Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiteranordnung mit bipolaren, invers betriebenen, vertikalen und/oder lateralen Transistoren, deren aktive Zonen in der Oberfläche einer auf ein Substrat aufgebrachten und eine vergrabene, hochdotierte Zone eines ersten Leitungstyps aufweisenden Epitaxieschicht desselben Leitungstyps angeordnet sind und bei denen in den unterhalb der aktiven Zonen liegenden _Be-reich der Epitaxieschicht durch Ionenimplantation eine Zone des zweiten Leitungstyps eingebracht ist, durch die der Leitungstyp der Epitaxieschicht kompensiert wird.

Integrierte Halbleiteranordnungen mit bipolaren, invers betriebenen, vertikalen und/oder lateralen Transistoren sind insbesondere in unter der Bezeichung I²L (Integrated Injection Logic) oder MTL (Merged Transistor Logic) bekanntgewordenen Schaltungen zu finden. Bei den bekannten Halbleiteranordnungen dieser Art ist der Nachteil festzustellen, daß der Emitter des invers betriebenen, vertikalen Transistors nur einen niedrigen Injektionswirkungsgrad aufweist und daß im Emitter-Basisbereich ein nicht zu vernachlässigender Ladungsspeichereffekt auftritt. Man ist deshalb gezwungen, den niedrigen Injektionswirkungsgrad durch einen größeren Kollektor auszugleichen und infolge der Ladungsspeicherung längere Schaltzeiten in Kauf zu nehmen.

Im "IEEE Journal of Solid State Circuits", Juni 1976, ist auf der Seite 379 unter dem Titel "High Speed Integrated Injection Logic" eine entsprechende Anordnung beschrieben, bei der die Basiszone des vertikalen NPN-Transistors durch eine Implantation von Bor hoher Energie und niedriger Dosis bis in den N^+-Subemitter ausgedehnt ist, um dadurch die Ausdehnung der N -Epitaxieschicht auf ein Minimum zu bringen. Die Maßnahme führt zu einer Verringerung der Ladungsspeicherung im Emitter-Basisübergang. Bei dieser Anordnung wird jedoch nicht zwischen dem extrinsischen und dem intrinsischen Basiszonenbereich unterschieden, so daß sich keine Möglichkeit eröffnet, das Basiszonenprofil so einzustellen, daß die Diffusion der Elektronen im intrinsischen Basiszonenbereich ohne störende Beeinflussung der Injektion und Kapazität im extrinsischen Basiszonenbereich begünstigt werden könnte.

In der deutschen Patentanmeldung P 28 13 154.6 ist ein Verfahren zur Herstellung von MTL-Strukturen vorgeschlagen worden mit einem N -Substrat-Emitter, einer P-Epitaxieschicht, einer abgesenkten Oxidisolation, einer lateralen N-Basiszone und mit N^+-Kollektoren, wobei ebenfalls eine entsprechende Implantation vorgenommen wird. Dabei wird über die Dicke einer Oxidschicht/Nitrid-Maskierungsschicht das Dotierungsprofil so eingestellt, daß es unter dem intrinsischen Basiszonenbereich völlig innerhalb des N⁺-Substrat-Emitters zu liegen kommt, während es im extrinsischen Basiszonenbereich an das N⁺-Substrat angrenzt. Durch diese Maßnahme wird das bei dieser Anordnung angestrebte Ziel erreicht und es wird durch Verwendung einer P-Epitaxieschicht das Problem der Ladungsspeicherung weitgehend verhindert. Nachteilig ist, daß durch den eingegangenen Kompromiß die Eigenschaften des konventionellen NPN-Transistors verschlechtert werden. Die unerwünschte Minoritätsträger-Injektion im extrinsischen Basiszonenbereich wird durch Erhöhung des Dotierungsprofils in diesem Bereich verhindert. Es kann jedoch das Dotierungsprofil im intrinsischen Basiszonenbereich nicht so eingestellt werden, daß die Diffusion von Elektronen unterstützt und damit die Diffusionskapazität vermindert wird, da das einem Kurzschluß zwischen dem Kollektor und dem Emitter des lateralen PNP-Transistos gleichkäme. Außerdem ist bei dieser Anordnung eine automatische Selbstausrichtung zwischen Kollektorzone des vertikalen Transistors und der implantierten Zone nicht möglich, was für das Erreichen hochwertiger und extrem dichter Anordnungen Voraussetzung wäre.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, bei einem invers betriebenen, vertikalen Transistor den Widerstand im extrinsischen Basiszonenbereich zu reduzieren und gleichzeitig im intrinsischen Basiszonenbereich den Emitterwirkungsgrad zu erhöhen, bei einem doppeltdiffundierten, lateralen Transistors den Kollektorwirkungsgrad zu erhöhen und insbesondere diese Maßnahmen bei Verwendung beider Transistortypen im Rahmen einer 1 L-Struktur ohne zusätzlichen Aufwand gleichzeitig zu verwirklichen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß insbesondere im Rahmen einer I²L-Struktur beim vertikalen Transistor der Ladungsspeichereffekt und die Emitter-Diffusionskapazität reduziert und die Emitterwirksamkeit erhöht wird und beim lateralen Transistor der Ladungsspeichereffekt reduziert und der Kollektorwirkungsgrad erhöht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

