195036. lajstromszámú szabadalom • Bipoláris integrált áramkörben alkalmazható RNP tranzisztor és eljárás ennek előállítására
A találmány tárgya bipoláris integrált áramkörben alkalmazható PNP tranzisztor és eljárás ennek előállítására. Az integrált áramkörökben szokásosan használt PNP tranzisztorok szerkezetét az 1. és 2. ábrán mutatjuk be. Az 1. ábrán egy oldalsó elektródelrendezésű, ún. laterális tranzisztor, a 2. ábrán pedig egy ún. szubsztrát tranzisztor metszete látható. E PNP tranzisztorok felépítését az a követelmény határozza meg, hogy készítésük az ugyanazon integrált áramkörbeli NPN tranzisztorok előállításához szükséges műveleteken túlmenő műveleteket ne igényeljen. Ennek megfelelően az integrált áramkörök készítésekor a laterális tranzisztorok 4/a emitterzónáját és 4/b kollektorzónáját, valamint a szubsztrát tranzisztorok 4/c emitterzónáját ugyanazon művelettel alakítják ki, mint az NPN tranzisztorok báziszónáját; hasonlóképpen közös művelettel készítik el a laterális és szubsztrát tranzisztorok 5/a, ill. 5/b báziskontaktus-zónáját és az NPN tranzisztorok emitterzónáját. A laterális és szubsztrát tranzisztorok — szerkezetükből adódóan — igen kedvezőtlen elektromos paraméterekkel rendelkeznek: határfrekvenciájuk kb. két nagyságrenddel, kimeneti ellenállásuk és áramerősítési tényezőjük pedig kétszer-háromszor kisebb, mint a velük együtt készített NPN tranzisztoroké, és felső áramhatáruk is kb. egy nagyságrenddel marad el a velük közös műveletben előállított, azonos területű NPN tranzisztorokétól. Az integrált áramkörökben használt PNP tranzisztorok hátrányos jellemzői főképpen abból adódnak, hogy e tranzisztorok ún. bázisvastagsága, ami az 1. ábrán a 4/a emitterzóna és a 4/b kollektorzóna közötti távolság, a 2. ábrán a 4/c emitterzóna és a kollektort képező 1 alaplemez közötti távolság, konstrukciós és technológiai okok következtében nem lehet kisebb 2—5 pm-nél, jóllehet, a bázisvastagság kívánatos értéke, ami az integrált áramköri NPN tranzisztoroknál könnyen megvalósítható, legfeljebb 1,0—1,5 pm. További hátrányt jelent az NPN tranzisztorokhoz képest, hogy míg az NPN tranzisztorok bázisrétegében a gyártási műveletek során inhomogén adalékeloszlás jön létre, ami egyrészt elősegíti a töltéshordozók mozgását és így magasabb határfrekvencia elérését teszi lehetővé, másrészt csökkenti az eszköz feszültségérzékenységét, addig a laterális és szubsztrát tranzisztorok báziszónája, ami az 1. ábrán a 4/a emitterzóna és a 4/b kollektorzóna közötti tartomány, a 2. ábrán a 4/c emitterzóna és az 1 alaplemez közti tartomány, homogén szennyezettségű marad, ezért a laterális és szubsztrát tranzisztoroknál nem jelentkeznek a diffúziós adalékeloszlásból származó kedvező hatások. Egyébként a laterális tranzisztorok fő jellemzője, az oldalsó elektródelrendezés önmagában is hátrányos az eszköz- 2 1 paraméterek, pl. a határfrekvencia szempontjából; hasonlóképpen csökkenti a szubsztrát tranzisztorok alkalmazhatóságát az a körülmény, hogy kollektoruk azonos az alaplemezzel, minthogy emiatt csak földelt kollektoros üzemmódban használhatók. Mindezek a hátrányok eddig jelentősen korlátozták az áramkörtervezők munkájának eredményességét, ill. akadályozták a bipoláris integrált áramkörök teljesítőképességének növelését. A találmány célja e hátrányok kiküszöbölése és az NPN tranzisztorokkal egyenértékű PNP tranzisztorok integrált áramköri alkalmazásának lehetővé tétele. A találmány nem az eddig említett, a gyakorlatban elterjedten alkalmazott laterális és szubsztrát tranzisztorhoz, hanem egy, a szakirodalomból ismert, az NPN tranzisztorhoz hasonló felépítésű PNP tranzisztorhoz kapcsolódik. Ilyen rétegszerkezetet mutat be pl. az R.M. Warner és J.N. Fordemwalt által szerkesztett, a Me. Graw-Hill Co. által 1965-ben kiadott „Integrated Circuits" c. könyv 5.24 ábrája a kötet 147. oldalán. Ez a tranzisztor — a vázlatos könyvbeli ábrát értelemszerűen kiegészítve az ott fel nem tüntetett kontaktuszónákkal — P vezetési típusú alaplemezre növesztett N vezetési típusú epitaxiális rétegben van kialakítva; az epitaxiális rétegben P vezetési típusú kollektorzónát, a kollektorzónában N vezetési típusú báziszónát és P vezetési típusú kollektorkontaktus-zónát tartalmaz; a báziszónában P vezetési típusú emitterzónája és N vezetési típusú báziskontaktus-zónája van. Ezt a PNP szerkezetet azért nem alkalmazták eddig a bipoláris integrált áramkörökben, mert nem sikerült olyan eljárást kidolgozni, mellyel mind az NPN, mind a hasonló felépítésű PNP tranzisztorok megfelelő minőségben előállíthatok lennének a szokásos, vagy azt nem jelentősen meghaladó költségszinten. A találmány célja az NPN tranzisztorokéhoz hasonló felépítésű PNP tranzisztor integrált áramköri alkalmazásának lehetővé tétele oly tranzisztorszerkezet, ill. előállítási eljárás kidolgozása útján, melyek jól illeszkednek a szokásos konstrukciós és technológiai módszerekhez, és alkalmazásuk nem jár aránytalan költségnövekedéssel. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a célul kitűzött PNP tranzisztor integrált áramkörben történő előállításához mindenekelőtt e tranzisztor kollektor- és báziszónájának kialakítását kell megfelelő módon megoldani, minthogy a többi zóna a technológia szokásos műveleteivel előállítható. A kollektor és báziszóna készítésekor azonban el kell kerülni egynél több epitaxiális réteg alkalmazását, mivel ez megengedhetetlenül megnövelné a gyártási költségeket, az egyes zónákat tehát diffúzióval vagy ionimplantációval kell kialakítani. A szerkezetből adódóan nagy kiterjedésű kollektorzónát alacsony rétegellenállással szükséges elkészíteni, ami legegyszerűbben 2 195036 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
