DE2047241B2 - Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer integrierten HalbleiterschaltungInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit mindestens
einem Transistor mit einer in die Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps
eingebrachten hochdotierten vergrabenen Kollektorschicht eines zweiten Leitungstyps, einem damit verbundenen
entsprechend dotierten Kollektorsteg mit im Vergleich zur Breite der Basiszone geringem
Querschnitt, der durch die aus einer auf das Halbleitersubstrat und auf die vergrabene Kollektorschicht
aufgebrachten Epitaxieschicht bestehende niedrigei dotierte Kollektorzone hindurch bis zur Basiszone
reicht, und mit einer in die Basiszone eingebrachten Emitterzone.
Bei der Herstellung derartiger Schaltungen bzw. Transistoren ist es von äußerster Wichtigkeit, am
Ende eines jeden Prozeßschrittes Oberflächen extrem hoher Qualität zu erhalten. Da in der Halbleitertechnik
aus Gründen der Arbeitsgeschwindkeitserhöhung die Tendenz besteht, integrierte Schaltungen immer
geringerer Ausdehnung herzustellen, gewinnt auch die Gleichmäßigkeit der Prozeßsteuerung weiter an
Bedeutung. Demzufolge sind Prozeßschritte, die hinsichtlich ihrer Toleranzen für die Herstellung diskreter
Schaltungselemente und integrierter Schaltungen geringerer Arbeitsgeschwindigkeit ausgelegt sind, bei
der Herstellung von Schaltungen, deren Ausdehnungen in A gemessen werden, nicht in jedem Falle anwendbar.
Selbstverständlich lassen sich durch exakte Steuerung der Sperrschicht-Tiefen, der Dicke der
Epitaxieschichten und der Gleichmäßigkeit und der Qualität der Oberflächen monolithische, integrierte
Schaltungen herstellen, deren Abmessungen weit geringer sind, als es zuvor möglich war. Durch extrem
kleine Abmessungen der Schaltungen werden die Packungsdichte erhöht und die Kosten verringert,
aber es müssen auch hohe Stromdichten verkraftet werden. Es ist bekannt, daß bei hohen Stromdichten
die Betriebseigenschaften verschlechtert werden. Die Schaltungsabmessungen sind außerordentlich kritisch
und gehen direkt in das Frequenzverhalten der integrierten Schaltungen ein. Das Frequenzverhalten wird
durch einen Wert F7- gekennzeichnet, der die Verstärkungsbandbreite
bei Hochfrequenz-Betrieb angibt.
Es ist bereits bekannt, daß das Frequenzverhalten konventioneller Transistoren verbessert werden kann,
wenn zwischen einer reduzierten Kollektorkapazität und dem Kollektorwiderstand ein geeigneter Kompromiß
geschlossen wird. Eine geringere Dotierung der Kollektorzone vermindert die Kollektorkapazität
auf Kosten eines erhöhten Kollektorwiderstandes.
Bei integrierten Schaltungen geht das Bestreben dahin, Transistoren mit verringerten Abmessungen
herzustellen, um sowohl die Packungsdichte als auch die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine Erhöhung
der Packungsdichte bringt eine Verringerung der Kosten, da auf einem Halbleiterplättchen mehr Schaltungselemente
angeordnet werden können, und erhöht außerdem die Arbeitsgeschwindigkeit, da die
durch die Verdrahtung bewirkten Verzögerungszeiten vermindert werden. Das Frequenzverhalten eines
Transistors hängt in erster Linie mit der Basisweite zusammen, da die Zeit, die die injizierten Ladungsträger
zum Überqueren der Basiszone benötigen, proportional dem Quadrat der Basisweite ist. Bei einer
Reduzierung der Basisweite muß die Störstellendichte in der Basiszone erhöht werden, damit der Basiswiderstand
in vertretbaren Grenzen gehalten wird. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Emitter-Ergiebigkeit
muß die Störstellendichte in der Emitterzone entsprechend erhöht werden. Außerdem hat es sich
als notwendig erwiesen, die Störstellendichte in der Kollektorzone zu erhöhen, um einen geringen Kollektorwiderstand
zu erzielen und um eine exakte Definition des Basis-Kollektorüberganges bei einer schmalen
Basiszone zu unterstützen. Die Auswirkungen erhöhter Störstellendichten in den Halbleiterzonen
eines Transistors mit schmaler Basiszone liegen in einer beträchtlichen Erhöhung der Sperrschicht-Kapa-
zitäten pro Flächeneinheit. Konventionelle Planartransistoren
erfordern eine 5- bis lOmal größere Ausdehnung des Kollektorgebietes, als sie für die aktive
Kollektorzone erforderlich wäre. Die Ursache Hegt darin, daß für die Basiskontakte eine ausreichende
Oberfläche zur Verfügung gestellt werden muß. Von der Funktion her gesehen ist es nicht erforderlich,
daß die äußere Kollektorzone die gleiche Kapazität je Flächeneinheit aufweist wie die aktive
innere Kollektorzone.
