EP0000909B1 - Lateraler Transistor - Google Patents

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EP0000909B1
EP0000909B1 EP78100655A EP78100655A EP0000909B1 EP 0000909 B1 EP0000909 B1 EP 0000909B1 EP 78100655 A EP78100655 A EP 78100655A EP 78100655 A EP78100655 A EP 78100655A EP 0000909 B1 EP0000909 B1 EP 0000909B1
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Harlan Rogene Gates
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    • H01L27/0214—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
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    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • 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 according to the first part of claim 1, which can be produced in particular integrated together with complementary vertical transistors.
  • Lateral transistors in conjunction with complementary vertical transistors are used, for example, in the known 1 2 L structures (Integrated Injection Logic).
  • a complementary vertical transistor is also integrated in a lateral transistor, the collector zone of the lateral transistor being in position and of the base zone of the vertical transistor Corresponds to the type of conduction, and in which the emitter zone is introduced into the base zone of the vertical transistor.
  • the tolerances in the thickness of the epitaxial layer have an unfavorable effect on the properties of both the vertical and the lateral transistor, since the base zone of the vertical transistor is formed by the epitaxial layer itself and the intrinsic base zone of the lateral transistor by the entire thickness the collector zone comprising the epitaxial layer is determined.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, achieves the object of specifying a lateral transistor which can be produced with complementary, vertical transistors with the smallest space requirement and optimal properties, the base zone, the collector zone and the emitter zone of the lateral transistor in this Order are compatible with the collector contacting zone, the base zone and the base connection zone of the vertical transistor and in particular a defined base width of the lateral transistor can be achieved.
  • the invention can be seen essentially in that the
  • Epitaxial layer has the first conduction type, that the collector zone in the surface of the epitaxial layer is arranged at a distance from the sub-base zone and that the base zone extends through the collector zone which partially surrounds it and the epitaxial layer extends into the sub-base zone so that the active intrinsic base zone extends through the side faces the emitter zone and the collector zone (44) is defined.
  • Particular embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • 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 with the aid of the same mask window, preferably by implantation.
  • 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 having optimal properties and a vertical NPN transistor also having optimal properties can be integrated in the same semiconductor body, the feature of the self-alignment of the zones with one another being ensured.
  • the figures 1 a to 1 i 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. 1 c.
  • 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-type contacting zones 34 and 36 to the N + -doped buried zones 6 and 8 and the base zone 36 of the lateral transistor are formed 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.
  • 18, 20 and 28 oxide layers are formed in the area of these windows, which have a somewhat smaller thickness than the original silicon dioxide layer 12.
  • the N-doped zones 34, 36 and 38 diffuse further into the epitaxial layer 4, so that they meet with the diffusing buried zones 6 and 8.
  • the silicon dioxide layer 41 is only slightly reinforced in the area of the windows 22, 24 and 26, so that there is a braking effect for the ions which corresponds to that of the silicon dioxide layer 12 including the silicon nitride layer 14.
  • 1 e 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 mask.
  • 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.
  • all mask windows 18, 20, 22, 24, 26 and 28 are etched through the silicon dioxide layer 39, 41 using the silicon nitride layer 14 as an etching mask. No separate mask is required for this etching step.
  • FIG. 1 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.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen lateralen Transistor gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1, der sich insbesondere zusammen mit komplementären vertikalen Transistoren integriert herstellen läßt.
  • Laterale Transistoren in Verbindung mit komplementären vertikalen Transistoren werden beispielsweise in den bekannten 12L-Strukturen (Integrated Injection Logic) verwendet.
  • Beispielsweise ist in der Veröffentlichung "IEEE Solid State Conference", 1976, von Y. Tokumaru, et al., unter dem Titel "12L 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.
  • Aus der FR-A-2 337 433 ist es über den ersten Teil des Anspruchs 1 hinaus bekannt, daß bei einem lateralen Transistor ein zu ihm komplimentärer, vertikaler Transistor mitintegriert ist, wobei die Kollektorzone des lateralen Transistors der Basiszone des vertikalen Transistors in Lage und Leitungstyp entspricht, und bei dem in die Basiszone des vertikalen Transistors dessen Emitterzone eingebracht ist.