• Fig. 1 eine Schnittansicht einer I²L-Struktur in einer ersten Stufe des Herstellungsverfahrens, wobei in konventioneller Weise ein unterer, vergrabener Teil einer P -Isolationszone, eine vergrabene N^+-Zone und eine N -Epitaxieschicht vorgesehen ist,
• Fig. 2 eine Schnittansicht der Struktur in einer zweiten Stufe des Herstellungsverfahrens, wobei sämtliche Fenster für Kontakte, eine N-Schutzringzone und eine Basiszone des PNP-Transistors in die Siliciumnitridschicht einbracht sind,
• Fig. 3 eine Draufsicht der Struktur gemäß Fig. 2,
• Fig. 4 eine Schnittansicht der Struktur in einer dritten Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der unter Verwendung einer Photolack-Sperrmaske, die N-Schutzringzone, die Basiszone und die Anschlußzone zur vergrabenen N^+-Zone implantiert werden,
• Fig. 5 eine Schnittansicht der Struktur in einer vierten Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der mittels einer Photolack-Sperrmaske durch Ionenimplantation die Basiszone des NPN-Transistors, die Kollektorzone des PNP-Transistors und die oberen Isolationszonen eingebracht werden,
• Fig. 6 eine Schnittansicht der Struktur in einer; fünften Stufe des Herstellungsverfahrens, in der über eine Photolack-Sperrmaske sämtliche Fenster für die Kontakte geöffnet werden,
• Fig. 7 eine Draufsicht der Struktur gemäß Fig. 6 nach dem öffnen der Fenster für die Kontakte,
• Fig. 8 eine Schnittansicht der Struktur in einer sechsten Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der über eine Photolack-Sperrmaske durch Ionenimplantation N^+-Zonen eingebracht werden, die die N^+-Kollektoren des vertikalen NPN-Transistors und die ohmschen Anschlußzonen zur Basis des PNP-Transistors bzw. zum vergrabenen Emitter des NPN-Transistors bzw. zu den Schutzringzonen bilden,
• Fig. 9 eine Schnittansicht der Struktur in einer siebten Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der über eine Photolack-Sperrmaske durch Ionenimplantation der Emitter des PNP-Transistors und die Anschlußzonen zum Kollektor des PNP-Transistors bzw. zur Basis des NPN-Transistors gebildet werden und
• Fig. 10 eine Schnittansicht der Struktur in einer achten Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der über eine Photolack-Sperrmaske durch Ionenimplantation das Dotierungsprofil im Gebiet zwischen der Basis und dem vergrabenen Emitter des vertikalen NPN-Transistors erfindungsgemäß beeinflußt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung eine verbesserte, integrierte Injektionslogik (I²L), wobei durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Minoritätsträger-Ladungsspeicherung reduziert und der Emitterwirkungsgrad des inversen, vertikalen NPN-Transistors erhöht wird. Die I²L-Struktur wird in einer N-Epitaxieschicht durch selektive Maskierung mit Photolack, selektive Oxidation und Ionenimplantation hergestellt. Dabei bleibt ein restlicher Zonenbereich der schwach dotierten N -Epitaxieschicht zwischen dem vergrabenen Subemitter und der Basis des vertikalen NPN-Transistors erhalten. Dieser Restbereich zwischen Basis und Subemitter ist erforderlich, um bei anderen, normalbetriebenen, auf demselben Halbleitersubstrat integrierten Transistoren eine ausreichend hohe Kollektor-Emitterspannung aufrecht zu erhalten. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird diese N -Epitaxieschicht im Bereich der I²L-Struktur durch selektive Maskierung mit Photolack und Implantation von Borionen kompensiert, so daß der Spitzenwert des implantierten Profils dem Verlauf der Oberfläche der Anordnung folgt. Dieses Profil reicht im Bereich der geöffneten Kontaktfenster und insbesondere im Bereich der Fenster für die Kollektoren des vertikalen Transistors weiter in die Struktur hinein als in den übrigen Bereichen. Die Energie wird so gewählt, daß das Maximum des implantierten Profils an der Kante des vergrabenen Subemitters liegt. Die obere Hälfte des implantierten Profils kompensiert die N -Epitaxiescicht. Die tieferliegende untere Hälfte des implantierten Profils wird vom vergrabenen Subemitter des vertikalen Transistors kompensiert. Das verbleibende P-Basisprofil ist damit i. einer Richtung abgestuft, die die Injektion von Elektronen auf dem Subemitter unterstützt. Gleichzeitig gelangt das Maximum des Dotierungsprofils in den mit Oxid-Nitridschichten bedeckten Bereichen weniger weit in das Silicium hinein. Das Maximum liegt hier zwischen der P-Basis und dem vergrabeien N^+-Emitter, so daß die Injektion von Elektronen gehemmt und die Emitter-Basis-Ladungsspeicherung in diesen Bereichei reduziert wird. Die Fläche des lateralen Kollektors des mit dem vertikalen Transistor verschmolzenen lateralen PNP-Trarsistors wird durch die Ausdehnung der Basis des vertikaler NPN-Transistors bis zur vergrabenen N⁺-Zone erhöht, was zu einer Vergrößerung des Kollektorwirkungsgrades und der Stronverstärkung des lateralen PNP-Transistors führt.

