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DE3545040C2 - Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Schicht und einer Kollektorzone in einer monolithischen Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Schicht und einer Kollektorzone in einer monolithischen Halbleitervorrichtung

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DE3545040C2
DE3545040C2 DE3545040A DE3545040A DE3545040C2 DE 3545040 C2 DE3545040 C2 DE 3545040C2 DE 3545040 A DE3545040 A DE 3545040A DE 3545040 A DE3545040 A DE 3545040A DE 3545040 C2 DE3545040 C2 DE 3545040C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektro­ nischen Halbleitervorrichtungen und insbesondere solchen, die eine integrierte Schaltung sowie Leistungselemente auf demselben Plättchen (Chip) aus Halbleitermaterial aufweisen.
Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die wenigstens einen Leistungstransistor sowie einen Steuertransistor enthält.
Um den Kollektorreihenwiderstand von Transistoren der integrier­ ten Schaltung zu verringern, ist es bekannt, unter der Kollektor­ zone der Transistoren eine vergrabene Schicht (buried layer) aus­ zubilden. Wenn diese vergrabene Schicht auf einer stark dotier­ ten Schicht ausgebildet wird, ergibt sich das bekannte Ausdiffu­ sionsphänomen (out-diffusion), das darin besteht, daß der Dotier­ stoff in der dotierten Schicht unterhalb der vergrabenen Schicht aus der Ursprungsschicht heraus diffundiert; dadurch erhält die sich ergebende vergrabene Schicht eine größere Dicke als ge­ wünscht sowie veränderte elektrische Eigenschaften. Außerdem wird die Kollektorzone, die über der vergrabenen Schicht liegt, verändert, weil sich in ihr, insbesondere in dem Teil, der näher an der vergrabenen Schicht liegt, Zwischenschichten ausbilden können, die auch als unerwünschte Phantomschichten bezeichnet werden. Diese haben nämlich eine Leitfähigkeit, die entgegenge­ setzt zu derjenigen ist, die in der vergrabenen Schicht und in der darüberliegenden Kollektorzone vorliegen muß.
Das Phänomen der Ausdiffusion ist besonders spürbar bei monoli­ thischen Strukturen, bei denen die Komponenten der integrierten Schaltung untereinander und vom Rest des Substrates von Zonen ge­ trennt sind, die als Isolierzonen (isolation regions) bezeichnet werden und deren Leitfähigkeit entgegengesetzt zu derjenigen des Substrates ist.
Aufgrund der schädlichen Wirkungen der Ausdiffusion sind erhebli­ che Anstrengungen gemacht worden, um die Ausdiffusion zu vermei­ den oder wenigstens zu verringern. Bei einem bekannten Verfahren wird das Phänomen der Ausdiffusion dadurch verringert, daß die Temperatur der Bearbeitungsvorgänge verringert wird. Bei einem anderen, ebenfalls bekannten Verfahren werden innerhalb eines sehr engen Variationsbereiches die Dotierstoffkonzentrationen, die Zeiten und die Temperaturen gesteuert; diese Herstellungsver­ fahren für die Vorrichtung sind jedoch so kritisch, daß sie in­ dustriell unwirtschaftlich sind.
Bei den genannten monolithischen Strukturen besteht außer dem Problem der Ausdiffusion das Problem, die Kollektorzone des Lei­ stungstransistors und die Kollektorzonen der Transistoren der in­ tegrierten Schaltung mit Dotierstoffkonzentrationen zu erhalten, die voneinander verschieden sind. Diese Notwendigkeit kann sich auch bei Transistoren ergeben, die zu der integrierten Schaltung gehören, wenn von ihnen unterschiedliche elektrische Leistungen gefordert werden.
So ist beispielsweise in der Kollektorzone der Transistoren der integrierten Schaltung, die bei einer niedrigen Kollektor-Emit­ ter-Sättigungsspannung arbeiten sollen, eine höhere Dotierung er­ forderlich.
