DE2219696A1 - Procedure for creating isolation areas - Google Patents
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Description
Böblingen, 18. April 1972 bm-weBoeblingen, April 18, 1972 bm-we
Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 001 Zusatzanmeldung zur Anmeldung P 20 55 162.6Official file number: New registration File number of the applicant: FI 971 001 Additional registration to registration P 20 55 162.6
Verfahren zur Isolationsbereichsbildung ' Procedure for creating isolation areas '
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsbereichsbildung in einer monolithischen Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps, bei dem zwei Störstoffe mit unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten des anderen Leitfähigkeitstyps in das Substrat über gewünschte Oberflächenstellen eingeführt werden und eine Schicht des einen Leitfähigkeitstyps auf dem Substrat epitaktisch gebildet wird, wobei die epitaktische Schicht und das Substrat einer Behandlung ausgesetzt werden, bei der der Störstoff mit der höheren Diffusionsgeschwindigkeit durch die epitaktische Schicht hindurch bis zu deren Oberfläche diffundiert und dadurch Isolationsbereiche in der epitaktischen Schicht entstehen, nach Patentanmeldung P 20 55 162.6.The invention relates to a method for forming isolation regions in a monolithic semiconductor device having a semiconductor substrate of the one conductivity type in which two impurities with different diffusion rates of the other conductivity type into the substrate via desired surface locations are introduced and a layer of one conductivity type is epitaxially formed on the substrate, the epitaxial Layer and the substrate are exposed to a treatment in which the impurity with the higher diffusion rate through the epitaxial layer diffuses through to its surface, and thereby isolation areas in the epitaxial layer arise, according to patent application P 20 55 162.6.
Die Herstellung integrierter Schaltungen, die in demselben Halbleiterkörper sowohl bipolare Transistoren als auch Feldeffekttransistoren enthalten, ist seit langem bekannt und viele Vorschläge in dieser Richtung wurden schon gemacht. Bisher betrafen solche Vorschläge entweder einen Kompromiß zwischen optimal ausgelegten Verfahren, um einerseits die bipolaren Transistoren und andererseits die Feldeffekttransistoren mit der höchstmöglichen Qualität herzustellen und zwischen vereinfachten Verfahren, bei denen die gebildeten Transistoren nicht die bei einer Einzelherstellung erreichbare Qualität besitzen. Eine der größten Schwierigkeiten bei diesen Verfahren liegt darin, daß die erforderlicheThe manufacture of integrated circuits in the same semiconductor body contain both bipolar transistors and field effect transistors has long been known and many proposals in this direction have already been made. So far, such proposals have concerned either a compromise between optimally designed Method to on the one hand the bipolar transistors and on the other hand the field effect transistors with the highest possible Quality production and between simplified processes in which the transistors formed are not those in a single production possess achievable quality. One of the major difficulties with this method is that the required
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Dotierungskonzentration des Substrats für bipolare Transistoren wenigstens um eine Größenordnung verschieden von der des Substrats für Feldeffektransistoren ist.Doping concentration of the substrate for bipolar transistors at least one order of magnitude different from that of the substrate for field effect transistors.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bipolare und Feldeffekttransistoren mit demselben monolithischen Substrat herzustellen und trotzdem für beide im wesentlichen voneinander unabhängige Dotierungskonzentrationen zu erreichen. Dabei sollen Verfahrensschritte angewendet werden, die bereits bei der Herstellung jeweils von bipolaren oder Feldeffekttransistoren bekannt sind und daher gut beherrscht werden. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Verfahren zur Isolationsbereichsbildung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb von Isolationsbereichen bipolare Transistoren und innerhalb von Isolationsbereichen und/oder außerhalb von diesen Feldeffekttransistoren gebildet werden.It is therefore the object of the present invention to provide bipolar and field effect transistors with the same monolithic substrate and nevertheless to achieve doping concentrations that are essentially independent of one another for both. This should Process steps are applied that are already in the production are known in each case from bipolar or field effect transistors and are therefore well mastered. This task is carried out with the initially mentioned method for the formation of isolation areas solved according to the invention in that within isolation areas bipolar transistors and formed within isolation areas and / or outside of these field effect transistors will.