Es wird also die Struktur und die Herstellung einer Halbleiteranordnung beschrieben, bei der gleichzeitig NPN- und PNP-Transistoren mit günstigen Eigenschaften hinsichtlich der Ladungspeicherung und der vertikalen Injektion erzielt werden. Dabei wird die Oberflächenkontur der integrierten Anordnung ausgenutzt, um in automatisch angepaßter, veränderlicher Tiefe durch Ionenimplantation eine Zone bilden, durch die die Injektion erhöht und die Ladungspeicherung reduziert wird. Das angewandte Verfahren ist vereinbar mit dem Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden und konventionell arbeitenden Transistoren, da die erforderliche Implantation nur im Bereich der Transistoren der I²L-Struktur durchgeführt wird.

Die Struktur gemäß Fig. 1 ist in konventioneller Weise durch Maskierung, Dotierung (Diffusion oder Ionenimplantation) und geeignete Beschichtungstechniken hergestellt, wobei ausgehend von einem Substrat 2 eine N -Epitaxieschicht 4, vergrabene P^+-Isolationszonen 10 und eine vergrabene N⁺-Zone 5 entstehen. Die Oberfläche der Epitaxieschicht 4 ist mit einer Oxidschicht 12 gefolgt von einer Siliciumnitridschicht 14 beschichtet.

