DE2124764A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halb leiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Halb leiteranordnungInfo
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Description
Patentassessor Λ; Va/EVU. JT.
Anmelder: N.V. PHILIPS' GLOEIUMPENFABRiEKEN in/nC/
Akt·: PHB-SlOFt
LSIkIOt*
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung.
In der Halbleitertechnik 13t die Bildung in einem Halbleiterkörper
von Gebieten verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitfähigkeitstyps durch Diffusion, Epitaxie und Ionenbeschuss,
entweder einzeln oder in Kombination, bekannt. Bei vielen Anwendungen werden diese Techniken auf einer ebenen Oberfläche durchgeführt;
eine epitaktische Schicht wird z.B. auf einer ebenen Oberfläche eines Substratgebietes niedergeschlagen; die Verunreinigungsdiffusion wird in einem Teil einer ebenen Oberfläche durchgeführt,
der durch eine Oeffnung in einer Isolierschicht auf der Oberfläche
frei gelegt ist; während der Einbau durch Ionenbeschuss in einem
Teil einer ebenen Oberfläche durchgeführt wird, de.r durch eine Oeffnung
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in einer Maskierungsachicht an dar Oberfläche definiert ist. In vielen
PSllen wird dadurch eine sich zu einem groasen Teil praktisch parallel
zu der ebenen Oberfläche erstreckende Grenzfläche zwischen zwei Gebieten verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitfähigkeitstype
erhalten. Wenn es wünschenswert ist, die Gebiete mit einer derartigen Grenzfläche zu bilden, dass verschiedene Teile in
verschiedenen Abständen von der ebenen Oberfläche liegen, können die Herstellungsschriti:e besonders kompliziert werden.
ψ Ein anderes sioh häufig ergebendes Problem besteht darin,
dass es, wenn nach der Bildung eines höher dotierten Gebietes und eines niedriger dotierten Gebietes in einem Halbleiterkörper mit
einer derartigen zwischenliegenden Grenzfläche, dass sich das höher dotierte weiter als das niedriger dotierte Gebiet von der Oberfläche
erstreckt, erwünscht sein kann, dass die Verunreinigungskonzentration in diesen Gebieten dadurch wiederverteilt wird, dass eine Verunreinigungsdiffusion
über die Grenzfläche von dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet in Richtung auf die erwähnte Oberfläche
durchgeführt wird. Zu diesem Zweck kann eine Wärme be h ar,-/Π π.·'£
durchgeführt werden, durch die die Verunreinigungsdiffuaion aus dem
hoher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet herbeigeführt
wird; in vielen Fällen ist dies aber nicht befriedigend, weil eine
unerwünschte Wiederverteilung der Verunreinigungen in einem anderen
Teil des Halbleiterkörpers auftreten kann, in dem eine Grenzfläche zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten
Gebiet vorhanden ist. Ferner ist es durch die Anwendung einer derartigen
Wärmebehandlung kaum möglich, die selektive Diffusion über nur einen Teil der Grenzfläche zwischen dem höher dotierten Gebiet
und dem niedriger dotierten Gebiet herbeizufuhren. Eine derartige
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selektive Diffusion kann für bestimmte Anwendungen erwünscht sein,
z.B. bei der Herstellung eines planeren bipolaren Tranaistors mit
einer niedrigen Basis-Kollektor-ITebergangskapazität, wobei es erforderlich
ist, die Verunreinigungskonzentration in einem hoch dotierten Teil des Kollektorgebietes in nur einem Teil dieses Gebietes einzustellen,
wobei sich der erwähnte Teil unmittelbar unterhalb-des Emittergebietes befindet. Eine andere Anwendung, bei der eine derartige
selektive Diffusion erwünscht ist, ist die Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung, wobei die Verunreinigungsdiffusion
durchgefühlt wird, um eine eine Insel in einer epitaktischen Schicht umgebende Wand zu definieren, wobei die erwähnte Wand und die epitaktische
Schicht verschiedene Leitfähigkeitstype aufweisen. Als Beispiel sei eine integrierte Halbleiterschaltung mit üblicher pn-Uebergangsisolierung
erwähnt, bei der eine epitaktische Schicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf einem höher dotierten Substrat vom zweiten
Leitfähigkeitstyp niedergeschlagen wird und Inseln vom ersten Leitfähigkeitstyp
in der epitaktischen Schicht dadurch gebildet werden, dass eine Verunreinigung vom entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp in
Teile der epitaktischen Schicht eindiffundiert wird, wodurch Isolierwände
vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet werden. Bei der
Bildung der Isolierwände zwischen dem Substrat und der epitaktisohen
Schicht wäre es wünschenswert, eine selektive Diffusion einer Verunreinigung vo.T. entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aus dem Substrat
in die Schicht über Teile der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht und dem Substrat fluchtrecht zu den Gebieten zu erhalten,
an denen die Verunreinigung in die epitaktische Schicht hineindiffundiert
wird. Auf diese Weise könnten lange Diffusionszeiten bei hohen
Temperaturen vermieden werden, weil Diffusion in die epitaktische
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Schicht zui Bildung der Isolierwände von einander gegenüber liegenden
Seiten der Schicht her in entgegengesetzten Richtungen stattfinden würde, Auf ähnliche Weise wäre es bei einer integrierten Halbleiterschaltung
mit einer sogenannten "Kollektorbottich"-Isolierung
(collectortub insulation), in der vergrabene Gebiete vom ersten Leit-.
fähigkeitstyp zwischen einem Substratgebiet und einer epitaktischen
Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp liegen und in der
Wände vom ersten Leitfähigkeitstyp, die sich zwischen der Oberfläche
^ der epitaktiachen Schicht und den vergrabenen Gebieten erstrecken,
durch Diffusion einer Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp
in Teile der Oberfläche der epitaktischen Schicht gebildet werden, erwünscht, eine selektive Diffusion in die epitaktische Schicht aus
dem zu den erwähnten Teilen der Oberfläche der epitaktischen Schicht
fluchtrechten Teil des verprabenen Gebietes zu erhalten. Auf diese
Weise würden die Wände in der epitaktiachen Schicht durch Diffusion von einander gegenüber liegenden Seiten dieser Schicht her in entgegengesetzten
Richtungen gebildet werden, wobei eine lange Diffusionszeit bei hoher Temperatur wiederum nicht notwendig wäre.
ψ Nach der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung ein Halbleiterkörper mit einer Grenzfläche
zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet einem Beschuss mit beschleunigten Teilchen oder Ionen unterworfen,
die von der Seite der Grenzfläche her, auf der sich das niedriger dotierte Gebiet befindet, zu der Grenzfläche gerichtet
werden, wobei der Beschuss durchgeführt wird, um Beschädigungen im Inneren der Kristallstruktur in der Nähe der Grenzfläche herbeizuführen,
während der Halbleiterkörper während des erwähnten Beschüsses auf einer hohen Temperatur gehalten wird, um eine erhöhte Diffusion
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von Verunreinigungen über die Grenzfläche aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet zu bewirken.
Bei gewissen nachstehend zu beschreibenden Anwendungen weist dieses Verfahren verschiedene Vorteile auf, aber grundsätzlich
hat dieses Verfahren den Vorteil, dass die erhöhte Verunreinigungsdiffuaion,
die durch den Beschuss induziert wird, sich bei einer Temperatur gut durchführen lässt, bei der die Verteilung der Verunreinigungen
in anderen Teilen dea Halbleiterkörper^ nicht in erheblichem
Masse gestört wird und auf nur einen Teil der Grenzfläche durch geeignete Steuerung des Einschlags der bombardierenden Teilchen
oder Ionen auf den Halbleiterkörper beschränkt werden kann.
Die Beschädigung der inneren Kristallstruktur wird durch die bombardierenden Teilchen oder Ionen herbeigeführt, die in der
Nähe der Grenzfläche Zwischengitterleerstellenpaare bilden. Diese
Leerstellen werden migrieren. Wenn der Halbleiterkörper während dea
Beschüsses auf einer höheren Temperatur gehalten wird, tritt eine erhöhte Verunreinigungsdiffusion aus dem höher dotierten Gebiet in
die Leerstellen in dem niedriger dotierten Gebiet auf.
Die Wahl der beschleunigten Teilchen oder Ionen hängt u.a. von der betreffenden Herstellung ab. Protonen sind aber besonders
geeignet, weil Protonen mit Energien, die mit üblicher Apparatur leicht erzielbar sind, eine mittlere Eindringtiefe in ein
Halbleitermaterial, z.B. Silicium aufweisen, die genügend gross ist,
um die Beschädigung der inneren Kristallstruktur an einer vorher bestimmten Stelle in dem Körper, wo eine derartige Beschädigung verlangt
wird, herbeizuführen. Andere anwendbare Teilchen sind z.B. Neutronen, Elektronen oder Gammastrahlen, obwohl in vielen Fällen
ein Beschuss mit Protonen wegen der für eine bestimmte Dosis herbei-
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geführten grösseren Beschädigungen bevorzugt wird.
Der Beschuss kann auch mit verschiedenen Ionen» z.B. mit
Ionen von Verunreinigungen, durchgeführt werden, die in den Halbleiterkörper eingebaut sind und die nicht nur Beschädigung in der inneren
Kristallstruktur herbeiführen, sondern auch zur Bestimmung d^r
Leitfähigkeit und/oder des LeitfShigkeitstyps eines Gebietes des Halbleiterkörpers dienen.
Die erhöhte Temperatur, auf der der Halbleiterkörper während
ψ des Beschüsses gehalten wird, wird je nach der Art der bombardierenden
Teilchen oder Ionen bestimmt; z.B. wird bei einem Beschuss mit gewissen
Teilchen durch die Temperaturerhöhung des Halbleiterkörpers ,
die durch die bombardierenden Teilchen herbeigeführt wird, eine äussere
Erhitzungsquelle entbehrlich sein.
Bei Anwendung eines Beschüsses mit Protonen wird der Halbleiterkörper
vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 500 - 7000C durch eine äuasere Erhitzungsquelle erhitzt.
Der Einschlag der bombardierenden Teilchen oder Ionen auf
den Halbleiterkörper kann derartig sein, dass die erwähnten Teilchen
oder Ionen Kanalbildung in dem Kristallgitter herbeiführen. Dies ist aber keine wesentliche Bedingung für den Beschuss und die Anwendung
von Kanalbildung kann von dem Abstand abhängig sein, über den die Teilchen oder Ionen in den Halbleiterkörper eindringen müssen, um
die Umgebung der Grenzfläche zwischen dem höher dotierten Gebiet
und dem niedriger dotierten Gebiet zu erreichen. Bei Silicium z.B.
haben Protonen mit einer Energie von I50 ^eV eine mittlere Eindringtiefe
von etwa 1,3/um und wenn sich also die Grenzfläche in einem
Abstand von 4/um von der dem Beschuss ausgesetzten Oberfläche befindet,
wird infolge der Diffusion der Leerstellen, die durch die
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- 7 - PHB.32058.