  • Auch hier wirken sich die Toleranzen in der Dicke der Epitaxieschicht auf die Eigenschaften sowohl des vertikalen als auch des lateralen Transistors ungünstig aus, da die Basiszone des vertikalen Transistors durch die Epitaxieschicht selbst gebildet wird und die intrinsische Basiszone des lateralen Transistors durch die ebenfalls die gesamte Dicke der Epitaxieschicht umfassende Kollektorzone bestimmt wird.
  • 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 die Basiszone, die Kollektorzone und die Emitterzone des lateralen Transistors in dieser Reihenfolge mit der Kollektorkontaktierungszone, der Basiszone und der Basisanschlußzone des vertikalen Transistors kompatibel sind und insbesondere eine definierte Basisweite des lateralen Transistors erzielbar ist.
  • Zusammenfassend kann die Erfindung im wesentlichen darin gesehen werden, daß die
  • Epitaxieschicht den ersten Leitungstyp aufweist, daß die Kollektorzone in der Oberfläche der Epitaxieschicht von der Subbasiszone beabstandet angeordnet ist und daß sich die Basiszone durch die sie teilweise umgebende Kollektorzone und die Epitaxieschicht hindurch bis in die Subbasiszone erstreckt, so daß die aktive intrinsische Basiszone durch die Seitenflächen der Emitterzone und der Kollektorzone (44) definiert ist. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • 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 Implantation 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. 1 a bis 1 i 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. 1 a dargestellt werden zunächst konventionelle Maskierungsprozesse, Dotierungsprozesse (Diffusion oder lonenimplantation) 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. 1 c dargestellt.
  • Wie aus Fig. 1 d 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 36 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. 1 e 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 irhre 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. 1 sind sämtliche Maskenfenster 18, 20, 22, 24, 26 und 28 durch die Siliziumdioxidschicht 39, 41 unter Verwendung der Siliziumnitridschicht 14 als Ätzmaske geätzt. Für diesen Ätzschritt ist keine gesonderte Maske erforderlich.
  • Fig. 1 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 lonenimplantationen verwendet. Die Reihenfolge der Prozeßschritte kann umgekehrt werden.
    • 1. In Fig. 1 h 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. 1 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 lonenimplantationsprozesse 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, bei dem eine Epitaxieschicht (4) über einer hochdotierten vergrabenen Subbasiszone (6) eines ersten Leitungstyps angeordnet ist, bei dem über der Subbasiszone (6) eine Kollektorzone (44) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist, bei dem in die Koltektorzone unter Verwendung einer Maske eine Basiszone des ersten Leitungstyps eingebracht ist, die sich bis in die Subbasiszone (6) erstreckt, bei dem unter Verwendung derselben Maske in die Basiszone (36) eine Emitterzone (62) des zweiten Leitungstyps eingebracht ist und bei dem die Subbasiszone (6) über eine Basiskontaktierungszone (34) des ersten Leitungstyps seitlich bis zur Oberfläche der Epitaxieschicht (4) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxieschicht (4) den ersten Leitungstyp aufweist, daß die Kollektorzone (44) in der Oberfläche der Epitaxieschicht (4) von der Subbasiszone (6) beabstandet angeordnet ist und daß sich die Basiszone (36) durch die sie teilweise umgebende Kollektorzone (44) und die Epitaxieschicht (4) hindurch bis in die Subbasiszone erstreckt, so daß die aktive intrinsische Basiszone durch die Seitenflächen der Emitterzone (62) und der Kollektorzone (44) definiert ist.
2. Lateraler Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kollektorzone (44) seitlich von der Basiszone (36) eine Kollektoranschrußzone (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 folgende Bereiche in Lage und Leitungstyp einander entsprechen: die Subbasiszone (6) des lateralen Transistors der Subkollektorzone (8) des vertikalen Transistors, die Kollektorzone (44) des lateralen Transistors der Basiszone (40) des vertikalen Transistors, die Basiskontaktierungszone (34) des lateralen Transistors der Kollektorkontaktierungszone (38) des vertikalen Transistors und daß 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 gleichzeitig mit der Emitterzone (54) des vertikalen Transistors hergestellt ist.
6. Lateraler Transistor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoranschlußzone (60) des lateralen Transistors der Basisanschlußzone (68) des vertikalen Transistors in Lage und Leitungstyp entspricht.
EP78100655A 1977-08-31 1978-08-16 Lateraler Transistor Expired EP0000909B1 (de)

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US830222 1977-08-31
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EP0000909A1 EP0000909A1 (de) 1979-03-07
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