DE1614423A1

DE1614423A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE1614423A1
Application number: DE19671614423
Authority: DE
Inventors: Saburo Iwata; Akira Misawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1967-02-09
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1146943A; US3475661A; DE1614423B2

Description

LJT. Γ. .

Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl-Phye. R. Holzbauer - Dr. F. Zumeteln Jun. PATENTANWÄLTE T.LEFON: SAMMEL-NR. «_βΜ4, · MOMOMSN ·.

TELEX 320379

TiLiORAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN SIISO

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

7 /Ii Neu· vollständig· Anmaldunqtunterlsoen

(2/2/1) '

67-GE02

SOIiY CORPOIUIIOIi, Tokyo / Japan Ilalbleitorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine HalbXeiterrorricbtuBg, die mehrere elektrische Elemente hierauf beeitet, die duroh einen FH-Obergang elektrisch voneinander isoliert elnd, wobei die Yorriohtong eine Uutorlage aue einem Leitfähigkeitβtyp und eine epitaxial gewachstne Schicht dee anderen Leitfähigkeitetyp· hierüber beeitrt, wobei die epitaxial gewaoheene Sohloht polykrletalline Berelohe elnechlleet, duroh die eine Verunreinigung diffundieren wird, um den isolierenden PN-Übergang herzustellen.

Die Erfindung betrifft >n¹ Meltrrrorrlchtungen mit. darauf auage blldottm Mehrfnoheleaenten, wie etwa Dioden mit rarlablerKapaaitftt und/oder lntegrlertea Schaltungen·

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üntefkoen (Mt Ί ι am· a Hr. ι «su j

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Obgleich Hehriacheleuent-Halbleitervorrichtungen derselben allgemeinen Art, wie sie hier behandelt werden, bereits bekannt sind, ao weisen solche bekannten Einrichtungen jedoch verschiedene Nacht oil β auf, insbesondere in bezug auf die Spannungshöhe, dl· sie aushalten können, und die Schwierigkeiten, die bei der Her» stellung auftreten. Z.B. war es bei den bekannten Herstellungetechniken gewöhulioh notwendig, entweder eine Diffusionsmaske für das Hineindiffundieren von Verunreinigungen in ein· Unterlage zu vorwenden oder es waren photographisohe Verfahren notwendig, bei denen Abdeckmaterialien verwandt werden mußten.

Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr eine Halbleitervorrichtung mit einer Unterlage aus einem Leitfähigkeitstyp, einer epitaxial gewachsenen Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, der auf der Unterlage auegebildet wird, wobei die epitaxial gewachsene Sohioht Einkriitalltell« und polykristallin· Teile enthält. Die Isolation zwischen den verschiedenen Abschnitten, der Halbleitervorrichtung wird dadurch erreicht, daß ein Diffusionsbereich entlang den polykristallinen Teilen vorgesehen wird, wodurch PN-übergänge zwischen den polykristallinen Seilen und den Einkristallteilen hergestellt werden.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird dl· Unterlag« mit Keimotellen zur Ausbildung von polykristallinen Schichten versehen. Sodann wird eine Epitaxialaohioht des entgegengesetzt«n Leitiiihigkeltatype auf der Unterlage durch Vakuum-Ablagerung aufgebracht·

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An den Eeiraatellen entwickelt sich, eine polykristalline ,Schicht, während die epitaxiale Schicht in dem verbleibenden leil der Schicht im wesentlichen ein Einkristall let.

Im folgenden βoll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten verschiedenen beisplelsweisen Ausführungeformen näher erläutert werden, in der:·

71g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Unterlage zeigt» die gemäß der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann;

Fig. 2 lot eine vergrößerte Querechnittsansicht der Halbleitervorrichtung, nachdem die polykristallinen Bereiche und die Einkriatallbereiche auf der Unterlage aufgebracht worden sindj

Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der der Fig. 2, jedoch zeigt diese Figur die Komponenten, nachdem eine Verunreinigung ein-

Sich

diffundiert ist, wodurohYFN-Übergänge ausgebildet habent

Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich der der Fig. 3, jedoch iet hierin ein abgewandelter Diffusioneprozeß dargestellt, der verwandt werden kann; und

Fig. 5 ist eirf stark vergrößerte Ansicht einer abgewandelten AusfUhrungsform einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Halbleitervorrichtung!

In Fig. 1 ist mit dem Bezugczelohen 10 allgemein eine Einkristallsiliciuin-Unterlage vom P-Typ bezeichnet, die mehrere kontinuierliche oder diskontinuierliche Nuten oder Einkerbungen 11 besitzt,

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die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet sind· Die Einschnitt© 11 wirker als Stellen, an denen im weiteren aufgebrachte polykxiBtalline Schichten wachsen.

