DE1944793A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents
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Description
Va/RV.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement}
das aus einem Halbleiterkörper oder einem Teil desselben mit einem
Substratteil vom einen Leitfähigkeitstyp, einer epitaktisohen Schicht
vom einen Leitfähigkeitstyp auf dem Substratteil und zwei getrennten
vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besteht,
die sich je längs der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht
und dem Substratteil erstrecken und zu je einem gesonderten im
Körper oder im Teil desselben gebildeten Schaltungselement gehören. Ein derartiges Bauelement kann eine integrierte Halbleiterschaltung
sein, wobei die epitaktische Schicht eine Anzahl von Inseln enthält
und wobei 3ich mindestens ein Schaltungselement in jeder Insel befindet.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelemente.
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BAD ORIGINAL
-2- PHB. 31902.
3ei einer allgemein bekannten Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschaltung befindet sich eine Anzahl n-leitender
Inseln in einer n-leitenclen epitaktischen Sehichti die auf einem
p-leitenden Substrat mit hohem spezifischem Widerstand angebraoht ist.
Die Inseln werden in der epitaktischen Schicht von p- leitenden Zonen mit niedrigem spezifischem Widerstand begrenzt, die sich in der
Schicht von deren Oberfläche zu dem p-leitenden Substrat erstrecken.
Die p-leitenden Zonen sind, durch Diffusion erhalten und werden als
"Isolierzonen" bezeichnet. Die Halbleiterschaltungselemente befinden
sich in den η-leitenden Inseln und sind durch Diffusion -von Verunreinigungen
in die OberflSchenteile der Inseln durch Oeffnungen in
einer schützenden isolierenden auf der Oberfläche der epitaktischen
Schicht angebrachten Maskierungsschicht gebildet*
Sie unterschiedlichen in den Inseln befindlichen Schaltungselemente
werden miteinander verbunden durch Metallstreife, die mit
Oberflächenteilen der unterschiedlichen Schaltungselemente in Kontakt
sind und sich weiter auf der schützenden Isolierschicht erstrecken^
Eine elektrische Isolierung zwischen gesonderten Schaltungselementen
in verschiedenen Inseln wird dadurch erhalten, dass die pn-Uebergänge
zwischen den η-leitenden Inseln einerseits und dem p- leitenden Substrat
und den Isolierzonen anderseits in der Sperrrichtung vorgespannt weraen.
Wenn das Schaltungselement ein bipolarer Transistor, z.B. ein planarer
npn--Transistor mit.diffundierten Emitter- und Basiszonen ist, bildet
das ursprüngliche Material der n-leitertden Insel in de.r n-leitenden >'
epitaktischen Schicht die Kollektorzone. Infolge des Vorhandenseins aes p-leitenden Substrats muss sich der Kollektorkontakt auf der
Oberfläche der epitäktischen Schicht befinden. Zur Verbesserung der
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-J- PHB. 31902»
Traneistorkenniinien kann eine sogenannte "vergrabene Schicht"
(die nachstehend auch als "vergrabene iSone" bezeichnet wird), die aus
einer n^-leitenden Zone besteht, auf der Oberfläche dee Substrats
unter demjenigen Teil der Insel angebracht sein, in dem sich der
Transistor befindet. Dadurch wir α. die Lateralleitung in der Kollektorzone verbessert« Ausserdem kann sich eine η-leitende Zone von dum
Kollektorkontakt auf der Oberfläche her durch die Kollektorzbne hin
bis zu der η-leitenden vergrabenen Schicht erstrecken.
In den Figuren 1 bis 3 der beiliegenden schematischen
Zeichnungen werden einige der Herste1lungsstufen bei der Bildung
einer üblichen integrierten Halbleiterschaltung veranschaulicht.
Die Figuren zeigen im Querschnitt einen Teil des Halbleiterkörpers
aer Schaltung, der zwei npn-Transistoren enthält. Fig. ,1 zeigt
eine η-leitende epitaktische Schicht auf einem p-leitenden Substrat
mit zwei η-leitenden vergrabenen Schichten zwischen dem Substrat
und der epitaktischen Schicht, wobei diese vergrabenen Schichten durch Diffusion einer Donatorverunreinigung in begrenzte Oberflächenteile
des p*-ieitenden Substrats ^eDiiaet sind, bevor die n-leitende
epitaktische Schicht auf αϊ esem Substrat niedergeschlagen wird.
Fig· 2 zeigt den Halbleiterkörper nach einer folgenden Herstellungsstufe, bei der^p-leitenae Isolierzonen gebildet sind, die sich in
der epitaktiBchen Schicht zu aeo Substrat erstrecken und somit die
epitaktische Schicht in eine Anzahl η-leitender Inseln teilen, die
je eine n-leitenae vergraoene Schicht aufweisen. Fig. 3 zeigt den
Körper nach cer Bildung aer Emitter- und Basiszonen zweier Traneistoren
in zwei benachbarten n-ieitena.en Inseln in der epitaktischen Schicht·
Jeder Transistor weist eine r.-leitende Kollektorzone ait einer
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QAS
ri-le it enden vergrabenen Schicht auf, die sick unter den. Emitter- und
Basiszonen erstreckt« Der Kollektorkantakt ist auf einem. Öberfläcliein,-teil
der epitaktischen Schicht angebracht, in dem durch örtliche
Diffusion eine η-leitende Zone gebildet ist· Fig. 4 zeigt eine Variante
der integrierten Schaltung nach Fig· 3, bei d&r die Kollektorzone
eine diffundierte n^-leitende Zone enthalt, die sich von der Oberfläche
der epitaktischen Schicht her zu der rt-leitenden vergrabenen^Sehicat
erstreckt una dafür sorgt, dass ein niedriger Kollektor-Reihenwiderstand
erhalten wird, wenn der Kollektorkontakt auf einem Ober—
flächenteil dieser diffundierten r£-leitenden Zone liegt· Bs ist einleuchtend,
dass auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht eine
schützende Isolierschicht angebracht ist, in der sich Oeffnungen
zur Aufnahme ohmscher Kontakte mit den unterschiedlichen Zonen der
Transistoren befinden} diese sind der Deutlichkeit halber aber nicht
in den Figuren dargestellt· Eine elektrische Isolierung zwischen
den beiden Transistoren wird beim Betriebdadurch erhalten, dass die pn—
Uebergange zwischen den η-leitenden Kollektorzonen und dem p-leitenden
Substrat und den Isolierzonen in der Sperrichtung vorgespannt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass für gewisse Schaltungszwecke diese
sogenannte Isolierung mittels pn-Uebergänge nicht besonders befriedigend
wirkt, weil die Kapazität pro öberflächenelnheit der isolierenden
pn-Uebergänge zu hoch ist·
Neulich wurden unterschiedliche Strukturen integrierter
Schaltungen vorgeschlagen, oei denen durch zweckmäesige Anwendung
von Techniken epitaktischer una vergrabener Schichten die Herstellungsstufen
vereinfacht werden, während die elektrischen Kennlinien der
Schaltungen verbessert werden. Bei diesen Strukturen wird von der
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PHB. 31902.
