DE2359406A1 - Verfahren zur herstellung integrierter schaltungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung integrierter schaltungen

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Jorge Agraz-Guerena
Paul Alexander Gary
Martin Paul Lepselter
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Description

Western Electric Company Inc.
195 Broadway
New York, N.T. 1000? / USA A 33 930
28. Nov. 1973
Schaltungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren -zur Herstellung einer integrierten Halbleiter-Schaltungsbaueinheit mit einem !transistor; das Verfahren umfaßt die Ausbildung eines Küsters eines ersten Leitfähigkeitstyps in der Oberfläche eines Körpers aus halbleitendem Material, wobei das Muster mehrere Zonen eines zweiten Leitf ähigkeitstyps enthält, und die Ausbildung einer epitaxialen Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps über der Oberfläche des Körpers.
Die Herstellung ebener integrierter Schaltungen umfaßt typischerweise die Ausbildung einer epitaxialen Schicht verhältnismäßig gleichförmiger Verunreinigungskonzentrationen auf einer Gesamtfläche einer unterlage sowie nachfolgende Ausbildung funktioneller Zonen, beispielsweise von Basiszonen, Emitterzonen, Kollektorzonen und Wider Standszonen, in der Schicht während der nachfolgenden Verarbeitung.
Bestimmte bekannte Verfahren bilden eine Kollektorzone in der Unterlage aus, ferner eine Emitterzone in der epitaxialen Schicht oberhalb der Kollektorzone, und verwenden den Zwischenteil der epitaxialen Schicht oberhalb der Kollektorzone als Basiszone.
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Bei Gebilden, die nach diesen Verfahren hergestellt wurden, "ist die aktive Basiszone derjenige Teil der epitaxialen Schicht, welcher sich von dem Emitter zum Kollektor nach innen erstreckt. Da die Anzahl von Verunreinigungen in der aktiven Basiszone einen Effekt erster Ordnung auf die Verstärkung einer b tpolaren Baueinheit hat und da die Konzentration von Verunreinigungen über die gesamte epitaxiale Schicht gleichförmig ist, besitzt die Dicke der epitaxialen Schicht und die Tiefe des Emitters einen beträchtlichen Einfluß auf die Verstärkung.
Das epitaxiale Wachstum und die Diffusion steuern bekanntlich die Anzahl von Verunreinigungen in der aktiven Basiszone, Jedoch ist auch bekannt, daß die Verfahren des epitaxialen Wachstums und der Diffusion wesentliche Nachteile hinsichtlich der Steuerung der Anzahl von Verunreinigungen und damit hinsichtlich der Steuerung der Transistorverstärkung haben.
um eine Einfachheit der Herstellung zu fördern, ist es günstig, die Steuerung der Anzahl von Verunreinigungen in der aktiven Basiszone zu verbessern, ohne die Anforderungen für eine präzisere Steuerung entweder der Dicke der epitaxialen Schicht oder der Tiefe des Emitters zu steigern. Eine Ionenstrahl-Implantation stellt ein Mittel zur Einführung einer gut gesteuerten Anzahl von Verunreinigungen und zur Steuerung der Schaltungsabmessungen dar. Beispielsweise ist es bekannt, einen Hochfrequenztransistor zu erzeugen, wobei ein Implantationsverfahren verwendet wird, um eine Basiszone zu bilden, die an der Oberfläche des Halbleiters beginnt und sich in diesen erstreckt. Da jedoch der Emitter in einem Teil von hoher Ve^unreinigungsdichte der Basis ausgebildet wird, hängt die Anzahl von Verunreinigungen in der aktiven Basiszone noch stark von der Tiefe des Knitters ab.
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Die vorangehende Schwierigkeit wird erfindungsgemäß gelöst, indem mittels Ionen-Implantation in der epitexialen Schicht ein zweites Muster von Verunreinigungazonen des zweiten üeitfähigkeitstyps in Ausrichtung mit den Zonen des ersten Küsters erzeugt wird, indem eine ausreichende Erwärmung erfolgt, u» die Verunreinigungen über die epitaxiale Schicht zu diffundieren und gleichzeitig auswahlmäßig die Oberfläche der epi~ taxialen Schicht oberhalb des zweiten Musters von Verunreinigungen zu oxidieren, indem eine verdeckte Basiszone unterhalb der Oberfläche der epitaxialeri Schicht sowie getrennt von dieser mittels Ionen-Implantation hergestellt wird und indem eine Emitterzone ausgebildet wird, die sich von der Oberfläche der epitaxialen Schicht zu der Basiszone nach innen erstreckt.
Ein Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung integrierter Schaltungsbaueinheiten uit einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Steuerungsmöglichkeit der Verstärkung der darin enthaltenen Transistoren ohne Steigerung der Schwierigkeit der Herstellung durch. Steigerung der Erfordernisse hinsichtlich des epitaxialen Niederschlages und der Emitterausbildung.
