DE2219696C3 - Method for producing a monolithically integrated semiconductor device - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer monolithisch integrierten Halbleiteranordnung, bei dem an vorbestimmten Oberflächenstellen eines Halbleitersubstrats des einen Leitungstyps selektiv den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugendes Dotierungsmaterial eindiffundiert und nach dem Aufbringen einer epitaktischen Halbleiterschicht des einen Leitungstyps auf das Substrat das eindiffundierte Dotierungsmaterial zur Ausbildung umdotierter Isolationsbe- h5 reiche bis zur Oberfläche der epitaktischen Schicht ausdiffundiert wird und bei dem innerhalb und außerhalb der so gebildeten Isolationsbereiche zueinander komplementäre Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate erzeugt werden.The invention relates to a method for producing a monolithically integrated semiconductor arrangement, in which doping material producing the opposite conductivity type diffuses selectively at predetermined surface locations of a semiconductor substrate of one conduction type and, after an epitaxial semiconductor layer of one conduction type has been applied to the substrate, the diffused doping material to form redoped insulation material. h5 is outdiffused up to the surface of the epitaxial layer and in which field effect transistors with an insulated gate which are complementary to one another are produced inside and outside the insulation regions thus formed.
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 gemachtThe manufacture of integrated circuits that contain both bipolar transistors in the same semiconductor body as well as field effect transistors, has long been known and many proposals in this direction have already been done
So ist aus der US-Patentschrift 32 93 087 ein Verfahren zum Herstellen von Bipolar- und Sperrschicht-Feldeffekttransistoren im selben Halbleitersubstrat beschrieben. Zur Isolation der Halbleiterschaltungselemente voneinander werden dabei Isolationswannen durch Umdotieren von Teilen einer auf dem Substrat aufgebrachten epitaktischen Halbleiterschicht des zum Substrat gleichen Leitungstyps erzeugt Dazu läßt man zwei Dotierungsstoffe unterschiedlicher Diffusionsgeschwindigkeit und Anfangskonzentration in räumlich nebene:nanderliegenden Gebieten ausdiffundieren. Der schneller diffundierende Dotierungsstoff erzeugt dabei die Wände der Isolierwannen und der langsamer diffundierende deren Boden.For example, US Pat. No. 3,293,087 describes a method for producing bipolar and junction field effect transistors in the same semiconductor substrate. While isolation wells are produced by Umdotieren of parts of a layer applied to the substrate the epitaxial semiconductor layer of the same to the substrate conductivity type for isolating the semiconductor circuit elements from each other by allowed to two dopants of different diffusion rate and initial concentration in spatially plane: diffuse nanderliegenden areas. The faster diffusing dopant creates the walls of the insulating tubs and the slower diffusing their bottom.
Aus der US-Patentschrift 34 40 503 ist es bekannt, zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate eine epitaktische Halbleiterschicht selektiv durch Ausdiffusion umzudotieren, um in den umdotierten Bereichen Feldeffekttransistoren des einen Leitungstyps und außerhalb der umdotierten Bereiche dazu komplementäre Feldeffekttransistoren mit jeweils optimalen elektrischen Eigenschaften zu erzeugen. Wollte man in den umdotierten Bereichen auch Bipolartransistoren erzeugen, könnten diese wegen der für sie ungünstigen Dotierungskonzentration nur mit mittelmäßigen elektrischen Eigenschaften hergestellt werden.From US Patent 34 40 503 it is known for the production of field effect transistors with isolated Gate to selectively redop an epitaxial semiconductor layer by outdiffusion in order to enter the redoped Areas field effect transistors of the one conductivity type and outside the redoped areas in addition to produce complementary field effect transistors each with optimal electrical properties. Wanted to if you also produce bipolar transistors in the redoped areas, these could be because of the for them unfavorable doping concentration can only be produced with mediocre electrical properties.
In der US-Patentschrift 34 81 801 wird ein Verfahren zur Isolation von Halbleiterschaltungselementen beschrieben, das ohne eine besondere Isolationsdiffusion auskommt. Die Transistoren werden dabei in Gebieten einer epitaktischen Halbleiterschicht des dem Substrat entsprechenden Leitungstyps gebildet, die durch Ausdiffusion umdotiert werden. Die nicht umdotierten Gebiete der Epitaxieschicht wirken dabei als Isolationsbereich.US Pat. No. 3,481,801 describes a method for insulating semiconductor circuit elements, which manages without a special insulation diffusion. The transistors are doing this in areas an epitaxial semiconductor layer of the conductivity type corresponding to the substrate, which is formed by outdiffusion be redeployed. The areas of the epitaxial layer that have not been redoped act as an insulation area.
