DE2608267A1

DE2608267A1 - Verfahren zum herstellen einer monolithisch integrierten schaltung

Info

Publication number: DE2608267A1
Application number: DE19762608267
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kraft
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2342556A1; FR2342556B1; JPS52105787A; GB1548536A; IT1076116B

Description

Deutsche ITT Industries GmbH W. Kraft 18

Hans-Bunte-Str. 19, 7800 Freiburg Go/sp

^ ^ 26. Februar 1976

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Verfahren zum Herstellen einer monolithisch integrierten Schaltung

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zum Herstellen einer an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus Silicium liegenden Zone, die durch eine pn-Übergangsfläche gegen den übrigen Halbleiterkörper elektrisch getrennt ist und mindestens ein Halbleiterelement einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung enthält. Es ist allgemein bekannt, eine solche Zone mittels Planardiffusion einer rahmenförmigen Isolierzone des einen Leitungstyps durch die Epitaxschicht des anderen Leitungstyps auf einem Grundkörper des einen Leitungstyps herzustellen.

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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein besonderer Planardiffusionsprozeß einschließlich der erforderlichen photolithographischen Ätzprozesse durchgeführt werden muß. Diesen Nachteil vermeidet ein aus der DT-PS 1 769 271 bekanntes Verfahren, bei welchem auf einen Halbleitergrundkörper an der Stelle der Zone ein hochdotierter Bereich vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der Grundkörper eindiffundiert wird, dann die Halbleiteroberfläche einschließlich des hochdotierten Bereiches mit einer Epitaxschicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der hochdotierte Bereich kleinerer Dotierungskonzentration als die Dotierungskonzentration des Grundkörpers und solcher Dicke abgedeckt wird, daß bei mindestens einer anschließenden Diffusion einer Isolierzone um den hochdotierten Bereich gleichzeitig mit der Diffusion einer anderen Zone des Halbleiterelements die Isolierzone sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper gewachsenen Ausdiffusionszone vereinigt. Insbesondere wird bei diesem Verfahren bei der Basisdiffusion eine Planartransistorelements die durch die pn-übergangsfläche gegen den übrigen Halbleiterkörper elektrisch getrennte Zone hergestellt.

Das vorstehend erwähnte Verfahren hat aber bei monolithisch integrierten Schaltungen mit besonders niederohmigem Substrat den Nachteil, daß mit zunehmender Störstellenkonzentration des Substrats die Abbruchspannung des pn-übergangs zwischen der Zone und dem Grundkörper stark abnimmt. Diese nimmt auch mit dünner werdenden Epitaxschichten ab, da die Steilheit eines solchen pn-Übergangs mit kleiner werdendem Dt-Produkt (D = Diffusionskonstante der Dotierungen, t = Zeit) abnimmt. Eine Nachdiffusion der Störstellen würde zwar eine Verbesserung bringen, hat aber eine Abnahme der Flächenleitfähigkeit durch Eindiffusion kompensierender Störstellen in die Zwischenschicht (vergrabene Schicht) zur Folge.

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Das Verfahren nach der Erfindung ist daher besonders vorteilhaft anwendbar bei der Herstellung einer monolithisch integrier-

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ten I L-Schaltung mit mindestens einem bipolaren Analogschaltungsteil, wie sie aus der Zeitschrift "Valvo-Berichte", Band XVIII, Heft 1/2 (April 1974), Seiten 215 bis 216, bekannt war. Bei einer solchen integrierten Schaltung ist nämlich eine dünne Epitaxschicht erforderlich, um möglichst hohe oC-Werte im

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I L-Schaltungsteil zu erhalten, da die Kollektoren des I L-Schaltungsteils an der Halbleiteroberfläche liegen und im Hinblick auf die relativ niedrige Ergiebigkeit der Emitterzone und der relativ hohen Oberflächenrekombxnatxcn die Volumenrekombination auf einen Minimalwert zu vermindern ist. Aus diesem Grunde werden Epitaxschichten vorzugsweise unterhalb von etwa 10 ,um Dicke verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Erhöhung der Abbruchspannung des pn-übergangs zwischen der Zwischenschicht gleichen Leitfähigkeitstyps wie die Zone und dem Grundkörper ohne wesentliche Abnahme der Flächenleitfähigkeit der Zwischenschicht.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen einer an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus Silicium liegenden Zone, die durch eine pn-übergangsflache gegen den übrigen Halbleiterkörper elektrisch getrennt ist und mindestens ein Halbleiterelement einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung enthält, bei welchem Verfahren auf einen Halbleitergrundkörper an der Stelle der Zone zur Herstellung einer hochdotierten Zwischenschicht ein hochdotierter Bereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der Grundkörper eindiffundiert wird, dann die Halbleiteroberfläche einschließlich des hochdotierten Bereichs mit einer Epitaxschicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der hochdotierte Bereich kleinerer Dotierungskonzentration als die Dotierungskonzentration des Grundkörpers und solcher

