DE2047241A1

DE2047241A1 - Verfahren zur Herstellung integrer ter Schaltungen

Info

Publication number: DE2047241A1
Application number: DE19702047241
Authority: DE
Inventors: David Poughkeepsie N Y Dewitt (V St A) HOIl
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-11-10
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1971-05-19
Also published as: CH506890A; DE2047241B2; BE758682A; DE2047241C3; SE352783B; DK140869B; FR2067056A1; NL7016393A; DK140869C; JPS4926752B1; CA924823A; FR2067056B1; US3709746A; GB1304246A; ES384679A1; AT324425B

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Ma$chinen Geeelltchaft mbH

Böblingen, 22. September 1970 gg-du-hl

Anmelderln: International Business Machines

Corporation, Arraonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 968 097

Verfahren zur Herstellung Integrierter Schaltungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen, bestehend aus mindestens einem Transistor mit einem in die Oberfläche des Substrats erster Leitfähigkeit eingebrachten Subkollektor zweiter Leitfähigkeit, der über einen entsprechend dotierten Kollektorsteg relativ geringen Querschnitts durch die niedriger dotierte Kollektorzone hindurch direkt mit der Basiszone verbunden ist.

Bei der Herstellung derartiger Schaltungen bzw. Transistoren ist es von äußerster Wichtigkeit, am Ende eines jeden Prozeßschrittes Oberflächen extrem hoher Qualität zu erhalten. Da in der Technik aus Gründen der Arbeitsgeschwindigkeitserhöhung die Tendenz besteht, integrierte Schaltungen immer geringerer Ausdehnung herzustellen, gewinnt auch die Gleichmäßigkeit der Prozeßsteuerung weiter an Bedeutung. Demzufolge sind Prozeßschritte, die hinsichtlich ihrer Toleranzen für die Herstellung diskreter Schaltelemente und integrierter Schaltungen geringerer Arbeitsgeschwindigkeit ausgelegt sind, bei der Herstellung von Schaltungen, deren Ausdehnung in A* gemessen werden, nicht in jedem Falle anwendbar. Selbstverständlich lassen sich durch exakte Steuerung der Sperrschicht-Tiefen,

109821/1738

_ O mm

der Dicke der Epitaxieschichten und der Gleichmäßigkeit und Qualität der Oberflächen monolithische, integrierte Schaltungen herstellen, deren Abmessungen weit geringer sind, als es zuvor möglich war. Durch extrem kleine Abmessungen der Schaltungen werden die Packungsdichte erhöht und die Kosten verringert, aber es müssen auch hohe Stromdichten verkraftet werden. Es ist bekannt, daß bei hohen Stromdichten die Betriebseigenschaften verschlechtert werden. Die Schaltungsabmessungen sind außerordentlich kritisch und gehen direkt in das Frequenzverhalten der integrierten Schaltungen ein. Das Frequenzverhalten wird durch einen Wert F₇ gekennzeichnet, der die Verstärkungsbandbreite bei Hochfrequenz-Betrieb angibt.

Es ist bereits bekannt, daß das Frequenzverhalten konventioneller Transistoren verbessert werden kann, wenn zwischen einer reduzierten Kollektorkapazität und dem Kollektorwiderstand ein geeigneter Kompromiß geschlossen wird. Eine geringere Dotierung der Kollektorzone vermindert die Kollektorkapazität auf Kosten eines erhöhten Kollektorwiderstandes.

Bei integrierten Schaltungen geht das Betreben dahin, Transistoren mit verringerten Abmessungen herzustellen, um sowohl die Packungsdichte als auch die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine Erhöhung der Packungsdichte bringt eine Verringerung der Kosten, da auf einem Halbleiterplättchen mehr Schaltelemente angeordnet werden können, und erhöht außerdem die Arbeitsgeschwindigkeit, da die durch die Verdrahtung bewirkten Verzögerungszeiten vermindert werden. Das Frequenzverhalten eines Transistors hängt in erster Linie mit der Basisweite zusammen, da die Zeit, die die injizierten Ladungsträger zum überqueren der Basiszone benötigen, proportional dem Quadrat der Basisweite ist. Bei einer Reduzierung der Basisweite muß die Störstellendichte in der Basiszone erhöht werden, damit der Basiswiderstand in vertretbaren Grenzen gehalten wird. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Emitter-Ergiebigkeit muß die Störstellendichte in der Emitterzone entsprechend erhöht