Eine N-SiIicium-epitaxiale Schicht 12 wird sodann auf der eingeritzten Oberfläche durch Auf dampf ung abgelagert. Die Einkerbungen 11 bewirken, daß sich das N-SiIicium als polykristalline Bereiche 13 ablagert, die in einer im allgemeinen keilförmigen Form wachsen. Der Rest der Schicht 12 ist eine Einkristallschicht vom H-SiI ic I um typ.

Epitaxiale Wachstumsprozeßebzw. Verfahren sind bekannt und bewirken eine Ausbreitung der ursprünglich kristallinen Struktur der Unterlage, bei der sich die Atome der epitaxialon Sehioht als eine Portsetzung der ursprünglich kristallinen Struktur aneinander reiiraen bzw« ausrichten. In einem typischen expitaxLalen Wachstumsprozeß wird die Unterlage in einer Reaktionskammer erhitzt,und ein Gasstrom» der Gase «ines Siliciumhalogenide, wie etwa einem Siliciumtetrachlorid enthält, das mit einer geringen Menge von Phosphortrichlorid angereichert ist» wird über die erhitzte Unterlage in der Kammer unter Vakuum geleitet» An den Oberflächen findet eine Reaktion statt, und es wächst ein film oder eine Schicht von üilloium in monokristalliner Form auf der Oberfläche dor Unterlage. Das Verunreinigungsinaterial lagert sich gleichfalls in elementarer form zusammen mit dem Silicium auf der Unterlage ab·

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Nach der Ablagerung der epitaxialen Schicht 12 wird die unterlage erhitzt, um die P-Verunreinigung von der Unterlage Io in die epitaxiale Schicht 12 hineinzudiffundieren. Die Acceptorverunreiniqung, die in der Unterlage Io enthalten ist, diffundiert in die polykristallinen Bereiche 13 schneller als in den Einkristallbereich, so dass ein im wesentlichen die keilförmigen polykristallinen Bereiche 13 umgebender diffundierter Bereich erzeugt wird, wobei der diffundierte Bereich 14 PN-Übergänge zwischen dem Einkristallbereich 12 und der Unterlage Io darstellt. Der PN-Übergang hat im wesentlichen gleichförmige Dicke, sowohl in dem Bereich, wo er parallel zu der Unterlage Io ist als auch In dem Bereich, der über den keilförmigen polykristallinen Bereichen bzw* Flächen 13 liegt. <

Es können gleichfalls dadurch Stellen für die Erzeugung von polykristallinen Flächen bzw. Bereichen als Teil eines epitaxialen Wachstumprozesses erhalten werden, dass eine Siliciumschicht auf der Unterlage abgelagert wird, anstatt Einkerbungen vorzusehen. Die SiIiciurntellchen schaffen Diskontinuitäten bzw. Störstellen, die sich im wesentlichen in derselben Art und Weise, wie die in den Figuren gezeigten Einkerbungen 11 verhalten·

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform gemXss der Erfindung sind die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schritte mit dem Unterschied wiederholt, dass die Unterlage und die Epitaxialechlcht. vom selben Leitfähigkeitstyp sind, wobei polykristalline Bereiche 13 von im allgemeinen keilförmiger

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Form innerhalb einer Einkristallschicht eines epitaxial gewachsenen Abschnittes 12 gebildet werden. Bei dieser AusfUhrungsform wird jedoch, anstatt die Verunreinigung von der Unterlage

10 aus einzudiffundieren, eine Acoeptorverunreinigung in die epitaxiale Schicht 12 durch die epitaxiale Schicht selbst hinein diffundiert, wodurch sich eine Diffusionszone 16 bildet, die die polykristallinen Bereich 13 umgibt, und wodurch PH-Übergänge geschaffen werden«

Beide in den Pig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtungen können si. variablen Kapaaitätodioden dadurch ausgebildet werden, daß Elektroden auf ihrer Ober- und Unterseite, angebracht werden. Die

im voraus Kapazität d- sich daraus ergebenden Diode kann dadurch £££2?*

bestimmt werden, daß die Tiefe oder die Breite der Sinkerbungen

11 in der Unterlage im voraus gewählt werden. Weiterhin 1st die geometrische Anordnung der Vorrichtung derart, dafl dl· Diode höheren Spannungen als ähnliche, früher verwandt· Dioden standhalten kann·

In Fig. 5 1st die Herstellung einer zusammenhängend geschalteten Halbleitervorrichtung dargestellt, bei der das erfindungsgem&ße Verfahren verwandt 1st. Bei der Herstellung der in Fig. gezeigten Integralen Schaltung werden dl· In den Fig. 1 bis dargestellten Schritte wiederholt, wonach die obere Fläche der Vorrichtung geebnet bzw. abgeschliffen oder anderweitig abgeschnitten wird, um eine Flüche 17 zu schaffen, bei der Seile

