DE2602395A1 - Monolithisch integrierter i hoch 2 l-planartransistor - Google Patents

Monolithisch integrierter i hoch 2 l-planartransistor

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DE2602395A1 DE19762602395 DE2602395A DE2602395A1 DE 2602395 A1 DE2602395 A1 DE 2602395A1 DE 19762602395 DE19762602395 DE 19762602395 DE 2602395 A DE2602395 A DE 2602395A DE 2602395 A1 DE2602395 A1 DE 2602395A1
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    • H01L29/732—Vertical transistors
    • H01L29/7327—Inverse vertical transistors

Description

Deutsche ITT Industries GmbH W. Kraft 16
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Go°/sp
22. Januar 1976
•i·
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
'J
Mono Ii till sch integrierter Z !^-Planartransistor
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Struktur eines monolithisch integrierten Planartransistors für eine monolithisch
integrierte Schaltung in I L-Auslegung.
Dieses Auslegungsprinzip der "integrierten Injektionslogik (I L) " - vgl. "Philips Techn. Rev.", 33, Nr. 3 (1973), Seiten 76 bis 85 · wird auch als "Merged Transistor Logic" - vgl. "19 72 IEEE International Solid-State Circuits Conference; Digest of Technical Papers" ,· Seiten 90 bis 93 - bezeichnet. Die Hauptmerkmale dieses Auslegungsprinzips sind integrierte Planartransistoren mit an der Halbleiteroberfläche liegenden Kollektorzonen und für eine Mehrzahl von Planartransistoren gemeinsame Injektoren, die als
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Teil einer lateralen Trans is tor teils truktur den Stroinfluß in den vertikal betriebenen Transistorteilstrukturen steuern und als Stromquellen dienen. Der Injektor kann im Ersatzschaltbild als Ersatzschaltbildtransistor dargestellt werden, dessen Basis auf Emitterpotential der betreffenden vertikalen Trarisistorteilstruktur und dessen Kollektor an der Basis dieser vertikalen Transistorteilstruktur liegt. Dabei ist die Kollektorzone des Ersatzschaltbildtransistors identisch mit der Basiszone der vertikalen Transistorteilstruktur. Vorteile des Auslegungsprinzips der integrierten Injektionslogik sind ein relativ geringer Oberflächenbedarf an Halbleitermaterial und die Möglichkeit der leichten Realisierbarkeit von digitalen Schaltungen mit Mehrfachkollektortransistoren in normaler Planardiffusionstechnik ohne Widerstände und Kondensatoren. Ferner sind keine besonderen Stromquellen für die Transistoren erforderlich, deren Stromversorgung über die Injektoren erfolgt.
Die Erfindung betrifft einen monolithisch integrierten I L-Planartransistor mit. mindestens einer an der Oberfläche liegenden Kollektorzone, die in eine Basiszone eingesetzt ist r und einer Emitterzone, die seitlich zur Projektion der Kollektorzone auf den pn-übergang der Emitterzone pn-Flächenteile aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung eines
2
monolithisch integrierten I L-Planartransistors mit relativ hoher Stromverstärkung anzugeben, welcher insbesondere für die mono-
2
lithische Integration einer I L~Schaltung mit mindestens einem bipolaren Analogschaltungsteil geeignet ist, wie sie aus der Zeitschrift "Electronics" vom 3. Oktober 19 74, Seiten 111 bis - insbesondere Seite 113 - bekannt war. Der monolithisch inte-
2
grierte I L-Planartransistor soll ferner in einer solchen mono-
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•S '
lithisch Integrierten I L<-Schaltung mit möglichst wenigen zusätzlichen Diffusionsprozessen realisierbar sein.
Bei solchen monolithisch integrierten I L-Schaltuncjen mit mindestens einem bipolaren Analogschaltungsteil liegen nämlich beson-
dere Bedingungen vor, welche die für die I L-Schaltung erforderlichen Stromverstärkungen schwer realisierbar machen, da Analogschaltungen bekanntlich mit relativ hohen Versorgungsspannungen betrieben werden und daher epitaktische Schichten hohen spezifischen Widerstandes (beispielsweise 2 bis 3Ä"cm) und eine relativ große Dicke der epitaktischen Schicht (ca. 15 ,um) erforderlich sind. Die Erfindung kann jedoch auch mit Vorteil bei reinen mono-
2
lithisch integrierten I L-Schaltungen verwendet werden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Diffusionsspannung VD des pn-Flächenteils bzw. der pn-Flächenteile seitlich zur Projektion der Kollektorzone bzw. der Kollektorzonen senkrecht ins Innere des Halbleiterkörpers auf die Emitterzone größer ist als in einem Bereich innerhalb der Projektion.
Zu dem hier verwendeten Begriff "Diffusionsspannung V " wird auf die Zeitschrift "Proceedings of the IRE" (November 1952), Seiten 1424 bis 1428, verwiesen.
Vorzugsweise wird die Diffusionsspannung der monolithisch inte-
