PROCESS FOR PRODUCING A VERTICAL PNP TRANSISTOR AND TRANSISTOR SO PRODUCED

Abstract: 1. Method of making a vertical PNP-transistor with shallow defect-free, P-doped emitter region (23) having a high impurity gradient with high impurity concentration in an N-doped base region (10) provided in a P-doped semiconductor substrate (11), a mask window (19) being produced in the zone of the base region (10) and defining the emitter region (23), a polycrystalline silicon layer (21) being applied in the zone of the mask window (19), the polycrystalline silicon layer (21) being doped through the implantation of P-conductivity-producing impurities, and in a subsequent drive-in process impurities being diffused from the polycrystalline silicon layer (21) into the base region (10), forming the emitter region (23) there, characterized in that the implantation is effected with a dose above the value generating critical and irreparable dislocations, and that the implantation parameters are selected to such an effect that the concentration of the impurities in the zone of the interface between the polycrystalline silicon layer (21) and the monocrystalline semiconductor substrate (11) is smaller than the concentration which would be obtained with a critical dose with the concentration maximum in this interface.

Description: Verfahren zum Herstellen eines vertikaYen PNP-Transistors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines vertikalen PNP-Transistors mit flacher, einen steilen Störstellengradienten bei hoher Störstellenkonzentration aufweisender und fehlstellenfreier Emitterzone in einer in ein P-dotiertes Halbleitersubstrat eingebrachten, N-dotierten Basiszone und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung komplementärer, integrierter Transistorstrukturen. Es wird seit langem versucht, PNP-Transistoren herzustellen, deren elektrische Eigenschaften denen der NPN-Transistoren vergleichbar sind, um damit komplementäre Halbleiterstrukturen herstellen zu können, die gleichwertige PNP- und NPN Transistoren aufweisen. Es ist jedoch bekannt, dass die Verstärkungs- und Frequenzeigenschaften von PNP-Transistoren weniger gut sind, als die von NPN-Transistoren. Man war sich klar darüber, dass man in ihren Eigenschaften verbesserte PNP-Transistoren dadurch erzielen kann, dass man flache, P-dotierte Emitterzonen mit kontrollierter Störstellenkonzentration und mit einer fehlstellenfreien Kristallstruktur verwirklicht. Unter einer flachen Emitterzone versteht man dabei Emitterzonen, deren von der Halbleiteroberfläche ausgehende Tiefe geringer als 300 nm ist. Bei der Verwirklichung solch flacher P-dotierter Emitterzonen sind zahlreiche Probleme aufgetaucht. Beispielsweise bildet sich bei der Implantation von Bor in hohen Dosen in monokristallinem Silicium eine sehr hohe Dichte von Versetzungsschleifen, die sich ausgehend von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 50 nm erstrecken. Mit zunehmender Tiefe laufen diese Versetzungsschleifen in sehr dichte, verwickelte Versetzungszustände zusammen, die sich dann bis zu einer Tiefe von etwa 200 nm erstrecken. Versuche, durch Erwärmungsprozesse diese Versetzungen auszu heilen, blieben wirkungslos. Nach Durchführung des Erwärmungsprozesses fand man in einer Tiefe von etwa 200 - 500 nm eine weitere Schicht von Stapelfehlern. Diese Stapelfehler liegen in einem Gebiet des monokristallinen Siliciums, in dem eine Implantation nicht mehr stattgefunden hat. Diese Stapelfehler werden durch Diffusion von Bor während des Erwärmungsprozesses mit erzeugt. Versuche, P-dotierte Emitterzonen durch Implantation von Bor bei niedrigeren Konzentrationen zu erhalten, blieben ebenfalls wirkungslos. Die geringere Dosis führt zu