Aus der US-PS 3449643 ist es im Rahmen der Herstellung von komplementären Transistorstrukturen
innerhalb eines gemeinsamen Halbleiterkörpers bekannt, die Ausdiffusion hochdotierter vergrabener.
Kollektorschichten in eine darüber aufgebrachte Epitaxieschicht u. a. auszunutzen, um eine geringe Basisweite zu erzielen. Das eingangs geschilderte Problem,
extrem kleine Abmessungen der einzelnen Transistorstruktur und gleichzeitig hohe Stromdichten ohne
Verschlechterung der Betriebseigenschaften zu erzielen, ist nicht gelöst oder angesprochen.
Weiterhin ist aus der US-PS 3244950 ein invers betriebener Transistor bekannt, bei dem also der
Emitter als hochdotierte vergrabene Zone ausgebildet ist und der Kollektor an der Oberfläche liegt. Dabei
wird die Ausdiffusion eines hochdotierten Emitters mit im Vergleich zur Basiszone geringem Querschnitt
aus einer ersten auf ein Substrat aufgebrachten Epitaxieschicht in eine darüber liegende zweite Epitaxieschicht
ausgenutzt. Angesprochen ist hier im Prinzip nur das Erzielen einer ausreichenden Emitterergiebigkeit
eines inversen Transistors mit seinen Vorteilen in emittergekoppelten Schaltungen.
Als im Hinblick auf die Erfindung wesentlicher Stand der Technik ist außerdem das US-Patent
3312881 zu nennen, in welchem zwei Verfahren angegeben sind, um die Kapazitäten der äußeren Kollektorzone
geringer als die der aktiven, inneren Kollektorzone zu machen. Beim ersten Verfahren wird
ein hoch- und entsprechend dem Kollektor dotiertes Substrat verwendet, auf das eine Epitaxieschicht aufgebracht
wird. Die aktive, innere Kollektorzone wird durch eine geeignete, die Epitaxieschicht durchdringende
Diffusion gebildet. Anschließend werden Basis- und Emitterzone eindiffundiert. Die Basis-Diffusion
reicht dabei nicht bis zum Substrat, sondern ist im äußeren Bereich durch die Epitaxieschicht davon getrennt.
Dieses Verfahren zeigt einen Nachteil, der sich aus der am BasJs-Kollektorübergang und aus der in
diesem Übergang benachbarten Kollektorgebiet erreichbaren Störstellendichte ergibt. Versucht man
eine hohe Störstellendichte zu erhalten, indem die Oberflächenkonzentration der inneren Kollektor-Diffusion
erhöht wird, so muß diese hohe Störstellendichte im Bereich der Kollektor-Diffusion durch eine
entsprechende Basis-Diffusion kompensiert werden. Diese Kompensation erfordert eine aufwendige Prozeßsteuerung,
wenn eine genau definierte Basis erzielt werden soll. Außerdem wird die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit der Halbleiterschaltungselemente bei
stark kompensiertem Halbleitermaterial im Vergleich zu schwach kompensiertem Halbleitermaterial stark
reduziert. Versucht man durch ein lange andauerndes Diffusionsverfahren bei der inneren Kollektordiffusion
eine gleichförmige hohe Störstellendiffusion zu erreichen, so ist eine Ausdiffusion des hochdotierten
Substrats in die innere Schicht zu beobachten.
