DE1240590C2 - Integrierte halbleiterschaltungsanordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Integrierte halbleiterschaltungsanordnung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
In integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen können funktioneile Bereiche, wie Verstärker, Oszillatoren,
Multivibratoren oder logische Gatter, zu einem einzigen Halbleiterblock zrsammengefaßt sein. Beim
Bau derartiger Anordnungen ist darauf zu achten, daß
— abgesehen von einigen gewünschten Strombahnen
— die einzelnen funktionellen Bereiche elektrisch gut voneinander isoliert werden. Diese Isolierung wird im
folgenden auch als »Querisolierung« bezeichnet
Um ein eine gute Querisolierung zu erhalten, wird bei
einem bekannten Verfahren für den Grundkörper der Schaltungsanordnung ein hochohmiges Ausgangsmaterial
verwendet. Die funktionellen Bereiche bestehen dabei aus stärker dotierten Abschnitten auf einander
gegenüberliegenden Flächen des hochohmigen Körpers. Um auf diese Weise eine ausreichende Querisolierung
zwischen den einzelnen Bereichen zu erhalten, ist es erforderlich, den hochohmigen Grundkörper relativ
kompakt zu machen, so daß die Schaltungsanordnung unverhältnismäßig groß wird.
Bei integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen ist es weiterhin wünschenswert den Sättigungswiderstand
ίο in den funktionellen Bereichen, in denen Transistorfunktionen
vor sich gehen, klein zu machen. Dadurch werden steile Transistorkennlinien erhalten, bei denen also eine
verhältnismäßig kleine Änderung des Basisstromes einer großen Änderung des Kollektorstromes entspricht
Die gleichzeitige Erzeugung niedrigen Sättigungswiderstandes in den funktionellen Bereichen selbst und
ausreichender Isolierung der einzelnen Bereiche gegeneinander stößt jedoch bei den bekannten Herstellungsverfahren
auf erhebiiche Schwierigkeiten, da Teile der funktionellen Bereiche sich beiderseits eines Grundkörpers
befinden, so daß nur eine der beiden Forderungen erfüllt werden kann. Entweder der Grundkörper ist
hochohmig, dann ist die Querisolierung eventuell ausreichend, oder der Grundkörper ist niederohmig,
dann besitzt der Sättigungswiderstand einen genügend kleinen Wert.
Zur Verringerung des Sättigungswiderstandes wurde bereits vorgeschlagen (DE-AS 12 07 014), auf dem
Grundkörper des Halbleiterblocks stark dotierte Diffusionsbereiche und darüber eine epitaxiale Schicht
vorzusehen, in der über den stark dotierten Diffusionsbereichen die funktionellen Bereiche ausgebildet sind.
Bei diesem Aufbau sind der Grundkörper, der Diffusionsbereich und die epitaxiale Schicht vom
gleichen Leitfähigkeitstyp, wobei die epitaxiale Schicht niederohmiger als der Grundkörper, jedoch hochohmiger
als die von der epitaxialen Schicht bedeckten, stark dotierten Diffusionsbereiche ist. Mit einem solchen
Aufbau wird wohl eine Verringerung des Sättigungswiderstandes erzielt, jedoch besteht nach wie vor noch
eine verhältnismäßig hohe Verkopplung der einzelnen funktionellen Bereiche über den Grundkörper, da dieser
vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die epitaxiale Schicht und die darunterliegenden Diffusionsbereiche
ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Halbleiterschaltungsenordnung zu
schaffen, bei der die Isolierung zwischen den einzelnen
so funktionellen Bereichen des Halbleiterblocks bei gleichzeitiger
Verringerung des Sättigungswiderstandes in den Bereichen verbessert ist Es soll ein einfaches
Herstellungsverfahren dafür entwickelt werden, mit dessen Hilfe auch Typen von integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnungen
gebaut werden können, deren Herstellung bisher nicht möglich ist
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aus einem einzigen
Halbleiterblock, in welchem eine Vielzahl bis auf die gewünschten Stromwege voneinander isolierter, verschieden
dotierter funktioneller Bereiche vereinigt sind, die zur Ausführung der Einzelfunktionen der Bauelemente
einer elektrischen Schaltung geeignet sind, mit einem oder mehreren auf dem Grundkörper des
Halbleiterblockes ausgebildeten, stark dotierten Diffusionsbereichen, über welchen eine die funktionellen
Bereiche aufnehmende epitaxiale Schicht ausgebildet ist. Für eine solche Halbleiterschaltungsanordnung ist
erfindungsgemäß vorgesehen, daß der oder die Diffusionsbereiche und die epitaxiale Schicht gegenüber
Jem Grundkörper umdotiert sind.