Die für beide Transistorarten benötigten Dotierungskonzentrationen bei außerhalb der Isolationsbereiche liegenden Feldeffekttransistoren sind im wesentlichen voneinander unabhängig, da die Grunddotierung der epitaktischen Schicht so ausgeführt wird, daß sie einen optimalen Wert für die Herstellung von Feldeffekttransistoren besitzt und da durch die Ausdiffusion von zwei Störstoffen die Dotierungskonzentrationen in den Isolationsbereichen so gesteuert werden können, wie sie für die Bildung von bipolaren Transistoren benötigt werden. Durch die Ausdiffusion der Störstoffe erhält man in den Isolationsbereichen einen Verlauf der Dotierungskonzentration, der von einem relativ niedrigen Wert an der Oberfläche der epitaktischen Schicht bis zu einem relativ hohen Wert im unteren Teil der epitaktischen Schicht ansteigt. Dieser Verlauf kann z.B. durch geeignete Wahl der Anfangskonzentrationen der beiden ausdiffundierenden Störstoffe in der Weise gesteuert werden, daß in einem Isolationsbereich optimale Dotierungskonzentrationen sowohl für die Ausbildung eines bipolaren als auch eines Feldeffekttransistors entstehen. Die Dotierungskonzentration an der Oberfläche der epitaktischen Schicht beträgt sowohl innerhalb als auch außerhalb der Isolationsbereiche vorzugsweise etwa 10 AtomeThe doping concentrations required for both types of transistors in the case of field effect transistors lying outside the isolation areas are essentially independent of one another, since the basic doping the epitaxial layer is designed so that it has an optimal value for the production of field effect transistors and because the doping concentrations in the isolation areas are controlled by the out-diffusion of two impurities as needed for the formation of bipolar transistors. Through the diffusion of the contaminants, one obtains in the isolation areas a course of the doping concentration, which from a relatively low value on the surface of the epitaxial layer rises to a relatively high value in the lower part of the epitaxial layer. This course can e.g. can be controlled by suitable choice of the initial concentrations of the two out-diffusing impurities in such a way that optimal doping concentrations in an isolation area both for the formation of a bipolar and a field effect transistor develop. The doping concentration on the surface of the epitaxial layer is both within also outside the isolation areas, preferably about 10 atoms
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pro cm3. Diese Konzentration ist besonders geeignet für Substrate, in denen Feldeffekttransistoren vom P- sowie vom N-Kanal-Typ hergestellt werden. Durch die Ausdiffusion der beiden Störstoffe kann weiterhin erreicht werden, daß in den Isolationsbereichen in einer Tiefe, in der anschließend der Kollektor eines bipolaren Transistors gebildet wird, eine bevorzugte Dotierungskonzentrationper cm 3 . This concentration is particularly suitable for substrates in which field effect transistors of the P- and N-channel type are produced. As a result of the diffusion of the two impurities, it can also be achieved that a preferred doping concentration is achieved in the insulation areas at a depth at which the collector of a bipolar transistor is subsequently formed
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von 10 Atomen/cm auftritt.of 10 atoms / cm occurs.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.The invention is illustrated below with reference to one in the figures Embodiment described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fign. 1 bis 6 vereinfachte Schnittansichten der den einzelnenFigs. 1 to 6 simplified sectional views of the individual
Schritten des beanspruchten Verfahrens entsprechenden Halbleiterstruktur,Steps of the claimed method corresponding semiconductor structure,
Fig. 7 den Verlauf der Dotierungskonzentrationen in7 shows the course of the doping concentrations in
dem in Fig. 1 dargestellten Substrat undthe substrate shown in Fig. 1 and
Fig. 8 den Verlauf der Dotierungskonzentrationen eines8 shows the course of the doping concentrations of a
NPN-Transistors, der in einem Isolationsbereich gebildet wurde.NPN transistor formed in an isolation area.
