DE2055162A1 - Verfahren zur Isolationsbereichbil dung im Halbleitersubstrat einer monohthi sehen Halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Isolationsbereichbil dung im Halbleitersubstrat einer monohthi sehen HalbleitervorrichtungInfo
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Description
9. November 1970
Dr.Schie/E
Docket S1I 969 044
U.S.Serial No. 875 012
Anmelderin: International Business Machines Corporation
Armonk, New York 10504 (7.St.A.)
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiering 703 Böblingen/Württ. Westerwaldweg 4
Verfahren zur Isolationsbereichbildung im Halbleitersubstrat einer monolithischen Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsbereichbildung im Halbleitersubstrat vom einen der beiden Leitfähigkeitstypen
einer monolithischen Schaltung. Die Erfindung betrifft zudem eine besonders vorteilhafte monolithische
Halbleitervorrichtung, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.
Die fortschreitende·.· Technik der Herstellung integrierter
monolithischer Halbleiterschaltungsvorrichtungen zwingt zu einer Erhöhung der Packungsdichte der Bauelemente und zwar
ohne Aufopferung der hohen elektrischen Leistungsquälitäten.
Wie bekannt, muß zwischen benachbarten individuellen Halbleiterbauelementen eine elektrische Isolation vorgesehen
werden. Diese elektrische Isolation wird im gleichen monolithischen Chip gebildet, damit in gewünschter Form
Zwischenverbindungen der Bauelemente durch Oberflächenmetalliaierung
kontrolliert werden können.
Die elektrische Isolation wird gewöhnlich durch Schaffung spezieller Isolationsdiffusionen erzielt, welche durch
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eine epitaktische Schicht des einen Leitfähigkeitstyps Ms
zu einem darunterliegenden Substrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp reichen. Jede Isolationsdiffusion ist
von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen der eptitaktischen Schicht entgegengesetzt ist.
Derartige Isolationsdiffusionen besetzen jedoch bedeutsame Teile des epitaktischen Körperschichtmaterials und machen
diese Bereiche unbrauchbar für die Verwendung von Schaltungsteilen. Die Bauelementendichte wird wesentlich erhöht,
wo eine Selbst-Isolation zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen ohne Schaffung getrennter Isolationsdiffusionen
zwischen individuellen Elementen erreicht wird.
Eine solche Isolation ist bei der bereits vorgeschlagenen Isolationsstruktur einer integrierten Schaltung großer Bauelementendichte
nach der älteren Patentanmeldung P 20 31 533 ·7
der IBM und bei der bereits vorgeschlagenen integrierten Planarstruktur eines Transistors, insbesondere bei einem
für integrierte Schaltungen verwendbaren Schottky-Sperrschicht-Transistor
nach der älteren Patentanmeldung P 20 32 201.4 der IBM vorhanden. Bei diesen Anordnungen
liefern die Grenzen der Kollektor- bzw. Emitterbereiche die erforderliche Isolation.
Es wäre jedoch vorteilhaft, wenn die Methode nach der die
elektrische Isolation zwischen den Elementen der monolithischen Struktur erreicht wird^im Einklang stünde mit
der Erzielung einer hohen elektrischen Arbeitsleistung der isolierten Bauelemente. Es kann zum Beispiel gezeigt werden,
daß ein zurückgesetzter Störstoffgradient in der Kollektorzone
eines Transistors erwünscht ist, um die Grenzfrequenz und die stromführenden Eigenschaften zu erhöhen.
Solch ein Gradient ist einer, bei dem die StorStellenkonzentration
von einem Maximalwert in der Subkollektorzone
* 109821/1809
abnimmt auf einen Minimumwert am Kollektor-PN-Übergang.
Dieses wünschenswerte Störstellenprofil wird bei jenen bisherigen Verfahren nicht erreicht, bei denen selbstisolierte
Bauelemente in der epitaktischen Schicht einer monolithischen Kristallstruktur gebildet werden·
Die bestehenden Schwierigkeiten zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
Für ein Verfahren arar Isolationsbereichbildung im Halbleitersubstrat
des einen Leitfähigkeitstyps einer monolithischen Halbleitervorrichtung besteht danach die Erfindung darin, daß
Störstoffe des anderen Leitfähigkeitstyps in das Substrat
über gewünschte Oberflächenetellen eingeführt werden, daß eine Schicht des einen Leitfähigkeitstyps auf dem Substrat
epitaktisch gebildet wird und daß diese eptifcaktische Schicht
und dieses Substrat einer Behandlung ausgesetzt werden, bei der Störstoffe durch die epitaktische Schicht hindurch in
die Oberfläche der epitaktischen Schicht vollständig aus_ diffundiert werden.