Beim zweiten aus der US-PS 3312881 bekannten Verfahren wird eine zweimalige Epitaxie durchgeführt,
wobei die erste Epitaxieschicht auf einem hoch- und entsprechend der zu bildenden Kollektorzone dotierten
Substrat abgeschieden wird. Im inneren Transistorbereich wird eine Kollektor-Diffusion hoher
Störbtellendichte durchgeführt, die bis zum Substrat reicht. Anschließend wird eine zweite Epitaxieschicht
aufgebracht, die die diffundierte Zone überdeckt. Die diffundierte Zone bildet damit einen vergrabenen
lu Einschluß aus Kollektormaterial. Schließlich werden
Basis- und Emitterzone eindiffundiert. Die Basiszone ist dabei so ausgebildet, daß zwischen der Front der
Basiszone und dem Anschluß aus Kollektormaterial ein Restgebiet der zweiten Epitaxieschicht übrig
bleibt. Dieses Verfahren hat eine Begrenzung der Stromdichte zur Folge, solange sich die effektive Basisweite
nicht bis zum Einschluß aus Kollektormaterial erstreckt. Die auf Grund der Stromdichte erfolgende
Basisausweitung wird als Kirk-Effekt bezeichnet und ist eine Folge der begrenzten Geschwindigkeit der Ladungsträger
im Halbleitermaterial. Bei einer begrenzten Geschwindigkeit der Ladungsträger ist die erforderliche
Ladungsträgerdichte proportional der Stromdichte. Die Polarität der Ladungsträger entspricht
der Gitterladung der die Basis erzeugenden Störstellen. Daher kann sich der Kollektorübergang
so lange nicht ausbilden, bis eine Tiefe erreicht ist, bei der die Störstellendichte die Ladungsträgerdichte
überschreitet.
JO Zur Herstellung bei hohen Frequenzen arbeitender
integrierter Schaltungen sind daher wesentlich verbesserte Prozesse erforderlich, um die zahlreichen Parameter
zu optimieren. Die bei diskreten Transistoren und mehr noch bei monolithischen Schaltungen üblichen
Toleranzbreiten und Toleranzschwankungen sind hier nicht länger zulässig.
Ziel der Erfindung ist, für integrierte Halbleiterschaltungen mit mindestens einem Transistor ein Verfahren
anzugeben, das die Herstellung dieser Anordnungen mit wesentlich geringeren Abmessungen
gestattet, ohne daß das Frequenzverhalten verschlechtert wird.