In Fig. 1 ist ein in der[100]-Ebene geschnittenes P~-Siliciumsubstrat 1 mit einer Dotierungskonzentration von höchstens 10 Atomen/cm gezeigt. Das Substrat, das einen Widerstand von etwa 10 bis 20 0hm χ cm hat, wird anfangs mit einer Schicht 2 aus Siliciumdioxid überzogen. Ein Fenster 3 wird in bekannter Weise aus der Schicht 2 ausgeätzt und ein subkollektorähnlicher Bereich 4 durch das Fenster 3 in das Substrat 1 an der Stelle eindiffundiert, an der später ein Isolationsbereich gebildet werden soll. Zwei derartige Bereiche 4 und 5 sind in Fig. 1 gezeigt. Jeder der Bereiche 4 und 5 enthält zwei Störstoffe, z.B. Arsen und Phosphor, die unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeiten und Konzentrationen aufweisen und die beide eine dem P~- Substrat 1 entgegengesetzte Leitfähigkeit bewirken. Typische Verläufe der v 1 shows a P ~ -silicon substrate 1 cut in the [100] plane with a doping concentration of at most 10 atoms / cm. The substrate, which has a resistance of about 10 to 20 ohm χ cm, is initially coated with a layer 2 of silicon dioxide. A window 3 is etched out of the layer 2 in a known manner and a subcollector-like area 4 is diffused through the window 3 into the substrate 1 at the point at which an insulation area is to be formed later. Two such areas 4 and 5 are shown in FIG. Each of the areas 4 and 5 contains two impurities, for example arsenic and phosphorus, which have different diffusion speeds and concentrations and which both cause a conductivity opposite to that of the P ~ substrate 1. Typical courses of the v
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Konzentrationen für Arsen und Phosphor nach deren Eindringen in das Substrat 1 sind in Fig. 7 gezeigt. Die Bereiche 4 und 5 werden beispielsweise durch eine Kapseldiffusion bei 1100 0C während 60 Minuten ausgebildet. Die Diffusion ergibt einen Flächenwiderstand von 7 Ohm/a und eine Übergangstiefe von 1,1 um bei Verwendung einer Mischung von 1,5 g von mit 2 % Arsen dotiertem SiliciumConcentrations for arsenic and phosphorus after their penetration into the substrate 1 are shown in FIG. The regions 4 and 5 are for example formed by a diffusion capsule at 1100 0 C for 60 minutes. The diffusion gives a sheet resistance of 7 ohms / a and a junction depth of 1.1 µm when using a mixture of 1.5 g of silicon doped with 2% arsenic
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und 1,5 g von mit 10 Atomen/cm Phosphor dotiertem Silicium als Quelle. Das Pulver wird unmittelbar vor dem Abdichten der Kapsel aus getrennt aufbewahrtem, mit Arsen dotiertem Silicium und mit Phosphor dotiertem Silicium zubereitet.and 1.5 g of silicon doped with 10 atoms / cm of phosphorus as a source. The powder is made from separately stored silicon doped with arsenic and immediately before the capsule is sealed prepared with silicon doped with phosphorus.
Als nächstes wird die Schicht 2 aus Siliciumdioxid vom Substrat 1 entfernt und eine 3 um dicke P-leitende Epitaxieschicht 6 mit einem Widerstand von 2,0 Ohm χ cm aufgewachsen, wie Fig. 2 zeigt. Bei Beendigung des epitaktischen Niederschiagens sind die Störstoffe Phosphor und Arsen etwas in die Schicht 6 hineindiffundiert. Das langsamer diffundierende Arsen befindet sich im durch eine gestrichelte Linie begrenzten Bereich 13, wogegen der schneller diffundierende Phosphor sich im durch eine durchgehende Linie begrenzten Bereich 14 befindet. Darauf wird die Oxidschicht 15 der Fig. 3 auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 6 ausgebildet und die Arsen- und Phosphor-Verunreinigungen werden soweit ausdiffundiert, bis der Phosphor durch die Schicht 6 bis zu deren Oberfläche gelangt ist. Nun sind in der Schicht 6 auf dem P~- leitenden Substrat 1 die Isolationsbereiche 16 und 19 aus N-leitendem Material gebildet. Der Bereich 16 weist eine N+-Zone 17 mit hoher Dotierungskonzentration, d.h. mit etwa 10 Atomen/cm Arsen und Phosphor, und eine N-Zone 1.8 mit niedrigerer und nach oben hin abnehmender Konzentration, d.h. mit etwa 10 Atomen/cm in der Nähe der Zone 17 und mit etwa 10 Atomen/cm an der Oberfläche, die ausdiffundierten Phosphor enthält, auf. Innerhalb der Isolationsbereiche 16 und 19 können nun verschiedene Schaltungselemente gebildet werden. Ein bipolarer Transistor kann z.B. hergestellt werden, indem man nacheinander Basis und Emitter in einen solchen