Die epitaxiale Schicht wird zur Verbesserung der Isolation zwischen den einzelnen funktionalen Bereichen
im wesentlichen weggeätzt
Auch eine Oberflächenschicht der epiiaxialen Schicht
kann durch Diffusion umdotiert sein. Teile dieser Diffusionsschicht sind dann als Kollektorvorwiderstände
von funktionellen Transistorbereichen geeignet Dabei kann der pn-Obergang zwischen der letztgenannten
Diffusionsschicht und der epitaxialen Schicht sowohl am Kollektorkontakt als auch am Eingangskontakt der
Vorwiderstände kurzgeschlossen seia
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung,
bei dem auf einem Grundkörper begrenzte Diffusionsbereiche ausgebildet und darüber eine die
funktionellen Bereiche aufnehmende epitaxiale Schicht aufgewachsen wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die Diffusionsbereiche insbesondere mit einer Dotierstoffkonzentration von 1O19 bis 1021 Atomen/cm2
gegenüber dem Grundkörper umdotiert werden.
Für eine solche Halbleiterschaltungsanordnung befinden sich Bereiche eines niederohmigen Halbleitermaterial
von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer Fläche des hochohmigen Halbleitergrundkörpers, der
einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und dessen spezifischer Widerstand mindestens etwa 100 Ohm · cm
beträgt Auf der gesamten Fläche des Grundkörpers, welcher die niederohmigen Bereiche enthält, liegen
wiederum eine höherohmige Schicht aus einem epitaxial gewachsenen Halbleitermaterial des /weiten Leitfähigkeitstyps.
Schließlich sind auf dieser Schicht weitere stark dotierte Bereiche vorgesehen.
In der epitaxialen Schicht sind die Dotierstoffe verhältnismäßig gleichmäßig verteilt. Die Schicht kann
zwischen etwa 10 und 20 μηη dick sein und vorzugsweise
einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 1 und 100
Ohm ■ cm, insbesondere zwischen 3 und 30 Ohm ■ cm, haben.
Durch die Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei einer Halbleiteranordnung
mit verhältnismäßig niederem Fertigungswiderstand in den funktionellen Bereichen eine sehr
gute Isolierung zwischen den einzelnen funktionellen Bereichen erzielt wird, indem nämlich zwischen dem
Grundkörper und den daraufliegendien Schichten ein pn-Übergang besteht, der auf Grund der Tatsache, daß
sich der Grundkörper auf einer niedrigeren Spannung als die auf ihm befindlichen Bereiche: mit entgegengesetzter
Leitfähigkeit befindet, unter Vorspannung steht und dadurch eine sehr hohe Gleichstromentkopplung
bewirkt.
Der Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung
wird nun zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand der schematisch gezeichneten F i g. 1 bis 6 mit
den verschiedenen aufeinanderfolgenden Herstellungsphasen beschrieben. Sodann sind in den F i g. 7 bis 8 eine
Draufsicht auf eine fertige Schaltungsanordnung und ein
dazu senkrechter Schnitt gezeichnet. Das dieser Schaltungsanordnung, etwa entsprechende Schaltbild
ist in F i g. 9 dargestellt.