Bei bekannten Baueinheiten sind auch Zonen gänzlich durch die epitaxiale Schicht ausgebildet, wobei die verdeckten Kollektorzonen geschnitten werden und elektrische Verbindungen von der Oberfläche der epitaxialen Schicht zu den Kollektorzonen geschaffen werden. Diese Zonen sind als "tief» Kollektorkontaktzonen0 bezeichnet. Die Kontrolle der Anzahl von Verunreinigungen in diesen Zonen legt die Bestimmung des Widerstandswertes der Zonen fest. Bei gewissen bekannten Verfahren vmrde die Diffusion verwendet, um diese Zonen auszubilden, jedoch hat eine Diffusion wesentliche Nachteile hinsichtlich
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der leichten Steuerung der eingeführten Anzahl von Verunreinigungen.
Ferner wird bei einigen bekannten Verfahren eine feigende Diffusion in lediglich denjenigen Teilen der epitaxialen Schicht gewünscht, welche den oberen Teil der Basiszone bildet, um einen verbesserten Ohm'sehen Kontakt zu der Basiszone zu schaffen. Zum Zwecke der leichteren Herstellung wird die Diffusion nicht auswahlmäßig in die gesamte Fläche der epitaxialen Schicht durchgeführt, Daher ergibt diese Diffusion einige diffundierte Verunreinigungen, welche in die tiefen Kollektorkontaktzonen eindringen, wo sie nicht erwünscht sind.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß darin, die Verunreinigungen besser zu kontrollieren, welche in die tiefe Kollektorkontakzone eingeführt werden, so daß sie schnell als Widerstandselemente verwendet werden können, wobei gleichzeitig die Zonen gegenüber jeglichen nachfolgend diffundierten Verunreinigungen geschützt werden, ohne einen zusätzlichen Abdeckungsschritt.
Bei dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel werden integrierte Halbleiterschaltungen hergestellt, indem tiefe Kollektorkontaktverunreinigungen durch eine Maske implantiert werden, indem eine Erwärmung in einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt, um die implantierten Verunreinigungen zu diffundieren und eine tiefe Kollektorkontaktzone auszubilden, wobei ein Oxid auswahlmäßig in jeder Maskenöffnung zum Wachsen gebracht wird, um eine Schutzkappe oberhalb jeder Zone zu bilden. Auch umfaßt die Herstellung nach diesem Verfahren eine lonenimplantierung einer verdeckten Zone von Verunreinigungen, um die aktive Basiszone zu bilden.
Gemäß einem veranschaulichten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird eine integrierte Halbleiterschaltung hergestellt,
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indem in einer ersten größeren Oberfläche einer Unterlage von einem ersten Leitfähigkeitstyp ein erstes Muster von Zonen eines zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet wird. Nachfolgend wird eine epitaxiale Schicht von erster Leitfähigkeit über der ersten größeren lläche ausgebildet, wobei diese das erste Muster von Zonen verdeckt, welche als Kollektoren für Transistoren verwendbar sind.
Im nächsten Verfahreneschritt werden Verunreinigungen durch eine Ilaske in die epitaxiale Schicht implantiert, um eine tiefe Kollektorkontaktzone mit einer gut kontrollierten Anzahl von Verunreinigungen auszubilden und damit einen gut kontrollierten "»/iderstandswert. Nach der Implantation diffundiert eine Erwärmung in einer oxidierenden Atmosphäre die Verunreinigungen und bildet eine thermische Oxidkappe auswahlmäßig in der HaskenÖffnung aus. Um diese auswahlmäßige Oxidation zu erreichen, wird die Implantati.onsmaske so gewählt, daß sie aus einem eine Oxidation verhindernden Material besteht» Zusätzlich wird das abdeckende Material aus der Gruppe derjenigen Stoffe gewählt, welche auswahlmäßig sowohl gegenüber Oxid als auch gegenüber Halbleitermaterial ätzbar sind, wobei das Material demgemäß ohne einen photolithographischen Verfahrensschritt leicht entfernbar ist« Nach der Entfernung der Maske kann die Oxidkappe verwendet werden, um auswahlmäßig die tiefe Kollektorkontaktzone gegenüber folgenden unerwünsehen Einführungen von Verunreinigungen abzuschirmen, ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte.
Eine Verbesserung der Steuerung der Transistorverstärkung wird erfindungsgemäß durch den weiteren Ve.rfahrensschritt der Implantation einer verdeckten Basiszone innerhalb der epitaxialen Schicht nebst nachfolgender Ausbildung einer Emitterzone erzielt, die sich von der Oberfläche der epitaxialen
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Schicht nach innen gegen die verdeckte Basis erstreckt. Sowohl die Emitter- als auch die Basisschichten kennzeichnen sich durch Verunreinigungsverteilungen, welche einen Scheitelkonzentrationswert aufweisen und darnach in der Konzentration abnehmen, \tfenn die andere Zone erreicht wird. Als Ergebnis kompensiert die Emitterdiffusion die Uirkung der implantierten Basisverunreinir-ungen und neutralisiert demgemäß dieselben lediglich in einem Ausmaß, daß der abnehmende Nachlauf der Emitter-Verunreinigungsverteilung den abnehmenden Nachlauf der verdeckten Basis-Verunreinigungsverteilungen schneidet. Da ferner die sich schneidenden Nachläufe verhältnismäßig wenige Verunreinigungen kompensieren, kann eine Variation der Emittertiefe erfolgen, ohne wesentlich die Anzahl implantierter Basisverunreinigungen zu beeinflussen, wobei diese Zahl sehr gut steuorbar ist und die Verstärkung beeinflußt.