Bereich eindiffundiert.Next, the layer 2 of silicon dioxide is removed from the substrate 1 and a 3 µm thick P-type epitaxial layer 6 with a resistance of 2.0 ohm χ cm is grown, as FIG. 2 shows. At the end of the epitaxial deposition, the impurities phosphorus and arsenic have diffused somewhat into the layer 6. The more slowly diffusing arsenic is located in the area 13 delimited by a dashed line, while the faster diffusing phosphorus is located in the area 14 delimited by a solid line. The oxide layer 15 of FIG. 3 is then formed on the surface of the epitaxial layer 6 and the arsenic and phosphorus impurities are diffused out until the phosphorus has passed through the layer 6 to its surface. Now, in the layer 6 on the P ~ -conducting substrate 1, the insulation areas 16 and 19 are formed from N-conductive material. The region 16 has an N + zone 17 with a high doping concentration, ie with approximately 10 atoms / cm of arsenic and phosphorus, and an N-zone 1.8 with a lower concentration that decreases towards the top, ie with approximately 10 atoms / cm in the vicinity of zone 17 and with about 10 atoms / cm on the surface, which contains out-diffused phosphorus. Various circuit elements can now be formed within the insulation areas 16 and 19. A bipolar transistor can be produced, for example, by successively diffusing the base and emitter into such an area.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo N-leitende Isolationsbereiche In einer P-leitenden Epitaxieschicht auf einem !'"-Substrat In the present exemplary embodiment, where N-conductive insulation areas are in a P-conductive epitaxial layer on a! '"Substrate
Fi 971 ooi . 2098^7/1055Fi 971 ooi. 2098 ^ 7/1055
gebildet wurden, werden ein NPN-Transistor und ein P-Kanal-Feldeffekttransistor in diesen Bereichen und ein N-Kanal-Feldeffekttransistor in der Epitaxieschicht zwischen den Isolationsbereichen ausgebildet. Die sich ergebende integrierte Struktur zeigt, daß jeder Isolationsbereich durch eine Ausdiffusion der Störstoffe nach oben aus der Grenzschicht zwischen Epitaxieschicht und Substrat gebildet wird. Dieses Ausdiffundieren erzeugt einen selbstisolierenden Bereich, der eine nach oben abnehmende Dotierungskonzentration aufweist, d.h. welche sich von einer hohen Dotierung (N ) im unteren Teil zu einer geringeren Dotierung (N) im oberen Teil hin verändert. Die Dotierungskonzentration im unteren Teil ist geeignet für Subkollektor und Kollektorbereiche eines NPN-Transistors, wohingegen die Dotierungskonzentration im oberen Teil, die um Größenordnungen kleiner sein kann, sich für die optimale Herstellung von Feldeffekttransistoren eignet. Typische Dotierungskonzentrationen von Arsen und Phosphor sowie die Grunddotierungskonzentrationen in einem Isolationsbereich sind in Fig. 8 gezeigt. Die gestrichelten Kurven 9 und 10 stellen die Arsen- und Phosphorkonzentration dar, wenn die Ausdiffusion noch unvollständig ist; die Kurven 11 und 12 zeigen die Enddotierungen. Die Geraden 38 und 39 geben die P -Substratdotierung und die P-Dotierung der Epitaxieschicht an.are formed, an NPN transistor and a P-channel field effect transistor in these areas and an N-channel field effect transistor formed in the epitaxial layer between the isolation regions. The resulting integrated structure shows that each isolation area by diffusion of the impurities upwards out of the boundary layer between the epitaxial layer and Substrate is formed. This outward diffusion creates a self-insulating one Area which has an upwardly decreasing doping concentration, i.e. which differs from a high doping (N) in the lower part changed to a lower doping (N) in the upper part. The doping concentration in the lower part is suitable for sub-collector and collector areas of an NPN transistor, whereas the doping concentration in the upper part, which can be orders of magnitude smaller, is suitable for the optimal production of field effect transistors. Typical doping concentrations of arsenic and phosphorus as well as the basic doping concentrations in an isolation area are shown in FIG. The dashed curves 9 and 10 represent the arsenic and phosphorus concentrations represents when the outdiffusion is still incomplete; curves 11 and 12 show the end dopings. The straight lines 38 and 39 indicate the P substrate doping and the P doping of the epitaxial layer.
