DE1207014B - Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1207 014

Aktenzeichen: T 21531 VIII c/21 g

Anmeldetag: 5. Februar 1962

Auslegetag: 16. Dezember 1965

Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Jack St. Clair Kilby,

Jay Wallace Lathrop, Dallas, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. Februar 1961 (87 258)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung mit einem einkristallinen Halbleiterträgerkörper und einer epitaktischen Halbleiterschicht.

Es ist eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung bekannt, bei welcher mehrere epitaktische Schichten aufeinandergeschichtet sind. Dabei sind einige dieser epitaktischen Schichten sehr stark oder sehr schwach dotiert, damit im Innern der Anordnung niederohmige Stromwege oder Isolierschichten entstehen. Durch Ätzen oder mechanische Einschnitte werden dann tieferliegende Schichten, vor allem die stark dotierten Schichten, zum Anbringen von Kontakten zugänglich gemacht.

Da auch die stark dotierten Schichten im Epitaxialverfahren aufgebracht werden, erstrecken sie sich ebenso wie die übrigen epitaktischen Schichten über die ganze Fläche der Anordnung, weshalb sie mechanisch oder chemisch unterteilt werden müssen, wenn mehrere getrennte, stark dotierte Zonen in der gleichen Ebene benötigt werden. Außerdem tragen die stark dotierten Schichten zur Gesamtdicke der Anordnung bei.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines

Verfahrens, mit welchem im Innern eines einkristal- ~

linen Halbleiterkörpers eingeschlossene, stark do-

tierte Zonen so gebildet werden können, daß sie Derartige stark dotierte Zonen im Innern eines

nur an den erforderlichen Stellen vorhanden sind Halbleiterkörpers für eine integrierte Schaltungsund die Dicke der Anordnung nicht vergrößern. 30 anordnung können in mehrfacher Hinsicht vorteil-Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, haft verwendet werden. Eine bevorzugte Weiterdaß zunächst auf dem einkristallinen Trägerkörper bildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in an sich bekannter Weise eine oder mehrere stark darin, daß auf der epitaktischen Schicht über der dotierte Oberflächenzonen durch Diffusion gebildet bzw. jeder diffundierten, stark dotierten Oberwerden, und daß anschließend die epitaktische 35 flächenzone in an sich bekannter Weise eine weitere Schicht über der bzw. jeder stark dotierten Ober- stark dotierte Oberflächenzone durch Diffusion geflächenzone angebracht wird. bildet wird, und daß anschließend ein ohmscher

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer Kontakt an der bzw. jeder weiteren stark dotierten Vereinigung der Diffusionstechnik und der Epi- Oberfiächenzone angebracht wird. In diesem Fall taxialtechnik. Mit dem Diffusionsverfahren können 40 verringert die stark dotierte Zone den Widerstand stark dotierte Zonen sehr genau an allen erforder- von dem ohmschen Kontakt durch die epitaktische liehen Stellen auf dem Trägerkörper gebildet wer- Schicht hindurch zu dem Halbleiterträgerkörper,
den. Da diese Zonen im Trägerkörper entstehen, Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform bewird dessen Dicke dadurch nicht vergrößert. Durch steht darin, daß auf der Oberfläche der epitaktischen das anschließende Aufbringen der epitaktischen 45 Schicht über der diffundierten, stark dotierten Ober-Schicht werden die stark dotierten Zonen im Innern flächenzone die Basiszone eines Transistors in an eines einkristallinen Halbleiterkörpers eingeschlossen. Auf diese Weise können beliebig viele und
beliebig geformte stark dotierte Zonen in einer

Ebene in dem Halbleiterkörper erhalten werden, 50 schließlich ohmsche Kontakte an der Basiszone und ohne daß es erforderlich ist, diese Zonen durch an der Emitterzone angebracht werden. In diesem Ätzen oder mechanisch zu unterteilen. Fall wird durch die stark dotierte Zone der

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sich bekannter Weise durch Diffusion gebildet wird, daß auf der Basiszone die Emitterzone des Transistors durch Diffusion gebildet wird und daß

Gesamtwiderstand der Kollektorzone und da- zone und das übrige η-leitende Material des Blocks mit der Kollektorsättigungswiderstand verringert, 11 die Kollektorzone darstellen. An dem p-leitenden wodurch wiederum die Schalteigenschaften des Material der Zone 13 ist ein ohmscher Kontakt 17 Transistors verbessert werden. Ferner kann der angebracht, der die Basiselektrode des Transistors Widerstand des Halbleiterträgerkörpers völlig un- 5 bildet. Ein ohmscher Kontakt 21 an dem Block 11 abhängig von den Eigenschaften der Kollektor- direkt unterhalb des Mesa-Gebildes 16 stellt die

zone gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, Kollektorelektrode des Transistors dar, während ein den Halbleiterträgerkörper hochohmig auszubilden ohmscher Kontakt 23 an der stark dotierten Zone 15

und als einen mit der Kollektorzone verbundenen die Emitterelektrode des Transistors bildet. An dem

großen Widerstand zu verwenden. In diesem Fall io von dem Mesa-Gebilde 16 abgelegenen Ende des

bildet die stark dotierte Zone zugleich einen guten Blocks 11 ist ein weiterer ohmscher Kontakt 19 an-

ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleiterträger- gebracht. Das Material des Blocks 11 zwischen den

körper und der die Kollektorzone bildenden epitak- Kontakten 19 und 21, das einen verhältnismäßig

tischen Schicht. großen spezifischen Widerstand aufweist, bildet

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der 15 praktisch einen Widerstand, der an den Kollektor des

Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt in dem Mesa-Gebilde 16 enthaltenen Transistors an-

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine integrierte geschlossen ist.

