DE2431011A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

TER MEER - MÜLLER"- STEINMEISTER D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

S74P73	■	SONY CORPORATION
Mü/th	Tokio/Japan

HALBLEITERVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die sich insbesondere gut zur Herstellung von Schaltkreiselementen in integrierter Schaltkreis technik eignet.

Zur Herstellung von Schaltkreiselementen, insbesondere solchen mit unterschiedlichen Schalteigenschaften und Schaltkennlinien in herkömmlicher integrierter Schaltkreistechnik in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen oder -substrat ist es bereits vorgeschlagen worden, eine bestimmte Verunreinigung oder bestimmte Fremdstoffatome,etwa Gold (Au) als Trägerkiller in einen speziellen Bereich selektiv einzudiffundieren, indem ein Schaltkreis element mit erhöhter Schaltgeschwindigkeit, also mit sehr kurzer Schaltzeit, ausgebildet werden soll. Da in diesem Fall jedoch ein zusätzlicher selektiver Diffusionsprozeß zum Eindiffundieren der betreffenden Verunreinigung erforderlich ist, wird die Massenproduktion solcher integrierter Schaltkreise zusätzlich erschwert und die Leistungsfähigkeit des Herstel-

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lungsprozesses stark herabgemindert, insbesondere auch wegen vergleichsweise hoher Ausschußquoten. Dabei fällt besonders ins Gewicht, daß der Diffusionskoeffizient für Fremdstoffe wie Gold vergleichsweise groß ist und es wird schwierig, integrierte Schaltkreise mit guter und einheitlicher Reproduzierbarkeit der charakteristischen Kennwerte herzustellen.

Es ist das Ziel der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu überwinden .

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltkreistechnik anzugeben, bei deren Anwendung sich ohne eine Erhöhung der Anzahl der einzelnen Herstellungsstufen Schaltkreiselemente mit unterschiedlichen Schalteigenschaften in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen oder -substrat ausbilden lassen. Insbesondere soll dabei eine sehr gute und genaue Reproduzierbarkeit aller gewünschten Kennwerte der einzelnen Schaltelemente gewährleistet werden können.

Um einer Lösung dieser Aufgabe näher zu kommen, wird vor allem die Herstellung einer Halbleitervorrichtung angestrebt, bei der eine ganz wesentliche Reduzierung der Leckströme erreicht werden soll, die in die einzelnen isolierenden Bereiche einströmen, durch die die einzelnen Schaltkreiselemente elektrisch voneinander getrennt werden sollen. Diese Leckströme treten vor allem durch parasitäre Transistoreffekte auf, die zwischen dem jeweiligen isolierenden Bereich und den Schaltkreiselementen entstehen.

Die Lösung dieser technischen Aufgabe ergibt sich durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 4 angegebenen Maßnahmen, deren vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten sind im folgenden anhand der Zeichnung in beispielsweiser Ausfuhrungsform näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein stark vergrößertes schematisches Schnittbild einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 2 ebenfalls in stark vergrößerter Schnittdarstellung eine andere mögliche Ausführungsform zur Verwirklichung der Erfindung.

Anhand der Fig. 1 wird zunächst eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der zwei Dioden Da und Db jeweils mit unterschiedlichen Schaltgeschwindigkeiten in einem gemeinsamen HaIbleiterplättchen S ausgebildet sind.

