DE2600375A1

DE2600375A1 - Komplementaere transistorstruktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2600375A1
Application number: DE19762600375
Authority: DE
Inventors: Maurice Bonis; Bernard Roger
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-01-10
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1976-07-15
Also published as: US4058825A; IT1054024B; DE2600375B2; FR2297495A1; JPS561782B2; FR2297495B1; DE2600375C3; NL7600062A; GB1531811A; CA1046167A; JPS5193683A

Description

PHV.75501

voon/jv/jB 8-Γ2-1975

GÜNTHER M. DAViD
Anmelder: ii ν. .·.: ;.-j :-_;.JLiLA,₍₁i⁵EiJ!^:A8BlEKEN

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"Komplementäre Transistorstruktur und Verfahren zu deren Herstellung".

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der mindestens zwei komplementäre Transistoren enthält und aus einem Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht, das mit einer ersten epitaktischen Schicht von dem zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp überzogen ist, ,wobei wenigstens ein Teil des genannten Substrats die Kollektorzone des ersten Transistors bildet und die Basiszone dieses ersten Transistors und die Kollektorzone des zweiten Transistors durch angrenzende Teile der genannten ersten epitaktischen Schicht gebildet werden.

In zahlreichen Leistungsverstärkerschaltungen

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I¹IIF. 75501 - 2 - 8-12-1975

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wird der Ausgangstransistor von einem Transistor vom komplementären Typ, z.B. ein npn-Transistor von einem pnp-Transistor, gesteuert. Auch kann ein pnp-Transistor für die Steuerung eines unter der Bezeichnung "Darlingtonverstärker" bekannten Gebildes zweier npn-Transistoren verwendet werden. Mit Rücksicht auf die Integration derartiger Schaltungen in einer einzigen Anordnung wurde versucht, in demselben Teil der Halbleiterscheibe wenigstens einen npn-Transistor und einen pnp-Transistor herzustellen, wobei z.B. die Basiszone des ersten Transistors mit der Kollektorzone des zweiten Transistors verbunden ist.

^. Es ist bekannt, dass es von gewisser Bedeutung ist, dass in einer Struktur mit zwei integrierten komplementären Transistoren die zwei Transistoren beide eine epitaktische Basis- und Kollektorzone aufweisen. Bekannte Anordnungen, bei denen einer der Transistoren eine diffundierte Basiszone?aufweist, weisen nämlich die mit diesem Typ verbundenen Nachteile, wie z.B. eine weniger gute Definition der Dicke der Basiszone, eine unregelmässige Dotierungskonzentration und Schwierigkeiten beim Beherrschen der Eigenschaften, auf. Die beiden Transistoren dieser Anordnungen sind verschieden und die Änderung der Eigenschaften mit der Temperatur beeinträchtigt die Firkung in erheblichem Masse. Der Ausgangstransistor, der meist ein Leistungstransistor sein muss, lässt sich, schwer durch Diffusionsbearbeitungen herstellen. Ausserdem sind planare

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Transistoren mit diffundierter Basis relativ empfindlicher für das Auftreten von zweitem Durchschlag als Transistoren mit epitaktischer Basis.

In der unter Nr. 2.216.678 veröffentlichten französischen Patentanmeldung 7«303.7^8 hat Anmelderin eine Struktur beschrieben, deren beide Transistoren eine epitaktische Basis- und Kollektorzone besitzen und die eine grosse Anzahl Vorteile ergibt. Diese Struktur weist jedoch auch sowohl an sich als auch bei den zum Erhalten dieser Struktur erforderlichen Verfahren Nachteile auf.

In der bevorzugten Ausführungsform der genannten Struktur (bei der die zwei Transistoren an dieselbe Oberfläche grenzen) muss eine epitaktische Schicht von einem ersten Leitfähigkextstyp weggeätzt, dann in der erhaltenen öffnung eine epitaktische Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkextstyp angewachsen werden, die die Basiszone eines der beiden Transistoren bildet, wonach in diese Basiszone die Emitterzone desselben Transistors .eindiffundiert wird. Einerseits ist es somit schwierig, durch Ätzen ein Fenster mit einer gleichmässigen Tiefe und einer richtigen Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten (wodurch eine schlechte Definition der Dicke der Basiszone und Unregelmässigkeiten in dem Basis-Kollektor-Übergang auftreten), während es andererseits auch schwierig ist, eine lokale epitaktische 'Schicht zu bilden.

In der zweiten Ausführungsform der Struktur

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(bei der sich, einer der Transistoren in bezug auf den anderen auf einem erhöhten Teil befindet) muss ebenfalls ein Teil einer epitaktischen Schicht entfernt werden, um eine tiefere Schicht zu erreichen und in der Oberfläche dieser tieferen Schicht die Emitterzone eines der zwei Transistoren herzustellen. Da der Ätzvorgang unregelmässig verläuft, wird die tiefe Schicht mehr oder weniger angeätzt und ist ihre Oberfläche sehr unregelmässig; demzufolge weist die Emitterzone, die auf diese Oberfläche diffundiert wird, eine schlecht definierte Tiefe auf, während der darunter liegende Emitter-Basis-Übergang ein sehr unregelmässiges Profil aufweist. In bezug auf die Struktur selber ist es ausserdem bekannt, dass, wenn das Profil der aktiven Oberfläche einer Halbleiterstruktur Unebenheiten aufweist, sich daraus Nachteile ergeben, wie die Schwierigkeit, genaue Photoätzbehandlungen durchzuführen, und vor allem die Gefahr der Bildung von Rissen in den isolierenden und leitenden Schichten, die auf den Unebenheiten erzeugt sind.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die obengenannten Nachteile bekannter Halbleiterstrukturen mit mindestens zwei komplementären Transistoren mit epitaktischer Basis zu vermeiden.