Ein NPN-Transistor wird nun im Isolationsbereich 16 gebildet, ein P-Kanal-Feldeffekttransistor im Bereich 19 und ein N-Kanal-Feldeffekttransistor in der Epitaxieschicht 6 zwischen den Bereichen 16 und 19, wie die Fign. 4, 5 und 6 zeigen. Wesentlich für die Einfachheit des Verfahrens ist die Art, in welcher die Basis und der Emitter des bipolaren Transistors sowie Quelle und Senke der Feldeffekttransistoren ausgebildet werden. Mit der üblichen Diffusion, z.B. einer Dampfphasen-Diffusion, oder Ionen-Implantation werden Quelle und Senke des P-Kanal-Feldeffekttransistors gleichzeitig mit der Basis des NPN-Transistors eingebracht. Quelle und Senke des N-Kanal-Feldeffekttransistors dagegen werden gleichzeitig mit dem Emitter des NPN-Transistors hefgestellt. Durch die Fenster 20, 21, 22 und 23 in der Oxidschicht 15 der Fig. 4 wirdAn NPN transistor is now formed in isolation area 16, a P-channel field effect transistor in area 19 and an N-channel field effect transistor in the epitaxial layer 6 between the areas 16 and 19, as shown in FIGS. 4, 5 and 6 show. Essential for the Simplicity of the process is the way in which the base and emitter of the bipolar transistor as well as the source and drain of the Field effect transistors are formed. With the usual diffusion, e.g. a vapor phase diffusion, or ion implantation source and sink of the P-channel field effect transistor become simultaneously introduced with the base of the NPN transistor. The source and sink of the N-channel field effect transistor, on the other hand, are simultaneously with the emitter of the NPN transistor. Through the Windows 20, 21, 22 and 23 in the oxide layer 15 of FIG
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gleichzeitig eine P -Diffusion für den Basisbereich des bipolaren Transistors, den Substratkontakt des N-Kanal-Feldeffekttransistors sowie die Quelle und Senke des P-Kanal-Feldeffekttransistors eingebracht. Ein geeigneter Störstoff für die Diffusion ist Bor. Im, Ausführungsbeispiel erzeugt eine Kapseldiffusion mit einer Quelle mit 7,5 χ 10 Atomen Bor/cm bei einer Temperatur von 1000 0C während einer Diffusionszeit von 60 Minuten einen Flächenwiderstand von 169 Ohm/a und eine Basisübergangstiefe von 0,6 um.at the same time a P diffusion introduced for the base region of the bipolar transistor, the substrate contact of the N-channel field effect transistor and the source and drain of the P-channel field effect transistor. A suitable impurity for diffusion is boron. In the, embodiment generates a capsule diffusion to a source of 7.5 χ 10 atoms boron / cm at a temperature of 1000 0 C for a diffusion time of 60 minutes, a surface resistance of 169 ohms / a and a Base junction depth of 0.6 µm.