Das Halbleiterplättchen S besteht aus einem P-leitenden Halbleitersubstrat 1, das mit einer N-leitenden Halbleiterschicht 2 versehen ist, also einer Schicht von gegenüber der Grundsubstanz unterschiedlicher Leitfähigkeit, die durch epitaxiales Wachstum auf der Grundsubstanz ausgebildet wurde. Quer über die Halbleiterschicht 2 wurde durch selektive Diffusion ein isolierender Bereich 3 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie dem des Substrats ausgebildet, der beispielsweise die Form eines Gitters aufweist, um insgesamt einen isolierenden Bereich 4 aus dem Bereich 3 und dem Substrat 1 herzustellen. Zwischen der Halbleiterschicht 2 und dem isolierenden Bereich 4 besteht ein isolierender PN-Übergang Ji, durch den eine Mehrzahl (in Fig. 1 zwei) von N-leitenden Inselbereichen 5a und 5b elektrisch voneinander getrennt ist. Ein Teil dieser Bereiche 5a und 5b stellt selbst erste Bereiche 6 dar,, die in diesem Ausführungsbeispiel N-Leitfähigkeit besitzen.

Durch eine Hauptfläche a des Plattchens S werden in den Inselbereichen 5a und 5b selektiv Verunreinigungen eines anderen Leitfähigkeitstyps eindiffundiert, um zweite Bereiche 7 mit P-Leitfähigkeit auszubilden, die jeweils in Kontakt mit den früher ausgebildeten Bereichen stehen, um dazwischenliegende PN- oder Gleichrichterübergange J auszubilden. Durch selektive Diffusion des ersten Bereiches 6 erfolgt über die Hauptfläche a außerdem das Eindiffundieren von Verunreinigungen des gleichen Leitfähigkeitstyps wie der frühere Bereich, um als Elektrodenkontaktbereich, also eines Bereichs 8 mit sehr hoher Verun-

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reinigungskonzentration zu dienen.

Bezugszeichen 9 kennzeichnet eine isolierende Schicht beispielsweise aus SiO₂ , die auf der Oberfläche.des Plättchens S ausgebildet ist. Diese isolierende Schicht 9 dient als Maske zur selektiven Diffusion der entsprechenden Bereiche 3, 7 und 8 und wird ebenfalls hergestellt, wenn diese eben erwähnten Bereiche diffundiert werden.

Sodann wird die isolierende Schicht 9 im Bereich einer Insel 5a zur Herstellung eines Elektrodenfensters geöffnet und es wird ein Elektrodenpaar, das heißt also eine Anodenelektrode 10a und eine Kathodenelektrode 11a zur Herstellung eines Ohm¹sehen Kontakts mit den jeweiligen Bereichen 7 bzw. 8 niedergeschlagen. Gleichzeitig damit werden durch die isolierende Schicht 9 Elektrodenfenster im anderen Inselbereich 5b geöffnet und es erfolgt der Niederschlag eines weiteren Elektrodenpaars 10b bzw. 11b an den Bereichen 7 bzw. 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch ist das Fenster für die zweite Elektrode 11b nicht nur für den Bereich 8_f sondern außerdem über den anderen Teil des ersten Bereichs 6 vorgesehen, so daß die durch Niederschlag hergestellte Elektrode 11b sich über einen Teil des ersten Bereichs 6 erstreckt, in dem der Bereich 8 nicht ausgebildet ist. Die Elektrode 11b überdeckt also den Bereich 8 und zusätzlich einen angrenzenden Teil des Bereichs 6, um eine dazwischenliegende Schottky-Sperrschicht J₀ auszubilden.

Bei dieser Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Dioden.Da und Db mit ihren Gleichrichter-Übergängen J in den Inselbereichen 5a und 5b ausgebildet, die gegeneinander elektrisch durch den Isolationsbereich 4 getrennt sind. Die beiden Dioden Da und Db weisen jedoch unterschiedliche Schaltkennlinien auf. Die im Inselbereich 5a ausgebildete Diode Da weist übliche Bauart auf und die Ansprech- oder Schaltzeit ist relativ lang. Dies rührt daher, daß die hohe Verunreinigungskonzentration des Bereichs 8 im Bereich 6 ausgebildet ist,so daß der Kontaktbereich der Elektrode 11a und ein N-N -übergang oder ein sogenannter L-H-Ubergang J_L zwischen den Bereichen 6 und 8 vorliegt, so daß die

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Minoritätsträger (bei dieser Ausführungsform die Löcher) des ersten Bereichs 6 die vom zweiten Bereich 7 über den Übergang J in den Bereich 6 injiziert werden, abgestoßen und durch ein eingebautes elektrisches Feld zurückgedrückt werden, das sich aufgrund der Existenz dieses L-H-Ubergangs aufbaut, so daß die Diffusionslänge L für diese Träger vergrößert und mithin der Anteil gespeicherter Träger erhöht und die zur Abführung der Träger beim AUS-Schaltvorgang erforderliche Zeit verlängert wird.

