DE2453134A1 - Planardiffusionsverfahren - Google Patents
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Description
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
'■ FREIBURG I. BR.
Planardiffusionsverfahren
Die Erfindung beschäftigt sich mit der monolithischen Integration
einer I L-Schaltung mit mindestens einem bipolaren Analogschaltungsteil,
wie sie aus der Zeitschrift "Valvo-Berichte"
BandXVIII, Heft 1/2 (April 1974) Seiten 215 bis 216, bekannt
war. Eine solche Integration wird bekanntlich durch das Planardiffusionsverfahren
mit 6 Maskierungsschritten vorgenommen.
Da Analogschaltungen bekanntlich mit relativ hohen Versorgungsspannungen betrieben werden, sind epitaktische Schichten hohen
spezifischen Widerstandes (beispielsweise 2-3 SL cm) und großer Dicke (ca. 15/um) erforderlich. Dabei sind aber die für die
2 '
I L-Schaltung erforderlichen Stromverstärkungen der Transistoren,
deren Kollektoren bekanntlich an der Halbleiteroberfläche liegen, schwer zu realisieren»
- 2
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W. Kraft et al 13-9
Der Erfindung l;.egt daher die Aufgabe zugrunde, im I L-Teil
eine relativ hohe Stromverstärkung (B = ·=€;· = 20 bis 200) ohne
Verminderung der Spannungsfestigkeit im Analogschaltungsteil zu realisieren.
Die Erfindung betrifft somit ein Planardiffusionsverfahren zur
2
monolithischen Integration einer I L-Schaltung mit einem bipolaren Analogschaltungsteil, bei welchem Verfahren durch eine Epitaxschicht des einen Leitungstyps auf einem Substrat des anderen Leitungstyps eine Isolationszonendiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps, in die Epitaxschicht eine Basisdiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps und in die Basiszonen gleichzeitig während einer Emitterdiffusion die Emitterzonen sow.
gebracht werden.
monolithischen Integration einer I L-Schaltung mit einem bipolaren Analogschaltungsteil, bei welchem Verfahren durch eine Epitaxschicht des einen Leitungstyps auf einem Substrat des anderen Leitungstyps eine Isolationszonendiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps, in die Epitaxschicht eine Basisdiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps und in die Basiszonen gleichzeitig während einer Emitterdiffusion die Emitterzonen sow.
gebracht werden.
2 Emitterzonen sowie die Kollektorzonen der I L-Schaltung ein-
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Verfahrensmaßnahmen gelöst.
Dabei kann das Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps nach dem Aufbringen vordiffundiert werden oder auch durch eine Ionenimplantation
eingebracht werden.
Beim Verfahren nach der Erfindung werden die Diffusionen entsprechend
der geforderten Spannungsfestigkeit her Transistoren des bipolaren Analogschaltungsteils in eine Epitaxschicht entsprechender
Dicke und Störstellenkonzentration eingebracht. Vorzugsweise wird eine Dicke der Epitaxschicht von größer als
5 ,um, beispielsweise im Bereich von 5 ,um bis etwa 20 ,um, gewählt,
Im allgemeinen ist ein spezifischer Widerstand der Epitaxschicht von mehr als 1.£lcm erforderlich.
Durch das Verfahren der Erfindung werden entsprechend den unter-
2 schiedlichen Basiszonenkonzentrationen des I L-Schaltungstexls
und des bipolaren Analogschaltungsteils unterschiedliche Basiszonendicken erhalten.
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W. Kraft et al 13-9
Die Merkmale der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches anhand der Zeichnung erläutert wird, deren
Figuren 1 bis 9 ausschnittsweise Ansichten senkrecht zur Oberflächenseite eines plattenförmigen Halbleiterkörpers eine
Figuren 1 bis 9 ausschnittsweise Ansichten senkrecht zur Oberflächenseite eines plattenförmigen Halbleiterkörpers eine
I L-Schaltung A mit einem bipolaren Analogschaltungs^eil B bedeuten
und die aufeinanderfolgende Arbeitsprozesse eines
Planardiffusionsverfahrens mit den Merkmalen der Erfindung betreffen. Die beiden Teile können eine beliebige Anzahl an
Transistoren enthalten.
Planardiffusionsverfahrens mit den Merkmalen der Erfindung betreffen. Die beiden Teile können eine beliebige Anzahl an
Transistoren enthalten.