Schließlich ist es aus der französischen Offenlegungsschrift 20 17 125 bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, innerhalb von durch Ausdiffusion umdotierten Isolationsbereichen entweder Bipolaroder Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate zu erzeugen, wobei bei Ausbildung von Feldeffekttransistoren außerhalb der Isolationsbereiche Feldeffekttransistoren des dazu komplementären Typs angeordnet werden.Finally, it is from the French laid-open specification 20 17 125 in a method of the above known, within isolation areas redoped by outdiffusion, either bipolar or To produce field effect transistors with an insulated gate, with the formation of field effect transistors arranged outside the isolation areas field effect transistors of the complementary type will.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Bipolar- und Feldeffekttransistoren in demselben Halbleitersubstrat stellen einen Kompromiß dar 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 erforderliche Dotierungskonzentration des Substrats für bipolare Transistoren wenigstens um eine Größenordnung verschieden von der des Substrats für Feldeffekttransistoren ist.The known processes for the production of bipolar and field effect transistors in the same Semiconductor substrates represent a compromise between optimally designed methods to, on the one hand, the to produce bipolar transistors and, on the other hand, the field effect transistors with the highest possible quality, and between simplified processes in which the transistors formed are not those in one Have individual production achievable quality. One of the major difficulties with these procedures lies in that the required doping concentration of the substrate for bipolar transistors is at least around is an order of magnitude different from that of the substrate for field effect transistors.
Bei einem Verfahren zum Herstellen der Kollektorzone eines selbstisolierenden Bipolartransistors in einer monolithischen Halbleiteranordnung ist auch schon vorgeschlagen worden, gleichzeitig zwei Dotierungs-In a method for producing the collector zone of a self-isolating bipolar transistor in a monolithic semiconductor arrangement has also been proposed to use two doping
stoffe unterschiedlicher Anfangskonzentration und Diffusionsgeschwindigkeit in eine epitaktische HaIble;terschicht des dem Substrat entsprechenden Leitungstyps auszudiffundieren, bis der schneller diffundierende Dotierungsstoff die obere Oberfläche der epitaktischen Schicht erreicht hat, wogegen der Dotierungsstoff mit der kleineren Diffusionsgeschwindigkeit eine hochdotierte vergrabene Schicht des zum Substrat entgegengesetzten Leitungstyps bildet, vgl. die ältere Anmeldung P 20 55 162.6-33. ι οSubstances of different initial concentration and diffusion rate in an epitaxial semiconductor layer of the conductivity type corresponding to the substrate to diffuse out until the more rapidly diffusing Dopant has reached the top surface of the epitaxial layer, whereas the Dopant with the lower diffusion rate is a highly doped buried layer of the Forms substrate of opposite conductivity type, see older registration P 20 55 162.6-33. ι ο
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bipolare Transistoren und zueinander komplementäre Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate in demselben monolithischen Substrat und trotzdem mit optimalen Eigenschaften herzustellen. Dabei sollen Verfahrensschritte angewendet werden, die bereits bei der Herstellung jeweils von bipolaren oder Feldeffekttransistoren bekannt sind und daher gut beherrscht werden.It is therefore the object of the present invention to provide bipolar transistors and transistors that are complementary to one another Field effect transistors with insulated gate in the same monolithic substrate and still with optimal Properties to produce. Process steps are to be used that already existed during the Manufacture of bipolar or field effect transistors are known and are therefore well mastered.
Die genannte Aufgabe wird bei dom eingangs genannten Verfahren zum Herstellen einer monolithisch integrierten Halbleiteranordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gleichzeitig bipolare Transistoren in den Isolationsbereichen ausgebildet werden und dazu als Dotierungsmaterial zwei Dotierungsstoffe mit unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten verwendet werden, deren Anfangskonzentrationen und Diffusionskoeffizienten so gewählt werden, daß ein sowohl für die Ausbildung der bipolaren Transistoren als auch der innerhalb der Isolationsbereiche erzeugten Feldeffekttransistoren geeignetes vertikales Dotierungsprofil entsteht.The above-mentioned object is in the initially mentioned method for producing a monolithic integrated semiconductor arrangement according to the invention achieved in that at the same time bipolar transistors are formed in the isolation areas and, for this purpose, two dopants as doping material different diffusion velocities are used, their initial concentrations and diffusion coefficients be chosen so that a both for the formation of the bipolar transistors as well vertical doping profile suitable for the field effect transistors generated within the isolation areas arises.