Aus der Druckschrift DE-C3-22 19 696 ist ein Verfahren zum Herstellen einer monolithisch integrierten Halbleiteranordnung bekannt, bei dem an vorbestimmten Oberflächenstellen eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitungstyps selektiv ein einen entgegengesetzten Leitungstyp erzeugen­ des Dotierungsmaterial eindiffundiert und das eindiffundierte Dotierungs­ material zur Ausbildung umdotierter Isolationsbereiche bis zur Ober­ fläche der epitaktischen Schicht nach dem Aufbringen einer epitaktischen Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps auf das Substrat ausdiffundiert wird, und bei dem innerhalb und außerhalb der so gebildeten Isolations­ bereiche zueinander komplementäre Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate erzeugt werden.
Aus dem Aufsatz "A Self-Isolation Scheme for Integrated Circuits" von M.B. Vara in in IBM J. RES. Develop., November 1971, ist ein selbst­ isolierendes Aufbauschema zur Herstellung von Transistoren in in­ tegrierten Halbleiterschaltungen bekannt. Bei einem aus Fig. 2 dieser Entgegenhaltung bekannten Verfahren wird nacheinander jeweils ein Dotierungsschritt mit hochkonzentriertem Arsen bzw. niedrigkonzen­ triertem Phosphor vorgenommen. Danach wird der Wafer einem Epitaxi­ alprozeßschritt unterzogen. Während der Epitaxialablagerung diffun­ dieren Arsen und Phosphor in die Epitaxialschicht. Dabei diffundiert der Phosphoranteil erheblich schneller als das Arsen. Im nächsten Schritt wird der Wafer bei hohen Temperaturen oxidiert, so daß die Phosphor­ atome die Oberfläche erreichen, wohingegen die n⁺-Arsen-dotierte Schicht von der Oberfläche entfernt bleibt. Im Ergebnis entsteht daher eine Phosphor-dotierte Tasche mit einer vorangegangenen arsendotierenden n⁺-Schicht.
Aus der Druckschrift DE-A1-25 42 153 ist ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Halbleiterbausteins bekannt, bei der eine vergrabene Schicht eines ersten Leitungstyps durch Diffusion in ein Substrat eines zweiten Leitungstyps ausgebildet wird. Durch Ionenimplantation werden Do­ tierungszonen erzeugt, die in einem besonderen Prozeßschritt durch eine epitaxiale Schicht hindurchdiffundieren, bis beide im Implantationszonen ineinander übergegangen sind.
Aus der Druckschrift US-A-4,132,573 ist ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung unter Nutzung epitaxialer Ablage­ rung und gleichzeitiger Ausdiffusion bekannt, bei dem Halbleiterkom­ ponenten in Oberflächenbereichen eines Halbleiterkörpers angeordnet werden. Die elektrische Isolation dieser Halbleiterkomponenten unterein­ ander wird dadurch bewerkstelligt, daß Oberflächenbereiche eines Sub­ strats mit Phosphor-, Antimon- und/oder Arsen-Dotierstoffen entgegen­ gesetzten Leitfähigkeitstyps bezüglich des Substrats dotiert werden. Nach diesem Dotierungsschritt wird eine Epitaxialschicht eines Leitfähigkeits­ typs, der dem des Substrats entgegengesetzt ist, über der gesamten Sub­ stratoberfläche mit einer Dotiertstoffkonzentration, die geringer als die des Substrats ist, erzeugt. Im Zuge darauffolgender Prozeßschritte dif­ fundieren Dotierungsstoffe aus dem Substrat in die Epitaxialschicht, wohingegen Phosphor aus den stark dotierten Oberflächenschichten nach unten in das Substrat diffundiert, um einen stufenartigen PN-Übergang zu erzeugen. In nachfolgenden Prozeßschritten wird ein Dotierstoff des gleichen Leitfähigkeitstyps, wie er auch beim Substrat verwendet worden ist, von der Oberfläche der Epitaxialschicht in Richtung auf das Substrat hin diffundiert, bis er die ausdiffundierten Substratdotierstoffe trifft, um die Isolation der Oberflächenbereiche zu vervollständigen.
Aus der Druckschrift US-A-3,576,475 ist ein Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren für integrierte Schaltungen bekannt, bei ein Siliziumsubstrat mit einer N-dotierten Epitaxialschicht auf einer Seite und einer N-dotierten diffundierten Subepitaxial-Region erzeugt wird, die sich in einer Richtung in eine P-dotierte Region in der Oberfläche des Substrats und in der anderen Richtung in die Epitaxialschicht er­ streckt, um einen Übergang mit einem P-diffundierten Kanalbereich, der sich teilweise in die Epitaxialschicht erstreckt, zu erzeugen.
Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Herstellung einer vergrabenen Schicht in einer mono­ lithischen Halbleitervorrichtung anzugeben, das die schädliche Ausbildung von Zwischenschichten oder Phantomschichten vermeidet und das sowohl für den Leistungstransistor als auch für die Tran­ sistoren der integrierten Schaltung ausgezeichnete Kennwerte er­ gibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Den Unteransprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte, nichttriviale Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 entnehmbar.
Die vergrabene Schicht unter der Kollektorzone der Transistoren der integrierten Schaltung wird mittels einer zunächst durchge­ führten Ablagerung oder Implantation und einer nachfolgenden Dif­ fusion von zwei Arten von Dotierstoffen gebildet, die dasselbe Vorzeichen haben und deren Diffusionskoeffizienten D größer bzw. kleiner sind als einer dritten Art eines Dotierstoffes mit einem zu dem zuvor abgelagerten oder implantierten und in ein Silizium­ substrat diffundierten Dotierstoff entgegengesetzten Vorzeichen.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläu­ tert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt
Fig. 1a-1e nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellungen ei­ nes Teils einer monolithischen Vorrichtung mit einem Leistungstransistor und zwei Transistoren einer integrierten Schaltung während verschie­ dener Phasen des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 2 graphische Darstellung der Konzentrationsvertei­ lung von drei Arten von Dotierstoffen in einem Querschnitt der Fig. 1e, der durch die vergra­ bene Schicht und die oberen Kollektor-, Basis­ und Emitter-Zonen eines Transistors der inte­ grierten Schaltung läuft. Der Kurvenverlauf der drei Arten von Dotierstoffen, die nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, ist auf die genannte vergrabene Schicht und die ihr benachbarten Zonen begrenzt;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Verteilung der Kon­ zentration über denselben Querschnitt der Vor­ richtung gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der Tiefe X, wobei die Zahlen auf der X-Achse dieselben Zonen bezeichnen, die in den Fig. 1a-1e mit diesen Zahlen angegeben sind.
Anhand der Fig. 1a-1e wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung erläutert, die auf einem Siliziumplättchen ausgebildet ist und einen NPN-Leistungs­ transistor sowie zwei NPN-Transistoren einer integrierten Schal­ tung, die auf demselben Plättchen gebildet ist, hat. Die Elektro­ den der drei Transistoren befinden sich an der Frontseite des Plättchens, ausgenommen der Kollektor des Leistungstransistors, der auf der Rückseite des Plättchens liegt. Die Vereinigung ei­ nes Leistungstransistors und einer integrierten Schaltung mit verschiedenen Transistoren und anderen Komponenten, die unterein­ ander verbunden sind, auf demselben Siliziumplättchen erlaubt die Herstellung einer sehr kompakten und wirkungsvollen Vorrich­ tung, in der die integrierte Schaltung das Steuerelement niedri­ ger Energie ist, während der Leistungstransistor einen Treiber hoher Energie darstellt, der elektrische Motoren, Solenoide, Wi­ derstandslasten und ähnliche Leistungsvorrichtungen in geeigneter Weise steuern kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht aus den folgenden, nacheinander ablaufenden Phasen:
Phase A - Auf einem Substrat aus N⁺-dotiertem, monokristallinen Silizium niedrigen spezifischen Widerstandes wird eine erste epi­ taktische Wachstumsphase so durchgeführt, daß eine mittels Phos­ phor N⁻-dotierte Schicht 2 entsteht. Die epitaktische Schicht 2 hat eine Dotierstoffkonzentration von etwa 1.10¹⁴ Atomen/cm³, was für eine Kollektorzone eines Transistors hoher Spannung ty­ pisch ist.
Phase B - Durch bekannte Verfahrensschritte der Oxidation, der Fotomaskierung, der Ätzung und der Diffusion wird in der epitak­ tischen Schicht 2 und genauer in einer Zone des Plättchens, die für die integrierte Schaltung bestimmt ist, eine Zone 3 herge­ stellt, die mittels Bor einer Konzentration von 4.10¹³ Atomen/cm³ P-dotiert ist. Diese Zone 3 stellt die horizontale Isolierzone der Transistoren der integrierten Schaltung dar.