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des polykristallinen Bereichs 13 freigelegt sind. Andererseits kann die epitaxIaIe Schicht 12 ursprünglich so gewachsen aein_t daß die oberen Enden des polykristallinen Bereiches 13 eioh bii an die Oberfläche der Einkrieftallschicht 12 erstrecken» d.h. die liefe der Ablagerung der epitaxialen Schicht 12 kann so gesteuert werden, daß sie nicht die Höhe des polykristallinen Bereichs 13 überschreitet.

In der in fig, 5 gezeigten Torrichtung sind die epitaxial gewachsenen Einkristallachichten 12 elektrisch durch PU-Ubergänge H voneinander getrennt, so daß die einzelnen Bereiche 12 jeweils Kreiselemente, vie Transistoren, Dioden, Kapazitäten oder Widerstände darstellen können.

Die verbesserten Elemente gemäß der vorlegenden Erfindung können gleichfalls durch andere abgewandelte Techniken hergestellt werden, z.B. dadurch, daß mit einer Unterlage aus P-Silielua begonnen wird, daß eine epitaxiale Schicht aus P-S11icium auf der Unterlage abgelagert wird, wobei sich polykristalline Bereiche, wie sie oben beschrieben worden sind, bilden« Sodann kann eine Donatoren-Verunreinigung durch die Unterlage und durch die polykristallinen Bereiche eindiffundi'art *erden, um einzelne, epitaxiale Bereiche zu bilden, die von den polykristallinen Bereichen durch PN-Übergänge getrennt Bind.

Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausftihrungsiona der Erfindung

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kann eine eigenleitende Siliciumunterlage mit einer epitaxialen Schicht aus P-S11icium mit zwischenliegenden polykristallinen Bereichen versehen werden« Sodana, kann die Donatorenverunreinigung durch die epitaxiale Schicht einöiffundiert werden, um diffundierte Bereich? zu bilden, durch die PK-tJbergänge ewisohen den polykristallinen Bereichen und der epitaxialen Schicht vom P-Leitfähigkeitstyp geschaffen werden.

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Claims

Betrifft: Patentanmeldung P 16 14 423.3 - SOlTY COPvP.- 67-GE02 a t e η t an s ρ r ü c h e

1. Halbleitervorrichtung mit einer-auf einer Unterlage ausgebildeten epitaxial en Schicht, die Einkristallteile und im Abstand voneinander angeordnete polykristalline leile mit 'einem Diff tiaionsbercich entlang den polykristallinen Teilen enthält, wodurch pn-übergHnge zwischen den polykristallinen £ eil on und diesen Einkristallteilen gebildet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der diffundierte Eereieh eine Verunreinigung enthält, die von der Unterlage au3 eindiffundiert worden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, daaureh geicennzeiehnot, &a3 die polykristallinen Teile von dem diffundierten Bereich umgeben sind, '

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die polykristallinen Seile nach aufwärts erstrecken und an der Oberfläche der epitaxialen Schicht freiliegen.

5. Verfahren zur Herstellung οiner Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlag© vorg©oehen lot, auf der Keim3tellcn für die Ausbildung polylnriBtallinor Schichten ausgebildet sind, daß auf dieser Unterlage unter Vakuum eine <*jpitaxiale Schicht abgelagert wird, wodurch hierauf polytcristalllno Schichten und Binkristallschlchten ausgebildet wordons und da3 eine Verunreinigung durch die polykristallinen Sohichton οiadiffundiert wird^ um pn-Uboifgängo zu bilden.

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6. Verfahren·nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung aus der Unterlage eindiffundiert \/ird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung durch die epitaxiale Schicht Gindiffundiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nach der Bildung der Überginge entlang der epitaxialen Schicht abgetragen wird» um 2eile.der polykristallinen Schicht freizulegen.

9. Halbleitervorrichtung mit einer auf einer Unterlage aus-' gebildeten epitaxialen Schicht, wobei die epitaxial« Schicht gegeneinander elektrisch isolierte Einkriatallteile eineo Leitf ähigkeitstyps und im Abstand voneinander angeordnete polykristalline Seile eines entgegengesetzten ieitfähigkeitstyps aufweist.

1-0· Halbleitervorrichtung nach. Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daö die polykristallinen Seile vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Unterlage sind·

11. Ilalbleitorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Schaltkreiselemente auf den Einkristallteilen ausgebildet sind·

1.2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage Bigenleltfähigkelj^ aufweist.

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