Stör stellenkonzentratiqnen, die das Erreichen der angestrebten elektrischen Eigenschaften nicht gewährleisten. Erhöht man die Dosis, gelangt man wiederum schnell in den Bereich, in dem die beschriebenen Versetzungen entstehen, die nicht aus heilbar sind. Ein weiteres Problem erwächst daraus, dass die Diffusionsgeschwindigkeit von Bor in Silicium sehr hoch ist. Das bedeutet, dass bei dem Versuch, durch einen Erwärmungsprozess die infolge der hohen Konzentration entstandenen Versetzungen auszuheilen, das Bor unzulässig weit ausdiffundiert. Aus den genannten Gründen hat man bisher bei der Herstellung von PNP-Transistoren eine Implantation der Emitterzone nicht in betracht gezogen. Vergleichbare Probleme sind bei der Herstellung von NPN Transistoren nicht festzustellen. Die durch die Implantation von Ionen des N-Typs entstehenden Rristallschäden, lassen sich leicht durch eine Erwärmung ausheilen. Obwohl an der Oberfläche des Siliziums einige Fehlstellen oder Versetzungsfehler auch nach dem Ausheilen im Anschluss an eine Implantation von Ionen des N-Typs erhalten bleiben, sind die entsprechenderweise hergestellten Transistoren im Hinblick auf die sich ergebende Tiefe der Emitterzone und die Anzahl und Ausbreitung der Fehlstellen als gut zu bezeichnen. Trotzdem hat man Methoden entwickelt, um Transistoren mit implantierten, N-dotierten Emitterzonen weiter zu verbessern. Beispielsweise ist in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3,460,007 ein Verfahren zur Herstellung eines PN-Überganges beschrieben, bei dem auf die Oberfläche des monokristallinen Halbleitersubstrates eine N-dotierte p6lykri- stalline Siliziumschicht aufgebracht wird. Diese Struktur wird anschliessend erwärmt, um das N-Störstellenmaterial in das Halbleitersubstrat einzutreiben und dort die Emitterzone zu bilden. Für N-dotierte Emitterzonen ergeben sich bei diesem Verfahren bestimmte Vorteile. Ein Verfahren zur Herstellung der N-dotierten Emitterzone eines NPN-Transistors wird auch in "IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. SC-11, No. 4, August 1976, Seiten %91 - 493 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird auf die Oberfläche eines monokristallinen Halbleitersubstrates eine undotierte polykristalline Schicht aufgebracht. Durch Implantation von beispielsweise Arsen wird die Schicht N-dotiert. In einem Erwärmungsprozess wird das Arsen aus der polykristallinen Schicht in das monokristalline Halbleitersubstrat eingetrieben und bildet dort die N-dotierte Emitterzone. Auf diese Weise erhält man eine N-dotierte Emitterzone eines NPNtransistors mit gutem Emitterwirkungsgrad und hoher -zu- lässiger Strombelastung. Auf grund der zwischen Störstellenmaterial des N-Leitungstyps und Störstellenmaterial des P-Leitungstyps bestehenden Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften wurde stets angenommen, dass sich P-dotierte Emitterzonen nicht durch Diffusion aus einer entsprechend dotierten polykristallinen Schicht herstellen lassen. Beim Verfahren, bei dem auf das Halbleitersubstrat bereits eine dotierte polykristalline Siliziumschicht aufgebracht wird, ist es nicht möglich, eine genügend hohe P-Störstellenkonzentration zu erzeugen, wie sie für eine Emitterzone gefordert wird. Ein weiteres Problem erwächst aus der Tatsache, dass stets¯angenommen wurde, dass die Eintreibeigenschaften von Ionen des P-Leitungstyps nicht geeignet sind, um flache Emitterzonen einzudiffundieren. Ausserdem war man der Auffassung, dass eine Ionenimplantation von undotierten polykristallinen Siliziumschichten Versetzungen in der Siliziumoberfläche erzeugt, die während des Erwärmungsprozesses zum Eintreiben sich weiter ausdehnen. Der vorstehend geschilderte technische Sachverhalt