DE3003911C2 - Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterwiderstand - Google Patents

Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterwiderstand

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    • H01L29/8605—Resistors with PN junctions

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterschaltungsanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches I.
Eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterwiderstand der beschriebenen Art ist aus der FR-OS 35 957 bekannt. Darin ist eine integrierte Darlingtonschaltung beschrieben, bei der der genannte Halbleiterwiderstand die Basiszonen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors miteinander verbindet. Dieser Widerstand ist in Zickzackform angebracht. Es sei darauf hingewiesen, daß die genannten parallel verlaufenden Nuten als parallel betrachtet werden, wenn ihr kür* zester gegenseitiger Abstand überall praktisch gleich ist. Sie brauchen dabei jedoch nicht geradlinig zu verlaufen.
Es hat sich als schwierig erwiesen, diesem Widerstand einen genau bestimmten und reproduzierbaren Wert zu erteilen, was aber namentlich bei derartigen integrierten Darlingtonschaltungen unbedingt notwendig ist.
Die^e Schwierigkeit ist der Tatsache zuzuschreiben, daß der Widerstand zu beiden Seiten der Oherflächenzone vom ersten Leitungstyp einen an die iweite Hauptfläche und an die Nut grenzenden Teil der Widerstandszone enthält, dessen Querschnitt sich schwer mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmen läßt. Diese Genauigkeit hängt ja von der Genauigkeit ab, mit der die Nuten geätzt werden können: dies im Gegensatz zu <ff;n Dotierungen, den Tiefen und der Ausdehnung der unterschiedlichen Halbleitergebiete, die den Widerstand weiter definieren und die genau beherrscht werden können.
So beträgt in einem praktischen Fall die Nutenbreite auf der Oberseite 80 μπι bis 100 μπι, wobei diese Breite Abweichungen von 5 um bis 20 μπι infolge von Abweichungen im Ätzvorgang aufweisen kann, wobei auch die Toleranz der Ätzmaske (mindestens 5 μπι) von Bedeutung LSL Die sich zu beiden Seiten der Oberflächenzone erstreckenden Teile der Widerstandszone, die im hier beschriebenen praktischen Fall je eine Breite von 10 μπι bis 15 μπι aufweisen nüßten, können daner sehr große gegenseitige Abweichungen aufweisen. In einem extremen Fall kann die Nut sogar die Oberflächenzone berühren, wodurch wenigstens einer der seitlichen Teile der Widerstandszone verschwindet. Die genannten Abweichungen im Querschnitt der seitlichen Teile der W-derstandszone können zu unzulässigen Abweichungen indem Halbleiterwiderstand führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß der genannte Widerstand mit großer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß die Nut nach der Erfindung nicht in der Widerstandszone, sondern in dem Material des Gebietes vom ersten Leitungstyp gebildet wird, begrenzt der zu beiden Seiten der Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp liegende Teil der Widerstandszone nicht mehr an die Wände der Nuten und kann also nicht mehr vom Ätzvorgang beeinflußt werden Dadurch können die obengenannten seitlichen Teile aes Widerstandes und damit der ganze Widerstand mit großer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Außerdem besteht nun nicht mehr die Gefahr, daß die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp am Rande der Nuten durch den Ätzvorgang freigelegt wird. Die Erschöpfungszone des pnÜbergangs zwischen der Widerstandszone und dem angrenzenden Halbleitermaterial kann dadurch die Nut nicht erreichen. Die verhältnismäßig hohe Dotierungskonzentration der Widerstandszone bildet bereits eine Sperre gegen Ausbreitung der genannten Erschöpfungszone. Diese könnte sich zwar im genannten Gebiet vom ersten Leitungstyp zwischen den Nuten und der Widerstandszone ausbreiten, aber dies ist nicht bedenklich, sofern dieses Gebiet auf schwebendem Potential gehalten wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgen-
den anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 das Schaltbild eines Darlingtonverstärkers,
F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines integrierten Darlingtonverstärkers, dessen Widerstand zwischen den Basis-Elektroden der beiden Transistören aufgebaut ist,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie UI-III in F i g. 2, und
Fig.4 in vergrößertem Maßstab einen Teil der F i g 3, und zv, a/ den Teil, der sich zwischen der: vertikalen Linien IV-IV befindet.
