DE1944793A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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DE1944793A1 DE19691944793 DE1944793A DE1944793A1 DE 1944793 A1 DE1944793 A1 DE 1944793A1 DE 19691944793 DE19691944793 DE 19691944793 DE 1944793 A DE1944793 A DE 1944793A DE 1944793 A1 DE1944793 A1 DE 1944793A1
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Description

Va/RV.
Halbleiterbauelement·
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement} das aus einem Halbleiterkörper oder einem Teil desselben mit einem Substratteil vom einen Leitfähigkeitstyp, einer epitaktisohen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp auf dem Substratteil und zwei getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besteht, die sich je längs der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht und dem Substratteil erstrecken und zu je einem gesonderten im Körper oder im Teil desselben gebildeten Schaltungselement gehören. Ein derartiges Bauelement kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein, wobei die epitaktische Schicht eine Anzahl von Inseln enthält und wobei 3ich mindestens ein Schaltungselement in jeder Insel befindet. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelemente.
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BAD ORIGINAL
-2- PHB. 31902.
3ei einer allgemein bekannten Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschaltung befindet sich eine Anzahl n-leitender Inseln in einer n-leitenclen epitaktischen Sehichti die auf einem p-leitenden Substrat mit hohem spezifischem Widerstand angebraoht ist. Die Inseln werden in der epitaktischen Schicht von p- leitenden Zonen mit niedrigem spezifischem Widerstand begrenzt, die sich in der Schicht von deren Oberfläche zu dem p-leitenden Substrat erstrecken. Die p-leitenden Zonen sind, durch Diffusion erhalten und werden als "Isolierzonen" bezeichnet. Die Halbleiterschaltungselemente befinden sich in den η-leitenden Inseln und sind durch Diffusion -von Verunreinigungen in die OberflSchenteile der Inseln durch Oeffnungen in einer schützenden isolierenden auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht angebrachten Maskierungsschicht gebildet*
Sie unterschiedlichen in den Inseln befindlichen Schaltungselemente werden miteinander verbunden durch Metallstreife, die mit Oberflächenteilen der unterschiedlichen Schaltungselemente in Kontakt sind und sich weiter auf der schützenden Isolierschicht erstrecken^ Eine elektrische Isolierung zwischen gesonderten Schaltungselementen in verschiedenen Inseln wird dadurch erhalten, dass die pn-Uebergänge zwischen den η-leitenden Inseln einerseits und dem p- leitenden Substrat und den Isolierzonen anderseits in der Sperrrichtung vorgespannt weraen. Wenn das Schaltungselement ein bipolarer Transistor, z.B. ein planarer npn--Transistor mit.diffundierten Emitter- und Basiszonen ist, bildet das ursprüngliche Material der n-leitertden Insel in de.r n-leitenden >' epitaktischen Schicht die Kollektorzone. Infolge des Vorhandenseins aes p-leitenden Substrats muss sich der Kollektorkontakt auf der Oberfläche der epitäktischen Schicht befinden. Zur Verbesserung der
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-J- PHB. 31902»
Traneistorkenniinien kann eine sogenannte "vergrabene Schicht" (die nachstehend auch als "vergrabene iSone" bezeichnet wird), die aus einer n^-leitenden Zone besteht, auf der Oberfläche dee Substrats unter demjenigen Teil der Insel angebracht sein, in dem sich der Transistor befindet. Dadurch wir α. die Lateralleitung in der Kollektorzone verbessert« Ausserdem kann sich eine η-leitende Zone von dum Kollektorkontakt auf der Oberfläche her durch die Kollektorzbne hin bis zu der η-leitenden vergrabenen Schicht erstrecken.
In den Figuren 1 bis 3 der beiliegenden schematischen Zeichnungen werden einige der Herste1lungsstufen bei der Bildung einer üblichen integrierten Halbleiterschaltung veranschaulicht. Die Figuren zeigen im Querschnitt einen Teil des Halbleiterkörpers aer Schaltung, der zwei npn-Transistoren enthält. Fig. ,1 zeigt eine η-leitende epitaktische Schicht auf einem p-leitenden Substrat mit zwei η-leitenden vergrabenen Schichten zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht, wobei diese vergrabenen Schichten durch Diffusion einer Donatorverunreinigung in begrenzte Oberflächenteile des p*-ieitenden Substrats ^eDiiaet sind, bevor die n-leitende epitaktische Schicht auf αϊ esem Substrat niedergeschlagen wird. Fig· 2 zeigt den Halbleiterkörper nach einer folgenden Herstellungsstufe, bei der^p-leitenae Isolierzonen gebildet sind, die sich in der epitaktiBchen Schicht zu aeo Substrat erstrecken und somit die epitaktische Schicht in eine Anzahl η-leitender Inseln teilen, die je eine n-leitenae vergraoene Schicht aufweisen. Fig. 3 zeigt den Körper nach cer Bildung aer Emitter- und Basiszonen zweier Traneistoren in zwei benachbarten n-ieitena.en Inseln in der epitaktischen Schicht· Jeder Transistor weist eine r.-leitende Kollektorzone ait einer
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QAS
ri-le it enden vergrabenen Schicht auf, die sick unter den. Emitter- und Basiszonen erstreckt« Der Kollektorkantakt ist auf einem. Öberfläcliein,-teil der epitaktischen Schicht angebracht, in dem durch örtliche Diffusion eine η-leitende Zone gebildet ist· Fig. 4 zeigt eine Variante der integrierten Schaltung nach Fig· 3, bei d&r die Kollektorzone eine diffundierte n^-leitende Zone enthalt, die sich von der Oberfläche der epitaktischen Schicht her zu der rt-leitenden vergrabenen^Sehicat erstreckt una dafür sorgt, dass ein niedriger Kollektor-Reihenwiderstand erhalten wird, wenn der Kollektorkontakt auf einem Ober— flächenteil dieser diffundierten r£-leitenden Zone liegt· Bs ist einleuchtend, dass auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht eine schützende Isolierschicht angebracht ist, in der sich Oeffnungen zur Aufnahme ohmscher Kontakte mit den unterschiedlichen Zonen der Transistoren befinden} diese sind der Deutlichkeit halber aber nicht in den Figuren dargestellt· Eine elektrische Isolierung zwischen den beiden Transistoren wird beim Betriebdadurch erhalten, dass die pn— Uebergange zwischen den η-leitenden Kollektorzonen und dem p-leitenden Substrat und den Isolierzonen in der Sperrichtung vorgespannt werden. Es hat sich herausgestellt, dass für gewisse Schaltungszwecke diese sogenannte Isolierung mittels pn-Uebergänge nicht besonders befriedigend wirkt, weil die Kapazität pro öberflächenelnheit der isolierenden pn-Uebergänge zu hoch ist·
Neulich wurden unterschiedliche Strukturen integrierter Schaltungen vorgeschlagen, oei denen durch zweckmäesige Anwendung von Techniken epitaktischer una vergrabener Schichten die Herstellungsstufen vereinfacht werden, während die elektrischen Kennlinien der Schaltungen verbessert werden. Bei diesen Strukturen wird von der
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Tatsache ausgegangen, dass das Substrat und die epitaktische Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind und im allgemeinen beide aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand bestehen. Durch Verwendung eines Materials mit hohem spezifischem Widerstand sowohl für das Substrat als auch für die epitaktische Schicht kann eine niedrige Kapazität pro Oberflächeneinheit der isolierenden pn-Uebergänge erhalten werden. Wenn aber ein derartiges Material mit hohem spezifischem Widerstand von dem eben erwähnten einen Leitfäliigkaitstyp sowohl für die epitaktische Schicht als auch für das Substrat benutzt wira, ergeben sich bei der Herstellung Probleme, wenn es erwünscht ist, dass zwei oder mehrere getrennte vergrabene Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp an der Grenzfläche zwischen' der epitaktischen Schicht und dem Substrat angebracht werden« Wenn z.B. ein p-leitendes Substrat mit hohem spezifischem Widerstand verwendet wird und vor der Ablagerung auf diesem Substrat einer p-leitenden epitaktischen Schicht mit hohem spezifischem Widerstand zwei oder mehrere getrennte hochdotierte ni—leitende Zonen auf der Substratoberfläche gebildet werden, die nach der epitaktischen Ablagerung sogenannte "vergrabene Zonen" bilden, ergibt sich das
