SE431272B - Sett att framstella en halvledaranordning - Google Patents

Description

?7s19as-7 2 På senare tid har man observerat, att framförspända isolationlepitaxi-övergångar (exem- pelvis isolationlkollektor övergången i en NPN transistor) försämras genom diffusion av tungmetall- joner, speciellt koppar, över övergången. Detta orsakas huvudsakligen av den höga koncentrationen av koppar i isolationsregionen eftersom det är väl underbyggt, att denna region fungerar såsom en "fastbindare" för kopparpå grund av kopparns höga löslighet i degenererat kisel liksom även den höga dislokationstätheten jämte gitterpåkänningen däri. Föroreningen blir föremål för fältförstärkt diffusion, orsakad av en reducering av det inbyggda spärrskiktsfältet och av det elektriska fältet i regionerna av typ p och n, när övergången framförspännes. . .

Föreliggande uppfinning som definieras i nedanstående patentkrav, framgår av följande, mera detaljerade beskrivning av en förediagen utföringsform, som illustreras på bifogade ritningar.

Fig. la är en tvärsnittsillustration av en isolationsregion av typ p i ett kiselepitaxiskikt av TVP fl- , .

Fig. 1b visar koncentrationsprofilen för strukturen i fig. 'la för bot, arsenik och ett kopparjonstörämne vid' jämvi kt. i Fig. 1c visar det transienta beteendet hos det metalliska störämnet i fig. 1b för en kraftigt framförspänd övergång.

Fig 1d visar det transienta beteendet hos det metalliska störämnet i fig.i1b för ett tillstånd med lägre framförspånning, där det inbyggda spärrskilctsfältet EJ har en betydande storlek.

Fig. 1e är ett generellt diagram över distributionen vid stabilt tillstånd hos föroreningen i fig. 1b såsom en funktion av flera framförspänningar. _ Fig. if visar det transienta beteendet hos störämnet för en framförspänd övergång, när utarmningsregionen har ett måttligt retardationsfält och p-regíonen ett accelererande driftfält.

Fig. 2a är en tvärsnittsillustration av uppfinningen. p Fig. 2b visar en koncentrationsgradient för den i fig. 2a visade strukturen.

Fig. 1a är en tvärsnittsillustration genom en isolationsregion 2 av typ p, vanligen bor i en koncentration större än 1019 atomer/cm3 i ett kiselepitaxiskikt 4 av typ n med arsenik i en koncentration om 1015 atomer/omg. En metallisk förorening såsom exempelvis koppar "uppsam- las" i isolationsregion 2.

Fig. 1b visar koncentrationsprofilen i fig. 1a för bor-, arsenik- och kopparstörämnet under jämviktsförhållanden. Kopparkoncentrationen år ungefär två storleksordningar mindre än borkon- 7 centratíonen (se exempelvis Hall, m.fi., Journal of Applied Physics, 35, 379 (1964)).

Fig. 1c visar det transienta beteendet för backspridningen av det metalliska störämnet i fig. 1b i det fall, då en starkt framförspänd övergång med ett försumbart inbyggt fält finns kvar i utarmningsregionen och inga fält föreligga i vare sig p eller n regionerna. Fig. 1c visar det generella transienta beteendet för joniserad störåmnesdiffusion från region p i anordningen, när ett starkt ' framförspänníngstillstånd bibringas övergången. Vid stabilt tillstånd kommer en likformig stör- ämneskoncentration att existera i anordningens alla regioner, eftersom intet internt elektriskt fält föreligger. _ Fig. 1d .visar transientbeteendet för backspridningen av det metalliska störämnet i fig. 1b vid ett tillstånd med lägre framförspänning än i fig. 1c, där det inbyggda spårrskiktsfältet, E _, har en betydande storlek. Omfattningen av störämnets diffusion över spärrskiktet är mindre än motsvar- ande mängd i fallet med den kraftiga framförspänningen i fig. 1c, vilket beror på den kompenser- ande effekten hos E J. En generell stabiltillståndspridning av störämnet såsom en funktion av flera framförspänningar illustreras i fig 1e. 77.1 1985-? Fig. 1f illustrerar en typisk transientsituation för en framförspänd övergång, när utarm- ningsregionen har ett måttligt retarderande fält, medan p-regionen har ett accelererande driftfält.

Det torde observeras, att när stabila tillstånd uppnås, båda regionerna fortfarande ha koncentra- tionsgradienter, eftersom både drift- och diffusionskrafterna påkalla olikformiga koncentrationer.

Under dessa omständigheter kommer mer av det metalliska störämnet att díffundera över spärr- skiktet än för fig. 1d men mindre än för det starkt framförspända tillståndet i fig. lc.