Im einzelnen sind also gleichzeitig flache Übergänge
anzustreben, unerwünschte Basisausweitungs- und Basis-Kollektorkapazitäts-Proljleme zu verhindern
und damit die Fähigkeit zum Betrieb mit höheren Strömen bei verbessertem Frequenzverhalten sicherzustellen.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren derart vorgeschlagen, daß auf die Oberfläche des Halbleitersubstrates
nach dem Einbringen der hochdotierten vergrabenen Kollektorschicht eine erste niedrig dotierte
Epitaxieschicht des zweiten Leitungstyps aufgebracht wird, in die die hochdotierte Kollektorschicht
ausdiffundiert wird, daß in die erste Epitaxieschicht und diese bis zur vergrabenen Kollektorschicht durchquerend
der Kollektorsteg eingebracht wird, daß als Kollektorzone eine zweite niedrig dotierte Epitaxieschicht
vom zweiten Leitungstyp aufgebracht wird, in die der Kollektorsteg ausdiffu.idiert wird, und daß
schließlich in der zweiten Epitaxieschicht die Basiszone vom ersten Leitungstyp gebildet wird, die mit
der Kollektorzone und dem KoHektorsteg Basis-Kol-
• lektcrübergänge bildet.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der KoHektorsteg etwa um den Faktor 100
höher dotiert ist als die zweite Epitaxieschicht. Ein weiteres vorteilhaftes Ausführunesbeisniel ereiht sich
dadurch, daß die Ausdiffusion des Kollektorstegs in die zweite Epitaxieschicht so gesteuert wird, daß an
dem dort entstehenden inneren Basis-Kollektorübergang im Kollektorsteg eine Dotierungsdichte von
mindestens 1017 Atomen/cm3 entsteht. Schließlich ist es für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
vorteilhaft, wenn die Störstellenkonzentration und die Dicke der zweiten Epitaxieschicht so eingestellt werden,
daß in der Kollektorzone am außerhalb des Kollektorsteges liegenden Basis-Kollektorübergang eine
Dotierungsdichte von etwa 10" Atomen/cm3 entsteht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen integrierten Transistor, der nach bekannten Verfahren hergestellt
ist,
Fig. 2 den Verlauf des Störstellenprofils in einer Transistorstruktur nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine integrierte Transistorstruktur, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist,
Fi g. 4 den Verlauf des Störstellenprofils in der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Transistorstruktur,
Fig. 5 bis 11 die in Fig. 4 dargestellte Transistorstruktur
in aufeinanderfolgenden, erfindungsgemäßen Verfahrensschritten,
Fig. 12 und 13 den Verlauf der Verstärkungs-Bandbreite FT in Abhängigkeit vom Emitterstrom /E
für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Transistorstruktur, und
Fig. 14 die Abhängigkeit der Stromverstärkung β vom Emitterstrom IE für eine nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Transistorstruktur.
Die Transistorstruktur gemäß Fig. 1 geht von einem Halbleitersubstrat aus, auf dem eine hochdotierte
vergrabene Kollektorschicht, im folgenden Subkollektor genannt, und der eigentliche Transistor gebildet
ist. Die in monolithischer Form aufgebaute Transistorstruktur ist im wesentlichen nach dem in dem US-Patent
3312881 angegebenen Verfahren hergestellt.
Zwar ist dort ein diskreter Transistor beschrieben, die Anwendung der angegebenen Prinzipien auf einen integrierten
Aufbau würde jedoch eine Struktur und ein Störstellenprofil ähnlich Fig. 1 und 2 ergeben.
Die Struktur besteht aus einem P~-leitenden Substrat
10 auf dem sich ein Transistor mit einem N + -leitenden
Subkollektor 12, einem N-leitenden Koliektorsteg 13, einer N~-leitenden Kollektorzone 14,
einer P-leitenden Basiszone 16 und einer diffundierten N-leitenden Emitterzone 18 befindet. Die eindiffundierten
P-leitenden Isolationsgebiete 20 und 22 isolieren den Transistor von anderen monolithischen
Anordnungen, die sich auf demselben Substrat befinden. Der innere aktive Teil der Struktur enthält die
Emitter-, Basis- und Kollektorzonen, die zwischen den beiden Linien 24 und 26 angeordnet sind und
sich quer durch die Anordnung erstrecken. Die Gebiete links und rechts der Linien 24 und 26, also die
außen liegenden Gebiete, sind für den Transistoreffekt nicht wesentlich, werden aber benötigt, um den
aktiven Teil der im Inneren liegenden Basiszone kontaktieren zu können.
Fig. 2 zeigt das zusammengesetzte Störstellenprofil
für den N+-Ieitenden Subkollektor 12, der sich vom P - -leitenden Substrat bis zur Oberfläche der Struktur
erstreckt, und für den N-leitenden Kollektorsteg 13. Das genannte US-Patent 3312881 zeigt zwar keinen
Weg zur Herstellung dieses Kollektorstegs 13, bei Anwendung bekannter Verfahrensschritte ergibt sich
jedoch der Verlauf der Kurve 28. Die N 7-leitende Kollektorzone 14 wird durch die Kurve 30 repräsentiert,
die den typischen Verlauf des Störstellenprofils bei einer Epitaxieschicht angibt. Die Störstellenprofile
32 und 34 für konventionelle Basis- und Emitterdiffusionen sind in Fig. 1 ebenfalls eingezeichnet.
