DE2047241C3

DE2047241C3 - Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2047241C3
Application number: DE702047241A
Authority: DE
Inventors: David Poughkeepsie N.Y. Dewitt (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-11-10
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1979-03-08
Also published as: JPS4926752B1; CA924823A; FR2067056A1; FR2067056B1; GB1304246A; BE758682A; SE352783B; ES384679A1; CH506890A; DK140869C; NL7016393A; DE2047241B2; DK140869B; US3709746A; DE2047241A1; AT324425B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit mindestens einem Transistor mit einer in die Oberfläche bo 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 t>5 Querschnitt, der durch die aus einer auf das Halbleitersubstrat und auf die vergrabene Kollektorschichl 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 Prozeßsjteuerung weiter an Bedeutung. Demzufolge sind Prokeßschritte, die hinsichtlich ihrerToleranzen 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 Sfromdichten 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 F_T 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 Kollektorzoiie erforderlich wäre. Die Ursache liegt darin, daß für die Basiskontakte eine ausrei- "' chende Oberfläche zur Verfugung 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 Epi- ι "> taxieschicht 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 erzie- 2» len, 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 Jo 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 J'i 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 -n 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 Basis-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 bo 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 b5 erreichen, so ist eine Ausdiffusion des hochdotierten Substrats in die innere Schicht zu beobachten.

Beim zweiten aus der US-PS 3 312881 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 Störstellendichte durchgeführt, die bis zum Substrat reicht. Anschließend wird eine zweite Epitaxieschicht aufgebracht, die die diffundierte Zone überdeckt. Die diffundierte Zone bildet damit einen vergrabenen 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.

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-Probleme zu verhindern und damit die Fähigkeit zum Betrieb mit höheren Strömen bei verbessertem Frequenzverhalten sicherzusteilen.

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 ausdiffundiert wird, und daß schließlich in der zweiten Epitaxieschicht die Basiszone vom ersten Leitungstyp gebildet wird, die mit der Kollektorzone und dem Kollektorsteg Basis-Kollektirübergänge bildet.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiei besteht darin, daß der Kollektorsteg etwa um den Faktor 100 höher dotiert ist als die zweite Epitaxieschicht. Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ergibt sich

dadurch, daß die Ausdiffusion des Kollektorstegs in die zweite Epitaxieschicht so gesteuert wird, daß an dem dort entstehenden inneren Basis-Kollektoriibergang im Kollektorsteg eine Dotierungsdichte von mindestens Hr AtonKT.vm' entsteht. Schließlich ist es für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe vorteilhaft, wenn die Stoi Stellenkonzentration und die Dicke der zweiten Epitaxieschicht so eingestellt werden, daC in der Kollektorzone am außerhalb des Kollektorsteges liegenden Basis-Kollektorübergang eine Dotierungsdichte von etwa l()^u> Atomen/cm 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 StörstellenprofÜE in einer Transistorstruktur nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine integrierte Transistorstruktur, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Fig. 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 Fj in Abhängigkeit vom Emitterstrom l_h für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Transistorstruktur, und

Fig. 14 die Abhängigkeit der Stromverstärkung β vom Emitterstrom /_£ für eine nach dem erfindungsccmäßen 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 ibt 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 Kollektorsteg 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 lefinden. 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"-leitenden 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 Kelltkiorslcgs 13. bei Anwendung bekannter Verfahrensschritie ergibt sich jedoch der Verlauf der Kurve 28. Die N'-leitende ICoIIektorzone 14 wird durch die Kurve 30 repräsen-

"> tiert, die den typischen Verlauf des Störstellenprofils bei einer Epitaxieschicht angibt. Die Störstellenprofile 32 und 34 für konventionelle BasK- und Emitierdiffusionen sind in Fig. 1 ebenfalls eingezeichnet.

Im innen liegenden Kollektorteil des Transistors

i» wird eine hohe Störstellenkonzentration angestrebt, um Jic Busisausweitungoder den Kirk-Elfekt zu vcriv.Luern. Gleichzeitig gestattet die hohe StörstellenkonzentratifMi im inneren Kollekterbereich eine relativ hoho Störsiellenkonzentration in der Basiszone, so

ii daß der Basiswiderstand reduziert und damit die Eigenschaften verbessert werden. Das Störsteüenprofil der Fig 2 zeigt, daß die Störstellenkonzentration im inneren Kollektorteil 13 durch die Überschneidung der Kurven 28 und 32. weiter als durch Punkt 38 an-

-·' gegeben, 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

;ii 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-Ieitende Basiszone 60 eindiffundiert, in de-

S) ren 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 Iso-

4i. lationszonen 68 und 70 erstrecken sich bis in das Substrat 46 und bilden die erforderliche Isolation. Der Subkollektor 48 ist über eine entsprechend dotierte Zone 72. die einen r.iederohmigen Pfad darstellt, an die Oberfläche der Struktur hochgezogen. Die aktiven

j-, Zonen sind an der Oberfläche in konventioneller Weise mit metallischen Kontakten versehen, was hier nicht dargestellt ist.