Tatsache ausgegangen, dass das Substrat und die epitaktische Schicht
vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind und im allgemeinen beide aus
einem Material mit hohem spezifischem Widerstand bestehen. Durch
Verwendung eines Materials mit hohem spezifischem Widerstand sowohl
für das Substrat als auch für die epitaktische Schicht kann eine niedrige Kapazität pro Oberflächeneinheit der isolierenden pn-Uebergänge
erhalten werden. Wenn aber ein derartiges Material mit hohem
spezifischem Widerstand von dem eben erwähnten einen Leitfäliigkaitstyp
sowohl für die epitaktische Schicht als auch für das Substrat
benutzt wira, ergeben sich bei der Herstellung Probleme, wenn es erwünscht ist, dass zwei oder mehrere getrennte vergrabene Zonen
vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp an der Grenzfläche zwischen'
der epitaktischen Schicht und dem Substrat angebracht werden« Wenn
z.B. ein p-leitendes Substrat mit hohem spezifischem Widerstand
verwendet wird und vor der Ablagerung auf diesem Substrat einer p-leitenden epitaktischen Schicht mit hohem spezifischem Widerstand
zwei oder mehrere getrennte hochdotierte ni—leitende Zonen auf der
Substratoberfläche gebildet werden, die nach der epitaktischen
Ablagerung sogenannte "vergrabene Zonen" bilden, ergibt sich das
Problem, dass zu Beginn der epitaktischen Ablagerung der p-leitenden
Schicht bei der hohen Temperatur des Substrats die Donatorverunreinigung mit hochdotierten η·:- leitenden Zonen nach umgebenden bei
der Ablagerung angewandte Gasatmosphäre ausdiffundieren und dann
wiederum auf der ganzen Oberfläche in einer grBsseren Konzentration
als die aus der umgebenden Gasatmosphäre niedergeschlagenen Akzeptorverunreinigungen
niedergeschlagen werden kann. Dadurch kann ein parasitäres η-leitendes epitaktisches Kanalgebiet auf der Substrat-
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: #6-; .: i: r .ν- ρηβ. 31902
oberfläche ^gebildet werden, wolches Geoiet sich^wiBeteeMiiden η -leitenden
vergrabenen Zonen erstreckt. · Bei"-"e:irie't"--i:nie'g*ieTten:^iis«J"m'i,
Schaltung, bei der 2· B. 'die' η -leitenden vergräberieiiZörien "einen·.:;-.=
.Teil der KöTiek'torzonen gesonderterTransistoren bilden, ^M
■Vorhandensein des parasitären' η-ϊeitenden-Kanals zur'-'Poigej deCsfs CIe.;
die Kollekt'orzorien elektrisbh kurzgeechlossen werden* -Die "Bildung· .-·
des parasitären n-leitenaen Kanals kann dadurch verhindert werden, *
dass die Verunreiriigungskohzentration für'die epitaktische Schicht
höher gewä'tilt, wird; dies'wird aber weitere Schwierigkeiten herbei- '
führen, weil die■elektrischen Kennlinien der Schaltung beeinträchtigt
und die weiteren Hereteliungsetufen'komplizierter werden können· *
Nach der Erfindung ist ein Halbleiterbauelement,ί das ΐ** einen
Halbleiterkörper oder Teil desselben mit einem Substrat vom ·
einen LeitfShigkeitstyp, einer epitaktischen Schicht vom einen
Leitfähigkeitstyp auf dem SubstraV und zwei voneinander ijetrennten ;
vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält,
die sich je längs der (jrensi'läche zwischen dem Subetratteil und;
der epitaktischen Schicht erstrecken und zu gesonderten Schaltungs-'
elementen gehören, die im Körper oder Teil desselben gebildet sind",
gekennzeichnet aurch eine isolierende vergrabene Zone vom einen ^ Leitfähigkeitstyp,
die sich an der Grenzfläche zwischen dem Sübsträtteil
und der epitaktischen Schicht befindet, wobei die isolierende Zone einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Subetratteil
und die epitaktische Schicht hat und dient zur Verhinderung der /
Bildung eines parasitären Kanals vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom
entgegengesetzten LeitiUMgkeitetyp.
-?- 194A793 raB· 31902·
Eine Anordnung dieser Bauart vreist mehrere Vorteile auf,
insbesondere in Zusammenhang mit den Herstellungsschritten, bei
denen sich die obenerwähnten Probleme- ergeben können, wenn eine
epitaktieehe Schicht vom einen Leitfithigkeitstyp auf einem Subs tratteil
vom einen LeitfShigkeitstyp mit hohem spezifischem Widerstand niedergeschlagen wird, welcher Substratteil zwei QberflSchenzonen
vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp enthält. Wenn bei der
Herstellung lie isolierende Zone angebracht wird, bevor die epitaktische Schicht niedergeschlagen wird, und wenn die Bedingungen,
unter denen die epitaktische Ablagerung erfolgt, derartig sind, dass etwaige Verunreinigungen aus der vergrabenen Zone in die Gasphase
hi neir.dif fundiert una aann wiederun auf der ganzen Oberfläche
niedergeschlagen werden, wird die gar.ze niedergeschlagene Schicht
vom einen Leitfähigkeitstyp sein, weil unter den erwähnten Bedingungen
eine gewisse Diffusion der den einen Leitfähigkeitstyp bestimmenden
Verunreinigung aue der isolierender. Zone mit niedrigerem spezifischem
'liderstand in den darauf liegenden Teil der epitaktisch niedergeschlagenen
Schicht stattfinden rfird· Die Bildung eines parasitären
Kanals vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den voneinander
{."^trennten vergraoenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
wird, .auf diese Weise vercindert·
Bei einer bevorzugten Ausftihrungsfcrm eines Halbleiterbauelementes
nach der Erfindung igt die isolierende vergrabene Zone
eine Ortlich diffundierte Zone, während an der Grenzfläche zwischen
dem Substratteii und der epitaktiscnen Schicht die isolierende vergrabene
Zone von einen Leitfähigkeitst^p mindestens eine der beiden
vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp völlig
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umgibt· Eine derartige diffundierte isolierende "vergrabeiie Zone '?
hat vorzugsweise die Form eines Gitters, wobei die beiden vörgra-'
denen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in verschiedenem
Löchern des Gitters liegen* Unter bestimmten Bedingungen,insbesondere
wfenn die DöttierüngskönzentrH.tipii ir; der isolierenden Zone1 nicht
erheblich grosser, ζ·Β. nur ^Q mal, grosser als die BdttierurigskönZöntration
im Sübstratteil ist, kann die diffundierte isolierende
Zone sich bis in die^unmittelbare Nähe der vergrabenen Zonen vööi
entgegengesetzten Leitftthigkeitstyp erstrecken, oder sogar aiese
fc Zonen -berühren, was bei einer integrierten Schaltung, bei der eine
grosse Dichte Von Schaltungselementen für ein bestinimtes Gebiet ■"" "
erförderlich ist,. erwünscht sein kannj weil in dies em Falle die -''.-.■
Anwendung der isolierenden Zone nicht notwendigerweise eine wichtige
Verringerung der erwähnten Dichte herbeiführen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Halbleiterbau-^
' ■ " eleitentes nach, der Erfindung oefindet sich die isolierende vergräDfene
Zone in einer auf der Grenzfläche liegenden Schicht dee Substratteilee
mit niedrigerem spezifischen Wiüers-tand. Biese Schicht kann eine · '■-■'-■''/
epitaktische Schicht oder eine aifi'undierte Schicht sein. Wenn'aieäe - '
-...-;.._■■
f Schicht eine diffundierte Schicht ist, kann sie bei der Herstellung -r-
der Schaltung vor oder nach der Bildung der voneinander getrennten ---'■■*=■
Zonen vora entgegengesetzten Leitfär.igkf:itstyp auf der Oberfläche ' * ■
des Subsxrätteiies gebildet werden. ι - ■
ι . ■ -
Bei einem Haibleiterosueleraent nach-der Erfindung, z.B. ^
einer integrierten Hai oleiterfcchaltung, gehören die vergrabenen ■- -
Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorzugsweise zu Inselnvom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die sieh, in der epitaktischen'-
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-9- 194A793 ΡΗΒ· 31902·
Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp befinden. Diese Inseln enthalten
die Schaltungselemente, während die vergrabenen-Schichten mit den
Schaltungselementen koordiniert sind} die vergrabenen Zonen können
z.B. einen Teil der Kollektorzonen bipolarer Transistoren bilden. Die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp können auf verschiedene
Weise gebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines
Halbleiterbauelementes nach der Erfindung werden die Inseln vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp zum grössten Teil durch Diffusion einer
den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung
in die epitaktische Schicht aus hochdotierten voneinander getrennten
vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitf ähigkeitstyp gebildet,
die sich längs der Grenzfläche zwischen dem Substratteil und der epitak-i .
tischen Schicht erstrecken.