Problem, dass zu Beginn der epitaktischen Ablagerung der p-leitenden Schicht bei der hohen Temperatur des Substrats die Donatorverunreinigung mit hochdotierten η·:- leitenden Zonen nach umgebenden bei der Ablagerung angewandte Gasatmosphäre ausdiffundieren und dann wiederum auf der ganzen Oberfläche in einer grBsseren Konzentration als die aus der umgebenden Gasatmosphäre niedergeschlagenen Akzeptorverunreinigungen niedergeschlagen werden kann. Dadurch kann ein parasitäres η-leitendes epitaktisches Kanalgebiet auf der Substrat-
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oberfläche ^gebildet werden, wolches Geoiet sich^wiBeteeMiiden η -leitenden vergrabenen Zonen erstreckt. · Bei"-"e:irie't"--i:nie'g*ieTten:^iis«J"m'i, Schaltung, bei der 2· B. 'die' η -leitenden vergräberieiiZörien "einen·.:;-.= .Teil der KöTiek'torzonen gesonderterTransistoren bilden, ^M ■Vorhandensein des parasitären' η-ϊeitenden-Kanals zur'-'Poigej deCsfs CIe.; die Kollekt'orzorien elektrisbh kurzgeechlossen werden* -Die "Bildung· .-· des parasitären n-leitenaen Kanals kann dadurch verhindert werden, * dass die Verunreiriigungskohzentration für'die epitaktische Schicht höher gewä'tilt, wird; dies'wird aber weitere Schwierigkeiten herbei- ' führen, weil die■elektrischen Kennlinien der Schaltung beeinträchtigt und die weiteren Hereteliungsetufen'komplizierter werden können· *
Nach der Erfindung ist ein Halbleiterbauelement,ί das ΐ** einen Halbleiterkörper oder Teil desselben mit einem Substrat vom · einen LeitfShigkeitstyp, einer epitaktischen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp auf dem SubstraV und zwei voneinander ijetrennten ; vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält, die sich je längs der (jrensi'läche zwischen dem Subetratteil und; der epitaktischen Schicht erstrecken und zu gesonderten Schaltungs-' elementen gehören, die im Körper oder Teil desselben gebildet sind", gekennzeichnet aurch eine isolierende vergrabene Zone vom einen ^ Leitfähigkeitstyp, die sich an der Grenzfläche zwischen dem Sübsträtteil und der epitaktischen Schicht befindet, wobei die isolierende Zone einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Subetratteil und die epitaktische Schicht hat und dient zur Verhinderung der /
Bildung eines parasitären Kanals vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten LeitiUMgkeitetyp.
-?- 194A793 raB· 31902·
Eine Anordnung dieser Bauart vreist mehrere Vorteile auf, insbesondere in Zusammenhang mit den Herstellungsschritten, bei denen sich die obenerwähnten Probleme- ergeben können, wenn eine epitaktieehe Schicht vom einen Leitfithigkeitstyp auf einem Subs tratteil vom einen LeitfShigkeitstyp mit hohem spezifischem Widerstand niedergeschlagen wird, welcher Substratteil zwei QberflSchenzonen vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp enthält. Wenn bei der Herstellung lie isolierende Zone angebracht wird, bevor die epitaktische Schicht niedergeschlagen wird, und wenn die Bedingungen, unter denen die epitaktische Ablagerung erfolgt, derartig sind, dass etwaige Verunreinigungen aus der vergrabenen Zone in die Gasphase hi neir.dif fundiert una aann wiederun auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen werden, wird die gar.ze niedergeschlagene Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp sein, weil unter den erwähnten Bedingungen eine gewisse Diffusion der den einen Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung aue der isolierender. Zone mit niedrigerem spezifischem 'liderstand in den darauf liegenden Teil der epitaktisch niedergeschlagenen Schicht stattfinden rfird· Die Bildung eines parasitären Kanals vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den voneinander {."^trennten vergraoenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wird, .auf diese Weise vercindert·
Bei einer bevorzugten Ausftihrungsfcrm eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung igt die isolierende vergrabene Zone eine Ortlich diffundierte Zone, während an der Grenzfläche zwischen dem Substratteii und der epitaktiscnen Schicht die isolierende vergrabene Zone von einen Leitfähigkeitst^p mindestens eine der beiden vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp völlig
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umgibt· Eine derartige diffundierte isolierende "vergrabeiie Zone '? hat vorzugsweise die Form eines Gitters, wobei die beiden vörgra-' denen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in verschiedenem Löchern des Gitters liegen* Unter bestimmten Bedingungen,insbesondere wfenn die DöttierüngskönzentrH.tipii ir; der isolierenden Zone1 nicht erheblich grosser, ζ·Β. nur ^Q mal, grosser als die BdttierurigskönZöntration im Sübstratteil ist, kann die diffundierte isolierende Zone sich bis in die^unmittelbare Nähe der vergrabenen Zonen vööi entgegengesetzten Leitftthigkeitstyp erstrecken, oder sogar aiese fc Zonen -berühren, was bei einer integrierten Schaltung, bei der eine
grosse Dichte Von Schaltungselementen für ein bestinimtes Gebiet ■"" " erförderlich ist,. erwünscht sein kannj weil in dies em Falle die -''.-.■ Anwendung der isolierenden Zone nicht notwendigerweise eine wichtige Verringerung der erwähnten Dichte herbeiführen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Halbleiterbau-^ ' ■ " eleitentes nach, der Erfindung oefindet sich die isolierende vergräDfene Zone in einer auf der Grenzfläche liegenden Schicht dee Substratteilee mit niedrigerem spezifischen Wiüers-tand. Biese Schicht kann eine · '■-■'-■''/
epitaktische Schicht oder eine aifi'undierte Schicht sein. Wenn'aieäe - ' -...-;.._■■
f Schicht eine diffundierte Schicht ist, kann sie bei der Herstellung -r-
der Schaltung vor oder nach der Bildung der voneinander getrennten ---'■■*=■ Zonen vora entgegengesetzten Leitfär.igkf:itstyp auf der Oberfläche ' * ■
des Subsxrätteiies gebildet werden. ι - ■
ι . ■ -
Bei einem Haibleiterosueleraent nach-der Erfindung, z.B. ^
einer integrierten Hai oleiterfcchaltung, gehören die vergrabenen ■- -
Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorzugsweise zu Inselnvom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die sieh, in der epitaktischen'-
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-9- 194A793 ΡΗΒ· 31902·
Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp befinden. Diese Inseln enthalten die Schaltungselemente, während die vergrabenen-Schichten mit den Schaltungselementen koordiniert sind} die vergrabenen Zonen können z.B. einen Teil der Kollektorzonen bipolarer Transistoren bilden. Die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp können auf verschiedene Weise gebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung werden die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zum grössten Teil durch Diffusion einer den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung in die epitaktische Schicht aus hochdotierten voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitf ähigkeitstyp gebildet, die sich längs der Grenzfläche zwischen dem Substratteil und der epitak-i . tischen Schicht erstrecken.