Der Fig. 4 sind die Vorteile zu entnehmen, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet. Die Ausdiffusio-

-,(> nen des Subkollektor 48 und des Kollektorsteges 50 und ihre entsprechenden Störstellenkonzentrationen 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 den Kollektorsteg 50 und den entsprechenden, inneren Teil der Basiszone 60 definiert. Die dort herrschende Störstellenkonzentration ergibt sich in Fig. 4 durch den Punkt 82, der den Schnittpunkt der Störstellenprofile der Basis-Diffusion (Kurve 78) und des ausdiffundierten Kollektorsteg^s (Kurve 76) darstellt. In diesem Punkt ist eine hohe Störstellenkonzentration erreichbar, die im Bereich von 10¹⁸ Atomen/cm³ liegt. Die reduzierte Störstellenkonzentration im äußeren

_b5 Kollektorbereich ergibt sich aus der Dicke und der Dotierungsdichte der zweiten Epitaxieschicht 54. Im äußeren Teil des Kollektors ist, wie durch den Punkt 84 gekennzeichnet, eine Dotierung von 10^lfl Ato-

men/cm¹ erreichbar, was cine 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-Koliektorübergänge im iiulileren 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 Kollcktorsteg eine Herabsetzung oder Vermeidung der unerwünschten Basisausweitung (Kirk-Effekt). Bei der in herkömmlicher Weise hergestellten Struktur de" 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 F₁ 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 Subkollektor 90 gebildet. Als Diffusionsquelle kann beispielsweise Arsen mit einer Konzentration von lü²' Atomen/cm³ 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~-Ieitendem 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 · 10¹⁵ Atomen/cm³. 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 Isolationsbereiche dient. In der Maske werden Fenster 98 für die Isolationsbereiche 100 freigelegt. In einer entsprechenden Diffusion werden diese P-Ieitenden Gebiete eindiffundiert. 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 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 Ohm · cm auf. Es stellt sich eine Konzentration von 2 ■ IU¹⁵ 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 eine gesonderte Basisdiffusion durchgeführt. Durch diese zusätzliche Diffusion wird der Basiswiderstand 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 142in Fig. 10eingezeichnet. 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.

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 für Strukturen, bei denen zwei Basiskontaktstreifen mit einem dazwischenliegenden Emitterkontaktstreifen verwendet sind. Der Abstand der Kontaktstreifen und die Streifenbreite beträgt 75 μπι. Fig. 12 zeigt

die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften als Verlauf der Verstärkungsbandbreite F_n gemessen in GHz, in Abhängigkeit vom Emitterstrom /,., gemessen in mA. Die Messungen sind bei einer Struktur mit einer Emitterlänge von etwa 20 μπι bei verschiedenen Basis-Koilektorspannungen V_(n durchgeführt. Ähnlich zeigt IMg. 14 die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften einer Struktur mit einer Emitterlänge von etwa 15μηι bei verschiedenen Kollektor-Basisspannungen V₁₁₁. Fig. 14 zeigt die Strom-

10

Verstärkung β in Abhängigkeit vom Emitterstrom /,., und zwar wiederum für Emitterlängen von etwa ! 5 und etwa 20μΐη. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Störstellenkonzentration N , N, und N* im Bereich von K)¹⁵, K)'⁷ bzw. H)²" Atomen/cm' liegen. Messungen ergaben außerdem., daß Strukturen, wie sie in den Fig. 12 bis 14 zugrunde liegen, Werte F₁ im Bereich von V bis 1 I GH/, und Kollcktorkapa/itätcn im Bereich von 0,08 bis 0,11 pH aufweisen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 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 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-Kollektorübcrgang (81) im Kollektorstegeine Dotierungsdichte von mindestens 10'⁷ Atomen/cm¹ 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 10¹⁶ Atomen/cm' entsteht.