Docket FI 968 097 10 9 8 21/17 38

werden. Außerdem hat es sich als notwendig erwiesen, die Störstellendichte in der Kollektorzone zu erhöhen, um einen geringen Kollektorwiderstand zu erzielen und um eine exakte Definition des Basis-Kollektorüberganges bei einer schmalen Basiszone zu unterstützen. Die Auswirkungen erhöhter Störstellendichten in den Halbleiterzonen eines Transistors mit schmaler Basiszone liegen in einer beträchtlichen Erhöhung der Sperrschicht-Kapazitäten pro Flächeneinheit. Konventionelle Planartransistoren erfordern eine 5 bis 10 mal größere Ausdehnung des Kollektorgebietes als sie für die aktive Kollektorzone erforderlich wäre. Die Ursache liegt darin, daß die Basiskontakte eine ausreichende Oberfläche zur Verfügung gestellt werden muß. Von der Funktion her gesehen ist es nicht erforderlich, daß die äußere Kollektorzone die gleiche Kapazität je Flächeneinheit aufweist wie die aktive, innere Kollektorzone.

Als Stand der Technik ist hier das US-Patent Nr. 3 312 881 zu nennen, in welchem zwei Verfahren angegeben sind, um die Kapazitäten der äußeren Kollektorzone geringer als die der aktiven, inneren Kollektorzone zu machen. Beim ersten Verfahren wird ein hoch und entsprechend dem Kollektor dotiertes Substrat verwendet, auf das eine Epitaxieschicht aufgebracht wird. Die aktive, innere Kollektorzone wird durch eine geeignete, die Epitaxieschicht durchdringende Diffusion gebildet. Anschließend werden Basis- und Emitterzone eindiffundiert. Die Basis-Diffusion reicht dabei nicht bis zum Substrat, sondern ist im äußeren Bereich durch die Epitaxieschicht davon getrennt. Dieses Verfahren zeigt einen Nachteil, der sich aus der am Basis-Kollektorübergang und aus der in diesem Obergang benachbarten Kollektorgebiet erreichbaren Störstellendichte ergibt. Versucht man eine hohe Störsteilendichte zu erhalten, indem die Oberflächenkonzentration der inneren Kollektor-Diffusion erhöht wird, so muß diese hohe Störstellendichte im Bereich der Kollektor-Diffusion durch eine entsprechende Basis-Diffusion kompensiert werden. Diese Kompensation erfordert eine aufwendige Prozeßsteuerung, wenn eine genau definierte Basis

Docket FI 968 097 109821/1738

-A-

erzielt werden soll. Außerdem wird die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit der Halbleiterelement« bei stark kompensiertem Halbleitermaterial im Vergleich zu schwach kompensiertem Halbleitermaterial stark reduziert. Versucht man durch ein lange andauerndes Diffusionsverfahren bei der inneren Kollektordiffusion eine gleichförmige hohe Störstellendiffusion zu erreichen, so ist eine Ausdiffusion des hochdotierten Substrats in die innere Schicht zu beobachten.

Beim zweiten bekannten Verfahren wird eine zweimalige Epitaxie durchgeführt, wobei die erste Epitaxieschicht auf einem hoch und entsprechend der zu bildenden Kollektorzone dotierten Substrat aufgewachsen wird. Im inneren Transistorbereich wird eine Kollektor-Diffusion hoher Störstellendichte durchgeführt, die bis zum Substrat reicht. Anschließend wird eine zweite Epitaxieschicht aufgebracht, die die diffundierte Zone überdeckt. Die diffundierte Zone bildet damit einen vergrabenen Einschluß aus Kollektormaterial. Schließlich werden Basis- und Emitterzone eindiffundiert. Die Basiszone ist dabei so ausgebildet, daß zwischen der Front der Basiszone und dem Einschluß aus Kollektormaterial ein Restgebiet der zweiten Expitaxieschlcht übrig bleibt. Dieses Verfahren hat eine Begrenzung der Stromdichte zur Folge, solange sich die effektive Basisweite nicht bis zum Einschluß aus Kollektormaterial erstreckt. Die aufgrund der Stromdichte erfolgende Basisausweitung wird als Klrk-Effekt bezeichnet und ist eine Folge der begrenzten Geschwindigkeit der Ladungsträger im Halbleitermaterial. Bei einer begrenzten Geschwindigkeit der Ladungsträger ist die erforderliche Ladungsträgerdichte proportional der Stromdichte. Die Polarität der Ladungsträger entspricht der Gitterladung der die Basis erzeugenden Störstellen. Daher kann sich der Kollektorübergang solange nicht ausbilden, bis eine Tiefe erreicht ist, bei der die Störstellendichte die Ladungsträgerdichte überschreitet.