Bei einem derartigen Bauelementen, bei der die -Inseln
durch Diffusion aus der vergrabenen Zonen gebildet sind, werden unterschiedliche
Vorteile erhalten, und zwar (a) in bezug auf die elektrischen Kennlinien der erhaltenen integrierten Schaltung und (b) in
bezug auf die betreffenden Kerstellungsschritte. Wenn das Halbleiterbauelement
eine integrierte Halbleiterschaltung ist, kann die Kapazität
pro Oberflächeneinheit der isolierenden pn-Uebergänge durch passende Wahl des spezifischen Widerstandes des Substratteiles und der
epitaktischen Schicht niedrig gewählt werden. Wenn der Substmtteil
un'd die auf diesem befindliche epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp
beide aus einem Material vom einen Leitfähigkeitstyp
mit hohem spezifischem Widerstand bestehen, können sich die zu den
isolierenden pn-Uebergängen gehörigen KrschöpfungsBOhiohten über einen
grossen Abstand in diesem Material von einen LeitfShigkeitstyp er-. ;
strecken, wodurch eine niedrige Kapazität pro Qberflächeneinheit erhalten
wird. Da die Inseln vom einen Leitfähigkeitstyp durch Diffusion
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™·
aus der vergrabenen Schicht erhalten sind, kann eine epitaktische
Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp angewandt werden, deren spezifischer
Widerstand höher ist als bei der Herstellung integrierter Schaltungen
üblich ist· Ausserdem ist bei der Herstellung einer derartigen
integrierten Schaltung nicht erforderlich, dass diffundierte Isolierzonen zwischen der Oberfl&che der epitaktischen Schicht und'dem Substrat
angebracht werden, weil Isoiierzohen in dieser integrierten Schältung
durch' diejeniger/Teile" der epitaktischen Schicht vom einen teitfSßig~
keitstyp gebildet werden, in die die Verunreinigung vom entgegengesetzter
Leitfahigkeitsty^ nicht hineindiffundiert ist» "·: · « : .
Die vergrabenenÄonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
können aus diffundierten Zonen bestehen, die in Teilen der
Oberfläche des Substrates gebildet sind, bevor darauf die epitaktische Schicht niedergeschlagen wird* Auch können die vergrabenen
Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aus Teilen einer
epitaktischen Schicht vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp bestehen,, die auf Teilen der Oberfläche des Substrates angebracht sind,
bevor die epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp aufgebracht
worden ist5
Die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der
epitaktischen Schicht sind vorzugsweise nahezu völlig durch Diffusion
des den entgegengesetzten Leitfähigkeite typ bestimmenden Elements in
die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet, wobei
die diffundierten Zonen die Inseln bilden und sich Ober die ganze ;
Sicke der epitaktischen Schicht von dem Substratteil bis zu der vom
Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht erstrecken·
Bei einer andere»?! bevorzugten Aue fUhiungs form sind die Ine ein veto»
-11- . .. PHB. 31902.
entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp ir. der epitaktischen Schicht teilweise
durch Diffusion des den entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp
bestimmenden Elemente in die epitaktische Sch'icht aus den vergrabenen
Zonen gebildet, wobei die gebildeten diffundierten Zonen vom entgegengesetzten
-Leitfähigkeitstyp sich von dein Sübetratteil hei in Sichtung
* de* vom Sübsträtteil abgekehrte« Oberfläche der epitäktiSchen Schicht
nur Übel· einen ?eü der Didke der epitäktischen Schicht erstrecken»
während die Inseln lh der epitäktischen Schicht je weiter durch an der
Oberfläche liegende Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet
Sind, die eich in der e±;itaktischen Schicht voü der Oberfläche
zu deft diffundierten Zonen vom entgegenk'esetzten Leitfähigkeitstyp erstrecken«
Wie bereits er*'ähiit wurdef ist nach, einer bevorzugten
Aus führung« form ein in eir.or Ins öl liegendes Schaltungselement ein .
bipolarer Transistor.
Der erwähnte Iran^i&toi· besteht vorzugsweise aus einer
Kollektoraone vom entgo^entesetzten LeitfShigkeitstyp, in der die
Dotiferungskonzentratiori vo.,, ent^e^engesetZten Leitfähigkeits typ durch
das in der vez*grabenen Zone vorhandene und aus dieser Zono ausdiffundierte
Element bestimmt ist, aus einer Basiszone vom einen Leitfähi^-
koitstyp, dip durch Einfuorunij eines den einen Leitfähigkeits typ
bestininenden Verunroinit^niiSelenients ir- die epitaktische Schicht von
einem CberflScher.teil cer oax-in befindlichen Insel her gebildet wird,
und aus einer Emitterzone votu ent£;et^r'SeSe^zten Leitfähiglceitstyp,
die durch Einftthxvng eines der. fürvtüe^engesetzten Leitfähigkeitstyp
beetiaaenden Yeri4nreir.ifc-an&-s«il«.räents in üe epitaktische Schicht
von einem Oberflächenteil der aarin bt-firtüichen Insel her gebiloet
wird» Dieser Trarjsistor enthalt ir. einem an der Oberfläche liegenden
Teil der epitiuctisohen Schicht, ir..der sich die Kollektörzone
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■Λ 8AOOfHGtNM.
in Ricbfung auf- die erwähnte Oberfläche erstreckt, vorzugsweise eine
diffundierte Zone vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp mit niedrigem
spezifischem Widerstand, auf der sich der Kollektorkontakt befindet.
Die erwähnte diffundierte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
mit niedrigem spezifischem Widerstand erstreckt sich dabei vorzugsweise in der epitaktischen Schicht bis zu der vergrabenen Zone-vom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp.
In einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung ist auf
der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen. Schicht
eine Zone vom einen LeitfShigkeitstyp mit niedrigerem spezifischem j _■
Widerstand angebracht, um zu verhindern, dass sich in der epitaktischen
Schicht ein ununterbroehener parasitärer Oberflächenkanal vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp zwischen den Inseln vom entgegengesetzter
LeitfShigkeitstyp bildet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines
HaibleiferoauelementB nach der Erfindung bilden die vergrabenen
Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen Teil von Kollektorzonen
bipolarer Traneistoren, wobei jede Kollektorzone eines der- ._-.;.-_ artigen
Transistors ferner eine an der vom Substrat abgekehrten Ober- : -~
fläche der epitaktischen Schicht liegende Pingzone vom entgegengesetzten..