Es sei bemerkt, daß in den Fig. 2, 3 und 4 die der Wirklichkeit entsprechenden geometrischen Verhältnisse zwischen den unterschiedlichen Elementen, die zusammen den Verstärker bilden, nicht eingehalten werden. Der Teil, der den Widerstand enthält, der zwischen den Basiszonen der Transistoren vorhanden ist, ist nämlich breiter dargestellt. Dadurch konnte die Figur in dem Teil, in dem die Erfindung verwirklicht wurde, deutlicher gemacht werden.
Der in F i g. 1 schematisch dargestellte Darlingtonversiärker enthält einen Eingangstransistor Ti und einen Ausgangstransistor T2. Die Figur zeigt, uiß auf bekannte Weise die Emitterzone des Transistors T, mit der Basiszone des Transistors T2 verbunden ist, daß die K.0I-lektorzonen der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, daß die Basiszone des Transistors 7Ί mit der Eingangsklemme E verbunden ist und daß die Emitterzone des Transistors T2 mit der Ausgangsklemme S des Verstärkers verbunden ist. Ein erster Widerstand Ri ist zu dem Emitter-Basis-Übergang des Transistors 7Ί parallelgeschaltet. Ein zweiter Widerstand R2 ist zu dem Emitter-Basis-Übergang des Transistors T2 parallelgeschaltet. Im vorliegenden Fall handelt es sich um npn-Transistoren 7"i und Ti.
Der in den F i g. 2 und 3 gezeigte Verstärker, der einen Eingangstransistor Γι und einen Ausgangstransistor Ti enthält, ist in einem Halbleiterkörper 1 hergestellt. Von der unteren Fläche (erste Hauptfläche) 1/4 zu der oberen Fläche (zweite Hauptfläche Iß gerechnet, enthält der Kö, per 1 zunächst ein hochdotiertes Substrat 10 von einem ersten Leitungstyp, auf dem sich ein epitaktisches Substratgebiet 11 befindet, das ebenfalls vom ersten Leitungstyp ist. aber eine niedrigere Dotierung als das Substrat 10 aufweist. Auf dem Substratgebiet 11 ist eine erste verhältnismäßig niedrig dotierte epitaktische Schicht 12 vom zweiten Leitufigstyp abgelagert, auf der eine zweite ebenfalls verhältnismäßig niedrig dotierte epitaktische Schicht 13 vom ersten Leitungstyp abgelagert ist.
Die Gebiete 10 und 11 bilden die den beiden Transistoren gemeinsame Kollektorzone.
Nuten 3CA und 30 ß. die von der oberen Fläche 1P her gebildet sind und sich bis in das Substratgebiet, und zwar bis in d.is hochdotierte Gebiet 10 erstrecken, dienen zur gegenseitigen Trennung bestimmter Teile der Schichten 12 und 13. Teile 112 und 212 der Schicht 12 bilden die Basiszonen der Transistoren 71 bzw. T2 und Teile 113 und 213 der Schicht 13 bilden Teile der Emitterzonen dieser Transistoren T1 bzw. T1.
Die Basiszonen sind mit Oberflächenleitern über hochdotierte Verbindungszonen vom zweiten Leitungstyp verbunden: die Zone 14 verbindet die Basiszone 112 mit dem Leiter 15, während die Zone 24 die Basiszone 212 mit dem Leiter 25 verbindet.
Weiter ist ein Oberflächenleiter 18 auf einer hochdotierten Oberflächenzone 17 angebracht, die in der Emitterzone 113 des Transistors 7Ϊ gebildet ist. Auch ist ein Oberflächenleiter 28 auf einer hochdotierten Oberflächenzone 27 angebracht, die in der Emitterzone 213 des Transistors Tj gebildet ist.
Wie aus der Draufsicht nach F i g. 2 hervorgeht, wird die Verbindungszone 14 der Basiszone 112 des Transistors T-, völlig von der Emitterzone 113 des genannten Transistors umgeben, wobei die genannte Emitterzone 113 teilweise die an die Nut 3OA grenzende Verbindungszone 16 umgibt. Andererseits umgibt die Verbindungszone 24 der Basiszone 212 des Transistors T2 völlig die Emitterzone 213 dieses Transistors.
Die Nuten 30/4 und 30ß sind über einen Teil ihrer Länge parallel. In diesem Teil wird zwischen den genannten Nuten eine sogenannte Mesa 32 gebildet, in der der Widerstand R\ des Schaltbildes nach F i g. 1 gebildet wird.