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Dicke abgedeckt wird, daß bei mindestens einer anschließenden Diffusion einer Isolierzone um den hochdotierten Bereich gleichzeitig mit der Diffusion einer anderen Zone des Halblsiterelements die Isolierzone sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper gewachsenen Ausdiffusionszone vereinigt.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des anliegenden "Anspruchs 1 genannten Verfahrensmaßnahmen gelöst.

Die andere Zone kann als eine Zone einer pn-Diode oder aber auch als Basiszone des Planartransistorelements der monolithisch integrierten Schaltung verwendet werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist so durchzuführen, daß sie die gleichzeitig mit der anderen Zone diffundierte Isolierzone spätestens nach Ablauf der zur Durchführung des Aufbringens der Epitaxschicht und sämtlicher Planardiffusionsprozesse erforderlichen Temperaturbehandlungen erreicht.

Zum bekannten Stand der Technik sei noch zu bemerken, daß aus der DT-OS 1 639 177 zwar bekannt war, eine hochdotierte Zwischenschicht oder eine Teilschicht dieser Zwischenschicht an der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper und einer Epitaxschicht einer monolithisch integrierten Schaltung mit Phosphor zu dotieren. Diese Dotierungsmaßnahme dient aber zur Erzeugung eines Driftfeldes, welches erschweren soll, daß Minoritätsladungsträger zur Raumladungszone des pn-Ubergangs zwischen Zwischenschicht und Grundkörper gelangen können. Bei der Aufteilung der Zwischenschicht in zwei Teilschichten, von denen die an der Epitaxschicht anliegende mit Phosphor dotiert ist, wird jedoch die vorstehend genannte, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht gelöst.

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Die Erfindung wird im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 bis aufeinanderfolgende Herstellungsstadien des Verfahrens nach der Erfindung betreffen und nicht maßstabsgerechte Ausschnittsansichten etwa senkrecht zur Oberfläche einer Halbleiterplatte als Grundkörper durch die betreffenden Zonen veranschaulichen.

Nach dem bekannten Verfahren der genannten DT-PS 1 769 271 wird zunächst in einer Oberflächenseite eines plattenförmigen SiIicium-Grundkörpers 1 gemäß der Fig. 1 ein mit Phosphoratomen sowie Antimon- und/oder Arsenatomen hochdotierter Bereich 9 gemäß der Fig. 1 unter Anwendung des Planardiffusionsverfahrens eingebracht. Die Konzentration der Phosphoratome muß kleiner sein als die der Antimon- und/oder Arsenatome, damit später bei den folgenden Diffusionsprozessen die Phosphoratome nicht allzu stark in die darüberliegende Epitaxschicht eindiffundieren. Die Phosphoratome bilden den pn-übergang, die Antimon- und/oder Arsenatome den hochdotierten Bereich 9. Gleichzeitig können weitere hochdotierte Bereiche 10 und 11 für je eine weitere durch eine pn-übergangsfläche gegen den übrigen Halbleiterkörper elektrisch getrennte Zone, beispielsweise für den Analogschaltungsteil einer monolithisch integrierten I L-Schaltung, hergestellt werden.

Auf die betreffende Oberflächenseite wird anschließend die Epitaxschicht 5 einheitlicher Dicke aufgebracht. Da der Grundkörper höher dotiert ist als die Epitaxschicht, diffundiert das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel p-leitende Material in die Epitaxschicht 5 über die Grenzfläche 6 unter Bildung einer abgestuften pn-übergangsfläche 14. Diese ist jedoch unter dem hochdotierten Bereich 9 wie unter den anderen hochdotierten Bereichen 10 und 11 in den Grundkörper 1 ausgebuchtet. Dabei wird die pn-übergangsfläche 14 an dem hochdotierten Berich 9 durch die Diffusion der Phosphoratome in den Grundkörper 1 gebildet, da

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diese schneller als die Antimon- bzw. Arsenatome diffundieren, welche die höher als die Teilzone 92 dotierte Teilzone 91 bilden.