In der Struktur gemäß Fig. 2 ist einer Photolackmaske 16 vorhanden, die als Äztmaske zum öffnen der Fenster 18 für die Schutzringzcne bzw. 18' für die Basis des PNP-Transistors und für sämtliche Kontaktfenster 22, 24, 26 in der Siliciumnitridschich: 14 dient.

Die Fig. 3 zergt die Photolackmaske in Draufsicht.

In der nächsten Verfahrensstufe (Fig. 4) ist eine Photolack-Sperrmaske 50 aufgebracht, die sowohl als Ätzmaske als auch als Implantationsmaske dient. Zunächst wird im Bereich der Maskenfenster die Siliciumdioxidschicht 12 abgeätzt. Anschließend erfolgt im Bereich der Fenster die Implantation von Phosphor. Dabei entsteht eine N-dotierte Zone, die als Anschlußzone 36 zur vergrabenen N⁺-Zone 6, als die Gesamtstruktur umgebende Schutzringzone 32 und als Basiszone 36 des lateralen PNP-Transistors dient. Die Implantation wird mit relativ niedriger Energie durchgeführt, so daß die Fenster 18 und 18' in der Oxid/Nitridschicht die Ausdehnung der implantierten Zonen bestimmen. Anschließend wird durch Reoxidation die Siliciumdioxidschicht 39 im Bereich der Maskenfenster gebildet (Fig. 5). Dabei diffundieren die N-Zonen 32 und 36 aus und kontaktieren die ebenfalls ausdiffundierte, vergrabene N^+-Zone 6. Die Oxidschicht 41 in den Kontaktbereichen 22, 24 und 26 wächst während dieses Reoxidationsprozesses um einen geringeren Betrag, so daß dort der Energieverlust bei der nachfolgenden Ionenimplantation etwa äquivalent ist dem Energieverlust in der Doppelschicht 12, 14 aus Siliciumdioxid und Siliciumnitrid.

Gemäß Fig. 5 werden dann unter Verwendung einer Photolack-Sperrmaske durch Ionenimplantation von Bor doppelter Energie die oberen Isolationszonen 42 und als gemeinsame P-Zone40 die Basiszone des NPN-Transistors und die Kollektorzone des PNP-Tansistors gebildet. Da diese Zonen 40 und 42 durch die Oxidschicht 39, 41 bzw. die Oxidschicht 12 und die Nitridschicht 14 implantiert werden, ist die Tiefe des Überganges der Basiszone 40 eine Funktion der Dicke der Oxidschicht 41 in den Kontaktgebieten 22, 24, 26 und eine Funktion der Doppelschichten 12 und 14 aus Oxid und Nitrid in den übrigen Bereichen. Hält man die Dicke der Nitridschicht 14 im Vergleich zur Dicke der Oxidschicht 39 relativ gering, können Unterschiede in der Tiefe des Überganges der Basiszone 40 relativ gering gehalten werden, außerdem kann dadurch eine Verdünnung der Basiszone 40 im Bereich der Ecken der Kollektorzonen 54 des vertikalen NPN-Transistors vermieden werden.

Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, wird nunmehr eine Photolack-Sperrmaske 56 benutzt, um die N-Schutzringzonen 32 abzudecken, während gleichzeitig in der Siliciumdioxidschicht 12 sämtliche Kontaktbereiche 20, 22, 24, 26 und 30 geöffnet werden. Die Maske 56 definiert außerdem das Fenster 30 für den Basisanschluß des PNP-Transistors und das Fenster 20 für den Emitter des PNP-Transistors.

In Fig. 7 ist eine Draufsicht der durch die Nitridschicht definierten Fenster 22, 24 und 26 und der durch die Nitridschicht/Photolackschicht definierten Fenster 20, 30 dargestellt. Die zuvor definierten Fenster in der Siliciumnitridschicht dienen als Ätzmaske für eine oder mehrere Seiten der Bereiche 30, 20, während die Photolack-Sperrmaske 56 die anderen Seiten definiert.

In den beiden nächsten Maskierungsschritten wird wiederum eine Photolack-Sperrmaske als Implantationsmaske verwendet; dabei kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte vertauscht werden.

