EP0000909A1 - Lateraler Transistor - Google Patents

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EP0000909A1 EP78100655A EP78100655A EP0000909A1 EP 0000909 A1 EP0000909 A1 EP 0000909A1 EP 78100655 A EP78100655 A EP 78100655A EP 78100655 A EP78100655 A EP 78100655A EP 0000909 A1 EP0000909 A1 EP 0000909A1
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    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H01L29/735—Lateral transistors

Definitions

  • the invention relates to a lateral transistor, which can be produced, in particular, integrated with complementary vertical transistors.
  • Lateral transistors in conjunction with complementary vertical transistors are used, for example, in the known I 2 L structures (Integrated Injection Logic).
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, solves the problem of specifying a lateral transistor which at the same time requires the smallest area and has optimum properties can be produced with complementary, vertical transistors, in particular the base zone, the collector zone and the emitter zone of the lateral transistor being compatible in this order with the collector contacting zone, the base zone and the base connection zone of the vertical transistor.
  • the invention can essentially be seen in the fact that the lateral transistor with a vertically oriented N extending through the surrounding P-doped collector zone into the underlying N-doped epitaxial layer and a buried, N-doped zone, the sub-base zone -doped base zone.
  • the sub-base zone serves for the low-resistance electrical connection of the base zone, the epitaxial layer being regarded as an extrinsic base zone, via which the active intrinsic base zone is connected to the surface.
  • the emitter zone is introduced into the base zone using the same mask window, preferably by implementation.
  • This double-diffused base-emitter structure enables an exact base width of the intrinsic base of the lateral transistor to be maintained. In this way, a lateral PNP transistor with optimal properties and a vertical NPN transistor with optimal properties can also be integrated in the same semiconductor body, the feature of the self-alignment of the zones with one another being ensured.
  • the figures 1a to 1i are essentially sectional views of the structure of the exemplary embodiment in successive method steps.
  • a lateral PNP transistor according to the invention is produced simultaneously with a vertical NPN transistor.
  • a silicon dioxide layer 12 is first applied to the epitaxial layer, and a silicon nitride layer 14 is applied above it.
  • FIG. 1 b all mask windows 18, 20, 22, 24, 26 and 28 are etched into the silicon nitride layer 14 using an etching mask 16 made of photoresist.
  • the top view of this etching mask is shown in Fig. 1c.
  • the windows in the area of which the silicon dioxide layer 12 is to be etched are defined with the aid of a blocking mask 50 made of photoresist.
  • the N-conductive contacting zones 34 and 38 to the N + -doped buried zones 6 and 8 and the base zone 36 of the lateral transistor are formed in the resulting windows by implantation of, for example, phosphorus.
  • Low-resistance N-doped resistors (75 ohms / unit area) can be formed at the same time.
  • the implantation is carried out with low energy, so that the mask windows 18, 20 and 28 defined by the silicon dioxide layer and the silicon nitride layer define the doped zones produced in the process.
  • 1e shows how the base zone 40 of the vertical NPN transistor, the collector zone 44 of the lateral PNP transistor and the upper isolation zones 42 are introduced using a photoresist blocking mask.
  • the implantation of, for example, boron takes place through the silicon dioxide layers 39, 41 and 12 and the silicon nitride layer 14. It should be pointed out that the zones 40 and 44 do not need to overlap their associated connection windows 24 and 22 and that they overlap with the contacting zones 38 and 34 is not critical since the P-doped zones 40 and 44 are compensated for by the N-doped zones 38 and 34.
  • the P-doped zones 40 and 44 have a high sheet resistance (1000 ohms / unit area), so that there is a low emitter base capacitance for the vertical NPN transistor and a high collector base breakdown voltage for the lateral PNP transistor. These zones are also suitable for realizing resistances.
  • 1g shows the top view of the mask windows 18, 20, 22, 24, 26 and 28 defined by the silicon nitride layer 14 in the silicon dioxide layer.
  • a heating process is carried out in which the implanted regions are activated and the N + and P + -doped zones are diffused out to their final depth.