Zur Herstellung bei hohen Frequenzen arbeitender Integrierter Schaltungen sind daher wesentlich verbesserte Prozesse erforderlich, um die zahlreichen Parameter zu optimisieren. Die bei diskreten

Docket FI 968 097 10 9 8 21/17 3 8

Transistoren und mehr noch bei monolithischen Schaltungen üblichen Toleranzbreiten und Toleranzschwankungen sind hler nicht länger zulässig.

Ziel der Erfindung ist, für integrierte Schaltungen mit mindestens einem Transistor ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung dieser Anordnungen mit wesentlich geringeren Abmessungen gestattet, ohne daß das Frequenzverhalten verschlechtert wird. In diesem Zusammenhang sollen flache übergänge erzielt, unerwünschte Basisausweitung und Basis-Kollektorkapazitäts-Probleme verhindert und damit die Fähigkeit zum Betrieb mit höheren Strömen bei verbessertem Frequenzverhalten erzielt werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen, bestehend aus mindestens einem Transistor mit einem in die Oberfläche des Substrats erster Leitfähigkeit eingebrachten Subkollektor zweiter Leitfähigkeit, der über einen entsprechend dotierten Kollektorsteg relativ geringen Querschnitts durch die niedriger dotierte Kollektorzone hindurch direkt mit der Basiszone verbunden ist, derart vorgeschlagen, daß auf die Oberfläche eine erste Epitaxieschicht zweiter Leitfähigkeit aufgebracht wird, in die der Subkollektor ausdiffundiert wird, daß in die erste Epitaxieschicht und diese bis zum Subkollektor durchquerend der Kollektorsteg eingebracht wird, daß als Kollektorzone eine zweite Epitaxieschicht aufgebracht wird, in die der Kollektorsteg ausdiffundiert wird, und daß schließlich in der zweiten Epitaxieschicht eine Basiszone erster Leitfähigkeit gebildet wird, die mit der Kollektorzone und dem Kollektorsteg Basis-Kollektorübergänge bildet.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Kollektorsteg etwa um den Faktor 100 höher dotiert ist als die zweite Epitaxieschicht. Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch, daß die Ausdiffusion des Kollektoretegs in die zweite Epitaxieschicht so gesteuert wird, daß an dem dort entstehenden inneren Basis-Kollektorübergang eine Dotierungs-

Docket FI 968 097 10 9 8 21/17 3 8

dichte von etwa IO Atomen/cm oder höher entsteht. Schließlich ist es für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe vorteilhaft, wenn die StorStellenkonzentration und die Dicke der «weiten Epitaxieschicht so eingestellt werden, daß in der Kollektorzone am außerhalb des Kollektorsteges liegenden Baeisfibergang eine Dotierungsdichte von etwa 10 Atomen/cm entsteht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen integrierten Transistor, der nach bekannten Verfahren hergestellt ist,

Fig. 2 den Verlauf des Störstellenprofils in einer Transistorstruktur nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine integrierte Transistorstruktur, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Fig. 4 den Verlauf des Störstellenprofils in der nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transistorstruktur,

Fign. 5-11 die in Fig. 4 dargestellte Transistorstruktur in

aufeinanderfolgenden, erfindungsgemäßen Verfahrensschritten,

Fign. 12 + 13 den Verlauf der Verstärkungs-Bandbreite F_ in Abhängigkeit vom Emitterstrom I_g für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Transistorstruktur und

Fig. 14 die Abhängigkeit der Stromverstärkung ß vom Emitterstrom I„ für eine nach dem erfindungsgemäßen Ver-

Et

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17

_ *7 —

fahren hergestellte Transistorstruktur.