Protonen gebildet sind, eine beträchtliche Anzahl von Leeretellen
in der Nähe der Grenzfläche vorhanden sein. Es wird eine erhöhte Diffusion von Verunreinigungen aus dem höher dotierten Gebiet in die
Leerstellen stattfinden. Da die Protonen eine praktisch Gaussehe Verteilung
in dem Siliciumkörper aufweisen, wird die Beschädigung dann
über einen erheblichen Abstand auftreten. Wenn der Flinschlag der
Protonen derartig ist, dass Karialbildung auftritt, ist die mittlere
Eindringtiefe in Silicium von Protonen mit einer Energie von 150 keV
etwa 10/um. Wenn der Siliciumkorper ein niedriger dotiertes Oberf]ächengebiet
mit einer Dicke von z.B. 4/um auf einem höher dotierten
Gebiet enthalt, werden die kanalbildenden Protonen in das niedriger
dotierte Gebiet eindringen und ein wesentlicher Teil dieser Protonen wird ihre Energie in der Nähe der Grenzfläche verlieren, wo eine
Kollisionskaskade auftreten und eine erhebliche Beschädigung herbeigeführt werden wird. Dies ist für eine vollkommene Kanalbildung des
Kristallgitters nicht wesentlich, weil das wichtigste Kriterium darin
besteht, dass bei Anwendung der Kanalbildung ein grosser Teil der
kanalbildenden Protonen ihre Energie in der Nfihe der Grenzfläche verlieren
muss.
Bei einem Verfahren nach der Erfindung können das höher
dotierte Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet den gleichen Leitfähigkeitatyp
oder verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen.
Die Grenzfläche kann praktisch mit der Grenzfläche zwischen einem Subatratgebiet des Korpers und einer darauf befindlichen epitaktischen
Schicht zusammenfallen. Das höher dotierte Gebiet kann
im wesentlichen in dem Substratgebiet und das niedriger dotierte
Gebiet in der epitaktischen Schicht liefen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgeraässen
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2 1 2 4 7 R 4
Verfahrens wird der Einschlag der bombardierenden Teilchen oder Ionen auf den Halbleiterkörper auf der Seite der Grenzfläche, auf
der daa niedriger dotierte Gebiet liegt, dadurch beschränkt, dasa die durch den Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen
aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet ' über nur einen Teil des Gebietes der Grenzfläche erhalten wird.
Diese Ausfuhrungsform des erfindungagemSssen Verfahrens lässt sich
fc besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines planaren bipolaren
Tranaistora anwenden, wobei as erwünscht ist, einen höher dotierten Teil des Kollektorgebietes zu profilieren; auch eignet sich diese
AuafUhrungsform zur Anwendung bei der Herstellung einer integrierten
Halbleiterschaltung, wobei es erwünscht ist, eine isolierende Grenzwand
zu bilden, die sich durch eine epitaktiache Schicht erstreckt,
ohne eine viel Zeit beanspruchende Diffusion bei hoher Temperatur durchzuführen. Diese Anwendungen des Verfahrens nach der Erfindung
werden im Detail beschrieben.
Bei der erwähnten bevorzugten Ausführungsform des erfindungagemHssen
Verfahrens, bei der der Einschlag der bombardierenden Teilchen oder Ionen auf den Halbleiterkörper beschränkt ist, kann der
Beschuss in Gegenwart einer Maske auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers
durchgeführt werden, wobei die durch den Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen über einen Teil des Gebietes
der durch eine Oeffnung in der Maske definierten Grenzfläche durchgeführt
wird.
Der Beschuss kann durchgeführt werden, damit zugleich mit der erhöhten Diffusion von Verunreinigungen aus dem höher dotierten
Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet eine erhöhte Diffusion von Verunreinigungen in der entgegengesetzten Richtung aus einem weiteren
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- 9 - PHB.32OS8.
höher dotierten Gebiet in ein niedriger dotiertes Gebiet erhalten wird.
Diese gleichzeitig erhaltene erhöhte Diffusion von Verunreinigungen in entgegengesetzten Richtungen kann für verschiedene Zwecke angewandt
werden; die erhöhte Diffusion von Verunreinigungen aus dem
weiteren höher dotierten Gebiet in ein niedriger dotiertes Gebiet kann z.B. dadurch erhalten werden, dass sich in dem Körper ein pn-Uebergang
zwischen dem weiteren höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet fortsetzt, wobei das weitere höher dotierte
Gebiet zuvor z.B. durch Diffusion als Oberflächengebiet angebracht wird und dieses Oberflächengebiet dem Beschuss mit Teilchen oder Ionen
ausgesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden anfänglich höher dotierten Gebiete aber den gleichen ersten
Leitfähigkeitstyp auf und sind sie durch ein gemeinsames niedriger
dotiertes Gebiet voneinander getrennt, wobei die gleichzeitig durchgeführten durch Beschuss induzierten erhöhten Verunreinigungsdiffusionen
in entgegengesetzten Richtungen durchgeführt werden, um ein ununterbrochenes Gebiet vom erwähnten ersten Leitfähigkeitstyp zwischen den
erwähnten anfänglich höher dotierten Gebieten zu erhalten. Diese bevorzugte Ausführungsform lässt sich vorteilhaft bei der Herstellung
einer integrierten Halbleiterschaltung zur Bildung einer sich durch eine epitaktische Schicht hin erstreckende Grenzwand oder zur Bildung
eines Transistorkollektorkontaktgebietes verwenden, das sich durch eine epitaktische Schicht hin zu einem vergrabenen Gebiet vom ersten
Leitfähigkeitatyp erstreckt, welche Verfahren nachstehend im Detail
beschrieben werden.
Ein Verfahren nach der Erfindung kann bei der Herstellung eines planeren bipolaren Transistors verwendet werden, wobei die
durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion durchgeführt
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- 10 - PHB.32058.
212Λ764
wird, um den Umfang und die Dotierung eines Teiles dea Kollektorgebietea,
z.B. einen direkt unterhalb dea Emittergebietes liegenden
Teil des Kollektorgebietes, zu definieren. Bei einen derartigen Verfahren
wird somit ein Translator gebildet, der ein Kollektorgebiet
mit einem hoch dotierten unterhalb des Kollektor—Basis-Uebergangs
liegenden Teil enthält, welcher hoch dotierte Teil einen ersten sich unterhalb eines ersten Gebietes des Kollektor/Ba3is-Uebergangs, der
fc unmittelbar unterhalb des Emittergebietea liegt, erstreckenden Teil
und einen sich daran anschlieasenden zweiten Teil enthält, der aich
unterhalb eines anscbliessenden zweiten Gebietes dea Kollektor/Basis-Ueberganga
bofindet, wobei der erwähnte erste Teil der gemeinsamen
Oberfläche, an der die Trane istor-Uebergänge enden, näher liegt ala
der anschlieasenda zweite Teil, wobei der Umfang dea erwähnten ersten
Teiles durch die erwähnte durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen bestimmt wird, die durch Beschuss eines Gebietes
der gemeinsamen Oberfläche herbeigeführt wird, das in bezug auf die
Gröase und die Lage praktisch dem Gebiet der erwähnten Oberfläche
entspricht, daa von dem Emittergebiet eingenommen wird. Ein Transistor
mit einer derartigen Konfiguration kann mit einer sehr niedrigen Kollektor/Basia-Uebergangskapazitat gebildet werden und ist in der
älteren Anmeldung Nr. 41475/68 (PHB.5i.90i) beschrieben. Die Anwendung
der durch Beschuss induzierten erhöhten Diffusion von Verunreinigungen
zur Bildung einer derartigen Konfiguration des hoch dotierten Teiles
des Kollektorgebietea achafft ein besonders einfaches Verfahren zur
sogenannten Profilierung des Kollektors. Bisher wurden komplizierte
epitaktische Ablagerungs- und/oder Diffusionsschritte zum Erhalten
einer derartigen Profilierung des Kollektors durchgeführt. Ferner ist as bei den erwähnten bereits angewandten Verfahren nach dem
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- 11 - PHB.52058.
Anbringen <3ei erwähnten Profilierung des hoch dotierten Teiles der
Kollektorgebiete erforderlich, den erwähnten ersten Teil zum Durchföhren
des anschliessenden Emitterdiffusionsschrittea mit grosser
Genauigkeit anzubringen» wobei diese Lokalisierung erforderlich ist, um zu sichern, dasa der Emitter direkt unterhalb des erwähnten ersten
Teiles liegt. Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann dieser.Lokalisierungsschritt
vermieden werden, indem der Beschuss auf einem Gebiet der gemeinsamen Oberfläche stattfindet, das durch eine Oeffnung.
in einer Maekierungsschicht auf der gemeinsamen Oberfläche frei
gelegt ist, welche Oeffnung dann zum Einführen der Emitterverunreinigungekonzentration
in den Körper benutzt wird. Auf diese V/eise kann die Lokalisierung des Emitters über den erwfihnten ersten Teil des erwähnten
hoch dotierten Teiles des Kollektorgebietes mit sehr grosser Genauigkeit erfolgen.
Die erwähnte Profilierung des hochdotierten Teiles des Kollektorgebietes durch die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungadiffusion
kann für verschiedene Transistorstrukturen durchgeführt werden. In einer Ausführungsform sind das höher dotierte
Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet, zwischen denen die durch
Beschuss induzierten erhöhten Verunreinigungadiffusionen durchgeführt
werden, beide vom gleichen ersten LeitfShigkeitstyp wie das zu bildende
Kollektorgebiet, wobei das höher dotierte Gebiet auf dem Oberflächenteil des Substratgebietes vom ersten Leitfähigkeitstyp liegt und daa
niedriger dotierte Gebiet sich in einer epitaktischen Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf dem Substratgebiet befindet, wobei der
erwähnte zweite Teil des höher dotierten Teiles des Kollektorgebietes durch die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinifungsdiffusion
in die epitaktieche Schicht gebildet wird. Durch diese
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- 12 - - PHB.32058.
Ausführungsform des Verfahrens kann also eine epitaktische planare
Transistorstruktur mit der erwähnten Profilierung des hochdotierten
Teiles des Kollektorgebietes gebildet werden. Auch kann ein Transistor
in einer integrierten Halbleiterschaltung mit der erwähnten Kollektor—
profilierung gebildet werdenf der nachstehend beschrieben wird.