In F i g. 1 ist ein Schnitt durch ein Halbleiterplättchen 10 gezeichnet, das als hochohmiger Hsilbleitergrundkörper
der erfindungsgemiißen Schaltungsanordnung, beispielsweise einer Transistorschaltung, verwendet werden
kann. Der spezifische Widerstand dieses Halbieiterplättchens
liegt mindestens bei 100 Ohm · cm. Die Dicke des Plättchens beträgt, um eine hinreichende
mechanische Festigkeit zu gewährleisten, etwa 0,1 mm. Im allgemeinen soll das Plättchen — wie gezeichnet —
p-leitend sein, jedoch kann auch ein n-leitendes
Plättchen Verwendung finden.
In das p-leitende Plättchen 10 gemäß F i g. 1 ist eine η-leitende Schicht 12 eindiffundiert Ihr Flächenwiderstand
liegt zwischen etwa 1 und 10 Ohm · cm-2. Sie ist
zwischen etwa 8 und 10 μΐη dick. Die Flächenform dieser
Diffusionsschicht ist der gewünschten Anwendung angepaßt Der Dotierungsgrad der Schicht 12 liegt
zwischen etwa 1019 und 1021 Atomen/cm3, z. B. Phosphor
oder Arsen. Die Schicht 12 kann in einem Transistorbereich eine Kollektorzone geringen spezifischen Widerstandes
bilden. Zwischen dem Grundkörper 10 und der η-leitenden Schicht 12 befindet sich ein pn-Obergang 11.
Als nächste Schicht ist — wie in F i g. 2 gezeichnet — auf die obere Fläche des Grundkörpers 10 eine
η-leitende Schicht 14 nach bekannten Verfahren epitaxial aufgewachsen. Diese epitaxiale Schicht 14 ist
gegenüber der Diffustonsschicht 12 hochohmig, aber sie ist niederohmiger als der Halbleitergrundkörper 10.
Die epitaxiale Schicht 14 hat zweckmäßig eine geringe Dicke. Die optimale Dicke beträgt etwa 10 μηι
und 20 μιπ. Es können jedoch — je nach dem Einzelfall
— auch Schichtdicken bis herab zu einigen wenigen Mikron oder bis herauf zu einigen hundert Mikron
verwendet werden. Das epitaxiale Wachstum der Schicht 14 kann auf die Oberseite des Plättchens 10
beschränkt werden, wenn letzteres vorher auf den Seitenflächen und auf der Unterseite mit einer
Oxydschicht 16 versehen wird. An allen Stellen, an denen die Schicht 14 unmittelbar auf dem Grundkörper
10 aufliegt, befindet sich ein pn-Übergang 15.
Der spezifische Widerstand der epitaxialen Schicht 14 ist derart bemessen, daß die genannte Querisolierung
ausreichend und der Sättigungswiderstand der Sehaltungsanordnung
niedrig genug ist. In diesem Sinn hat sich ein spezifischer Widerstand zwischen etwa 1 und 10
Ohm · cm im allgemeinen bewährt
Als nächstes wird entsprechend F i g. 3 eine p-leitende Diffusionsschicht 18 mit einer Dicke von etwa 3 bis 4 um
in der epitaxialen Schicht 14 erzeugt Die Diffusion kann, beispielsweise mit Bor, in bekannter Weise
erfolgen. An der den Schichten 14 und 18 gemeinen
Grenzfläche ist ein pn-Überzug 19.
Auf den so erhaltenen Körper wird eine Oxydabdekkung 21 aufgebracht, in der Fenster für Transistoremitter
u. a. frei bleiben müssen. Daher wird die Oxydschicht an den gewünschten Stellen weggeätzt Nach Abdecken
der für einen Emitter vorgesehenen Fläche 23, beispielsweise mit einem nicht gezeichneten Wachs,
wird an den Flächen 22 etwa die Hälfte oder etwas mehr als die Hälfte der Dicke der Schicht 18 abgeätzt Das
Ergebnis ist z. B. der in F i g. 4 dargestellte Körper mit den eingeätzten Vertiefungen 22. An Stelle der
Wachsabdeckung der Fläche 23 kann unter anderem
auch eine Photoresistab'deckung benutzt werden.