Das beschriebene Verfahren kann in gewisser I/eise abgewandelt v/erden, wenn es zur Herstellung einer integrierten Schaltung verwendet wird. Insbesondere kann die tiefe Kollektorkontaktzone vermöge entsprechender Formgebung den Teil der epitaxialen Schicht oberhalb der Kollektorzone gegenüber anderen solchen Teilen isolieren. Wahlweise kann die Isolation erzielt werden, indem eine Oxidzone durch die epitaxiale Schicht nach innen zu der Unterlage ausgebildet wird, so daß sie die Kante der Kollektorzone schneidet.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1-3 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterwafer nach der Herstellung gemäß den anfänglichen Verfahreneschritten nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, jeweils im Schnitt,
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Fig. 4-8 den Halbleiterwafer, nach darauffolgenden Verfahrensschritten, die an dem Halbleiterwafer von Fig« 3 ausgeführt werden, ebenfalls gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, das die Bildung einer Halbleiterzone zur Schaffung einer Isolation umfaßt, ebenfalls im Schnitt«,
Fig. 9-14 den Halbleiterwafer nach Durchführung v/eiterer Ver~ fahrensschritte, die an dem Halbleiterwafer von ]Pige nach einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden, welche die Ausbildung einer Oxidzone zur Schaffung einer Isolation umfaßt, ebenfalls im Schnitt.
Die Herstellung nach dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt naoh Fig. 1 durch Herstellung eines monolcristallinen Silisiumblockes 1 9 welcher ein Teil einer Scheibe von ^-Leitfähigkeit sein kann, die , mit einer "Bor-Dotierung hergestellt wurde, um einen im wesentlichen gleichförmigen Widerstandswert von etwa 10 Ohm-Cent imeter aufzuweisen. Darnach wird gemäß Figo 2 in geeigneter ¥eise mittels eines auswahlmäßigen Verfahrens eine Zone 42 von N-leitenden Verunreinigungen in dem Blockt®il 41 ausgebildet. Typischer Weise ist diese Zone verhältnismäßig stark dotiert, so daß sie· beispielsweise einen wirksamen Oberflächenschichtwiderstand von etwa 10-30 Ohm pro Quadratflache aufweist, ferner eine Tiefe von etwa 5 Mikron und eine Verunreinigungskonzentration an Antimon oder Arsen von etwa 10 7CH , Die Zone 42 kann als Kollektor eines bipolares Transistors dienen.
Nach Herstellung der Zone 42 wird eine epitaxiale Schicht in üblicher vieise über C-.az:' Oberfläche des Blockteils 41 und über der Zone 42 niedergeschlagen, welche hierbei gemäß
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Pig. 3 verdeckt wird. Die epitaxiale Schicht 43 enthält P-leitende Verunreinigungen, beispielsweise Bor, und hat einen typischen ¥iderstandswert von etwa 10 Ohm-cm, eine Verunreinigungskonz
3 Mikron,
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gungskonzentration von etwa 10 V cm und eine Dicke von etwa
Pig« 4 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterwafer, welcher gemäß einer ersten Verfahrensvariante nach der Erfindung hergestellt wird, indem eine Siliziumnitrid-Schicht 44 auf der epitaxialen Schicht 43 niedergeschlagen und darnach ein ringartiger Leerraum 30 unter Anwendung "bekannter photolithographischer Verfahren hergestellt werden. Der Leerraum 30 ist so gestaltet, daß die Siliziumnitrid-Schicht 44 als eine Baske für die Implantation von N-leitenden Verunreinigungen, "beispielsweise Phosphor, verwendet werden kann, wodurch eine tiefe KoI-lektorkontaktzone gebildet wird. Auf Wunsch kann, wie sich versteht, die Schicht 44 über einer Oxidschicht oder einem anderen Isolator ausgebildet v/erden, anstatt direkt über der epitaxialen Schicht 43. Zusätzlich kann auf Wunsch eine Oxidschicht über der Schicht 44 ausgebildet werden, und in Verbindung nit der Schicht 44 vermöge entsprechender Auslegung als Implantationsmaske dienen.
Nach der Implantation der Verunreinigungen erzeugt eine /Erwärmung in einer oxidierenden Atmosphäre einen Querschnitt eines Halbleiterwafer gemäß Pig. 5, wobei implantierte Verunreinigungen über die epitaxiale Schicht 43 diffundiert wurden um eine tiefe Kollektorkontaktzone 70 zu erzeugen, welche die Zone 42 schneidet. Bei diesem Ausführungsbeispiel isoliert die Vereinigung der Zone 70 und der Zone 42 den Seil der epitaxial en Sehicht 43 oberhalb der Zone 42 von anderen solchen Teilen, die irgendwo in der epitaxialen Schicht 43 ausgebildet sind.
