DE2621791A1

DE2621791A1 - Integrierter transistor mit saettigungsverhindernder schottky- diode

Info

Publication number: DE2621791A1
Application number: DE19762621791
Authority: DE
Inventors: Augustine Wei-Chun Chang; Vincent Joseph Lucarini
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-05-15
Publication date: 1976-12-30
Also published as: GB1516034A; US4005469A; JPS5724935B2; JPS522288A; IT1064219B; FR2315171A1; CA1041226A; FR2315171B1

Description

Böblingen, den 14. Mai 1976 gg-fe

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 092 2621791

Integrierter Transistor mit sättigungsverhindernder Schottky-Diode

Die Erfindung betrifft einen integrierten Transistor mit sättigungsverhindernder Schottky-Diode, die in gleicher Polung und parallel zur Basis-Kollektorstrecke angeordnet ist, enthaltend eine erste Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps als Kollektor, eine darauf aufgebrachte, schwach dotierte Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps als Basis, eine in die zweite Schicht eingebrachte Zone des ersten Leitfähigkeitstyps als Emitter und eine die Basis durchquerende, hochdotierte zweite Zone des ersten Leitfähigkeits-

typs als Kollektorkontaktierungszone.

/J

Transistorstrukturen, bei denen zum Zwecke der Sättigungsverhinderung eine externe Diode zur Basis-Kollektorstrecke parallel geschaltet ist, sind bekannt und finden verbreitete Anwendung. Die externe Diode ist dabei in gleicher Richtung gepolt wie die Basis-Kollektordiode des Transistors. Die externe Diode ist gekennzeichnet durch einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung, der niedriger ist als die Vorwärtsspannung, bei der die Basis-Kollektordiode des Transistors leitend wird. Auf diese Weise erreicht man, daß im Sättigungsbereich des Transistors, wenn also der Kollektorübergang leitend wird, der darüberhinausgehende Basisstrom abgeleitet wird. Da Minoritätsladungsträger in der externen Diode nicht gespeichert werden, reduziert die Ableitung des überschüssigen Basisstromes die gespeicherten Ladungen im Transistor, so daß die Sättigung-Zeitkonstante des Transistors reduziert wird.

609853/0655

Bei NPN-Transistoren, deren Kollektor aus dem schwach dotierten Substrat gebildet wird, erhält man die sättigungsverhindernde Schottky-Diode auf einfache Weise dadurch, daß sich der Basiskontakt über den übergang zwischen Basis und Kollektor erstreckt. Dieser Basiskontakt bildet dann einen ohmschen Kontakt mit der P-dotierten Basis und einen Schottky-Kontakt mit dem N~-dotierten Kollektor. Bei Transistorstrukturen, deren Basis auf einer auf dem Kollektor aufgebrachten Epitaxieschicht gebildet ist, läßt sich dieses bekannte Verfahren nicht anwenden. Dieser Transistor weist in planarer Anordnung eine hoch N-dotierte Kollektorkontaktierungszone innerhalb der epitaktisch aufgebrachten Basis auf. Ein den übergang zwischen Basis und Kollektorkontaktierungszone überbrückender Kontakt würde lediglich ohmsche Kontakte bilden und somit den Kollektor-Basisübergang kurzschließen.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine einfache, mit den in der Transistorherstellung üblichen Prozeßschritten her stellbare Struktur anzugeben, bei der sich auch die letztgenannte Transistorstruktur mit einer sättigungsverhindernden Schottky- ; Diode integrieren läßt.

'■ Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen niedergelegt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

' Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht der fertiggestellten Transistorstruktur

Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht der Struktur gem. Fig.

in einem mittleren Prozeßschritt und

Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht der Struktur gem. Fig.

in einem späteren Prozeßschnitt.

609853/0655

FI 974 092

Der in Fig. 1 dargestellte Transistor weist eine durch Epitaxie hergestellte P~-dotierte Basis auf, die sich auf einem P -dotierten Substrat 1 befindet. Das Substrat weist eine Störstellenkonzentration 10 bis 10 Atomen/cm und einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis 25 Ohm . cm auf. Ein N -dotierter Subkollektor 2 ist in das Substrat 1 eindiffundiert. Die Oberflächenstör-

20 3 Stellenkonzentration beträgt etwa 4 χ 10 Atome/cm und liefert einen Schichtwiderstand von etwa 5 Ohm/Flächeneinheit. Der Subkollektor wird in der Verwendung einer geeigneten Silliciumdioxidmaske in konventioneller Weise in das Substrat eindiffundiert. Nach der Diffusion wird die Maske entfernt und eine P~-dotierte Epitaxieschicht 3 in einer Dicke von etwa 2 jam über dem Substrat 1J und dem Subkollektor 2 aufgewachsen. Die Epitaxieschicht 3 weist vorzugsweise eine Störstellenkonzentration von etwa 10 Atomen/cm auf.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel wird der Transistor durch dielektrische Isolation in Verbindung mit dem vergrabenen Subkollektor 2 isoliert. Man erhält also einen isolierten Bereich der P~"-dotierten Epitaxieschicht, innerhalb dem die Transistorstruktuj: mit der sättigungsverhindernden Schottky-Diode gebildet wird. Es werden also nacheinander Schichten aus thermischem Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und pyrolitischem Siliciumdioxid (nicht dargestellt) auf die Oberfläche der Epitaxieschicht 3 aufgebracht. Diese Schich ten erhalten in den Bereichen 4 und 5 Maskenöffnungen, innerhalb der die dielektrischen Isolationszonen 6 und 7 gebildet werden sollen. Die zu bildenden dielektrischen Isolationszonen umgeben selbstverständlich die gesamte erzeugende Transistorstruktur. Nach dem Aufbringen der Maske (nicht dargestellt) wird im Bereich der Masken 4 und 5 eine P -dotierte Diffusionszone hoher Konzentration eingebracht. Anschließend wird der Oxidationsprozeß durchgeführt, bei dem über den P -Zonen 8 und 9 die dielektrischen Isolationszonen 6 und 7 entstehen. Die Aufgabe der P -dotierten Zonen 8 und 9 besteht darin, sicherzustellen, daß unterhalb der dielek-

609853/0655

FI 974 092

trischen Isolationszonen 6 und 7 die Möglichkeit einer Inversion des P~-Substratmaterials verhindert wird. Eine solche Inversion kann auftreten, wem das die dielektrischen Isolationszonen bildende Siliciumdioxid direkt mit dem Substratmaterial in Kontakt [kommt.

Die bis hierher beschriebenen Verfahrensschritte und die daraus resultierende Struktur gehören zum Stande der Technik. Im nächsten Verfahrensschritt wird vom bekannten Stand der Technik abgewichen und es wird in die Oberfläche des isolierten Bereiches der P~-dotierten Epitaxieschicht 2 ein N~dotiertes Gebiet 10 eingebracht. Dies kann vorzugsweise durch Ionenimplantation geschehen. Das Gebiet 10 wird zur Herstellung einer Schottky-Diode und zur leitenden Verbindung der Kathode dieser Diode mit dem Subkollektor 2 verwendet. Dieser Verfahrensschritt läßt sich am besten anhand der Fig. 2 erläutern, die den entsprechenden Ausschnitt der Struktur gem. Fig. 1 nach Einbringen der N~-dotierten Zone durch Ionenimplantation zeigt. Zunächst werden die pyrolithische Oxidschicht und die Siliciumnitridschicht der bei der Bildung der Isolation verwendeten Maske entfernt, so daß nur noch die thermische Oxidschicht 12 auf der Oberfläche der Anordnung vorhanden ist. Auf diese Oxidschicht 12 wird eine Photolackschicht 11 aufgebracht und in bekannter Weise mit einem Fenster im Bereich des zu implantierenden N~-dotierten Gebietes 10 versehen. Bei der Ionenimplantation dient die Photolackschicht 11 als Maske und die Oxidschicht 12 als Schutzschicht. Bei der Ionenimplantation wird eine Störstellenkonzentration von etwa 5 χ 10 Atomen/cm verwirklicht. Zur Ionenimplantation können bekannte Techniken angewandt werden, eine davon ist beispielsweise im US-Patent 3 388 009 beschrieben.

Nach der Ionenimplantation wird die Photolackschicht 11 entfernt und in der Oxidschicht 12 im Bereich 13 ein Maskenfenster freigelegt. Durch dieses Maskenfenster erfolgt die Diffusion einer N⁺- dotierten KoIlektorkontaktierungszone 14. Nach der Diffusion wird

609853/0655

FI 974 092

die Anordnung einem Reoxidationsprozeß unterworfen und gesintert, so daß man die Struktur gemäß Fig. 3 erhält. Die Struktur wird dann in weiteren Verfahrensschritten zu der erfindungsgemäßen · Transistorstruktur gem. Fig. 1 vervollständigt. Zunächst wird in einem Maskierungs- und Diffusionsprozeß der N -dotierte Emitter 15 in die P~-Basis 3 eingebracht. Vorzugsweise wird für den Emitter ein Schichtwiderstand von etwa 15 Ohm/Flächenquadrat vorgesehen. Bei einer Diffusionstiefe des Emitters 15 von etwa 0,5 pm ergibt sich zusammen mit der Ausdiffusion des Subkollektors 2 in die Epitaxieschicht 3 eine Basisweite von etwa 0,5 um zwischen Emitter 15 und Subkollektor 2. Schließlich werden der Emitterkontakt 16, der Basis- und Schottky-Kontakt 17 und der Kollektorkontakt 18 durch Aufdampfen eines geeigneten Metalls, beispielsweise Aluminium, hergestellt.

Der Kontakt 17 bildet mit der P~"-dotierten Epitaxieschicht 3, die die Basis 19 des NPN-Transistors darstellt, einen ohmschen Kontakt. Mit dem N~-dotierten ionenimplantierten Gebiet 10 bildet dieser Kontakt einen Schottky-Kontakt. Da das N--dotierte Gebiet 10 direkt an die N⁺-dotierte Kollektorkontaktierungszone 14 anschließt, ist die Kathode der erzeugten Schottky-Diode direkt ohmisch mit dem Kollektor bzw. dem Subkollektor 2 des Transistors verbunden. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schottky-Diode und die erforderlichen Verbindungen zur Basis und zum Kollektor in einfacher Weise dadurch herstellbar sind, daß zu den Prozeßschritten für die Herstellung der dielektrischen Isolation die damit verträglichen Prozeßschritte für die Ionenimplantation zugefügt werden.

Bjs ist darauf hinzuweisen, daß anstelle der dielektrischen Isolation andere Isolationstechniken verwendbar sind, beispielsweise die bekannte Sperrschichtisolation.

609853/0655

FI 974 092

Claims

PATENTANSPRÜCHE

.J Integrierter Transistor mit sättigungsverhindernder Schottky-Diode, die in gleicher Polung und parallel zur Basis-Kollektorstrecke angeordnet ist, enthaltend eine erste Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps als Kollektor, eine darauf aufgebrachte, schwach dotierte zweite Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps als Basis, eine in die zweite Schicht eingebrachte erste Zone des ersten Leitfähigkeitstyps als Emitter und eine die Basis durchquerende, hochdotierte zweite Zone des ersten Leitfähigkeitstyps als Kollektorkontaktierungszone, dadurch gekennzeichnet,

daß in die Oberfläche der Basis (3) ein direkt an die Kollektorkontaktierungszone (14) angrenzendes, schwach dotiertes Gebiet (10) des ersten Leitfähigkeitstyps eingebracht ist und daß ein den Übergangsbereich zwischen diesem Gebiet (10) und der Basis (3) überlappender metallischer Kontakt (17) aufgebracht ist, der mit dem Gebiet (10) einen Schottky-Kontakt und der Basis (3) einen ohmschen Kontakt bildet.
2. Integrierter Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Schicht als Subkollektor (2) im übergangsgebiet zwischen einem Subtrat (1) des zweiten Leitfähigkeitstyps und der die Basis (3) bildenden, epitaktisch aufgebrachten zweiten Schicht angeordnet ist.
3. Integrierter Transistor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gebiet (10) durch Ionenimplantation hergestellt { ist. !

609853/0655
FI 974 092
4. Integrierter Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß es sich beim ersten Leitfähigkeitstyp um den N-Leitfähigkeitstyp handelt.
5. Integrierter Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß der metallische Kontakt (17) aus Aluminium besteht. j
6. Integrierter Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 5, \ dadurch gekennzeichnet, ! daß die Störstellenkonzentration der Basis (3) etwa I 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. ;
7. Integrierter Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, ι daß die Störstellenkonzentration des Gebietes (10) etwa j 5 χ 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. ;

609853/0655

FI 974 092

Leerseife