Im Anschluß hieran wird die Wachsschicht — nicht aber die Oxydschicht — von dem Körper entfernt, um
dann in die Vertiefungen 22 und uie Fläche 23 n-do'ierende Substanzen einzudiffundieren. Durch diese
Diffusion werden Kontaktflächen 25 bzw. 26 für Kollektor und Widerstand erhalten, bei denen n-leitender
Werkstoff geringen spezifischen Widerstandes durch die p-leitende Schicht 18 in die η-leitende Schicht
14 hineinreicht. Am Fenster 23 erstreckt sich die η-Dotierung jedoch nur teilweise in die Schicht 18.
Diese Herstellungsphase ist in F i g. 5 dargestellt. Zwischen Emitterzone 24 und der Schicht 18 ist ein
pn-Übergang gebildet.
Die an Hand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen Verfahrensschritte führen zu einer Transistorschaltung
mit Emitterzone 24, Basiszone 18 und Kollektorzone 12. Weiterhin entsteht ein Widerstandsbereich 18a in der
Schicht 18, der als Vorwiderstand der Kollektorzone 12 geeignet ist. An dem von der Kollektorzone 12
entferntesten Punkt des Widerstandsbereiches 18a kann eine Vorspannung angelegt werden. Der Stromweg
zwischen diesem Punkt und der Kollektorzone 12 soll durch den Widerslandsbereich 18a gehen und daher
eine entsprechende Isolierung aufweisen. Die Fig.6 zeigt den fertigen Aufbau mit an den beiden Enden des
Widerstandsbereiches 18a angebrachtem Vorspannungskontakt 27 und Kollektorkontakt 28.
Wenn bei der in F i g. 5 gezeichneten Schaltungsanordnung zwischen die Endpunkte der als Widerstand
vorgesehenen p-leitenden Diffusionsschicht 18a eine Vorspannung an Kontakte gelegt wird, welche nur die
Schicht 18a selbst berühren, so fließt in der Nähe des linken Endes der Schicht 18a zwangläufig ein Strom in
die darunter befindliche η-leitende Schicht 14. Dieser Strom besteht aus Löchern, welche durch die am
pn-Übergang 19 in Flußrichtung anliegende Vorspannung in die Schicht 14 injiziert werden, um schließlich
über den in Sperrichtung vorgespannten pn-übergang
15 in den Grundkörper 10 zu fließen, wie dies im Transistor üblich ist.
Wenn jedoch gemäß F i g. 6 der pn-Übergang 19 am positiven Vorspannungskontakt 27 und am Kollektorkontakt
28 kurzgeschlossen ist, wird eine Injektion von Löchern in die η-leitende Schicht 14 vermieden.
Auch längs der Diffusions- und Epitaxialschichten 18 bzw. 14 muß der Spannungsabfall manipuliert werden.
Hierzu ist die abschließende Herstellungsphase unter anderem vorgesehen. In ihrem Verlauf werden Widerstandskanäle
und Mesa-Strukturen für Transistoren — z. B. unter Anwendung der »Photoresistw-Technik —
geätzt. Die Ätzung erfolgt dabei bis tief in die epitaxiale Schicht 14 hinein. Unerwünschte Stromwege können
daher in der Schicht 14 praktisch nicht auftreten, d. h.,
die anfangs genannte Querisolierung ist in ausreichendem Maße hergestellt.
