DE2305902A1

DE2305902A1 - Verfahren zur erzielung eines genau eingestellten hohen widerstandswerts in einem in einer einkristallinen basis gebildeten widerstand

Info

Publication number: DE2305902A1
Application number: DE2305902A
Authority: DE
Inventors: Eva Matzner; Olaf Sternbeck
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1973-02-05
Publication date: 1973-08-23
Also published as: AU5179273A; GB1415785A; SE354143B; FR2172210B1; FR2172210A1; US3860465A; AU468335B2

Description

T 1161

PATENTANWilTl Dr.-lns. HANS RUSCHWi Dipl.-ing.Hr:!NZ ASULAR

BERLH-I 33
Auguste-Viktoria-Strafe f|

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm, Schweden

Verfahren zur Erzielung eines genau eingestellten hohen Widerstandswerts in einem in einer einkristallinen Basis gebildeten

Widerstand.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung eines genau eingestellten hohen Widerstandswerts in einem Widerstand, der in einer einkristallinen Basis in der Form eines diffundierten Bereichs gebildet ist, der in der Längen-, Breiten- und Tiefenabmessung begrenzt ist und mit einer Oxidschicht überzogen und mit einem ersten und einem zweiten Fenster in der Oxidschicht für eine; Verbindung mit zwei Anschlußkontakten versehen ist.

Bei eln.;x" bisher bekannten Struktur, bei der einzelne Komponenten in Gintr Transistorschaltung, in einer einkristallinen Basis integriert iUnu, wird eine p-dotierte Siliziumbasis mit einer darauf upitaktiEch aufgewachsenen Schicht vom η-Typ benutzt, wobei Bestandteile ei leser Schicht jeweils in isolierenden Abschnitten vom p-Tyρ cingeacnlo^en Hind, die durch die epitaktische Schicht

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sind .

gerade diffundiert/und sich daher in einem elektrischen Kontakt mit der p-Typ-Basis befinden. Beim Betrieb des Transistors wird eine Isolierung mit hohem Widerstand zwischen den einzelnen Bestandteilen dadurch erzielt, dass der pn-Grenzflache der Basis und der isolierenden Abschnitte zu der epitaktischen Schichthin eine Vorspannung in Sperrichtung erteilt wird.

In einem isolierenden Abschnitt kann ein npn-Transistor dadurch gebildet werden, dass ein flacher p-Bereich in die epitaktische Schicht eindiffundiert wird, wobei der p-Bereich und der n-Bereich auf dieser angeordnet sind und Kollektor, Basis und Emitterelektrode in dem npn-Transistor bilden. Ein einfaches Verfahren zur Bildung eines Sehaltungswiderstands besteht darin, dass ein flacher p-Bereich der "gleichen Art, wie er zur Bildung der Basiselektrode des npn-Transistors benutzt wird, innerhalb eines isolierenden Abschnitts in die epitaktische Schicht diffundiert wird, und dass der Widerstand zwischen zwei Punkten genommen wird, die sich in einem Abstand voneinander in dem betreffenden p-Bereich befinden. .

Die vorstehend beschriebene Struktur ist von der Herstellung her wirtschaftlich,, weil die p-Bereiche des Sehaltungswiderstands und der Basiselektroden in den npn-Transistoren in. einer Diffusionsstufe gebildet werden können, wobei der p-Bereich unter Berücksichtigung der Kennwerte des npn-Transistors in einer epitaktischen Schicht eine Dicke von geeigneterweise etwa 5- /um und einen

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spezifischen Widerstand von beispielsweise 1000 Ohm-mm./m hat.

Die p-Bereiche der .Schaltwiderstände liegen in der Form eines dünnen Streifens vor, der mit zwei Anschlußkontakten versehen ist. Bei Schaltungswiderständen mit hohen Widerstandswerten soll die Breite des Streifens im Hinblick auf strukturelle Inhomogenitäten und eine optische Reproduzierbarkeit durch·Kopieren einer Vorlage so gering wie möglich sein.. Normalerweise wird eine Streifenbreite- von etwa 10 /Um gewählt. Dem Streifen kann ferner gegebenenfalls eine hin-und hergehende Schleifenform. innerhalb eines rechteckigen Bereichs gegeben werden, wobei ein Isolierabstand von der gleichen Grosse wie die Streifenbreite gewähltwird. Aus

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den vorstehend angegebenen Zahlenwerteh kann leicht errechnet werden, dass ein Schaltungswiderstand, der innerhalb eines Bereichs von 2.B* 0,2 χ 0,2 mm gebildet ist, keinen grösseren Widerstandswert als etwa 30000 Ohm aufweisen kann.