Im innen liegenden Kollektorteil des Transistors
Im innen liegenden Kollektorteil des Transistors
ίο wird eine hohe Störstellenkonzentration angestrebt,
um die Basisausweitung oder den Kirk-Effekt zu vermindern. Gleichzeitig gestattet die hohe Störstellenkonzentration
im inneren Kollektorbereich eine relativ hohe Störstellenkonzentration in der Basiszone, so
daß der Basiswiderstand reduziert und damit die Eigenschaften verbessert werden. Das Störstellenprofil
der Fig. 2 zeigt, daß die Störstellenkonzentration im inneren Kollektorteil 13 durch die Überschneidung
der Kurven 28 und 32, weiter als durch Punkt 38 angegeben, zu tieferen Werten abgesenkt wird. Es ist
nicht ohne weiteres möglich, die Störstellenkonzentration (Punkt 38) anzuheben, da dann die konventionelle
Basis-Diffusion nicht anwendbar ist.
Die planare Transistorstruktur der Fig. 3 und das zugehörige Störstellenprofil der Fig. 4 geben die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren verbesserten Eigenschaften wieder.
Ausgangsmaterial für die Transistorstruktur ist ein P~-leitendes Halbleitersubstrat 46. Dieses Substrat
jo enthält einen N+-leitenden Subkollektor 48, einen
von diesem ausgehenden N+-leitenden Kollektorsteg 50, der sich durch eine erste N"-leitende Epitaxieschicht
54 erstreckt. In die zweite Epitaxieschicht 54 ist eine P-leitende Basiszone 60 eindiffundiert, in deren
zentralem Bereich sich die N-leitende Emitterzone 62 befindet. Ähnlich wie in der Struktur gemäß
Fig. 1 liegt der innere Teil der Struktur zwischen den beiden Linien 64 und 66 und verläuft quer durch die
Anordnung hindurch. Konventionelle P-leitende Isolationszonen 68 und 70 erstrecken sich bis in das Substrat
46 und bilden die erforderliche Isolation. Dei Subkollektor 48 ist über eine entsprechend dotierte
Zone 72, die einen niederohmigen Pfad darstellt, ar die Oberfläche der Struktur hochgezogen. Die aktiver
Zonen sind an der Oberfläche in konventionelle) Weise mit metallischen Kontakten versehen, was hiei
nicht dargestellt ist.
Der Fig. 4 sind die Vorteile zu entnehmen, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet. Die Ausdiffusionen
des Subkollektor 48 und des Kollektorsteges 5C und ihre entsprechenden Störstellenkonzentrationer
sind durch die Kurven 74 und 76 dargestellt. Die Störstellenprofile der konventionellen Basis- und Emitterdiffusion
ergeben sich aus den Kurven 78 und 80 Ein innerer Basis-Kollektorübergang 81 ist durch der
Kollektorsteg 50 und den entsprechenden, innerer Teil der Basiszone 60 definiert. Die dort herrschende
Störstellenkonzentration ergibt sich in Fig. 4 durch den Punkt 82, der den Schnittpunkt der Störstellen·
profile der Basis-Diffusion (Kurve 78) und des ausdiffundierten
Kollektorsteges (Kurve 76) darstellt. Ir diesem Punkt ist eine hohe Störstellenkonzentratior
erreichbar, die im Bereich von 1018 Atomen/cm3 liegt Die reduzierte Störstellenkonzentration im äußerer
Kollektorbereich ergibt sich aus der Dicke und dei Dotierungsdichte der zweiten Epitaxieschicht 54. Irr
äußeren Teil des Kollektors ist, wie durch den Punkt 84 gekennzeichnet, eine Dotierung von 10" Ato-
men/cm1 erreichbar, was eine wesentliche Verringerung
der Kollektor-Basiskapazität insgesamt mit sich bringt. Die Kollektor-Basiskapazität setzt sich aus den
Kapazitäten des inneren, horizontalen Teiles des Basis-Kollektorüberganges 81 und dem senkrechten und
horizontalen Teil der Basis-Kollektorübergänge im äußeren Teil zusammen. Die Kollektor-Basiskapazität
je Flächeneinheit ist im inneren Teil der Kollektorzone vergrößert, weil der Kollektorsteg 50 höher dotiert
ist. Da der äußere Bereich der Kollektorzone geringer dotiert ist, ist deren Basis-Kollektorkapazität
wesentlich kleiner. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Basis-Kollektorkapazität insgesamt stark reduziert
ist.
