DE2607089A1 - Integrierte schaltung mit leistungstransistor- und singaltransistorbereichen - Google Patents

Integrierte schaltung mit leistungstransistor- und singaltransistorbereichen

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DE2607089A1
DE2607089A1 DE19762607089 DE2607089A DE2607089A1 DE 2607089 A1 DE2607089 A1 DE 2607089A1 DE 19762607089 DE19762607089 DE 19762607089 DE 2607089 A DE2607089 A DE 2607089A DE 2607089 A1 DE2607089 A1 DE 2607089A1
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Armand Pasquale Ferro
Bruno Ferdinand Kurz
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

Integrierte Schaltung mit Leistungstransistor- und Signaltransistorbereichen
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltung mit sowohl Leistungs- als auch Signalkomponenten in einer monolithischen Struktur.
Bekanntlich unterliegen die Fertigung von Signalkomponenten und die Fertigung von Leistungskomponenten in einer integrierten Schaltung unterschiedlichen Überlegungen. So ist es nicht möglich, ein einziges Halbleitersubstrat mit gleichförmigen Charakteristiken zu verwenden und ohne irgendwelche weiteren Maßnahmen opti-
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mierte Leistungs- und Signalkomponenten darin zu bilden. Es gibt bereits Vorschläge zur Fertigung von Leistungs- und Signalkomponenten auf dem gleichen Halbleiterplättchen. Diese beinhalteten jedoch zusätzliche ßearbeitungsschritte und Karen gewöhnlich kostspielig oder schwierig zu steuern und stellten signifikante Abweichungen von üblichen Industrieproduktionstechniken dar. Ein Beispiel für eine derartige bekannte Anordnung ist in "Technology for Monolithic High-Power Integrated Circuits Using Polycrystalline Si for Collector and Isolation Walls" von I. Kobayashi in IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED2O, Nr. 1J, April 1973, Seiten 399 bis 4θ4, beschrieben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine integrierte Schaltung mit sowohl Leistungs- als auch Signalkomponenten auf dem gleichen Halbleiterplättchen zu schaffen, die sich darüber hinaus unter Verwendung vereinfachter Verfahrensschritte herstellen läßt, wie sie in der bestehenden Technologie üblich sind. Insbesondere soll eine derartige integrierte Schaltung in dem gleichen Halbleiterplättchen Leistungsvorrichtungen mit hoher Durchbruchspannung bei niedrigem bis mittleren Gewinn und Vorrichtungen mit niedriger Durchbruchspannung bei höherem Gewinn aufweisen.
Erfindungsgemäß wird eine epitaxiale Schicht mit relativ hohem spezifischen Widerstand auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Trennbereiche führen durch die epitaxiale Schicht hindurch und trennen sie in wenigstens einen Leistungstransistorbereich und wenigstens einen Signaltransistorbereich. Ein diffundierter Taschenbereich mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie die epitaxiale Schicht, aber mit einem wesentlich kleineren spezifischen Widerstand, wird in dem SLgnaltransistorbereich der epitaxialen Schicht ausgebildet. Anschließend wird ein Leistungstransistor in dem Leistungstransistorbereich und ein Signaltransistor in dem diffundierten Taschenbereich gebildet.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert.
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Figuren 1 bis 7 sind diagrammatische Querschnittsansichten und
stellen aufeinanderfolgende Stufen bei der Bildung einer integrierten Schaltung gemäß dem bevorzugten Aasführungsbeispiel der Erfindung dar.
In Figur 1 ist ein Halbleitersubstrat 11 dargestellt, das einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, d. h. in diesem Beispiel ist es p-leitend. Es können Diffusionen aus einem η-leitenden Material hergestellt werden, um die η-leitenden Bereiche 12 und 13 zu bilden, die zur Ausbildung der versenkten Schichten für die fertige Struktur verwendet werden, wie es an sich bekannt ist. Anschließend wird, wie es insbesondere in Figur 2 dargestellt ist, eine epitaxiale Schicht Ik aus η-leitendem Material auf der Überseite des ilalbleitersubstrates 11 aufgewachsen. Während dieses epitaxialen Wachsens diffundieren die η-leitenden Bereiche 12 und 13 teilweise in die epitaxiale Schicht, wie es in Figur gezeigt ist.