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Abstract

Ein lateraler Transistor ist mit einer vertikal ausgerichteten, sich durch die sie umgebende P-dotierte Kollektorzone 44 bis in die darunterliegende N-dotierte Epitaxieschicht 4 und eine vergrabene N-dotierte Zone 6, die Subbasiszone, erstreckenden N-dotierten Basiszone 36 ausgestattet. Die Subbasiszone 6 dient dem niederohmigen elektrischen Anschluss der Basiszone 36, wobei die Epitaxieschicht 4 als extrinsische Basiszone anzusehen ist, über die der Anschluss der aktiven intrinsischen Basiszone zur Oberfläche erfolgt. Unter Verwendung des bereits für das Einbringen der Basiszone 36 verwendeten Maskenfensters erfolgt die Implantation der Emitterzone 62 in die Basiszone. Diese doppeltdiffundierte Basis-Emitterstruktur ermöglicht die Einhaltung einer genauen Basisweite der von den Seitenflächen der Basis- und Emitterzone definierten intrinsischen Basiszone des lateralen Transistors. Der optimale Eigenschaften aufweisende laterale PNP-Transistor lässt sich gleichzeitig, ohne zusätzliche Verfahrensschritte mit einem vertikalen NPN-Transistor im gleicen Halbleiterkörper integrieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen lateralen Transistor, der sich insbesondere zusammen mit komplementären vertikalen Transistoren integriert herstellen läßt.
  • Laterale Transistoren in Verbindung mit komplementären vertikalen Transistoren werden beispielsweise in den bekannten I2L-Strukturen (Integrated Injection Logic) verwendet.
  • Beispielsweise ist in der Veröffentlichung "IEEE Solid State Conference", 1976, von Y. Tokumaru, et al., unter dem Titel "I2L with Self-Aligned Double Diffused Injector" auf den Seiten 100 und 101 eine Struktur mit einem lateralen PNP-Transistor und einem vertikalen NPN-Transistor beschrieben, die in einer P-dotierten Epitaxieschicht gebildet sind. Die Basiszone des NPN-Transistors wird dabei durch die Epitaxieschicht selbst gebildet. Hierbei handelt es sich um eine typische, kostengünstige, keine optimale Eigenschaften aufweisende bipolare Struktur, bei der sich die relativ großen Toleranzen in der Dicke der Epitaxieschicht und damit die großen Schwankungen in den Eigenschaften des vertikalen NPN-Transistors ungünstig auswirken.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen lateralen Transistor anzugeben, der bei kleinstem Flächenbedarf und optimalen Eigenschaften gleichzeitig mit komplementären, vertikalen Transistoren herstellbar ist, wobei insbesondere die Basiszone, die Kollektorzone und die Emitterzone des lateralen Transistors in dieser Reihenfolge mit der Kollektorkontaktierungszone, der Basiszone und der Basisanschlußzone des vertikalen Transistors verträglich sind.
  • Zusammenfassend kann die Erfindung im wesentlichen darin gesehen werden, daß der laterale Transistor mit einer vertikal ausgerichteten, sich durch die sie umgebende P-dotierte Kollektorzone bis in die darunterliegende N-dotierte Epitaxieschicht und eine vergrabene, N-dotierte Zone, die Subbasiszone, erstreckenden N-dotierten Basiszone ausgestattet ist. Die Subbasiszone dient dem niederohmigen elektrischen Anschluß der Basiszone, wobei die Epitaxieschicht als extrinsische Basiszone anzusehen ist, über die der Anschluß der aktiven intrinsischen Basiszone zur Oberfläche erfolgt. In die Basiszone wird mit Hilfe desselben Maskenfensters die Emitterzone, vorzugsweise durch Implementation eingebracht. Diese doppeltdiffundierte Basis-Emitterstruktur ermöglicht die Einhaltung einer genauen Basisweite der intrinsischen Basis des lateralen Transistors. Auf diese Weise läßt sich ein optimale Eigenschaften aufweisender lateraler PNP-Transistor mit einem ebenfalls optimale Eigenschaften aufweisenden vertikalen NPN-Transistor in dem gleichen Halbleiterkörper integrieren, wobei das Merkmal der Selbstausrichtung der Zonen zueinander gewährleistet wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen die Fign. 1a bis 1i im wesentlichen Schnittansichten der Struktur des Ausführungsbeispiels in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.
  • Hergestellt wird ein erfindungsgemäßer lateraler PNP-Transistor gleichzeitig mit einem vertikalen NPN-Transistor.