Andererseits werden bei der anderen Diode Db die vom zweiten Bereich 7 injizierten Träger (in diesem Fall Löcher) absorbiert, da der erste Bereich 6 mit einer Schottky-Sperrschicht J„ zwischen den Bereichen 7 und 8 versehen -ist, wodurch die Trägerspeicherzeit verkürzt und die Schaltzeit wesentlich reduziert wird.

Es zeigt sich also, daß die beiden Dioden Da und Db unterschiedliche Schalteigenschaften aufweisen, insbesondere ist die Schaltgeschwindigkeit der Diode Db höher als die der Diode Da.

Wie oben erläutert ist es bei dieser Ausführungsform der Erfindung nicht erforderlich, nur ein teilweises Eindiffundieren von Verunreinigungen vorzunehmen, etwa um Trägerkiller im gemeinsamen Halbleiterplättchen S zu erzeugen, so daß die Herstellung bei hoher Reproduzierbarkeit der Kennwerte besonders einfach wird.

Bei dieser Konstruktion eines integrierten Schaltkreises mit Elementen unterschiedlicher Kennwerte ist lediglich die Auswahl eines geeigneten Metalls für die Elektrode erforderlich, das einen guten Ohm¹sehen Kontakt mit dem Bereich 8 hoher Verunreinigungskonzentration ergibt und das außerdem zur Ausbildung einer Schottky-Sperrschicht J_ mit dem Bereich 6 niedriger Verunreinigungskonzentration geeignet ist, also mit dem Teil des Bereichs 6, der.nicht durch den Bereich 8 belegt ist. Als Ergebnis läßt sich also feststellen, daß die Diode Db mit hoher Schaltgeschwindigkeit im gleichen Herstellungsgang hergestellt werden kann wie die Diode Da, ohne daß die Anzahl der Verfahrensschritte erhöht werden muß. Dies ergibt eine wesentliche Verbesserung.der Voraussetzungen für eine Massenproduktion. Der Bereich 8 hoher Verun-

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reinigungskonzentration dient ganz allgemein einem besseren Kontakt der Elektrode mit dem Bereich 6.

Bei dieser soweit beschriebenen Ausfuhrungsform wird die Erfindung auf einen integrierten Schaltkreis angewendet, der aus zwei in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen S ausgebildeten Dioden mit unterschiedlichen Schaltkennwerten besteht. Es sei jedoch betont, daß die Erfindung in gleicher Weise auch auf einen integrierten Schaltkreis mit anderen Schaltelementen anwendbar ist, beispielsweise auf Transistoren.