Das erfindungsgemäße Transistorgebilde hat einen Sättigungswiderstand, der vom Kontaktwiderstand 27,
vom Widerstand der Diffusionsschicht 12 und dem Widerstand der epitaxialen Schicht 14 (unterhalb des
Emitters 24) abhängt. Die ersten beiden Effekte sind dabei nur sehr geringfügig. Der Widerstand der Schicht
14 ist wesentlich kleiner als derjenige der entsprechenden Schicht in bisher bekannten integrierten HalbleiterschaJtungsanordnungen,
da die Schicht 14 hier ja wesentlich dünner ist als die entsprechende Schicht früherer Anordnungen. Wegen ihres relativ kleinen
Volumens trägt die Schicht 14 trotz ihres verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstandes nur wenig zum
Sättigungswiderstand der Transistorbereiche bei. Eine hochohmige Schicht ist in den Transistorbereichen nicht
erforderlich. Der sehr hochohmige Grundkörper 10 dient im wesentlichen als Unterlage (Träger) für die
Anordnung. Die Leitfähigkeit der einzelnen Bereiche der erfindungsgemäßen Anordnung kann durch Trägerinjektion
(infolge der Transistortätigkeit) und dadurch verändert werden, daß der Kollektorübergang im
Sättigungszustand in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, wodurch Löcher in den Kollektorbereich injiziert
werden. Durch derartige Leitfähigkeitsmodulationen und mit Hilfe der gut leitenden Diffusionsschichten,
welche unmittelbar unter dem Koilektorkontakt 28 liegen, wird erreicht, daß relativ hohe spezifische
Widerstände bestimmter Schichten der Schaltungsanordnung keine schädlichen Wirkungen auf die Arbeitsweise
der funktioneilen Bereiche mit sich bringen.
Der pr.-Übergang 15 zwischen der epitaxialen Schicht
14 und dem Grundkörper 10 bildet eine gute Isolierung zwischen den einzelnen funktionellen Bereichen der
Schaltungsanordnung. Der Grundkörper 10 befindet sich auf einer niedrigeren Spannung als die auf ihm
befindlichen η-leitenden Bereiche, wie z. B. die Schicht 12. Das ist erforderlich, weil der pn-übergang 11
andernfalls auf beträchtlicher Fläche in Durchlaßrichtung unter Vorspannung stünde, was eine elektrische
Entladung durch diese Fläche zur Folge hätte. Der
pn-Übergang 15 steht also überall in Sperrichtung unter Vorspannung. Daher kann eine Gleichstromkopplung
der funktionellen Bereiche durch den Grundkörper 10 lediglich infolge Streuung zustande kommen. Die
Wechselstromkopplung ist um so schwächer, je niedriger die Kapazität des pn-Überganges 15 ist. Auch
in dieser Hinsicht ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders günstig, da das Ausgangs;material
bezüglich des spezifischen Widerstandes keinerlei Beschränkungen unterworfen ist, also jeweils ein
Werkstoff mit größtmöglichstem Reinheitsgirad verwendet werden kann.
In herkömmlichen integrierten Schaltungsanordnungen führten unerwünschte Stromwege zwischen einzelnen
funktionellen Bereichen hauptsächlich durch den Halbleitergrundkörper. An sich können auch in der
epitaxial gewachsenen Schicht 14 gemäß Fig.5 unerwünschte Stromwege entstehen. Letztere sind
jedoch — wenn überhaupt vorhanden — wegen der außerordentlich geringen Dicke der Schicht nur sehr
schwach ausgeprägt, so daß sie nur geringe Wirkungen haben können. Diese Störströme lassen sich noch weiter
vermindern, wenn die Schicht 14 außer unter de···. Widerstandsbereichen, ζ. B. 18a, weggeätzt wird.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens zur Hersteilung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht
darin, daß für den Kollektorbereich keine Ausnehmung oder Einbuchtung in dem Ausgangsplättchen 10
erforderlich ist, da sich das Transistorgebilde auf nur einer Seite des Grundkörpers 10 befindet. Weiterhin ist
sehr vorteilhaft, daß sämtliche ohmschen Kontakte der
Schaltungsanordnung an deren oberen Fläche angebracht sind.