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Dieser Verfahrensschritt der Implantation von Verunreinigungen in der Zone 70 ist als wesentliches Kerlanal der Erfindung zu betrachten. Da die Implantation zwangsläufig eine genaue Kontrolle über die Anzahl eingeführter Verunreinigungen und damit eine genaue Kontrolle des v/iclerstandswertes der Zone 70 einschließt, kann die Zone 70 mit Vorteil als ein genauer kontrollierter Serienkollektorwiderstand verwendet werden«, Ein typischer Sehichiiwider standswert für die Zone 70 liegt bei etwa 300 0hm pro Quadratflachef wobei ein typischer Wert von Verunreinigungen an der Zonenoberfläche bei et-./a 5x10 /cm liegt, Die Zone 70 könnte wahlweise auch gänzlich durch Diffusion hergestellt werden8 iedoch vräre in diesem Fall die Kontrolle über die Anzahl von Verunreinigungen nicht so genau.
Pig. 5 zeigt auch eine Oxidkappe 46» die als Folge der En»ärumg in einer oxidierenden ' Atmosphäre und des auswahlmäßigen Abdeckeffektes der Siliziumnitridsehicht 44 erzeugt wurde. Die vorteilhafte G-egenwart der Siliziumnitridschicht 44 vermeidet einen zusätzlichen Abdeckungsschritt. Nachfolgend wird die oiliziumnitridschicht 44 leicht durch ätzen in e,iner lösung entfernt, welche die Oxidkappe 46 oder irgendeinen der Halbleiterteile wesentlich angreift. Eine geeignete Lösung ist heiße Phosphorsäure mit einer Temperatur von etwa 16O°C.
Die Anbringung dieser genau ausgerichteten schützenden Oxidkappe 46 über dem Bereich 70 ist als weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung zu betrachten. Insbesondere wird die Oxidkappe 46 verwendet, um den Bereich 70 gegenüber einer nachfolgenden Einführung unerwünschter Verunreinigungen zu schützen.
Fach Entfernung der Siliziumnitridschicht 44 wird eine dotierte Oxidschicht 47 gemäß Fig. 6 ausgebildet, welche P-leitende Verunreinigungen enthält. Die Oxidschicht 47 dient als Verunreinigungsquelle für eine Diffusion, um einen verbesserten
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Ohm'schen Kontakt zu demjenigen Teil zu schaffen, welcher eine Basiszone bilden wird, und ferner eine Maske zur zusätzlichen nachfolgenden Einführung von Verunreinigungen. Da eine P-Iei-. tende Diffusion nicht wünschenswert ist, wenn ein N-leitender Emitter ausgebildet werden soll, wird die Quelle der Diffusion van oberhalb dem zukünftigen Emitterbereich durch Bildung eines Leerraumes 50 entfernt, wie sich dies aus Pig. 6 ergibt.
¥enn der Leerraum 50 gebildet wird, v/erden Leerräurae 40, 49 ebenfalls oberhalb der Zone 70 gebildet, um einen zukünftigen zusätzlichen Abdeckungsschritt su vermeiden. Jeder potentiell nachteilige Effekt irgendwelcher unerwünschter Verunreinigungen, die nachfolgend in die Zone 70 durch die Leorräurae 48, 49 eingeführt werden könnten, wird vermindertsindem die Öffnungen der Lee?räume 48, 49 klein im Verhältnis zu der Fläche der -Zone 70 gehalten werden. Die Abutandsgebung und Anbringung der Leerräume 48, 49 ist so ausgelegt, daß die Vervrendung der Zone 70 als ViderStandselement der Schaltung ermöglicht wird, beispielsweise als Serienkollektorwiderstand. Bine Verbindung durch den Leerraum 49 zu dem innersten Abschnitt der Zone 70 würde einen geringeren 'viderstandswert in Serie mit der Kollektorzone 42 als eine Verbindung über den Leerraum 43 mit dein äußersten Abschnitt bedingen. Offensichtlich könnten. Zwischenöffnungen angebracht werden, um Zwischenwiderstandswerte zu erzielen.
Nachfolgend diffundiert eine Erwärmung die Verunreinigungen von der Oxidschicht 47 in die oberen Teile der epitaxialen Schicht 45, um eine P+ Zone 43A gemäß Fig. 7 zu bilden. Die Konzentration der diffundierten Verunreinigungsverteilung nimmt mit steigendem Abstand in die epitaxiale Schicht ab. Die P~r Zone 43A ermöglicht einen verbesserten Ohiof sehen Eontakt zu einem nachfolgend auszubildenden aktiven Basisbereich; die Sone weist typischeiweise einen Scliichtwiierstandswert von
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etwa 200 Obm pro Quadratfläche und ein Verunreinigungsniveau an der Zonenfläche von etvra. 10 /cm auf.
