DE2554426A1

DE2554426A1 - Verfahren zur erzeugung einer lokal hohen inversen stromverstaerkung bei einem planartransistor

Info

Publication number: DE2554426A1
Application number: DE19752554426
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dipl Phys Dr Murrmann; Ernst Dipl Ing Wittenzellner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1977-06-16
Also published as: GB1502229A; JPS5269277A; DE2554426B2; IT1064433B; FR2334198B1; FR2334198A1; US4118251A; DE2554426C3

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen* ^ ^{v n} Berlin und München VPA 75 P 12 01 BRD

Verfahren zur Erzeugung einer lokal hohen inversen Stromverstärkung bei einem Planartransistor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer lokal hohen inversen Stromverstärkung (Aufwärtsstromverstärkung) bei einem vorzugsweise doppeltdiffundierten oder implantierten invers betriebenen Planartransistor, der in einem Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung vorgesehen ist.

Es sind Digitalschaltungen bekannt (Valvo-Berichte, Band XVIII, Heft 1/2, Seiten 215 bis 226), die die sogenannte integrierte Injektionslogik (I L) verwenden. Der Grundgattertyp dieser Technik benötigt nur sehr wenig Kristallfläche, und die Verlustleistung kann außerordentlich niedrig gehalten werden. Als Schaltelemente werden bipolare doppeltdiffundierte oder implantierte Transistoren verwendet. Bei einem invers betriebenen Transistor befindet sich abei- im Gegensatz zu einem Transistor der üblichen Planartechnik die Emitterzone nicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers beziehungsweise einer auf einem Halbleitersubstrat abgeschiedenen epitaktischen Schicht, sondern im Halbleiterkörper selbst, das heißt, unterhalb der Oberfläche der epitaktisch abgeschiedenen Schicht. Ein invers betriebener npn-Transistor hat also zum Beispiel eine n-leitende epitaktische Schicht, die normalerweise den Kollektor eines gewöhnlichen Transistors bildet, als Emitter, während die letzte n⁺-Diffusion, die normalerweise den Emitter des gewöhnlichen Transistors bildet, als Kollektor dient. Dies be-

deutet, das Schaltelement der I L-Technik ist ein invers betriebener bipolarer npn-Transistor in herkömmlicher Planartechnik.

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Kot 12 Dx / 28.11.1975

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Ein wesentlicher Vorteil der integrierten Injektionslogik liegt in der sehr hohen Packungsdichte, die auf einem Halbleiterkörper für die integrierte Schaltung zu erzielen ist. Dies beruht darauf, daß bei einem entsprechenden Schaltungskonzept keine gegenseitige Isolierung erforderlich ist. Dagegen besitzen aber invers betriebene Transistoren eine relativ kleine Vorwärts-StromverStärkung, hier Aufwärtsstromverstärkung genannt (B_UO)» die der inversen Stromverstärkung im normalen Betrieb entspricht. Die Aufwärts-Stromverstärkung könnte zwar durch eine entsprechend hohe Grunddotierung der epitaktischen Schicht verbessert werden. Eine derartige hohe Dotierung ist aber wenig sinnvoll, da durch sie die Wirksamkeit eines lateralen pnp-Transistors als Injektor verringert wird (vergleiche Valvo-Berichte, Band 18, Heft 1/2, Seiten 216 und 217) und gleichzi
erhöht.

gleichzeitig die Emitter-Basis-Kapazität des I L-Transistors

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen invers betriebenen Transistor anzugeben, der auch bei einer gering dotierten beziehungsweise hochohmigen epitaktischen Schicht oder einem hochohmigen Halbleitersubstrat eine große Aufwärts-Stromverstärkung besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Bßsisdotierung in den Halbleiterkörper unterhalb des für den Kollektor vorgesehenen Bereiches Ionen implantiert werden, die bei folgenden Temperaturbehandlungen in die angrenzenden Bereiche ausdiffundieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen voll wirksamen Injektor und gleichzeitig eine hohe Aufwärts-Stromverstärkung. Die parasitäre Kapazität zwischen der genannten Basisfläche und der genannten Emitterfläche ist durch die durch Ionenimplantation eingebrachte höhere lokale Dotierung nur unter der "aktiven" Basisfläche ebenfalls geringer als bei einer erhöh-

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ten Grunddotierung der gesamten epitaktischen Schicht beziehungsweise des Substrates. Daraus ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Schaltverhaltens (Speed-Power-Product), was einerseits auf dem hohen In.jektor-Wirkungsgrad bei dennoch ausreichender Vorwärts-Stromverstärkung und andererseits auf einer Verringerung der parasitären Basis-Emitter-Kapazität gegenüber einer Gesamtanhebung der Dotierung beruht.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen invers betriebenen Transistor,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt T.I-II durch die Fig. 1, Fig. 3 den Dotierungsverlauf in einem Schnitt III-III der Fig. 2, wobei auf der Abszisse die Eindringtiefe χ in #um (vergleiche den Pfeil χ in Fig. 2) und auf der Ordinate die Dotierungskonzentration K in cm aufgetragen sind,

Fig. 4 den Dotierungsverlauf in einem Schnitt IV-IV der Fig. entsprechend der Fig. 3.