Phase C - Mit Hilfe der üblichen Verfahrensschritte der Oxida­ tion, der Fotomaskierung, der Ätzung und der Diffusion werden in der Zone 3 die vergrabenen Schichten 4 und 5 ausgebildet, die N⁺-dotiert sind. Diese Schichten, die beim Stand der Technik durch Diffusion von Antimon oder Arsen hergestellt würden, wer­ den gemäß der Erfindung dadurch gebildet, daß ein erstes Mal An­ timon mit einer Dosis von 1.10¹⁵ Atomen/cm² und ein zweites Mal Phosphor mit einer Dosis von 1.10¹³ Atomen/cm², d. h. mit einer 100mal kleineren Dosis als Antimon, implantiert wird.
Falls gewünscht, kann zunächst die Implantation von Phosphor und dann die Implantation von Antimon in den angegebenen Dosen ausge­ führt werden (Fig. 1a).
Phase D - Es erfolgt eine zweite epitaktische Wachstumsphase von Silizium, das mittels Phosphor N⁻-dotiert ist, wobei sich eine epitaktische Schicht 6 mit denselben Eigenschaften wie denen der Schicht 2 ergibt.
Die beiden epitaktischen Schichten, die in den Fig. 1b bis 1e mit 2 und 6 bezeichnet sind und durch eine horizontale gestri­ chelte Linie getrennt sind, bilden in der für den Leistungstran­ sistor bestimmten Zone in Wirklichkeit eine einzige Schicht, die gemeinsam mit dem Substrat 1 die Kollektorzone des Leistungstran­ sistors ist. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die vergrabenen Schichten 4 und 5 die in Fig. 1b gezeigte Form vor allem auf­ grund des epitaktischen Wachsens und auch aufgrund der nachfol­ genden Operationen bei hoher Temperatur annehmen, denen das Plättchen nach der Implantation von Antimon und Phosphor ausge­ setzt wird.
Phase E - Mit den üblichen Techniken der Oxidation, der Fotomas­ kierung, der Ätzung und der Diffusion werden die N-Zonen 8 und 9 niedrigen spezifischen Widerstandes gebildet, welche die Kollek­ torzonen der Transistoren der integrierten Schaltung bilden (Fig. 1c).
Diese Zonen werden durch Ablagerung oder Implantation von Phos­ phor auf den Teilen der Oberfläche des Plättchens, die über den vergrabenen Schichten 4 und 5 liegen, und durch anschließende Tiefendiffusion des Phosphors gebildet. Die Diffusionszeit und die Diffusionstemperatur sind so gewählt, die die Phosphoratome, die abgelagert oder implantiert sind, und die Phosphoratome, die aus den vergrabenen Schichten diffundieren, dazu neigen, sich so zu verteilen, daß die Zonen 8 und 9 eine nahezu konstante Konzen­ tration über die gesamte Schichtdicke mit einer Größe von etwa 1.10¹⁵ Atome/cm³ haben.
Zur Verdeutlichung einer wesentlichen Eigenschaft der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß die Zonen 8 und 9 eine Dotierstoff­ konzentration haben, die 10mal größer als diejenige in den epi­ taktischen Schichten 2 und 6 ist, die ebenfalls vom N-Typ sind und die Kollektorzone des Leistungstransistors bilden. Das be­ ruht auf der Diffusion des dem Antimon hinzugefügten Phosphors zur Bildung der vergrabenen Schichten (buried layers) und auf der zusätzlichen, lokalen Diffusion des Phosphors unter der Ober­ fläche 7, um in der gesamten Zone eine gleichförmige Dotierung zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird mithin in den Zonen 8 und 9 die Konzentration des Dotierstoffs, der in der epitaktisch ge­ wachsenen Schicht 6 vorliegt, verändert, wodurch sich Kollektor­ zonen der Transistoren der integrierten Schaltung und des Lei­ stungstransistors ergeben, deren Eigenschaften und elektrische Leistungen verschieden voneinander sind.