Bei einem derartigen Bauelementen, bei der die -Inseln durch Diffusion aus der vergrabenen Zonen gebildet sind, werden unterschiedliche Vorteile erhalten, und zwar (a) in bezug auf die elektrischen Kennlinien der erhaltenen integrierten Schaltung und (b) in bezug auf die betreffenden Kerstellungsschritte. Wenn das Halbleiterbauelement eine integrierte Halbleiterschaltung ist, kann die Kapazität pro Oberflächeneinheit der isolierenden pn-Uebergänge durch passende Wahl des spezifischen Widerstandes des Substratteiles und der epitaktischen Schicht niedrig gewählt werden. Wenn der Substmtteil un'd die auf diesem befindliche epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp beide aus einem Material vom einen Leitfähigkeitstyp mit hohem spezifischem Widerstand bestehen, können sich die zu den isolierenden pn-Uebergängen gehörigen KrschöpfungsBOhiohten über einen grossen Abstand in diesem Material von einen LeitfShigkeitstyp er-. ; strecken, wodurch eine niedrige Kapazität pro Qberflächeneinheit erhalten wird. Da die Inseln vom einen Leitfähigkeitstyp durch Diffusion
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aus der vergrabenen Schicht erhalten sind, kann eine epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp angewandt werden, deren spezifischer Widerstand höher ist als bei der Herstellung integrierter Schaltungen üblich ist· Ausserdem ist bei der Herstellung einer derartigen integrierten Schaltung nicht erforderlich, dass diffundierte Isolierzonen zwischen der Oberfl&che der epitaktischen Schicht und'dem Substrat angebracht werden, weil Isoiierzohen in dieser integrierten Schältung durch' diejeniger/Teile" der epitaktischen Schicht vom einen teitfSßig~ keitstyp gebildet werden, in die die Verunreinigung vom entgegengesetzter Leitfahigkeitsty^ nicht hineindiffundiert ist» "·: · « : .
Die vergrabenenÄonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp können aus diffundierten Zonen bestehen, die in Teilen der Oberfläche des Substrates gebildet sind, bevor darauf die epitaktische Schicht niedergeschlagen wird* Auch können die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aus Teilen einer epitaktischen Schicht vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp bestehen,, die auf Teilen der Oberfläche des Substrates angebracht sind, bevor die epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp aufgebracht worden ist5
Die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der epitaktischen Schicht sind vorzugsweise nahezu völlig durch Diffusion des den entgegengesetzten Leitfähigkeite typ bestimmenden Elements in die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet, wobei die diffundierten Zonen die Inseln bilden und sich Ober die ganze ; Sicke der epitaktischen Schicht von dem Substratteil bis zu der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht erstrecken· Bei einer andere»?! bevorzugten Aue fUhiungs form sind die Ine ein veto»
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entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp ir. der epitaktischen Schicht teilweise durch Diffusion des den entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp bestimmenden Elemente in die epitaktische Sch'icht aus den vergrabenen Zonen gebildet, wobei die gebildeten diffundierten Zonen vom entgegengesetzten -Leitfähigkeitstyp sich von dein Sübetratteil hei in Sichtung * de* vom Sübsträtteil abgekehrte« Oberfläche der epitäktiSchen Schicht nur Übel· einen ?eü der Didke der epitäktischen Schicht erstrecken» während die Inseln lh der epitäktischen Schicht je weiter durch an der Oberfläche liegende Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet Sind, die eich in der e±;itaktischen Schicht voü der Oberfläche zu deft diffundierten Zonen vom entgegenk'esetzten Leitfähigkeitstyp erstrecken«
Wie bereits er*'ähiit wurdef ist nach, einer bevorzugten Aus führung« form ein in eir.or Ins öl liegendes Schaltungselement ein . bipolarer Transistor.
Der erwähnte Iran^i&toi· besteht vorzugsweise aus einer Kollektoraone vom entgo^entesetzten LeitfShigkeitstyp, in der die Dotiferungskonzentratiori vo.,, ent^e^engesetZten Leitfähigkeits typ durch das in der vez*grabenen Zone vorhandene und aus dieser Zono ausdiffundierte Element bestimmt ist, aus einer Basiszone vom einen Leitfähi^- koitstyp, dip durch Einfuorunij eines den einen Leitfähigkeits typ bestininenden Verunroinit^niiSelenients ir- die epitaktische Schicht von einem CberflScher.teil cer oax-in befindlichen Insel her gebildet wird, und aus einer Emitterzone votu ent£;et^r'SeSe^zten Leitfähiglceitstyp, die durch Einftthxvng eines der. fürvtüe^engesetzten Leitfähigkeitstyp beetiaaenden Yeri4nreir.ifc-an&-s«il«.räents in üe epitaktische Schicht von einem Oberflächenteil der aarin bt-firtüichen Insel her gebiloet wird» Dieser Trarjsistor enthalt ir. einem an der Oberfläche liegenden Teil der epitiuctisohen Schicht, ir..der sich die Kollektörzone
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■Λ 8AOOfHGtNM.
in Ricbfung auf- die erwähnte Oberfläche erstreckt, vorzugsweise eine diffundierte Zone vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp mit niedrigem spezifischem Widerstand, auf der sich der Kollektorkontakt befindet. Die erwähnte diffundierte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischem Widerstand erstreckt sich dabei vorzugsweise in der epitaktischen Schicht bis zu der vergrabenen Zone-vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp.