Die Oxidschicht 47 dient auch als eine Maske zur Implantierüng der P-leitenden -verdeckten Basiszone 44 Ton Pig. 7» Typischerweise liegt der Schichtwiderstandswert der implantierten Basiszone 54 hei etwa 5000 bis etva 10 000 Ohm pro Quadratfläche,
Λ ρ ρ
wobei die Verunreinigungsdosis des Bors etwa 53C1O /cm beträgt. Als Srgebnis der Implantierung in eine kristalline Struktur steigt zuerst die Konzentration der implantierten verdeckten Basisverunreinigungsverteilung und sinkt darnach mit steigendem Abstand in die epitaxiale Schicht 43. Scheitelwert der Terunreinigungskonzentration der veräacktea
17 17 ■ 3 Basis kann typischer ¥eise 10 -2x10 '/cm betragen.
Die Verteilung der implantierten Basisverunreinigungen in der Basiszone 54 könnte die P Diffusionsverteilung der P Zone 43A schneiden, um Vorteil aus dem einen geringen Widerstandswert aufweisenden Weg zu ziehen t der durch die P+ Zone 43A von der verdeckten Basiszone 54 zu einem nachfolgend zu bildenden Basiskontakt vorliegt. Torteilhafterweise sollte zur Sicherstellung eines kontismie^Mbfeea Weges von geringem V/iderstandsvfert die Größe der diffuiiierten P+ ferunreinigungskonsentration größer als die Größe der implantierten Basis-Verunreinigungskonzentration in einem ausreichenden Abstand in die epitaxiale Schicht hinein seine Insbesondere liegt eine praktisch minimale Überschneidung der beiden Yerunreinigungsverteilungen vor? um einen Weg von geringem Widerstandswert hinsichtlich des steigenden Vfiderstandswertes an den Kanten der Verteilungen und hinsichtlich Verarbeitungsänderungen bei der Herstellung der beiden Verteilungen sicherzustellen. Diese praktisch minimale Überschneidung kann durch das Erfordernis festgelegt vrerden^ daß bei dem Abstand in
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die epitaxiale Schicht hinein, wo die Größe der implantierten Basisverunreinigungskonzentration auf zumindest 10 Prozent ihrer Scheitelkonzentration gesteigert wurde, die Konzentration der diffundierten P+ Verunreinigungsverteilung größer als die Konzentration der implantierten Basisverunreinigungsverteilung sein sollte.
Zusätzlich zur Bildung der verdeckten Basiszone 54 führt die Implantation Verunreinigungen in die Teile der Zone 70 unterhalb der Leerräume 48, 49 von Fig. 7 ein. Diese Verunreinigungen sind in der Zeichnung nicht veranschaulicht, da sie gegenüber den schon dort befindlichen IT-Konzentrationen vernachlässigbar sind und - falls notwendig - weiter neutralisiert v/erden können, indem eine größere Verunreinigungsdosis vorliegt, wenn die Zone 70 gebildet wird.
Nach der Implantation wird die Oxidschicht 47 als Maske zur Einführung von ΪΤ-leitenden Verunreinigungen verwendet. Im Ergebnis werden Zonen 51» 52 unterhalb der Leerräume 48, 49 ausgebildet, wie dies aus E1Xg, 7 hervorgeht. Die Zonen 51» 52 ergeben eine verbesserte Ohm'sche Berührung mit der Zone 70. Zusätzlich wird unterhalb des Leerraumes 50 eine Emitterzone 53 oberhalb der verdeckten Basiszone 54 ausgebildet. Die Konzentration der Emitter-Verunreinigungsverteilung nimmt mit steigendem Abstand in die epitaxiale Schicht 43 hinein ab. Die Emitterzone 53 und die Zonen 51, 52 können durch eine Phosphordiffusion gebildet werden und weisen einen Schicht»- widerstandswert von etwa 30 Ohm pro Quadratfläche auf. Typischer *.:^ise ist der Emitter etwa 0,4 Kikron tief und weist eine Scheitelverunreinigungslconzentration an der Fläche der epitaxialen Schicht von etwa 10 /cm auf.