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 durch die Ausdiffusion von zwei Dotierungsstoffen die Dotierungskonzentrationen in den Isolationsbereichen so gesteuert werden können, wie sie für die Bildung von bipolaren Transistoren benötigt werden. Durch die Ausdiffusion der Dotierungsstoffe erhält man in den Isolationsbereichen einen Verlauf der Dotierungskonzentration, der von einem relativ niedrigen Wert an der Oberfläche der epitaktisehen Schicht bis zu einem relativ hohen Wert im unteren Teil der epitaktischen Schicht ansteigt. Dieser Verlauf wird dui^h geeignete Wahl der Anfangskonzentrationen und der Diffusionskoeffizienten der beiden ausdiffundierenden Dotierungsstoffe in der Weise gesteuert, 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 1016 Atome pro cm1. Diese Konzentration ist besonders geeignet für Substrate, in denen Feldeffekttransistoren vom P- sowie vom N-Kanal-Typ hergestellt werden. Durch die Ausdiffu- fc>o sion der beiden Dotierungs- oder Störstoffe kann weiterhin erreicht werden, daß in den Isolationsbereichen in einer Tiefe, in der anschließend die Koilektorzone eines bipolaren Transistors gebildet wird, eine bevorzugte Dotierungskonzentration von 10" Ato- h"> men/cm3 auftritt.The doping concentrations required for both types of transistor for field effect transistors lying outside the isolation areas are essentially independent of one another, since the basic doping of the epitaxial layer is carried out in such a way that it has an optimal value for the production of field effect transistors and the doping concentrations in the Isolation areas can be controlled as they are needed for the formation of bipolar transistors. As a result of the outward diffusion of the dopants, a course of the doping concentration is obtained in the isolation regions which increases from a relatively low value on the surface of the epitaxial layer to a relatively high value in the lower part of the epitaxial layer. This course is controlled by a suitable choice of the initial concentrations and the diffusion coefficients of the two out-diffusing dopants in such a way that optimal doping concentrations arise in an isolation area for both the formation of a bipolar and a field effect transistor. The doping concentration on the surface of the epitaxial layer is preferably about 10 16 atoms per cm 1 both inside and outside the isolation regions. This concentration is particularly suitable for substrates in which field effect transistors of the P- and N-channel type are produced. By Ausdiffu- fc> o sion of the two or doping impurities can be further achieved that a bipolar transistor is formed in the isolation regions in a depth at which subsequently the Koilektorzone, a preferred doping concentration of 10 "Ato h '> men / cm 3 occurs.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels naher beschrieben. Es zeigtThe invention is described in more detail below with reference to an embodiment shown in the figures. It shows
F i g. 1 bis 6 vereinfachte Schnittansichten der den einzelnen Schritten des beanspruchten Verfahrens entsprechenden Halbleiterstruktur,F i g. 1 to 6 simplified sectional views of the individual steps of the claimed method corresponding semiconductor structure,
F i g. 7 den Verlauf der Dotiemngskonzentrationen in dem in Fi g. 1 dargestellten Substrat undF i g. 7 shows the course of the doping concentrations in the in Fi g. 1 illustrated substrate and
Fig.8 den Verlauf der Dotiemngskonzentrationen eines NPN-Transistors, der in einem Isolationsbereich gebildet wurde.8 shows the course of the doping concentrations of an 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 1015 Atomen/cm3 gezeigt. Das Substrat das einen Widerstand von etwa 10 bis 20 Ohm - 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 F i g. 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 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°C während 60 Minuten ausgebildet. Die Diffusion ergibt einen Flächenwiderstand von 7 Ohm/D und eine Übergangstiefe von 1,1 μίτι bei Verwendung einer Mischung von 1,5 g von mit 2% Arsen dotiertem Silicium und 1,5 g von mit 1019 Atomen/cm3 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.1 shows a P-type silicon substrate 1 cut in the [100] plane with a doping concentration of at most 10 15 atoms / cm 3 . The substrate, which has a resistance of about 10 to 20 ohm-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. 1 shown. Each of the areas 4 and 5 contains two contaminants, e.g. B. arsenic and phosphorus, which have different diffusion rates and concentrations and which both cause a conductivity opposite to the P substrate 1. Typical curves of the concentrations for arsenic and phosphorus after their penetration into the substrate 1 are shown in FIG. Areas 4 and 5 are formed, for example, by capsule diffusion at 1100 ° C. for 60 minutes. The diffusion results in a sheet resistance of 7 Ohm / D and a transition depth of 1.1 μίτι when using a mixture of 1.5 g of silicon doped with 2% arsenic and 1.5 g of silicon doped with 10 19 atoms / cm 3 of phosphorus as a source. The powder is prepared from separately stored arsenic-doped silicon and phosphorus-doped silicon immediately before the capsule is sealed.