Der Widerstand R1 wird einerseits durch den die Basiszonen 112 und 212 miteinander verbindenden epitaktischen Schichtteil 312 und andererseits durch eine Widerstandszone 33 gebildet, die zu dem genannten Teil 312 parallelgeschaltet ist. Diese W;.': rstandszone wird uüfCu ein \jcuici Jj VUiTi ZWcitcFi L-Ciiüng5iyp gcuhuci, das sich von der oberen Fläche IS her bis in die erste epitaktische Schicht 12 erstreckt, in der sich die Widerstandszone 33 an den epitaktischen Schichtteil 312 anschließ' Die Widerstandszone 33 bildet einen ohmschen Widerstand zwischen der Verbindungszone 16 des Transistors T1 und der Verbindungszone 24 des Transistors Ti.
Die Widerstandszone 33 umgibt einr Oberflächenzone 34 vom ersten Leitungstyp, die an die obere Fläche Iß grenzt.
Die Widerstandszone 33 ist seitlich von den Nuten 30/4 und 30ß durch ein Gebiet 35 vom ersten Leitungstyp getrennt.
Das genannte Gebiet 35 ist praktisch in zwei Teilgebiete 35/\ und 35ß aufgeteilt, wobei jedes Teilgebiet die Widerstandszone 33 seitlich begrenzt.
Das in die zwei Teilgebiete 35Λ und 35S aufgeteilte Gebiet 35 bildet selber einen Teil der zweiten epitaktischen Schicht 13. Das genannte Gebiet 35 ist der Rücksta id eines Gebietes, das aus der Schicht 13 und aus den Nächstliegenden Zonen 16 und 24 besteht, durch die hindurch die Nuten 30A und 30ß gebildet sind (siehe F i g. 4. in der die gestrichelten Linien die Grenzen der Zonen 16, 24 und des Gebietes 35 vor der Bildung der Nuten angeben) und deren Breite derart groß gewählt wurde, daß die genannten Nuten kein Material der Widerstandszone 33 entfernen würden. In der Praxis wird auf der oberen Fläche Iß einen Abstand von etwa 60 μίτι zwischen dem Rand der Widerstandszone 33 und dem Rand der Ätzmaske eingehalten (20 μίτι für normale Unterätzung. + 20 μίτι in bezug auf die maximale Toleran? des Ätzvorgangs, +5 μιτι in bezug auf die Toleranz für die Positionierung der Maske und + 15 μιτι in bezug auf die Breit' für die Teilgebiete 35/4 bzw. 35*?,).
In der obenerwähnten, aus der FR-O3 2 335 957 bekannten Struktur grenzt die Widerstandszone 33 unmittelbar an die Nuten 30-4 und 30ß. Die Breite der zu beiden Seiten der Oberflächenzone 34 liegenden Teile der Zone 33 ist direkt von der Breite der Nuten und von deren Lage abhängig. Es ist einleuchtend, daß URter diesen Bedingungen der ohmsche Wert des Widerstandes R\ ungenau und schlecht reproduzierbar ist.
Obgleich es möglich ist, die Oberflächenzone 34 und die Teilgebiete 35A und 355 in mehrere Teile aufzuspalten, erfolgt dies vorzugsweise nicht und werden sowohl die Zone 34 als auch die Gebiete 35/4 und 35ß über
praktisch die ganze Länge der Mesa 32 angebracht.
Die Zone 34 könnte sowohl baulich als auch elektrisch isoliert werden. In der Draufsicht nach Fi g. 2, die einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, ist die Oberflächenzone 34 unmittelbar mit der Oberflächenzone 17 (unter dem Leiter 18) verbunden, die in der Emitterzone 113 des Transistors Ti über eine streifenförmige Halbleiterzone 36 vom ersten Leitungstyp erzeugt ist. In F i g. 2 wird der Streifen 36 von gestrichelten Linien begrenzt, um die drei miteinander ver- *' I bundenen Teile, und zwar die Zone 17, den Streifen 36
und die Zone 34. deutlich voneinander zu unterscheiden.
Der Oberflächenleiter 18 steht unmittelbar mit dem Streifen 36 und mit der Zone 34 in Kontakt. Der Leiter 18 ist also flach über seine ganze Oberfläche und befindet sich in derselben Ebene wie der Leiter 25 der Basiszone des Transistors T2.
Der Widerstand /?.· wird schließlich (siehe Fig. 1), wie in F i g. 2 angegeben ist. durch eine Fortsetzung 24A der
j Zone 24 in itichiung auf die Zone 27 (unter dem Leiter
28) gebildet, wobei auf dieser Fortsetzung ein Kontakt mit Hilfe des genannten Leiters 28 der Emitterzone des Transistors T; gebildet ist.