Gleichzeitig bewirkt der hochdotierte Kollektorsteg eine Herabsetzung oder Vermeidung der unerwünschten
Basisausweitung (Kirk-Effekt). Bei der in herkömmlicher Weise hergestellten Struktur der
Fig. 1 wird der Kollektorübergang elektrisch tiefer in die Kollektorzone hineingeschoben, was effektiv einer
Vergrößerung der Basisweite entspricht und eine entsprechende Verschlechterung des Frequenzverhaltens,
das beispielsweise durch F7 gemessen wird, bewirkt.
Diese Erscheinung ist eine Folge davon, daß die vom Emitter in die Kollektorzone injizierte
Stromdichte vergleichbar mit der Dotierungsdichte des Kollektormaterials ist. Die beim erfindungsgemäßen
Verfahren erhöhte Dotierungsdichte im Kollektorsteg 50 gestattet demgegenüber eine wesentlich
höhere Emitter-Stromdichte. Auf diese Weise lassen sich die Abmessungen der integrierten Transistorstruktur
trotz vergrößerter Stromdichten vermindern, ohne daß eine Basisausweitung oder eine Verschlechterung
des Frequenzverhaltens in Kauf genommen werden muß. Selbstverständlich führt schon die Verringerung
der Abmessungen an sich zu einer Verringerung der Kapazitätsprobleme.
Den Fig. 5 bis 11 läßt sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren entnehmen. Ausgegangen wird
von einem P"-leitenden Substrat 84, das dann in einem
konventionellen thermischen Oxydationsprozeß mit als Masken dienenden Schichten 86 und 88 beschichtet
wird. Durch Anwendung der Photoätztechnik wird in der oberen Oxydschicht 86 ein Fenster
für den Subkollektor freigelegt. Anschließend wird durch Eindiffusion eines geeigneten Materials der
N ' -leitende Subkollektor90 gebildet. Als Diffusionsquelle kann beispielsweise Arsen mit einer Konzentration
von 1021 Atomen/cm' verwendet werden.