Anschließend wird unter Anwendung des PlanardiffusionsVerfahrens die Basisdiffusion durchgeführt, während der gleichzeitig die Isolierzone 12 und die Basiszone 3 gemäß der Fig. 3 diffundiert werden. Danach erfolgt die planare Emitterzonendiffusion, während der die Emitterzone 13 oder auch bei Anwendung des Verfahrens

ο zur Herstellung einer monolithisch integrierten I L-Schaltung die in der Zeichnung nicht dargestellten Kollektorzonen diffundiert werden.

Die Dicke der Epitaxschicht 5 ist auf das Konzentrationsverhältnis der Dotierungskonzentration in der Epitaxschicht 5 und im Substrat 1 derart abzustimmen, daß zumindest sich nach Durchführung sämtlicher Hochtemperaturprozesse, während derer die Dotierungen diffundieren können, die Isolierzone 12 sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper 1 gewachsenen Aus diffus ion sz one 15 vereinigen. Es entstehen somit gegeneinander durch pn-übergangsflachen isolierte Zonen 7, 8 und 4, von denen letztere als Kollektorzone oder auch als eine Zone eines anderen Halbleiterbauelements, beispielsweise einer pn-Diode, verwendet werden kann.

4 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnung

mit 3 Figuren

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Claims

Fl 882 W. Kraft 18 PATENTANSPRÜCHE

1./ Verfahren zum Herstellen einer an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus Silicium liegenden Zone, die durch eine pn-übergangsfläche gegen den übrigen Halbleiterkörper elektrisch getrennt ist und mindestens ein Halbleiterelement einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung enthält/ bei welchem Verfahren auf einen Halbleitergrundkörper an der Stelle der Zone zur Herstellung einer hochdotierten Zwischenschicht ein hochdotierter Bereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der Grundkörper eindiffundiert wird, dann die Halbleiteroberfläche einschließlich des hochdotierten Bereichs mit einer Epitaxschicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der hochdotierte Bereich, jedoch kleinerer Dotierungskonzentration als die Dotierungskonzentration des Grundkörpers und solcher Dicke abgedeckt wird, daß bei mindestens einer anschließenden Diffusion einer Isolierzone um den hochdotierten Bereich gleichzeitig mit der Diffusion einer anderen Zone des Halbleiterelements die Isolierzone sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper gewachsenen Ausdiffusionszone vereinigt, dadurch gekennzeichnet,

daß dar hochdotierte Bereich (9) mit einer solchen Konzentration an Phosphoratomen mit Antimon- und/oder Arsenatomen in den Grundkörper (1) vor dem Aufbringen der Epitaxschicht (5) unter der herzustellenden anderen Zone (3) diffundiert, wird, daß die pn-übergangsfläche (14) zwischen dem Grundkörper (1) und einer aus dem hochdotierten Bereich (9) diffundieren Zwischenschicht (90) durch die Diffusion der Phosphoratome gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Bereich (9) in den Grundkörper (1) am Ort einer

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ORIGINAL INSPECTED

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herzustellenden Zone einer pn-Dipde diffundiert wird, deren eine Zone (3) gleichzeitig mit einer Isolierzone (12) in die freiliegende Oberfläche der Epitaxschicht (5) diffundiert wird, so daß die Isolierzone (12) sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper (1) gewachsenen Ausdiffusionszone (15) während der zur Durchführung des epitaktischen Prozesses und des Diffusionsprozesses erforderlichen Temperaturbehandlung vereinigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Bereich (9) in den Grundkörper (1) am Ort einer herzustellenden Kollektorzone eines Planartransistors diffundiert wird, dessen Basiszone (3) gleichzeitig mit einer Isolierzone (12) in die freiliegende Oberfläche der Epitaxschicht (5) diffundiert wird, so daß die Isolierzone (12) sich mit der aus dem Halbleitergrundkörper (1) gewachsenen Ausdiffusionszone (15) während der zur Durchführung des epitaktischen Prozesses und der Diffusionsprozesse zur Herstellung der Zonen erforderlichen Temperaturbehandlungen vereinigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eir: hochdotierter Bereich in den Grundkörper am Ort der herzustellenden Kollektorzone des Planartransistors eines Analog-

teils einer monolithisch integrierten I L-Schaltung diffundiert wird.

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