Nach einer besonders -vorteilhaften Ausführungsform besteht
das Verfahren nach der Erfindung darin, daß in die Siliciumdioxydschioht, alt welcher das Siliciumsubstrat vom Leitfähigkeitetyp
P** bedeckt ist, ein Subkollektorfenster gebildet
wird, daß swei Störstoffe vom N-Leitungstyp und von verschiedener
Diffusionegeschwindigkeit durch dieses Fenster
In das Substrat: eindlffundiert werden, daß dann die Oxydschicht
entfernt und auf das Substrat eine P""leitende SiIiciuaechicht
epitaktisch niedergeschlagen und reoxydiert wird, daß während der ReoXydation die beiden Stör stoffe, insbesondere Phosphor und Arsen, ausdiffundiert werden, und
daß bei* Ausdiffundieren der eine der beiden Störstoffe, insbesondere Phosphor, die obere Oberfläche der epitaktischen
Schicht erreicht, so daß eine H leitende Tasche in der P"*
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_ 4 leitenden epitaktischen Schicht und dem Substrat entstellt.
Die Selbst-Isolation ist hier mit der hohen Packungsdichte der Bauelemente und der hohen elektrischen Leistungsfähigkeit
des Bauelements vereinbar. Sie wird durch einen epitaxlalen Ausdiffusionsprozeß erreicht, bei dem zwei Störstoffe
des einen Leitfähigkeitstyps in einem Substrat des entgegengesetzten Leitungstyps in jenen Bereichen darunterliegender
Stellen plaziert sind, in denen isolierte Taschen des einen Leitfähigkeitstyps in einer epitaktisch über dem
Substrat gewachsenen Schicht gebildet werden.
Die beiden Dotierungsstoffe sind durch wesentlich unterschiedliche
Diffusionsgeschwindigkeiten und durch verschiedene Anfangskonzentrationen im Substrat gekennzeichnet. Insbesondere
hat der Dotierungsstoff mit der kleineren Diffusionsgeschwindigkeit die höhere Konzentration, wohingegen
der Dotierungsstoff mit der höheren Diffusionsgeschwindigkeit die niedere Konzentration aufweist.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens
nach der Erfindung werden Arsen und Phosphor verwendet, wobei das Arsen die niedere und der Phosphor die
höhere Diffusionsgeschwindigkeit besitzt. Diese beiden Stoffe, Arsen und Phosphor werden mit passenden Konzentrationen
an gewünschten Stellen auf einem P"Siliciumsubstrat eindiffundiert.
Auf das dotierte Substrat wird dann eine P"Siliciumschicht
epitaktisch niedergeschlagen und das Arsen und der Phos- . phor durch die epitaktische Schicht ausdiffundiert bie
das schneller diffundierende Phosphor die obere Oberfläche der epitaktischen Schicht erreicht. Auf diese Weise wird
in einer epitaktischen P~leitenden Schicht auf einem P~ leitenden Substrat eine Tasche vom N-Leitungstyp gebildet·
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Duron zusätzliche und konventionelle Verfahrensstufen
können gewünschte Halbleiterbauelemente in entsprechenden isolierten N leitenden Taschen erzeugt werden.
Ein wichtiges strukturelles Merkmal der Erfindung resultiert aus der Tatsache, daß jede isolierte Tasche eher durch
Ausdiffusion von Störstoffen aufwärts von der Grenzschicht zwischen epitaktischer Schicht und dem Substrat als durch
Abwärtsdiffusion der Störstoffe von der oberen Oberfläche der epitaktischen Schicht erzeugt wird.