Leitfähigkeitstyp enthält, ixe sich in der epitaktischen Schicht zwischen
der vergrabenen Zone und der erwähnten Oberfläche erstreckt,
während die Basiszone des Transistors in einer Insel vom einen. Le.it-. fähigkeitötyp in der epitaktischen Schicht liegt, welche Insel sich .,
innerhalb der zur Kollektorzone gehörende.Ringzqne befindet, wobei
die Emitterzone des Transistors aus einer Zone vom entgegengesetzten
Leitfahigkeitetyp besteht, die sich in der erwähnten Insel von der
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Oberfläche- her eretreokt· Die Basiszone kann eine Konzentration an
einer diffundierten den einen Leiifähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung
enthalten·
Bei einer anderen bevorzugten Aus führungshorn* eines Halbleiterbauelements
nach der Erfindung, bei der die epitaktische Schicht Inseln voril^gBgengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält» befindet sich in
mindestens einer der Inseln ein Feldeffekttransistor mit isolierter
Torelektrode, welche Feldeffekttransistor Zu- und Abflusszonen vom
einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischen Widerstand, die sich
in der epitaktischen Schicht von deren vom Substratteil abgekehrten Oberfläche her erstrecken, und eine zwischen diesen Zonen an der
Oberfläche der epitaktischen Schicht liegende Kanalzone enthält, während eine Torelektrode vorgesehen ist, die durch 'ein Isoliermaterial
von der Kanalzone getrennt ist. In der epitaktischen Sohicht befindet sich vorzugsweise ausserhalb der den Feldeffekttransistor erhaltenden
Insel mindestens ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode
mit einer Polarität, die der des in der Insel liegenden Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrode entgegengesetzt ist. Dieses
Bauelement kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein, die Komplet '
mentärpaare von Feldeffekttransistoren nit isolierter Torelektrode
enthält, d.h., dass sich Transistoren der einen Polarität in der Insel
oder den Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der epitak—
tischen Schioht und Transistoren der entgegengesetzten Polarität im
übrigen Teil oder in den übrigen Teilen der epitaktischen Schicht vom
einen Leitfähigkeitstyp befinden*
Das Halbleiterbauelement kann aus Silizium und das schützende Isoliermaterial auf der Oberfläche der epitaktischen Schioht
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fcADOß
kann aus Siliziumoxyd, Siliciumnitrid oder Schiohtstrukturen bestehen,
in denen diese beiden Materialien angewandt werden; auch kann dieses Isoliermaterial Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat, gegebenenfalls
in Kombination mit einander oder mit einem der anderen
vorerwähnten Isolatoren, enthalten·.
Naoh einem weiteren Merkmal der Erfindung wird bei einem
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, bei dem zünSohftt:auf
der OberflSehe eine« Halbleitersubetratteiles vom einen
Leitfähigkeitetyp zwei getrennte Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, dann eine epitaktisohe Schicht vom
einen Leitfähigkeitetyp auf der Oberfläche des Substratteiles abgelagert
wird, damit die Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
zu vergrabenen Zonen gebildet werden, und schliesslich Halbleiterschaltungselemente
gebildet werden, die mit den vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp koordiniert sind, vor der Ablagerung
der epitaktischen Schicht eine isolierende Zone vom einen Leitfähigkeitstyp
mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als das Substrat und die epitaktische Schicht auf der Oberfläche des Substratteiles
gebildet, wodurch verhindert wird, dass sich ein parasitärer Kanal
vom entgegengestezten Leitfähigkeitstyp zwischen den getrennten
vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrene
wird die isolierende Zone durch örtliche Diffusion eines den einen
Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselemente in einen Teil >
der Oberfläche des Substratteiles gebildet, der das Gebiet, in dem *
mindestens eine der Zonen voa entgegengestezten Leitfähigkeitstyp
angebracht ist oder angebracht werden soll, umgibt·
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Bet einer anderen bevorzugten Ausführungeform dieses
Verfahrens wird die isolierende Zone durch die Anbringung einer Sohioht vom einen Leitfähigkeitstyp ait niedrigerem spezifischem
Wideretand auf der Oberfläche oeö Substratteiles gebildet· Diese
Oberflächenschicht mit nieorigerera spezifischem Widerstand kann durch
Diffusion gebildet werden oder kann eine epitaktische Oberflächenschicht sein.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren 5 -der beiliegenden Zeichnungen n&her erläutert· Ee zeigen:
■ Figuren 5-7 Querschnitte durch den Halbleiterkörper einer
integrierten Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transistoren während verschiedener Stufen in der Herstellung der Schaltung}
Fig. θ einen querschnitt durch den Halbleiterkörper einer
integrierten Halbleiterschaltung, die eine Variante der Schaltung ■
naoh Fig* 7 i«tf
Figuren 9 - ti Querschnitte durch den Halbleiterkörper
einer anderen integrierten Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transietoren während verschiedener Stufen in der Herstellung der
Schaltung)
Fig· 12 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper
einer Variante^der integrierten Halbleiterschaltung, nach Fig. 11 j
Figuren 13 und 14 viuerschnitte durch die Halbleiterkörper
zweier weiterer integrierter Halbleiterschaltungen, die je Feldeffekttransistoren dt isolierter Torelektrode entgegengesetzter Polaritäten
enthalten, und
Figuren 15 und 1f Querschnitte durch die Halbleiterkörper
sweier weiterer integrierter Halbleiterschaltungen ait je zwei bi-
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polaren Transistoren· .
In den Figuren 5-7 wird von - einem Substratt 11 aus
p~-leitendem Silizium mit einer Dicke von etwa 2QO ßm und einem
spezifischen Widerstand von 40 Q.cm ausgegangen. Mit Hilfe üblicher
Oxydmäskierungs-*· und Diffusionstechniken werden η -1 eitende Zonen
12 und ein p- leitendes Raster 27 in der Oberfläche des Substrates gebildet. Als Dönatorverunreinigung verwendeter Phosphor wird in das
Substrat 11 hineindiffundiert, wodurch die Schichten 12 gebildet werden,
während als Akzeptorverunreiriigung benutztes Bor in das Substrat 11
hineindiffundiert wird, wodurch das Raster 2? gebildet wird, das
einen niedrigeren spezifischen Widerstand als daß Substrat 11 hat.
Dei· Deutlichkeit halber ist in Pig· 5 die maskierende Oxydschicht >
auf der, Substratoberfläche 13 nicht dargestellt· Die maskierende
Oxydschicht wird nach Diffusion des Phosphors und des Bors entfernt
und eine aus p-leitendem Silizium bestehende epitaktische Schicht
mit einer Dicke von 5 Mm und einem spezifischen Widerstand von 5 ß«cm
wird epitaktisch auf der Substratoberfläche 13 niedergeschlagen. Die Schicht 14 vergräbt somit die n++-leitenden Zonen 12 und das p-leitende
Raster 27· Wenn die Bedingungeni unter denen die epitaktische Ablagerung
stattfindet, derartig sind, dass der Phosphor in den Zonen 12 in die
Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf der Oberfläche niedergeschlagen
wird, wird durch das Vorhandensein des p-leitenden Rasters 27,
das jede der Zonen 12 umgibt, die Bildung eines ununterbrochenen nleitenden
Filmes auf der Oberfläche verhindert,- weil eine geringe Menge der Borkonzentration auf dea p-leitenden Raster 27 in die darauf
liegenden Teile der niedergescaiagenen Schicht hineindiffundieren,
wird, wodurch eine Akzeptorkonzentration erhalten wird, die grosser
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IiGiNAL
als die wiederum niedergeschlagene Donatorkonzentration ist· Die
niedergeschlagene Schicht besteht nun völlig aus p^-leitendem Material
und die Bildung eines parasitären η-leitenden Kanals zwischen den
n++-leitenden vergrabenen Zonen wird verhindert. Wahrend und nach
der Ablagerung der Schicht 14 wird der Phosphor in den vergrabenen Zonen 12 weiter in das Substrat 11 und in Teile der darauf liegenden
epitaktischen Schicht 14 hineindiffundiert. Dadurch wird die Struktur nach Fig. 6 erhalten, bei der die ursprüngliche Substratoberflache
13 rait einer gestrichelten Linie angedeutet ist* Der Phosphor ist
diffundiert, um die Teile der epitaktischen Schicht oberhalb der
vergrabenen Zonen 12 völlig in den n-Leitfähigkeitstyp umzuwandeln.