In einem Halbleiterbauelement nach der Erfindung ist auf der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen. Schicht eine Zone vom einen LeitfShigkeitstyp mit niedrigerem spezifischem j _■ Widerstand angebracht, um zu verhindern, dass sich in der epitaktischen Schicht ein ununterbroehener parasitärer Oberflächenkanal vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den Inseln vom entgegengesetzter LeitfShigkeitstyp bildet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines HaibleiferoauelementB nach der Erfindung bilden die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einen Teil von Kollektorzonen bipolarer Traneistoren, wobei jede Kollektorzone eines der- ._-.;.-_ artigen Transistors ferner eine an der vom Substrat abgekehrten Ober- : -~ fläche der epitaktischen Schicht liegende Pingzone vom entgegengesetzten.. Leitfähigkeitstyp enthält, ixe sich in der epitaktischen Schicht zwischen der vergrabenen Zone und der erwähnten Oberfläche erstreckt, während die Basiszone des Transistors in einer Insel vom einen. Le.it-. fähigkeitötyp in der epitaktischen Schicht liegt, welche Insel sich ., innerhalb der zur Kollektorzone gehörende.Ringzqne befindet, wobei die Emitterzone des Transistors aus einer Zone vom entgegengesetzten Leitfahigkeitetyp besteht, die sich in der erwähnten Insel von der
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Oberfläche- her eretreokt· Die Basiszone kann eine Konzentration an einer diffundierten den einen Leiifähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung enthalten·
Bei einer anderen bevorzugten Aus führungshorn* eines Halbleiterbauelements nach der Erfindung, bei der die epitaktische Schicht Inseln voril^gBgengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält» befindet sich in mindestens einer der Inseln ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode, welche Feldeffekttransistor Zu- und Abflusszonen vom einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischen Widerstand, die sich in der epitaktischen Schicht von deren vom Substratteil abgekehrten Oberfläche her erstrecken, und eine zwischen diesen Zonen an der Oberfläche der epitaktischen Schicht liegende Kanalzone enthält, während eine Torelektrode vorgesehen ist, die durch 'ein Isoliermaterial von der Kanalzone getrennt ist. In der epitaktischen Sohicht befindet sich vorzugsweise ausserhalb der den Feldeffekttransistor erhaltenden Insel mindestens ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode mit einer Polarität, die der des in der Insel liegenden Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrode entgegengesetzt ist. Dieses Bauelement kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein, die Komplet ' mentärpaare von Feldeffekttransistoren nit isolierter Torelektrode enthält, d.h., dass sich Transistoren der einen Polarität in der Insel oder den Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der epitak— tischen Schioht und Transistoren der entgegengesetzten Polarität im übrigen Teil oder in den übrigen Teilen der epitaktischen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp befinden*
Das Halbleiterbauelement kann aus Silizium und das schützende Isoliermaterial auf der Oberfläche der epitaktischen Schioht
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fcADOß
kann aus Siliziumoxyd, Siliciumnitrid oder Schiohtstrukturen bestehen, in denen diese beiden Materialien angewandt werden; auch kann dieses Isoliermaterial Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat, gegebenenfalls in Kombination mit einander oder mit einem der anderen vorerwähnten Isolatoren, enthalten·.
Naoh einem weiteren Merkmal der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, bei dem zünSohftt:auf der OberflSehe eine« Halbleitersubetratteiles vom einen Leitfähigkeitetyp zwei getrennte Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, dann eine epitaktisohe Schicht vom einen Leitfähigkeitetyp auf der Oberfläche des Substratteiles abgelagert wird, damit die Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu vergrabenen Zonen gebildet werden, und schliesslich Halbleiterschaltungselemente gebildet werden, die mit den vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp koordiniert sind, vor der Ablagerung der epitaktischen Schicht eine isolierende Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als das Substrat und die epitaktische Schicht auf der Oberfläche des Substratteiles gebildet, wodurch verhindert wird, dass sich ein parasitärer Kanal vom entgegengestezten Leitfähigkeitstyp zwischen den getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrene wird die isolierende Zone durch örtliche Diffusion eines den einen Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselemente in einen Teil > der Oberfläche des Substratteiles gebildet, der das Gebiet, in dem * mindestens eine der Zonen voa entgegengestezten Leitfähigkeitstyp angebracht ist oder angebracht werden soll, umgibt·
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Bet einer anderen bevorzugten Ausführungeform dieses Verfahrens wird die isolierende Zone durch die Anbringung einer Sohioht vom einen Leitfähigkeitstyp ait niedrigerem spezifischem Wideretand auf der Oberfläche oeö Substratteiles gebildet· Diese Oberflächenschicht mit nieorigerera spezifischem Widerstand kann durch
Diffusion gebildet werden oder kann eine epitaktische Oberflächenschicht sein.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren 5 -der beiliegenden Zeichnungen n&her erläutert· Ee zeigen:
■ Figuren 5-7 Querschnitte durch den Halbleiterkörper einer integrierten Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transistoren während verschiedener Stufen in der Herstellung der Schaltung}
Fig. θ einen querschnitt durch den Halbleiterkörper einer integrierten Halbleiterschaltung, die eine Variante der Schaltung ■ naoh Fig* 7 i«tf
Figuren 9 - ti Querschnitte durch den Halbleiterkörper einer anderen integrierten Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transietoren während verschiedener Stufen in der Herstellung der Schaltung)
Fig· 12 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper einer Variante^der integrierten Halbleiterschaltung, nach Fig. 11 j
Figuren 13 und 14 viuerschnitte durch die Halbleiterkörper zweier weiterer integrierter Halbleiterschaltungen, die je Feldeffekttransistoren dt isolierter Torelektrode entgegengesetzter Polaritäten enthalten, und
Figuren 15 und 1f Querschnitte durch die Halbleiterkörper sweier weiterer integrierter Halbleiterschaltungen ait je zwei bi-
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polaren Transistoren· .
In den Figuren 5-7 wird von - einem Substratt 11 aus p~-leitendem Silizium mit einer Dicke von etwa 2QO ßm und einem spezifischen Widerstand von 40 Q.cm ausgegangen. Mit Hilfe üblicher Oxydmäskierungs-*· und Diffusionstechniken werden η -1 eitende Zonen 12 und ein p- leitendes Raster 27 in der Oberfläche des Substrates gebildet. Als Dönatorverunreinigung verwendeter Phosphor wird in das Substrat 11 hineindiffundiert, wodurch die Schichten 12 gebildet werden, während als Akzeptorverunreiriigung benutztes Bor in das Substrat 11 hineindiffundiert wird, wodurch das Raster 2? gebildet wird, das einen niedrigeren spezifischen Widerstand als daß Substrat 11 hat. Dei· Deutlichkeit halber ist in Pig· 5 die maskierende Oxydschicht >