Die erwähnte Ausdiffusion liefert eine N leitende Tasche, die durch ein zurückgesetztes Störstellenprofil charakterisiert
ist, welches von einer relativ stark dotierten unteren (N+)Zone zu einer relativ leicht dotierten oberen (N)
Zone variiert. Das zurückgesetzte Profil verstärkt bedeutsam die elektrischen Leistungseigenschaften eines Transistors,
der nachträglich in der isolierten Tasche gebildet wird. Natürlich können auch andere Bauelemente als ein
Transistor innerhalb der entsprechenden isolierten Taschen in Übereinstimmung mit den Schaltungs-Konstruktions-Erfordernissen
gebildet werden.
Um kurz zusammenzufassen: Ein Subkollektorfenster wird in
einem oxydbeschichteten P"*Siliciumsubstrat geöffnet. Zwei
Ii leitende Dotierungsstoffe von verschiedenen Geschwindigkeiten
(Arsen und Phosphor) werden durch dieses Fenster in das Substrat eindiffundiert. Die Oxydbedeckung wird entfernt
und eine P^Siliciumschicht epitaktisch auf dem Substrat
niedergeschlagen und reoxydiert. Während des Reoxydations-Zyklus
werden Phosphor und Arsen ausdiffundierte Das Phosphor gelangt zur oberen Oberfläche der epitaktischen
Schicht, um eine N leitende Tasche in der epitaktischen · P"Schicht und dem Substrat zu bilden. Die Tasche erhält
einen stark dotierten N+Bereich neben der aus Epitaxial-
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schicht und Substrat gebildeten Grenzfläche.- Im Innern der
N Tasche werden Basis- und Emitterbereiche gemacht, um einen Transistor zu bilden.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für eine beispielsweise, besonders vorteilhafte
Ausführungsform näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Reihe vereinfachter Querschnittsdarstellungen
eines typischen selbst-isolierten Transistors im erfindungsgemäßen Herstellungsprozeß für
™ aufeinanderfolgende Zeitabschnitte.
Fig. 2 ist ein Diagramm des Störstellenprofils, wie es zu einem Zwischenzeitpunkt bei dem Verfahren nach der
Erfindung gewonnen wird.
Fig. 3 ist ein Diagramm für das Störstellenprofil des vervollkommneten
Transistors, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
In Fig. IA ist mit 1 ein P""leitendes Siliciumsubstrat bezeichnet,
dessen Störstellenkonzentration nicht größer als
15 7>
10 ^ Atome pro cnr ist und dessen Oberfläche einen spezifischen
Widerstand von etwa 10 Ohm Zentimeter hat. Das Substrat ist anfangs mit einer Schicht 2 aus Siliciumdioxyd
oxydiert·
In die Oxydschicht 2 wird nach der üblichen Photoschutzschichtmethode
ein Fenster 3 eingeätzt. Diesen Verfahiensabechnitt
zeigt Fig. IB. Durch dieses Fenster 3 werden Arsen und Phosphor 4 in das Substrat 1 nach an sich bekannten
Methoden eindiffundiert. Diesen Zustand zeigt Fig. IC.
Das entsprechende Störatellenprofil zeigt Fig. 2 für Arsen und Phosphor im Substrat 1 für diesen Zeitpunkt des Verfahrene
ablaufe. - 7 -
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_ 9 —
Als nächstes wird die Oxydschicht 2 vom Substrat 1 abgezogen
und eine P~*Schicht 5 epitaktisch erzeugt, vergleiche
hierzu die Fig. ID. Die typischen Störstellenprofile für Arsen und Phosphor als auch der Grund-Dotierungs-Konzentrationen
im Substrat 1 und in der epitaktischen Schicht 5 sind in Fig. 3 dargestellt. Die gestrichelten Kurven 6 und
7 stellen das Arsen- bzw. Phosphorprofil dar, wohingegen die Linien 8 und 9 die Dotierungskurven für das P~Substrat
bzw. für die P~Epitaxialschicht darstellen.
Im nächsten Verfahrensschritt des Verfahrens nach der Erfindung
wird die Oxydschicht 10 auf der oberen Oberfläche der epitaktischen Schicht 5 gebildet und die aus Arsen
und Phosphor bestehenden Störstoffe ausdiffundiert bis das Phosphor vollständig durch die Epitaxialschicht 5 zur oberen
Oberfläche dieser Schicht 5 gelangt, wie dies in Fig.
