Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in
gemischter Technologie ausgeführte integrierte
Schaltung, in der CMOS-Strukturen mit hoher Dichte sowie
laterale Bipolartransistoren mit hoher Early-Spannung
und hohem elektrischen Wirkungsgrad integriert sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
In gemischter Technologie ausgeführte integrierte
Schaltungen finden aufgrund ihrer außergewöhnlichen
Vielseitigkeit wachsende Verwendungsmöglichkeiten.
Andererseits führt die Forderung nach einer ständig
steigenden Dichte bei diesen integrierten
Vorrichtungen zur Steigerung der Miniaturisierung der Systeme
zum stärkeren Hervortreten von
Kompartibilitätsproblemen bei der Ausbildung von Strukturen mit
unterschiedlicher Technologie, wie z. B. Bipolartransistoren und
MOS-(CMOS-)Transistoren, die in demselben Chip
monolithisch integriert sind.
-
Insbesondere impliziert die Verwirklichung von in
gemischter Technologie ausgeführten, integrierten
Schaltungen mit hoher Dichte gemäß den modernsten
Herstellungsvorgängen notwendigerweise eine drastische
Reduzierung der Übergangstiefe von Diffusionen. Diese
Tatsache bringt zwar wichtige Vorteile bei der Bildung
wirksamer CMOS-Strukturen, jedoch hat sie auch die
Tendenz zu Einbußen bei dem elektrischen Wirkungsgrad
und den Early-Spannungseigenschaften lateraler
Bipolartransistoren. Bei in gemischter Technologie
ausgeführten, integrierten Schaltungen der ersten
Generation, bei denen das Isolierungs-Feldoxid nach seiner
Bildung geometrisch definiert wurde und bei denen die
Übergangstiefe relativ groß blieb (z. B. von 3 bis 4
um bei p+-Diffusionen), blieb der Wirkungsgrad
lateraler Bipolartransistoren zufriedenstellend, jedoch
ließen sich die Strukturen nicht sehr dicht ausbilden.
Bei in gemischter Technologie ausgeführten
integrierten Schaltungen, die gemäß den modernsten Technik
hergestellt werden, welche das Aufwachsen des
Isolierungs-Feldoxids auf mittels einer Siliziumnitrid-Maske
vordefinierten Bereichen sowie die in einem
Selbstausrichtungs-Modus erfolgende Ausbildung von an der
Oberfläche angereicherten Wannenbereichen ins Auge fassen,
läßt sich im Gegensatz dazu eine hohe Dichte der
integrierten Strukturen erzielen, wobei dies jedoch
begleitet ist von einem konsistenten Abfall des
elektrischen Wirkungsgrads bei lateralen Bipolartransistoren
aufgrund eines dramatisch gesteigerten Verlusts an
Kollektorstrom in Richtung auf die
Isolierungsübergänge (und das Substrat), die den Transistorbereich
umgeben.
-
Dieser Mechanismus ist in den Figuren 1 und 2
schematisch dargestellt, in denen eine fragmentarische,
schematische Querschnittsansicht einer in gemischter
Technologie ausgeführten integrierten Vorrichtung der
ersten Generation bzw. einer ähnlichen integrierten
Vorrichtung in Herstellung gemäß den modernsten
Techniken dargestellt sind. Die verwendeten Symbole und
Polaritäten der verschiedenen Bereiche und Diffusionen
sind üblicher Art und für den Fachmann sofort
verständlich, ohne daß es einer redundanten,
ausführlichen Beschreibung derselben bedürfte.
-
Wie durch die Pfeile angedeutet ist, die von dem
Emitterübergang des Bipolartransistors (PNP bei dem
dargestellten Beispiel) ausgehen und die die Stromlinien
wiedergeben, wird im Fall der niedrigen Dichte der
integrierten Vorrichtung der Fig. 1 der Hauptbereich
des Emitterstroms in wirksamer Weise von dem Kollektor
des Transistors aufgenommen. Bei einer mit hoher
Dichte integrierten Vorrichtung, die gemäß modernen
Techniken hergestellt ist und wie sie in Fig. 2
dargestellt ist, wobei die Genauigkeit einer
maßstabsgetreuen Darstellung zwischen den beiden Figuren außer
Acht gelassen wurde und wobei die
Kollektor-Übergangstiefe typischerweise nur 0,7 um beträgt, geht im
Gegensatz dazu ein beträchtlicher Anteil des
Emitterstroms durch das p-leitende Siliziumsubstrat der
integrierten Vorrichtung an Masse verloren, wobei er
durch den p-leitenden Isolierungs-Übergang des
Transistors aufgenommen wird.