grierten I L-Planartransistoren nach der Erfindung dadurch bemessen, daß die Emitterzone an den pn-Flächenteilen seitlich zur Projektion der Kollektorzone bzw. der Kollektorzonen eine höher dotierte Einitterteilzone bzw. höher dotierte Emitterteilzonen aufweist als im Bereich, innerhalb der Projektion.
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Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Herstellen eines
monolithisch integrierten I L-Planartransistors nach der Erfindung,· welche im folgenden beschrieben werden. Dabei ist davon aus-
2 zugehenf daß monolithisch integrierte I L-Schaltungen eine größere
Anzahl von I L-Planartransistoren mit einem oder mehreren Kollektortransistoren aufweisen und in der Vielzahl an einer in die einzelnen integrierten Schaltungen zu zerteilenden Halbleiterplatte hergestellt v/erden. Im Interesse eines besseren Verständnisses
wird im folgenden jedoch nur die Herstellung eines I L-Planartransistors nach der Erfindung in Verbindung mit einer monolithisch inte
ben.
integrierten I L-Schaltung mit einem Analogschaltungsteil beschris
In der Zeichnung werden ausschnittsweise Schrägschnittansichten schräg zur Oberflächenseite einer Halbleiterplatte mit einem
I L-Planartransistor nach der Erfindung und daran ausschnittsweise gezeigten Analogschaltungsteil gezeigt.
In.der Zeichnung betreffen
die Fig. 1 eine herkömmliche monolithisch integrierte Schaltung,
die Fig. 2 bis 4 aufeinanderfolgende Arbeitsprozesse
eines ersten Verfahrens zum Herstellen eines monolithisch integrierten I L-Planartransistors nach der Erfindung und
die Fig- 5 bis 7 die Arbeitsgänge eines weiteren Veirfahrens zum Herste3.1en
der Erfindung.
zum Herste3.1en des I L-Planartransistors nach
Die in den Figuren und in der folgenden Beschreibung angegebenen Leitungsarten können jweils durch, die andere ersetzt werden.
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— 5 —
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Vorzugsweise wird als Halbleitermaterial Silicium verwendet und das bekannte Planardiffusionsverfahren unter Verwendung von Oxidmaskierungen angewendet.
Zum Herstellen des bekannten monolithisch integrierten I L-Planartransistors gemäß der Fig. 1 in einer monolithisch integrierten Schaltung wird von einem p-leitenden Substrat 8, vorzugsweise eine Halbleiterplatte, ausgegangen, in deren eine Oberflächenseite durch eine Planardiffusion zwei n-leitende Schichten eindiffun-
2 diert werden, aus denen die Zwischenschicht 2 im I L-Schaltungsteil B und die Zwischenschicht 12 im Analogschaltungsteil A während der folgenden Hochtemperaturprozesse diffundieren. Anschließend wird darüber eine N-leitende Epitaxschicht 13 einheitlicher Dicke aufgebracht und im Analogschaltungsteil A die P dotierte Isolierzone 14 sowie im I L~Schaltungste.il die N -leitende Kontaktierungszone 15, die erstere durch die Epitaxschicht und die letztere in die Zwischenschicht 2r eingebracht. Nun erfolgt die Basisplanardiffusion, bei der im Analogschaltungsteil A
die Basiszone 16 sowie im I L-Schaltungi die Injektorzone 17 diffundiert werden.
die Basiszone 16 sowie im I L-Schaltungsteil die Basiszone 5 und
Bei dieser Gelegenheit wird bemerkt, daß entsprechend der Terminologie der Standard-Technologie der Ausdruck "Basisdiffusion" sich nicht nur auf die Diffusion der eigentlichen Basiszonen 16 im Analogschaltungsteil A, sondern sich auch noch auf alle Zonen bezieht, welche gleichzeitig mit den eigentlichen Basiszonen diffundiert werden. Entsprechend verhält es sich mit dem Ausdruck "Emitterdiffusion",· bei der nicht nur die Emitterzonen 18 des Analogschal tungs teils A, sondern auch noch die Kollektorzonen 3 des I L—Schaltungsteils B und weitere Zonen gleichzeitig diffundiert werden.
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— h —
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Die Fig. 2 bis 7 der Zeichnung betreffen zwei Ausführungsbei-
spiele, bei denen ein I L-Planartransistor mit zwei an der Halbleiteroberfläche liegenden Kollektorzonen 3 diffundiert wird. Selbstverständlich können gleichzeitig beim Verfahren .nach der Erfindung jede Anzahl von I L-Planartransistoren mit einer beliebigen Anzahl von Kollektorzonen 3 hergestellt werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 4 werden gemäß dem ersten Verfahren nach der Erfindung jedoch nach Öffnung des Basisfensters 4 in der Diffusionsmaskierungsschicht 19 innerhalb der Berandung des Basisfensters 4 örtlich Vordiffusionen aus einer oberflächlich angeordneten Dotierungsquelle 6 mit Dotie-
rungen vom Leitungstyp der Emitterzone 13 des I L-Planartransistors gemäß der Fig. 3 vorgenommen. Zu diesem Zwecke kann gemäß der Fig. 2 nach Öffnung des Basisfensters 4 eine einheitliche Dotierungsquellenschicht 20 aufgebracht werden,· aus der, beispielsweise unter Anwendung eines photolithographischen Ätzprozesses, die unerwünschten Flächenteile gemäß der Fig. 3 zu entfernen sind.
