierten vergrabenen Schicht (4) vom ersten Leitungstyp und der Oberflächenzone (6) vom gleichen Leitungstyp durch eine zusätzliche Diffusion hochdotiert ist ο
  5. 5) Integrierte Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierte Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp aus mehreren, voneinander getrennten Einzelzonen (11-13) besteht, die an der Halbleiteroberfläche durch eine kammförmige Kontaktierungselektrode (l4) miteinander verbunden sind.
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  6. 6) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleitergrundkörper (3) vom zweiten Leitungstyp von einer Oberflächenseite aus an dafür vorgesehenen Stellen hochdotierte Zonen (4) vom ersten Leitungstyp eingebracht werden, daß auf die genannte Oberflächenseite eine epitaktische Schicht vom ersten Leitungstyp aufgebracht wird, die durch eine nachfolgende, bis zum Grundkörper reichende Eindiffusion von Separationszonen (15) des zweiten Leitungstyps in einzelne, voneinander isolierte Halbleiterbereiche (2) aufgeteilt wird, und daß zur Realisierung einer Kapazität zugleich mit der Eindiffusion der Separationszonen in einen zu isolierenden Bereich (2) vom ersten Leitungstyp eine Zone (5) vom zweiten Leitungstyp eindiffundiert wird, die bis zu einer unter diesem Bereich befindlichen vergrabenen Schicht (k) reicht.
  7. 7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß zugleich mit der für die Herstellung von Transistoren benötigten Emitterdiffusion in die hochdotierte Zone (5) vom zweiten Leitungatyp eine Zone (6) vom ersten Leitungstyp eindiiTundiort wird, die seitlich über Teile (0) des isoliert«!! ilalble i terbereichs (2) mit der vergrabenen . Schicht. ( 1I ) verbunden ist.
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