Diese diffundierte Phosphorkonzentration begrenzt somit n-leitende
Inseln 16 in der p--leitenden epitaktischen Schicht 14. Diese Inseln erstrecken sich infolge der Diffusion von Phosphor in das p^leitende
Substrat 11 weiter in diesem Substrat und enthalten je eine η -leitende
vergrabene Zone 17, in der die Phosphorkonzentration geringer als in
den ursprünglich gebildeten η -leitenden Zonen 12 ist. Daher werden die Zonen 12 und 17 als η -leitende bzw. als η -leitende Zonen bezeichnet;
die Zonen 17 in Fig. 6 sind gestrichelt dargestellt·
Nach der Bildung der η-leitenden Inseln 16 in der p~-lei*enden
epitaktischen Schicht 14 werden Schaltungselemente in den Inseln gebildet. Fig.■7 zeigt einen bipolaren npn-Traneistor, der in jeder
der beiden im Schnitt dargestellten Inseln 14 gebildet wird. Die Transistoren enthalten je eine diffundierte p-leitende Basiszone
und eine diffundierte η -leitende Emitterzone 1°/. Die Basiszone 18
wird innerhalb der Insel 16 von der η-leitenden Kollektorzone umgeben,
wahrend die Basiszone 18 ihrerseits die Emitterzone \$ urnechii«s*t·
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Der Kollektor/Basisflbergang 20 und der Emitter/Baeieübergang 21 enden
beide an der OberfHohe 22 der epitaktischen Schicht unter einer
Siliziumoxydschicht, die der Deutlichkeit halber in der Figur nicht
dargestellt ist· Ohmeehe Kontakte mit OberflSchenteilen der Emitterr
und Basiszonen werden mit Hilfe von Metalleohichtteilen gebildet, die
sich in Oeffnungen in der Siliziumoxydschioht erstreoken. Sin ohmseher
Kontakt mit der Kollektorzone wird mit Hilfe eines weiteren Metall'
sohiohtteiles in einer Oeffnuttg in der Siliziumojiydeohicht Ober einet
n+-leitenden diffundierten Kollektorkontaktione 24 gebildet.
Eine elektrische Isolierung der Transistoren in der integrierten Schaltung wird beim Betrieb dadurch erhalten, dass die
pn-UebergSnge zwischen den Kollektorzonen in den n-leitenden Inseln
16 und dem p~-leitenden Substrat 11 und dem Übrigen p~-leitenden
Teil der epitaktischen Schicht 14 in der Sperrichtung vorgespannt
werden. Das p~-leitende Substrat 11 und der Teil der epitaktischen
Sohicht 14 haben einen hohen spezifischen Widerstand, so dass die Kapazität pro OberflScheneinheit der isolierenden Uebergänge niedrig
ist, weil sich die zu diesen Uebergfingen gehörigen EreohOpfungsschichten fiber einen grossen Abstand in dem ρ -leitenden Material
erstrecken können» Dadurch wird eine Verbesserung der Kennlinien der Schaltung erzielt· Ausserdem wird durch das Vorhandensein der
η -leitenden vergrabenen Zonen 17 in den Kollektorzonen ein niedriger Kollektor-Reihenwiderstand in seitlicher Richtung erhalten. Der
Kollektor-Reihenwiaeretand in der Dickenrichtung der epitaktischen '
Schicht ist gering, weil die Donatorkonzentration in der Kollektorzone
von dem Kolle"ktor/Basieübergang 20 her zu den n+-leitenden vergrabenen
Zonen 17 progressiv «unimmt. ';:/ -.y \ ■' ·.- -.._ -.- --'' ' ', _ '/-■'. ;.-"."■■-
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Fig* 8 zeigt eine Variante der integrierten Schaltung nach
Fig* 71 ^ei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sind· In dieser Schaltung befindet eich der Kollektorkontakt auf einer a -leitenden diffundierten Zone 26 in der Kollektorzone» Welche Zone 26 eich in der epitaktischen Schicht von der Oberfläche 22 zu der vergrabenen Zone 17 erstreckt. Daduroh wird die
Möglichkeit zius Erhalten eines niedrigen Kollektorreihenwidefetandes
in der Querrichtung vergröeeert. Ueberdi.es ist in der Oberfläche 22
der epitaktischen Schicht 14 ein p-leitendes Raster 28 angebracht,
um zu verhindern, dass ununterbrochene parasitäre n—leitende Ober—
flKoheninversionsBOhichten zwischen ilen benachbarten Inseln 16
gebildet werden.
Nach aen Figuren 9 —'11 besteht das Ausgangsmaterial bei
der Herstellung der integrierten Halbleiterschaltung aus einem
Substrat 31 aus p~-leitender Siliziun cit einer Dicke von 200 μηι
und einen spezifischen Widerstand von 40 Q.cm. Auf ähnliche Weise
wie bei der obenbeschriebenen Ausföhrungeform werden n* -leitende
Zonen und ein p-leitendes Raster 47 in der Oberflache 33 des
Substrates 31 gebildet« Phospnor wird als Donatorverunreinigung
in das Substrat zur Bildung der η -leitenden vergrabenen Zonen hineindiffundiert, wShrend ait Hilfe der Verunreinigung Bor das Raster
47 gebildet wird. Dann wird eine p~-leitende epitaktische Schicht 34
aus ZiliziuQ mit einer Dicke von 7 tua und .einem spezifischen Widerstand
von 5 2*cb epitaktisch auf der SubetratoberflSche 33 niedergeschlagen«
Auf diese Weise vergrSbt die p~-leitende Schicht 34 die diffundierten
η -leitenden Schichten und das p-leitenae Raster 47,· WShrend und nach
der Ablagerung der p~-leitenden Schicht 34 wird der Phosphor in den
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vergrabenen n++-leitenden Schichten weiter in das Süfestrat "31 und /
in Teile der darauf liegenden epitaktischeh Schicht 34 hineindiffundiert.