Auf der Oberfläche von Substrat und Subkollektor wird, wie in Fig. 6 gezeigt, eine erste Epitaxieschicht
92 abgeschieden, nachdem zuvor die Oxydschicht 86 entfernt wurde. Auf der ersten Epitaxieschicht wird
erneut eine Oxydationsschicht 93 gebildet. Während des Epitaxieprozesses diffundiert der Subkollektor 90
in die Epitaxieschicht 92 aus und bildet dabei die Subkollektorzone 94. Die erste Epitaxieschicht 92 besteht
aus N"-leitendem Material und weist etwa eine Dicke von 1,7 μπι und einen spezifischen Widerstand von
4 Ohm · cm auf. Diese Werte ergeben eine Konzentration von etwa 2· K)15 Atomen/cm'1. Wie aus den Fig. 7
und 8 zu ersehen ist, wird durch thermische Oxydation eine Oxydschicht 97 erzeugt, die als Maske für die
Diffusion des Kollektorsteges und der Isolationsbercichc
dient. In der Maske werden Fenster 98 für die lsolationsbercichc 100 freigelegt. In einer entsprechenden
Diffusion werden diese P-Ieitendcn Gebiete cindiffundiert. Außerdem wird ein Fenster 102 für
den Subkollektor-Anschluß 106 gebildet und dieser beispielsweise durch eine Diffusion von Phosphor
hergestellt. Diese Kollektoranschlußzone 106 stellt eine niederohmige Verbindung zwischen der nicht
■> dargestellten Kollektorkontaktierung und dem Subkollektor
dar. Nach der Freilegung eines Fensters 104 wird durch Diffusion von beispielsweise Arsen der
Kollektorsteg 108 hergestellt. Dieser erstreckt sich bis in den Subkollektor und bildet so eine zentralisierte
in Kollektorstruktur. Der Kollektoranschluß 106 und
der Kollektorsteg 108 können auch in einem gemeinsamen Diffusionsschritt erzeugt werden. Nach Entfernung
der Oxydschicht 97 wird, wie in Fig. 9 gezeigt, eine zusätzliche zweite Epitaxieschicht 116 auf der ersten
Epitaxieschicht 92 abgeschieden. Während dieses Prozesses erfolgt eine weitere Ausdiffusion des Subkollektors
110, der Isolationsgebiete 110, des Subkollektorsteges
108 und der Subkollektoranschlußzone 106 im Bereich der ersten Epitaxieschicht 92 und in
die zweite Epitaxieschicht 116 hinein, so daß sich entsprechende Zonen 112,114,117 und 118 bilden. Im
betrachteten Ausführungsbeispiel weist die N"-leitende, zweite Epitaxieschicht eine Dicke von etwa
1,4μηι und einen spezifischen Widerstand von 4
2j Ohm · cm auf. Es stellt sich eine Konzentration von
2 · 10" Atomen/cm3 ein. Bei flachen Basisdiffusionen ergibt sich häufig ein extrem hoher Schichtwiderstand.
Um die Folgen des hohen Schichtwiderstandes weniger wirksam werden zu lassen, wird in vielen Fällen
jo eine gesonderte Basisdiffusion durchgeführt. Durch
diese zusätzliche Diffusion wird der Basiwiderstand und die seitliche Injektion vom Emitter verringert. Bei
manchen Verfahren ist eine einzige Diffusion ausreichend, um die Basiszone zu bilden, so daß die in den
Fig. 10 und 11 angewandte Doppeldiffusion nicht erforderlich
ist.
Wie in F i g. 10 gezeigt, wird in der Oxydschicht 126
ein Fenster 128 freigelegt, in dessen Bereich die innere Basiszone 130 eindiffundiert wird. Die Diffusion erfolgt
aus einer Quelle mit geeignetem p-dotiertem Material. Zu diesem Zeitpunkt können auch andere
notwendige Schaltungselemente, wie beispielsweise ein diffundierter Widerstand 132, im Bereich des Fensters
134 erzeugt werden. Um die richtigen Konzentrationen an der Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht
116 sicherzustellen, werden durch Fenster 136,138 geeignete Diffusionen im Bereich der Isolationsgebiete
114 und der Subkollektoranschlußzone 118 durchgeführt. Die noch weiter ausdiffundierten
Zonen sind als Isolationsgebiete 140 und Kollektoranschlußgebiete 142 in F i g. 10 eingezeichnet. In einer
weiteren Basis-Diffusion wird eine äußere Basiszone gebildet, die zusammen mit der ersten Basis-Diffusion
130 die Gesamtbasiszone 146 darstellt, was aus Fig. 11 zu ersehen ist. Wie bereits ausgeführt, genügt
es in vielen Fällen, die Basiszone in einem einzigen Diffusionsschritt zu erzeugen. Schließlich wird in einem
weiteren Diffusionsschritt die N-leitende Emitterzone 148 erzeugt.