Mit der Erfindung wird vor allem ein Effekt, nämlich die wirkungsvolle Verhinderung des Einströmens eines Leckstroms in den Isolationsbereich 4 erreicht, der aufgrund eines parasitären Transistoreffekts entsteht, der zwischen dem Bereich und einem Teil des Schaltelements auftritt. Werden dagegen die Schaltelemente wie vorstehend beschrieben durch einen isolierenden PN-Übergang elektrisch getrennt, so liegt an diesem isolierenden PN-Übergang immer eine Vorspannung in Sperr- oder Umkehrrichtung an. Ähnlich wird - wenn der isolierende Bereich beispielsweise P-Typ und ein dadurch getrennter Inselbereich N-Typ aufweist. der Isolationsbereich mit dem niedrigsten Potential des Schaltkreises beaufschlagt. Wird in diesem Fall im getrennten Inselbereich ein Transistor als Schaltelement vorgesehen, so wird dieser Transistor im normalen Betriebszustand elektrisch von den anderen Transistoren getrennt. Wird dieser Transistor jedoch beispielsweise als Schalterelement verwendet, so kann ein parasitärer Transistoreffekt auftreten, wenn - was gelegentlich vorkommen kann - eine Durchlaßspannung zwischen Basis und Kollektor des Transistors anliegt, so daß der (normalerweise natürlich in Sperrichtung vorgespannte) Kollektor-Übergang zwischen Basis und Kollektor wie ein Emitterübergang wirkt, während der jetzt in Umkehrrichtung vorgespannte isolierende PN-Übergang als Kollektorübergang wirkt. Als Folge davon entsteht ein Leckstrom in den isolierenden Bereich und ein fehlerhaftes Betriebsverhalten, wenn nicht eine Beschädigung des betreffenden Schaltungsteils ist die Folge.

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Mit der Erfindung läßt sich dieser Nachteil vermeiden, Um dies zu erläutern, wird unter Bezug auf Fig. 2 ein Beispiel.erläutert, bei dem von einem NPN-Transistor als Schaltelement ausgegangen wird. Bei der Darstellung der Fig. 2 sind die aus der Fig. 1 bekannten Elemente und Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Erläuterung wird zur Vermeidung von Wiederholungen unterlassen. In diesem Fall ist ebenfalls ein durch den isolierenden Bereich 4 getrennter Inselbereich 5 vorgesehen, der in gleicher Weise wie beim obigen Beispiel als erster Bereich 6 bezeichnet ist. In diesem Bereich 6 ist als dessen einer Teil ein zweiter Bereich 7 ausgebildet. Dieser zweite Bereich 7 ist außerdem mit einem dritten Bereich 12 als ein Teil davon versehen, so daß insgesamt ein NPN-Transistor Tr gebildet ist, bei dem die Bereiche 6, 7 bzw. 12 als Kollektor, Basis bzw. Emmiterbereiche dienen, wobei der übergang J den Kollektor-Übergang bildet und ein PN-Übergang J¹ zwischen den Bereichen 12 und 7 als Emitterübergang wirkt. In einem Abschnitt des Kollektorbereiches 6,an dem der Niederschlag einer Kollektorelektrode erfolgen soll, wird ein Bereich 8 hoher Verunreinigungskonzentration vom selben Leitfähigkeitstyp wie dem des Bereichs 6 in ähnlicher Weise ausgebildet wie oben beschrieben. Auf diesem Bereich 8 wird in Ohm¹ schein Kontakt damit eine Kollektorelektrode 13c niedergeschlagen, während auf den Bereichen 7 bzw. 12 eine Basiselektrode 13b bzw. eine Emitterelektrode 13e ebenfalls in Ohm¹schem Kontakt mit dem betreffenden Bereich niedergeschlagen werden. Gemäß der Erfindung wird speziell die Kollektorelektrode 13c zusätzlich auf einem Abschnitt des Kollektorbereichs 6 niedergeschlagen, dex nicht die hohe Verunreinigungskonzentration des Bereichs 8 aufweist, so daß zwischen der Kollektorelektrode 13c und dem Bereich 6 wie oben erwähnt eine Schottky-Sperrschicht J_ entsteht.

Tritt nun in diesem Fall zwischen den Elektroden 13c und 13b ein Potential auf, durch das die Elektrode 13c positiv wird, um den zuvor erläuterten parasitären Transistoreffekt zu erzeugen derart, daß der Kollektorübergang J in Durchlaßrichtung gepolt wird und damit als Emitterübergang wirkt,während der isolierende Übergang Ji als Kollektorübergang in seitlicher Richtung wirkt, so werden in

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diesem Fall die durch den Übergang J vom Bereich 7 injizierten Träger (oder Löcher) zum größten Teil durch die Schottky-Sperrschicht zur Elektrode 13c absorbiert, wodurch der als Leckstrom in den Isolationsbereich 4 einfließende Löcherstrom wirksam verhindert wird. Es zeigt sich also, daß sich bei Anwendung der Erfindung Fehlschaltungen oder schlimmere Unfälle aufgrund eines Leckstroms in den Isolationsbereich wirksam verhindern lassen.