-
Bei dieser Art von Vorrichtungen ist das Verhältnis
zwischen dem Kollektorstrom und dem Stromverlust durch
den Isolierungs-Übergang: Ic/ISubstrat gemäß
Auswertung ca. 8, während die sich durch den Lateral-PNP-
Transistor ergebende Early-Spannung lediglich 20 V
beträgt.
-
Dieser Abfall des elektrischen Wirkungsgrads bei
lateralen Bipolartransistoren läßt sich nicht vermeiden,
da es zur Steigerung der Integrationsdichte
insbesondere von CMOS-Strukturen notwendig ist, die
lithografischen Dimensionen und die Übergangstiefen zu
reduzieren und ein Feldoxid zu verwenden, das derart
ausgebildet wird, daß eine im Selbstausrichtungs-Modus
erfolgende Bildung der Oberflächen-Anreichungsbereiche
der Wanne (p-Wanne in dem in Fig. 2 dargestellten
Fall) ermöglicht ist, die zur Verhinderung
unerwünschter Oberflächen-Inversionen (Erzeugung
parasitärer MOS-Transistoren) erforderlich sind, und
diese Einschränkungen bestimmen das vorstehend
erörterte Problem bei lateralen Bipolartransistoren.
Um dem Verlust von Strom in Richtung auf das Substrat
entgegenzuwirken, wird der Kollektor in Wirklichkeit
so nahe wie möglich bei dem Emitter ausgebildet, was
wiederum zu einer niedrigen Early-Spannung führt.
Ziele und Kurzbeschreibung der Erfindung
-
Gegenüber diesem Stand der Technik besteht ein Ziel
der vorliegenden Erfindung in der Schaffung von in
gemischter Technologie ausgeführten, integrierten
Schaltungen mit hoher Dichte, bei denen laterale
Bipolartransistoren einen hohen elektrischen Wirkungsgrad
und eine hohe Early-Spannung aufrechterhalten.
-
Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen einer
solchen verbesserten, in gemischter Technologie
ausgeführten, integrierten Schaltung mit hoher Dichte
beschrieben.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch den
Kollektorbereich eines lateralen Bipolartransistors,
dessen elektrischer Wirkungsgrad und Early-Spannung in
wünschenswerter Weise gesteigert werden müssen, eine
"Wannen"-Diffusion (mit der Polarität der
Kollektorübergangsdiffusion) gebildet, die sich tief im Inneren
der Epitaxieschicht über das Diffusionsprofil des
Kollektorübergangs hinauserstreckt, um die von dem
Emitterübergang ausgehenden Stromlinien abzufangen und
diesen Strom an dem Kollektor aufzunehmen, um ihn
dadurch von einer Dispersion in Richtung auf den
Transistorbereich umgebende, benachbarte Isolierungs-
Diffusionen abzuziehen.
-
Eine integrierte Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist im Anspruch 1 definiert.
-
Die verschiedenen Gesichtspunkte und Vorteile der
Erfindung sind anhand der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
derselben besser zu verstehen, das lediglich der
Erläuterung und nicht der Einschränkung dient.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 zeigt eine fragmentarische schematische
Querschnittsansicht einer in gemischter
Technologie ausgeführten, integrierten Schaltung, die
gemäß einer ersten bekannten Technik
hergestellt ist.
-
Fig. 2 zeigt eine fragmentarische schematische
Querschnittsansicht einer in gemischter
Technologie ausgeführten, integrierten Schaltung mit
hoher Dichte, die gemäß einer neueren
bekannten Technik hergestellt ist.