Die Erfindung bezweckt u.a., die Verstärkung derartiger Anordnungen zu verbessern.

Die Erfindung benutzt teilweise die Unterschiede in der Tiefe von Emitter- und Basiszonen komplemen-

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tärer Transistoren. Die Erfindung berücksichtigt auch die rezenten Beobachtungen in bezug auf die Verbesserung der Zweckmässigkeit der Injektion von Minoritätsladungsträgern von der Emitterzone zu der Basiszone eines Transistors,
wenn diese Emitterzone in der Nähe der Basiszone genügend schwach und an ihren Oberflächenniveaus hochdotiert ist.

Nach der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass
die Emitterzone des ersten Transistors und die Basiszone des zweiten Transistors durch Teile einer auf der ersten epitaktischen Schicht abgelagerten zweiten epitaktischen Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, wobei die genannten Teile voneinander durch mindestens eine Nut mit einer derartigen Tiefe getrennt sind, dass diese die genannte zweite epitaktische Schicht völlig und die genannte erste epitaktische Schicht nur teilweise durchschneidet, und dass die Emitterzone des genannten zweiten Transistors in dem Teil der genannten zweiten epitaktischen Schicht, der die Basiszone dieses zweiten Transistors bildet, angeordnet ist.

Bei der Anwendung einer derartigen Struktur als Leistungsverstärker ist der erste Transistor der
Ausgangstransistor des Gebildes, von dem der zweite Transistor der Eingangstransistor ist.

Die Struktur nach der Erfindung bietet im
Vergleich zu analogen bekannten Strukturen viele Vorteile.

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An erster Stelle kann mit dieser Struktur die Verstärkung der Verstärkerschaltung, insbesondere die Verstärkung des Leistungstransistors, infolge der Tatsache vergrössert -werden, dass die Emitterzone dieses Transistors epitaktisch ist.

Es ist nämlich bekannt, dass die Stromverstärkung eines Transistors von dem Verhältnis zwischen den respektiven Injektionskoeffizxenten von Minoritätsladungsträgern von dem Emitter zu der Basis einerseits und von der Basis zu dem Emitter andererseits abhängig ist; diese Verstärkung ist umso grosser, je nachdem der Minoritätsstrom Emitter - Basis in stärkerem Masse den Minoritätsstrom Basis - Emitter überschreitet. Bei der bekannten Struktur eines Transistors mit diffundierter Emitterzone ist die Dotierungskonzentration in der Emitterzone sehr hoch in der ⁷.{ähe des Emitter-Basis-Übergangs; dadurch ist das Profil des elektrischen Feldes dann derart, dass es die Injektion von Minoritätsladungsträgern von der Basis zu dem Emitter begünstigt und also der Verstärkung des Transistors entgegenwirkt.

Bei der Herstellung der Emitterzone durch

Epitaxie kann einerseits das Niveau der Dotierungskonzentration in dem Emitter in der Nähe des Emitter-Basis-Übergangs des Transistors auf einen gewünschten ¥ert eingestellt werden, der den ¥ert unterschreitet, der unvermeidlich durch den Diffusionsvorgang erreicht wird, wodurch

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die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger des Emitters verlängert wird; andererseits kann (z.B. durch Diffusion oder Ionenimplantation) auf den von dem Emitter-Basis-Übergang abgekehrten Oberflächenniveaus der epitaktischen Schicht eine Schicht mit einer hohen Dotierungskonzentration vom gleichen Typ erzeugt werden, in der die Minoritätsladungsträger, die von der Basis her injiziert sind, einem stark abstossenden Feld begegnen. Diese Massnahmen fördern die Injektion von Minoritätsladungsträgern von dem Emitter zu der Basis in bezug auf die Injektion in entgegengesetzter Richtung und tragen also zu der Verbesserung der Verstärkung des Transistors bei.

Andererseits ist die Struktur nach der Erfindung vorteilhaft wegen der Flachheit ihrer aktiven Oberfläche. Die ohmschen Verbindung zwischen den unterschiedlichen Elementen der Struktur (die ausserdem Widerstände oder andere integrierte passive Teile enthalten können) werden also einfacher und auf reproduzierbare Weise erhalten.

Ausserdem bleiben alle Vorteile, die analogen bekannten Strukturen nach der vorgenannten von Anmelderin eingereichten Patentanmeldung inhärent sind, erhalten: Die zwei Transistoren der Anordnung weisen also eine epitaktische Basiszone auf und es stellt sich heraus, dass sie'beide eine geringere Neigung zum Auftreten von zweitem ' Durchschlag als ein planarer doppeldiffundierter Transistor aufweisen; sie weisen beide die Vorteile auf, die sich

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aus einer besseren Definition der Dicke der Basis und aus einer Homogenität der Dotierungskonzentration in der Basiszone ergeben, wodurch eine bessere Beherrschung der Eigenschaften erreicht wird. Dadurch, dass die Basiszone des ersten Transistors und die Kollektorzone des zweiten Transistors nebeneinander liegen, wird eine besonders gute elektrische und thermische Verbindung erhalten.