auf der, Substratoberfläche 13 nicht dargestellt· Die maskierende Oxydschicht wird nach Diffusion des Phosphors und des Bors entfernt und eine aus p-leitendem Silizium bestehende epitaktische Schicht mit einer Dicke von 5 Mm und einem spezifischen Widerstand von 5 ß«cm wird epitaktisch auf der Substratoberfläche 13 niedergeschlagen. Die Schicht 14 vergräbt somit die n++-leitenden Zonen 12 und das p-leitende Raster 27· Wenn die Bedingungeni unter denen die epitaktische Ablagerung stattfindet, derartig sind, dass der Phosphor in den Zonen 12 in die Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf der Oberfläche niedergeschlagen wird, wird durch das Vorhandensein des p-leitenden Rasters 27, das jede der Zonen 12 umgibt, die Bildung eines ununterbrochenen nleitenden Filmes auf der Oberfläche verhindert,- weil eine geringe Menge der Borkonzentration auf dea p-leitenden Raster 27 in die darauf liegenden Teile der niedergescaiagenen Schicht hineindiffundieren, wird, wodurch eine Akzeptorkonzentration erhalten wird, die grosser
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als die wiederum niedergeschlagene Donatorkonzentration ist· Die niedergeschlagene Schicht besteht nun völlig aus p^-leitendem Material und die Bildung eines parasitären η-leitenden Kanals zwischen den n++-leitenden vergrabenen Zonen wird verhindert. Wahrend und nach der Ablagerung der Schicht 14 wird der Phosphor in den vergrabenen Zonen 12 weiter in das Substrat 11 und in Teile der darauf liegenden epitaktischen Schicht 14 hineindiffundiert. Dadurch wird die Struktur nach Fig. 6 erhalten, bei der die ursprüngliche Substratoberflache 13 rait einer gestrichelten Linie angedeutet ist* Der Phosphor ist diffundiert, um die Teile der epitaktischen Schicht oberhalb der vergrabenen Zonen 12 völlig in den n-Leitfähigkeitstyp umzuwandeln. Diese diffundierte Phosphorkonzentration begrenzt somit n-leitende Inseln 16 in der p--leitenden epitaktischen Schicht 14. Diese Inseln erstrecken sich infolge der Diffusion von Phosphor in das p^leitende Substrat 11 weiter in diesem Substrat und enthalten je eine η -leitende vergrabene Zone 17, in der die Phosphorkonzentration geringer als in den ursprünglich gebildeten η -leitenden Zonen 12 ist. Daher werden die Zonen 12 und 17 als η -leitende bzw. als η -leitende Zonen bezeichnet; die Zonen 17 in Fig. 6 sind gestrichelt dargestellt·
Nach der Bildung der η-leitenden Inseln 16 in der p~-lei*enden epitaktischen Schicht 14 werden Schaltungselemente in den Inseln gebildet. Fig.■7 zeigt einen bipolaren npn-Traneistor, der in jeder der beiden im Schnitt dargestellten Inseln 14 gebildet wird. Die Transistoren enthalten je eine diffundierte p-leitende Basiszone und eine diffundierte η -leitende Emitterzone 1°/. Die Basiszone 18 wird innerhalb der Insel 16 von der η-leitenden Kollektorzone umgeben, wahrend die Basiszone 18 ihrerseits die Emitterzone \$ urnechii«s*t·
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-1Ö- 19U793 raB· 3i9°2'
Der Kollektor/Basisflbergang 20 und der Emitter/Baeieübergang 21 enden beide an der OberfHohe 22 der epitaktischen Schicht unter einer Siliziumoxydschicht, die der Deutlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt ist· Ohmeehe Kontakte mit OberflSchenteilen der Emitterr und Basiszonen werden mit Hilfe von Metalleohichtteilen gebildet, die sich in Oeffnungen in der Siliziumoxydschioht erstreoken. Sin ohmseher Kontakt mit der Kollektorzone wird mit Hilfe eines weiteren Metall' sohiohtteiles in einer Oeffnuttg in der Siliziumojiydeohicht Ober einet n+-leitenden diffundierten Kollektorkontaktione 24 gebildet.
Eine elektrische Isolierung der Transistoren in der integrierten Schaltung wird beim Betrieb dadurch erhalten, dass die pn-UebergSnge zwischen den Kollektorzonen in den n-leitenden Inseln 16 und dem p~-leitenden Substrat 11 und dem Übrigen p~-leitenden Teil der epitaktischen Schicht 14 in der Sperrichtung vorgespannt werden. Das p~-leitende Substrat 11 und der Teil der epitaktischen Sohicht 14 haben einen hohen spezifischen Widerstand, so dass die Kapazität pro OberflScheneinheit der isolierenden Uebergänge niedrig ist, weil sich die zu diesen Uebergfingen gehörigen EreohOpfungsschichten fiber einen grossen Abstand in dem ρ -leitenden Material erstrecken können» Dadurch wird eine Verbesserung der Kennlinien der Schaltung erzielt· Ausserdem wird durch das Vorhandensein der η -leitenden vergrabenen Zonen 17 in den Kollektorzonen ein niedriger Kollektor-Reihenwiderstand in seitlicher Richtung erhalten. Der Kollektor-Reihenwiaeretand in der Dickenrichtung der epitaktischen '
Schicht ist gering, weil die Donatorkonzentration in der Kollektorzone von dem Kolle"ktor/Basieübergang 20 her zu den n+-leitenden vergrabenen Zonen 17 progressiv «unimmt. ';:/ -.y \ ■' ·.- -.._ -.- --'' ' ', _ '/-■'. ;.-"."■■-
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Fig* 8 zeigt eine Variante der integrierten Schaltung nach Fig* 71 ^ei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind· In dieser Schaltung befindet eich der Kollektorkontakt auf einer a -leitenden diffundierten Zone 26 in der Kollektorzone» Welche Zone 26 eich in der epitaktischen Schicht von der Oberfläche 22 zu der vergrabenen Zone 17 erstreckt. Daduroh wird die Möglichkeit zius Erhalten eines niedrigen Kollektorreihenwidefetandes in der Querrichtung vergröeeert. Ueberdi.es ist in der Oberfläche 22 der epitaktischen Schicht 14 ein p-leitendes Raster 28 angebracht, um zu verhindern, dass ununterbrochene parasitäre n—leitende Ober— flKoheninversionsBOhichten zwischen ilen benachbarten Inseln 16 gebildet werden.
Nach aen Figuren 9 —'11 besteht das Ausgangsmaterial bei der Herstellung der integrierten Halbleiterschaltung aus einem Substrat 31 aus p~-leitender Siliziun cit einer Dicke von 200 μηι und einen spezifischen Widerstand von 40 Q.cm. Auf ähnliche Weise wie bei der obenbeschriebenen Ausföhrungeform werden n* -leitende Zonen und ein p-leitendes Raster 47 in der Oberflache 33 des Substrates 31 gebildet« Phospnor wird als Donatorverunreinigung in das Substrat zur Bildung der η -leitenden vergrabenen Zonen hineindiffundiert, wShrend ait Hilfe der Verunreinigung Bor das Raster 47 gebildet wird. Dann wird eine p~-leitende epitaktische Schicht 34 aus ZiliziuQ mit einer Dicke von 7 tua und .einem spezifischen Widerstand von 5 2*cb epitaktisch auf der SubetratoberflSche 33 niedergeschlagen« Auf diese Weise vergrSbt die p~-leitende Schicht 34 die diffundierten η -leitenden Schichten und das p-leitenae Raster 47,· WShrend und nach der Ablagerung der p~-leitenden Schicht 34 wird der Phosphor in den
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vergrabenen n++-leitenden Schichten weiter in das Süfestrat "31 und / in Teile der darauf liegenden epitaktischeh Schicht 34 hineindiffundiert. Pig. 9 zeigt den" Halbleiterkörper nach dieser Phosphordiffusion, wobei die Phosphorkonzentration in der-vergrabenen Sohicht abgenommen hat; dieee Schichten werden nun als η -leitende Schiohten 34 bezeichnet· "-Die Phosphordiffusion genügt nicht, um den darauf liegenden Teil der epitaktischen Schicht 34 über seine ganze Dicke in den n-Leitfähigkeitstyp umzuwandeln» so dass isolierte η-leitende Teile 36 sich' in der epitaktisoben Sohleht 34 befinden* Wie in der oben beschriebenen Aueführungeforn verhindert das p-leitende Raster 47 mit niedrigerem spezifischem Wideretand die- Bildung eines ununterbrochenen parasitären