Jas Planardiffusionsverfahren nach der Erfindung geht aus von.
einer Anordnung gemäß der Fig. 1 mit einer Epitaxschicht 6 des einen Leitungstyps auf einem Substrat 13, vorzugsweise in Form
einer Halbleiterplatte, des anderen Leitungstyps. In das Halbleitersubstrat 13 können vor dem Aufbringen der Epitaxschicht
relativ hoch dotierte Zwischenschichten 14 vom. Leitungstyp der Epitaxschicht 6 in bekannter Weise eindiffundiert werden.
Durch die Epitaxschicht 6 ist eine den Teil A der I L-Schaltung und den bipolaren Analogschaltungsteil B trennende Isolationszone 1 eingebracht worden. Auf der Halbleiteroberfläche befindet
sich eine geschlossene Schicht aus einem für die Diffusionsmaskierungsschicht
2 des Planardiffusionsverfahrens geeigneten
Material, beispielsweise aus Siliziumdioxid. Vorzugsweise wird Silizium aus Material für das Substrat 13 und die Epitaxschicht gewählt.
Material, beispielsweise aus Siliziumdioxid. Vorzugsweise wird Silizium aus Material für das Substrat 13 und die Epitaxschicht gewählt.
Anschließend werden gemäß der Fig.2 entsprechend dem Verfahren
nach der Erfindung in der Diffusionsmaskierungsschicht 2 die
Öffnungen 10 und 12 für die Diffusion sämtlicher weiteren
Basiszonen 3 und 4 (vgl. Fig. 7 und 9) des anderen Leitungstyps hergestellt.
Öffnungen 10 und 12 für die Diffusion sämtlicher weiteren
Basiszonen 3 und 4 (vgl. Fig. 7 und 9) des anderen Leitungstyps hergestellt.
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Danach werden die Basisdiffusionsöffnungen 10 der I L-Schaltung L
mit einer Maskierungsschicht 5 solcher Dicke geschlossen, daß während einer folgenden Behandlung mit einem Ätzmittel zum Entfernen
überschüssigen Dotierungsmaterials nach dem Aufbringen
von Dotierungen des anderen Leitungstyps zum Herstellen der Basiszonen das Halbleitermaterial innerhalb der Basisdiffusions-
öffnungen 10 der I L-Schaltung A wieder freigelegt werden kann.
Dies erfolgt beim Ausführungsbeispiel dadurch, daß zunächst gemäß der Fig.3 sämtliche öffnungen 10, 11 und 12, beispielsweise
durch thermische Oxidation, wieder mit einer Maskierungsschicht der genannten Dicke geschlossen werden und die Maskierungsschicht
innerhalb der öffnung 12 für die Diffusion der Basiszone 4 des
bipolaren Analogschaltungsteils B durch Anwendung des allgemein bekannten fotolithografischen Ätzprozesses wieder geöffnet
wird. Es wird somit die gewänschte Struktur gemäß der Fig. 4 erhalten.
Anschließend wird Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mit einer ersten Konzentration über die gesamte freiliegende Oberfläche
der Anordnung aufgebracht, vordiffundiert und danach die gesamte Anordnung mit einem Ätzmittel zum Entfernen des überschüssigen
Dotierungsmaterials auf der Diffusionsmaskierungsschicht 2 behandelt, beispielsweise durch Eintauchen in ein
flüssiges Ätzmittel. Aufgrund der besonders gewählten Dicke der Maskierungsschicht 5 wird dabei gleichzeitig die in der DiffusionsmaskierungsGchicht
2 vorhandene Öffnung 5 zur Diffusion der
2
Basiszone 3 im Teil der I L-Schaltung A unter Freilegung der innerhalb der Bewandung der Öffnung 10 befindlichen Halbleiteroberfläche geöffnet. Gleichzeitig wird die Halbleiteroberfläche innerhalb der Öffnung 11 zur Diffusion der Injektorzone 16 (vgl. Fig. 7 bis 9) freigelegt. Somit wird eine Anordnung gemäß der Fig. 5 mit einer freiliegenden Halbleiteroberfläche innerhalb der Öffnungen 10 und 11 und einer Vordiffusionsschicht 15 für die Basiszone 4 im bipolaren Analogschaltungsteil B erhalten.