IE gezeigt ist. Zu diesem Seitpunkt wird in der P~Epitaxialschicht
5 und dem P~Subotrat 1 eine isolierte Tasche 11 aus N Leitungstypmateriaa. gi/oi,'
Die isolierte Tasche 11 ist gekennzeichnet· ^m .;λ u ■.·-:■■'■-■>.
12 aus relativ stark dotiertem N+Leitungstypmateriai (tivüj.·-
Stoffkonzentration etwa 10 Atome pro cnr), welches Arsen
und Phosphor 3 enthält, und durch eine Zone 13 vom N Typ
17 mit relativ niedriger Störatellenkonzentration (etwa 10 Atome pro car), welche ausdiffundiertes Phosphor enthält.
Je nach den Schaltungskonstruktionserfordei'nissen können
innerhalb entsprechender isolierter Taschen, zum Beispiel wie in der Tasche 11, verschiedenartige Halbleiterbauelemente
gebildet werden. Beispielsweise kann erfindungsgemäß ein Transistor über das Öffnen eines Fensters in der
Oxydschicht mit anschliefiender konventioneller Basisdiffusion erzeugt werden, so daß eine Basiszone 16 vom P Leitungstyp
innerhalb der Kollektorzone 13 vom N Leitungstyp
- 8 109821/1809
20SI1S2
entsteht, wie di«a fig, If ««4ft«-TU? die efe«& erwähnte
Baeisdiffusion eignet »ich besonders Boy als f$törst©f£,
Emitter- und Kollektorkojatafctdiffusionen werden ü"feer ent-*
sprechende Fenster 17 und 18 .4» der Oxidschicht 2
führt (vgl. Fig» IS), ι» die vervollständigte
struktur nach fig, IH zustande g\j. fering
der EmitterkpntaktdiftfteiQ» 19 baw. der
diffusion 20 sind phosphor und &?B@n geeignet.
Die komplette Transietorstruktur ist in typischer Weise gekennzelehnet
durch folgende Parameter: Dicke der Epitaxial-Bchieht
- drei Mikron; elpaifischer Widerstand äu&T Epitaxialschicht
β 1 Ohm cm} Tiefe des Kollektor^PH-ÜTsergangS *»
0.762 mm; Tiefe dee Baitter-PN-übergangs = 0,406 ma; Basisbreite
* 0,356 mm.
Bs sei jedoch bemerkt, daß die Fabrikationspaaaaeter und
die oben erörterten Störstellenprofile, wenn auch besondere
Torteilhaft, so doch nur beispielsweise genannt sind.
Im allgemeinen können die Grunddotierungsniveaus des Substrats
und der epitaktischen Schicht und die Anfangskonaen-P
tration der Dotierungssubstanz (z. B. jü&n und Phosphor)
im Substrat sowie die Dicke des PN-Übergangs etc. in Übereinstimmung
mit festgelegten Konstruktionsüberlegungent
welche durch die Natur des in einer entsprechenden isolierten N leitenden Tasche zu bildenden Halbleiterbauelements
bestimmend sind, variiert werden. Bezüglich der Anfangskonzentration des in das Substrat eingeführten Arsens, ist
beobachtet worden, daß hohe Konsentrationen im Überschuß von
21 3S
etwa 10 Atomen pro cmy einen Anstieg im seitlichen Ausbreiten
des Arsens läng* der Grenzfläche zwischen der Epitaxialechicht
und dem Substrat in der Zeit ergibt, in wel-
- eher da· epitaktische Wachsen erfolgt·
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Dieses Ausbreiten ist insofern unerwünscht, als es dazu neigt, die Konstruktions-Distanz zwischen benachbarten
isolierten N leitenden !Taschen zu erhöhen. Im ungünstigsten Falle könnte es sogar zu einem Kurzschließen benachbarter
IT Taschen zusammen kommen. Dieses Problem kann auf verschiedenen Wegen vermieden werden. Derartige Wege sind
in dem Buch von W. Re Runyan "Silicon Semiconductor Technology",
Mc Graw Hill 1965 auf Seite 70 erörtert. Die vielleicht einfachste Methode dürfte es sein, den Wert der Anfangsarsenkonzentration
in der Oberfläche auf einen Wert
21 3
unter 10 Atomen pro cur zu reduzieren.