und die daraus gezogenen Schlüsse finden ihre Stütze in der Fachliteratur. Beispielsweise wird auf einen Artikel "Application of Diffusion from Implanted Polycrystalline Silicon to Bipolar Transistors" in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 15 (1976), Supplement 15-1, Seiten 49 - 54 verwiesen. Dort wird zur Herstellung einer P-dotierten Basiszone in einem Siliziumsubstrat ein Verfahren angegeben, bei dem eine auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte polykristallline Schicht als Piffusionsquelle dient. In die polykristalline Schicht wird Bor in niedriger, unterhalb der kritischen Dosis liegenden Konzentration implantiert, bei der noch keine Schäden entstehenr die Oberflächenfehlstellen an der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Schicht und dem Halbleitersubstrat führen können. In einem anschliessenden Erwärmungsprozess diffundieren die Boratome bis zu einer Tiefe von etwa 1000 nm in das Halbleitersubstrat ein und bilden die P-dotierte Basiszone. Bisher sind keine Berichte bekannt oder Versuche unternommen worden, P-dotierte Emitterzonen für PNP-Transistoren durch Diffusion aus einer dotierten polykristallinen Siliziumschicht herzustellen und zwar weder aus bereits vorher dotierten als auch aus nach dem Aufbringen durch Ionenimplantation dotierten polykristallinen Schichten. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Pdotierten Emitterzone für einen vertikalen PNP-Transistor anzugeben, die flach ist, einen steilen Störstellengradienten hat und möglichst wenig herstellungsbedingte Fehlstellen aufweist. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind guten elektrischen Eigenschaften des PNP-Transistors, wie z. B. hoher Verstärkung und gutem Frequenzverhalten, zu finden. Zusammengefasst lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren folgendermassen darstellen: Zunächst wirkt auf der Oberfläche eines Silizium-Halbleitersubstrates, in dem sich eine N-dotierte Basiszone befindet, ein die zu verwirklichende Emitterzone definierendes Maskenfenster gebildet. Im Bereich des Maskenfensters wird eine polykristalline Schicht aus Silizium auf die Oberfläche des Halbleitersubstrates aufgebracht. In die polykristalline Schicht werden unter bestimmten Prozessbedingungen P-Leitfähigkeit erzeugende Störstellen implantiert. Die Störstellen werden in einem anschliessenden Erwärmungsprozess unter bestimmten Prozessparametern in die Basiszone eindiffundiert und bilden dort die flache P-dotierte Emitterzone. Im folgenden wird die Erfindung an hand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Rechnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 - 4 Schnittansichten einer erfindungsgemässen Transistorstruktur in aufeinanderfolgenden Prozessschritten das Herstellungsverfahren, Fig. 5 ein mögliches Dotierungsprofil des Transis tors gemäss Fig. 4, Fign. 6 bis 8 Schnittansichten eines weiteren Ausführungs beispiels einer erfindungsgemässen Transistor struktur in aufeinanderfolgenden Prozess schritten des Herstellungsverfahrens, bei dem eine doppelte polykristalline Silizium schicht verwendet wird, Fign. 9 bis 14 Darstellungen der Beziehungen verschiedener Betriebsgrössen in Verbindung mit dem erfin dungsgemässen Verfahren, Fig. 15 einen Vergleich der Emitterstrukturen, herge stellt nach einem Verfahren gemäss der Erfin dung und einet Verfahren gemäss dem Stand der Technik, Fig. 16 verschiedene Prozessparameter des erfindungs gemässen Verfahrens. Zunächst sei das erste Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 1 - 4 näher betrachtet. Eine Basiszone 10 und eine nicht dargestellte Subkollektor-Kontaktierungszone sind in bekannter Weise in ein monokristallines Halbleitersubstrat 11 aus