Die beschriebene Anordnung kann durch Anwendung eines in der Halbleitertechnik allgemein bekannten Verfahrens hergestellt werden. So kann der an Hand der F1 g. 2. 3 und 4 beschriebene Verstärker (der z. B. mit npn-Transistoren versehen ist) mit Hilfe der folgenden Verfahrensschritte hergestellt werden (ausgehend von einer Halbleiterscheibe aus η * -leitendem Silizium):
— Epitaktische Ablagerung des η-leitenden Gebietes 11 (Dicke: 20 μπι. spezifischer Widerstand />= 10 Ω · cm):
— epitaktische Ablagerung der p-leitenden Schicht 12 (Dicke: 10 μπι./) = 6 Ω ■ cm):
— epitaktische Ablagerung der η-leitenden Schicht 13
— Diffusion der p-leitenden Zonen 14, 16, 24 und der p-leiienden Widerstandszone 33 (Dicke: 63 μπι, Schichtwiderstand^? G= 100 Ω pro Quadrat):
— Diffusion der η'-leitenden Zonen 17, 27 und der η leitenden Insel 34 (Dicke: 23 μπι bis 3 μιη, R π = 2 Ω):
— Ätzung der Nuten 3OA und 305 (Tiefe: = 40 μπι. Breite an der Oberfläche: 80 μιη bis 100 μπι);
— Passivierung durch Erzeugung eines Oxidfilmes 37 auf der Oberfläche 1B und in den Nuten;
— Bildung der Kontaktfenster und
— Metallisierung und Photoätzung der erzeugten Metallschicht zur Herstellung der Verbindungen; insbesondere: erzeugung einer Metallisierung 19 auf der unteren Fläche \A zur Herstellung der Verbindungen mit den Kollektorzonen der Transistoren Ti und Tj.
Die Breite der Mesa 32 beträgt 130 μπι bis 150 μπι. Die Breite der Oberflächenzone 34 beträgt 80 μπι bis μιη. Die Breite der Teilgebiete 35Λ und 35ß isi nicht wichtig, weil diese Teilgebiete keine elektrische Funktion erfüllen. In der Praxis beträgt die genannte Breite μπι bis 15 μπι.
Die oben angegebenen Zahlenwerte wären etwa dieselben im Falle eines durch pnp-Transistoren gebildeten Verstärkers.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halfaleiterkörper(l) bestehend aus:
— einem Substrat (10, 11) von einem ersten Leitungstyp und mit einer ersten flachen Hauptflä— einer auf dem Substrat (10, 1!) abgelagerten ersten epitaktischen Schicht (12) vom zweiten Leitungstyp,
— einer auf der ersten epitaktischen Schicht (12) abgelagerten zweiten epitaktischen Schicht (13) vom ersten Leitungstyp,
— einem Halbleiterwiderstand (R 1),
-- der eine sich von der, der ersten Hauptfläche [XA) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (1ΰ) bis in die erste epitaktische Schicht (12) erstreckende streifenförmige Widerstandszone (33) vom zweiten Leitungstyp mit einer die der ersten enitaktischen Schicht (12) überschreitenden Dotierungskonzentration aufweist,
— die zwischen zwei parallel verlaufenden, sich -von der zweiten Hauptfläche (\B) bis in das Substrat (10, 11) erstreckenden Nuten (30-4, 30ß; liegt,
und
— eine in dieser Widerstandszone (33) erzeugte, an die zweite Hauptfläche (\B)grenzende streifenförmige Oberflächenzone (34) vom ersten Leitungstyp enthält, die innerhalb des Halbleiterkörper (1) völlig von der Widerstandszone (33) umgeben ij«, dadurch gekennzeichnet,
daß
die Widerstandszone (33) seitlich durch ein Gebiet (35/4,35S,/vom ersten Leitungstyp von den Nuten (30/4,30Sjgetrennt ist.
2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (35/4, 35B) vom ersten Leitungstyp durch einen Teil der zweiten epitaktischen Schicht (13) gebildet wird.
3. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (35/4.35B) vom ersten Leitungstyp sich über nahezu die ganze Länge des Halbleiterwiderstandes (R 1) erstreckt.
4. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzone (34) vom ersten Leitungstyp sich über nahezu die ganze Länge des Halbleiterwiderstandes (R 1) erstreckt.
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