Ein Verfahren nach der Erfindung kann bei der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung verwendet werden, in der die
durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion durchge-
fc führt wird, um eine eine Insel in der epitaktischen Schicht umgebende
Wand wenigstens teilweise zu definieren, wobei die erwähnte Wand und
die epitaktische Schicht verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen. Diese Ausführungsform des Verfahrens kann bei üblichen integrierten
Schaltungen mit pn-Uebergangsisolierung verwendet werden, wobei die
epitaktische Schicht und das unterliegende Substratgebiet verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen, und auch bei integrierten Schaltungen
mit sogenannter "Kollektorbottich"-Isolierung, wobei die epitaktiache
Schicht und das unterliegende Substratgebiet den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
™ Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Halbleiterkörper
also eine epitaktische Schicht vom ersten Leitfähigkeits typ
auf einem Substratgebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei das Substiatgebiet eine höhere Dotierung als die epitaktische
Schicht an der Grenzfläche aufweist, und wobei die erhöhte Diffusion
von Verunreinigungen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp über
einen Teil der erwähnten Grenzfläche aus dem Substratgebiet in die epitaktische Schicht durch Beschuss eines Teiles der Oberfläche der
epitaktischen Schicht erhalten wird, wobei die erwähnte durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen wenigstens teilweise
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- 13 - PHB.32058.
eine Wand vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp definiert, die sich
von dem Substratgebiet zu der Oberfläche der epitaktischen Schicht
erstreckt und die eine Insel vom ersten Leitfähigkeitstyp in der epitaktischen Schicht umgibt. Bei diesem Verfahren kann vor dem Beschuss
auf dem erwähnten Teil der Oberfläche der epitaktischen Schicht ein Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, das
sich in, aber nicht durch die epitaktische Schicht hin erstreckt, wobei die erhöhte Verunreinigungsdiffusion, die durch Beschuss erhalten
wird, eine ununterbrochene Wand vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
zwischen dem erwähnten Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und dem Subatratgebiet bildet.
Zugleich mit der Definition der Grenzwand durch die erhöhte Verunreinigungsdiffusion können auch der Umfang und die Dotierung
eines Teiles des Kollektorgebietes eines in einer Insel in der epitaktischen Schicht zu bildenden Transistors dadurch definiert werden,
dass eine durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in die Insel aus einem hoch
dotierten vergrabenen Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp an der
Grenzfläche zwischen dem Substratgebiet und der epitaktischen Schicht
durchgeführt wird. Diese durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen vom ersten LeitfBhigkeitstyp kann durchgeführt
werden, um den Umfang und die Dotierung eines hoch dotierten Teiles des Kollektorgebietes zu definieren, der sich unmittelbar unterhalb
des Emittergebietes befindet.
Ein Teil des Kollektorgebietes, der sich zwischen dem vergrabenen Gebiet und der Oberfläche der epitaktischen Schicht erstreckt
und einen Weg niedrigen Widerstandes von der Oberfläche zu dem vergrabenen Gebiet bildet, kann auch duroh durch Beschuss induzierte
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- 14 - ΡΠΒ.3?Ο58.
erhöhte Diffuaion von Verunreinigungen definiert werden.
Bei einer anderen besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens zur Herateilung einer inte^iieiten Halbleiterschaltung
enthält der Halbleiterkörper ein vergrabenes Gebiet vom
ersten Leitfähigkeitstyp, das sich zwischen dem Substratgebiet vom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einer epitaktiachen Schicht
vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp befindet, wobei die erwähnte
epitaktische Schicht niedriger als das vergrabene Gebiet an der zwischenliegendan Grenzfläche dotiert ist, wobei die erhöhte Verunreinigungsdiffusion
über einen Teil der erwähnten Grenzfläche aus dem vergrabenen Gebiet in die epitaktische Schicht durch Beschuss
eines Teiles der Oberfläche der epitaktischen Schicht durchgeführt wird, wobei die durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen
wenigstens teilweise eine Wand vom ersten Leitfähigkeitstyp definiert, die sich von dem vergrabenen Teil der Oberfläche
der epitaktischen Schicht erstreckt und die eine Insel vom entgegengesetzten
LeitfMhigkeitatyp in der epitaktischen Schicht umgibt.
Die Wand und das vergrabene Gebiet könnan zusammen das Kollektorgebiet
eines Transistors bildens wobei der Emitter und die Basis in der
Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp gebildet werden, die von der erwähnten Wand und dem vergrabenen Gebiet umgeben wird.
Bei dem obenbeschriebenen Verfahren kann vor dem Beschuss
auf dem erwähnten Teil der Oberfläche der epitaktischen Schicht ein
Gebiet vom ersten Leitfähigkeitatyp gebildet werden, das sich in,
aber nicht durch die epitaktische Schicht hin erstreckt, wobei die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion eine ununterbrochene
Wand vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen dem erwähnten
Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem vergrabenen Gebiet vom
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- 15 - PHB.32058.
ersten Leitfähigkeitstyp bildet.
Zugleich mit der Definition der Wand durch die erhöhte Verunreinigungsdiffusion können auch der Umfang und die Dotierung
eines Teiles des Kollektorgebietes eines Transistors dadurch definiert
werden, dass eine durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in die Insel aus dem
vergrabenen Gebiet durchgeführt wird, wobei das vergrabene Gebiet und die Wand vom ersten Leitfähigkeitstyp einen Teil des Kollektorgebietes
bilden und das Emittergebiet und das Basisgebiet in der Insel gebildet werden, die von diesem Kollektorgebiet umgeben wird,
wobei der erwähnte Teil des Kollektorgebietes unmittelbar unterhalb des Emittergebietes liegt.
Bei einem Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung
einer integrierten Halbleiterschaltung kann die durch Beschuss induzierte
erhöhte Verunreinigungsdiffusion an einer Anzahl von Stellen
in dem Halbleiterkörper durchgeführt werden, damit wenigstens teilweise
eine Anzahl von Wänden in der epitaktischen Schicht definiert
werden. Ferner kann die durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen an einer Anzahl von Stellen in dem Halbleiterkörper
durchgeführt werden» damit eine Anzahl von Transistor-Kollektorgebietsteilen
definiert werden, wobei die Transistoren in oder im Zusammenhang mit einer oder mehreren Inseln in der epitaktischen
Schicht gebildet werden. Die Wände und die Kollektorgebietsteile können gleichzeitig durch durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion
von Verunreinigungen definiert werden, wodurch in einem einzigen
Bearbeitungsschritt und in verhältnismässig kurzer Zeit Isolierwände
und Kollektorgebietsteile über eine Halbleiterscheibe mit grossem
Flächeninhalt definiert werden können·
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- 1:6 - PKB.32058.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden nöher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Schnitte durch einen Halbleiterkörper während
aufeinander folgender Stufen einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung, durch welche allgemeine Auaführungsform
die durch Benchuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen
Über eine GrenzflBche aus einem höher dotierten Gebiet in ein niedriger
k dotiertes Gebiet illustriert wird|
Fig. 5-8 Schnitte durch einen Halbleiterkörper während
aufeinander folgender Stufen einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung, welche Ausführungsform sich auf die
Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer üblichen pn-TJebergangsiaolierung bezieht, wobei die durch Beschuss induzierte
erhöhte Verunreinigungsdiffusion durchgeführt wird, um eine Isolier-. wsnd, einen hooh dotierten Teil des Kollektorgebietes eines Transistors
der integrierten Schaltung, sowie ein Kollektorkontaktgebiet des
Transistors zu definieren;
" Fig. 9-12 Schnitte durch einen Halbleiterkörper in einer
dritten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens, welche
Ausfühiungsform sich auf die Herstellung der integrierten Halbleiterschaltung
mit einer sogenannten "Kollektorbottich"-Isolierung bezieht,
wobei durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen durchgeführt wird, um eine Wand und einen hoch dotierten
Teil eines Kollektorgebietes eines Transistors der integrierten Schaltung zu definieren.
In den Fig. 1 und 2 wird auf einem mit Bor dotierten ρ -Siliclumsubstrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von 0,001 Sicm
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- 17 - PHB.32058.
und einer Dicke von etwa 200/Um eine niedriger dotierte p-leitende
epitaktische Schicht 2 mit einem spezifischen Widerstand von 5 Λαη,
welche als Akzeptor-Dotierungsmittel Bor enthSlt und eine Dicke von
3/um aufweist, epitaktisch niedergeschlagen. Die Bordotierung in
der epitaktischen Schicht ist praktisch gleichmässig und hat einen
Wert von etwa 10 Atomen/cm . Die Orientation der Oberfläche des Substrats ist<111^ . Auf die Oberfläche 3 der epitaktischen Schicht
wird durch Oxydation in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur eine Siliciumoxydschicht 4 mit einer Dicke von 1200 AE aufgewachsen.
Nach Oxydation wird eine Molybdänschicht 5 mit einer Dicke von etwa
1 /um auf der Siliciumoxydschicht niedergeschlagen. Durch einen photographischen
Aetzschritt wird in der MolybdHnschicht 5 und der unterliegenden
Siliciumoxydschicht 4 eine Oeffnung 6 angebracht, durch die
ein Oberflächenteil 1J der epitaktischen Schicht frei gelegt wird,
wobei die Molybdän- und Siliciumoxydschichten unter Verwendung eines
einzigen Mäskierungsschrittes definiert werden. Das Molybdän wird mit
einem Gemisch von konzentrierter Salpetersäure, konzentrierter Schwefelsäure und Wasser geätzt, wobei das Verhältnis der Bestandteile
1 : 7 '· 1 in der genannten Reihenordnung ist.
Der Halbleiterkörper wird dann in die Auftreffkammer eines
Protonenbeschleunigungsapparates gesetzt, wobei der frei gelegte Oberflächenteil 7 senkrecht auf der Achse des Bündels steht. Der
Protonenbeschuss wird unter Erhitzung des Halbleiterkörpers auf 7000C durchgeführt und die Energie der Protonen beträgt 150 keV,
während die Dosis 2,0 . 10 cm2 iat. Der Protonenbeschuss hat den
Zweck, Beschädigungen in der inneren Kristallstruktur nur an einer Stelle unterhalb des Oberflächenteiles 7 herbeizuführen, während
die Molybdänschicht 5 als Maske wirkt. Die Protonen erzeugen
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- 18 - PHB.32058.
Zwiachengitterleeratellenpaare. Die mittlere Eindringtiefe der
Protonen beträgt 0,3/Ui» und die Oberfläche, über die Beschädigungen
an der Kriatallatxuktur auftreten» erstreckt sich über gut diesen
Abstand, während erhebliche BeschSdigtrigsn in der NShe der Grenzfläche
zwischen dem höher dotierten Substrat und der niedriger dotierten darauf befindlichen epitaktischen Schicht auftreten. Protonen, die
Kanäle im Kristallgitter bilden, haben eine viel grössere Eindringtiefe
und warden durch die epitaktische Schicht in das Substrat 1
ψ eindringen· Beim Erreichen des Substrata 1 werden diese kanalbildenden
Protonen eine Kollisionakaakade veranlassen und die Grenzfläche in
erheblichem Masse beschädigen. Bei der Erhitzungstemperatur von 7000C
werden Boratome in dem höher dotierten Substrat 1 über die Grenzfläche
in die Leerstellen eindiffundieren, die infolge der Beschädigungen
in der niedriger dotierten epitaktischen Schicht 2 gebildet aind. Fig. 2 zeigt diesen Schritt, wobei das Protonenbündel schematisch
mit 8 bezeichnet ist.