Anschließend werden, wie es besonders in Figur 3 gezeigt ist, Trennbereiche Ib, 17 und 18 durch Diffusionen des p-Typs durch die epitaxiale Schicht I^ hindurch ausgebildet. Diese Trennmittel bilden wenigstens einen Leistungsbereich, der allgemein mit der Bezugszahl 19 bezeichnet ist, und wenigstens einen Signaltransistorbereich, der mit der Bezugszahl 20 versehen ist. Diese Leistungs- und Signaltransistorbereiche 19 und 20 sind in Figur 3 im Schnitt dargestellt, aber in ebener Ausdehnung können sie selbstverständlich nach Wunsch kreisförmig, quadratisch, rechtwinklig usw. sein.
Für diese Erläuterung und in der Zeichnung sind die üblichen fotolithografischen Maskierungs- und Ätztechniken und Arbeitsschritte weggelassen. Diese Techniken und Arbeitsschritte sind üblich und dem Fachmann bekannt.
Die epitaxiale Schicht ll\ wird so ausgebildet, daß sie einen relativ hohen spezifischen Widerstand hat, d. h. mehr als 5 Ohm-cm und gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel einen
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spezifischen Widerstand von 20 Ohm-cm. Dieses einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweisende epitaxiale Material wird in dem Leistungsbereich 19 gelassen wie es ist. In dem Signaltransistorbereich 20 dagegen wird eine zusätzliche Diffusion des η-Typs vorgenommen, um einen diffundierten Taschenbereich 21 zu bilden j wie es in Figur 1J gezeigt ist. Diese selektive Verstärkungsdotierung wird mit einer Verunreinigungskonzentration ausgeführt derart, daß der resultierende diffundierte Taschenbereich 21 einen relativ kleinen spezifischen Widerstand hat, d. h. weniger als 1 Ohm-cm und gemäß einem speziellen Beispiel 0,6 Ohm-cm. Wie in Figur 4 gezeigt ist, erstreckt sich der diffundierte Taschenbereich 21 nur teilweise nach unten durch die epitaxiale Schicht 14. In Abhängigkeit von den speziellen Applikationen, wenn also hohe Ströme für den Signaltransistor erforderlich sind und eine niedrige Sättigungsspannung gewünscht wird, könnte eine Umkehr der gesamten Dicke der epitaxialen Schicht im Signaltransistorbereich 20 zu dem niedrigeren spezifischen Widerstand wünschenswerter sein. In der Praxis müssen diese tiefen Diffusionen abgewogen werden gegen die erforderlichen niedrigen Oberflächenkonzentrationen und angemessene Diffusionszeiten·
Bei der Ausbildung des diffundierten Taschenbereiches 21 können die Oberflächenkonzentration und die Diffusionszeit in bekannter Weise gesteuert werden, um den Grad zu verändern, bis zu dem der spezifische Widerstand in dem diffundierten Taschenbereich abgesenkt wird. Beispielsweise kann eine epitaxiale Schicht mit
20 Ohm-cm umgewandelt werden zu einem mittleren spezifischen Widerstand von 0,6 Ohm-cm durch eine geeignete Diffusion. Praktische Einschränkungen werden jedoch durch den Wunsch gesetzt, die übrigen Verfahrensschritte identisch zu halten und trotzdem sowohl Leistungs- als auch Signalvorrichtungen mit den gewünschten optimierten Charakteristiken zu erhalten.
Die Oberflächenkonzentration des diffundierten Taschenbereiches
21 muß klein genug 3ein, um eine Umwandlung in einen p-leitenden Basisbereich durch eine normale Basisdiffusion zu gestatten. Figur 5 zeigt den nächsten Schritt in dem Prozeß, der die Bildung
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der Basisbereiche sowohl im Leistungstransistorbereich als auch im Signaltransistorbereich ist, d. h. im diffundierten Taschenbereich 21. Somit ist der Basisbereich 22 für den Leistungstransistor und der Basisbereich 23 für den Signaltransistor gebildet. Wie in Figur 5 gezeigt ist, tritt eine flachere Basistiefe in dem diffundierten Taschenbereich 21 aufgrund der höheren Verunreinigungskonzentration auf. In Abhängigkeit von den jeweiligen gewünschten Charakteristiken, wenn die flachere Basistiefe, die aufgrund der gleichzeitigen Ausbildung der Signaltransistorbasis mit der Leistungstransistorbasis auftritt, nicht zufriedenstellend ist, können alternativ zwei getrennte Basisdiffusionen durchgeführt werden. Dies hat selbstverständlich den Nachteil, daß ein besonderer Arbeitsschritt erforderlich wird. Bei den spezifischen Widerständen gemäß dem speziellen Beispiel (20 Ohmcm für die epitaxiale Schicht mit dem diffundierten Taschenbereich, der einen spezifischen Widerstand von 0,6 Ohm-cm aufweist) entsteht eine Basisbreite von 4 bis 5 /um (Mikron) für die Leistungstransistorbasis 22 und eine Basisbreite von 2 bis 3 ,um (Mikron) für den Signaltransistorbasisbereich 23.