η-leitenden Kanals zwischen den benachbarten η -leitenden Zonen, welcher Kanal sich bilden könnte, wenn aus den η -leitenden vergrabenen Zonen in die Gasphase: hineindiffundierter Phosphor wiederum auf der ganzen ' Oberfläche niedergeschlagen werden würde". '--■■·
Dann werden diffundierte η -leitende an der Oberfläche liegende Ringzonen 37 zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht und den diffundierten; η-leitenden Teilen 36 in der Schicht 34 gebildet* Die Ringzonen 37 bilden also zusammen mit den η-leitenden Teilen 36 Inseln in der epitaktischen Schicht 34, die im wesentlichen n-leitend sind und isolierte p""-leitende, an der der Oberfläche liegende Teile 3& enthalten. Fig. 10 zeigt den Körper nach der Bildung der Zonen 37* ^
In diesen Inseln werden npn-Transistoren durch übliche^ Diffusionstechniken gebildet, bei denen eine Maskierungsschicht aus Siliziumoxyd auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht angebracht ist. Die Akzeptor- " diffusion zur Bildung der Basiszone wird derart durchgeführt, dass der Kollektor/Basisübergang teilweise innerhalb des n-leitenden Teiles
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liegt» der eich durch Diffusion von Phosphor aus der vergrabenen Sohicht gebildet hat· Sie benachbarten Teile des Kollektor/Basis-Übergangs sind Teile der pn-üebergSnge, die zuvor zwischen den p~- leitenden OberflSchenzonen 38 und dem η-leitenden Teil 36 und der Zone 37 gebildet worden sind· Der Kollektorkontakt ist auf einem Oberfl&chenteil der n*-leitenden Zone 37 angebracht· In bezug auf die niedrige Kapazität pro OberflBcheneinheit der isolierenden pn-Uebergänge zwischen den η-leitenden Kollektorzonen und dea p~-leitenden Material des Substrats 31 und der Schicht 34 werden die gleichen Vorteile wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen erhalten· Auch durch das Vorhandensein der η -leitenden vergrabenen Sohiohten ist der Kollektor-Reihenwiderstand der Transistoren gering·
Fig. 12 zeigt eine Variante der integrierten Schaltung nach Fig* 11, bei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind* In dieser Schaltung befindet sich der Kollektorkontakt auf einer η -leitenden diffundierten Randzone 46 der Kollektorzone, welche Randzone 46 sich in der epitaktischen Schicht von der OberflSche bis zu der vergrabenen Schioht 35 erstreckt· Dadurch wird die Möglichkeit zum Erhalten eines niedrigen
Kollektor-Reihenwiderstandes in der Querrichtung noch weiter vergrSssert* Ausserdem befindet sich auf der OberflSche der epitaktiaohen Schioht 34 eine p-leitende Zone 48 in Form eines Rasters» wodurch
verhindert wird, dass sich ununterbrochene parasitäre n-leitende OberflScheninvereioneechiohten zwisohen den benachbarten Inseln 36 in der Schicht 34 bilden.
Noch viele andere Abarten der in den Inseln in den epitaktisohen Schichten liegenden Transistoren sind möglioh.
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Z«B« kann die trerunreinigungskonzentration in der Kollektorzoll· entsprechend ein besondereren Struktur profiliert sein. Dies kann dadurch erzielt werden, dass in die η -leitende vergrabene Zone eine Donatorkonzentration gegeben wird, die an der Stelle desjenigen Teiles der erwlhnten Zone» der unmittelbar unter der Emitterzone zur Anlage kommen muss, grosser als an der Stell· der benachbarten Teil· der vergrabenen Zone ist. Auch können in der vergrabenen Zone zwei verschiedene Donatorelemente mit verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten Anwendung finden, wobei das Element Bit der höoheten Dlffusionsgasohwindigkeit Ortlich in denjenigen Teil der vergrabenen Zone gegeben wird, der unmittelbar unter der Emitterzone zur Anlage kommen muss·
Die integrierte Halbleiterschaltung nach Fig. 13 enthalt zwei im Erreicherungsgebiet wirkende("Enhancement-Mode"J-Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode, deren Polaritäten einander entgegengesetzt sind, und zwar einen Feldeffekttransistor mit einem η-leitenden Kanal und einen Feldeffekttransistor mit einem p-leitenden Kanal« Der Halbleiterkörper enthalt ein Substrat 61 aus n~-leitendem Silizium· In der Oberfläche 62 des Substrates 61 befindet sich eine ρ -leitende diffundierte vergrabene Zone 63, die als diffundiertes Akzeptorelement Bor enthalt, wahrend eine η-leitende diffundierte Zone 81 die Zone 63 umgibt. Auf der Substratoberfiaohe 62 befindet sich eine aus n~*-leitendem Silizium bestehende ep !taktische Schicht 64. Eine p-leitende Insel 65 liegt in der Schicht 64, wobei der p-Leit- >:" fahigkeitstyp der Insel auf eine Konzentration an Bor zurückzuführen ist, das aus' der vergrabenen Schicht 63 in die Schicht 64 hineindiffundiert ist. Das Bor ist auch aus der vergrabenen Sohioht 63
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weiter in das Substrat 61 hineindiffundiert,wie in der Figur dargestellt iat. Die η-leitende diffundierte Zone 81 verhindert, dass ein ununterbrochener parasitärer p-leitender Kanal zwischen'der p-leitenden Insel 65 und einer weiteren (nicht dargestellten) p-leitenden ein weiteres Schaltungselement enthaltenden Insel gebildet wird· Dieser Kanal kOnnte sich bilden» wenn die Bedingungen, unter denen die epitaktische Ablagerung stattfindet) derartig sind, dass Bor in der vergrabenen Zone in die Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf der ganten Oberfllohe niedergeschlagen wird* Die η-leitende Zone 61 liefert eine Diffusionsquelle von Phosphor, der in die darauf liegenden Teile der epitaktisohen Sohicht hineindiffundiert wird, so dass indiesen Teilen die Donatorkonzentration grosser als eine etwa wiederum niedergeschlagene Akzeptorkonzentration ist. In der Insel 65 befindet sich ein Feldeffekttransistor mit einem η-leitenden Kanal, der η -· leitende diffundierte Zu- und Abflusszonen 66 und 67 enthält. Auf der Oberfläche der epitaktisohen Sohioht 64 befindet sich eine Siliziumoxydschicht 63, in der Oeffnungeη angebracht sind, die aus Metallsohiohten bestehende ohmsehe Kontakte 69-und 70 alt den η -leitenden Z1U- und Abflusszonen 66 bzw* 67 enthalten* Auf der Siliziumoxyde chi oh t 66 ist zwischen den Zu- und Abflusezonen eine aus einer Metallschicht bestehende Torelektrode 71 angebracht·
In der epitaktischen Sohicht 64 befindet eich ein komplementärer Feldeffekttransistor «it einem p-leitenden Kanal, der ρ -leitende diffundierte Zu- und Abflueszonen 72 und 73, aus Metallsohichten bestehende ohm6che Kontakte 74' und 75 nit den Zu- und Abflusszonen 72 bzw. .73 «nd eine Torelektrode 76 enthSlt. Diese Schaltung hat die gleichen Vorteile wie die bereits beschriebanenSchaltungen ait
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bipolaren Transistoren in bezug auf die Verbesserung in Eigenschaften im Zusammenhang mit der Trennung und Isolierung von Schaltungselementen j sie weist jedoch ausserdera noch Vorteile in bezug auf die durch den besonderen Aufbau erhaltene Einfachheit der Herstellung auf.