Nach einem Verfahren der britischen Patentschrift-1 179 876 ist es jedoch möglich, einen höheren Widerstandswert für den oben als Beispiel erläuterten Schaltungswiderstand zu erzielen, indem man in den p-Bereich desselben einen kleineren p-Bereich auf die gleiche Weise eindiffundiert, in der die Emitterelektrode des npn-Transistors erzeugt wird, zu ei^zielen. Durch dieses Verfahren wii'd eine Erhöhung dßs Widerstands erreicht, die direkt proportional der effektiven Verminderung in der Tiefenabmessung des p-Bereiehs ist.

Ein grosser Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt jedoch darin, dass es nicht möglich ist, die effektive Verminderung der Tiefe des p-gereichs genau vorherzubestimmen. Die dadurch gegebene Ungewissheit hinsichtlich der Bestimmung des endgültigen Widerstandswerts hat zur Folge, dass das Verfahren nur in solchen Fällen benutzt werden kann, in denen vergleichsweise breite Toleranzintervalle hingenommen werden können. Obwohl es theoretisch möglich ist, einen kleineren η-Bereich durch eine Reihe nachfolgender Diffusionsstufen zu bilden, um den Widerstandswert zwischen den Anschlusskontakten des p-Bereichs mit allmählich kleiner werdenden Teilbeträgen zu erhöhen und so mit dem gewünschten Genauigkeitsgrad einem vorbestimmten Widerstandswert zu nähern, sind die Diffusionsstufen bei dem Herstellungsverfahren zu teuer, um eine praktische Anwendbarkeit dieses Verfahrens zuzulassen.

Bas Verfahren der Erfindung ist in den zugehörigen Ansprüchen gekennzeichnet. ^r

Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher in Verbindung mit aer Zeichnung erläutert. In aer Zeichnung gibt die Figur 1 eine perspektivische Schnittansicht einer Siliziumbasis wieder, in

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der ein Widerstand nach einer bekannten Struktur gebildet ist. Die" Figur 2 gibt die gleiche Siliziumbasis wie die Figur 1 wieder, wobei jedoch die Struktur des Widerstands nach dem Verfahren der Erfindung geändert worden-ist. Die Figuren 3 und 4 stellen Draufsichten des Widerstands in der Siliziumbasis nach zwei weiteren Ausführungsformen der Erfindung dar.

In der Figur l.lst ein Widerstand mit einer bekannten Struktur dargestellt, bei dem eine p-Siliziumbasis.10 eine auf ihr epitaktisch aufgewachsene Schicht 11 vom η-Typ aufweist, in die ein flacher-p-Bereich 12 diffundiert ist. Der Bereich 12 ist von einem Isolierabschnitt 13, der gleichfalls vom p-Typ ist, umgeben, der durch die epitaktische Schicht 11 gerade diffundiert ist, um in einen elektrischen Kontakt mit; der Basis 10 zu kommen« Eine Oxidschicht 14 ist auf der oberen Seite der Basis 10 angebracht und weist zwei Fenster 15 zum Herstellen von Anschlusskontakten mit dem Bereich 12 auf, der das Widerstandsfclement des Widerstands darstellt. . _;

In der Figur 2 ist die bekannte Struktur von der Figur 1 nach dem Verfahren der Erfindung so geändert worden, dass ein^senau bestimmter hoher Widerstandswert in dem Widerstand erzielt werden : kann. Das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass ein Fenster 20 in der Oxidschicht 14 nach einer herkömmlichen Photowiderstands- und Ätztechnik angebracht wird> worauf der p-Bereich 12,- der sich unter der Oxidschicht 14 befindet, in der ι Tiefenrichtung" durch das Fenster 20 eine vorbestimmte Zeitspanne , ^; lang geätzt "wird, während welcher eine solche Materialmenge ent- . j fernt wird, dass der Widerstand der in dem Bereich 12 zurückbleibenden Materialmenge/ gemessen zwischen den Fenstern 15, dem ge- ! wünschten Widerstandswert entspricht.

ι ".■-■■-■ ' - - ■ ' ! In der Figur 2 bedeckt das Fenster 20 die gesamte Breite des . Bereichs 12 und den grösseren Teil dessen Länge zwischen den I j Fenstern 15. Das Verfahren der Erfindung kann jedoch in vorteil- j haft'er Weise auch auf andere Aus führungs formen angewendet j werden, bei denen zum Beispiel das Fenster 20 in einem solchen

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geometrischen Flächenmuster vorliegt, dass nach dem· Ätzen in der Tiefenrichtung des Bereichs 12 in diesem zwei dünne Widerstandsstränge, die parallel oder in Reihe miteinander verbunden sind, wie es in der Draufsicht von den Figuren ^ und 4 dargestellt ist, gebildet werden. Während des Ätzens erhöht sich der Widerstand zwischen den Fenstern 15 bis zu einem maximalen Grenzwert, wodurch erreicht wird, dass die Einstellung der Ätzdauer weniger kritisch wird und dass folglich der endgültige Widerstandswert mlfc einer grösseren Sicherheit vorherbestimmt werden kann, als es in der Figur 2 dann der Fall wäre, wenn das Endresultat eine Widerstandsunterbrechung wäre, wenn das Ätzen nicht rechtzeitig abgebrochen wird.·