-
Fig. 3 zeigt eine fragmentarische schematische
Querschnittsansicht einer in gemischter
Technologie ausgeführten, integrierten Schaltung mit
hoher Dichte, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung
-
Wie in Fig. 3 schematisch gezeigt ist, besitzt die
erfindungsgemäße, in gemischter Technologie
ausgeführte integrierte Schaltung mit hoher Dichte gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel ein p-leitendes
Substrat 1 aus monokristallinem Silizium, das mit Bor
dotiert ist und einen spezifischen Materialwiderstand
aufweist, der zwischen 10 und 20 Ohm x cm liegt, auf
dem eine n&supmin;-Epitaxieschicht 2 mit geringer
Leitfähigkeit durch Aufwachsen gebildet ist. Die
n&spplus;leitenden vergrabenen Schichten 3 und die unteren
pleitenden Isolierungs-Diffusionen 4 sind gemäß denen
bei dieser Art integrierter Vorrichtungen üblichen
Herstellungstechniken gebildet.
-
Gemäß denselben bekannten Herstellungstechniken wird
in vordefinierte Bereiche der Oberfläche der
Epitaxieschicht 2 Bor implantiert, um durch eine anschließende
Diffusion des Bors die p-Wannenbereiche 5A zu bilden,
die als Körperbereiche verwendet werden, innerhalb
derer n-Kanal-Transistoren der CMOS-Strukturen
gebildet werden, und die schließlich als Basisbereiche
lateraler NPN-Bipolartransistoren (in der Zeichnung
nicht dargestellt) verwendet werden und außerdem als
obere Isolierungs-Diffusionen 5B verwendet werden,
welche in die entsprechenden unteren Isolierungs-
Diffusionen 4 übergehen, um Isolierungswände aus
pleitendem Silizium um die aktiven Bereiche
verschiedener Vorrichtungen zu bilden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dasselbe
Diffusionsprofil der p-Wanne 5A der n-Kanal-MOS-
Transistoren und der oberen Isolierungen 5B zur
Bildung eines wirksameren tiefliegenden
Kollektorüberganqs (eines Kollektor-Verlängerungsbereichs) des
lateralen PNP-Transistors (Bereich 5C) verwendet, wie
dies in der Zeichnung anhand einer dicken Linie
dargestellt ist, ohne daß dabei zusätzliche
Verfahrensschritte eingeführt werden.
-
Wahlweise können auch an der Oberfläche vorgesehene,
mit Dotierstoff angereicherte Bereiche 5D (auch als
Kanal-Stoppbereiche bekannt) in vorteilhafter Weise an
der Oberseite der p-leitenden Bereiche 5A, 5B und 5C
ausgebildet werden.
-
Diese "Wannenbereiche" 5A, 5B und daher auch ein
solcher Bereich in der Epitaxieschicht auf eine Tiefe von
ca. 4 bis 6 um sowie bei dem dargestellten lateralen
PNP-Transistor der Bereich 5C schaffen gemeinsam eine
wirksame Barriere für die Dispersion des Stroms
(dargestellt durch die Pfeile) in Richtung auf die
benachbarten Isolierungs-Diffusionen 5B und 4. Die
Wirkung des Bereichs 5C, der in der die Emitterzone
des Transistors umgebenden Kollektorzone ausgebildet
ist, läßt sich zeichnerisch einfach darstellen, indem
man die in Fig. 3 dargestellte, eine hohe Dichte
aufweisende Struktur der Erfindung mit einer
vergleichbaren, in Fig. 2 dargestellten Struktur mit hoher
Dichte vergleicht, die gemäß dem Stand der Technik
hergestellt ist und keinen solchen Bereich 5C
aufweist.
-
Das vorstehend erwähnte Verhältnis Ic/ISubstrat, das
bei ansonsten identischen strukturellen Parametern im
Fall des PNP-Transistors der Fig. 2 ca. 8 betrug,
erreicht überraschenderweise ca. 300 im Fall des
vergleichbaren PNP-Transistors, der gemäß der
vorliegenden
Erfindung hergestellt ist und in der
Kollektorzone mit dem Bereich 5C versehen ist.