Phase F - An dieser Stelle des Verfahrens wird die Herstellung der Vorrichtung mit den bekannten Techniken fortgesetzt, welche zur Komplettierung dieser Ausführungen nachstehend aufgeführt werden.
Mit den üblichen Methoden der Oxidation, der Fotoabdeckung, der Ätzung und der Diffusion von Bor werden die P-Basiszone 10 des Leistungstransistors und die lateralen P-Isolierzonen 11 der Transistoren der integrierten Schaltung gebildet, so daß die Transistoren voneinander und vom Rest des Plättchens isoliert bleiben (Fig. 1d).
Phase G - Mit den herkömmlichen Techniken werden die N⁺-Emitter­ zone 12 des Leistungstransistors sowie - mit demselben Dotier­ stoff - die N⁺-Zonen 13 und 14 niedrigen spezifischen Widerstan­ des gebildet, die dazu dienen, den ohmschen Kontakt zwischen den Kollektorzonen 8 und 9 der Transistoren der integrierten Schal­ tung und einer metallischen Elektrode herzustellen (Fig. 1e).
Phase H - Es folgt die Bildung der diffundierten P-Basiszonen 15 und 16 und anschließend der diffundierten N-Emitterzonen 17 und 18 der Transistoren der integrierten Schaltung (Fig. 1e).
Phase I - Schließlich werden die metallischen Kontakte für die Emitterelektrode 19, die Basiselektrode 20 und die Kollektorelek­ trode 21 des Leistungstransistors und für die Emitterelektroden 23 und 26, die Basiselektroden 24 und 27 und die Kollektorelek­ troden 25 und 28 der Transistoren der integrierten Schaltung so­ wie die metallischen Verbindungsbahnen auf der Siliziumoxid-Iso­ lierschicht 22 des Plättchens gebildet (Fig. 1e).
Anhand der Fig. 2 und 3 werden die Wirkungen des Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert, wobei klargestellt wird, wie die Aufgaben der Erfindung mit diesem Verfahren gelöst werden.
Fig. 2 zeigt drei Kurven, die den Verlauf der Konzentration von Bor (B), von Antimon (Sb) und von Phosphor (P) in der vergrabe­ nen Schicht 4 sowie in den angrenzenden Zonen (Kollektorzone 8 und Isolierzone 3) der mit dem oben erläuterten Verfahren herge­ stellten Vorrichtung darstellen. Das Bor (Kurve B) ist der P-Do­ tierstoff, der bei der Diffusion für die Bildung der Isolierzone 3 der Transistoren der integrierten Schaltung verwendet wurde. Das Antimon (Kurve Sb) ist der N-Dotierstoff, der bei der Implan­ tation und nachfolgenden Diffusion für die Bildung der vergrabe­ nen Schicht 4 des erwähnten Transistors der integrierten Schal­ tung eingesetzt wurde. Beim Phosphor (Kurve P) handelt es sich um den N-Dotierstoff, der gemäß der Erfindung in einer kleinen Menge für die Bildung der vergrabenen Schicht 4 des Transistors der integrierten Schaltung verwendet wird, um die schädliche Wir­ kung zu kompensieren, die durch die Ausdiffusion des Bor, das in der stark dotierten Zone 3 vorliegt, hervorgerufen wird.
Da Phosphor einen Diffusionskoeffizienten D hat, der größer ist als der von Bor und der von Antimon, ist Phosphor in der Kollek­ torzone 8 reichlicher vorhanden als Bor, nicht jedoch in der Iso­ lierzone 3 der Transistoren der integrierten Schaltung. Damit liegen in der Kollektorzone 8 drei Dotierstoffe (Bor, Antimon, Phosphor) mit einer quasi gleichen Konzentration vor (da diese Dotierstoffe in einer solchen Menge eingegeben sind, die diese Bedingung erfüllt), welche diese Zone N-dotieren; denn zwei Do­ tierstoffe (Antimon und Phosphor) sind vom Typ N, während Bor vom Typ P ist. Das nachfolgende epitaktische Wachsen, genauer die zweite epitaktische Wachstumsphase einer mittels Phosphor N⁻ dotierten Siliziumschicht mit weiterer, örtlicher Anreicherung von diffundiertem Phosphor in der Zone 8, was die Konzentration der Dotierstoffe in diesen Zonen quasi auf einen konstanten Wert bringt, gestattet die Erzielung der Kollektorzone 8 des Tran­ sistors der integrierten Schaltung mit einer mittleren Konzentra­ tion von 1.10¹⁵ Atomen/cm³ über die gesamte Dicke, d. h. mit ei­ nem Wert, der 10mal größer ist als die Konzentration der epitak­ tischen Schicht 2, die den Kollektor des Leistungstransistors bildet.