Basiszone 3 im Teil der I L-Schaltung A unter Freilegung der innerhalb der Bewandung der Öffnung 10 befindlichen Halbleiteroberfläche geöffnet. Gleichzeitig wird die Halbleiteroberfläche innerhalb der Öffnung 11 zur Diffusion der Injektorzone 16 (vgl. Fig. 7 bis 9) freigelegt. Somit wird eine Anordnung gemäß der Fig. 5 mit einer freiliegenden Halbleiteroberfläche innerhalb der Öffnungen 10 und 11 und einer Vordiffusionsschicht 15 für die Basiszone 4 im bipolaren Analogschaltungsteil B erhalten.
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Anschließend wird Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps
mit einer zweiten kleineren Konzentration als die erste Konzentration auf die freiliegende Oberfläche aufgebracht. Dies kann
aus der Gasphase oder durch Ionenimplantation erfolgen. Anschließend
kann auch dieses Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps vordiffundiert werden, so daß eine Anordnung
gemäß der Fig. 6 mit einer weiter expandierten Vordiffusionsschicht
15 im bipolaren Analogschaltungsteil B und weitere Vordiffusionsschichten 16 und 17 für die Basiszonen 3 bzw. für
die Injektorzone 16 im Teil der I L-Schaltung A erhalten werden.
Besorders günstige Dotierungskonzentrationen der Basiszonen 3 und
4 ergeben sich, wenn das Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps
mit einer r-olchen ersten Konzentration aufgebracht
wird, daß nach einer Vordiffusion dieses Dotierungsmaterials ein Flächenwiderstand von 40 bis 60Ü/Derhalten wird. Besonders
günstige elektrische Werte zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe werden erhalten, wenn das Dotierungsmaterial
des anderen Leitungstyps mit einer solchen zweiten Konzentration
aufgebracht wird, daß nach der Vordiffusion sich ein Flächenwiderstand von 65 bis 100.i1/Q ergibt. Eine solche zweite Vordiffusion
ist jedoch nicht erforderlich, wie bereits erwähnt. Sie
kann aber ausschließlich zur Einstellung der Konzentration bei Vorversuchen durchgeführt werden.
Anschließend erfolgt die eigentliche Basisdiffusion im Teil der
2
I L-Schaltung A gleichzeitig mit der des bipolaren Analogschaltungsteils B, wobei eine Anordnung gemäß der Fig.7 mit den Basiszonen 3 und 4 in der Injektorzone 16 im Teil der I L-Schaltung A gemäß der Fig. 7 erhalten wird. Dabei werden die Öffnungen 10, 11 und 12 in der Diffusionsmaskierungsschicht 2 wieder .geschlossen.
I L-Schaltung A gleichzeitig mit der des bipolaren Analogschaltungsteils B, wobei eine Anordnung gemäß der Fig.7 mit den Basiszonen 3 und 4 in der Injektorzone 16 im Teil der I L-Schaltung A gemäß der Fig. 7 erhalten wird. Dabei werden die Öffnungen 10, 11 und 12 in der Diffusionsmaskierungsschicht 2 wieder .geschlossen.
In bekannter Weise wird danach die sogenannte Emitter-Diffusion durchgeführt, während der gleichzeitig die Emitterzone 21 und die
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W. Kraft et al 13-9
Kollektoranschl:ißzone 23 im bipolaren Analogteil B sowie die
Kollektorzonen 22 und die Emitter-Anschluj3zone 21 im Teil der-
2
I L-Schaltung gemäß der Fig. 9 diffundiert werden. Vorher werden, wie die Fig. 8 veranschaulicht, unter Anwendung des bekannten fotolithografischen Ätzverfahrens in der Diffusionsmaskierungsschicht 2 die Diffusionsöffnungen 18, 19, 20, 24 und hergestellt.
I L-Schaltung gemäß der Fig. 9 diffundiert werden. Vorher werden, wie die Fig. 8 veranschaulicht, unter Anwendung des bekannten fotolithografischen Ätzverfahrens in der Diffusionsmaskierungsschicht 2 die Diffusionsöffnungen 18, 19, 20, 24 und hergestellt.
Es wurde festgestellt, daß beim Verfahren nach der Erfindung zur Erzielung besonders günstiger Werte der Unterschied der
Basiszonenkonzentrationen zwischen dem bipolaren Analogschal-
tungsteil B und dem Teil der I L-Schaltung A so einzustellen ist, daß nach der Emitterdiffusion der Transistor des Teils der
I L-Schaltung A ein V von mindestens 0,7 V besitzt bzw. der
-Wert dieses Transistors deutlich kleiner ist als der entspre-
chende Wert des bipolaren Analogschaltungsteils B. Dabei bedeutet
U„, die Knickspannung in der U„„ /I -Kennlinie. Diese
L-IjO LIjO ι»
Regel dient zur Einstellung und zur Kontrolle der beiden Konzentrationen
des anzubringenden Dotierungsmaterials.