Die Erfindung liefert eine Flexibilität in der Weise, daß die beiden Störstoffe, z. B. Arsen und Phosphor, in das Substrat
eingeführt werden. Die beiden Dotierungsstoffe können durch gleichzeitige Diffusion aus einer gemischten Quelle
oder einzeln nacheinander aus entsprechenden Quellen eingeführt werden. Die zuletzt erwähnte Methode wird bei dem
nachstehend im einzelnen beschriebenen Verfahren benutzt, um einen selbst-isolierten bipolaren Transistor in Übereinstimmung
mit dem Verfahren nach der Erfindung zu erzeugen.
Es wurde ein Halbleiterplättchen von 10 Ohm cm aus Silicium und mit einer [lOOjOrientierung vorgesehen,
dessen Leitfähigkeit vom Typ P~ ist und dessen Störstoffe aus Bor bestehen (etwa 10 ^ Atome pro cnr). Das Plättchen
wurde Im Falle des erfindungsgemäßen Beispiels anfänglich bei 97O0C oxydiert, um eine 5000 £ dicke Siliciumdioxydschicht
über dem Plättchen zu erzeugen.
Das Oxyd wurde dann maskiert und in der herkömmlichen Weise geätzt, um ein Fenster aufzumachen, durch welches Phosphor
eindiffundiert wurde. Es wurde dabei ein offenes Rohr vom ΡΟΟΙχ-System bei einer 30 Minuten anhaltenden Temperatur
von 900° 0 benutzt. Diese Diffusion lieferte einen spezi-
- 10 -
100821/1809
fischen Widerstand von 40 Ohm pro Quadrat und eine Tiefe
des PN-Übergangs von 0,00038 mm.
Das P2Oc-GIaS, welches sich über dem Oxyd bildete,bedeckte
das Plättchen während der Phosphordiffusion und wurde entfernt. Dann wurde Arsen durch'das gleiche !Fenster in das
Oxyd eindiffundiert. Dabei diente eine Kapsel-Methode unter Verwendung einer Quelle mit 1% Irsen, die 5 Stunden auf einer
Temperatur von 1100° C gehalten wurde. Diese zweite Diffusion reduzierte den spezifischen Oberflächen-Widerstand
des dotierten Substrats auf 4 0ha pro Quadrat und änderte die Breite des PN-Übergangs auf 0,00279 mm.
Nach der Komplettierung der zweiten Diffusion wurde das Plättchen oxydiert, und die Störatoffe Arsen und Phosphor
bei einer Temperatur von 1200° C aufeinanderfolgend in einer Atmosphäre aus Sauerstoff 15 Minuten lang.aus Dampf
mit 24 Minuten und dann mit Sauerstoff bei zusätzlich 5 Minuten Zeitdauer eindiffundiert·
Diese Behandlung führte zu einem spezifischen Oberflächenwiderstand
des Substrats von etwa 3,2 0hm pro Quadrat und einer Dicke des PN-Übergangs von 0,00762 mm unter der Substratoberfläche.
Als nächstes wurde eine SiIiciumschicht epitaktisch auf das Substrat bei etwa 1200° C bis zu einer
Dicke von 3 Mikron niedergeschlagen.
Die epitaktische Schicht wurde oxydiert, um eine 4750 £
dicke Siliciumdioxyd-Schicht bei einer Temperatur von 12000C
in aufeinanderfolgenden Atmosphären aus Sauerstoff (40 Minuten lang), Dampf (15 Minuten lang) und Sauerstoff(zusätzlich
5 Minuten lang) herzustellen. Während desselben Oxydwachsens wurden die Störstoffe Arsen und Phosphor im Substrat
in die Epitaxialschicht ausdiffundiert bis das schneller diffundierende Dotierungsmittel, nämlich Phosphor, die
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109821/1809
obere Oberfläche der epitaktischen Schicht erreichte, um eine isolierte N Tasche innerhalb der P leitenden epitaktischen
Schicht auf dem Substrat zu schaffen.
Mit der -üblichen Photoschutzschichtmethode und der herkömmlichen
Ätztechnik wurde in der N Tasche ein Transistor erzeugt, gefolgt von einer Bor-Diffusion mit der Kapselmethode
bei 1000° G und einer Erhitzungsdauer von 60 Minuten. Es ergab sich ein spezifischer Oberflächenwiderstand
von 72 0hm cm pro Quadrat und eine Breite des KoI-lektor-PN-Übergangs
von 0,000381 mm unter der Oberfläche der epitaktischen Schicht.