Die Transistorstruktur gemäß Flg. 1 geht von einem Substrat aus, auf den ein Subkollektor und der eigentliche Transistor gebildet ist. Die in monolithischer Form aufgebaute Transistorstruktur ist im wesentlichen nach dem in dem US-Patent 3 312 881 angegebenen Verfahren hergestellt. Zwar ist dort ein diskreter Transistor beschrieben, die Anwendung der angegebenen Prinzipien auf einen integrierten Aufbau würde jedoch eine Struktur und ein Störstellenprofil ähnlich Fig. 1 und 2 ergeben.

Die Struktur besteht aus einem P'-leitenden Substrat 10 auf dem sich ein Transistor mit einem N -leitenden Subkollektor 12, einem N-leitenden Kollektorsteg 13, einer !!"-leitenden Kollektorzone 14, einer P-leitenden Basiszone 16 und einem diffundierten N-leitenden Emitterzone 18 befindet. Die eindiffundierten P-leitenden Isolationsgebiete 20 und 22 isolieren den Transistor von anderen monolithischen Anordnungen, die sich auf demselben Substrat befinden. Der innere aktive Teil der Struktur enthält die Emitter-, Basis- und Kollektorzonen, die zwischen den beiden Linien 24 uiia 26 angeordnet sind und sich quer durch die Anordnung erstrecken. Die Gebiete links und rechts der Linien 24 und 26, also die außen liegenden Gebiete, sind für den Transistoreffekt nicht wesentlich, werden aber benötigt, um den aktiven Teil der im Inneren liegenden Basiszone kontaktieren zu können.

Fig. 2 zeigt das zusamnengesetzte Störstellenprofil für den N -leitenden Subkollektor 12, der sich vom P~-leitenden Substrat bis zur Oberfläche der Struktur erstreckt, und für den N-leitenden Kollektorsteg 13. Das genannte US-Patent zeigt zwar keinen Weg zur Herstellung dieses Kollektorstegs 13, bei Anwendung bekannter Verfahrensechritte ergibt sich jedoch der Verlauf der Kurve 28. Die N~-leitende Kollektorzone 14 wird durch Kurve 30 repräsentiert, die den typischen Verlauf bei einer Epitaxieschicht angibt. Die Störstellenprofile 32 und 34 für konventionelle Basis- und Emitter-Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 38

~ 8 —
diffusionen sind in Fig. 1 ebenfalls eingezeichnet.

Im innen liegenden Kollektorteil des Transistors wird eine hohe Störstellenkonzentration angestrebt, um die Basisausweitung oder den Kirk-Effekt zu vermindern. Gleichzeitig gestattet die hohe Störstellenkonzentration im inneren Kollektorbereich eine relativ hohe Störstellenkonzentration in der Basiszone, so daß der Basiswiderstand reduziert und damit die Eigenschaften verbessert werden. Das Störstellenprofil der Fig. 2 zeigt, daß die Störstellenkonzentration im inneren Kollektorteil 13 durch die Überschneidung der Kurven 28 und 32, weiter als durch Punkt 38 angegeben, zu tieferen Werten abgesenkt wird. Es 1st nicht ohne weiteres möglich, die Störstellenkonzentration (Punkt 38) anzuheben, da dann die konventionelle Basis-Diffusion nicht anwendbar ist.

Die planare Transistorstruktur der Fig. 3 und das zugehörige Störstellenprofil der Fig. 4 geben die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren, verbesserten Eigenschaften wider.

Ausgangsmaterial für die Transistorstruktur ist ein P -leitendes Halbleitersubstrat 46. Dieses Substrat enthält einen N -leitenden Subkollektor 48, einen von diesem ausgehenden N -leitenden Kollektorsteg 50, der sich durch eine erste N~-leitende Epitaxieschicht 52 bis in eine zweite N~-leitende Epitaxieschicht 54 erstreckt. In die zweite Epitaxieschicht 54 ist eine P-leitende Basiszone 60 eindiffundiert, in deren zentralem Bereich sich die N-leitende Emitterzone befindet. Ähnlich wie in der Struktur gemäß Fig. 1 liegt der innere Teil der Struktur zwischen den beiden Linien 64 und 66 und verläuft quer durch die Anordnung hindurch. Konventionelle P-leitende Isolationszonen 68 und 70 erstrecken sich bis in das Substrat 46 und bilden die erforderliche Isolation. Der Subkollektor 48 ist über eine entsprechend dotierte Zone 72, die einen niederohmigen Pfad darstellt, an die Oberfläche der Struktur hochgezogen. Die aktiven Zonen sind an der Oberfläche in konventioneller Weise mit metallischen Kontakten versehen, was hier nicht

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 3 8

_ 9 —
dargestellt 1st.