Andererseits wird, wie Fig. 2 zeigt, kein Schaden durch den Zu­ satz von Phosphor verursacht, der gemäß der Erfindung für die Bildung der vergrabenen Schichten (buried layers) für die regulä­ re und bekannte Funktionsweise der darunterliegenden Isolier­ schicht 3 eingesetzt wurde; dies deshalb, weil einerseits die Menge des Phosphors vernachlässigbar ist und weil andererseits eventuelle Spuren von Phosphor begrenzt bleiben auf das Innere der vergrabenen Schichten in der Nähe der Unterseite dieser Schichten, ohne in die P-Isolierschicht 3 zu diffundieren, wes­ halb sich in dieser Schicht keine Phantomschichten einstellen.
Fig. 3 zeigt das Störstellenprofil in Abhängigkeit von der Tie­ fe in einem Vertikalschnitt der Vorrichtung der Fig. 1e, der durch die vergrabene Schicht 4 und die Emitterzone 17 eines Tran­ sistors der integrierten Schaltung verläuft. Die Zahlen auf der Abszisse stimmen mit denjenigen der Fig. 1e überein und geben die Schichten an, welche die zuvor beschriebene Vorrichtung bil­ den.
Zusammenfassend ist festzuhalten, daß mittels der bereits bekann­ ten Auslegungs- und Herstellungskriterien und der oben erläuter­ ten Maßnahmen, die die Erfindung kennzeichnen, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung angegeben wird, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und damit die Her­ stellung einer monolithischen Vorrichtung mit optimalen Eigen­ schaften und Leistungen erlaubt.
Über das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel hin­ aus sind selbstverständlich zahlreiche Abänderungen möglich, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann bei­ spielsweise die Erfindung für die Bildung integrierter Schaltun­ gen verwendet werden, um Kollektorzonen der Transistoren zu er­ halten, deren Dotierstoffkonzentrationen nicht identisch, son­ dern untereinander verschieden sind. Das ist dann besonders zweckmäßig, wenn man auf demselben Plättchen integrierte Tran­ sistoren mit elektrischen Kennwerten benötigt, die aufgrund der ihnen zugeordneten Schaltungsfunktionen von Transistor zu Tran­ sistor verschieden sind, beispielsweise Signalverarbeitungstran­ sistoren und Schalttransistoren.
Um Kollektorzonen 8 und 9 mit ihren zugehörigen vergrabenen Schichten 4 und 5 bei Transistoren der integrierten Schaltung mit unterschiedlichem spezifischen Widerstand zu erzeugen (Fig. 1a-1e), werden die Phasen C (Implantation der Dotier­ stoffe in die vergrabenen Schichten 4 und 5) sowie E (weitere Diffusion von Phosphor für die Anreicherung der Kollektorzonen 8 und 9), geändert, welche zuvor für den speziellen Fall der Her­ stellung von Kollektorzonen bei Transistoren der integrierten Schaltung, die untereinander alle gleich sind, beschrieben wurden. Die Änderung erfolgt dabei in dem Sinn, daß Verfahrens­ schritte der Oxidation, der Fotomaskierung, der Ätzung, der Imp­ lantation und der Diffusion von Phosphor in entsprechend dem Entwurf in bekannter Weise erforderlichen Konzentrationen hinzu­ gefügt werden, wobei diese Verfahrensschritte so oft wiederholt werden, wie Kollektorzonen mit unterschiedlichem spezifischen Wi­ derstand vorhanden sind, welche für den optimalen Betrieb der in­ tegrierten Schaltung erzeugt werden müssen.