Silizium eingebracht, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Basiszone 10 ist mit einer Siliziumdioxidschicht 13 abgedeckt, die während der Difffusion der Basiszone 10 entstanden ist. Auf die Siliziumdioxidschicht 11 wird wie in Fig. 2 gezeigt eine Siliziumnitridschicht 15 aufgebracht. In einem Photoätzprozess werden in der Siliziumnitridschicht 15 in üblicher Weise das Basiskontaktfenster 17 und das Emitterfenster 19 geöffnet. Das Emitterfenster 19 wird anschliessend auch in der Siliziumschicht 13 unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels oder durch reaktives Ionenätzen freigelegt. Anschliessend wird auf die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrates eine polykristalline Siliziumschicht 21 (Fig. 3) aufgebracht. Die polykristalline Siliziumschicht 21 wird dann unter spezifischen Bedingungen, die noch im einzelnen angegeben werden, durch Ionenimplantation P-dotiert. Vorzugsweise erfolgt eine Implantation von Borionen. Die polykristalline Schicht 21 wird nunmehr soweit abgeätzt, dass nur noch ein Schichtbereich in und in der Umgebung des Emitterfensters erhalten bleibt. Im folgenden Prozessschritt wird die Anordnung einem Erwärmungsprozess ausgesetzt, was beispielsweise auch durch Laserbestrahlung erfolgen kann, wobei unter bestimmten Bedingungen das Bor aus der im Bereich des Emitterfensters 19 vorhandenen restlichen polykristallinen Schicht 21 in die Basiszone 10 eindiffundiert und dort eine P -Emitterzone 23 bildet (Fig. 4). Anschliessend wird das Basiskontaktfenster 17 in der Siliziumdioxidschicht 13 bis auf die Oberfläche des Halbleiters 211 freigeätzt. Durch Ionenimplantation, beispielsweise von AS75 oder P31 werden die N-dotierten Basiskontaktzonen 35 erzeugt. Schliesslich wird die Anordnung in bekannter Weise metallisiert. Da die dotierte Polysiliziumschicht 21 im Bereich der Emitterzone 23 eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist, um einen guten Ohm'schen Kontakt zur Emitterzone zu bilden, kann diese polykristalline Siliziumschicht als Emitterkontakt belassen und verwendet werdern, falls nicht ein metallischer Emitterkontakt verwendet werden soll. Das Dotierungsprofil des in der beschriebenen Weise hergestellten PNP-Transistors ist der Fig. 5 zu entnehmen. Es zeigt sich, dass die durch das Profil P definierte Emitterzone sehr flach ist und sich ausgehend von der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Siliziumschicht und dem monokristallinen Halbleitersubstrat nur bis zu einer Entfernung X von etwa 200 nm in das Halbleitersubstrat erstreckt. Der Störstellengradient der Emitterzone verläuft extrem steil, was zu einem optimalen Profil führt. Die Stromverstärkung des PNP-Transistors ist im Vergleich¯zu bekannten PNP Transistoren sehr hoch. Man hat Stromverstärkungen grösser 200 erreicht im Vergleich zu Stromverstärkungen konventioneller PNP-Transistoren von weniger als 10. Die Grenzfrequenz ist ebenfalls hoch, beispielsweise 3,6 GHz im Vergleich zu 500 MHz konventioneller PNP-Transistoren. Der erfindungsgemässe vertikale, bipolare PNP-Transistor, gekennzeichnet durch eine Emitterzone mit einer Konzentration (CO) von P-dotierenden Ionen von mindestens 1 x 1019 3 Ionen/cm , die sich bis zu mindestens 200 nm in das Halblei- tersubstrat erstreckt und einer Konzentration (CO) von weniger als etwa 1 x 10 in einer Entfernung von der Oberfläche des Halbleitersubstrates nach dem Eintreiben. Vorzugsweise weist die Emitterzone eine Konzentration (CO) von mindestens 5 x 1019 Ionen/cm3 auf und erstreckt sich bis zu einer Tiefe von mindestens 150 nm und einer Konzentration von weniger als etwa 1 x 1017 bei einer Tiefe von 300 nm. Man erhält einen Störstellengradienten (siehe Figuren 10, 12 und 14), der sich durch eine hohe, in der Nähe der Oberfläche des Halbleitersubstrats gleichbleibende und sich nur über eine geringe Entfernung in das Substrat erstreckende Konzentration auszeichnet und dann einem steilen Konzentrationsabfall auf zeigt Diese Charakteristiken der Emitterzone sind ausschlaggebend für verbessertes Verstärkungs- und Frequenzverhalten des PNP-Transistors. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei der Herstellung eines PNP-Transistors in der sog. Doppel-Polysilizium-Technik angewandt werden. Ein solches Verfahren ergibt sich aus den Figuren 6 bis 8. Auf ein monokristallines Halbleitersubstrat 11' aus Silizium ist eine polykristalline Siliziumschicht 27 aufgebracht. Die polykristalline Schicht 27 ist durch Ionenimplantation oder eine andere brauchbare Methode N-dotiert. Auf die poly kristalline Schicht 27 wird eine pyrolythische Siliziumdioxidschicht 29 aufgebracht. Ein Fenster 31 für eine intrinsische Basiszone, das die gleiche Ausdehnung wie die zu bildende Emitterzone aufweist, wird in der Siliziumdioxidschicht 29 und in der polykristallinen Schicht 27 geöffnet. Ebenfalls geöffnet wird ein Kollektorkontaktfenster 33, das mit Photolack 34 bedeckt wird, wie es in Fig. 6 dargestellt wird. Nach dem Öffnen des Kollektorkontaktfensters 33 und des Fensters 31 für die intrinsische Basis, wird die Struktur einem Reoxidationsprozess unterworfen, bei dem sich eine Siliziumdioxidschicht 35 bildet. Da die N-dotierte polykristalline Siliziumschicht etwa 4 mal schnelller oxidiert, als das vergleichsweise niedrig dotierte monokristalline Halbleitersubstrat 11, erzeugt die an der Seitenfläche der polykristallinen Siliziumschicht 27 gebildete Oxidschicht 37 eine Barriere für den anschliessend zu bildenden Emitter Basisübergang. Das bedeutet, dass der Emitter-Basisübergang unter thermischem Siliziumdioxid an die Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 tritt. Anschliessend wird die intrinsische Basiszone 39 durch Ionenimplantation gebildet, wobei als Dotierungsmittel beispielsweise P31 oder AS75 verwendet wird. Im nächsten Prozessschritt wird eine zweite polykristalline Siliziumschicht 41 auf die Struktur aufgebracht, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Die zweite polykristalline Siliziumschicht wird mit B11 implantiert. Der nachfolgende Verfahrensablauf ist identisch mit dem, anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Herstellungsverfahren. Die weiteren im vorliegenden Fall anzuwendenden Prozessschritte ergeben sich aus den Figuren 7 und 8. Wichtig im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren zur Verwirklichung eines PNP-Transistors sind die Dicke der aufgebrachten polykristallinen Siliziumschicht, die aufgewandte Ionendosis, die Implantationsenergie und die Zeit- und Temperaturbedingungen, denen die Transistorstruktur nach Durchführung des Implantationsprozesses ausgesetzt wird Bei einer Implantation von Bor oder anderen P-Leitfähigkeit erzeugenden Ionen lässt sich grundsätzlich die Tatsache feststellen, dass die während der Ionenimplantation eingebrachten Schäden nicht ausreichend sind, die monokristalline Struktur aufzubrechen, wenn die Voraussetzung erfüllt ist, dass die Konzentration der Ionen an der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Siliziumschicht und dem monokristallinen Halbleitersubstrat geringer ist als die Maximalkonzentration einer kritischen Dotierung. Betrachtet man ausserdem die Anforderungen an die notwendige Dosierung, so ist das Eintreiben während eines entsprechenden Erwärmungsprozesses so zu wählen, dass eine sehr flache Emitterzone mit hoher Konzentration und extrem steilem Konzentrationsgrandienten erhalten wird, was für einen PNP-Transistor