Ausserdem bietet bei der Herstellung die

Struktur nach der Erfindung den Vorteil, dass alle Maskierungs- und Photoätzbearbeitungen, die zu der Herstellung. ■ des Gebildes von zwei Transistoren führen, von ebenen Oberflächen her. durchgeführt werden, wie deutlich aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht. Die Lagen der verschiedenen Gebiete der Struktur sind also genau begrenzt.

Ausserdem ist keine der epitaktischen Ablagerungen in einem bestimmten Gebiet der Struktur lokalisiert, wodurch vermieden wird, dass Maskierungen, die bei epitaktdschen Techniken stets Schwierigkeiten ergeben, oder Ätzvorgänge verwendet werden müssen, bei denen die Ätztiefe genau eingehalten werden muss und die unter allen Bedingungen die Oberflächenstruktur der betreffenden Gebiete beeinträchtigen.

In einer günstigen Ausfuhrungsform einer

Struktur nach der Erfindung enthält das Substrat, auf dem sich die erste epitaktische Schicht befindet, eine Oberflächenschicht mit einer verhältnismässig geringen Dicke

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und einer die der Masse des genannten Substrats unterschreitenden Dotierung. Mit dieser niedriger dotierten Oberflächenschicht kann erreicht werden, dass die Durch-c schiagspannung des Basis-Kollektor-Übergangs des ersten Transistors höher als beim Fehlen derselben ist; wenn nämlich dieser Übergang unter Spannung steht, kann sich die ErSchöpfungsζone weiter zu dem als Kollektor dienenden Substrat hin erstrecken. Ausserdem wird durch diese niedriger dotierte Oberflächenschicht ein unerwünschtes Ausdiffundieren der Dotierungsverunreinigungen des Substrats zu der ersten epitaktischen Schicht während der Ablagerung der letzteren Schicht vermieden.

Andererseits ist es vorteilhaft, in dem Teil der ersten epitaktischen Schicht, der die Kollektorzone des zweiten Transistors bildet, in einiger Entfernung von dem Substrat und von der Basiszone dieses zweiten Transistors eine vergrabene Schicht zu erzeugen, die höher als der diese vergrabene Schicht umgebende Teil der ersten epitaktischen Schicht dotiert ist. Diese vergrabene Schicht hat den Zweck, die Verstärkung des parasitären Transistors herabzusetzen, der einerseits durch die Basiszone und die Kollektorzone des zweiten Transistors und andererseits durch das Substrat gebildet wird, um so zu verhindern, dass ein Thyristoreffekt auftritt; diese vergrabene Schicht trägt auch zu der Herabsetzung des Widerstandes der Verbindung zwischen der Basiszone des ersten Transistors und der

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Kollektorzone des zweiten Transistors bei.

Es ist auch, günstig, dass die Basiszone des zweiten Transistors zwei Schichten enthält, von denen die eine Oberflächenschicht höher als die darunter liegende Schicht dotiert ist. Die höher dotierte Oberflächenschicht sorgt dafür, dass die Gefahr einer Inversionsshicht an der Oberfläche des Basisgebietes vermieden wird. Wenn die Oberflächenschicht dicker als die Emitterzone desselben Transistors gemacht wird, kann vermieden werden, dass, wenn der Basis-Kollektor-Übergang dieses Transistors in der Sperrrichtung polarisiert ist, sich die diesen Übergang umgebende Erschöpfungszone derart weit erstreckt, dass sie die Emitterzone erreicht.

Die Struktur nach der Erfindung bildet an sich eine Verstärkerschaltung vom Darlingtontyp. Diese Struktur kann in verwickeitere Schaltungen eingebaut werden, die wenigstens einen dritten Transistor mit der gleichen Struktur wie einer der genannten komplementären Transistoren enthalten. Eine Schaltung, die die Funktion eines Niederfrequenzverstärkers erfüllen kann, wird durch einen ersten Transistor, z.B. einen npn-Transistor, einen zweiten Transistor vom pnp-Typ - wobei diese zwei Transistoren eine Struktur nach der Erfindung bilden - und einen dritten npn-Transistor mit der gleichen Struktur wie der erste Transistor gebildet. Die Emitterzonen und die Basiszonen des ersten und des dritten Transistors sind gegeneinander

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durch eine Nut isoliert, die sich von der Oberfläche der Anordnung her erstreckt und deren Tiefe bis zu dem unterliegenden Substrat reicht. Das Substrat bildet einen Kollektor, der dem ersten und dem dritten Transistor ge-· meinsam ist: dadurch sind diese zwei Transistoren thermisch eng miteinander gekoppelt.