Die Verunreinigungen der Emitterzone 53 kompensieren die
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implantierten Basisverunreinigungen lediglich dort, wo die verhältnismäßig dünnen Nachläufe der beiden Verteilungen sich schneiden. Es ist günstig, die Kompensation der implantierten Basisverunreinigungen so zu vermindern, daß die Anzahl von Verunreinigungen in der aktiven Basiszone, welche die Transistorverstärkung bestimmt, wesentlich gleich der Anzahl der implantierten Basisverunreinigungen ist, wobei diese Zahl sehr leicht und gut kontrolliert werden kann. Als praktische maxi- " male Kompensation ergibt sich nach derzeitiger Auffassung, daß bei einem in die epitaxiale Schicht gerichteten Abstand, wo die Größe der Konzentration der implantierten Basisverun— reinigungen auf fast 5 % von deren Scheitelwert gesteigert wurde, die Konzentration der Emitter-Verunreinigungsverteilung geringer als die Konzentration der implantierten Basisverunreinigungsverteilung sein sollte.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Implantierung der verdeckten Basiszone 54. Diese verbessert die Kontrolle der Transistorverstärkung nicht nur deshalb, weil die Anzahl implantierter Verunreinigungen gut kontrollierbar ist, sondern auch deswegen, weil die verdeckte Basis eine größere Toleranz ,der Dicke der epitaxialen Schicht und der Emittertiefe ermöglicht. Wenn bei . bekannten Verfahren die Verunreinigungen in der aktiven Basiszone gleichförmig verteilt werden, anstatt in einer implantierten Zone konzentriert zu sein, hätte der Abstand der Trennung zwischen dem Emitter und Kollektor, welcher sowohl durch die Dicke der epitaxialen Schicht als auch die Bmit-certiefe in die epitaxiale Schicht hinein bestimm+ ist, eine größere Wirkung auf die Anzahl von Verunreinigungen und damit auf die Verstärkung. Wenn die Basis-Verunreinigungszone nicht verdeckt würde, jedoch von der Oberfläche der epitaxialen Schicht ausgedehnt, würde die Emitterdiffusion im wesentlichen mehr Basisverunreinigungen pro Einheit der
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■Schnittentfernung "beeinflussen, wobei die Änderung der Emitterdiffusi'onstiefe eine wesentlich größere Wirkung auf die Fähigkeit zur Kontrolle £βχ Anaahl von Basisvertmreinigungen- und damit wiederum der Verstärkung hätte.
Pig, 8 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterwafers, welcher im wesentlichen vollständig nach dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt ist. Die Oxidschicht 47 und die Oxidkappe 46 werden entfernt, wonach eine überdeckende Oxidschicht 80 auf der epitaxialen Schicht 43 gebildet wird. Unter Anwendung bekannter Verfahren v/erden Öffnungen für Kontakte in der Oxidbeschichtung 80 gebildet. Dies bedeutet, daß ein Leerraum 31 für einen Basiskontakt, ein Leerraum 42 für einen Emitterkontakt und Leerräume 33, 34 für Kollektor^riderstandskontakte dienen. Wahlweise könnt· die überdeckende Schicht 47 beibehalten und statt der Schicht 80 verwendet werdend
Pig. 9-14 zeigen Querschnitte eines Halbleiterwafers, welcher gemäß zusätzlichen Verarbeitungsschritten des Halbleiterwafers verarbeitet wurde, dessen Querschnitt in Pig. 3 gezeigt ist, und zwar gemäß einem zweiten Durchführungsbeispiel des erfingungsgemäßen Verfahrens. Dieses umfaßt die" -Bildung einer zusätzlichen, geeignet gestalteten Oxidzone 55 gemäß Pig* 9 zur Schaffung einer Isolation als Stelle einer Formgebung der tiefen Kollektorkontaktzone 70 zwecks Schaffung einer Isolation wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Oxidzone 55 wird durch bekannte Abdeckungs-und Verunreinigungs-Einführungsverfahren hergestellt.
Die restlichen Schritte des zweiten Durchführungsbeispiels verlaufen nahezu parallel denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Pig. 10 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Bildung einer Siliziumnitridschicht 65 und eines Leerraumes 55. Auf Wunsch kann, wie sich versteht, die Schicht
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65 auch, über einer Oxidschicht oder einem anderen Isolator anstatt direkt über der epitaxialen Schicht 43 ausgebildet werden. Auf 'fum-'ch kann zusätzlich eine Oxidschicht über der Schicht 65 ausgebildet v/erden und dient in Verbindung mit der. Schicht 65 als Maeke, wenn eine tiefe Kollektorkontaktzone 57 gemäß Fig. 11 gebildet- wird« Wie bei dem ersten /lusführungsbeispiel folgt auf eine Implantation der Verunreinigungen der tiefen Eollektorkontaktzone eine Erwärmung in einer oxidierenden Atmosphäre,Daher entspricht die Zone 57 der Zone 70, welche nach dem ersten Durchführungsbeispiel des Verfahrens erzeugt wurde; eine Oxidkappe 56 über der Zone 57 entspricht der Oxidkappe 46, welche nach dem ersten DurchführunRsbeispiel des Verfahrens erzeugt wurde. Auch bei einer Parallelisierung der Verfahrensschritte des ersten Durchführungsbeispiels- wird die Siliziumnitridschicht 65 entfernt, und eine Oxidschicht 47 wird über der epitaxialen Schicht 43 ausgebildet; Leerräume 58, 59» 60 werden in der Schicht 47 ausgebildet, wobei der Querschnitt eines Halbleiterwafer gemäß Fig. 12 entsteht. » Bei weiterer Parallelisiexung gegenüber dem vorangehenden Durchführungsbeispiel erzeugen eine Erwärmung zur Bildung "der P+ Zop.^. 4-3A, die Implsiita-'jicn einer verdeckten Basiszone 64, die Bildung einer Emitterzone 63 und die Bildung der verbesserten Ohm'sches Kontaktzonen 61, 62 den Querschnitt eines Halbleiterwafer gemäS Fig. 13, Abschließend zeigt Fig. 14 den Querschnitt eines Halbleiterwafer nach Entfernung der Oxidschicht 47 sowie der Oxidkappe 56, der Bildung einer Oxidschicht 81 und der Bildung von Leerräuinen 36, 37, 38, 39 wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeiapifel.