Fig. 14 zeigt eine integrierte Halbleiterschaltung, die einen Feldeffekttransistor mit η-leitendem Kanal und einen Feldeffekttransistor mit p-leitendem Kanal enthält und die eine Variante der Schaltung nach Fig. ,13 ist; entsprechenden Zonen sind hier mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Eine η -leitende Zone 82 befindet sich in der Oberfläche der epitaktischen Schicht 64, woduroh verhindert wird,.dass sich ein ununterbrochener parasitärer p-leitender Oberflächenkanal zwischen der Insel 65 und den ρ -leitenden Zu- und Abflusszonen 72 und 73 bildet. Die η - leitende Zone 62 kann sich unter einem aus einem Metallteil bestehenden Verbindungsteil.auf der Isolierschicht erstrecken, so dass verhindert wird, dass sich eine ununterbrochene induzierte Oberflächeninversionsschicht unter dem erwähnten Metallschichtteil bildet.
Das Halbleiterbauelement nach Fig. 15 ist eine integrierte Halbleiterschaltung mit zwei bipolaren Transistoren· In dieser Schaltung wird die Isolierung zwischen den Transistoren mit Hilfe einer sogenannten "Kollektordiffusions isolierung" erhalten. Die Schaltung enthält ein p~-leitendes Substrat90 mit einer darauf angebrachten dünnen, in diesem Falle 3 μα dicken, p~-leitenden epitaktischen Schicht 91· Sie Grenzflache zwischendem Substrat und der epitaktischen Schicht wird mit der gestrichelten Linie 92 angedeutet. Jeder npn-Transistor enthält eine Kollektorzone, die*aus einer η -leitenden vergrabenen Zone 93 und einer h^-leitenden an der Gber-
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flSche liegenden diffundierten Randaone ^4 besteht ι die sich in der Schicht 91 zwischen deren Oberfläche und der vergrabenen Zone 93 erstreckt· Die Basiszonen der Transistoren sind durch die ρ -leitenden Teile 95 der ursprünglichen epitaktischen Schicht gebildet} die von den η -leitenden Zonen 94 umgehen sind* Sie Emitterzonen der Transistoren bestehen aus diffundierten n+-leitenden Zonen 96· Sie elektrische Isolierung wird dadurch erhalten) dass die pn-Uebergänge zwischen den Kollektorzonen 93, 94 und dem p~-leitenden Substrat 90 und der epitaktischen Schicht 9I in der Sperrichtung vorgespannt werden* Es ist einleuchtendf dass die Kapazität pro Qberfläeheneinheit der isolierenden pn-UebergSnge niedrig sein wird, weil die zu diesen Uebergangeη gehörigen Ersehöpfungssschiehten sich über einen grossen Abstand in dem p~- leitenden Substrat und der epitaktischen Schicht mit hohem spezifischem Widerstand erstrecken können.
Sie Kollektor/BasisübergSnge der Transistoren werden an den Stellen, wo sie sich nahezu parallel zu der Oberfläche der epitaktischen Schicht erstrecken, in der Figur derart dargestellt, dass sie in der epitaktischen Schicht liegen und eich auf Abstand von der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht befinden· Sies ist darauf zurückzuführen, das während der epitaktischen Ablagerung die Donatorverunreinigung aus den vergrabenen Zonen 93 in die darauf liegenden Teile der niedergeschlagenen Schicht hineindiffundiert·
Haoh der Erfindung ist eine p-leitende isolierende Zone 98 auf der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht angebracht, wodurch verhindert wird, dass sich ein ununterbrochener parasitärer Kanal zwischen den vergrabenen Zonen 93 bildet,' die einen
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Teil der Kollektorzonen der Transistoren bilden. Diese p-leitenden isolierende Zone 93 hat einen niedrigeren spezifieohen Widerstand als das Substrat 90 und die epitaktische Schicht 91 und erstreckt sich über einen geringen Abstand in der epitaktischen Schicht 91· Diese Zone wird durch Diffusion von Bor in die Oberfläche des Substrates gebildet, bevor die Schicht 91 niedergeschlagen ist· Während der epitaktischen Ablagerung ist eine geringe Menge des bereits diffundierten Bors in die darauf liegenden Teile der Schicht 91 hineindiffundiert. Dadurch wird eine etwaige Bildung eines ununterbrochenen parasitären η-leitenden Kanals längs der Substratoberfläche verhindert« welcher Kanal sich bilden könnte, wenn die Bedingungen, unter denen die epitaktische Ablagerung stattfindet) derartig sind, dass die Donatorverunreingung aus den hochdotierten Zonen 93 in die
Gasphase hineindiffundiert und wiederum auf der ganzen Oberfläche des Substrats niedergeschlagen wird« Die Zone 98 erstreokt sich längs der Grenzfläche zwischen dem Substrat 90 und der epi taktischen Schicht in Form eines Rasters, das jede der vergrabenen Zonen 93 umgibt. Es wurde bereits erwähnt, dass mit der Schaltung nach Fig. 15 nicht nur eine niedrige Kapazität der isolierenden Uebergänge und eine verhältnismässig einfache Herstellung) sondern auch eine sehr gedrängte Anordnung der Schaltungselemente in einem bestimmten Gebiet des Halbleiterkörper erhalten werden kann. Die erfindungsgemässe Anbringung der isolierenden Zonen $6 beeinträchtigt nicht notwendigerweise diese gedrängte Anordnung und bestimmt nicht) / wenn die Dotierungskonzentration in der Zone 98 nicht mehr als 50 mal grosser als die Donatorkonzentration im Substrat ist) weil in diesem Falle die p-leitfftdeZone 98 unmittelbar neben einer oder den beiden
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vergrabenen Zonen 93 liegen kann.
FIg* 16 zeigt eine Abart der Schaltung naoh Fig. 15} bei der entsprechende Zonen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind* In dieser Schaltung besteht die p-leitende isolierende Zone, die zur Verhinderung der Bildung eines ununterbrochenen parasitären η-leitendeη Kanals zwischen den vergrabenen Zonen 93 angebracht ist, aus einer p-leitenden Schicht 99 auf dem Substrat 9Of welche Sohicht durch Diffusion von Bor in die Substratoberflache gebildet wird, bevor die epitaktische Sohicht 91 angebracht ist· Mit diese^fcoefiguration lässt sich eine sehr gedrängte Anordnung der Schaltungselemente erhalten. Die Akzeptorkonzentration in der diffundierten Schicht 99 soll aber nicht zu hoch, z.B. nicht mehr als 50 m&l grosser als die Akzeptorkonzentration in dem Substrat und in der epitaktischen Schicht gewählt werden, weil sonst die Traneistorkennlinien beeinträchtigtwerden. Ferner enthält die Schaltung nach Fig. 16 eine diffundierte p-leitende Zone 100 auf der Oberfläche der epitaktisohen Schicht 91· Die diffundierte Zone Weist einen aDgeβtuften Verunreinigungskonzentrat ionegrad in den Basiszonen der Transistoren auf, wodurch eine Sohaltung mit besseren Transistorkennlinien als die Schaltung nach Fig. 15 erhalten wird.
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Claims (1)

  1. -28- PHB. 31902.