Eine weitere Möglichkeit, die Struktur nach

der Erfindung in eine verwickeitere Kombination einzubauen, besteht aus einer Gegentaktanordnung mit zwei komplementären Darlingtonschaltuiigen. Eine erste Schaltung wird durch einen Transistor, z.B. einen pnp-Transistor (zweiter Transistor der Anordnung nach der Erfindung) und einen npn-Transistor (Ausgangstransistor oder erster Transistor der Anordnung nach der Erfindung) gebildet; eine zweite Schaltung wird durch zwei npn-Transistoren mit epitaktischer Basiszone gebildet, wobei jeder dieser Transistoren eine Struktur aufweist, die der Struktur des npn-Transistors der ersten Schaltung stark ähnlich ist. (Der Unterschied besteht darin, dass Kontakt mit der Basis hergestellt wird).

Es ist bekannt, dass eine Gegentaktanordnung nach einem derartigen Schema den Vorteil in bezug auf die Anordnung mit einer npn/npn-Darlingtnnschaltung und einer pnp/pnp-Darlingtonschaltung bietet, dass eine grössere Spannungsänderung infolge einer niedrigeren Ausgangsspannung zulässig ist.

Die Vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin

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auf ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Halbleiteranordnung.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind

in der Zeichnung dargestellt und -werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, die als Darlingtonverstärker dient;

.Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie AA der Fig. 3 durch eine Anordnung nach der Erfindung gemäss dem Shhaltbild der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Gebilde zweier Transistoren nach dem Schaltbild der Fig. 1,

Fig. 4 eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung, die der nach Fig. 1 ähnlich ist, aber die ausserdem einen Kontakt auf der Basis des ersten Transistors (und auch auf dem Kollektor des zweiten Transistors) enthält (welche Anordnung in einem Schnitt längs der Linie BB der Fig. 5 dargestellt ist);

Fig. 5 eine Draufsicht auf dieselbe Struktur,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Verstärkers mit

drei Transistoren, die eine Darlingtonstruktur der in Fig. 1 dargestellten Art aufweisen;

Fig. 7 einen Schnitt durch eine monolithische integrierte Schaltung von drei Transistoren nach dem Schaltbild der Fig. 6;

Fig. 8 eine Gegentaktverstärkerschaltung mit

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einer Darlingtonstruktur nach dem Schaltbild der Fig. 1;

Fig. 9 einen Schnitt durch"eine Schaltung von vier Transistoren gemäss der schematisch in Fig. 8 dargestellten Anordnung, und

Figuren 10a - 1Oj verschiedene Stufen der Herstellung der Halbleiteranordnung nach den Figuren 1 und 2.

In den meisten Figuren sind die Oxidschichten nicht dargestellt. Weiter sei bemerkt, dass die Abmessungen der Anordnungen der Deutlichkeit halber nicht massstäblich gezeichnet sind, wobei vor allem die Dickenabmessungen in Wirklichkeit viel kleiner in bezug auf die Abmessungen an der Oberfläche sind.

Die Halbleiteranordnung nach den Figuren 2 und 3 enthält"zwei Transistoren T.. und T„, die den zwei Elementen des Darlingtonverstärkers nach Fig. 1 entsprechen. Der Transistor T₁ enthält eine Emitterzone 6, eine Basiszone. 7 und eine Kollektorzone (1, 2). Der Transistor T enthält eine Emitterzone 11; eine Basiszone (7) und eine Kollektorzone 10. Die Anordnung ist auf einem Halbleitersubstrat 1 z.B. vom η -Leitfähigkeitstyp hergestellt, wobei das "+"-Zeichen angibt, dass die Dotierungsverunreinigungskonzentration verhältnismässig hoch ist. Eine epitaktische Oberflächenschicht 2 vom n-Leitfähigkeitstyp bedeckt das Substrat 1 und diese Schicht weist eine Verunreinigungskonzentration auf, die niedriger·als die des genannten Substrats ist. Eine erste epitaktische Schicht 3 vom p-Typ

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FHF.75501 - - λΗτ - 8-12-197:5 '

bedeckt die Schicht 2. In der epitaktische Schicht 3 ist eine vergrabene Schicht k vom ρ -Typ erzeugt, die sich ausserhalb der über dem Transistor T₁ liegenden Zone befindet. Die epitaktIs ehe Schicht 3 is mit einer zweiten epitaktischen Schicht 5 vom η-Typ überzogen. Diese epitaktische Schicht 5 enthält eine Oberflächenschicht, die durch ein erstes Gebiet 5a vom η -Leitfähigkeitstyp, das sich unter der Emitterzone 11 des Transistors T_ befindet und etwas aus den Grenzen der·Oberfläche der genannten Emitterzone 11 hervorragt, und durch ein zweites Gebiet 5b gebildet wird, das eine höhere Dotierung und eine grössere Tiefe als das Gebiet 5a aufweist und sich an der Oberfläche des verbleibenden Teiles der genannten Schicht 5 erstreckt. Diese zwei Gebiete 5a und 5ΐ> sind z.B. durch zwei Diffusionen erhalten.

Nach der Erfindung werden die Emitterzone 6 des ersten Transistors und die Basiszone 7 des zweiten Transistors durch Teile der zweiten epitaktischen Schicht 5 göbildet, wobei die genannten Teile voneinander durch eine Nut 8 getrennt sind, die derart tief ist, dass sie die genannte zweite epitaktische Schicht 5 völlig und die erste epitaktische Schicht 3 zu einem geringen Teil durchschneidet.