Das beschriebene Planardiffusionsverfahren nach der Erfindung ist naturgemäß anwendbar zur monolithischen Integration einer
2
I L-Schaltung mit jeder beliebigen Anzahl von Transistoren,
I L-Schaltung mit jeder beliebigen Anzahl von Transistoren,
2
sowohl im Teil der I L-Schaltung A als auch im bipolaren Analogschaltungsteil B.
sowohl im Teil der I L-Schaltung A als auch im bipolaren Analogschaltungsteil B.
9 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen mit 9 Figuren
609820/OB66
Claims (2)
- W. Kraft et al 13-9Patentansprüche' 1.Jpianardiffusionsverfahren zur monolithischen Integrationeiner I L-Schaltung mit einem bipolaren Analogschaltungsteil, bei welchem Verfahren durch eine Epitaxschicht des einen Leitungstyps von einem Substrat des anderen Leitungstyps eine Isolationszonendiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps/ in die Epitaxschicht eine Basisdiffusion mit Dotierungen des anderen Leitungstyps und in die Basiszonen gleichzeitig während einer Emitter-Diffusion die Emitter-zonen sowie.die Kollektorzonen der I L-Schaltung eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daßnach der Diffusion der Isolationszonen (1) in der Diffusionsmaskierungsschicht (2) die Öffnungen (10,12) für sämtliche weitere Basiszonen (3,4) des anderen Leitungstyps hergestellt werden,daß danach die Basisdiffusionsöffnungen (10) des Teils' 2der I L-Schaltung (A) mit einer Maskierungsschicht (5) solcher Dicke geschlossen werden, daß während einer folgenden Behandlung mit einem Ätzmittel zum Entfernen überschüssigen Dotierungsmaterials ndch dem Aufbringen von Dotierungen des anderen Leitungstyps das Halbleitermaterial innerhalb der der Basisdiffusionsöffnungen2
(10) des Teils der I L-Schaltung (A) freigelegt werden,daß Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mit einer ersten Konzentration aufgebracht und vordiffundiert wird,daß dann die Basisdiffusionsöffnungen (10) des Teils der2
I L-Schaltung (A) durch Behandlung mit dem Ätzmittel geöffnet werden,S0982Q/QS66 _ 8 _W. Kraft et al 13-9daß danach Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mir einer zweiten kleineren Konzentration als die erste Konzentration aufgebracht wirdund daß schließlich die Basisdiffusionen des Teils derο
I L-Schaltung (A) gleichzeitig mit der des bipolaren Analogschaltungsteils (B) der Emitterdiffusion durchgeführt wird. - 2. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Botierungsmaterials des anderen Leitungstyps mit einer zweiten Konzentration r^ls die erste Konzentration eine Vordiffusion dßrchgeführt wird.3. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mit einer zweiten kleineren Konzentration als die erste Konzentration durch Ionenimplantation aufgebracht wird.4.. Planardiffusionsverfahren nach eimern der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mit einer solchen ersten Konzentration aufgebracht wird, daß nach einer Vordiffusion ein Flächenwiderstand von 40 bis 60Ü/D erhalten wird.5. Planardiffusionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dotierungsmaterial des anderen Leitungstyps mit einer solchen zweiten Konzentration aufgebracht wird, daß nach einer Vordiffusion ein Flächenwiderstand von 65 bis 110-Q./Q erhalten wird..6. Planardiffusionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionen in eine Epitaxschicht (6) mit einer Dicke und Störstelleakonzentration entsprechend der geforderten Spannungsfestigkeit der Transistoren des bipolaren Analogschaltungsteils (b) eingebracht werden.8098 20/0 56 8W. Kraft et al 13-97. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionen in eine Epitaxschicht (6) mit einer Dicke von mehr als 5/um eingebracht werden.8. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionen in eine Epitaxschicht mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 1 Jl- cm eingebracht werden.9. Planardiffusionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Basiskonzentrationen zwischen dem Analogschaltungsteil (B) und dem2
Teil der I L-Schaltung (A) so gewählt wird, daß nach derEmitterdiffusion der Transistor des Teils der I L-Schaltung (A) ein U-^ zwischen 0,7 V und dem IL11-, -Wert des Transistors des Analogschaltungsteils (B) besitzt.609820/0 566
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