Die gestrichelte Linie 9 bezeichnet die Kontur der Bor-
^ konzentration von 10 Atomen/cm , die dia ursprüngliche Konzentration
in der epitaktiachen Schicht 2 ist. Die erhöhte Bordiffusion aus
dem höher dotierten Substrat 1 in die niedriger dotierte epitaktische
Schicht 2 ergibt die Kontur 9 mit einem Teil 10, der unmittelbar unterhalb des Oberflächenteiles 7 liegt, der sich in geringer Entfernung
von dar Oberfläche 3 als der angrenzende Teil 11 unter der
Molybdänmaakierungsaohicht erstreckt. Zwischen dem Teil 10 und der
Grenzfläche zwischen des epitaktischen Schicht «n4 dem Substrat
variiert die Borkonzentration von 10 Atomen/cm8 zn 10 Atomen/cm3.
Der Abstand des Teiles 10 von der Oberfläche ist etwa 2/um. Der
Teil 11 erstreckt aioh in der epitaktischen Schicht und ist ober
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- 19 - PHB.3PO58.
einen kleinen Abstand von der Grenzfläche zwischen der epitaktischen
Schicht und dem Substrat getrennt, weil während der Epitaxie und der anschliesaenden Erhitzung beim Protonenbeschuss eine kleine Diffusion
von Bor von dem Substrat in die epitaktische Schicht an diesen Teilen auftritt.
Diese Ausführungsform zeigt die erhöhte Verunreini^uncsdiffusion
über nur einen Teil einer Grenzfläche zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet, wobei nur ein
Teil der Halbleiteroberfläche bombardiert wird, der durch eine Oeffnung 6 in einer Maskierungsschicht 5 definiert ist. Das Verfahren
kann auf entsprechende Weise für ein Substrat und eine epitaktische Schicht, die beide aus η-leitendem Silicium bestehen, oder auch für
ein Substrat und eine epitaktische Schicht, die verschiedene Leitfähigkeitstypen
aufweisen, durchgeführt werden.
Die Anwendung eines Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit üblicher
pn-Uebergangsisolierung wird nun an Hand der Fig. 5-8 beschrieben.
Es wird von einem mit Bor dotierten ρ -Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Sicm und einer Dicke von
200/um ausgegangen. Auf einer Oberfläche mit ^111^" -Orientation
wird eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von 2000 A1E durch
Oxydation in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur angewachsen.
Durch einen photographiachen Aetzachritt werden eine Anzahl von
Oeffnungen in der Siliciumoxydschicht angebracht. Dann wird Phosphor
in die frei gelegten Teile des Substrats eindiffundiert, um eine
Anzahl hoch dotierter n+-Gebiete mit einer Phosphoroberflächenkonzentration
von nahezu 10 Atomen/cm zu bilden. Anschliessend wird die Siliciumoxydschicht entfernt und wird die Oberfläche des Substrats
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- 20 - FHB..32058
212 4
für epitaktische Ablagerung vorbereitet. Eine η-leitende epitaktische
Schicht mit einem.spezifischen Widerstand von 10 Shcmt die pleichmSssig
mit Phosphor dotiert ist und eine Dicke von 3/um aufweist,
wird epitaktisch auf der Substratoberfläche niedergeschlagen. Diese
Schicht vergräbt zuvor diffundierte η -Gebiete und während der epitaktischen
Ablagerung diffundiert ein wenig Phosphor aus diesen vergrabenen Gebieten in das weniger hoch dotierte oberliegende niedergeschlagene
Material der η-leitenden epitaktischen Schicht hinein. fe Dann wird eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von
3000 Se auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht durch Oxydation
in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur angewachsen. Eine Anzahl von Oeffnungen werden in der eben angewachsenen Oxydschicht
durch einen photographischen Aetzschritt angebracht, wobei diese
Oeffnungen fluchtrecht zu Randteilen der η -leitenden vergrabenen Gebiete liegen. In diese Oeffnungen wird Phosphor zur Bildung von
η -Kollektorkontaktgebieten eindiffundiert, wobei die Diffusion in zwei Stufen durchgeführt wird; die erste Stufe besteht aus einem
Phosphorniederschlaggschritt zur Bildung eines Oberflächenschichtwiderstände
von 2θΛρΐο Quadrat und die zweite Stufe besteht aus
einem "Drive-in"-Schritt während 10 Minuten bei 11000C in feuchtem
Sauerstoff. Anschliessend wird eine weitere Oxydation durchgeführt,
um die Oeffnungen, in denen die Phosphordiffusion stattgefunden hat, zu verschliessen; zu diesem Zweck wird eine weitere Siliciumoxydschicht
mit einer Dicke von etwa 1200 Xe in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter
Temperatur angewachsen.
Fig. 3 zeigt einen Teil des Halbleiterkörpers nach dieser. Bearbeitungsstufe. Auf einer Oberfläche 22 eines ρ -Substrats 21
befindet sich eine η-leitende epitaktische Schicht 23. Auf der Ober-
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- 21 - PHB.32058.
flache 24 der epitaktischen Schicht 23 liegt eine Siliciumoxydschicht
25 mit einer Dicke von mehr ala 3500 fts. Ein n+-Gebiet 26
ist zwischen dem ρ -Substrat 21 und der η-leitenden epitaktischen Schicht 23 vergraben. Das η -leitende vergrabene Gebiet 26 bildet
einen pn-Uebergang 27 in dem Substrat. Das n+-leitende vergrabene
Gebiet 26 erstreckt sich auch in der niedriger dotierten n-leitenden
epitaktischen Schicht 23» während die gestrichelte Linie 28 die Kontur einer Phosphorkonzentration bezeichnet, die der Hintergrunddotierung
dieser Schicht entspricht, wobei sich diese Kontur etwa 2/Um von der Oberfläche 24 erstreckt. Auf der Oberfläche 24 befindet
sich ein mit Phosphor diffundiertes η -Kollektorkontaktgebiet 30, das
unmittelbar oberhalb eines Endteiles des vergrabenen Gebietes 26 liegt. Die gestrichelte Linie 31 bezeichnet die Kontur einer Phosphorkonzentration,
die der Hintergrundkonzentration in der Schicht 23 entspricht, welche Kontur sich in einem Abstand von höchstens 0,75/Um
von der Oberfläche 24 erstreckt. Ein isolierender Schichtteil 32 aus einem Phosphorsilikatglas, der durch weitere Oxydation verdickt
ist, befindet sich in der Oeffnung, in der die Diffusion zur Bildung
des Gebietes 30 stattgefunden hat.
Der nöchste Herstellungsschritt besteht darin, dass weitere
Oeffnungen in der Siliciumoxydschicht durch einen photographischen
Aetzschritt angebracht werden. Dann wird Bor in diese Oeffnungen hineindiffundiert. Die Bordiffusion besteht aus einem Niederschlagsschritt
zui Bildung eines Oberflächenschichtwiderstandes von 30 Si pro
Quadrat und aus einem "Drive-in"-Schritt während 10 Minuten bei 110O0C.
Anschlifissend werden durch einen weiteren photographischen
Aetzsohritt Oeffnungen in der Siliciumoxydsohicht angebracht, wobei
diese Oeffnungen auch die OberflSchenteile umfassen, die von einigen
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- 22 - PHB.32058.
212476A
der mit Bor diffundierten Gebiete eingenommen sind. Eine mit Bor
dotierte Oxydschicht mit einer Dicke von 0,5/um wird dann über die ganze Oberfläche aus einem Gemisch von Diboran (BpHg) und Silan
(SiH.) in Sauerstoff niedergeschlagen. Nach diesem Niederschlag wird
eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 1,0/um Ober die ganze Oberfläche
der mit Bor dotierten Oxydschicht niedergeschlagen.
Fig. 4 zeigt den Körper in dieser Bearbeitungsstufe. Der
Bordiffusionsschritt ergibt ρ -Oberflächengebiete 34, die zur
% Definition der Isolierwand dienen müssen, und ρ -Oberflächengebiete 35»
die als Basiskontaktteile dienen müssen. Die ρ -Gebiete 34 befinden
sich auf Teilen 36 der Oberfläche, während die ρ -Gebiete 35 auf
Teilen 37 der Oberfläche liegen, wobei die erwähnten Teile 36 und
als Oeffnungen in der Oxydschicht 25 definiert sind. Die mit Bor
dotierte Oxydschicht 41 erstreckt sich in unmittelbarer Berührung
mit der Siliciumoberfläche an einer mittleren Oeffnung in deT thermisch
gewachsenen Oxydschicht 25. Die Molybdänschicht 42 erstreckt sich völlig oberhalb der mit Bor dotierten Oxydschicht 4I.
Durch einen photographischen Aetzschritt werden Oeffnungen
in der Molybdänschicht und in der unterliegenden mit Bor dotierten
Oxydschicht unter Verwendung eines einzigen Maskierungsschrittes angebracht. Durch die Oeffnungen werden die Oberflächenteile 36
des Silioiums, auf denen sich die ρ -Gebiete 34 erstrecken, Oberflächenteile,
die sich unmittelbar oberhalb der η -Kollektorkontaktgebiete 30 befinden, und weitere Oberflächenteile, die sich je praktisch
zentral oberhalb eines vergrabenen Gebietes'36 befinden und deren
Abmessung und Lage endgültig für die Diffusion einer Transistor-Emitterverunreinigungskonzentration
bestimmt ist, frei gelegt. Es sei bemerkt, dass in dieser Bearbeitungsstufe die Oberflächenteile 37
109849/1737
- 23 - PHE.52058.
oberhalb der ρ -Baaiskontaktgebiete 35 nach wie vor mit der mit Bor
dotierten Oxydschicht überzogen sind.
Der Halbleiterkörper wird dann einem Protonenbeschuss bei 7000C unter genau den gleichen Bedingungen in bezug auf Orientation ,
Energie und Dosis wie in dem obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel unterworfen.
Fig. 5 zeigt den Körper nach dem Protonenbeschuss und dem
Erhitzungsschritt. Auf Teilen der Oberfläche 24 befinden sich Teile · der Siliciumoxydachicht 25, die mit der mit Bor dotierten Oxydschicht
41 überzogen ist, während auf anderen Teilen der Oberfläche
die mit Bor dotierte Oxydschicht 41 in unmittelbarem Kontakt mit dem
Silicium ist. Auf allen Teilen der Schicht 4I sind Molybdänschichtteile
42 vorhanden. Durch Oeffnungen 43 in der Molybdänschicht 42 und in den unterliegenden Oxydschichtteilen 41 und 25 werden die
Oberflächenteile 36 frei gelegt. Eine Oeffnung 44 zeigt den Oberflächenteil,
an dem Phosphordiffusion zur Bildung des η -Kollektorkontaktgebietes
30 stattgefunden hat. Eine weitere Oeffnung 45 ist praktisch zentral oberhalb des vergrabenen Gebietes 25 angebracht.
Der Protonenbeschu88 an diesen Oeffnungen und die Erhitzung auf 7000C
während des Protonenbeschusses ergeben die in Fig. 5 dargestellte
Struktur. Der Beschuss in den Oeffnungen führt Beschädigungen in der N8he der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht 23 und
dem Substrat 21 herbei, während bei der Erhitzungstemperatur von 7000C
eine erhöhte Diffusion von Bor aus dem höher dotierten Substrat 21
in die niedriger dotierte epitaktische Schicht 23 an Stellen auftritt, die sich unmittelbar unterhalb der Oeffnungen 43 befinden. Veiter
bewirken der Beschuss und die Erhitzung, dass die anfänglich diffundierten Borkonzer.trationen in den ρ -Gebieten 34 sich weiter in der
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- 24 - PHB.32058.