Andererseits wird die Basiszone 9 des ersten Transistors T₁ durch einen Teil der ersten epitaktischen Schicht 3 gebildet und befindet sich die Kollektorzone in

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dem mit der Schicht 2 überzogenen Substrat 1; die Kollektorzone 10 des zweiten Transistors T„ wird durch einen anderen Teil der ersten epitaktischen Schicht 3 gebildet, welche Teile der genannten Schicht 3 aneinander grenzen, während die Emitterzone 11 in die Oberflächenschicht 5a- der epitaktischen Schicht 5 eindiffundiert wird. Mit Hilfe von Metallschichten werden Kontakte einerseits bei 12 auf der Emitterzone 6 und bei 13 auf der Kolletaorzone 1 des Transistors T₁ und andererseits bei ~\h auf der Emitterzone 11 und bei I5 auf der Basiszone 7 des Transistors T~ gebildet.

Es dürfte einleuchten, dass die Oberflächen

der Anordnung, die nicht mit einem Metallkontakt überzogen sind, mit einer Oxidhaut überzogen sind, die für die Isolierung und Passivierung sorgt.

Jeder der Transistoren 1 T₁ und T₂ weist die sogenannte "Mesa"-Form auf, welche Mesas einerseits durch die Trennungsnut 8 und andererseits durch die tiefe Nut 16 definiert werden, die das Gebilde der Anordnung umgibt und sich wenigstens bis zu der Schicht 2 erstreckt. Vie bereits in der Einleitung der Beschreibung bemerkt wurde, liegen die Oberflächenelemente der Struktur genau in derselben Ebene.

Veiter sei bemerkt, dass die Emitterzone 6

des Transistors T₁ in ihren liefen Schichten (der epitaktischen Schicht 5) in der Nähe fhres Emitter-Basis-Über- ■ gangs niedriger als· an ihrer Oberfläche (der diffundierten

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F. 75301

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Oberflächenschicht 5b) dotiert ist, wodurch die Verstärkung vergrössert wird.

Die vergrabene Schicht k mit einem hohen

Dotierungsgrad beschränkt die Verstärkung des durch die epitaktische Schicht 5 (Emitter), die epitaktische Schicht 3 (Basis), das Substrat 1 und die Schicht 2 (Kollektor) gebildeten parasitären Transistors.

Andererseits umgibt diese Schicht k die

Basiszone 9 des Transistors T₁ vollständig und trägt somit zu der Herabsetzung des Widerstandes der Verbindung zwischen der genannten Basiszone 9 und der Kollektorzone 10 des Transistors T„ bei.

Eine Struktur, die der ebenbeschriebenen

Struktur in hohem Masse ähnlich ist, tritt in der in den Figuren K und 5 gezeigten Anordnung auf (wobei für Elemente der Figuren h und 5» die denen der Figuren 2 und 3 entsprechen, die gleichen Bezugsziffern verwendet werden). Diese Struktur unterscheidet sich wesentlich von der ersten Struktur durch das Vorhandensein eines Kontakts 17» der auf der Basiszone 9 des Transistors T₁ gebildet ist; um dies .zu erzielen, ist eine Nut 18 vorgesehen, deren Tiefe nahezu gleich der der Nut 8 ist und die die Emitterzone 6 völlig umgibt, wobei in dieser Nut 18 und auf der Oberfläche der Struktur am Rande der Genannten Nut 18 eine Kontaktζone " 19 von einem geeigneten Leitfähigkeitstyp (z.B. vom ρ -Typ, wenn die epitaktische Schicht 3, in der -sich die Basiszone ο - ·..

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PIiF. 75501 - 17 - 9-12-1975

9 des Transistors T₁ befindet, selber vom p-Typ ist) durch Diffusion gebildet ist.

Ausserdem sei bemerkt, dass die Emitterzone

6 des Transistors T₁ hier lokalisiert·ist, während sie sich in den. Figuren 2 und 3 bis zum Rande der Nut 8 erstreckte; eine derartige Konfiguration könnte ebenso gut in der Anordnung nach den Figuren 2 und 3 angewandt sein.

Die Struktur nach den Figuren h und 5 ist in dem Sinne interessant, dass mit ihr die Anwendungsgrenzen der Anordnung nach der Erfindung bis ausserhalb der einfachen Anwendung von Darlingtonverstärkern erweitert werden können. Diese Struktur ist z.B. in der monolithischen Schaltung mit drei Transistoren T₁₁, T_1? und T₁ „ der Fig.

7 vorhanden, die dem Schaltbild nach'Fig. $ entspricht. Die zwei Transistoren T₁₂ und T₁₁ bilden eine pnp/npn-Darlingtonschaltung, die mit der der Figuren h und 5 identisch ist; die zwei Transistoren T₁₁ und T₁- desselben Aufbaus und nötigenfalls etwa der gleichen Abmessungen bilden eine npn/npn-Darlingtonschaltung. Die Transistoren T-.. und T₁- weisen eine gemeinsame Kollektorzone auf, die durch das Substrat 71 gebildet wird, das mit einer Oberflächenschicht 72 mit einer niedrigen Dotierung versehen ist. Die Basiszonen 73 und Jh der Transistoren T₁₁ und T₁- sind durch eine Nut 75 gegeneinander isoliert. Eine Nut 76 isoliert die Schaltung gegen andere gegebenenfalls auf demselben Substrat 71 hergestellte Strukturen.