anzustreben ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die bei der Ionenimplantation angewandte Dosis über der kritischen Dosis liegt, von der man weiss, dass sie irreparable Versetzungsschäden erzeugt. Mit anderen Worten, obwohl die Gesamtdosis über einem bekannten kritischen Wert für das bestimmte Dotierungsmittel liegt, sind die Bedingungen für die Implantation so festgelegt, dass störende Schäden vermieden und ein optimaler Konzentrationsverlauf in einer flachen Emitterzone erhalten wird. Die kritische Dosis für P-Leitfähigkeit erzeugende Ionen liegt für monokristallines Silizium bei etwa 1 x 1015 Ionen/cm3. Die beim erfindungsgemässen Verfahren zweckmässige Dosis liegt im Bereich von etwa 1 x 1016 bis 1 x 1017 Die Implantationsenergie zum Einbringen der Ionen in die polykristalline Siliziumschicht hängt von der Dicke dieser Schicht ab. Der Zusammenhang zwischen Implantationsenergie und Dicke der polykristallinen Siliziumschicht ist der Figur 16 zu entnehmen. Nach der Implantation der die P-Leitfähigkeit erzeugenden Störstellen in die polykristalline Siliziumschicht werden diese Störstellen in das monokristalline Halbleitersubstrat eingetrieben. Dies geschieht vorzugsweise auf thermischem Wege. Der Erwärmungsprozess erfolgt mit einer Temperatur von etwa 900 0C bis 1100 OC, wobei die Dauer des Prozesses bei der niedrigeren Temperatur etwa 90 Minuten und bei der höheren Temperatur etwa 2 Minuten beträgt. Zur leichteren Steuerung des Erwärmungsprozesses wird dieser während einer Dauer von etwa 60 Minuten bei etwa 950 0C und bei einer Dauer von 45 Minuten bei etwa 100 OC durchgeführt. Als bevorzugt geeignet hat sich auch erwiesen, einen Erwärmungsprozess während einer Dauer von 30 Minuten bei 1000 OC. Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass bei der gesamten Wärmebehandlung nach der Implantation äquivalente Bedingungen zu den angegebenen Bedingungen nicht überschritten werden. Sind auch noch für andere implantierte Halbleiterzonen Erwärmungsprozesse zum Zwecke des Eintreibens erforderlich, wie dies beispielsweise für Basiskontaktzonen zutreffen kann, so sollte dieser Erwärmungsprozess vor oder gleichzeitig mit dem Eintreiben der Emitterzone aus der polykristallinen Siliziumschicht erfolgen. In den Figuren 9 bis 14 werden unterschiedliche Betriebsdaten des erfindungsgemässen Verfahrens für unterschiedliche Dicken der polykristallinen Siliziumschicht angegeben. So wird im Beispiel der Fig. 9 eine polykristalline Siliziumschicht einer Dicke von 50 nm verwendet. In diese Schicht wird Bor in einer Dosis von 1 x 1016 Ionen/cm2 implantiert. Die Implantationsenergie beträgt 5 keV. Unter diesen Bedingungen ergibt sich die, in Fig. 9 angegebene Verteilung der Ionen in der polykristallinen Siliziumschicht. Nach der Implantation wird das Bor in das monokristalline Halbleitersubstrat eingetrieben, um so die Emitterzone des Transistors zu erzeugen. Das Eintreiben erfolgt während einer Dauer von 30 Minuten bei einer Temperatur von 1000 C. Das sich für die Emitterzone ergebende Profil ist aus der Fig. 10 zu ersehen. Es ergibt sich eine gleichbleibende Konzentration von cm Ionen/cm3 bis zu einer Tiefe von etwa 200 nm. Wie der Fig. 9 zu entnehmen ist, beträgt die Konzentration an der Grenzfläche zwischen polykristalliner Siliziumschicht und monokristallinem Halbleitersubstrat etwa 19 Ionen/cm 3 und monokristallinem Halbleitersubstrat etwa 1019 Ionenicm Die erforderliche Dosis zur Erzielung einer Gauss' schen 3 Verteilung mit einem Maximum bei 1019 Ionen beträgt et- wa 2, 5 x 1014 Ionen/cm2 bei einer Energie von-etwa 5 keV. Dieser Wert liegt unterhalb der geforderten kritischen Dosis von 1 x 1015 Ionen/cm2. Das iieisst also, die Kenngrössen für