2 1 2 ^ 7 R A
epitaktischen Schicht erstrecken. Dies ergibt die Bildung von ρ -Isolierwänden 51» die sich zwischen der Oberfläche der epitaktischen
Schicht und dem Substrat 21 erstrecken. An der Stelle der Oeffnungen
führt der Protonenbeschuss Beschädigungen an den unterliegenden Teilen der epitaktischen Schicht in der Nähe der Grenzfläche zwischen
dem n-leitenden Material der epitaktischen Schicht und dem n+-laiter,den
vergrabenen Gebiet herbei, während bei der Erhitzungstomperatur von
70O0C erhöhte Diffusion von Phosphor aus dem höher dotierten ver-
Jk grabenen Gebiet 26 in die niedriger dotierte epitaktische Schicht 23
an einer unmittelbar unterhalb der Oeffnung 44 liegenden Stelle auftritt.
Der Protonenbeschuss an der Stelle der Oeffnung 44 führt auch Beschädigungen an dem Teil der epitaktischen Schicht herbei, der sich
unmittelbar unterhalb des zuvor diffundierten η -Gebietes 30 befindet,
während bei der Erhitzungstemperatur von 7000C erhöhte Diffusion von Phosphor in den unterliegenden Teil der epitaktischen
Schicht aus dem η -Gebiet 30 auftritt. Die gleichzeitig durchgeführte
erhöhte Diffusion von Phosphor in entgegengesetzten Richtungen veranlasst die Bildung eines ununterbrochenen η -Gebietes 52 das
sich zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht und der Oeffnung 44 in dem η -leitenden vergrabenen Gebiet 26 erstreckt,
wobei das erwähnte Gebiet 52 einen Verbindungsweg niedrigen Widerstandes
zwischen der Oberflächet auf der ein Kollektorkontakt ange-•
bracht werden muss, und dem vergrabenen Gebiet 26 bildet. Der Protonenbeschuss des Oberflächenteiles an der Oeffnung 45 führt
Beschädigungen an den unterliegenden Teilen der n-leitenden epitaktischen
Schicht in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem n-leitenden
Material der Schicht und dem η -leitenden vergrabenen Gebiet 26 herbei,
während bei der Erhitzungstemperatur von 7000C eine erhöhte Diffusion
10984 9/1737
212476/.-
von Phosphor aus dem höher dotierten η -leitenden vergrabenen
Gebiet 26 in die niedriger dotierte η -leitende epitaktische Schicht an einer unmittelbar unterhalb der Oeffnung 45 liegenden Stelle auftritt.
Dadurch wird ein höher dotierter η -Teil 53 gebildet, der sich unmittelbar unterhalb der Oeffnung 45 erstreckt, wobei mit der
gestrichelten Linie 54 die eben gebildete Kontur der Phosphorkonzentration angedeutet wird, die der Hintergrundkonzentration in der
epitaktischen Schicht entspricht.
Aus Obenstehendein geht hervor, dass durch den Protonenbeschuss
und den Erhitzungsachritt eine erhöhte Diffusion von Verunreinigungen Ober Grenzflächen zwischen höher und niedriger dotierten
Gebieten an drei verschiedenen Stellen auftritt, die durch Oeffnungen
43, 44 und 45 bestimmt sind, wobei diese erhöhte Diffusion von
Verunreinigungen gleichzeitig durchgeführt wird und die ρ -Isolierwände
51 der integrierten Schaltung, die η -Kollektorkontaktgebiete
5.2 von Transistoren, die in Inseln gebildet werden müssen, die in der epitaktischen Schicht durch die Isolierwände 51 definiert
sind, und die η -Kollektorgebietsteile 53 der erwähnten Transistoren,
die sich unmittelbar unterhalb der Emittergebiete dieser Transistoren erstrecken müssen, auf zweckmässige Weise definiert werden, wobei
die erwähnten Emittergebiete durch einen anschliesaenden Diffusionsschritt gebildet werden. Danach werden die Molybdänschichtteile 42
entfernt. Anschliesaend wird ein Erhitzungsschritt bei 95O°C durchgeführt,
um Bor in das unterliegende Silicium aus mit Bor dotierten Oxydschichtteilen hineinzudiffundieren, die in unmittelbarem Kontakt
mit der Siliciumoberflache stehen. An den Stellen, an denen die mit
Bor dotierten Oxydschichtteile auf Teilen der thermisch angewachsenen Oxydschioht 25 liegen, dringt kein Bor in das unterliegende Silicium ein,
109849/ 1737
- 26 - PHB.32058.
weil diese Teile der Schicht 25 als Maske dienen. Dann wird ein
ümitterdiffuaionsschritt durchgeführt. Die Phosphorquelle für diese
jimitterdiffusion ist Phosphingaa in Stickstoff in einem Verhältnis
von 100 ppm. Dieses Gemisch wird mit Sauerstoff in einem Diffusionsofen gemischt, wonach in einer ähnlichen Atmosphäre bei 9000C
während 10 Minuten erhitzt wird. Dadurch wird erzielt, dass der in die Oeffnungen 43» 44 und 45 hineindiffundierte Phosphor in der
Siliciumoxydschicht nach Entfernung der Molybdänmaakiarungsschicht
k zurückbleibt. An der Oeffnung 45 wird eine η -Emittergebietkonzentration
von Phosphor 57 (Pig· 6) erhalten, wobei die gestrichelte Linie 58
die Kontur bezeichnet, und wobei die diffundierte Phosphorkonzentration gleich der Hintargrundkonzentration in der epitaktischen Schicht ist.
In den Oeffnungen 43 werden η -Gebiete 59 gebildet, die für die Herstellung
nicht wesentlich sind; das Hauptmerkmal dieses Schrittes ist aber, dass die Emittergebietkonzentration 57 nach dem Protonenbeschuss
gebildet wird, ohne dass ein weiterer Maskierungaschritt durchgeführt werden muss. Ferner wird der Phosphor auch in den Oberflächenteil
eindiffundiert, der auch durch die Oeffnung 44 frei ga-
P legt iat, wobei die Oberflächenkonzentration des η -Kollektorkontaktgebietaa
52 erhöht wird. Die zuvor aus den Teilender mit Bor dotierten
Oxydschicht 41 in die unmittelbar unterliegenden Siliciumoberflächenteile
durchgeführte Diffusion hat zum Zweck, ein p-leitendes Oberflächengebiet
60 zu definieren, dessen Ausaenurafang durch die ρ -Gebiete
begrenzt wird und des3an Innenumfang sich unterhalb des Endes des
η -Gebietes 57 befindet.
Der nächste Bearbeitungsachritt besteht aus dam Niederschlagen einer Aluminiummaskierungsschicht mit einer Dicke von 1 /um
auf der ganzen Oberfläche, einacWiesalich der rastlichen Teile dar
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- ?7 - FHB.32O5R.
7124764
Oxydschicht 4I und der Phosphorglaaschichten, die während des
vorangehenden Diffusionsachrittes in den Oeffnungen 43» 44 und 45
gebildet sind. Durch einen photographischen Aetzschritt werden Oeffnungen in der Aluminiumschicht gebildet, wobei die erwähnten
Oeffnungen nahezu den von den Transistorbasisgebißten einzunehmenden
Gebieten entsprechen. Eine genaue Lokalisierung dieser Oeffnungen
ist nicht notwendig; das wesentliche Kriterium besteht darin, dass die Oeffnungen in der Schicht 41» wo die η -Gebiete 57 bis zu der
Oberfläche reichen, frei von Aluminium sind, während die Oeffnungen in der Schicht 25 - 41, wo die η -Kollektorkontaktgebiete 5? bis
zu der Oberfläche reichen, durch das Aluminium maskiert werden.
Fig. 7 zeigt die Aluminiumschicht 62 mit einer darin angebrachten
Oeffnung 65, wobei die Oeffnung 63 das Gebiet der Oberfläche
umfasst, auf dem sich die zuvor diffundierten ρ -Basiskontaktgebiete 35 und die p-leitende Oberflächenschicht 60 erstrecken.
Das verbleibende Phosphor 'las in der zuvor gebildeten Oeffnung 45»
wo die n+-Emittergebietkonzentration 57 diffundiert ist, wird durch
eine einfache leichte Aetzbehandlung entfernt.
Der Halbleiterkörper wird dann in die Auftreffkammer eines
Borioneniraplantationsapparates gesetzt. Implantation zum Definieren
von Teilen der Transistorbasisgebiete, die unmittelbar unterhalb der zuvor diffundierten Emittergebietkonzentration 57 zur Anlage
kommen müssen, wird mit Borionen mit einer Energie von 100 keV und einer Dosis von 1 . 10 /cm2 durchgeführt. Diese Implantation und
die anschließende Ausglühbehandlung führen zu der Struktur nach
Fig. 7· Die Lage des Emitter-Basia-Uebergangs 65 und die Lage des
direkt unterhalb dieses Uebergangs liegenden Teiles des Kollektor-Bas
is-üeberganga 66 werden gleichzeitig durch diese Borionenimplantation
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- 28 - PHB.?205«.
bestimmt, wobei die Borionen nur über ein bestimmtes Gebiet dar
Oberfläche in der Oeffnung in der Siliciumoxydschioht 41 in der«
Halbleiterkörper durch Beschuss eingebaut werden, welches Gebiet
sich oberhalb der zuvor diffundierten Emittergebietkon^entration '-7
erstreckt. An dieser Stelle dringen die Borionen direkt in das Silicium ein und werden durch das erwähnte Gebiet mit der diffundierten
Emittergebietkonzentration hin implantiert. Ueber die mit Bor
dotierte Oxydschicht 41 » die auf der Oberfläche in der Oeffnung 62J
k verbleibt, tritt praktisch keine Implantation auf. Der Emittnr-Basis-Uebergang
6.5 und der KoI 1 ektor-Basis-IJebergang 66, die {Ί p. ich/.ei tig
definiert werden, erstrecken sich in Abständen von 0,3 /um bzw. ^,S /um
von der Oberfläche in der IJa'he des Emitterjrebietes 57· ü&s Kolle'ktorgebiet
des Transistors enthält den verbleibenden n-laitonden Teil
der Insel in der n-leitenden epitaktischen Schicht um! '!as hoch
dotierte Gebiet 26, 53, 5?. Biese Konfiguration des Kollektori'ebietes
schafft einen Transistor mit einer sehr niedrigen Kollektor-Basis-Uebergangakapazität
und einem niedrigen Kollektorreihenwiderstand. Der niedrige Kollektor-Baais-Uebergangswiderstand ist darauf zurück-P
zuführen, dasa die zu dem Kollektor-Basis-Uebergang 66 gehörige Erschb'pfungsschicht
sich an Stellen ausserhalb des Emittergebietes Ober einen grossen Abstand in dem in der ursprünglichen epitaktischen
Schicht gebildeten η-leitenden Kollektorteil erstrecken kann. Wenn der Teil 53 des n+-Teiles des Kollektorgebiatea, der sich in geringerer
Entfernung von der Oberfläche erstreckt, nur rings um das Emittergebiet
angebracht wird, wird ein niedriger Kollektorreihenwiderstand erhalten.