  • Wie in Fig. 1a dargestellt, werden zunächst konventionelle Maskierungsprozesse, Dotierungsprozesse (Diffusion oder Ionenimplantation) und Beschichtungstechniken angewandt, um N+-dotierte vergrabene Zonen 6 und 8 und P+-dotierte vergrabene Zonen 10 in der Grenzschicht zwischen einem Substrat 2 und einer darauf aufgebrachten N -dotierten Epitaxieschicht 4 zu bilden. Auf die Epitaxieschicht ist zunächst eine Siliziumdioxidschicht 12 und darüber eine Siliziumnitridschicht 14 aufgebracht.
  • In Fig. 1b sind unter Verwendung einer Ätzmaske 16 aus Fotolack sämtliche Maskenfenster 18, 20, 22, 24, 26 und 28 in die Siliziumnitridschicht 14 geätzt. Die Draufsicht dieser Ätzmaske ist in Fig. 1c dargestellt.
  • Wie aus Fig. 1d zu ersehen, werden mit Hilfe einer Sperrmaske 50 aus Fotolack die Fenster definiert, in deren Bereich die Siliziumdioxidschicht 12 zu ätzen ist. In den dabei entstehenden Fenstern werden durch Implantation von beispielsweise Phosphor die N-leitenden Kontaktierungszonen 34 und 38 zu den N+-dotierten vergrabenen Zonen 6 und 8 und die Basiszone 36 des lateralen Transistors gebildet. Dabei können gleichzeitig niederohmige N-dotierte Widerstände (75 Ohm/Flächeneinheit) gebildet werden. Die Implantation erfolgt mit niedriger Energie, so daß die durch die Siliziumdioxidschicht und die Siliziumnitridschicht definierten Maskenfenster 18, 20 und 28 die dabei erzeugten dotierten Zonen definieren. In einem nachfolgenden Reoxydationsprozeß werden im Bereich dieser Fenster 18, 20 und 28 Oxydschichten gebildet, die eine etwas geringere Dicke aufweisen als die ursprüngliche Siliziumdioxidschicht 12. Dabei diffundieren die N-dotierten Zonen 34, 36 und 38 weiter in die Epitaxieschicht 4 ein, so daß sie sich mit den ausdiffundierenden vergrabenen Zonen 6 und 8 treffen. Bei diesem Reoxydationsprozeß wird die Siliziumdioxydschicht 41 im Bereich der Fenster 22, 24 und 26 nur geringfügig verstärkt, so daß sich dort eine Bremswirkung für die Ionen ergibt, die der der Siliziumdioxidschicht 12 einschließlich der Siliziumnitridschicht 14 entspricht.
  • Aus Fig. 1e ist zu ersehen, wie unter Verwendung einer Sperrmaske aus Fotolack die Basiszone 40 des vertikalen NPN-Transistors, die Kollektorzone 44 des lateralen PNP-Transistors und die oberen Isolationszonen 42 eingebracht werden. Die Implantation von beispielsweise Bor erfolgt durch die Siliziumdioxidschichten 39, 41 bzw. 12 und die Siliziumnitridschicht 14. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zonen 40 und 44 ihre zugeordneten Anschlußfenster 24 und 22 nicht zu überlappen brauchen und daß ihre überschneidung mit den Kontaktierungszonen 38 und 34 unkritisch ist, da die P-dotierten Zonen 40 und 44 durch die N-dotierten Zonen 38 und 34 kompensiert werden. Ist man bestrebt, geringe Kapazitäten zwischen diesen P- und N-dotierten Zonen 40, 38 und 44, 34 zu erzielen, so können sie in einem Abstand zueinander angeordnet werden, was zu einer leichten Erhöhung des Flächenbedarfs führt. Die P-dotierten Zonen 40 und 44 weisen einen hohen Schichtwiderstand (1000 Ohm/Flächeneinheit) auf, so daß sich eine niedrige Emitter-Basiskapazität für den vertikalen NPN-Transistor und eine hohe Kollektor-Basis-Durchbruchsspannung für den lateralen PNP-Transistor ergibt. Diese Zonen sind außerdem geeignet, Widerstände zu verwirklichen.
  • In Fig. 1f sind sämtliche Maskenfenster 18, 20, 22, 24, 26 und 28 durch die Siliziumdioxidschicht 39, 41 unter Verwendung der Siliziumnitri.dschicht 14 als Ätzmaske geätzt. Für diesen Ätzschritt ist keine gesonderte Maske erforderlich.
  • Fig. 1g zeigt die Draufsicht der durch die Siliziumnitridschicht 14 definierten Maskenfenster 18, 20, 22, 24, 26 und 28 in der Siliziumdioxydschicht.
  • In den beiden nächsten Prozeßschritten werden Sperrmasken aus Fotolack in Verbindung mit Ionenimplantationen verwendet. Die Reihenfolge der Prozeßschritte kann umgekehrt werden.
    • 1. In Fig. 1h wird eine Sperrmaske 66 aus Fotolack verwendet, um die N+-dotierte Emitterzone 54 des vertikalen NPN-Transistors, die Kollektoranschlußzone 56 des vertikalen Transistors und die Basisanschlußzone 70 des lateralen PNP-Transistors zu implantieren.
    • 2. Fig. 1i zeigt die Verwendung einer Sperrmaske 58 aus Fotolack, mit deren Hilfe die P+-dotierte Emitterzone 62 des lateralen PNP-Transistors, die Kollektoranschlußzone 60 des lateralen Transistors und die Basisanschlußzone 68 des vertikalen NPN-Transistors implantiert werden.
  • Im Anschluß an diese Ionenimplantationsprozesse wird ein Erwärmungsprozeß durchgeführt, bei dem die implantierten Bereiche aktiviert und die N+- und P+-dotierten Zonen bis zu ihrer endgültigen Tiefe ausdiffundiert werden.