Bei den soweit beschriebenen Ausfuhrungsformen wiesen die Inselbereiche N-Leitfähigkeit auf, während ein P-Typ für den Isolationsbereich vorgesehen war. Ersichtlicherweise kann der Leitfähigkeitstyp für jeden Bereich auch umgekehrt sein.

Bei den dargestellten Beispielen sind außerdem die Inselbereiche über ihren gesamten Bereich durch den isolierenden PN-Übergang Ji isoliert. Auch hier ist es für den Fachmann ersichtlich, daß sich die Erfindung auch auf integrierte Schaltkreise anwenden läßt, bei denen ein Teil durch einen PN-Übergang isoliert und der andere durch eine isolierende Schicht getrennt ist.

Die Erfindung wurde auch in Anwendung auf einen integrierten Schaltkreis erläutert. Es ist jedoch für den Fachmann auch ersichtlich, daß sich die Erfindung in gleicher Weise auf eine einzelne Halbleitervorrichtung anwenden läßt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung eine Halbleitervorrichtung geschaffen wurde, die einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten, im ersten Bereich ausgebildeten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einen Bereich hoher Verunreinigungskonzentration aufweist, der ebenfalls im ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist und eine diesem Bereich entsprechende Leitfähigkeit aufweist. Mit dem Bereich hoher Verunreinigungskonzentration steht eine Elektrode in Ohm¹schem Kontakt, die außerdem den ersten Bereich kontaktiert, so daß dazwischen eine Schottky-Sperrschicht entsteht.

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Claims (4)

1. SONY CORPORATION S74P73

   Tokio / Japan

   Patentansprüche

   Y 1 .J Halbleitervorrichtung mit einem ersten Halbleiterbereich eines bestimmten ersten Leitfähigkeitstyps und mit einem zweiten, angrenzend an den ersten angeordneten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, dadurch gekehn zeichnet, daß angrenzend an den ersten Bereich (6) ein Bereich (8) vom ersten Leitfähigkeitstyp mit hoher Verunreinigungskonzentration vorgesehen ist und daß zur Ausbildung einer Schottky-Sperrschicht (J_g) zwischen dem . ersten und dem hochdotierten Bereich eine Elektrode (11b; 13c) vorhanden ist, die in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten (6) und mit dem hochdotierten Bereich (8) steht.
2. 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die Anordnung der Hälbleiterbereiche und der Schottky-Sperrschicht (J_) ein Schalterelement (Db) für hohe Schaltgeschwindigkeiten bilden.
3. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottky-Sperrschicht (J₀) zwischen dem zweiten Bereich und dem Bereich hoher Verunreinigungskonzentration ausgebildet ist.
4. 4. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Substrat (S) einer bestimmten Leitfähigkeit, wenigstens zwei auf oder in dem Substrat ausgebildete und gegeneinander isolierte Inselbereiche (5; 5a, 5b) einer anderen Leitfähigkeit, einen in wenigstens einem der Inselbereiche ausgebildeten -Bereich (8) vom anderen Leitfähigkeitstyp und hoher Verunreinigungskonzentration, und durch eine Elektrode (11b; 13c), die einen Ohm¹sehen Kontakt zu dem Bereich (8) hoher Verunreinigungskonzentration und eine Schottky-Sperrschicht

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   - Kf-

   (J_q) zu einem der an den Bereich hoher Verunreinigungskonzentration angrenzenden Inselbereich herstellt.

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