Die verbleibenden Teile der Aluminiumschicht 62 werden
entfernt, bevor der erwähnte Erhitzungsschritt bei 80O0C während
30 Minuten durchgeführt wird.
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BAD ORiGfNAL
Durch einen weiteren photographischen Aetzschritt werden
Oeffnungen in den verbleibenden Teilen der zusammengesetzten Isolierschicht
25, 41 angebracht, durch die die ρ -Basiskontaktgebiete 35
und die η -Kollektorkontaktgebiete 52 frei gelegt werden. Eine
metallene Kontaktschicht wird dann auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen; diese Schicht besteht aus einer dünnen Titanschicht mit
einer Dicke von z.B. 1000 AE auf der Siliciumoberfläche und aus einer
Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,6/um auf der Titanschicht. Durch den photographischen Aetzschritt wird die Titan/Alumiriumkontaktschicht
definiert zur Bildung der in Fig. 8 dargestellten Kontaktstruktur, in der das Emittergebiet 57 mittels eines Titan/Aluminiumteiles
67 kontaktiert ist, die ρ -Basiakontaktgebiete mittels
Titan/Aluminiumschichtteile 68 kontaktiert werden, und das η -Kollektorkontaktgebiet
mittels iines Titan/Aluminiumschichtteiles 69 kontaktiert
wird. Diese Kontaktteile der Titan/Aluminiumschicht erstrecken sich weiter über die Siliciumoxydschicht 25, 41 in Kontakt mit anderen
Schaltungselementen der integrierten Schaltung und bilden zusammen ein Verbindungsmuster mit Endteilen der Anschlüsse von Zufuhrleitern.
An der gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiterkörper wird eine
metallene Kontaktschicht 71 zur Bildung eines Kontakts niedrigen
Widerstandes mit dem ρ -Substrat 21 niedergeschlagen.
Dann wird der Körper während I5 Minuten auf 5000C erhitzt,
um den Kontakt zwischen den Titanschichtteilen und der Siliciumoberfläche
zu verbessern.
Es dürfte einleuchten, dass unter gewissen Bedingungen die Aluminiummaskierungaachioht 63, die während des Borionenimplantationsschrittes
verwendet wird, nicht erforderlich ist. Dies trifft zu,
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- JO - PHB.32058.
wenn die Eindringtiefe der Borionen derartig ist, dass Implantation
nicht Über die isolierenden Schichtteile 25, 41 auf der Oberfläche
auftreten kann, und wenn der frei gelegte Oberflächenteil, auf dem
sich das η -Kollektorkontaktgebiet 52 erptreckt, genügend hoch mit
Donatoiverunreinigungen dotiert ist, um Ueberdotierung durch Borionen
zu vermeiden, die an dieser Stelle implantiert werden, wenn eine derartige Aluminiummaskierungsachicht nicht vorhanden iat.
Nachstehend wird an Hand der Fig. 9-12 die Anwendung
eines Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer sogenannten "Kollektorbottich"-Isoliarung
beschrieben. Es wird von einem ρ -Siliciumsubstrat ausgegangen, das
gleichmäsaig mit Bor in einer Konzentration von 5 x 10 Atomen/cm3
dotiert ist. Eine Siliciumoxydachicht mit einer Dicke von 2000 Λ?,
wird auf der Substratoberfläche durch Oxydation in feuchtem Sauerstoff
bei erhöhter Temperatur angewachsen. Durch einen photographischen Aetzschritt werden eine Anzahl von Oeffnungen in der Siliciumoxydschicht
gebildet, welche Anzahl der Anzahl in einer in einer späteren Herstellungsstufe anzubringenden epitaktischen Schicht zu bildender
fc Inseln entspricht.Danach wird in den Oeffnungen ein Diffusionsschritt
zur Bildung von η -Oberflfichengebieten in dem Substrat durchgeführt,
wobei die OberflSchenkonzentration 5 ϊ 10 Atome/cm3 beträgt.
Ansohliessend wird die Siliciumoxydschieht entfernt und wird die
Substratoberfläche für epitaktische Ablagerung vorbereitet. Eine
p~-Siliciumschicht mit einer Dicke von 2/um, die eine gleichmässige
Borkonzentration von 5 x 10 Atomen/cm enthält, wird dann epitaktisoh
auf der Substratoberfläohe niedergeschlagen. Diese Schicht
vergräbt die mit Phosphor dotierten η -Gebiete und während des
Niederechlagens tritt Diffusion von Phosphor aus den hoch dotierten
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- 31 - ΡΗΒ.3?Ο53.
η -Gebieten in die oberliegendan Teile des leicht dotierten Materials
der epitaktischen Schicht auf.
Eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von 3000 ^E wird
dann auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht durch Oxydation in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur angewachsen. Durch
einen photographischen Aetzachritt werden Oeffnungen in der Siliciumoxydschicht
gebildet, und zwar an Stellen, die unmittelbar oberhalb der Randteile der vergrabenen η -Gebiete befindlich sind. Dann wird
ein Phosphordiffusionsschritt in den frei gelegten OberflSchanteilen
zur Bildung von η -Oberflächengebieten durchgeführt, die anschliessend
bei der Definition von η -Wänden verwendet werden müssen, die sich
durch die epitaktische Schicht hin von der Oberfläche zu den η -leitenden vergrabenen Gebieten erstrecken..
Durch einen weiteren photographischen Aetzachritt werden weitere Oeffnungen in der Oxydschicht angebracht und wird Bor in
den frei gelegten OberflSchenteil eindiffuridiert, um ρ -Oberflächengebiete
zu definieren, die dann ρ -Basiskontaktgebiete niedrigen Widerstandes bilden mös'sen.
Fig. 9 zeigt einen Teil des Halbleiterkörpers nach diesem Herstellungaschritt. Der Körper enthält ein ρ -Siliciumsubetrat 81
mit einer Oberfläche 82, auf der eine p~-leitende epitaktische
Siliciuraschicht 83 mit einer Dicke von 3/ura befindlich ist. Auf der
Oberfläche 84 der p~-leitenden epitaktisohen Schicht 83 befindet
sich eine Siliciumoxydachicht 85. Ein vergrabenes η -Gebiet 86
erstreckt sich an der Substratoberfläche und in dem oberliegenden Teil der epitaktisohen Schicht 83, wobei das Gebiet 83 durch die
erste Phosphordiffusion in das Substrat 81 und die anschliessende
Diffusion von Phosphor in die epitaktische Schicht 83 während der
109849/1737
- 32 - ΡΗΒ.32ΟΓ;Π.
Ablagerung dieser Schicht gebildet wird. An der Oberfläche der
epitaktischen Schicht erstreckt sich ein η -leitendes diffundiertes Gebiet oberhalb des Ausaenumfangs des vergrabenen η -Gebietes 86,
während sich zwei ρ -Basiskontaktgebiete 88 oberhalb des vergrabenen
η -Gebietes 86 erstrecken.
Anschliessend werden Oeffnungen in der Siliciumoxydschicht
angebracht, welche Oeffnungen die Oberflächenteile, die von den
ρ -Gebieten 88 eingenommen werden, mit umfassen. Eine mit Bor dotierte
fe Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von 0,5/um wird dann über die
ganze Oberfläche aue einem Gemisch von Diboran (B„Hg) und Silan (SiH.)
in Sauerstoff niedergeschlagen. Nach diesem Niederschlagvorgang wird eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 1 /um auf der ganzen Oberfläche
der mit Bor dotierten Oxydschicht 89 niedergeschlagen. Durch
einen photographischen Aetzschritt werden Oeffnungen in die Mo3ybdSnschicht
und in den unterliegenden Siliciumoxydschichtteilen angebracht,
durch die die Oberflächenteile, die von den η -Gebieten 87 eingenommen werden, und weitere OberflBchenteile, die praktisch in der
Mitte oberhalb der vergrabenen Gebiete 86 liegen, frei gelegt werden,
" wobei eich die letzteren Oberflächenteile an den Stellen befinden,
wo Tianaiator-Emitter gebildet werden müssen. In dieser Bearbeitungsstufe aind die p+-Baaiskontaktoberflächengebiete 88 nach wie vor
mit dei mit Boi dotierten Siliciumoxydschicht 89 und der darauf
liegenden Molybdänmaakierungsschicht 90 überzogen.
Der Halbleiterkörper wird dann einem Protonenbeschuss bei 7000C untes gesau den gleiohen Bedingungen in bezug auf Energie,
Dosis und Orientation ^i© in dun vozangähendezi Aiasführungsformen
unterworfene
Pig* 10 zeigt einen Teil des Körpers nach diesem Psotonen-
109843/1737
beschuss und nach diesem Erhitzungsschritt.
Die Molybdänschicht 90 wirkt während des Protonenbeschusses
als Maske. An der Stelle der Oeffnung 91 führen Protonen, die auf
den frei gelegten Oberflächenteil fallen, innere Beschädigungen an
der unterliegenden Kristallstruktur in der Nähe der Grenzfläche
zwischen dem ρ -Material der epitaktischen Schicht 83 und dem hfiher
dotierten n+-Gebiet 86 herbei. Bei der Erhitzungstemperatur von 7000C
tritt eine erhöhte Diffusion von Phosphor über diese Grenzfläche aus
dem höher dotierten η -Gebiet 81 in das niedriger dotierte p~-Gebiet
der epitaktischen Schicht auf, wobei ein η -Teil 95» der sich von dem vergrabenen Gebiet 86 her erstreckt, gebildet wird. Der n+-Teil
befindet sich genau fluchtrecht zu der Oeffnung 91, wobei der pn-Uebergang zwischen dem η -Gebiet 95 und der p~-leitenden epitaktischen
Schicht sich in einem Abstand von etwa 1 /um von der Oberfläche erstreckt. An der Stelle der Oeffnung 92, wo das η -OberflSchengebiet
87 (Fig. 9) frei gelegt ist, führt der Protonenbeschuss
innere Beschädigungen an der Kristallstruktur in der Nähe der Grenzfläche
zwischen dem p~-Material der epitaktisohen Schicht 83 und
dem hoch dotierten η -Gebiet 86 herbei· Bei der Erhitzungstemperatur von 7000C tritt eine erhöhte Diffusion von Phosphor über diese
Grenzfläche aus dem höher dotierten η -Gebiet 86 in das niedriger dotierte ρ -Gebiet der epitaktischen Schicht auf. Weitere erhöhte
Diffusion von Phosphor in entgegengesetzter Richtung tritt von dem zuvor angebrachten η -Gebiet 87 in die unterliegende epitaktische
Schicht auf. Diese gleichzeitig durchgeführten erhöhten Diffusionen
in entgegengesetzten Richtungen veranlassen die Bildung einer n+-Wand 94, die eich zwischen der Oberfläche der epitaktiachen Sahicht
und dem n+-leitenden veigi&bsnen Gebiet 86 ersteokti liiasa Warst!