Aus den aus der Oberflächenquelle 6 vordiffundierten Schichten hoher Konzentration werden die höher dotierten seitlich zur Projektion der Kollektorzonen 3 liegenden relativ höher dotierten Emitterteilzonen 11 der Emitterzone 1 nach Entfernung der Oberflächenquelle 6 und danach die Basiszone 5 im I L-Schaltungsteil mit einer größeren Oberflächenkonzentration als die der vorhergehenden Diffusion diffundiert. Mit der Basiszone 5 kann gleichzeitig die Basiszone 16 im Analogschaltungsteil A hergestellt werden.
Schließlich wird entsprechend der Standard-Diffusionstechnik die Emitterdiffusion durchgeführtf bei der im Abstand zu den Emitter-
teilzonen 11 die Kollektorzonen 3 des I L-Schaltungsteils diffundiert werden.
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•ν
2 Somit wird ein monolithisch integrierter I L-Planartransistor nach, der Erfindung gemäß der Fig. 4 mit noch, zu kontaktierenden Zonen erhalten. Bei diesem I L-Planartransistor liegen die hochdotierten Emitterteilzonen 11 seitlich,- unterhalb und außerhalb der senkrechten Projektion der Kollektorzonen 3 auf dem Emitter-Basis-pn-Übergang.
Das im folgenden beschriebene Verfahren nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung erlaubt die Herstellung von hochdotierten Emitterteilzonen 11r die sich in die Projektionen der Kollektorzonen 3 auf den Emitter-Basis-pnübergang hinein erstrecken können.
Dieses Verfahren, welches im Prinzip die Einstellung noch "höherer Stromverstärkungswerte erlaubt (da die hochdotierten Emitterteilzonen 11 beliebig weit unter die Kollektorzonen 3 vorgezogen, werden können) als das anhand der Fig. 2 bis 4 beschriebene Verfahren, wird anhand der Fig. 5 bis 7 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden anstelle der einheitlichen Epitaxschicht 13 der Fig. 2 bis 4 zwei übereinanderliegende Epitaxteilschichten 7 und auf das Substrat 8 aufgebracht.
Bei diesem Verfahren werden zunächst in das Substrat 8 durch einen Planardiffusionsprozeß relativ hochdotierte Schichten eingebracht, aus denen die Zwischenschichten 2 und 12 bei den folgenden Hoehtemperaturprozessen diffundieren. Anschließend wird nach Entfernung der Diffusionsmaskierung die Epitaxtei!schicht 7 auf das Substrat 8 aufgebracht und in die freiliegende Halbleiteroberfläche entweder mittels Planardiffusion oder maskierter Ionenimplantation von Dotierungen des Leitfähigkeitstyps der Emitterzone 1 Bereiche 21 und 24 an der Stelle der herzustellenden hochdotierten Emitter teil zonen und an der Stelle der herzustellenden Ernitterkontaktierungszone 15 eingebracht. Vor dem Aufbringen der zweiten
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— p —
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Epitaxtei!schicht 10 können auch noch an der Stelle der herzustellenden Isolierzonen 14 hochdotierte Bereiche 2 3 vom Leitfähiglceitstyp des Substrats 8 eingebracht v/erden. Damit wird eine Struktur gemäß der Fig. 5 erhalten.
Anschließend wird die zweite Epitaxteilschicht 10 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Epitaxteilschicht 7 gemäß der Fig. 6 aufgebracht,- so daß relativ hochdotierte Dotierungsquellen 9, 24 und 25 entstehen. Aus diesen Dotierungsquellen werden während der weiteren Hochtemperaturprozesse, dem Planardiffusionsprozeß zum Herstellen der Basiszone 5 und gegebenenfalls auch der Basiszone 16 mit der Injektorzone 17 und anschließender Emitterdiffusion u. a. die hochdotierten Emitterteilzonen 11 diffundiert. Bei der Emitterdiffvision r bei der die Kollektorzonen 3 und die Emitterzone 18 im Analogschaltungsteil A hergestellt werden, werden vorzugsweise noch weitere Teilzonen 151 der Emitterkontaktzone diffundiert. In ähnlicher Weise wird bei der Basisdiffusion eine Teilzone 141 der Isolationszone 14 in diese Isolationszone 14 di ffundiert.
Somit wird eine noch zu kontaktierende Struktur gemäß der Fig. erhalten.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß relativ zu den bei
ο
I L-Schaltungen verwendeten Spannungen von etwa 1 V die durch Dotierungsmaßnahmen der Emitterzone erzielbaren Änderungen der Diffusionsspannungenr die schließlich zu überwinden sind, bevor der Emitter in Flußrichtung kommt, bereits ausreichen, um einen Bündelungseffekt auf die aus der Emitterzone austretenden Minoritätsladungsträger solcher Art zu erzielen, daß diese auf die Kollektorzonen 3 konzentriert werden-
4 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnung
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mit 7 Figuren /uaoou/us/o
Leerseite