Der Flg. 4 sind die Vorteile zu entnehmen, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet. Die Ausdiffusionen des Subkollektor 48 und des Kollektorsteges 50 und ihre entsprechenden Störstellenkonzentrationen sind durch die Kurven 74 und 76 dargestellt. Die Störstellen-Profile der konventionellen Basis- und Emitterdiffusion ergeben sich aus den Kurven 78 und 80. Ein innerer Basis-Kollektorübergang 81 ist durch den Kollektorsteg 50 und den entsprechenden, inneren Teil der Basiszone 60 definiert. Die dort herrschende Störstellenkonzentration ergibt sich in Fig. 4 durch den Punkt 82, der den Schnittpunkt der Störstellenprofile der Basis-Diffusion (Kurve 78) und des ausdiffundierten Kollektorsteges (Kurve 76) darstellt. In diesem Punkt ist eine hohe Störstellen-

18 3 konzentration erreichbar, die im Bereich von 10 Atomen/cm liegt. Die reduzierte Störstellenkonzentration im äußeren Kollektorbereich ergibt sich aus der Dicke und der Dotierungsdichte der zweiten Epitaxieschicht 54. Im äußeren Teil des Kollektors ist, wie durch Punkt 84 gekennzeichnet, eine Dotierung von 10 Atomen/ cm erreichbar, was eine wesentliche Verringerung der Kollektor-Bas is kapazität insgesamt mit sich bringt. Die Kollektor-Basiskapazität setzt sich aus den Kapazitäten des inneren, horizontalen Teiles des Basis-Kollektorüberganges 81 und dem senkrechten und horizontalen Teil der Basis-Kollektorübergänge im äußeren Teil zusammen. Die Kollektor-Basiskapazität je Flächeneinheit ist im inneren Teil der Kollektorzone vergrößert, weil der Kollektorsteg 50 höher dotiert ist. Da der äußere Bereich der Kollektorzone geringer dotiert ist, ist deren Basis-Kollektorkapazität wesentlich kleiner. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Basis-Kollektorkapazität insgesamt stark reduziert ist.

Gleichzeitig bewirkt der hochdotierte Kollektorsteg eine Herabsetzung oder Vermeidung der unerwünschten Basisausweitung (Kirk-Effekt). Bei der in herkömmlicher Weise hergestellten Struktur der Fig. 1 wird der Kollektorübergang elektrisch tiefer in die

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 3 8

Kollektorzone hineingeschoben, was effektiv einer Vergrößerung der Basisweite entspricht und eine entsprechende Verschlechterung des Frequenzverhaltene, das beispielsweise durch F_ genessen werden, bewirkt. Diese Erscheinung 1st eine Folge davon, daß die vom Emitter in die Kollektorsone injizierte Stromdichte vergleichbar mit der Dotierungsdichte des Kollektormateriale ist. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren erhöhte Dotierungsdichte im Kollektorsteg 50 gestattet demgegenüber eine wesentlich höhere Emitter-Stromdichte. Auf diese Weise lassen sich die Abmessungen der integrierten Transistorstruktur trotz vergrößerter Stromdichten vermindern, ohne daß eine Basisausweitung oder eine Verschlechterung des Frequenzverhaltens in Kauf genommen werden muß. Selbstverständlich führt schon die Verringerung der Abmessungen an sich zu einer Verringerung der Kapazitatsproblerne.

Den Fign. 5 bis Xl läßt sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren entnehmen. Ausgegangen wird von einem P~-leitenden Substrat 84, das dann in einem konventionellen thermischen Oxydationsprozeß mit als Masken dienenden Schichten 86 und 88 beschichtet wird. Durch Anwendung der Photoätztechnik wird In der oberen Oxydschicht 86 ein Fenster für den Subkollektor freigelegt. Anschließend wird durch Eindiffusion eines geeigneten Materials der

N⁺-leitende Subkollektor 90 gebildet. Als Diffusionsquelle kann

21 3 beispielsweise Arsen mit einer Konzentration von 10 Atomen/cm verwendet werden.