die Implantation zur Erzeugung der Emitterzone entsprechen den den grundsätzlichen Forderungen, dass nämlich die Konzentration an der Grenzfläche geringer sein soll, als diejenige, die durch eine kritische Dosis erzeugt wird, und deren Verteilungsmaximum in der Grenzfläche liegt. Die Figuren 11 und 12 zeigen die Verteilung nach der Ionenimplantation und nach Durchführung des Erwärmungsprozesses für eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Dicke von 150 um. Die Implantationsenergie beträgt 25 keV bei einer 16 2 Dosis von 10 Ionen/cm . Der erforderliche Erwärmungspro- zess wird während einer Dauer von 30 Minuten bei 1000 0C durchgeführt. Die Figuren 13 und 14 zeigen das Konzentrationsprofil nach der Ionenimplantation und dem eintreiben für eine polikristalline Siliziumschicht mit einer Dicke von 250 nm. Die Implantationsenergie beträgt 40 keV bei einer Dosis von 1016 Ionen/cm2. Der Erwärmungsprozess wird bei einer Dauer von 30 Minuten mit 1000 OC durchgeführt. Für sämtliche in den Figuren 9 bis 14 dargestellten Fälle lässt sich feststellen, dass trotz unterschiedlicher Dicke der polykristallinen Siliziumschicht die Emitterzone jeweils das gleiche Konzentrationsmaximum der Ionen bei etwa der gleichen Tiefe aufweist. Das bedeutet, dass die Gesamtionenaufnahme der polykristallinen Siliziumschicht trotz unterschiedlicher Dicke etwa gleich gross ist. Die Gesamtionenaufnahme verdichtet und das Verteilungsmaximum ist höher bei reduzierter Dicke der. polykristallinen Siliziumschicht. Der Fig. 15 sind die unterschiedlichen Daten des erfindungsgemässen Verfahrens verglichen mit einem zum Stande der Technik gehörenden Verfahren zu entnehmen. Dem Verfahren aus dem eingangs zitierten Artikel in "Japanese Journal of Applied Physics" entspricht eine Ionenimplantation von Bor in eine polikristalline Siliziumschicht, wie sie durch die gestrichelte Linie in Fig. 15 angegeben ist. Die Implantation von Bor erfolgt dabei mit einer Dosis, die etwa der kritischen Dosis entspricht, d. h., einer Dosis von 1 x 1015 Ionen/cm2 bei einer Dicke der polykristallinen Siliziumschicht von 150 nm. Die Störstellenverteilung in der polykristallinen Siliziumschicht ergibt sich aus der gestrichelten Kurve links von der die Grenzfläche kennzeichnenden vertikalen Linie. Nach dem Eintreiben ergibt sich eine Basiszone, deren Verteilung im monokristallinen Halbleitersubstrat sich aus der gestrichelten Linie rechts von der Grenzfläche ergibt. Beim erfindungsgemässen Verfahren, bei dem eine Dosis über der kritischen Dosis von 1 x 1016 Ionen/cm2 bei einer Energie von 25 keV angewandt wird, ergibt sich die aus der durchgezogenen Linie erkennbare Störstellenverteilung links von der Grenzfläche, also in der polykristallinen Siliziumschicht. Nach Durchführung des Erwärmungsprozesses weist die im Halbleitersubstrat gebildete Emitterzone eine Störstellenverteilung, wie sie durch die ausgezogene Linie rechts von der Grenzfläche angegeben ist. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird eine Dosis von etwa 1 x 1016 bis 1 x 1017 Ionen/cm2 angewandt, um die angestrebte Gesamtionenaufnahme in der polykristallinen Halbleiterschicht zu erzielen. Die erforderliche Implantationsenergie um diese Dosis zu implantieren und die gewünschte Störstellenverteilung zu erzielen, hängt von der Dicke der polykristallinen Siliziumschicht ab. Allgemein ergibt sich die optimale Energie aus der mittleren Kurve in Fig. 16. Andere Energien können angewandt werden, wobei sich die Maximal- und Minimalwerte aus der oberen und der unteren Kurve in Fig. 16 ergeben. Für eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Dicke von 50 nm kann eine Implantationsenergie im Bereich von 2 bis 8 keV aufgewandt werden. Bei einer Dicke der polykristallinen Siliziumschicht von 150 um ist eine Implantationsenergie im Bereich von 15 bis 27 keV ein brauchbarer Wert. Ein Wert für eine polykristalline Siliziumschicht mit einer Dicke von 250 um liegt im Bereich von 25 bis 43 keV.