Vissa typer av integrerade kiselkretsar, t.ex. bipolär gaspaneldrivanordningar, ha diffunde- rade isolationsregioner 2, vilka bli framförspända i förhållande till konduktivitetstypen hos epitaxi- region 4, när ström matas såsom beskrivits ovan för fig. la. Metalljonstörämnen såsom koppar, guld, nickel och järn, vilka befinna sig i isolatiorisregionen 2, diffundera från denna region in i epitaxi- region 4 under framförspänningstillståndet. När isolationsregion 2 blir backförspänd, alstra stör- ämnena genererings/rekombinations-centra i utarmningsregionen 6 inom anordningen. Detta resulte- rar i läckström mellan epitaxiregionen 4 och isolationsregionen 2.

'Den häri beskrivna uppfinningen eliminerar läckageproblemet genom att addera en skyddsring 8 till isolationsregionen 2, vilken skyddsring har samma kanduktivitetstyp som isola- tionsregionen 2 enligt vad som visas i fig. 2a. Detta sker genom tillsats av en diffusion med en lägre ytkoncentration än i isolationsregion 2, t.ex. en basdiffusion av bipolärtyp, som överlappar och skyddar isolationsregionen 2, som har en högre metallföroreningskoncentration. Basdiffusionsregi- onen 8 innehåller mycket litet störämne på grund av den låga borkoncentrationen. Dopärnneskon- centrationprofilerna visas i fig. 2b. Region 8 kan också vara jonimplanterad. vid en arsenikanpaf epiraxikiseiskik: 4 med en koncentration om 1015 atomer/anna och en tjocklek om 12 mikron samt en bordopad isolationsregion 2 med en ytkoncentration om 2x1020 atomer/cma och en bredd om 32 mikron kan skyddsringdiffusionen vara av bor med en koncentra- tion om cirka 1018 atomer/cm3, som sträcker sig cirka 3 mikron sidled förbi kanten på isolations- regionen 2. Ytkoncentrationen i skyddsringen 8 är vald att ligga precis mellan ytkoncentratíonen för isolationsregionen 2 och för epitaxiregionen 4. Den måste vara tillräckligt hög för att dels förhindra ett betydande ohmskt spänningsfall i originalisolationsregionen 2, dels förskjuta p-n-spärrskiktet 6 med sitt fält E J förbi originalisolationsregionen 2. Den får emellertid ändå icke vara så stor att det metalliska störämnet backsprider sig självt in i skyddsringen 8 under diffusionssteget.

Eftersom backspridning förhindras in i regionen med hög störämneskoncentration, före- kommer relativt ringa transport av störämne över spärrskiktet, vilket resulterar i mycket liten försämring av fram- och backförspänningsspärrskiktskarakteristiken. Detta kan uppnås trots att basdiffusionen är relativt grund, eftersom störämneskoncentrationen avtager snabbt med djupet, mätt från isolationsdiffusionens 2 överdel. Sålunda är isolationsregionen 2 under basskyddsringdif- fusionen 8 en dålig kopparkälla, och ingen försämring uppkommer i denna region.

Skyddsringen 8 löser ett allvarligt problem vid integrerade kretsars drivutrustning. l från- varo. av skyddsringen behövs utvidgade kretsar för integrerade kretsars drivning. Problemet med isolationsspärrskiktsförsämring beroende på metallstörämnets diffusion under framförspänningsför- hållanden har tidigare icke behandlats, varför föreliggande problemlösning kan tillämpas på linjära eller analoga funktioner, vilka äro utförda i LSI (large scale integration).

Claims (1)

1. Patentkrav l. Sätt att framställa en halvledaranordnïng så att en försämring av en framförspänd epítaxiisolationsövergång förhindras, k ä n n e - t edc k n a t av utbildning av en isolationsregion av en första kon- duktivitetstyp, som har en given bredd (2 ho) i en given riktning och en första koncentration, i ett epitaxiskikt av en andra konduktivitetstyp samt utformning av en skyddsring av nämnda första konduktivitetstyp, med en andra koncentration som är mindre än nämnda första koncentration, kring isolationsregionen så att skyddsringen sträcker sig utanför isola- tïonsregionen i nämnda givna riktning, för att förhindra diffusion av jonstörämnen från isolationsregionen, när isolationsregionen framför- spännes relativt epitaxiskiktet. Z. Sätt enligt patentkravet I, k ä n n e t e c k nya t därav, att isolationsskyddsringen utformas samtidigt som basregionen bildas i anslutning till isolationsregionen vid en bipolärtransistorprocess. 3) Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att isolationsskyddsringen bildas genom jonimplantation. I 4. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att isoiationsskyddsringen utbildas genom termisk diffusion.