    PATEKTAS PR E ti C H Et
    Λ1·/ Halbleiterbauelement) das aus einem Halbleiterkörper oder Teil desselben mit einem Substratteil vom einen Leitfähigkeitstyp, einer epitaktiaohtn Schicht vom einen Leitfahigkeitstyp auf dem Substratteil und zwei voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp besteht, die sioh je lange der Grenzfläche zwischen dem Substratteil und&er epitaktischen Schicht erstrecken* und zu. gesonderten in. dem Körper oder dem: Teil· desselben gebildeten. Schaltungselementen gehören, gekennzeichnet durch eine isolierend«! vergrabene Zone vom einen Leitfähigkeitatyp,» die· sich auf der Grenzfläche zwischen dem: Subs tratteil, und der epitaktiechen Schicht befindet, wobei die isoMerende: Zone einen, niedrigeren spezifischen Widerstand ale der Substratteil und die epitaktieche Schicht aufweist und verhindert, dass sich ein, parasitärer Kanal vom entgegengesetzten Leitfahigkeitstyp zwischen den voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten; Leitfahigkeitstyp bildet· 2* Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gehören, die in der epitaktiechen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp liegen. 3· Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp grösstenteile durch Diffusion eines den entgegengesetzten Leitfahigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungeelemente in die epitaktische Schicht aus den hochdotierten voneinander getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengeeetisten LeiU'ähigkeitstyp gebildet sind. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
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    dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp in der epitaktischen Schicht nahezu völlig durch Diffusion dee«den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Elements in die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet sind, wobei die diffundierten Zonen die Inseln bilden und sich von dem Substratteil zu der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epiliaktisohen Schicht über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken· 5· Halbleiterbauelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet) dass die Inseln vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp in der epitaktischen Schicht teilweise durch Diffusion des den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Elements in die epitaktische Schicht aus den vergrabenen Zonen gebildet sind, wobei die gebildeten diffundierten Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sich von dem Substratteil in Richtung der vom Substratteil abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht nur über einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken) während die Inseln in der epitaktischen Schicht je weiter durch an der Oberfläche liegende Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet sind, die sich in der epitaktischen Schicht von deren Oberfläche zu den diffundierten Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstreoken. 6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5ι dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Insel befindliches Halbleiterschaltungselement ein bipolarer Transistor ist· 7· Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Transistor enthält * eine Kollektorzone vom entgegengesetzten Leifähigkeitstyp, in der die Dotierungskonzentration vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp duroh das in der vergrabenen '
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    194A793
    -30- PHB. 31902.
    Zone vorhandene und avis dieser aus diffundierte Element bestimmt wird, eine Basiszone vom einen Leitfähigkeitetyp, die durch die Einführung eines den einen Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselementa in die epitaktische Schicht aus einem Oberfläohenteil der darin liegenden Insel gebildet ist, und eine Emitterzone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp, die durch die Einführung eines den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungselemente in die epitaktische Schicht aus einem Oberflächenteil der darin liegenden Insel gebildet ist«
    8· Halbleiterbauelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dasβ in einem an der Oberfläche liegenden Teil der epitaktischen Schicht, in dem die Kollektorzone sich bis zur erwähnten Oberfläche erstreckt, eine diffundierte Zone mit niedrigem spezifischem Widerstand vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist, auf der sich der Kollektorkontakt befindet.
    9· Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte diffundierte Zone mit niedrigem spezifischem Widerstand vom entgegengesetzten LeitfShigkeitstyp sich in der epitaktischen Schicht bis zu der vergrabenen Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstreckt.
    10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Substrat abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht eine Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischem Widerstand angebracht ist, die verhindert, dass in der epitaktischen Schicht ein ununterbrochener parasitärer ~ Oberflächenkanal vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den Inseln vom * «mtgegengestezten Leitfähigkeitstyp gebildet wird«
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    11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp einen Teil der Kollektorzonen bipolarer Transistoren bilden, wobei jede Kollektorzone eines derartigen Transistors ferner eine an der voB Substrat abgekehrten Oberfläche der epitaktischen Schicht liegende Ringzone von entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp enthBlt, die sich in der epitaktischen Sohicht zwischen der vergrabenen Zone und der Oberfläche erstreckt, vlhrend sich die Basiszone des Transistors in einer Insel voo einen Leitfähigkeitetyp in der epitaktisohen Schicht befindet, welche Insel innerhalb der zur Kollektorzone gehörende Ringzone liegt, wobei die Emitterzone des Transistors aus einer Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besteht, die sich in der erwähnten Insel von der Oberfläche her erstreckt.
    12* Halbleiterbauelement nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Inseln von entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode liegt, welcher Feldeffekttransistor Zu- und Abflusszonen axt niedrigem spezifischem Widerstand vom einen LeitfShigkeitjstyp, die sich in der epitaktischen Sohioht von deren vom Subetratteil abgekehrten Oberfläche her erstrecken, und eine zwischen diesen Zonen an .der Oberfläche der epitaktischen Sohicht liegende Kanalzone enthalt, während eine Torelektrode vorgesehen ist, die von der Kanalzone durch ein Isoliermaterial getrennt ist· 13· .. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der epitaktischen Schicht ausserhalb der den Feldeffekttransistor
    enthaltenden Insel mindestens ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode angebracht ist, dessen Polarität der des in der Insel
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    liegenden Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrode entgegengesetst let·
    14* Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 Hb 13» dadurch gekennzeichnet, da«β die isolierende vergrabene Zone eine örtlich diffundierte Zone ist* während an der Grenzfläche zwischen dem Substrat teil lind der epitaktiachen Schicht die isolierende vergrabene Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mindestens eine der beiden vergrabenen Zonen: vom entgegengesetzten LeitfShigkeits.typ völlig umgibt»
    15· * Halble it er bauelement nach. Anspruch 14 r dadurch: gekerntieichnet, dass die diffundierte isolierende vergrabene Zone die Form eines Gitters hat und die beiden vergrabenen Zone:» vom entgegengesetzten LeitfShigkeitetyp in verschiedenen Löchern des Gittere liegen. :
    16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bie 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die isolierende vergrabene Zone in einer an der Grenzfläche liegenden Schicht des Subetratteiles mit niedrigerem spezifischem Widerstand befindet.
    17· Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet] das β die an der OrenzflSche liegende Schicht mit niedrigerem epezi- -fischem Widerstand selber eine epitaktische Schicht ist·
    18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an der OrenzflSche liegende Schicht mit niedrigerem spezifischem Widerstand eine diffundierte Schicht ist. ' 19· Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelemente, bei dem zun&chst auf der Oberfläche eines Halbleitersubstratteiles vom einen LeifShigkeitetyp zwei getrennte Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp gebildet weraen, dann eine epitaktische Schicht
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    vom einen Leitfähigkeitetyp auf der Oberfläche des Subetratteilee abgelagert wird, damit die Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu vergrabenen Zonen werden, und schliesslioh Halbleiterschaltungselemente gebildet werden, die mit den vergrabenen Zonen, vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp koordiniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ablagerung der epitaktischen Schicht eine isolierende Zone vom einen Leitfähigkeitstyp mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als das Substrat und die epitaktische Schicht auf der Oberfläche des Subs trat teil es angebracht wird, wodurch die Bildung eines parasitären Kanals/vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den getrennten vergrabenen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp verhindert wird·
    20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zone durch örtliche Diffusion eines den einen Leitfähigkeitetyp bestimmenden Verunreinigungeelements gebildet wird in einen Teil der Oberfläche des Substratteiles, der das Gebiet, in dem mindestens eine der Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist oder angebracht werden soll, umgibt«
    21. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zone dadurch gebildet wird, dass eine Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp mit niedrigerem spezifischen Widerstand auf der Oberfläche des Substratteiles angebracht wird.
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