• 1. Fig. 8 zeigt die Photolack-Sperrmaske 66, mit Hilfe der beispielsweise durch Implantation von Arsen die N^+-Kollektoren 54 des vertikalen NPN-Transistors und die Basisanschlußzone 70 des lateralen PNP-Transistors gebildet werden. Dabei werden die Zonen definiert durch die Fenster in der Siliciumnitridschicht 14 und der Siliciumdioxidschicht 12.
• 2. Fig. 9 zeigt die Verwendung einer Photolack-Sperrmaske 58, mit Hilfe der durch Implantation von beispielsweise Bor die P^+-Basis des vertikalen NPN-Transistors bzw. der Kollektorkontakt 60 des lateralen PNP-Transistors und.der Emitter 62 des lateralen PNP-Transistors gebildet werden. Auch hier sind die Zonen definiert durch die Fenster in der Siliciumnitridschicht 14 und der Siliciumdioxidschicht 12.

Im Anschluß an diese Implantationprozesse erfolgt der übliche Erwärmungsprozeß, bei dem die implantierten Zonen aktiviert und die gebildeten N⁺- und P^+-Zonen bis zu ihrer endgültigen Tiefe ausgedehnt werden.

Fig. 10 offenbart den das wesentlichste Merkmal der Erfindung darstellenden Schritt. Es wird eine Photolack-Sperrmaske 72 verwendet, die das Gebiet definiert, in dem eine Zone 74 durch Implantation von beispielsweise Bor einzubringen ist. Die Implantation erfolgt mit einer ausreichenden Energie, so daß das Maximum des Dotierungsprofils in einer Tiefe liegt, die der oberen Kante des vergrabenen N^+-Emitters 6 unterhalb der intrinsischen Basis 76 entspricht. Das Profil verläuft außerdem im Mittelbereich der N -Epitaxieschicht zwischen der Basis 40 und dem vergrabenen Emitter 6 unterhalb der extrinsischen Basis 78. Dies erreicht man durch geeigente Wahl der Dicke der Oxidschicht bzw. Nitridschicht, der vertikalen Ubergangstiefen und der Dicke der Epitaxieschicht.

Bei einer Übergangstiefe der Basis von 0,5 um, einer Dicke des verbliebenen Bereiches der N -Epitaxieschicht von 0,2 um und einer Dicke der Oxidschicht/Nitridschicht von 100 nm/ 500 nm ist eine Energie von 3000 keV für die Borimplantation geeignet. Die Dosis kann zwischen 10¹² bis 10¹⁴ _Ionen/cm² gewählt werden, wobei sich die gewünschten Verstärkungseigenschaften ergeben. Nach Ablösen der Photolack-Sperrmaske 72 erfolgt eine Erwärmung auf 900 °C bei einer Dauer von 30 Min. in einer inerten Atmosphäre. Die erforderliche Aktivierung erfolgt hierbei ohne merkliche Ausdiffusion der Zonen.

Solange die Konzentration der Borimplantation im Bereich der Zone 74 geringer als die Konzentration der Basis 36 des lateralen PNP-Transistors und der Schutzringzone 32 ist, ist innerhalb der I²L-Struktur während der Implantation keine Maskierung erforderlich, da die Schutzringzone die benachbarten Basiszonen isoliert. Unter dieser Voraussetzung handelt es sich bei der Photolack-Sperrmaske 72 um eine unkritische Maske, da sie lediglich den nicht zur eigentlichen I²L-Struktur gehörenden Bereich ausblendet.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, die Erfindung liefert eine verbesserte I²L-Struktur, die mittels einer unkritisch zu maskierenden Implantation von beispielsweise Bor eine ausgedehnte Basis des vertikalen NPN-Transistors ergibt. Diese ausgedehnte Basis erhöht die Elektroneninjektion im intrinsischen Bereich und eine verminderte Elektroneninjektion und reduzierte Ladungsspeicherung im extrinsischen Bereich.