Claims (6)

1. Lateraler Transistor, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Epitaxieschicht (4) eines ersten Leitungstyps über einer hochdotierten, vergrabenen Subbasiszone (6) des gleichen Leitungstyps angeordnet ist, daß in der Oberfläche der Epitaxieschicht (4) über der Subbasiszone (6) eine Kollektorzone (44) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist,
daß in die Kollektorzone (44) unter Verwendung einer Maske eine Basiszone (36) des ersten Leitungstyps eingebracht ist, die sich durch die sie umgebende Kollektorzone (44) und die Epitaxieschicht (4) bis in die Subbasiszone (6) erstreckt,
daß unter Verwendung derselben Maske in die Basiszone (36) eine Emitterzone (62) des zweiten Leitungstyps eingebracht ist, so daß die aktive, intrinsische Basiszone durch die Seitenflächen der Emitterzone (62) und der Basiszone (36) definiert ist und
daß die Subbasiszone (6) über eine Basiskontaktierungszone (34) des ersten Leitungstyps seitlich bis zur Oberfläche der Epitaxieschicht (4) geführt ist.
2. Lateraler Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Kollektorzone (44) seitlich von der Basiszone (36) eine Kollektoranschlußzone (60) des zweiten Leitungstyps eingebracht ist.
3. Lateraler Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Basiskontaktierungszone (34) eine Basisanschlußzone des ersten Leitungstyps eingebracht ist.
4. Lateraler Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zu ihm komplementärer, vertikaler Transistor mitintegriert ist, wobei der vertikale Transistor mit einer der Subbasiszone (6) des lateralen Transistors entsprechenden Subkollektorzone (8), einer der Kollektorzone (44) des lateralen Transistors entsprechenden Basiszone (40) und einem der Basiskontaktierungszone (34) des lateralen Transistors entsprechenden Kollektorkontaktierungszone (38) ausgestattet ist und in die Basiszone (44) des vertikalen Transistors, dessen Emitterzone (54) eingebracht ist.
5. Lateraler Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Basisanschlußzone (70) des lateralen Transistors der Emitterzone (54) des vertikalen Transistors entspricht.
6. Lateraler Transistor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Transistor mit einer der Kollektoranschlußzonen (60) des lateralen Transistors entsprechenden Basisanschlußzone (68) ausgestattet ist.
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