Pig. 9 zeigt den" Halbleiterkörper nach dieser Phosphordiffusion, wobei
die Phosphorkonzentration in der-vergrabenen Sohicht abgenommen hat;
dieee Schichten werden nun als η -leitende Schiohten 34 bezeichnet· "-Die Phosphordiffusion genügt nicht, um den darauf liegenden Teil der
epitaktischen Schicht 34 über seine ganze Dicke in den n-Leitfähigkeitstyp umzuwandeln» so dass isolierte η-leitende Teile 36 sich' in
der epitaktisoben Sohleht 34 befinden* Wie in der oben beschriebenen
Aueführungeforn verhindert das p-leitende Raster 47 mit niedrigerem
spezifischem Wideretand die- Bildung eines ununterbrochenen parasitären
η-leitenden Kanals zwischen den benachbarten η -leitenden Zonen, welcher
Kanal sich bilden könnte, wenn aus den η -leitenden vergrabenen Zonen
in die Gasphase: hineindiffundierter Phosphor wiederum auf der ganzen '
Oberfläche niedergeschlagen werden würde". '--■■·
Dann werden diffundierte η -leitende an der Oberfläche
liegende Ringzonen 37 zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht
und den diffundierten; η-leitenden Teilen 36 in der Schicht 34 gebildet*
Die Ringzonen 37 bilden also zusammen mit den η-leitenden Teilen 36
Inseln in der epitaktischen Schicht 34, die im wesentlichen n-leitend
sind und isolierte p""-leitende, an der der Oberfläche liegende Teile 3&
enthalten. Fig. 10 zeigt den Körper nach der Bildung der Zonen 37* ^
In diesen Inseln werden npn-Transistoren durch übliche^ Diffusionstechniken
gebildet, bei denen eine Maskierungsschicht aus Siliziumoxyd auf der
Oberfläche der epitaktischen Schicht angebracht ist. Die Akzeptor- "
diffusion zur Bildung der Basiszone wird derart durchgeführt, dass
der Kollektor/Basisübergang teilweise innerhalb des n-leitenden Teiles
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8AO ORIGINAL
liegt» der eich durch Diffusion von Phosphor aus der vergrabenen
Sohicht gebildet hat· Sie benachbarten Teile des Kollektor/Basis-Übergangs sind Teile der pn-üebergSnge, die zuvor zwischen den p~-
leitenden OberflSchenzonen 38 und dem η-leitenden Teil 36 und der
Zone 37 gebildet worden sind· Der Kollektorkontakt ist auf einem
Oberfl&chenteil der n*-leitenden Zone 37 angebracht· In bezug auf die
niedrige Kapazität pro OberflBcheneinheit der isolierenden pn-Uebergänge zwischen den η-leitenden Kollektorzonen und dea p~-leitenden
Material des Substrats 31 und der Schicht 34 werden die gleichen
Vorteile wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen erhalten·
Auch durch das Vorhandensein der η -leitenden vergrabenen Sohiohten
ist der Kollektor-Reihenwiderstand der Transistoren gering·
Fig. 12 zeigt eine Variante der integrierten Schaltung nach Fig* 11, bei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind* In dieser Schaltung befindet sich der
Kollektorkontakt auf einer η -leitenden diffundierten Randzone 46
der Kollektorzone, welche Randzone 46 sich in der epitaktischen Schicht von der OberflSche bis zu der vergrabenen Schioht 35 erstreckt· Dadurch wird die Möglichkeit zum Erhalten eines niedrigen
Kollektor-Reihenwiderstandes in der Querrichtung noch weiter vergrSssert* Ausserdem befindet sich auf der OberflSche der epitaktiaohen
Schioht 34 eine p-leitende Zone 48 in Form eines Rasters» wodurch
verhindert wird, dass sich ununterbrochene parasitäre n-leitende
OberflScheninvereioneechiohten zwisohen den benachbarten Inseln 36
in der Schicht 34 bilden.
Noch viele andere Abarten der in den Inseln in den
epitaktisohen Schichten liegenden Transistoren sind möglioh.
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Z«B« kann die trerunreinigungskonzentration in der Kollektorzoll·
entsprechend ein besondereren Struktur profiliert sein. Dies kann
dadurch erzielt werden, dass in die η -leitende vergrabene Zone
eine Donatorkonzentration gegeben wird, die an der Stelle desjenigen
Teiles der erwlhnten Zone» der unmittelbar unter der Emitterzone
zur Anlage kommen muss, grosser als an der Stell· der benachbarten
Teil· der vergrabenen Zone ist. Auch können in der vergrabenen Zone zwei verschiedene Donatorelemente mit verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten Anwendung finden, wobei das Element Bit der höoheten
Dlffusionsgasohwindigkeit Ortlich in denjenigen Teil der vergrabenen
Zone gegeben wird, der unmittelbar unter der Emitterzone zur Anlage
kommen muss·
Die integrierte Halbleiterschaltung nach Fig. 13 enthalt
zwei im Erreicherungsgebiet wirkende("Enhancement-Mode"J-Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode, deren Polaritäten einander
entgegengesetzt sind, und zwar einen Feldeffekttransistor mit einem
η-leitenden Kanal und einen Feldeffekttransistor mit einem p-leitenden
Kanal« Der Halbleiterkörper enthalt ein Substrat 61 aus n~-leitendem
Silizium· In der Oberfläche 62 des Substrates 61 befindet sich eine ρ -leitende diffundierte vergrabene Zone 63, die als diffundiertes
Akzeptorelement Bor enthalt, wahrend eine η-leitende diffundierte
Zone 81 die Zone 63 umgibt. Auf der Substratoberfiaohe 62 befindet sich
eine aus n~*-leitendem Silizium bestehende ep !taktische Schicht 64.
Eine p-leitende Insel 65 liegt in der Schicht 64, wobei der p-Leit- >:"
fahigkeitstyp der Insel auf eine Konzentration an Bor zurückzuführen
ist, das aus' der vergrabenen Schicht 63 in die Schicht 64 hineindiffundiert ist. Das Bor ist auch aus der vergrabenen Sohioht 63
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weiter in das Substrat 61 hineindiffundiert,wie in der Figur dargestellt
iat. Die η-leitende diffundierte Zone 81 verhindert, dass ein ununterbrochener parasitärer p-leitender Kanal zwischen'der p-leitenden
Insel 65 und einer weiteren (nicht dargestellten) p-leitenden ein
weiteres Schaltungselement enthaltenden Insel gebildet wird· Dieser
Kanal kOnnte sich bilden» wenn die Bedingungen, unter denen die epitaktische Ablagerung stattfindet) derartig sind, dass Bor in der
vergrabenen Zone in die Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf
der ganten Oberfllohe niedergeschlagen wird* Die η-leitende Zone 61
liefert eine Diffusionsquelle von Phosphor, der in die darauf liegenden
Teile der epitaktisohen Sohicht hineindiffundiert wird, so dass indiesen Teilen die Donatorkonzentration grosser als eine etwa wiederum
niedergeschlagene Akzeptorkonzentration ist. In der Insel 65 befindet
sich ein Feldeffekttransistor mit einem η-leitenden Kanal, der η -·
leitende diffundierte Zu- und Abflusszonen 66 und 67 enthält. Auf
der Oberfläche der epitaktisohen Sohioht 64 befindet sich eine
Siliziumoxydschicht 63, in der Oeffnungeη angebracht sind, die aus
Metallsohiohten bestehende ohmsehe Kontakte 69-und 70 alt den η -leitenden Z1U- und Abflusszonen 66 bzw* 67 enthalten* Auf der Siliziumoxyde chi oh t 66 ist zwischen den Zu- und Abflusezonen eine aus einer
Metallschicht bestehende Torelektrode 71 angebracht·
In der epitaktischen Sohicht 64 befindet eich ein komplementärer Feldeffekttransistor «it einem p-leitenden Kanal, der ρ -leitende diffundierte Zu- und Abflueszonen 72 und 73, aus Metallsohichten
bestehende ohm6che Kontakte 74' und 75 nit den Zu- und Abflusszonen
72 bzw. .73 «nd eine Torelektrode 76 enthSlt. Diese Schaltung hat die
gleichen Vorteile wie die bereits beschriebanenSchaltungen ait
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bipolaren Transistoren in bezug auf die Verbesserung in Eigenschaften
im Zusammenhang mit der Trennung und Isolierung von Schaltungselementen j sie weist jedoch ausserdera noch Vorteile in bezug auf die
durch den besonderen Aufbau erhaltene Einfachheit der Herstellung auf.