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Es sei bemerkt, dass bei der Herstellung einer derartigen Schaltung die Widerstände 61 und 62 (Fig. 6) leicht in der Struktur integriert werden können. Auf bekannte Weise wird dann die elektrische Verbindung zwischen der Emitterzone des Transistors T₁₁ und der Basiszone des Transistors T₁- auf einer Widerstandsbahn gebildet, die aus Halbleitermaterial besteht und den Widerstand 6i bildet. Falls der Widerstand 61 integriert wird, ist es nicht mehr notwendig, einen Ausgang für die Basiszone des Transistors T₁₁ vorzusehen. Dadurch kann in Fig·. 7 statt des Paares T₁₁-T₁₂ nach der in Fig. h gezeigten Struktur (z.B. mit Basisausgang von T₁₁) ein Paar nach der Struktur der Fig. 2 (ohne Basisausgang für T₁₁) angeordnet werden. Wenn der Widerstand· 62 integriert wird, ist es auch nicht notwendig, einen Basisausgang des Transistors T₁ „ vorzusehen, und der genannte Transistor T₁_ kann auf analoge Weise wie der Transistor T₁₁ ohne Basisausgang angebracht werden.

Die Gegentaktschaltung nach Fig. 9 entsprechend dem Schaltbild der Fig. 8 enthält mit den Transistoren Tp₁ und Tpp einen pnp/npn-Darlingtonverstärker, dessen Struktur in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist (Teilschaltung E₁) und der mit einem anderen npn/npn-Darlingtonwerstärker (Teilschaltung Ep) gekoppelt ist, der zwei mit dem Ausgangstransistor T₁ der Fig. h identische Transistoren enthält. Die zwei Teilschaltungen E^ und E^ sind auf demselben isolierenden Träger 91 angebracht, um

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- 19 - 9-1^

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in einer Umhüllung untergebracht zu werden, die gegebenenfalls andere Elemente schützen kann.

Die wesentlichen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Figuren 10a - 1Oj beschrieben: Die Herstellung einer Darlingtonschaltung nach dem Schaltbild der Fig. 1 und "dem schematischen Schnitt in Fig. 2 ist beispielsweise gewählt.

Es wird von einer Scheibe 101 aus Silicium, z.B. vom η -Typ, mit einer Dicke von 300 /Um ausgegangen, die mit Antimon dotiert ist und einen spezifischen Widerstand von 0,01 Λ .cm aufweist (Fig. 10a).

Auf einer dazu geeignet gemachten Fläche 101a dieser Scheibe wird eine epitaktische η-leitende Schicht 102 abgelagert, die mit Phosphor dotiert ist und eine Dicke von 10 /um und einen spezifischen Widerstand von 3 &¹ .cm aufweist, wonach der erste Teil 103a einer epitaktischen Schicht 103 (die oben als "erste epitaktische Schicht" bezeichnet ist) vom p-Typ erzeugt wird, der mit Bor dotiert ist und eine Dicke von 8 /um und einen spezifischen Widerstand von 7 &" «cm aufweist (Fig. 10b).

Dann wird eine lokale Bordiffusion in dem

Teil 103a der Schicht 103 durchgeführt, um die vergrabene Schicht 104 zu bilden, die sich unter dem herzustellenden Transistor T₂ befindet. Die Schicht 31 ist die Diffusionsmaske aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid (Fig. 10c).

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Anschliessend wird die epitaktisehe Schicht 103 durch Anwachsen des Teiles 103b mit einer Dicke von 12 /um und den selben physikalischen Eigenschaften wie der vorhergehende Teil 103a fertiggestellt. ¥ährend dieses Anwachsens diffundiert das während vorhergehender Bearbeitungen diffundierte Bor weiter und die Schicht 104 nimmt allmählich ihre endgültigen Abmessungen an. Diese ρ dotierte Schicht 10k weist einen niedrigen ¥iderstand in der Grössenordnung· von 0,1 CL .cm auf. Auf der epitaktischen Schicht 103 wird eine zweite η-leitende epitaktische Schicht 105 abgelagert, die mit Phosphor dotiert ist, eine Dicke von 9 /um und einen spezifischen Widerstand von 3 bis 4 SL .cm aufweist (Fig. 10d).

Eine Phosphordiffusion,.die den η -Leitfähigkeit styp herbeiführt, wird örtlich auf der Schicht 105 durchgeführt (die Oxidmaske 32 beschränkt die Diffusion auf die Basiskontaktzone des herzustellenden Transistors T_ und auf die obere Schicht der Emitterzone des herzustellenden Transistors T₁) bis zu einer Tiefe von 5 bis /um, derart, dass auf dieser Tiefe eine Schicht mit einem niedrigen Oberflächenwiderstand in der Grössenordnung von einigen Ohms pro Quadrat erhalten wird. Diese Diffusion definiert die Oberflächenschicht 105b in der Schicht 105 (Fig. 1Oe).

Nach der obengenannten Diffusion erfolgt eine lokalisierte Phosphordiffusion, die den η -Leitfähigkeits-

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typ herbei.' aführt, in der Oberflächenzone, die vorher von der Maske 32 geschützt wurde* Diese Phosphordiffusion wird fortgesetzt, bis eine Oberflächenschicht 105a mit einer Tiefe von 3>5 /um erhalten wird, deren Oberflächenwiderstand zwischen 100 und 200 tOs pro Quadrat liegt (Fig. 10f).