Nach der P -Diffusion folgt eine Oxidation bei 907 C in Sauerstoff, Wasserdampf und Sauerstoff für jeweils 5, 45 und 5 Minuten bis zu einer Oxiddicke von 2800 ä. Der Flächenwiderstand der Bordiffusion wächst dadurch auf 449 Ohm/n und die Basisübergangstiefe auf 0,65 pm. Durch photolithographisehe Behandlung werden Fenster 24 bis 28 in der Oxidschicht freigelegt für den Emitterbereich und den Kollektor-Kontaktbereich des bipolaren Transistors, den Quellen- und Senkenbereich des N-Kanal-Feldeffekttransistors und. den Substratkontakt-Bereich des P-Kanal-Feldeffekttransistors. Eine N -Diffusion erzeugt gleichzeitig den Emitter 29 und den Kollektorkontakt 30 des NPN-Transistors im Isolationsbereich 16, den Substratkontakt 31 für den P-Kanal-Feldeffekttransistor im Isolationsbereich 19 sowie Quelle 32 und Senke-33 des N-Kanal-Feldeffekttransistors in der epitaktischen Schicht zwischen den Bereichen 16 und 19. Die N -Diffusion wird vorzugsweise als Kapseldiffusion bei einer Temperatur von 1000 C während 60 Minuten ausgeführt mit einer mit 1,55 % Arsen dotierten Siliciumquelle. Dadurch werden ein Flächenwiderstand von 20 Ohm/q und eine Übergangstiefe von 0,275 pm erzeugt. Eine Oxidation bei 970 C unter Verwendung von Sauerstoff, Wasserdampf und Sauerstoff während jeweils 5, 20 und 5 Minuten erzeugt eine Oxiddicke von 3000 Ä* und erhöht den Flächenwiderstand auf 30 Ohm/aund die Übergangstiefe auf 0,375 pm.The P diffusion is followed by an oxidation at 907 C in oxygen, Water vapor and oxygen for 5, 45 and 5 minutes respectively up to an oxide thickness of 2800 Å. The sheet resistance of boron diffusion This increases to 449 Ohm / n and the base transition depth to 0.65 pm. By photolithographic treatment Windows 24 to 28 exposed in the oxide layer for the emitter area and the collector contact area of the bipolar transistor, the source and drain area of the N-channel field effect transistor and. the substrate contact area of the P-channel field effect transistor. An N diffusion simultaneously creates the emitter 29 and the collector contact 30 of the NPN transistor in the isolation area 16, the substrate contact 31 for the P-channel field effect transistor in the Isolation area 19 and source 32 and drain 33 of the N-channel field effect transistor in the epitaxial layer between regions 16 and 19. The N diffusion is preferably used as Capsule diffusion carried out at a temperature of 1000 C for 60 minutes with a silicon source doped with 1.55% arsenic. This results in a sheet resistance of 20 Ohm / q and creates a transition depth of 0.275 pm. An oxidation at 970 C using oxygen, water vapor and oxygen for 5, 20 and 5 minutes, respectively, creates an oxide thickness of 3000 Ä * and increases the sheet resistance to 30 Ohm / a and the Transition depth to 0.375 pm.
Der N-Kanal-Feldeffekttransistor und der P-Kanal-Feldeffekttransistor sind in bekannter Weise aufgebaut. Das Oxid wird über den aktiven Bereichen des N- und des P-Kanals entfernt und neueThe N-channel field effect transistor and the P-channel field effect transistor are constructed in a known manner. The oxide is removed and new over the active areas of the N and P channels
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Schichten 34 und 35 werden in einer gewünschten Dicke aufgewachsen. Das neue Oxid wird ladungsstabilisiert, z.B. durch Aufbringen einer Schicht aus Phosphorsilicatglas und anschließendes Erwärmen. Schließlich werden die Steuerelektroden 36 und 37 der Feldeffekttransistoren und die notwendigen Metallkontakte gebildet, wie Fig. 6 zeigt.Layers 34 and 35 are grown to a desired thickness. The new oxide is charge-stabilized, e.g. by applying a layer of phosphosilicate glass and then heating it. Finally, the control electrodes 36 and 37 of the field effect transistors and the necessary metal contacts are formed, as shown in FIG. 6 shows.