Ein Silicium-Halbleiterkörper 1 besteht aus einem n⁺⁺-leitenden Halbleitersubstrat beziehungsweise "Buried layer" 2 und einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht 3. Die epitaktisch abgeschiedene Schicht 3 hat zum Beispiel eine Schichtdicke von 5 /um und einen spezifischen Widerstand von 0, 8-ilcm entspre-

16 ^ chend einer Dotierung von etwa 10 cm"-' (vergleiche die Kurve 31 in Fig. 3 und 4). Der Dotierungsverlauf des Halbleitersubstrates 2 ist in den Fig. 3 und 4 durch eine Kurve 32 angedeutet.

In die epitaktisch abgeschiedene Schicht 3 werden mittels Ionenimplantation n⁺-leitende Zonen in den Bereichen eingebracht, die später von den Kollektoren überdeckt werden. Die

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Ionen werden beispielsweise mit 100 keV implantiert. Durch eine Nachdiffusion dringen die implantierten Ionen tiefer in die epitaktisch abgeschiedene Schicht 3 ein, so daß die durch sie gebildeten Zonen 4 den in der Fig. 2 in Strichlinien dargestellten Verlauf annehmen. In der Fig. 4 ist der Dotierungsverlauf der implantierten Ionen nach der Implantation durch eine Kurve 41 in Strichlinien angedeutet.

Anschließend wird in bekannter Weise die Basis durch Diffusion oder Ionenimplantation mit Bor dotiert, so daß eine p-leitende Zone 5 mit dem Emitter-Basisübergang bei der Eindringtiefe x™, (vergleiche Fig. 3 und 4) entsteht. Schließlich wird in der Zone 5 eine n⁺-leitende Zone 6 als Kollektor mit dem Basis-Kollektorübergang bei der Eindringtiefe x_ßc (vergleiche Fig. und 4) durch Diffusion oder Implantation hergestellt. Die Zone 6 hat eine Eindringtiefe von etwa 1 /um. Der Dotierungsverlauf der Zone 5 beziehungsweise der Zone 6 ist in den Fig. 3 und mit 35 beziehungsweise 36 bezeichnet. Schließlich wird in der η-leitenden Schicht 3 gegebenenfalls zusammen mit der Zone 5 noch eine p-leitende Zone 7 als Injektor durch Diffusion gebildet.

Während der Basisdotierung, einer eventuellen Nachdiffusion und der Dotierung des Kollektors diffundiert die mittels Ionenimplantation eingebrachte Dotierung (vergleiche Kurve in Fig. 4) aus, so daß nach diesen Temperaturbehandlungen ein Dotierungsverlauf entsteht, wie dieser in der Fig. 4 mit der Kurve 42 angedeutet ist.

Die Fig. 3 zeigt den Dotierungsverlauf in einem Schnitt III-III der Fig. 2 ohne Zone 4 und die Fig. 4 den Dotierungsverlauf in einem Schnitt IV-IV mit der Zone 4. Die epitaktische Schicht 3 hat unter dem Kollektor 6, also an der Stelle

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des eigentlichen invers betriebenen Transistors eine höhere Dotierung, die einen guten Emitter-Wirkungsgrad und damit eine hohe Aufwärts-StromverStärkung bewirkt.

5 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1ΛVerfahren zur Erzeugung einer lokal hohen inversen Stromverstärkung (AufwärtsStromverstärkung) bei einem vorzugsweise doppeltdiffundierten oder implantierten invers betriebenen Planartransistor, der in einem Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung vorgesehen ist, d a durch gekennzeichnet, daß vor der Basisdotierung in den Halbleiterkörper unterhalb des für den Kollektor vorgesehenen Bereiches Ionen implantiert werden, die bei folgenden Temperaturbehandlungen in die angrenzenden Bereiche ausdiffundieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem ein npn-Transistor hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des für den Kollektor vorgesehenen Bereiches in den Halbleiterkörper implantierten Ionen einer Nachdiffusion unterworfen werden und daß anschließend die Basisdotierung durch Diffusion oder Implantation von Bor durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper eine n-leitende epitaktische Schicht auf einem an seiner Oberfläche n⁺⁺-leitenden Halbleitersubstrat verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Ionen mit einer Energie von etwa 100 keV implantiert werden und nach der Nachdiffusion bei einer Eindringtiefe von etwa 2,5 /um am Basis-Emitter-Übergang eine Konzentration von etwa 2 . 10 ' bis 10 cm" ^ aufweisen.

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ORIGINAL INSPEGTED
5. Invers betriebener Transistor in integrierter Schaltung, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktische Schicht eine Schichtdicke von etwa 5 /um und einen spezifischen Widerstand von etwa 0,8 XI cm entsprechend einer Dotierung von etwa 10 cm aufweist, daß die Basiszone eine Schichtdicke von etwa 1,5 /um und einen Schichtwiderstand von etwa 15θί1/α besitzt und daß der Kollektor eine Eindringtiefe von 1 /um hat.

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