In den Figuren 10f bis 10j ist die Oberflächenschicht 105a in der Oberflächenschicht 105b gebildet, um diese zwei Schichten und ihre respektiven Dicken besser unterscheiden zu können. Es leuchtet jedoch ein, dass, weil die Schicht 105b höher als die Schicht 105a dotiert ist, diese am Rande der genannten Schicht 105b verschwindet, wie. dies in den Figuren 2 und h dargestellt ist (entsprechende Schichten 5a und 5b).

" Dann wird die Emitterzone 111 des Transistors T₂ durch eine ρ -Diffusion, die durch die Oxidmaske 33 definiert ist, in der Oberflächenschicht 105a der Schicht 105 gebildet. Diese Diffusion, bei deren Durchführung von Bor ausgegangen wird, erreicht eine Tiefe von 2,5 /um und erfolgt derart, dass das Gebiet der Emitterzone 111 einen Oberflächenwiderstand von 10 bis 15 Λ pro Quadrat erhält (Fig. 10g).

Danach wird die Nut 108 geätzt, wobei die

Struktur ausserdem von der Maske 3h aus einem photoempflichen Lack geschützt wird; die Tiefe der Nut liegt zwischen 11 und-12 yum (Fig. 10h).

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Dann wird die Nut 116 geätzt, wobei die obere Fläche der Struktur völlig von der Maske 35 aus photoempfindlichem Lack geschützt wird; die Nut 116 erreicht eine Tiefe von kO bis 45 /um (Fig. 1Oi).

In dieser Stufe der Herstellung wird die

Scheibe wenigstens an ihren aktiven Oberflächen mit einer Passivierungsschicht aus Siliciumoxid überzogen. Diese Schicht, die in Fig. 1Oj mit 36 bezeichnet ist, weist eine Dicke von 1 bis 3 /um auf.

Dann müssen noch Kontaktfenster auf der Emitterzone 106 des Transistors T₁, auf der Emitterzone 111 und auf dem Kontaktgebiet der Basiszone 107 des Transistors T₂ geöffnet werden und durch Aufdampfen und Ätzen von z.B. Aluminium (Schicht mit einer Dicke von 3 /um) müssen die Kontakte 112 auf der Emitterzone 106, 114 auf der Emitterzone 111 und 115 auf dem Kontaktgebiet der Basiszone 107 gebildet werden. Die gegenüberliegende Oberfläche der Anordnung kann mit einer Metallisierung 113 zur Kontaktierung des Substrats 101 versehen werden (Fig. 1Oj).

Die Emitterzone 111 des Transistors T„ wird

nachherr bei der Unterbringung der Struktur in ihrer schützenden Umhüllung mit der Kollektorzone 101 des Transistors T₁ verbunden.

Die Herstellung der Anordnung nach den Figuren h und 5 umfasst eine nicht besonders wichtige Abwandlung des obenbeschriebenen Verfahrens_s die sich aus der Notwen-

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digkeit ergeben hat, gleichzeitig die Emitterzone 11 des Transistors T_ und das Kontaktgebiet 19 in der Basiszone 9 des Transistors T₁ herzustellen (siehe Fig. h), die den. gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.

Sofort nach der Bildung der Oberflächenschicht 5^- werden auch gleichzeitig die Nut 8 und die Nut 18 vorgesehen; dann wird die Struktur maskiert, ausgenommen die Emitterzone 11, die Nut 18 und die Metallisierungsstelle des Kontakts 17j anschliessend wird die ρ Schicht diffundiert, die zu der Bildung der genannten Emitterzone 11 und der Kontaktzone 19 führt; danach wird die tiefe Nut 16 vorgesehen; dann wird eine Passivierungsschicht erzeugt und werden die obenbeschriebenen Kontaktmetallisierungen gebildet.

Es sei bemerkt, dass es möglich ist, gleichzeitig die Struktur nach Fig. 2 und die Struktur nach Fig. h herzustellen,

Weiter sei bemerkt, dass die erfindungsgemässe Struktur und die diese Struktur aufweisenden Anordnungen nicht ausschliesslich erhalten werden können, wenn von einer, Basisschitung ausgegangen, wird, die einen Ausgangstransistor T₁ vom npn-Typ und einen Transistor T₂ vom pnp-Typ enthält. Es ist nämlich sehr gut möglich, ohne Änderung des obengenannten Verfahrens eine Schaltung herzustellen, böi der T₁ vom pnp-Typ und T_ vom npn-Typ ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

ι 1.j Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der mindestens zwei komplementäre Transistoren enthält und aus einem Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht, das mit einer ersten epitaktischen Schicht vom zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeit styp überzogen ist, wobei wenigstens ein Teil des ge«$ nannten Substrats die Kollektorzone des ersten Transistors bildet und die Basiszone dieses ersten Transistors und die Kollektorzone des zweiten Transistors durch angrenzende Teile der genannten ersten epitaktischen Schicht gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone des ersten Transistors und die Basiszone des zweiten Transistors durch Teile einer auf der ersten epitaktischen Schicht abgelagerten zweiten epitaktischen Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, wobei die genannten Teile voneinander durch mindestens eine Nut mit einer derartigen Tiefe getrennt sind, dass diese die genannte zweite epitaktische Schicht völlig und die genannte erste epitaktische Schicht nur teilweise durchschneidet, .und dass die Emitterzone des genanrfen zweiten Transistors in dem Teil der genannten zweiten epitaktischen Schicht, der die Basiszone dieses Transistors bildet, angeordnet ist.