10984 S/1737
definiert eine ρ -Insel in der epitaktischen Schicht. Das sogenannte
"Bottich"-n+-Gebiet, das durch die Wand 94 und das vergrabene Gebiet
86, 95 gebildet wird, bildet ein Kollektorgebiet eines Transisitors,
wobei die Emitter- und Basis-Gebiete anschliessend in der Insel
definiert werden. Isolierung des Transistors wird erhalten,wenn der
Uebergang zwischen dem η -Bottichgebiet und dem ρ -Substrat und
darauf liegenden epitaktischen Schichtteilen in der Sperrichtung vorgespannt ist. Durch die besonders niedrige Dotierung des p~-Sub-
fe strata 81 und der Schicht 83 hat dieser Iaölierungeübergang eine
besonders niedrige Kapazität.
Der nächste Bearbeitungsschritt besteht aus der Entfernung der Molybdänmaskierungsschichtteile 90. Dann wird der Erhitzungsschritt bei 9500C während 30 Minuten durchgeführt, um Bor in Teile
der Siliciumoberflache, auf denen die mit Bor diffundierten Oxydschichtteilen
89 liegen, sinzud if fundier en. An den Stellen, an denen
die Schichtteile 89 auf den thermisch angewachsenen Oxydschichtteilen
85 liegen, tritt keine Bordiffusion in das Silicium auf, weil die unterliegenden Schichtteile als Maske wirken. Dies hat zur Folge,
" dass ein p-leitendes Oberflächengebiet unmittelbar unterhalb der
Teile der dotierten Oxydsohicht 89 in direktem Kontakt mit der
Oberfläche gebildet wird. Anschliessend wird ein Phosphordiffusionsschritt
zur Bildung einer Emittergebietkonzentration von Phosphor
in der Oeffnung 91 durchgeführt, welche Oeffnung in der Siliciumoxydschicnt
89 beibshaltan wird. Phosphor kann auch in die Oeffnung
β incl if fundiert νβζάβη, die in der Siliciusoxydsshicht 89 oberhalb
dG2 n+"Waiad 94 beibehalten wisä9 abes diess Diffusion hat nur den
Zweck* äi© OfeeffflEehesüEOHSsentssstioa an. dieses Stelle Bt~*7^ü sa srh
S;!iKJ Al^aiuiüosaskiog^ngsseiiis'üt sit eiiws Dioka vozs 1 /
1 £ U J % 3 / 1 7 3 7
- 35 - PHB.3205?.
wird dann auf dei ganzen Oberfläche niedergeschlagen. Durch einen
weitexen photographiachen Aetzschritt werden eine Anzahl von
Oeffnungen in der Aluminiumsohioht definiert, welche Oeffnungen
sich oberhalb p~-Inseln befinden, die in der epitaktischen Schicht
durch die Kollektor-MBottiche" 94, 86, 95 definiert werden. In dem
Teil der in der Figur gezeigten Schaltung wird die Phoaphorglasschicht,
die in der Oeffnung 91 in der mit Bor dotierten Siliciumoxydachicht
während der Phoaphor-Emitterdiffusion gebildet ist, durch eine einfache leichte Aetzbehandlung entfernt.
Anschliesserri wird ein Borionenimplantationaachritt mit Hilfe
einer als Maske dienenden Aluminiumachicht durchgeführt. Dieser
Borimplantationsachritt wird durchgeführt, um einen Teil des Baaiagebietes zu definieren, der unmittelbar unterhalb des Emittergebietes
in den Inseln, in denen Transistoren gebildet werden müssen, zur Anlage kommen muss. Wie im vorangehenden Auaführungsbeiapiel, kann
die Aluminiuraaaskierungsschicht unter gewissen Bedingungen weggelassen werden, vorausgesetzt, dass die n+-Wandteile 5I an den Stellen,
an denen si« bis zu der Oberfläche zeichen, eine genügend hohe
Donatordotierung aufweisen, um TJebe !dotierung durch die Boxionen
zu verhindern, die an diesen Stellen implantiert werden, wenn eine solche Alueiniueaaakierungsschicht nicht vorhanden ist.
Ss sei beaerkt, dase in gewissen Inseln, die in der
p~-leitenden epitaktischen Schicht durch n+-W8nde 94 und vergrabene
n+-Gebiete 86 definiert sind, andere Schaltungselemente als Transistoren, s.B· Widerstände, gebildet weiden können. In diesen
Inseln wird die Eaittexdiffusion nicht durchgeführt und es ist nicht
erforderlioh, das« in diesen Inseln das n+-Gebiet 95 angebracht und
die duxoh Besohusa indusiexte erhBhte Diffusion von Verunreinigungen
109849/1737
- 36 - ΗΓΒ.32Ο5Η.
durchgeführt wild. Implantation wird mit Borionen mit einer Energie
von 100 keV und einer Dosis von 1 . 10 /cm2 durchgeführt. Diese
Implantation ergibt die Struktur nach Fig. 11, bei der die endgültige
Lage der Transiatorgebiete und der Uebergänge, wie in der
Figur dargestellt, durch einen anschliessenden Erhitzungsschritt
definiert wird. Fig. 11 zeigt die mit Bor dotierten Siliciumoxydachichtteile
89 mit einer darauf liegenden Aluminiummaekierungeschicht
97. Eine Öffnung 98 befindet sich in der Aluminiumschicht
oberhalb der Ineel in der epitaktischen Schicht. Die mit Bor dotierte
Siliciumoxydschicht 89 bedeckt die Siliciumoberfloche in dieser
Oeffnung, mit Ausnahme der zuvor gebildeten Oeffnung 91 föi Protonenbeschuss
und Emitterdiffueion. Implantation von Borionen wird nur
in dem Teil der Insel durchgeführt, der unterhalb der Oeffnung in der Siliciumoxydschicht 89 liegt, wobei die Borionen praktisch nicht
über die mit Bor dotierte Siliciumoxydschicht 89 an dem übrigen Teil
der Oeffnung 98 in das Silicium implantiert werden. Borionen, die
unterhalb der Oeffnung 91 implantiert werden, dringen durch die zuvor
diffundierte Emitterkonzentration von Phoephor hin. Diese Borimplantation
definiert den Emitter-Basis-üebergang 99 und einen hochdotierten
Teil 100 des Baeisgebietee unmittelbar unterhalb des Emitter^ebietes,
welcher Teil eine Fortsetzung der hochdotierten p-leitenden OberflSchenzone
bildet, die durch Diffusion von Bor aus der mit Bor dotierten Oxydschicht 89 gebildet iet. Der übrige p~-Teil der Insel
in dei p"-leit®nden epitaktischen Schicht bildet auch einen Teil
eines BesiegeMetes, wobei der Baeie-Kollektor-Uebergang dex Uabergang
zwieeben iiesa® p~-Teil und dem n+-Gebiet ist, welch letzteres
Gebiet dweeb «is Wand 94 und das vexgzabene Gebiet 86, 95 gebildet
wird. Biea© Tzansistoskonfigusation hat eine niedrige Basis-Kollektor-
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- 57 - PHB.»2053.
Uebergangskapazitlt, weil die zu diesem Uebergang gehörige Erschöpfungaschioht sich Ober einen grossen Abstand in dem p~-Teil dee
Basisgebietes erstrecken kann· Dez Transistor weist infolge des Anbringung der η -Kollektorstruktur 95t 86, 94 auch einen niedrigen
Kollektorreihenwiderstand auf· Die integrierte Schaltung hat eine niedrige Isolierungsübergangskapazitltt, weil die zu dem Isoliezungsübergang gehörige Erechöpfungssohicht sich Ober einen grossen Abstand
in dem p""-Substrat und der epitaktischen Schicht erstzecken kann.
Die nSohste Bearbeitungsstufe besteht aus der Entfernung
dez verbleibenden Teile der Aluminiumsohicht 97· Dann vixd der
Halbleiterkörper einer Ausglöhbehandlung bei 800*C während 30 Minuten
unterworfen.
Durch einen weiteren photographischen Aetzschritt werden
Oeffnungen in der zusammengesetzten Isolierschicht 85, 89 angebracht,
durch die die p+-Baaiakontaktteile 88 frei gelegt werden. Metallene
Kontaktschichten aus Titan/Aluminium werden anachlieeaend angebracht,
gleich wie in dem vorangehenden AusfOhrungsbeispiel beschrieben
wurde, welohe Schichten duzch einen photographischen Aetzschritt
definiert werden, so dass die Struktur naoh Fig. 12 erhalten wird.
Das n+-Emittergebiet wird mit Hilfe des Titan-Aluminiumteiles 103
kontaktiert; die p+-Baeiskontaktgebiete werden mit Hilfe eines
Titan-Aluminiumteiles 104 kontaktiert, und die n+-Wand 94 des
Kollektors wird mittels eines Titan-Aluminiumteiles 105 kontaktiert.
Dann wird der Körper 15 Minuten lang auf 500·C erhitzt,
um den Kontakt zwischen der Silioiumoberfläohe und den Titanschichtteilen zu verbessert]·
Im Rahmen dez Erfindung sind noch viele Abwandlungen möglich.
So können die Transistor-Emitter- und Basisgebiete in einer integrierten
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- 58 - PHB.32058.
Schaltung dmoh übliche Diffusionstechniken gebildet werden, denen
der Protonenbeschuss vorangeht. Bei Anwendung von Ionenimplantation
zur Einführung der Basisverunreinigung kann diese Implantation auch
vor der Einführung der Emitterverunreinigungakonzentration durchgeführt werden. Der Protonenbeschuss zur Profilierung der hoch dotierten
Kollektorgebiete kann derart durchgeführt werden, dass diese Frofilierung an nur einigen der Traneistorstellen in der Schaltung erfolgt.
Bei Abarten der dritten AusfUhrungaform kann die p-leitende Borbasisimplantation in gewissen Fällen fortgelassen werden. In anderen Fällen
kann die Diffusion von Bor aus einer mit Bor dotierten Glasschicht weggelassen werden.
Das Verfahren kann auch bei der Herstellung anderer Halbleiter anordnungen, insbesondere bei der Herstellung von Anordnungen
verwendet werden, bei denen Diffusion von Verunreinigungen Über eine
Grenzfläche aus einem hoch dotierten Gebiet in ein oberliegendes niedrig dotiertes Gebiet in Richtung auf eine Oberfläche des HaIbleiterkörpers stattfinden soll, auf der die Bearbeitungsachritte
durchgeführt werden, z.B. bei der Herstellung einer Kapazitätsdiode.