Claims (1)

  1. Fl 871 W. Kraft 16
    . PATENTANSPRÜCHE·
    Monolithisch, integrierter I L-Planartransistor mit mindestens einer an der Halbleiteroberfläche liegenden Kollektorzone, die in eine Basiszone eingesetzt ist, und einer Emitterzone, die seitlich zur Projektion der Kollektorzone auf den pnübergang der Emitterzone pn-Flächenteile aufweist, dadurch gekenn2eichnet, daß die Diffusionsspannung (V ) der pn-Flächenteile in Teilen innerhalb der Projektion der Kollektorzone (3) bzw. der Kollektorzonen (3) senkrecht ins Innere des Halbleiterkörpers auf die Emitterzone (1) kleiner ist als im Bereich außerhalb der Projektion.
    Monolithisch integrierter I L-Planartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (1) an den pn-Flächenteilen seitlich zur Projektion der Kollektorzone (3) bzw. der Kollektorzonen (3) eine höher dotierte Emitterteilzone (11) bzw. höher dotierte Emitterteilzonen (11) aufweist als im Bereich innerhalb der Projektion.
    Verfahren zum Herstellen eines monolithisch integrierten
    I L-Planartransistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Öffnung des Basisfensters (4) für die Planardiffusion de'r Basiszone (5) eine Vordiffusion aus einer oberflächlichen Dotierungsquelle (6) mit Dotierungen vom Leitungstyp der mit der Zone (1) in die Flächenteile erfolgt, die außerhalb der Berandung der noch herzustellenden Kollektorzone (n) (3) aufgebracht wird und daß anschließend nach Entfernung der Oberflächenquelle (6) die Basiszonendiffusion erfolgt.
    709830/Q476 -^o^ 1NSPeCTS>
    Fl 871 ~ , W. Kraft 16
    Verfahren zum Herstellen eines monolithisch, integrierten
    I L-P lanar trans is tors nach. Anspruch. 1 oder 2r dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Flächenteile seitlich zur Projektion der noch, herzustellenden Kollektorzone(n) (3) mittels Planardiffusion oder maskierter Ionenimplantation in die eine freiliegende Oberfläche einer ersten Epitaxteilschicht (7) vom Leitungstyp der Emitterzone (1) auf ein Substrat (8) vom Leitungstyp der Basiszone (5) unter Bildung von Dotierungsquellen (9) hergestellt werden, aus denen nach Aufbringung einer weiteren Epitaxteilschicht (10) die höher dotierten Emitterteilzonen (11) der Emitterzone (1) diffundiert werden.
    09 8 30/0476
DE19762602395 1976-01-23 1976-01-23 Monolithisch integrierter I2 L-Planartransistor und Verfahren zu seiner Herstellung Expired DE2602395C3 (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0016860A1 (de) * 1978-12-22 1980-10-15 Deutsche ITT Industries GmbH Monolithisch integrierte Schaltung mit einem I2L-Schaltungsteil und einem Analog-Schaltungsteil

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