Im besonderen Fall, daß die beiden Kollektorzonen 8 und 9 vonein­ ander verschiedene Dotierstoffkonzentrationen haben sollen, beis­ pielsweise eine niedrigere in der Zone 8 und eine höhere in der Zone 9, muß entsprechend den folgenden Arbeitsphasen vorgegangen werden:
Phase C1 - Bildung der vergrabenen Schicht 4.
Phase C2 - Bildung der vergrabenen Schicht 5 mit einer höheren Dotierstoffkonzentration nach vorheriger Abdeckung der zuvor gebildeten vergrabenen Schicht 4.
Phase D - Wachstum der durch Phosphor N⁻-dotierten epitak­ tischen Schicht 6.
Phase E1 - Bildung der Zone 8.
Phase E2 - Bildung der Zone 9 mit höherer Dotierstoffkonzentra­ tion nach vorheriger Abdeckung der zuvor erzeugten Zone 8.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die wenig­ stens einen Leistungstransistor sowie eine Steuerschaltung enthält, welche auf demselben Plättchen aus Halbleitermaterial integriert sind, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
  • - Herstellen einer ersten Schicht (1, 2) aus monokristallinem Silizium mit einem ersten Leitfähigkeitstyp,
  • - Dotieren der ersten Schicht (1, 2) mit einer ersten Art eines Dotierstoffes zur Bildung einer ersten Zone (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegen­ gesetzt ist,
  • - Bildung wenigstens einer zweiten Zone (4, 5) in der ersten Zone (3), wobei zur Herstellung der zweiten Zone (4, 5) eine zu­ nächst durchgeführte Ablagerung oder Implantation und eine nachfolgende Diffusion einer zweiten und einer dritten Art von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps erfolgen, welche einen höheren bzw. einen niedrigeren Diffusionskoeffizienten als die erste Dotierstoffart haben,
  • - Epitaktisches Aufwachsen einer zweiten Schicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps mit hohem spezifischen Widerstand auf der ersten Schicht (1, 2), wobei in den Bereichen (8, 9) der zweiten Schicht (6), die an die zweite Zone (4, 5) angrenzen, die resul­ tierende Nettodotierung annähernd konstant ist,
  • - Bildung einer Isolierzone (11) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der zweiten Schicht (6) und Teilbereichen der ersten Schicht (1, 2), wobei die Isolierzone (11) die zweite Zone umschließt,
  • - Bildung wenigstens einer Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die dazu bestimmt ist, die Basis (10) eines Leistungstransistors zu bilden, in der zweiten Schicht (6),
  • - Bildung einer Zone des ersten Leitfähigkeitstyps, die dazu bestimmt ist, den Emitter (12) des Leistungstransistors zu bil­ den, in der Basiszone (10),
  • - Bildung von weiteren Zonen zur Herstellung aktiver oder passi­ ver Elemente der integrierten Schaltung im Inneren des Be­ reichs oder der Bereiche (8, 9) der zweiten Schicht (6), die von den Isolierzonen (11) umschlossen sind,
  • - Bildung von Elektroden auf der Vorderseite und auf der Rück­ seite des Plättchens sowie von metallischen Verbindungsbahnen zwischen den aktiven und den passiven Elementen der integrier­ ten Schaltung und dem Leistungstransistor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Art der Dotierstoffe aus Antimon und Phos­ phor bestehen, und zwar in Verhältnissen, die zwischen einem und zehn Teilen Phosphor je 100 Teilen Antimon liegen, und daß die erste Dotierstoffart aus Bor besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Störstellenkonzentrationen in Bereichen der ersten Schicht (1, 2) und der zweiten Schicht (6), die an die Basiszone (10) des Leistungstransistors angrenzen, und in dem Bereich (8, 9) der zweiten Schicht (6), der an die zweite Zone (4, 5) angrenzt, bzw. in den Bereichen (8, 9) der zweiten Schicht (6), die an die zweiten Zonen (4, 5) angrenzen, zwischen 1 und 1/100 liegt.
DE3545040A 1984-12-20 1985-12-19 Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Schicht und einer Kollektorzone in einer monolithischen Halbleitervorrichtung Expired - Fee Related DE3545040C2 (de)

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DE3545040A1 DE3545040A1 (de) 1986-06-26
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