Im folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß aufgebauten und hergestellten
integrierten Halbleiterschaltungsanordnung beschrieben.
Die Fig.7 und 8 zeigen einen blockförmigen Halbleiterkörper, welcher die Funktion einer taktlogischen
Schaltung entsprechend dem Schaltbild gemäß F i g. 9 übernehmen kann. Außer bei solchen Schaltungen
können die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei zahlreichen anderen integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen,
wie Verstärkern, Oszillatoren, Multivibratoren, angewendet werden. Die Erfindung ist unter
anderem immer dann vorteilhaft, wenn zwischen zwei und mehr funktionellen Bereichen eine Isolierung
erforderlich ist.
Wesentliche Teile des genannten Taktgatters sind
gemäß Fig. 7 und 8 ein p-leitender hochohmiger Halbleitergrundkörper 110, in dem durch Diffusion
η-leitende Bereiche 112 erzeugt sind, eine epitaxial gewachsene η-leitende Schicht 114, eine diffundierte
p-leitende Schicht 118 und eine diffundierte n-leitende Schicht 124.
Am Eingang des Gatters liegen gemäß Fig. 7 und 9
die im wesentlichen Dreischichttransistoren darstellenden Gebilde 71 und 7J. Im einzelnen umfaßt jeder dieser
Transistoren einen Teil der η-leitenden Schicht 114 als Kollektor, einen Teil der p-leitenden Schicht 118 als
Basis und einen n-leitcnden Bereich 124 als Emitter. Die Kollektorbcreiche der Transistoren 71 und T2 und die
Basis des Transistors 7! sind kurzgeschlossen.
Der Transistorbereich T0 ist im wesentlichen so
hergestellt, wie das an Hand der F i g. i bis 6 erläutert wurde. Im vorliegenden Fall ist die niederohmige
Kollektorzone 112 jedoch etwas größer ausgelegt, um
gleichzeitig einen Flächenkontakt für die Ausgangsdiode D0 und eine Verbindung zwischen letzterer und dem
Kollektor des Transistors T0 zu schaffen. Die Diode Do
besteht aus der p-leitenden Schicht 118 und der η-leitenden Schicht 114. Die Widerstände Ru R2 und Λ3
werden aus Teilen der p-leitenden Schicht 118 gebildet. Ohmsche Kontakte 140 sind an den erforderlichen
Stellen der Schicht 118 vorgesehen.
Im gezeichneten Beispiel ist die p-leitende Schicht 118
außer an den für die Schaltungsanordnung erforderlichen Stellen weggeätzt. Statt dessen hätte die Schicht
118 auch von vornherein im gewünschten Muster in die epitaxialc Schicht 114 eindiffundierl werden können.
Um eine der Fig. 9 entsprechende Schaltungsanordnung
zu schaffen, müssen selbstverständlich Leitpfade — z. B. mittels Drähten oder aufgedampften Metallschichten
— zwischen dem Emitter von T2 und der Basis
118 von 7(i sowie zwischen dem F.mitter 124 von 71 und
der Basis von T2 hergestellt werden. Der Kollektorkontakt
G) von Tt3 und die B+ - und B- -Kontakte können in
ähnlicher Weise wie in F i g. 6 aufgebaut sein.
Im folgenden wird die Herstellung des in den Fig. 7
und 8 gezeichneten Körpers an Hand der wesentlichen Arbeitsgänge beschrieben. Die Erläuterungen beziehen
sich dabei lediglich auf die Herstellung sogenannter Mesa-Strukturen, d. h., eine zunächst eindiffundierte
zusammenhängende p-leitende Schicht wird anschließend wieder geeignet abgeätzt. Natürlich können statt
dessen auch Planarverfahren angewendet werden. Dabei wird die p-leitende diffundierte Schicht von
vornherein im gewünschten Muster erzeugt, so daß eine ebene Oberfläche entsteht. Außer dem im Beispiel
angeführten Silizium sind auch andere Halbleiter, wie Germanium oder Verbindungen aus den Elementen der
III. und V. Gruppe des Periodensystems, z. B. Galliumarsenid, Galliumantimonid, Galliumphosphid, lndiumarsenid
und Indiumantimonid, für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung geeignet. Weilerhin können bei
der Herstellung der Anordnung die Leitungstypen der verschiedenen Bereiche gegenüber dem Beschriebenen
auch umgedreht sein.