1CS8*8/173'J
Claims (1)
- - 59 - - PHB.320^8.PATENTANS PRUECHE tfi.J Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet) dass ein Halbleiterkörper mit einer Grenzfläche zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet einem Beschuss mit beschleunigten Teilchen oder Ionen unterworfen wird, die auf die Grenzfläche gerichtet werden, und zwar von der Seite der Grenzfläche her, auf der sich das niedriger dotierte Gebiet befindet, wobei der Beschuss durchgeführt wird, um Beschädigungen im Innern der Kristallstruktur in der Nähe der Grenzfläche herbeizuführen, während der Halbleiterkörper bei dem erwähnten Beschuss auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird, um eine erhöhte Diffusion von Verunreinigungen Über die Grenzfläche aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet zu erhalten.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss mit Protonen durchgeführt wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss mit Neutronen durchgeführt wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss mit Verunreinigungaionen durchgeführt wird, die in den Halbleiterkörper eingebaut werden und nicht nur Beschädigungen im Innern der Kristallstruktur herbeiführen, sondern auch die Leitfähigkeit und/oder den Leitfähigkeit»typ eines Gebietes des Körpers bestimmen.5. Verfahren nach eines dtx Aneprüohe 1 bis 4, dadurch Rekennzeichnet, dass dar Einschlag des bombardierenden Teilchen oder Ionen auf den Halbleiterkörper derartig ist, das« Kanalbildung .in den Kristallgitter durch di« erwähnten Teilchen odes Iontn herbeigeführt wird.109849/1737- 40 - PHB.^20"8.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet und dae niedriger dotierte Gebiet verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 t dadurch gekennzeichnet, dasa die Grenzfläche praktisch mit der Grenzfläche zwischen* einem Substratgebiet des Körpers und einer epitaktischen darauf befindlichen Schicht zusammenfällt.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet im wesentlichen in dem Substratgebiet und das niedriger dotierte Gebiet im wesentlichen in der epitaktischen Schicht liegt.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9t dadurch gekennzeichnet, dass der Einschlag der Teilchen oder Ionen auf den Halbleiterkörper auf der Seite der Grenzfläohe, auf der das niedriger dotierte Gebiet liegt, derart beschränkt ist, dass die durchP Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen aus dem höher dotierten Gebiet in daa niedriger dotierte Gebiet über nur einen Teil des Gebietes der Grenzfläche stattfindet.11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss in Gegenwart einer Maske auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers durchgeführt wird, wobei die durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen über einen Teil der Grenzfläche stattfindet, der durch eine Oeffnung in der Maske definiert ist.12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, daduroh gekennzeichnet, dass dex Beschuss durchgeführt wird, damit zugleich109849/1737- 41 - ΡΗΒ.?20ρβ.mit der erhöhten Verunreinigungsdiffusion aus den höher dotierten Gebieten in das niedriger dotierte Gebiet eine erhöhte Diffusion von Verunreinigungen in entgegengesetzter Richtung aus einem anderen hoch dotierten Gebiet in ein niedriger dotiertes Gebiet stattfinden kann.13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden anfänglich höher dotierten Gebiete den gleichen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch ein gemeinsames niedriger dotiertes Gebiet voneinander getrennt sind, wobei die gleichzeitig durchgeführten durch Beschuss induzierten erhöhten Diffusionen in entgegengesetzten Richtungen stattfinden, um ein ununterbrochenes Gebiet vom erwähnten ersten Leitfähigkeitstyp zwischen den erwähnten anfänglich höher dotierten Gebieten zu erhalten.14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zur Herstellung eines planaren bipolaren Transistors, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion durchgeführt wird, um den Umfang und die Dotierung eines Teiles des Kollektorgebietes zu definieren.15. Verfahren nach Anspruch I4» dadurch gekennzeichnet, dass die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion durchgeführt wird, um den Umfang und die Dotierung eines Teiles des Kollektorgebietes, der sich unmittelbar unterhalb des Emittergebietes befindet, zu definieren.16. Verfahren nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, dass ein Transistor gebildet wird, der ein Kollektorgebiet mit einem hoch dotierten Teil enthält, der sich unterhalb des Kollektor-Basis-Uebergangs befindet, wobei der hoch dotierte Teil einen ersten sich unterhalb des ersten Teiles des direkt unterhalb des ßmittergebietes103849/1737- 42 - PHB.52058.liegenden Kollektor/Basia-Uebezganga erstreckenden Teil und einen sich dazan anaohlieaaenden zweiten unterhalb eines anaohliessenden zweiten Teilea des Kollektor-Baaia-Ueberganga liegenden Teil enthalt, wobei der ezate Teil in einem kleineren Abatand als der angrenzende zweite Teil von der gerneinaaraen OberflMche liegt, an der die TransistortibezgSnge enden, wobei die Ausdehnung des erwähnten ersten Teiles duzch die durch den erwähnten Beschuaa induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion bestimmt wird, die durch Beschuss eines Gebietes dez gemeinsamen Oberfläche durchgeführt wird, das in bezug auf Grosse und Lage praktisch dem Gebiet der erwähnten Oberfläche entspricht, das von dem Emittergebiet eingenommen wird. 17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschuss auf einem Gebiet dez gemeinsamen Oberfläche durchgeführt wird, das duzch eine Oeffnung in dez Maakiezungsschicht auf dez gemeinsamen Oberfläche frei gelegt iat, wobei die erwähnte Oeffnung anschlieaaend zur Einführung dez Emitterverunreinigungekonzentration in den Körper verwandet wird.18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet, zwisohen denen die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion stattfindet, beide den gleichen eisten Leitfähigkeitstyp wie daa Kollektosgabiet aufweisen, wobei aisfc daa höher dotiezte Gebist auf dem ObasflSchanteil tines Substz&tgabietes vom eratan Leitfähigkeitetyp befindet* während ä&a niedriges dotiezte Gebist in aInez epitßkfisohen Schicht vom azaten äsitfShigkeitstyp auf dem' Substzatgabiet liegt, wobei dez erwähnt· zvsite Teil des hoch dotierten Sebiatea das Xollektozgebietes duzch dia duzoh Beschuss indusisrte erhöhte Verunrainigungadiffueion in dia epitaktische Sohioht gebildet1C9843/1737- 43 - PHBÖ2O5P.212 A 7 6 A19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I3 zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Beschuss induzierte erhöhte Yeiunreinißungdiffusion durchgeführt wird, um eine eine Insel in einer epitaktischen Schicht umgebende Wand wenigstens teilweise zu definieren, wobei die erwähnte Wand und die erwähnte epitaktische Schicht verschiedene Leitfähig keitstypen aufweisen.20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine epitaktische Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf dem Substratgebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält, wobei an der Grenzfläche das Substratgebiet höher als die epitaktiache Schicht dotiert ist, und wobei erhöhte Diffusion von Verunreinigungen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp Ober einen Teil der erwähnten Grenzfläche aus dem Substratgebiet in die epitaktische Schicht durch Beschuss eines Teiles der Oberflache der epitaktischen Schicht durchgeführt wird, wobei die erwähnte durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungadiffuaion wenigstens teilweise eine Wand vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp definiert, die sich von dem Substratgebiet zu der Oberfläche der epitaktischen Schicht erstreckt, wobei die erwähnte Wand eine Insel vom ersten Leitfähigkeitstyp in der epitaktiachen Schicht umgibt.21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Beschüsses ein Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf dem erwähnten Teil der Oberfläche der epitaktischen Schicht gebildet wizd, welches Gebiet sich in, aber nicht duroh die epitaktische Schicht hin erstreckt, wobei die erhöhte Verunreinigungadiffusion, die durch Beschuss induziext wird, eine ununterbrochene Wand tob entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen109849/1737- 44 - PH£.?2058.dem erwähnten Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp und dem Substratgebiet bildet.22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich mit der Definition der Grenzwand durch die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion der Umfang und die Dotierung eines Teiles des Kollektorgebietes eines in einer Insel in der epitaktischen Schicht zu bildenden Transistors auch durch durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreini- ^ gungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Insel aus einer hoch dotierten vergrabenen Schicht vom ersten LeitfBhigkeitstyp an der Grenzfläche zwischen dem Subatratgebiet und der epitaktischen Schicht definiert werden»23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Kollektorgebietes, der sich unmittelbar unterhalb des Emittergebietes befindet, durch durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen definiert wird.24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Kollektorgebietea, der sich zwischen der vergrabenenψ Schicht und der Oberfläche der epitaktischen Schicht erstreckt und einen Weg niedrigen Widerstandes bildet, von der Oberfläche bis zu der vergrabenen Schicht durch eine durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion definiert wird.25, Verfahren nach Anspruch I9, daduroh gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine vergrabene Schicht vom ersten ^eitfShigkeitatyp enthält, die eich zwiechen dem Subatratgebiet vom entgegengesetzten Le itfanigkeitstyp und einer epitaktischen Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp befindet, wobei die erwähnte epitaktiache Schicht eine niedrigere Dotierung als das vergrabene109849/1737- 45 - ΡΗ3.32Ο5Θ.Gebiet an der zwischenliegenden Grenzfläohe aufweist, wobei erhöhte Verunxeinigungsdiffuaion über einen Teil der erwähnten Grenzfläche aus dem vergrabenen Gebiet in die epitaktische Schicht durch Beschuss eines Teiles der Oberfläche der epitaktischen Schicht durchgeführt wird, wobei die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion wenigstens teilweise eine Wand vom ersten Leitfähigkeitstyp definiert, die sich von dem vergrabenen Gebiet bis zu der Oberfläche der epitaktisohen Schicht erstreckt, und wobei die erwähnte Wand eine Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der epitaktiechen Schicht umgibt»26, Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, dass, vor der Durchführung des Beschüsses, auf dem erwähnten Teil der Oberfläche der epitaktischen Schicht ein Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, das sich in, aber nicht durch die epitaktische Schicht hin erstreckt, wobei die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion eine ununterbrochene Wand vom ersten Leitfähigkeitetyp zwischen dem erwähnten Gebiet vom ersten Leitfähigkeitatyp und der vergrabenen Schioht vom ersten Leitfähigkeitstyp bildet.27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich mit der Definition der Wand durch die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion der Umfang und die Dotierung eines Teiles des Kollektorgebietes des Transistors auch durch durch Beschuss induzierte erhöhte Diffusion von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Insel aus dem vergrabenen Gebiet definiert werden, wobei das vergrabene Gebiet und die Wand vom ersten Leitfähigkeitstyp einen Teil des Kollektorgebietes bilden, während das Emittergebiet und das Basisgebiet in der Insel gebildet werden,109849/1737- 46 - PhB.32058.die von diesen Gebieten umgeben wird, vobei der erwlhnte Teil des Kollektorgebiete· direkt unterhalb des Emittergebietes liegt. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27» dadurch gekennzeichnet, dass die durch Beschuss induziert· erhöhte Verunreinigungsdiffusion an einer Anzahl von Stellen in dem Halbleiterkörper durchgeführt wird, um eine Anzahl von WSnden in der epitaktisohen Sohioht wenigstens teilweise au definieren· 5*>. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Beschuss induzierte erhöhte Verunreinigungsdiffusion an einer Anzahl von Stellen in dem Halbleiterkörper durchgeführt wird, um eine Anzahl von Transistor-Kollektorteilen zu definieren» wobei die Transistoren in oder im Zusammenhang mit einer der Inseln in der epitaktisohen Schicht gebildet werden·10S849/1737ftLeerseite
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