Das Verfahren der Erfindung basiert praktisch auf der Realisierung der Tatsache, dass das Ätzen in der Tiefenrichtung des Bereichs 12 und die eventuelle Bildung von Widerstandssträngen in demselben mit einer erheblich grösseren Genauigkeit bewirkt werden können, als sie während des ursprünglichen Diffundierens des Bereichs 12 erreicht wird, und dass das so -vorgenommene Ätzen daher eine geeignete Arbeitsweise ist, um einen genau bestimmten hohen Widerstandswert in einem Widerstand in einer einkristallinen Basis zu erzielen. Weil das Ätzen ferner eine ein- \ fache und wirtschaftliche Technik darstellt, ist es vom Kostenstandpunkt aus auch für eine Serienherstellung zur Erreichung einer ausserordentlich groseen Genauigkeit für den Endwiderstands-* wert des Widerstands geeignet, indem man Material von dem diffundierten Bereich 12 in Stufen unter abwechselndem Ätzen des diffundierten Bereichs 12 und Messen des Widerstandswerts entfernt und so den Widerstand zwischen den Fenstern 15 mit allählich kleiner unü kleiner werdenden Teilbeträgen dem gewünscnten Widerstandswert näher bringt. Der erhaltene endgültige Widerstandswert v;ird vorteilhafterwei.se gegen. Änderungen mit -der Zeit durch Über— ziehen aer Baaiü 10 mit oiliaiumüioxid bei einer relativ nMrigen in einer iieaktionEkarumer in an sich bekannter Weise

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Nach dem Verfahren der Erfindung kann eine genau bestimmte Erhöhung des Widerstandswerts in einer Grössenordnung von 100 bis maximal etwa 1000 % nach dem Herstellen besonderer Widerstände innerhalb des üblichen Bereichs von 10 bis 100 kOhm mit der in der Figur 1 dargestellten Struktur erzielt werden,- wobei die .Einsparung an Fläche von der Siliziumbasis in der gleichen Grössenordnung liegt,

- Patentansprüche -

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Claims

- 7 - . T 1161 Patentans prüche

1. Verfahren zur Erzielung eines genau bestimmten hohen Widerstandswertes in einem Widerstand, der in einer einkristallinen Basis in der Form eines diffundierten Bereichs, der in der Längen-, Breiten- und Tiefenabmessung begrenzt und mit einer Oxidschicht bedeckt sowie mit einem ersten und einem zweiten Fenster zum Verbinden mit zwei Anschlusskontakten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Fenster (20) in der Oxidschicht (14) auf der oberen Seite des diffundierten Bereichs (12) nach üblichen Photowiderstands- und Ätztechniken gebildet und dann der diffundierte Bereich in der Tiefenrichtung durch das dritte Fenster eine bestimmte Zeitspanne lang geätzt wird, während welcher eine solche Materialmenge entfernt wird, dass der Widerstand der in dem diffundierten Bereich zurückbleibenden Materialmenge, gemessen zwischen dem ersten und dem zweiten Fenster, einem vorbestimmten Widerstandswert, entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte' Fenster die gesamte Breite des diffundierten .Bereichs und ausserdem den grösseren Teil von dessen Länge zwischen dem ersten unddem zweiten Fenster bededfc.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass dem dritten Fenster ein solches geometrisches Flächenmuster verliehen wird, dass nach dem Ätzen in der Tiefenrichtung

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des diffundierten Bereichs eine Reihe von "Widerstandssträngen, - die parallel zwischen dem ersten und aem- aweiten Fenster verbunden sind,- gebildet werden. - .

4. . Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet., dass

dem dritten Fenster ein solches geometrisches Flächenrauster ' verliehen wird., dass nach dem Ätzen in der Tiefenrichtungdes diffundierten Bereichs eine Reihe von Widerstandssträngen, die in Reihe zwischen-dem ersten und dem zweiten Fenster ver-• bunden sind, gebildet werden.

5. VerQiren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurcligekennzeiehnet, dass das. Entfernen von Material aus dem diffundierten Bereich in Stufen vorgenommen wird, die aus einem abwechselnden Ätzen aes diffundierten Bereichs und Messen des.Widerstandswerts bestehen, um so den Widerstand zwischen, dem ersten unddem zweiten Fenster mit alfahücrr kleiner und kleiner werdenden Teilbeträgen näher an den vorbestimmten -Widerstandswert zu bringen, worauf der endgültig erhaltene Widerstandswert gegen Änderungen mit eier Zeit durch Überziehen der Basis mit Siliziumdioxid bei relativ nieariger" Temperatur in einer, Reaktionskammer in an sich bekannter Weise.stabilisiert wird. . - .

b. Nach einem der Ansprüche 1 bis 5:in einer einkristallinen, ".-Basis gebildeter Widerstand. '. ■

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Dr.Ve./Br. \ - \ -