Zur Bildung der N+-Bereiche 29 bis 33 wird Arsen gegenüber anderen eine N-Leitung bewirkenden Störstoffen, wie z.B. Phosphor, bevorzugt, weil eine Arsendotierung des Emitters das Hochfrequenzverhalten eines NPN-Transistors verbessert. Außerdem diffundiert Arsen über eine viel kürzere Strecke als Phosphor zur Erzielung eines gegebenen Widerstandswertes im Substrat und gestattet so, die . Quellen- und Senkendiffusion eines Feldeffekttransistors dichter zueinander anzuordnen. Diese Verringerung in den Abmessungen ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Komponentendichte auf dem Halbleiterplättchen. Außerdem bleiben bei Verwendung von Arsen anstelle von Phosphor die Eigenschaften der Transistoren im wesentlichen unbeeinflußt durch die nachfolgenden, zur Fertigstellung der Feldeffekttransistoren erforderlichen drei Bearbeitungszyklen mit hoher Temperatur, d.h. das Aufwachsen des Oxids unter den Steuerelektroden bei 970 0C, das Niederschlagen des Phosphorsilicatglases bei 900 0C und das anschließende Glühen bei 1050 °C. Die Basisbreite eines bipolaren Transistors wäre bei der Verwendung von Phosphor als Dotierungsstoff für den Emitter sowie für Quelle und Senke sehr schwer zu steuern. Arsen als langsamer diffundierendes Dotierungsmittel gestattet eine bessere Steuerung der Basisbreite.To form the N + regions 29 to 33, arsenic is preferred over other interfering substances causing an N conduction, such as phosphorus, because arsenic doping of the emitter improves the high-frequency behavior of an NPN transistor. In addition, arsenic diffuses a much shorter distance than phosphorus to achieve a given resistance value in the substrate, thus allowing the. Source and drain diffusion of a field effect transistor to be arranged closer to one another. This reduction in size enables a substantial increase in component density on the die. In addition, if arsenic is used instead of phosphorus, the properties of the transistors remain essentially unaffected by the subsequent three high-temperature processing cycles required to complete the field-effect transistors, i.e. the growth of the oxide under the control electrodes at 970 ° C., the deposition of the phosphosilicate glass at 900 0 C and the subsequent annealing at 1050 ° C. The base width of a bipolar transistor would be very difficult to control when using phosphorus as a dopant for the emitter and for the source and drain. Arsenic as the slower diffusing dopant allows better control of the base width.
Grundsätzlich können die Grunddotierungen des Substrates und der epitaktischen Schicht, die Anfangskonzentrationen der nachträglich eingebrachten Störstoffe im Substrat, z.B. Phosphor und Arsen, die Übergangstiefe, usw. verändert werden, je nach der Art der in den entsprechenden Isolationsbereichen zu bildenden Transistoren. Es wurde festgestellt, daß bei Dotierungskonzentrationen von mehr als etwa 10 Atomen/cm3 im Substrat eine seitliche Ausbreitung des Arsens entlang der Grenzfläche zwischen der1 In principle, the basic doping of the substrate and the epitaxial layer, the initial concentrations of the subsequently introduced impurities in the substrate, e.g. phosphorus and arsenic, the transition depth, etc. can be changed, depending on the type of transistors to be formed in the corresponding insulation areas. It was found that with doping concentrations of more than about 10 atoms / cm 3 in the substrate, a lateral spread of the arsenic along the interface between the 1st
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epitaktischen Schicht und dem Substrat während des Aufwachsens der epitaktischen Schicht erfolgt. Eine solche Ausbreitung ist unerwünscht, da sie den erforderlichen Abstand zwischen benachbarten Isolationsbereichen erhöht und im schlimmsten Falle solche Bereiche sogar kurzschließen kann. Dieses Problem läßt sich am einfachsten dadurch vermeiden, daß die Oberflächenkonzentrationepitaxial layer and the substrate takes place during the growth of the epitaxial layer. One such spread is undesirable because it increases the required distance between adjacent isolation areas and, in the worst case, such Can even short-circuit areas. The easiest way to avoid this problem is to reduce the surface concentration
21 3
des Arsens unter 10 Atomen/cm gehalten wird. Eine erhöhte Grunddotierung zu Beginn des epitaktischen Aufwachsens ist ebenfalls
vorteilhaft, da hierdurch eine seitliche Ausdiffusion kompensiert wird.21 3
of arsenic is kept below 10 atoms / cm. An increased basic doping at the beginning of the epitaxial growth is also advantageous, since this compensates for a lateral outdiffusion.
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