Als nächstes wird die Schicht 2 aus Siliciumdioxid vom Substrat ! entfernt und eine 3 μίτι dicke P-Ieitende epitaktische Halbleiterschicht 6 mit einem Widerstand von 2,0 Ohm · cm auf dem Substrat abgeschieden, wie F i g. 2 zeigt. Bei Beendigung des epitaktischen Niederschlagen 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 Oxydschicht 15 der F i g. 3 auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 6 ausgebildet, und die Arsen- und Phosphor-Verunreinigungen werden so weit 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-Ieitendem Material gebildet. Der Bereich 16 weist eine N+-Zone 17 mit hoher Dotierungskonzentration, d.h. mit etwa 1020 Atomen/cm3 Arsen und Phosphor, und eine N-Zone 18 mit niedrigerer und nach oben hin abnehmender Konzentration, d. h. mit etwa 1018 Atomen/cm3 in der Nähe der Zone 17 und mit etwa 1016 Atcmen/cm3 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 Emitterzonen in einen solchen Bereich eindiffundiert.Next, layer 2 of silicon dioxide is removed from the substrate! removed and a 3 μίτι thick P-conductive epitaxial semiconductor layer 6 with a resistance of 2.0 ohm · cm deposited on the substrate, as shown in 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 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 the surface thereof. Now, in the layer 6 on the P-conductive 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 about 10 20 atoms / cm 3 arsenic and phosphorus, and an N zone 18 with a lower concentration that decreases towards the top, ie with about 10 18 atoms / cm 3 in the vicinity of zone 17 and with about 10 16 Atcmen / cm 3 on the surface, which contains out-diffused phosphorus. Various circuit elements can now be formed within the isolation areas 16 and 19. A bipolar transistor can e.g. B. be produced by successively diffusing base and emitter zones into such an area.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo N-IeitendeIn the present embodiment, where N-conductors
Isolationsbereiche in einer P-Ieitenden Epitaxieschicht auf einem P~-Substrat gebildet wurden, werden ein NPN-Transistorundein 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 N PN-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 F i g. 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.If isolation regions are formed in a P-type epitaxial layer on a P ~ substrate, an NPN transistor and a P-channel field effect transistor are formed in these regions, and an N-channel field effect transistor is formed in the epitaxial layer between the isolation regions. The resulting integrated structure shows that each isolation area is formed by diffusion of the impurities upwards from the boundary layer between the epitaxial layer and the substrate. This outdiffusion creates a self-insulating area which has a doping concentration decreasing upwards, ie which changes from a high doping (N + ) in the lower part 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 N PN 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. 8 shown. The dashed curves 9 and 10 represent the arsenic and phosphorus concentration when the out-diffusion 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 F i g. 4, 5 und 6 zeigen. Wesentlich für die Einfachheit des Verfahrens ist die Art, in welcher die Basis- und die Emitterzone des bipolaren Transistors sowie Source- und Drainzonen der Feldeffekttransistoren ausgebildet werden. Mit der üblichen Diffusion, z. B. einer Dampfphasen-Diffusion, oder Ionen-Implantation werden Sourcen und Drainzone des P-Kanal-Feldeffekttransistors gleichzeitig mit der Basiszone des NPN-Transistors eingebracht Source- und Drainzone des N-Kanal-Feldeffekttransistors dagegen werden gleichzeitig mit der Emitterzone des N PN-Transistors hergestellt. Durch die Fenster 20, 21, 22 und 23 in der Oxydschicht 15 der Fig.4 wird gleichzeitig eine P--Diffusion für die Basiszone des bipolaren Transistors, die Substratkontaktzone des N-Kanal-Feldeffekttransistors sowie die Source- und Drainzone des P-Kanal-Feldeffekttransistors eingebracht. Ein geeigneter Störstoff hierfür für die Diffusion ist Bor. Im Ausführungsbeispie! erzeugt eine Kapseldiffusion mit einer Quelle mit 7,5 ■ 10" Atomen Bor/cm3 bei einer Temperatur von 1000° C während einer Diffusionszeit von 60 Minuten einen Flächenwiderstand von 169 Ohm/ D und eine Basisübergangstiefe von 0,6 μητ.An NPN transistor is now formed in the isolation area 16, a P-channel field effect transistor in the area 19 and an N-channel field effect transistor in the epitaxial layer 6 between the areas 16 and 19, as shown in FIG. 4, 5 and 6 show. The way in which the base and emitter zones of the bipolar transistor and the source and drain zones of the field effect transistors are formed is essential for the simplicity of the method. With the usual diffusion, e.g. B. a vapor phase diffusion, or ion implantation, the source and drain zone of the P-channel field effect transistor are introduced simultaneously with the base zone of the NPN transistor. Source and drain zone of the N-channel field effect transistor, however, are simultaneously with the emitter zone of the N PN- Transistor made. The windows 20, 21, 22 and 23 in the oxide layer 15 of FIG. 4 simultaneously create a P diffusion for the base zone of the bipolar transistor, the substrate contact zone of the N-channel field effect transistor and the source and drain zone of the P-channel -Field effect transistor introduced. A suitable impurity for diffusion is boron. In the exemplary embodiment! Generates a capsule diffusion with a source with 7.5 · 10 "atoms of boron / cm 3 at a temperature of 1000 ° C for a diffusion time of 60 minutes, a sheet resistance of 169 Ohm / D and a base transition depth of 0.6 μητ.
Nach der P+-Diffusion folgt eine Oxydation bei 907° C in Sauerstoff, Wasserdampf und Sauerstoff für jeweils 5,45 und 5 Minuten bis zu einer Oxyddicke von 280 nm. Der Flächenwiderstand der Bordiffusion wächst dadurch auf 449 Ohm/ Π und die Basisübergangstiefe auf 0,65 μπι. Durch photolithographische Behandlung werden Fenster 24 bis 28 in der Oxydschicht freigelegt für die Emitterzone und die Kollektorkontaktzone des bipolaren Transistors, die Source- und Drainzone des N-Kanal-Feldeffekttransistors und die Substratkontaktzone des P-Kanal-Feldeffekttransistors. Eine ^-Diffusion erzeugt gleichzeitig die Emitterzone 29 und die Kollektorkontaktzone 30 des NPN-Transistors im Isolationsbereich 16, die Substratkontaktzone 31 für den P-Kanal-Feldeffekttransistor im Isolationsbereich 19 sowie Sourcezone 32 und Drainzone 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/G und eine Übergangstiefe von 0,275 μΐη erzeugt. Eine Oxydation bei 970° C unter Verwendung von Sauerstoff, Wasserdampf und Sauerstoff während jeweils 5, 20 und 5 Minuten erzeugt eine Oxyddicke von 300 nm und erhöht den Flächenwiderstand auf 30 Ohm/D und dieThe P + diffusion is followed by oxidation at 907 ° C in oxygen, water vapor and oxygen for 5.45 and 5 minutes respectively up to an oxide thickness of 280 nm. The sheet resistance of the boron diffusion increases to 449 Ohm / Π and the base transition depth 0.65 μm. By photolithographic treatment, windows 24 to 28 are exposed in the oxide layer for the emitter zone and the collector contact zone of the bipolar transistor, the source and drain zone of the N-channel field effect transistor and the substrate contact zone of the P-channel field effect transistor. A ^ diffusion simultaneously creates the emitter zone 29 and the collector contact zone 30 of the NPN transistor in the isolation area 16, the substrate contact zone 31 for the P-channel field effect transistor in the isolation area 19 and the source zone 32 and drain zone 33 of the N-channel field effect transistor in the epitaxial layer between the regions 16 and 19. The N + diffusion is preferably carried out as a capsule diffusion at a temperature of 1000 ° C. for 60 minutes with a silicon source doped with 1.55% arsenic. This creates a sheet resistance of 20 Ohm / G and a transition depth of 0.275 μΐη. Oxidation at 970 ° C. using oxygen, water vapor and oxygen for 5, 20 and 5 minutes respectively produces an oxide thickness of 300 nm and increases the sheet resistance to 30 Ohm / D and the
!5 Übergangstiefe auf 0,375 μηι,! 5 transition depth to 0.375 μm,