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen eines vertikalen PNP-Transis tors mit flacher, einen steilen Störstellengrandienten bei hoher Störstellenkonzentration aufweisender und fehlstellenfreier P-dotierter Emitterzone (23) in einer in ein P-dotiertes Halbleitersubstrat (11) eingebrach ten N-dotierten Basiszone (10), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Basiszone (10), ein die Emitterzone (23) definierendes Maskenfenster (19) erzeugt wird, dass eine polykristalline Siliziumschicht (21) im Bereich des Maskenfensters (19) aufgebracht wird, dass die polykristalline Siliziumschicht (21) mit eine P-Leitfähigkeit erzeugenden Störstellen unter Bedingun gen dotiert wird, bei denen im Bereich der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Siliziumschicht (21) und dem monokristallinen Halbleitersubstrat (11) eine kri tische Störstellenkonzentration vermieden wird, und dass in einem anschliessenden Eintreibprozess Störstellen aus der polykristallinen Siliziumschicht (21) in die Basiszone (10) eindiffundiert werden und dort die Emitterzone (23) bilden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Störstellen Borionen dienen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass bei der Implantation eine Dosis von mindestens etwa 1 x 1016 Ionen/cm2 gewählt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass für die polykristalline Silizium schicht eine Dicke von etwa 50 bis 300 nm gewählt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Implantation von Borionen eine Dosis von etwa 1016 bis etwa 1 x eine 2 1 x etwabis etwa 1x 1017Ionen und eine Implan- tationsenergie von etwa 2 bis 50 keV gewählt wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Eintreiben durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 900 bis etwa 1100 C und einer Dauer von etwa 90 Minuten bei der niedrigeren und einer Dauer von etwa 2 Minuten bei der höheren Temperatur erfolgt 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Eintreiben durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 950 0C in etwa 1000 0C und einer Dauer von etwa 60 Minuten bei der niedrigeren und einer Dauer von etwa 45 Minuten bei der höheren Temperatur erfolgt. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Eintreiben durch eine Wärmebehandlung erfolgt, die einer Temperatur von etwa 1000 C und einer Dauer von etwa 30 Minuten entspricht. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Eintreiben durch eine Wärmebehandlung erfolgt, bei der die Ionen weniger als etwa 250 nm in das Halbleitersubstrat eindiffundiert werden. 10. Vertikaler PNP-Transistor, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäss der Ansprüche 1 bis 9, gekenn zeichnet durch eine Emitterzone mit einer Konzentration von mindestens etwa 1 x 1019 Ionen/cm3 bis zu einer Entfernung von mindestens etwa 200 nm von der Ober fläche und einer Konzentration von weniger als etwa 1 x 10 Ionen/cm3 in einer Entfernung von 350 nm. 11. Vertikaler PNP-Transistor, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 9, ge kennzeichnet durch eine Emitterzone mit einer Konzen tration von mindestens etwa 5 x 1019 Ionen/cm3 bis zu einer Entfernung von mindestens etwa 150 nm von der Oberfläche und einer Konzentration von weniger als etwa 1 x 1017 Ionen/cm3 in einer Entfernung von 300 nm.

Inventors: MAGDO, INGRID EMESE
Applicants: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1980
Main classification: H01L21
IPC codes: H01L29, H01L21