Auf der Oberfläche von Substrat und Subkollektor wird, wie in Fig. 6 gezeigt, eine erste Epitaxieschicht 92 aufgewachsen, nachdem zuvor die Oxydschicht 86 entfernt wurde. Auf der ersten Epitaxieschicht wird erneut eine Oxydationsschicht 93 gebildet. Nährend des Epitaxieprozesses diffundiert der Subkollektor 90 in die Epitaxieschicht 92 aus und bildet dabei die Subkollektorzone 94. Die erste Epitaxieschicht 92 besteht aus N~-leitendem Material und weist etwa eine Dicke von 1,7 Mikron und einen spezifischen Widerstand von 4 Ohm-cm auf. Diese Werte ergeben eine Konzentration von etwa 2 · 10 Atomen/cm . Wie aus den Fign. 7

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 3 8

- li -

und 8 zu ersehen ist, wird durch thermische Oxydation eine Oxydschicht 97 erzeugt, die als Maske für die Diffusion des Kollektorsteges und der Isolationsbereiche dient. In der Maske werden Fenster 98 für die Isolationsbereiche 100 freigelegt. In einer entsprechenden Diffusion Werden diese P-leitenden Gebiete eindiffundiert. Außerdem wird ein Fenster 102 für den Subkollektor-Anschluß 106 gebildet und dieser beispielsweise durch eine Diffusion von Phosphor hergestellt. Diese KoIlektoranschlußzone 106 stellt eine niederohmige Verbindung zwischen der nicht dargestellten KoIlektorkontaktierung und dem Subkollektor dar. Nach der Freilegung eines Fensters 104 wird durch Diffusion von beispielsweise Arsen der Kollektorsteg 108 hergestellt. Dieser erstreckt sich bis in den Subkollektor und bildet so eine zentralisierte Kollektorstruktur. Der Kollektoranschluß 106 und der Kollektorsteg 108 können auch in einem gemeinsamen Diffusionsschritt erzeugt werden. Nach Entfernung der Oxydschicht 97 wird, wie in Fig. 9 gezeigt, eine zusätzliche zweite Epitaxieschicht 116 auf der ersten Epitaxieschicht 9 2 aufgewachsen. Während dieses Prozesses erfolgt eine weitere Ausdiffusion des Subkollektors 110, der Isolationsgebiete 100, des Subkollektorsteges 108 und der Subkollektoranschlußzone 106 im Bereich der ersten Epitaxieschicht 92 und in die zweite Epitaxieschicht 116 hinein, so daß sich entsprechende Zonen 112, 114, 117 und 118 bilden. Im betrachteten Ausführungsbeispiel weist die N*" - leitende, zweite Epitaxieschicht eine Dicke von etwa 1,4 Mikron und einen spezifischen Widerstand von 4 0hm-cm auf. Es stellt sich eine Konzentration von 2 · 10 Atomen/cm ein. Bei flachen Basisdiffusionen ergibt sich häufig ein extrem hoher Schichtwiderstand. Um die Folgen des hohen SchichtwiderStandes weniger wirksam werden zu lassen, wird in vielen Fällen eine gesonderte Basisdiffusion durchgeführt. Durch diese zusätzliche Diffusion wird der Basiswiderstand und die seitliche Injektion vom Emitter verringert. Bei manchen Verfahren ist eine einzige Diffusion ausreichend, um die Basiszone zu bilden, so daß die in den Fign. 10 und 11 angewandte Doppeldiffusion nicht erforderlich ist.

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 3 8

Wie In Flg. 10 gezeigt, wird In der Oxydschicht 126 ein Fenster 128 freigelegt, In dessen Bereich die Innere Basiszone 130 eindiffundiert wird. Die Diffusion erfolgt aus einer Quelle mit geeignetem P-dotiertem Material. Zu diesem Zeitpunkt können auch andere notwendige Elemente, wie beispielsweise ein diffundierter Widerstand 132 Im Bereich des Fensters 134 erzeugt werden. Um die richtigen Konzentrationen an der Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht 116 sicherzustellen, werden durch Fenster 136 , 138 geeignete Diffusionen im Bereich der Isolationsgebiete 114 und der SubkollektoranschluBzone 118 durchgeführt. Die noch weiter ausdiffundierten Zonen sind als Isolationsgebiete 140 und Kollektoranschlußgebiete 142 in Fig. 10 eingezeichnet. In einer weiteren Basis-Diffusion wird eine äußere Basiszone gebildet, die zusammen mit der ersten Basis-Diffusion 130 die Gesamtbasiszone 146 darstellt, was aus Fig. 11 zu ersehen ist. Wie bereits ausgeführt, genügt es in vielen Fällen, die Basiszone in einem einzigen Diffusionsschritt zu erzeugen. Schließlich wird in einem weiteren Diffusionsschritt die N-leitende Emitterzone 148 erzeugt.

Die Fign. 12 bis 14 demonstrieren die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbaren verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften, wobei die Emitterzone mit Arsen und die Basiszonen mit Bor dotiert sind. Die Kurven gelten Insbesondere für Strukturen, bei denen zwei Basiskontaktstreifen mit einem dazwischenliegenden Emitterkontaktstreifen verwendet sind. Der Abstand der Kontaktstreifen und die Streifenbreite beträgt 75 Mikron. Fig. 12 zeigt die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften als Verlauf der Verstärkungsbandbreite F-, gemessen in GHz, in Abhängigkeit vom Emitterstrom Ι«, gemessen in mA. Die Messungen sind bei einer Struktur mit einer Emitterlänge von etwa 20 ρ bei verschiedenen Basis-Kollektorspannungen V_CB durchgeführt. Ähnlich zeigt Fig. 14 die verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften einer Struktur mit einer Emitterlänge von etwa 15 pm bei verschiedenen Kollektor-Basisspannungen V_Cß. Fig. 14 zeigt die Stromverstärkung 3 in Abhängigkeit vom Emitterstrom I und zwar wiederum für Emitterlängen von etwa

Docket FI 968 097 10 9 8 21/17 3 8

15 und etwa 20 um. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die

- + 15

Störstellenkonzentrationen N , N, und N im Bereich von 10 ,

10 und 10 liegen. Messungen ergaben außerdem, daß Strukturen, wie sie den Fign. 12 bis 14 zugrunde liegen, Werte F- im Bereich von 9 bis 11 GHz und Kollektorkapazitäten in Bereich von 0,08 bis 0,11 pF aufweisen.

Docket Fi 968 0*7 10 9 8 21/17 3 8

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen, bestehend aus mindestens einem Transistor mit einem in die Oberfläche des Substrats erster Leitfähigkeit eingebrachten Subkollektor »weiter Leitfähigkeit, der über einen entsprechend dotierten Kollektorsteg relativ geringen Querschnitts durch die niedriger dotierte Kollektor zone hindurch direkt mit der Basiszone verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eine erste Epitaxieschicht zweiter Leitfähigkeit aufgebracht wird, in die der Subkollektor ausdiffundiert wird, daß in die erste Epitaxieschicht und diese bis zum Subkollektor durchquerend der Kollektorsteg eingebracht wird, dai als xollektorzone eine zweite Epitaxieschicht aufgebracht wird, in die der Kollektorsteg ausdiffundiert wird, und das schließlich in der zweiten Epitaxieschicht ein* Basiszone erster Leitfähigkeit gebildet wird, die mit der Kollektorzone und dem Kollektorsteg Baais-lolleX-torüberfänfe bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorsteg etwa um den Faktor 100 höher dotiert ist als die zweite Epitaxieschicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai die Ausdiffusion des Kollektorsteges in die zweite Epitaxieschicht so gesteuert wird, daß an dem dort entstehenden inneren Basls-Kollektorttbergang eine Dotierungedichte von etwa 10 Atomen/cm oder höher entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonsentration und die Dicke der zweiten Epitaxieschicht so eingestellt werden, das in der Kollektorsone am außerhalb des Kollektorstegs liegenden Baslsübergang eine Dotierungsdichte von etwa 10 Atomen/cm entsteht.

Docket Fi 968 097 10 9 8 21/17 3 8

Leerseite