-2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die genannte zweite epitaktische

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Schicht eine Oberflächenschicht enthält, die höher als der darunter liegende Teil der Schicht, dar an die erste epitaktische Schicht grenzt, dotiert ist.

•3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die genannte Oberflächenschicht unter der Emitterzone des ersten Transistors eine grössere Tiefe und eine höhere Dotierung als unter der Emitterzone des zweiten Transistors aufweist.

h» Anordnung nach A_nspruch. 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der. Emitterzone des zweiten Transistors geringer als die Dicke der genannten Oberflächenschicht in diesem Gebiet ist.

5. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der ersten epitaktischen Schicht wenigstens unter dem zweiten Transistor eine Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Dotierung als die erste epitaktische Schicht befindet.

6. Halblexteranordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp die Basiszone des ersten Transistors umgibt. 7· Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Emitterzone des ersten Transistors, der durch einen Teil .der genannten höher dotierten Oberflächenschicht der zweiten epitaktischen Schicht gebildet wird, an die

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¥ände der genannten Nut grenzt, die die zweite epitaktische Schicht völlig und die erste epitaktische Schicht teilweise durchschneidet.

8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Emitterzone des ersten Transistors, der durch einen Teil der genannten höher dotierten Oberflächenschicht der zweiten epitaktischen Schicht gebildet wird, in einem gewissen Abstand von den Wänden der genannten Nut liegt, die die zweite epi'taktische Schicht völlig und die erste epitaktische Schicht teilweise durchschneidet.

9. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3» ^-» 5» 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Nut in dem Teil der zweiten epitaktischen Schicht vorgesehen ist, der die Emitterzone des ersten Transistors bildet, wobei diese zweite Nut die zweite epitaktische Schicht völlig und die erste epitaktische Schicht nur teilweise durchschneidet, und dass in der Wand und im Boden der zweiten Nut ein den zweiten Leitfähigkeitstyp bestimmendes Dotierüggselement angebracht ist, ,wodurch der Boden der zweiten Nut eine Kontaktzone auf der Basiszone des ersten Transistors bildet.

10. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Darlingtonverstärkerschaltung bildet, wobei das Substrat η-leitend, die erste epitaktische

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Schicht p-leitend und die zweite epitaktische Schicht nleitend ist und Kontaktschichten auf der Emitterzone und gegebenenfalls auf der Basiszone des ersten Transistors, auf der Basiszone and auf der Emitterzone des zweiten Transistors und auf dem Substrat gebildet sind.

11. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein dritter Transistor vorhanden ist, dessen Struktur gleich der des· ersten Transistors ist und der den gleichen Leitfähigkeitstyp wie dieser erste Transistor aufweist, wobei die Basiszonen des ersten und des dritten Transistors gegeneinander durch eine Nut isoliert sind, deren Tiefe grosser als die Dicke der ersten epitaktischen Schicht ist, wobei das Substrat eine.dem ersten und dem dritten Transistor gemeinsame Kollektorzone bildet.

12. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste und der zweite Transistor einen Teil einer Darlingtonschaltung bilden, dadurch' gekennzeichnet, dass eine zweite Darlingtonschaltung durch zwei weitere Transistoren mit der gleichen Struktur wie der erste Transistor gebildet wird und die beiden Darlingtonschalturigen einen Gegentaktverstärker bilden, auf derselben Grundplatte angeordnet und in derselben Umhüllung untergebracht sind.

13· Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

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bei dem von einem Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp ausgegangen wird, das mit einer ersten epitaktischen Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp überzogen ist, auf der eine zweite epitaktische Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp abgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche der genannten zweiten epitaktischen Schicht her unter Maskierung des der Emitterzone des zweiten Transistors und einem dieser Zone umgebenden Gebiet entsprechenden Gebietes durch Einführung eines den ersten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotxerungselements der erste Teil einer Oberflächenschicht gebildet wird, der eine Dicke und einen spezifischen Widerstand aufweist, die niedriger'als die der genannten zweiten epitaktischen Schicht sind, wonach die Maske entfernt und ebenfalls durch Einführung eines den ersten. Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierungselements der zweite Teil der genannten Oberflächenschicht unter der genannten vorher maskierten Stelle gebildet wird, welcher zweite Teil eine Tiefe und eine Leitfähigkeit aufweist, die niedriger als die des ersten Teiles sind, und dass dann der Emitter des zweiten Transistors gebildet wird, wonach die Nut, die die Emitterzone des ersten Transistors von der Basiszone des zweiten Transistors trennt, angebracht wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nut, die eine Kontaktzone auf der Basiszone

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des ersten Transistors bestimmt,·während derselben Bearbeitung wie die erste Nut, die die genannte zweite epitaktische Schicht in zwei Teile unterteilt, gebildet wird, und dass die Emitterzone des zweiten Transistors und die Kontaktzone auf der Basis des ersten Transistors dann in einer einzigen Bearbeitung erzeugt werden.

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