DE2507366C3 - Verfahren zur Unterdrückung parasitärer Schaltungselemente - Google Patents

Verfahren zur Unterdrückung parasitärer Schaltungselemente

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrükkung parasitärer Schaltungselemente nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In integrierten Schaltungen, die nach einem derartigen bekannten Verfahren (»Electronics«, Band 47, Heft 30, Seiten 111 bis 118) hergestellt sind, beeinflussen sogenannte parasitäre Dioden und Transistoren dennoch gelegentlich das Schaltverhalten. Dies gilt insbesondere für sogenannte »MTL- oder PL-Schaltungen« (Merged-Transistor-Logic beziehungsweise Integrated-Injection-Logic), bei denen Transistoren invers betrieben werden.
Daher werden bei bekannten integrierten Schaltungen (US-PS 36 22 382; »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Band 16, Nr. 6, November 1973, Seite 1701) durch Ionenimplantation hochohmige, isolierende Schichten in das Halbleitersubstrat eingebracht. Bisher wurde es aber nicht für möglich angesehen, auf derartigen Schichten noch eine epitaktische Schicht aufwachsen zu lassen, wodurch aber der Aufbau komplizierterer integrierter Schaltungen wesentlich erschwert wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Unterdrückung parasitärer Schaltungselemente anzugeben, das die Wirksamkeit parasitärer pn-Obergänge stark verringert, ohne die Aufbaumöglichkeiten für eine integrierte Schaltung wesentlich zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale von dessen kennzeichnenden Teil ίο gelöst.
Da die hochohmige Schicht durch Ionenimplantation hergestellt wird, kann die Begrenzung dieser Schicht genau lokalisiert werden, so daß parasitäre Schaltungselemente wirksam unterdrückt werden. Dennoch kann nach der Implantation noch eine epitaktische Schicht abgeschieden werden, was bedeutet, daß die Aufbaumöglichkeiten für eine integrierte Schaltung nicht eingeschränkt sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, in deren Figur ein invers betriebener Transistor dargestellt ist:
In der Figur ist ein p-dotiertes Halbleitersubstrat 1 vorgesehen, auf dessen Oberfläche 4 eine epitaktisch abgeschiedene, η-dotierte Halbleiterschicht 2 angeordnet ist. Im Halbleitersubstrat 1 befindet sich ein hoch η-dotierter Bereich 3, der über einen hoch n-dotierten Anschlußbereich 6 mit der Oberfläche der Halbleiterschicht 2 verbunden ist. In der Halbleiterschicht 2 sind weiter p-dotierte Bereiche 8 und 9 vorgesehen. Schließlich befindet sich im Bereich 8 ein hoch η-dotierter Bereich 10.
Zur Isolation von benachbarten Bauelementen dienen Siliciumdioxidschichten (Dickoxid) 11 und 13, die bis zum Halbleitersubstrat 1 reichen. Eine weitere Siliciumdioxidschicht 12 begrenzt den Bereich 8 und verringert so dessen Oberfläche.
Auf der Oberfläche 7 befindet sich noch eine Siliciumdioxidschicht 14 mit Fenstern zum Anschlußbereich 6 und zu den Bereichen 8,9 und 10.
Der Bereich 3 und das Gebiet 15 der Halbleiterschicht 2 zwischen dem Bereich 3 und dem Bereich 8 stellen die Emitterzone eines invers betriebenen Transistors dar. Der Bereich 8 ist die Basiszone, während der Bereich 10 die Kollektorzone bildet. Der Bereich 9 stellt schließlich den Injektor dar, der Defektelektronen (Löcher) injizieren kann, die als Steuerstrom für die Basiszone des Transistors wirksam werden.
Der in der Figur dargestellte Transistor ist ein npn-Transistor. Zusätzlich bilden jedoch der Bereich 8, die Halbleiterschicht 2, der Bereich 3 und der Bereich 9 einen parasitären pnp-Transistor. Dieser parasitäre Transistor hat parasitäre pn-Übergänge 18. Zur Unterdrückung der Wirkung dieser parasitären pn-Übergänge dient eine hochohmige Schicht 5, die vor der Abscheidung der epitaktischen Halbleiterschicht 2 in die Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 eingebracht wird.
Diese Schicht 5 wird auf folgende Weise hergestellt: Nach der Herstellung des Bereiches 3 (buried-layer) mittels Diffusion oder Implantation werden Stickstoffionen durch Maskierung lokal im Bereich der parasitären pn-Übergänge 18 in einer Dosis so implantiert, daß das Maximum der einer Gauß-Verteilung entsprechenden Stickstoffdotierung etwa 5 ■ 1021/cm3 beträgt. Die Implantationsenergie wird dabei so eingestellt, daß die Stickstoffkonzentration an der Oberfläche eine Regeneration des Kristallgitters bei einem nachfolgenden
thermischen Ausheilschritt nicht wesentlich beeinträchtigt So ergibt beispielsweise eine Implantationsenergie -/on ungefähr 150 keV bei einer Dosis von 1017/cm2 eine Oberflächenkonzentration der Stickstoffionen, die kleiner als 10I8/cm3 ist Bei einer Ausheiltemperatur, die größer als 1000° C ist, läßt sich das durch die Implantation der Schicht 5 geschädigte Kristallgitter an der Oberfläche 4 soweit regenerieren, daß anschließend die Halbleiterschicht 2 auf herkömmliche Weise abgeschieden werden kann.
Diese Temperaturbehandlung führt zu einer teilweisen Verbindung der implantierten Stickstotfionen mit den Siliciumatomen des Halbleitersubstrates 1. Es bildet sich eine Mischung aus Silicium, Stickstoff und Siliciumnitriden, die eine so starke Gitterinhomogenität besitzt, daß die Wirkung der parasitären pn-Übergänge 18 weitgehend unterdrückt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von npn- und vovi pnp-Transistoren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Unterdrückung parasitärer Schaltungselemente, insbesondere parasitärer Dioden und Transistoren, in integrierten Schaltungen, die irrebesondere invers betriebene Transistoren aufweisen, bei dem in ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps ein an eine Oberfläche des Halbleitersubstrates reichender hochdotierter Bereich eines zweiten, zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitunigstyps eingebracht wird, auf dieser Oberfläche eine Halbleiterschicht des zweiten Leitungstyps epitaktisch abgeschieden wird und schließlich in dieser epitaktischen Halbleiterschicht weitere Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps erzeugt werden, die wenigstens ein Schaltungselement bilden, das von benachbarten Schalungselementen elektrisch isoliert ist, daduich gekennzeichnet, daß vor der Abscheidung der epitaktischen Halbleiterschicht (2) in die Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) an zur Unterdrückung der parasitären Schaltungselemente geeigneten Stellen durch Ionenimplantation wenigstens eine hochohmige Schicht (5) und/oder eine Schicht mit hoher Rekombinationszentrendichte eingebracht wird, wobei die Iniplantationsenergie so eingestellt wird, daß die Konzentration der implantierten Ionen an der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) die für das Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschicht (2) erforderliche Regeneration des Kristallgitters bei einem der Implantation nachfolgenden thermischen Ausheilschritt nicht wesentlich beeinträchtigt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoffionen mit einer Energie von 150 keV implantiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenkonzentration der Stickstoffionen im Halbleitersubstrat (1) < 1018/cm3 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausheiltemperatur > 1000°C beträgt.
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