Fig. 14 zeigt eine integrierte Halbleiterschaltung, die
einen Feldeffekttransistor mit η-leitendem Kanal und einen Feldeffekttransistor mit p-leitendem Kanal enthält und die eine Variante der
Schaltung nach Fig. ,13 ist; entsprechenden Zonen sind hier mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Eine η -leitende Zone 82 befindet
sich in der Oberfläche der epitaktischen Schicht 64, woduroh verhindert
wird,.dass sich ein ununterbrochener parasitärer p-leitender Oberflächenkanal zwischen der Insel 65 und den ρ -leitenden Zu- und
Abflusszonen 72 und 73 bildet. Die η - leitende Zone 62 kann sich
unter einem aus einem Metallteil bestehenden Verbindungsteil.auf der
Isolierschicht erstrecken, so dass verhindert wird, dass sich eine
ununterbrochene induzierte Oberflächeninversionsschicht unter dem erwähnten Metallschichtteil bildet.
Das Halbleiterbauelement nach Fig. 15 ist eine integrierte
Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transistoren· In dieser
Schaltung wird die Isolierung zwischen den Transistoren mit Hilfe einer sogenannten "Kollektordiffusions isolierung" erhalten. Die
Schaltung enthält ein p~-leitendes Substrat90 mit einer darauf
angebrachten dünnen, in diesem Falle 3 μα dicken, p~-leitenden
epitaktischen Schicht 91· Sie Grenzflache zwischendem Substrat und
der epitaktischen Schicht wird mit der gestrichelten Linie 92 angedeutet. Jeder npn-Transistor enthält eine Kollektorzone, die*aus einer
η -leitenden vergrabenen Zone 93 und einer h^-leitenden an der Gber-
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flSche liegenden diffundierten Randaone ^4 besteht ι die sich in der
Schicht 91 zwischen deren Oberfläche und der vergrabenen Zone 93
erstreckt· Die Basiszonen der Transistoren sind durch die ρ -leitenden Teile 95 der ursprünglichen epitaktischen Schicht gebildet}
die von den η -leitenden Zonen 94 umgehen sind* Sie Emitterzonen der
Transistoren bestehen aus diffundierten n+-leitenden Zonen 96· Sie
elektrische Isolierung wird dadurch erhalten) dass die pn-Uebergänge
zwischen den Kollektorzonen 93, 94 und dem p~-leitenden Substrat 90
und der epitaktischen Schicht 9I in der Sperrichtung vorgespannt werden*
Es ist einleuchtendf dass die Kapazität pro Qberfläeheneinheit der
isolierenden pn-UebergSnge niedrig sein wird, weil die zu diesen
Uebergangeη gehörigen Ersehöpfungssschiehten sich über einen grossen
Abstand in dem p~- leitenden Substrat und der epitaktischen Schicht mit hohem spezifischem Widerstand erstrecken können.
Sie Kollektor/BasisübergSnge der Transistoren werden an den Stellen, wo sie sich nahezu parallel zu der Oberfläche der epitaktischen
Schicht erstrecken, in der Figur derart dargestellt, dass sie in der epitaktischen Schicht liegen und eich auf Abstand von der
Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht befinden·
Sies ist darauf zurückzuführen, das während der epitaktischen Ablagerung die Donatorverunreinigung aus den vergrabenen Zonen 93 in
die darauf liegenden Teile der niedergeschlagenen Schicht hineindiffundiert·
Haoh der Erfindung ist eine p-leitende isolierende Zone 98
auf der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht angebracht, wodurch verhindert wird, dass sich ein ununterbrochener
parasitärer Kanal zwischen den vergrabenen Zonen 93 bildet,' die einen
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Teil der Kollektorzonen der Transistoren bilden. Diese p-leitenden
isolierende Zone 93 hat einen niedrigeren spezifieohen Widerstand
als das Substrat 90 und die epitaktische Schicht 91 und erstreckt
sich über einen geringen Abstand in der epitaktischen Schicht 91·
Diese Zone wird durch Diffusion von Bor in die Oberfläche des Substrates gebildet, bevor die Schicht 91 niedergeschlagen ist· Während
der epitaktischen Ablagerung ist eine geringe Menge des bereits
diffundierten Bors in die darauf liegenden Teile der Schicht 91
hineindiffundiert. Dadurch wird eine etwaige Bildung eines ununterbrochenen parasitären η-leitenden Kanals längs der Substratoberfläche
verhindert« welcher Kanal sich bilden könnte, wenn die Bedingungen,
unter denen die epitaktische Ablagerung stattfindet) derartig sind,
dass die Donatorverunreingung aus den hochdotierten Zonen 93 in die
Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf der ganzen Oberfläche des
Substrats niedergeschlagen wird« Die Zone 98 erstreokt sich längs
der Grenzfläche zwischen dem Substrat 90 und der epi taktischen Schicht
in Form eines Rasters, das jede der vergrabenen Zonen 93 umgibt.
Es wurde bereits erwähnt, dass mit der Schaltung nach Fig. 15 nicht nur eine niedrige Kapazität der isolierenden Uebergänge und eine verhältnismässig einfache Herstellung) sondern auch
eine sehr gedrängte Anordnung der Schaltungselemente in einem bestimmten Gebiet des Halbleiterkörper erhalten werden kann. Die
erfindungsgemässe Anbringung der isolierenden Zonen $6 beeinträchtigt
nicht notwendigerweise diese gedrängte Anordnung und bestimmt nicht) /
wenn die Dotierungskonzentration in der Zone 98 nicht mehr als 50 mal
grosser als die Donatorkonzentration im Substrat ist) weil in diesem
Falle die p-leitfftdeZone 98 unmittelbar neben einer oder den beiden
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vergrabenen Zonen 93 liegen kann.
FIg* 16 zeigt eine Abart der Schaltung naoh Fig. 15}
bei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet
sind* In dieser Schaltung besteht die p-leitende isolierende Zone,
die zur Verhinderung der Bildung eines ununterbrochenen parasitären η-leitendeη Kanals zwischen den vergrabenen Zonen 93 angebracht ist,
aus einer p-leitenden Schicht 99 auf dem Substrat 9Of welche Sohicht
durch Diffusion von Bor in die Substratoberflache gebildet wird, bevor
die epitaktische Sohicht 91 angebracht ist· Mit diese^fcoefiguration
lässt sich eine sehr gedrängte Anordnung der Schaltungselemente erhalten. Die Akzeptorkonzentration in der diffundierten Schicht 99
soll aber nicht zu hoch, z.B. nicht mehr als 50 m&l grosser als die
Akzeptorkonzentration in dem Substrat und in der epitaktischen Schicht
gewählt werden, weil sonst die Traneistorkennlinien beeinträchtigtwerden. Ferner enthält die Schaltung nach Fig. 16 eine diffundierte
p-leitende Zone 100 auf der Oberfläche der epitaktisohen Schicht 91·
Die diffundierte Zone Weist einen aDgeβtuften Verunreinigungskonzentrat ionegrad in den Basiszonen der Transistoren auf, wodurch eine
Sohaltung mit besseren Transistorkennlinien als die Schaltung nach
Fig. 15 erhalten wird.