Die Vorrichtung wurde dann bei einer Temperatur von 1000° C
in aufeinanderfolgenden Atmosphären aus Sauerstoff fünf Minuten lang, aus Dampf 40 Minuten lang und aus Sauerstoff
5 Minuten lang oxydiert. Der sich ergebende spezifische Oberflächenwiderstand betrag 212 0hm cm pro Quadrat und die
sich ergebnede Dicke des PN-Übergangs hatte einen Wert von
0,000762 mm.
Dann wurde ein Fenster in die Oxydschicht gemacht, die während der Basis-Oxydation und während des Verfahrens für
einen Emitter-Niederschlag mit Phosphor in einer offenen Röhre vom POCl^System bei einer Temperatur von 900° C und
bei einer Heizdauer von 20 Minuten entstand. Der Enitterniederschlag-Verfahrensschritt
führte zu einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 67 Ohm pro Quadrat, einer Breite
aes Emitter-PN-Ubergangs von 0,000279 mm und einer einkapselnden
Schicht aus PgOc-Glas von 400 £ Dicke.
Schließlich wurde die Emitteroxydation und das Eintreiben bei 900° G in aufeinanderfolgenden Atmosphären aus Sauerstoff
mit 5 Minuten Dauer, aus Dampf mit 20 Minuten Dauer und dann aus Sauerstoff alt 5 Minuten Dauer erreicht. Der
sich ergebende spezifische Widerstand betrug 43 0hm pro
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. 2P551g2
Quadrat bei einer Tiefe des Emitter-PN-i3"bergangs von
0,000406 mm und einer Basisbreite von 0,3556 mm.
Einige typische Parameter eines Selbst-isolierten Transistors, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt
wurde, seien nachstehend aufgeführt:
Kleinsignal-Emitterstromverstärkung Qffe) 22
Frequenz bei welcher Hfe gleich eins ist 650 JIHz*
Kollektor-Basis-Durehbruchsspannung bei
offenem Emitter 14- 3ToIt
Emitter-Basis-Durchbruchsspannung bei
offenem Kollektor 6 Volt
Kollektor-Emltter-Durchbruchsspannung bei
kurzgeschlossener Basis 14 ToIt
Kollektor-Emitter-Durchbruchsspannung bei
offener Baeis 6 Volt
Kollektor-Bubstrat-Durchbrtichsspannuhg 120 Volt
Kollektor-Baeis-Kapazität bei 2 Volt 2pF
Emitter-Basis-Kapazität bei 2 Volt 2,4-pF
Kollektor-Substrat-Eapazität bei 2 Volt 2,IpI
Es sei bemerkt, daß dap Substrat auf welchem die epitaktisehe
Schicht gebildet wird, in Übereinstimmung mit der Erfindung eelbst eine epitaktische Schicht oder irgendeine
ander· Schicht aus halbleitend·« Material sein kann, welches
für die Aufnahme des Sto'rstoffes geeignet ist. In
diesem Sinne ist der Ausdruck "Substrat" bei der Auslegung
der Patentansprüche zu verstehen.
Ein nach der Erfindung hergestellter selbetieolierter bipolarer
Traneletor besitzt den Vorteil einer reduzierten
Kollektor-ßubßtrat-Ieolatione-Eapazität, wae die Arbeitsweise
bei hohen Frequenzen verstärkt.
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Die reduzierte Isolations-Kapazität als auch das oben erörterte zurückgesetzte Kollektor-Störstellenprofil sind
direkte Folgen der Bildung einer ausdiffundierten N Störstellen-Tasche
innerhalb eines Platzes, welcher insgesamt mit dem P""Halbleiterwirtsmaterial eine Grenzfläche bildet.