Anschließend werden, wie es in Figur 6 gezeigt ist, Emitterbereiche 24 und 25 durch eine geeignete Verunreinigungsdiffusion des η-Typs ausgebildet. Wie in Figur 7 gezeigt ist, werden tiefe Kollektorkontakte oder "Senker" 26 und 27 gebildet, die sich nach unten erstrecken und mit den versenkten Schichten 12 und 13 einen Kontakt herstellen.
Die daraus entstehende Struktur, wie sie schematisch in Figur 7 dargestellt ist, ist eine monolithische integrierte Schaltung mit einem Leistungstransistor, der in einem einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweisenden epitaxialen Material gebildet ist und Emitter-, Basis- und Kollektoranschlüsse Ep, Bp und Cp aufweist, und mit einem Signaltransistor, der in einem einen relativ kleinen spezifischen Widerstand aufweisenden diffundierten Taschenbereich gebildet ist und Emitter-, Basis- und Kollektoranschlüsse aufweist, die mit Es, Bs und Cs bezeichnet sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine relativ dicke epitaxiale Schicht lH verwendet, und eine relativ tiefe Basisdiffusion 22 wird vorgesehen, um einen elektrischen Felddurchbruch aufgrund von Krümmung zu vermeiden und eine Leistungsvorrichtung mit einer hohen Durchbruchsspannung zu erreichen, die in der Größenordnung von beispielsweise 500 Volt liegt. Durch selektive Verstärkung des spezifischen Widerstandes durch zusätzliche Dotierung, die den diffundierten Taschenbereich 21 in dem Signaltransistorbereich bildet, kann jedoch ein einen hohen Gewinn aufweisender Signaltransistor gleichzeitig mit dem Leistungstransistor gefertigt werden, und gemäß dem speziellen Beispiel hat er eine Durchbruchspannung in der Größenordnung von 60 Volt.
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Claims (3)

  1. Ansprüche
    ( 1., Integrierte Schaltung mit einem einen ersten Leitfähigkeits-"^ typ aufweisenden Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Halbleitersubstrat (11) eine epitaxiale Schicht (14) gebildet ist, die einen zweiten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist, zahlreiche Trennmittel (l6-l8) mit Diffusionen des ersten Leitfähigkeitstyps durch die epitaxiale Schicht (14) hindurchführen und diese in wenigstens einen Leistungstransistorbereich (19) und einen Signaltransistorbereich (20) trennen,und daß ein diffundierter Taschenbereich (21) des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Signaltransistorbereich (20) ausgebildet ist zur Bildung eines Bereiches mit einem relativ kleinen spezifischen Widerstand, wobei in dem Leistungstransistorbereich (19) ein Leistungstransistor mit einem Basisbereich (22) des ersten Leitfähigkeitstyps und Emitter- und Kollektorbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind und in dem diffundierten Taschenbereich (21) ein Signaltransistor mit einem Basisbereich (23) des ersten Leitfähigkeitstyps und Emitter- und Kollektorbereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind.
  2. 2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der relativ hohe spezifische Widerstand der epitaxialen Schicht (14) größer als 5 Ohm-cm und der relativ kleine spezifische Widerstand des diffundierten Taschenbereiches (21) kleiner als 1 Ohm-cm ist.
  3. 3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß versenkte Schichten (12, 13) des zweiten Leitfähigkeitstyps an der Grenze zwischen dem Substrat (11) und der epitaxialen Schicht (IM) unterhalb sowohl der Leistungs- als auch Signaltransistorbereiche (19, 20) ausgebildet sind.
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