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Claims (1)
- -28- PHB. 31902.PATEKTAS PR E ti C H EtΛ1·/ Halbleiterbauelement) das aus einem Halbleiterkörper oder Teil desselben mit einem Substratteil vom einen Leitfähigkeitstyp, einer epitaktiaohtn Schicht vom einen Leitfahigkeitstyp auf dem Substratteil und zwei voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp besteht, die sioh je lange der Grenzfläche zwischen dem Substratteil und&er epitaktischen Schicht erstrecken* und zu. gesonderten in. dem Körper oder dem: Teil· desselben gebildeten. Schaltungselementen gehören, gekennzeichnet durch eine isolierend«! vergrabene Zone vom einen Leitfähigkeitatyp,» die· sich auf der Grenzfläche zwischen dem: Subs tratteil, und der epitaktiechen Schicht befindet, wobei die isoMerende: Zone einen, niedrigeren spezifischen Widerstand ale der Substratteil und die epitaktieche Schicht aufweist und verhindert, dass sich ein, parasitärer Kanal vom entgegengesetzten Leitfahigkeitstyp zwischen den voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten; Leitfahigkeitstyp bildet· 2* Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gehören, die in der epitaktiechen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp liegen. 3· Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp grösstenteile durch Diffusion eines den entgegengesetzten Leitfahigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungeelemente in die epitaktische Schicht aus den hochdotierten voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengeeetisten LeiU'ähigkeitstyp gebildet sind. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,009819/1313dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp in der epitaktischen Schicht nahezu völlig durch Diffusion dee«den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Elements in die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet sind, wobei die diffundierten Zonen die Inseln bilden und sich von dem Substratteil zu der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epiliaktisohen Schicht über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken· 5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet) dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp in der epitaktischen Schicht teilweise durch Diffusion des den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Elements in die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet sind, wobei die gebildeten diffundierten Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sich von dem Substratteil in Richtung der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht nur über einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken) während die Inseln in der epitaktischen Schicht je weiter durch an der Oberfläche liegende Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet sind, die sich in der epitaktischen Schicht von deren Oberfläche zu den diffundierten Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstreoken. 6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5ι dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Insel befindliches Halbleiterschaltungselement ein bipolarer Transistor ist· 7· Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Transistor enthält * eine Kollektorzone vom entgegengesetzten Leifähigkeitstyp, in der die Dotierungskonzentration vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp duroh das in der vergrabenen '9 819/1313194A793-30- PHB. 31902.Zone vorhandene und avis dieser aus diffundierte Element bestimmt wird, eine Basiszone vom einen Leitfähigkeitetyp, die durch die Einführung eines den einen Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselementa in die epitaktische Schicht aus einem Oberfläohenteil der darin liegenden Insel gebildet ist, und eine Emitterzone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp, die durch die Einführung eines den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselemente in die epitaktische Schicht aus einem Oberflächenteil der darin liegenden Insel gebildet ist«8· Halbleiterbauelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dasβ in einem an der Oberfläche liegenden Teil der epitaktischen Schicht, in dem die Kollektorzone sich bis zur erwähnten Oberfläche erstreckt, eine diffundierte Zone mit niedrigem spezifischem Widerstand vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist, auf der sich der Kollektorkontakt befindet.9· Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte diffundierte Zone mit niedrigem spezifischem Widerstand vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp sich in der epitaktischen Schicht bis zu der vergrabenen Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstreckt.10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Substrat abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht eine Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischem Widerstand angebracht ist, die verhindert, dass in der epitaktischen Schicht ein ununterbrochener parasitärer ~ Oberflächenkanal vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den Inseln vom * «mtgegengestezten Leitfähigkeitstyp gebildet wird«0098197131311. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp einen Teil der Kollektorzonen bipolarer Transistoren bilden, wobei jede Kollektorzone eines derartigen Transistors ferner eine an der voB Substrat abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht liegende Ringzone von entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp enthBlt, die sich in der epitaktischen Sohicht zwischen der vergrabenen Zone und der Oberfläche erstreckt, vlhrend sich die Basiszone des Transistors in einer Insel voo einen Leitfähigkeitetyp in der epitaktisohen Schicht befindet, welche Insel innerhalb der zur Kollektorzone gehörende Ringzone liegt, wobei die Emitterzone des Transistors aus einer Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besteht, die sich in der erwähnten Insel von der Oberfläche her erstreckt.12* Halbleiterbauelement nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Inseln von entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode liegt, welcher Feldeffekttransistor Zu- und Abflusszonen axt niedrigem spezifischem Widerstand vom einen LeitfShigkeitjstyp, die sich in der epitaktischen Sohioht von deren vom Subetratteil abgekehrten Oberfläche her erstrecken, und eine zwischen diesen Zonen an .der Oberfläche der epitaktischen Sohicht liegende Kanalzone enthalt, während eine Torelektrode vorgesehen ist, die von der Kanalzone durch ein Isoliermaterial getrennt ist· 13· .. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der epitaktischen Schicht ausserhalb der den Feldeffekttransistorenthaltenden Insel mindestens ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode angebracht ist, dessen Polarität der des in der Insel009819/1313liegenden Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrode entgegengesetst let·14* Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 Hb 13» dadurch gekennzeichnet, da«β die isolierende vergrabene Zone eine örtlich diffundierte Zone ist* während an der Grenzfläche zwischen dem Substrat teil lind der epitaktiachen Schicht die isolierende vergrabene Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mindestens eine der beiden vergrabenen Zonen: vom entgegengesetzten LeitfShigkeits.typ völlig umgibt»15· * Halble it er bauelement nach. Anspruch 14 r dadurch: gekerntieichnet, dass die diffundierte isolierende vergrabene Zone die Form eines Gitters hat und die beiden vergrabenen Zone:» vom entgegengesetzten LeitfShigkeitetyp in verschiedenen Löchern des Gittere liegen. :16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bie 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die isolierende vergrabene Zone in einer an der Grenzfläche liegenden Schicht des Subetratteiles mit niedrigerem spezifischem Widerstand befindet.17· Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet] das β die an der OrenzflSche liegende Schicht mit niedrigerem epezi- -fischem Widerstand selber eine epitaktische Schicht ist·18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an der OrenzflSche liegende Schicht mit niedrigerem spezifischem Widerstand eine diffundierte Schicht ist. ' 19· Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelemente, bei dem zun&chst auf der Oberfläche eines Halbleitersubstratteiles vom einen LeifShigkeitetyp zwei getrennte Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp gebildet weraen, dann eine epitaktische Schicht0 0 9819/1313vom einen Leitfähigkeitetyp auf der Oberfläche des Subetratteilee abgelagert wird, damit die Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu vergrabenen Zonen werden, und schliesslioh Halbleiterschaltungselemente gebildet werden, die mit den vergrabenen Zonen, vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp koordiniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ablagerung der epitaktischen Schicht eine isolierende Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als das Substrat und die epitaktische Schicht auf der Oberfläche des Subs trat teil es angebracht wird, wodurch die Bildung eines parasitären Kanals/vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp verhindert wird·20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zone durch örtliche Diffusion eines den einen Leitfähigkeitetyp bestimmenden Verunreinigungeelements gebildet wird in einen Teil der Oberfläche des Substratteiles, der das Gebiet, in dem mindestens eine der Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist oder angebracht werden soll, umgibt«21. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zone dadurch gebildet wird, dass eine Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigerem spezifischen Widerstand auf der Oberfläche des Substratteiles angebracht wird.0 0 9 819/1313Leerseite
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