Wie zum Beispiel in Fig. 1 H gezeigt ist, wird die Kollektor-Substrat-Isolation
durch den PN-Übergang zwischen der N Zone 13 einerseits und der P""Epitaxialschicht 5 und. d-ßai
Substrat 1 andererseits geschaffen·
Die niedrig ohmsche eingebettete N"+Schicht 12 reduziert
den Kollektorwiderstand und reduziert damit die Kollektorsättigungsspannung in dem Falle, wo ein bipolarer Transistor
in einer isolierten N Tasche 11 gemäß der Erfindung gebildet wird. Die erwähnte eingebettete Beucht kann wahlfrei
weggelassen werden wo zum Beispiel ein diffundierter Widerstand in der isolierten N Tasche gebildet wird. Wenn
die eingebettete N+ Schicht in *die isolierte Tasche einbezogen
wird, gibt es keine Grenzfläche mit dem P-HaIbleitermaterial,
in welchem sie gebildet ist. Das hinzutretende Ή Material 14, welches überall das N+Material
vom P~Material trennt, liefert eine N/P~Isolations-Junction
mit herabgesetzter Isolations-Kapazität, womit das Hochfrequenzverhalten des Schaltungsvorrichtungsbauelements,
welches in der isolierten N Tasche gebildet ist, verbessert wird.
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109821/1809
Claims (1)
- - 14 -Pat ent ansprücheVerfahren zur Isolationsbereichbildung im Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps einer monolithischen Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Störstoffe (4) des anderen Leitfähigkeitstyps in das Substrat (1) über gewünschte Oberflächenstellen (3) eingeführt werden, daß eine Schicht (5) des einen Leitfähigkeitstyps auf dem Substrat (1) epitaktisch gebildet wird und daß diese epitaktische Schicht (5) und dieses Substrat (1) einer Behandlung ausgesetzt werden, bei der Störstoffe durch die epitaktische Schicht (5) hindurch in die Oberfläche der epitaktischen Schicht (5) vollständig ausdiffundiert werden.2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Störstoffe (4) mit unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten in das Substrat (1) eingeführt werden.3 ·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Störstoffe (4) mit unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten in das Substrat (1) eingeführt werden, wobei die Konzentration des Störstoffes mit der kleineren Diffusionsgeschwindigkeit größer ist als die Konzentration des Störstoffes mit der größeren Diffusionsgeschwindigkeit·4.) Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß Storstoffe mit der kleineren Diffusionsgeschwindigkeit ausdiffundiert werden, um die Oberfläche der epitaktischen Schicht zu erreichen.- 15 -109821/18095·) Verfahren nach den. Ansprüchen 1 biß 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die eindiffundierten Störstoffe aus Arsen und aus Phosphor bestehen.6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung einen Transistor enthält.7·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Siliciumdioxydschicht (2), mit welcher das Siliciumsubstrat (1) vom Leitfähigkeitstyp P"~ bedeckt ist, ein Subkollektorfenster (3) hergestellt wird, daß zwei Störstoffe vom N-Leitungstyp und von verschiedener Diffusionsgeschwindigkeit durch das Fenster (3) in das Substrat eindiffundiert werden, daß dann die Oxydschicht (2) entfernt und auf das Substrat (1) eine P~leitende Siliciumschicht (5) epitaktisch niedergeschlagen und reoxydiert wird, daß wehrend der Reoxydation die beiden Störstoffe, insbesondere Phosphor und Arsen ausdiffundiert werden,und daß beim Ausdiffundieren der ein": der beiden Störstoffe, insbesondere Phosphor, die obere Oberfläche der epitaktischen Schicht (5) erreicht, so daß eine N-leitende Tasche (11) in der P~leitenden epitaktischen Schicht (5) und dem Substrat (1) entsteht.8.) Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Tasche (11) eine etark dotierte N+Zone neben der Grenzfläche Ton epitaktischer Schicht (5) und Substrat (1) enthält.9·) Verfahren naoh den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der isolierten Tasche (11) vom H-Leitungstyp Basis- und Emitterdiffusionen sur Bildung eines Transistors durchgeführt werden.- 16 109821/180910.) Monolithische Halbleitervorrichtung, die nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung Halbleitermaterial (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält, dessen StÖrstoffkonzentration nicht größer als 10 ^ Atome pro car ist, daß sich in diesem Halbleitermaterial(1) eine Tasche (11) befindet, die vom anderen Leitfähig-17 keitstyp ist und eine Störstoffkonzentratioftvon etwa 10 ' Atomen pro cm, hat und die sich von der Oberfläche des Halbleitermaterials (1) aus erstreckt und daß in dieser Tasche (11) ein Halbleiterbauelement gebildet ist.109871/1809Leerseite
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