In jedem Ausführungsbeispiel ergibt das Verfahren den Vorteil einer verbesserten Kontrolle der Verstärkung durch Implantation einer verdeckten Basiszone. Dieser Vorteil ermöglicht eine größere Toleranz der epitaxialen Schichtdicke und der Emittertiefe für ein gegebenes Maß an Kontrolle hinsichtlich der
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Verstärkung, O-is erfindungsgemäße Verfahren -,chnfiTt auch eine implantierte Zone uiit gut kontrolliertem T'/idorü tandswert, welcher als Sericnkollektorwiderstand verwendet v/erden kann und gegenüber nachfolgenden Diffusionen geschützt ist, ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte.
Gemäß Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann für die Unterlage und din epitaxiale Schicht .N-leitandes I-Iatcjrial verwendet werden, nebst entsprechendem Ersatz des P-leitenclen Materials für den zweiten Leitfähigkeitntyp, um PNP-Bipolar-Transistoren und komplementäre Gebilde herzustellen. In ähnlicher '"eise liegt auch der Ersatz des Siliaiumnitrids durch andere Stoffe, beisOiclswcise Aluminiumoxid, die außwahlmäßig gegenüber dem Oxid ätzbar sind und zur xlaskenoxidation verwendet -/erden können, ihm Rahmen der lürfindung. Zusätzlich kann eine Schottky-Diode riurch herstellung eines Mo tallkontakts direkt an der Flüche des tiefen Kollcktorbereiches hergestellt vevden, ohne zuerst eine stark dotierte Zone darin zu bilden. Ferner kann der tiefe Kolle1 torkontaktbereich zur Anwendung als Basiszone in einem seitlichen PNP--Trans is tor angepaßt v/erden. In dem seitlichen Transistor kann die P-lei·- tende epitaxiale Schicht an einer Seite der Basiszone so gestaltet -/erden, daß sie als Emitterzone dient, während die epitaxiale Schicht an der gegenüberliegenden Seite dor Basiszone vermöge entsprechender Auslegung als Kollektorzone diiiiuo
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Claims (1)

  1. 28. Nov. 1973
    ft, Ώ. s .P. r. ü .c_. h _e ι
    ί 1 J Verrfa.hron zur Herstellung einer integrierten Halbleiter» "baueinheit mit einem Transistor, v/obei in die Oberfläche eines Körpers aus halbleitendem Material eines ersten Leitfähigkeitstyps ein erstes Muster mit mehreren Zonen eines zweiten Leitfähigkeitstyps eingebettet wird und wobei eine epitaxiale Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps über der Oberfläche des Körpers aufgebracht vird, ge?cennzeichnet * durch Ionen-Implantation eines zweiten Mustors von Zonen (70 oder 57) von Verunreinigungen des zweiten Leitfähiglceitstyps in die epitaxiale Schicht in Ausrichtung mit den Zonen (42) des ersten Musters, ausreichende Erwärmung zur Diffundierung der Verunreinigungen durch die epitaxiale Schicht und gleichzeitig zur auswahlmäßigen Oxidation der Oberfläche der epitaxialen Schicht oberhalb des zweiten ivusters von Verunreinigungen, Ionen--Implantation einer verdeckten Basiszone (54 oder 64) unterhalb sowie getrennt Ύοη der Oberfläche der epitaxialen Schicht und Ausbildung einer Emitterzone (53 oder 63), welche sich von der Oberfläche der epitaxialen Schicht zu der Basiszone nach innen erstreckt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Auster von Zonen des zweiten Leitfähigkeitstyps hergestellt v/ird durch \usbildung einer Abdeckungschicht (44 oder 65) eines Material" über der epitaxialen Schicht (43), welches zur■Kaskierung der Oxidation und zur auswahlmäßir;on Atzung gegenübe?: den Oxid sowie gegenüber dem Halbleiter geeignet ist, JSinformunr des zweiten Musters (30 oder 35)· durch die üaskierungsschicht mit mehreren im Abstand befindlichen Leerräumen, die .°ich in Ausrichtung mit getrennten Zonen des ersten iltriters bafin-
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    den, Ionen·-Implantation von Verunreinigungen des zweiten Leitfäh'igkeitstyps in die Bereiche unterhalb der Leerräume des zweiten Fusters, Erwärnung in einor oxidierenden Atmosphäre sowie in ausreichendem Haß ztua Eindringenlassen der Verunreinigungen des zweiten Husters ins wesentlichen vollständig durch die epitaxiale Schicht sov;ie ausreichend gleichzeitig zur Bildung von Oxidbereichen (46 oder 56) an der Oberfläche der epitaxialen Schicht, und z*.rar auswahlmäßig in den LeerräusiGi: in der Abdeckungs schicht, und Entfernung dez* ÄbdeckuragsDchiclit durch Ätzung in einer Lösun. , welche weder das auswahlmäßig gebildete Oxid noch, das Halbleitermaterial wesentlich "beeinflußt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fonagebende Herstellung der Zonen des zweito« iTustors (70 oder 57), so daß getrennte Zonen des zweiten iusters getrennte ".7i~ derstände in Ileihe mit getrennten Zonen des erstem Musters (42) ergeben, und Ausbildung von Elektroden (51, 52 oder 61, 62) zur Berührung gesonderter Zonen des z*/eiten Musters, so daß ein größerer ¥idorstandswert erhalteB v.'ird, indem eine Elektrode in eines größerem Abstand von der serienmäßig verbundenen Zone des erston Uusi;e-:js angobracht wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aiisbildunr mehrere Oxidber.iiche (55) vollständig dureli die epitaxiale Schicht, uobei jeder die" er Bereiche seitlich zumindest eine Zone des ersten Musters (42) ub£. zumindest ■2ine Zone des zfzeiten Küsters (57) umgibt und aiii diese Tv'eise seitlich die letztei^./ähnten Zonen von dem Esst der epitaxialen Schicht isoliert.
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    Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch formgebende Herstellung gesonderter Zonen des zweiten Musters (7O)) so daß diese seitlich zumindest eine Zone des ersten iiusters (42) umgeben und hierbei die Teile der epitaxialen Schicht oberhalb der letzterwähnten zumindest einen Zone von dem Rest der epitaxialen Schicht isolieren.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdeckten Basiszonen (54 oder 64) und die Emitterzonen (53 oder 63} hergestellt v/erden durch Absetzen einer Oxidschicht (47) enthaltend Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps, Ausbildung mehrerer im Abstand befindlicher LeerräuTne (50, 49, 48 oder 60, 59 r 58) zur Schaffung freiliegender Bereiche der epitaxialen Schicht oberhalb jeweils gesonderter Zonen des ersten Musters (42) sovie oberhalb gesonderter Zonen des zweiten Musters (70 oder 57), um hierbei eine Maske zu erzeugen, Erwärmung der Oxidschicht in lusrcichendem Maß, so daß Oxidschicht-VerunreiiiigUBgeii des ersten Xeitfähigkeitstyps in diese Teile der epitaxialen Schicht im wesentlichen nur unterhalb des Restes der Oxidschicht diffundier.η und eine Verteilung (43A) der Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp bilden, deren Konzentration mit zunehmendem Abstand in die epitaxiale Schicht abnimmt, Ionen-Inrnlanta.tion von Verunreinigungen des erston Leitfahigkeitstyps in die epitaxiale Schicht durch die letzterwähnten, im Abstand befindlichen Leerräume zur Bildung von verdeckten Basiszonen (54 oder 64) oberhalb der Zonen des ersten lusters mit einer Verteilung von Voriinrcinigungen des ersten I-eitfähigkeitstyps, deren Konzentration zuerst zunimmt und darnach roit steigendem Abstand in die epitaxiale Schicht hinein abnimmt, und Einführung von Verunreinigungen des zv/eiton Leitfähigkoitstyps durch die
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    letzterwähnten, im Abstand befindlichen Leerräume zur Bildung von Verteilungen der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, deren Konzentration mit zunehmendem Abstand in die epitaxiale Schicht abnimmt, um hierbei Emitterzonen (53 oder 63) oberhalb der Basiszonen und Zonen mit verbesserten Ohm'sehen Kontaktkennwerten (5fj 52 oder 61, 62) oberhalb der Zonen des zweiten Musters zu bilden.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß • die Implantation der Basiszonen (54 odex* 64) so ausreichend gewählt wird, daß der Abstand in die epitaxiale Schicht hinein, wo die Größe der Konzentration der implantierten Basis-Verunreinigungsverteilung auf*'; zumindest 10 Prozent der Scheitelwertkonzentration zugenommen hat, die Konzentration der diffundierten ersten Leitfähigkeitsverteilung größer als die Konzentration der implantierten Basis-Verunreinigungsverteilung ist.
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch golcennzeichnet, daß die Implantation der Basiszonen (54 oder 64) so ausreichend ist, daß bei einem in die epitaxiale Schicht gerichteten Abstand, wo der Wert der Konzentration der implantierten Basis-Verunreinigungsverteilung auf zumindest 5 Prozent von deren Scheitelwert zugenommen hat, die Konzentration der Emitterverunreinigungsverteilung geringer als die Konzentration der implantierten Basis-Verunreinigungsvertailung ist.
    9» Verfahren nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaxiale Schicht P-leitendes Silizium ist.
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