-
Das Vorhandensein eines schwach dotierten Bereichs,
wie z. B. des Bereichs 5C (im wesentlichen ein p-
Wannenbereich) in dem Kollektorbereich des PNP-
Transistors führt außerdem zu einer bemerkenswerten
Steigerung der Early-Spannung, die einen Wert von mehr
als 100 V erreichen kann. Die VCEO -Spannung und die
Durchbruchspannungen BVCBO und BCES werden ebenfalls
gesteigert, da der schwach dotierte Kollektorbereich
5C, den man auch als "Kollektorverlängerungsbereich"
bezeichnen könnte, den größeren Teil der Verarmung
unterhält, wenn eine Sperrspannung zwischen dem
Emitter und dem Kollektor des Transistors anliegt.
-
Der Herstellungsvorgang zum Herstellen einer
integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
unterscheidet sich von einem
Standard-Herstellungsvorgang für diesen Typ in gemischter Technologie
ausgeführter, integrierter Vorrichtungen durch die
Tatsache, daß nach dem Implantieren des Dotierstoffs in den
oberen Isolierungsbereichen die
Dotierstoff-Implantierung zur Bildung der Wannenbereiche auch auf den
Kollektorbereichen der relativen lateralen
Bipolartransistoren durchgeführt wird, damit nach einer
anschließenden Diffusions-Wärmebehandlung
Kollektor-Verlängerungsbereiche (5C in Fig. 3) mit demselben
Diffusionsprofil wie die Wanne gebildet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, auf den
Kollektorbereichen vorab auch eine Anreicherungs-Implantation
auszuführen, wie sie bei einem normalen
Herstellungsvorgang zur in einem Selbstausrichtungs-Modus
erfolgenden Bildung angereicherter Oberflächenbereiche
(Kanalstopper) über den oberen Isolierungs-Diffusionen
5B und über den p-Wannendiffusionen 5A (in Fig. 3 mit
5D bezeichnet) ins Auge gefaßt werden.
-
Nach der Verwirklichung der gewünschten
Kollektorverlängerungsbereiche 5C gleichzeitig mit der Bildung
der Wannenbereiche sowie nach dem Aufwachsen des
Isolierungs-Feldoxids kann der Herstellungsvorgang bis zu
seinem Ende mit einer normalen Abfolge von Schritten
fortgeführt werden.
-
Wie für den Fachmann erkennbar ist, sind die
vorstehend für das in Fig. 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel ausführlich beschriebenen Ausführungen ebenso
bei einem lateralen NPN-Bipolartransistor im
Zusammenhang mit einer analogen, in gemischter Technologie
ausgeführten integrierten Schaltung anwendbar, bei der
alle Polaritäten gegenüber den Polaritäten des
Ausführungsbeispiels der Fig. 3 umgekehrt sind.
-
Außerdem sind die Variationsbereiche der Dotierpegel
der verschiedenen Bereiche des Siliziums dem Fachmann
ebenfalls allgemein bekannt. Die Angabe: p-leitendes
Silizium bezeichnet im wesentlichen einen
Siliziumbereich, der mäßig mit Bor dotiert ist, während ein
p&spplus;leitender Bereich einen Bereich darstellt, der stark
mit Bor dotiert ist. In ähnlicher Weise ist der
Epitaxiebereich mit niedriger Leitfähigkeit als
n&supmin;-Siliziumbereich dargestellt, wobei darunter ein Bereich zu
verstehen ist, der sehr schwach mit Phosphor dotiert
ist, während n&spplus;-Bereiche Bereiche darstellen, die stark
mit Arsen oder Phosphor oder Antimon dotiert sind,
wobei dies mit einer Fachsprache übereinstimmt, die
jedem Fachmann sofort verständlich ist, und zwar trotz
der Tatsache, daß die entsprechenden, tatsächlichen
Dotierpegel innerhalb bestimmter Grenzen variieren
können, die ebenfalls allgemein bekannt sind und in
der speziellen, problemlos erhältlichen Literatur
dokumentiert sind.