bn Die Fig. 12 bis 14 demonstrieren die durch Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbaren verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften,
wobei die Emitterzone mit Arsen und die Basiszonen mit Bor dotiert sind. Die Kurven gelten insbesondere
b5 für Strukturen, bei denen zwei Basiskontaktstreifen
mit einem dazwischenliegenden Emitterkontaktstreifen verwendet sind. Der Abstand der Kontaktstreifen
und die Streifenbreite beträgt 75 μιη. Fig. 12 zeigt
die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften als Verlauf der Verstärkungsbandbreite FT, gemessen in
GHz, in Abhängigkeit vom Emitterstrom IE, gemessen
in mA. Die Messungen sind bei einer Struktur mit einer Emitterlänge von etwa 20 μηι bei verschie- >
denen Basis-Kollektorspannungen VCB durchgeführt.
Ähnlich zeigt Fig. 14 die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften einer Struktur mit einer Emitterlänge
von etwa 15μΐτι bei verschiedenen Kollektor-Basisspannungen
VCB. Fig. 14 zeigt die Strom- i<
>
Verstärkung β in Abhängigkeit vom Emitterstrom IE,
und zwar wiederum für Emitterlängen von etwa 15 und etwa 20μσι. Schließlich sei darauf hingewiesen,
daß die Störstellenkonzentration N~, N, und N+ im
Bereich von ΙΟ15, 1017 bzw. 102" Atomen/cm3 liegen.
Messungen ergaben außerdem, daß Strukturen, wie sie in den Fig. 12 bis 14 zugrunde liegen, Werte
FT im Bereich von 9 bis 11 GHz und Kollektorkapazitäten
im Bereich von 0,08 bis 0,11 pF aufweisen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit mindestens einem Transistör
mit einer in die Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps eingebrachten
hochdotierten vergrabenen Kollektorschicht eines zweiten Leitungstyps, einem damit verbundenen
entsprechend dotierten Kollektorsteg mit im Vergleich zur Breite der Basiszone geringem Querschnitt,
der durch die aus einer auf das Halbleitersubstrat und auf die vergrabene Kollektorschicht
aufgebrachten Epitaxieschicht bestehende niedriger dotierte Kollektorzone hindurch bis zur Basiszone
reicht, und mit einer in die Basiszone eingebrachten Emitterzone, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Oberfläche des Halbleitersubstrates (46) nach dem Einbringen der hochdotierten
vergrabenen Kollektorschicht (48) eine erste niedrig dotierte Epitaxieschicht (52) des zweiten
Leitungstyps aufgebracht wird, in die die hochdotierte Kollektorschicht (48) ausdiffundiert wird,
daß in die erste Epitaxieschicht (52) und diese bis zur vergrabenen Kollektorschicht (48) durchquerend
der Kollektorsteg (50) eingebracht wird, daß als Kollektorzone eine zweite niedrig dotierte
Epitaxieschicht (54) vom zweiten Leitungstyp aufgebracht wird, in die der Kollektorsteg (50)
ausdiffundiert wird, und daß schließlich in der jo zweiten Epitaxieschicht (54) die Basiszone (60)
vom ersten Leitungstyp gebildet wird, die mit der Kollektorzone und dem Kollektorsteg (50) Basis-Kollektorübergänge
bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kollektorsteg (50) etwa um den Faktor 100 höher dotiert ist als die zweite Epitaxieschicht
(54)
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdiffusion des Kollektorsteges
(50) in die zweite Epitaxieschicht (54) so gesteuert wird, daß an dem dort entstehenden
inneren Basis-Kollektorübergang (81) im Kollektorsteg eine Dotierungsdichte von mindestens 1017
Atomen/cm3 entsteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration
und die Dicke der zweiten Epitaxieschicht (54) so eingestellt werden, daß in der Kollektorzone
am außerhalb des Kollektorstegs (50) liegenden Basis-Kollektorübergang eine Dotierungsdichte
von etwa IO16 Atomen/cm3 entsteht.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US87501369A | 1969-11-10 | 1969-11-10 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2047241A1 DE2047241A1 (de) | 1971-05-19 |
DE2047241B2 true DE2047241B2 (de) | 1978-06-22 |
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