Ausgangsmaterial ist im Beispiel ein Plättchen 110 aus
Silizium. Es hat einen sehr hohen spezifischen Widerstand von annähernd 5000 Ohm - cm und ist
durch Dampfdiffusion p-dotiert. Das Plättchen kann von einem Kristall abgespalten und dann auf einer seiner
Flächen durch Polieren und Ätzen geglättet sein.
Diese Oberfläche wird thermisch mit Wasserdampf bei etwa 11500C rund 1 μπί tief oxydiert und
anschließend unter Verwendung bekannter Wachsoder Photoresislmasken durch Ätzen mit Flußsäure mit
Fenstern für die Eindiffusion einer niederohmigen n-lcitenden Schicht 112 versehen. Letztere Schicht
entsteht bei etwa halbstündiger Phosphordiffusion bei rund 1O75°C. Als Dotierstoffquelle dient dabei P2O5 mit
einer Temperatur von etwa 31O0C und als Trägergas trockener, mit 1 l/min strömender Sauerstoff.
Um zu verhindern, daß bei der Bildung der epitaxialen Schicht 114 der Phosphor aus den Bereichen 112
ausdiffundiert, ist es zweckmäßig, die gesamte Oberfläche des Plättchens 110 vor der Phosphordiffusion
gleichmäßig durch p-Diffusion, z. B. mit Gallium, zu dotieren (nicht gezeichnet).
Nach der Phosphordiffusion wird die verbleibende Oxydschicht mit Flußsäure abgeätzt und dann eine
Schicht ί 14 aus n-leiiendeni Silizium epitaxial so
aufgewachsen, daß sie einen spezifischen Widerstand von annähernd 3 bis 30 Ohm ■ cm und eine Dicke von
etwa 13 μιτι erhält. Bei diesem Prozeß wird die
Siliziumoberfläche zuerst 30 Minuten lang in einem Ofen bei etwa 1230° C mit sauberem Wasserstoff gas
gereinigt. Für die Epitaxie selbst wird alsdann eine Atmosphäre aus Wasserstoff und Siliziumtetrachlorid,
letzteres etwa mit einem Partialdruck von 13 mm Hg, etwa 20 Minuten lang durch den auf rund 1230°C
erhitzten Ofen geblasen. Die Schicht 114 wächst dabei um etwa 0,3 μιη in die Dicke.
Nach Bildung der epitaxialen Schicht 114 folgen noch
einige bei der Herstellung von integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnungen mehr oder weniger übliche
Verfahrenss( hritte, also unter anderem Oxydationen, selektive Ätzungen und Diffusionen.