Der N-Kanal-Feldeffekttransistor und der P-Kanal-Feldeffekttransistor sind in bekannter Weise aufgebaut. Das Oxyd wird über den aktiven Bereichen des N- und des P-Kanals entfernt, und neue Schichten 34 und 35 werden in einer gewünschten Dicke aufgebracht. Das neue Oxyd 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 F i g. 6 zeigt.The N-channel field effect transistor and the P-channel field effect transistor are constructed in a known manner. The oxide is over the active areas of the N- and of the P-channel is removed and new layers 34 and 35 are applied to a desired thickness. That new oxide is charge stabilized, e.g. B. by applying a layer of phosphosilicate glass and then Heat. Finally, the control electrodes 36 and 37 of the field effect transistors and the necessary metal contacts formed, such as F i g. 6 shows.
Zur Bildung der N+-Bereiche 29 bis 33 wird ArsenArsenic is used to form the N + regions 29 to 33
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 Source- und Draindiffusion eines Feldeffekttransistors dichter zueinander anzuordnen. Diese Verringerung in den Abmessungen ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Schattungselementedichte 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 Oxyds unter den Steuerelektroden bei 97O0C, das Niederschlagen des Phosphorsilicatglases bei 900° C und das anschließende Glühen bei 10500C. Die Basisbreite eines bipolaren Transistors wäre bei der Verwendung von Phosphor als Dotierungsstoff für die Emitterzone sowie für die Source- und Drainzonen sehr schwer zu steuern. Arsen als langsamer diffundierender Dotierungsstoff gestattet eine bessere Steuerung der Basisbreite.to other interfering substances causing an N line, such as B. phosphorus, because arsenic doping of the emitter improves the high-frequency behavior of an NPN transistor. In addition, arsenic diffuses over a much shorter distance than phosphorus to achieve a given resistance value in the substrate and thus allows 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 the density of shading elements 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 97O 0 C, the deposition of the phosphosilicate glass at 900 ° C and then annealing at 1050 0 C. the base width of a bipolar transistor would be very difficult to control in the use of phosphorus as a dopant for the emitter zone and for the source and drain regions. Arsenic as a 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 Stör- stoffe 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 1021 In principle, the basic doping of the substrate and the epitaxial layer can reduce the initial concentrations of the subsequently introduced interfering substances in the substrate, e.g. B. phosphorus and arsenic, the junction depth, etc. can be changed, depending on the type of transistors to be formed in the corresponding isolation areas. It has been found that at doping concentrations greater than about 10 21
wi Atomen/cm3 im Substrat eine seitliche Ausbreitung des Arsens entlang der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht und dem Substrat während des Aurwachsens der epitaktischen Schicht erfolgt Eine solche Ausbreitung ist unerwünscht da sie den erforderlichenwi atoms / cm 3 in the substrate, the arsenic spreads laterally along the interface between the epitaxial layer and the substrate during the growth of the epitaxial layer
•; Abstand zwischen benachbarten Isolationsbereichen erhöht und im schlimmsten Falle solche Bereiche sogar•; Distance between adjacent isolation areas increased and in the worst case even such areas
- kurzschließen kann. Dieses Problem läßt sich am einfachsten dadurch vermeiden, daß die Oberflächen-- can short-circuit. The easiest way to avoid this problem is that the surface
konzentration des Arsens unter 1021 Atoinen/cm3 gehalten wird. Eine erhöhte Grunddotierung zu Beginn des epitaktischen Aufwachsens ist ebenfalls vorteilhaft, da hierdurch eine seitliche Ausdiffusion kompensiert wird.concentration of arsenic is kept below 10 21 atoms / cm 3 . An increased basic doping at the beginning of the epitaxial growth is also advantageous, since this compensates for a lateral outdiffusion.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |