158528. lajstromszámú szabadalom • Eljárás monolitikus félvezető eszközök előállítására

7 158528 8 Általában az előzőkben ismertetett mindegyik diffúziós lépésnél tapasztalni fogunk a diffundált szennyezéseknél bizonyos újraelosztást. Különösen várható, hogy a bázis-emitter átmenet alatt levő bázis-kollektor átmenet rész elmozog kb. 0,6—07 mikron végleges mélységig, az epitaxiális réteg felületétől számítva. Megjegyezzük, hogy az 1—7. ábrák két szigetelt tranzisztor részeit mutatják vázlatosan. Nyilvánvaló, 1 ogy különböző elrendezések valósíthatók meg, hogy tényleges villamos kontaktust hozzunk létre a félvezető zónákkal és hogy a funkcionális elemek integrált elrendezéseivel összeköttetéseket hozzunk létre, hogy ezáltal integrált áramköri eszközöket képezzenek. Egy különösen előnyös gyártási technikánál az összeköttetések elkészítésére nyalábolt vezeték technológiát lehet alkalmazni, amilyent M. P. Lepselter 3,3,35.338 számú USA szabadalmi leírása ismertet. A találmány tárgyának egy második kiviteli alakja, amelyet a 8., 9., 10., és 11. ábrák mutatnak, a funkcionális elemek közötti villamos szigetelést a P—N átmenetes térvezérlésű eszközök kiürített rétege segítségével biztosítjuk. Ennél a második kiviteli alaknál a gyártás kezdeti lépései megegyeznek az első kiviteli alaknál ismertetett lépésekkel, egészen a vékony epitaxiális réteg kialakításáig, vagyis addig, amit az 1., 2. és 3. ábrákkal kapcsolatban leírtunk. Ez azt jelenti, hogy kb. egy mikron vastagságú N-típusú epitaxiális réteget alakítunk ki a P-típusú szubsztrátum felett, amelyben N-típusú eltemetett réteget képeztünk ki. Ezután, amint azt a 8. ábra mutatja, N-típusú 81 és 82 mély kontakt zónákat formálunk legalább részben az epitaxiális 24 rétegen keresztül, szelektív diffúziós technika segítségével. Egyetlen, egy mikron vastagságú epitaxiális réteg számára a 81 és 82 zónákat tipikusan egy kezdeti kb. 0,6 mikronos mélységig lehet diffundáltatni. Bizonyos további diffúzió elkerülhetetlenül bekövetkezik a későbbi hőkezelés folyamán. Amint a 9. ábrán látható, P-típusú nem-szelektív bázis diffúziót végzünk ezután az epitaxiális 24 réteg teljes felületébe és ezáltal abban kialakítjuk a P-típusú 85, 86 és 87 zónákat. Ugyanúgy, mint az első kiviteli alaknál, ennek a nem-szelektív diffúziónak koncentrációja előnyösen szabályozott, hogy megakadályozzuk a 81 és 82 zónák P-típusú zónává, vagy intrinsic zónáivá való átalakulását és tipikusan kb. 0,5 mikronosmélységig végezhető a diffundáltatás. Amint a 10. ábra mutatja, egy végső szelektív N-típusú diffúziót végzünk, ugyanúgy, mint az első kiviteli alaknál és ezzel kialakítjuk a 89 és 90 emitter zónákat stb. A 11. ábra mutatja az eredményként kapott oxiddal borított struktúrát és a szilíciumtest megfelelő helyein elhelyezett fémkontaktusokat. Különlegesen előnyös technika a szilíciumon a villamos kontaktusok elkészítésére és a funkcionális elemek közötti összeköttetések létrehozására az ismert nyalábolt vezetékes technológia alkalmazása. A 11. ábrával kapcsolatban megjegyezzük, hogy a P-típusú 86 zóna, az N-típusú 93 zóna és a P-típusú 94 szubsztrátum P—N átmenetes térvezérlésű tranzisztornak tekinthető. Következésképpen, ha a 93 zónához képest eléggé negatív potenciált helyezünk mindkét P-típusú 86 és 94 zónára a 95, ül. 96 fémkontaktusok útján, mindkét záróirányban előfeszített P—N átmenet kiürített tartományai teljes miértekben kiterjednek a 93 zónára. Ez azt jelenti, hogy a 93 zóna kiürített állapotában nagy impedanciát jelent a rajta oldal irányban folyó áram számára és villamos szigetelés jön létre a két szomszédos funkcionális elem között. Hogy ez a szigetelési forma lehetséges a vékony epitaxiális réteg következtében, az az alábbi elemzésből tűnik ki. Egy N-típusú és egy mikron vastagságú és kb. 0,5 ohm-centiméter ellenállású epitaxiális réteg esetén benne az ionizált szenynyezés koncentráció kb. 1,2X1016

értékű. P-típusú diffúzióval, amelynek felületi koncentrációja kb. 3X1019

szennyezés és kb. 0,5 mikron mélyen van diffundáltatva az epitaxiális rétegbe, az eredményként kapott P—N átmenetnél a teljes kiürített rétegvastagság kb. 0,5 mikron, amely elsősorban a nagyellenállású N-típusú 93 zónába nyúlik be kb. három voltos záróirányú előfeszültségnél. Vagyis a P—N átmenetes térvezérlésű tranzisztor ki van iktatva és ilyen módon tényleges villamos szigetelést jelent már jóval korábban, még mielőtt bármelyik szomszédos P—N átmenetnél lavina letörés következnék be. A diódák, kondenzátorok és térvezérlésű eszközök gyártására szolgáló módszereket itt nem tárgyaltuk, mert az ezek és más funkcionális elemek előállítására szolgáló módszerek a fenti leírás alapján a szakemberek számára kézenfekvőek. Hasonlóképpen, a P-típusnak N-típussal és az N-típusnak P-típussal való helyettesítése a fent ismertetett kiviteli alakinál, íhogy ezáltal lehetővé váljék P—N—P bipoláris tranzisztorok és komplementer struktúrák elkészítése, a szakember számára szintén kézenfekvő. Nyilvánvaló továbbá szakemberek számára, hogy a szilárd halmazállapotban végzett diffúziós művelet ion bevitellel is helyettesíthető, amint arra már az előzőkben utaltunk, a félvezető eszközbe a szennyezések szelektív és nem szelektív bevezetéséhez. Az ion bevitel szakterületen általánosan ismert és azt többek között J. T. Burrill és Tsai „Ion Implantation as a Production Technique" című cikke (IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. ED—14 No. 1. 1967. január) továbbá L. N. Large and R. W. Biokneil „Ion-Implantation Doping of Semiconductors" című cikke (Journal of Material Science, Vol. 2, 589. old., 1Í967) ismerteti. Ugyanebben a témakörben mozog a 3 341 754 számú USA szabadalmi leírás is. 10 15 20 25 S0 35 40 45 50 55 60 4