Zuerst wird die Schicht 118 nach Oxydation und
gegebenenfalls geeigneter selektiver Ätzung der Plättchenoberfläche
auf letztere, z. B. durch 75minutige Galliumdiffusion, aufgebracht. Darauf werden durch
weiteres selektives Ätzen der Oxydschicht in dieser Fenster für Emitter und den zuletzt erzeugten
pn-Übergang (zwischen 114 und 118) kurzschließende Kontakte freigelegt. Nach Abdeckung der Emitterfenster
mit Wachs folgt eine Tiefenätzung — bis zu etwa 5 μπι mit einer Mischung aus Salpeter- und Flußsäure —
der Flächen für die genannten kurzschließenden Kontakte. Dann wird nach Entfernung der Wachsschicht
20 Minuten lang bei 10750C aus einer P2O5-Quelle stammender Phosphor mit trockenem
Sauerstoff als Trägergas in die Flächen für Emitter und kurzschließende Kontakte eindiffundiert. Danach wird
die Oberfläche von Oxydschichten gereinigt und mit Ausnahme der für ohmsche Kontakte vorgesehenen
Stellen mit einem Photoresistüberzug versehen. Im Anschluß hieran wird ein etwa 0,5 μπι dicker Aluminiumfilm
auf die gesamte Oberfläche aufgedampft. Sowohl der Photoresistüberzug als auch das auf ihm
liegende unerwünschte Aluminium wird dann mittels einer Trichloräthylenlösung wieder entfernt. Zur Herstellung
der Mesa-Struktur wird darauf eine neue Photoresistabdeckufig geeigneten Musters aufgebracht,
und die freien Stellen werden zwischen 7 und 10 μιτι tief
W) ausgeätzt Nach Abdeckung der Kollektorstellen der
Mesa-Flächen mit Wachs wird weiter etwa 5 bis 8 μπι
tief geätzt. Durch diesen Ätzvorgang werden sowohl Mesa-Transistoren, Mesa-Dioden und Mesa-Widerstände
als auch Isolierkanäle an den notwendigen Stellen
b5 erhalten.
Das vorbeschriebene Fertigungsverfahren wurde bereits erfolgreich angewendet. Die angegebenen
Zeiten, Temperaturen und sonstigen Parameter gelten
ohne Beschränkung allgemein. Bei Vergleichen zwischen bekannten und erfindungsgemäßen Taktgattern
wurde festgestellt, daß die Ansprechzeit auf Eingangsimpulse durch die epitaxial gewachsene Schicht 114 auf
etwa ein Fünftel reduziert ist. Weiterhin sind die
110
VerstarKfi eigenschaften der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gegenüber dem Bekannten durch die Verminderung des Sättigungswiderstandes in den
Transistorbereichen wesentlich verbessert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aus einem einzigen Halbleiterblock, in welchem eine
Vielzahl bis auf die gewünschten Stromwege voneinander isolierter, verschieden dotierter funktioneller
Bereiche vereinigt sind, die zur Ausführung der Einzelfunktionen der Bauelemente einer elektrischen
Schaltung geeignet sind, mit einem oder mehreren auf dem Grundkörper des Halbleiterblokkes
ausgebildeten, stark dotierten Diffusionsbereichen, über welchen eine die funktioneilen Bereiche
aufnehmende epitaxiale Schicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die
Diffusionsbereiche (12) und die epitaxiale Schicht (14) gegenüber dem Grundkörper (10) umdotiert
sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen spezifischen
Widerstand von mindestens 100 Ohm · cm besitzt und daß die epitaxiale Schicht zwischen 10
und 20 μπι dick ist und ihr spezifischer Widerstand
zwischen 1 und 100 Ohm · cm, insbesondere zwischen 3 und 30 Ohm ■ cm, liegt
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung
des Widerstandes zwischen den einzelnen funktionellen Bereichen die epitaxiale Schicht zwischen den
Bereichen im wesentlichen weggeätzt ist
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht
(18) der epitaxialen Schicht (14) durch Diffusion umdotiert ist und daß Teile (18aJ der
umdotierten Oberflächenschicht als Kollektorvorwiderstände von funktioneilen Transistorbereichen
vorgesehen sind, wobei der pn-übergang (19) zwischen der epitaxialen und der umdotierten
Schicht sowohl am Kollektorkontakt (28) als auch am Eingangskontakt (27) der Vorwiderstände
kurzgeschlossen ist (F i g. 6).
5. Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei auf
einem Grundkörper begrenzte Diffusionsbereiche ausgebildet und darüber eine die funktioneilen
Bereiche aufnehmende epitaxiale Schicht aufgewachsen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diffusionsbereiche (12) insbesondere mit einer Dotierstoffkonzentration von 1019 bis 1021 Atomen/cm2
gegenüber dem Grundkörper umdotiert werden.
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---|---|---|---|
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