Halbleiterschaltungsanordnung bekannter Art, Fig. 2 zeigt das Schaltbild der integrierten HaIb-

Fig. 2 das Schaltbild der Halbleiterschaltungs- leiterschaltungsanordnung von Fig. 1. Diese Schalanordnung von F i g. 1, 20 tung enthält einen Widerstand 25, der zwischen einer

F i g. 3 einen Querschnitt zur Darstellung einer Klemme 18 und dem Kollektor eines pnp-Transi-

Zwischenstufe bei der Herstellung einer integrierten stors 27 angeschlossen ist. Der Emitter des Transi-

Halbleiterschaltungsanordnung nach der Erfindung, stors 27 ist an eine Klemme 24 angeschlossen, wäh-

die dem Schaltbild von F i g. 2 entspricht, rend die Basis des Transistors 27 an einer Klemme

F i g. 4 die dem Schaltbild von F i g. 2 ent- 25 22 liegt. Eine weitere Klemme 20 ist mit dem Kollek-

sprechende integrierte Halbleiterschaltungsanord- tor des Transistors 27, d. h. mit dem Verbindungs-

nung nach der Erfindung in perspektivischer An- punkt zwischen dem Widerstand 25 und dem Kollek-

sicht, tor des Transistors 27 verbunden. Der Widerstand 25

Fig. 5 einen Querschnitt durch die integrierte wird durch das hochohmige Halbleitermaterial zwi-

Halbleiterschaltungsanordnung von F i g. 4 entlang 30 sehen den Kontakten 19 und 21 dargestellt, während

der Linie 5-5 der F i g. 4, der Transistor 27 dem Transistor in dem Mesa-Ge-

Fig. 6 einen Schnitt durch eine integrierte Halb- bilde 16 entspricht. Die Klemmen 18, 20, 22 und 24

leiterschaltungsanordnung bekannter Art, die ein entsprechen den Anschlüssen 19, 21, 17 bzw. 23 in

UND-Gatter bildet, dieser Reihenfolge.

Fig. 7 das Schaltbild der in Fig. 6 dargestellten 35 Wegen der Schwierigkeit der Herstellung von

integrierten Halbleiterschaltungsanordnung, ohmschen Kontakten auf einem Material von hohem

F i g. 8 eine Querschnittsansicht zur Darstellung spezifischem Widerstand ist der ohmsche Wider-

einer Zwischenstufe bei der Herstellung einer inte- stand des Blocks 11 praktisch auf 10 Ohm · cm be-

grierten Halbleiterschaltungsanordnung nach der grenzt. Infolgedessen hat der durch den Block 11

Erfindung, die dem Schaltbild von Fig. 7 entspricht, 40 dargestellte Widerstand 25 bei einer praktisch aus-

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung einer dem geführten integrierten Halbleiterschaltungsanordnung

Schaltbild von F i g. 7 entsprechenden integrierten höchstens einen Wert von 40 Ohm. Selbst ein

Halbleiterschaltungsanordnung nach der Erfindung Material mit diesem spezifischem Widerstand er-

und fordert bereits verschiedene schwerwiegende Kom-

Fig. 10 einen Querschnitt durch die integrierte 45 promisse beim Aufbau des Transistors 27. Da das Halbleiterschaltungsanordnung von F i g. 9 entlang hochohmige Material des Blocks 11 die Kollektorder Linie 10-10 in Fig. 9. zone des Transistors 27 bildet, hat der Transistor27

Die in F i g. 1 dargestellte integrierte Halbleiter- eine verhältnismäßig hohe Sättigungsspannung. Diese schaltungsanordnung bekannter Art weist einen Ein- hohe Sättigungsspannung ist unerwünscht, und zwar kristall 11 aus Halbleitermaterial von verhältnis- 50 insbesondere dann, wenn der Transistor 27 als mäßig hohem spezifischem Widerstand, beispiels- Schalttransistor verwendet werden soll, da es in dieweise aus Silizium, auf. Der Kristall 11 ist η-leitend sem Fall erwünscht ist, daß der Transistor im und hat einen spezifischen Widerstand von leitenden Zustand einen möglichst niederohmigen 10 Ohm · cm. An einem Ende des Blocks 11 befindet Kurzschluß bildet. Infolge der verhältnismäßig hohen sich eine durch Feststoffdiffusion gebildete p-Zone 55 Sättigungsspannung besteht im leitenden Zustand 13 und in dieser Zone befindet sich wiederum eine eine verhältnismäßig hohe Spannung zwischen dem durch Feststoffdiffusion hergestellte stark dotierte Kollektor und dem Emitter, so daß der gewünschte n-Zone 15. Auf der Oberseite des Blocks 11 wurde Kurzschluß nicht erreicht wird. Darüber hinaus führt durch Ätzen ein Mesa-Gebilde 16 erzeugt, das die der verhältnismäßig große spezifische Widerstand Zone 13 und die Zone 15 enthält, welche von dem 60 des durch den Block 11 gebildeten Kollektors des Hauptkörper des Blocks 11 vorragen. Die pn-Über- Transistors 27 zu einer vergrößerten Kollektorgänge zwischen der η-leitenden Zone 15 und dem speicherung mit dem Ergebnis einer beträchtlich übrigen p-Ieitenden Material der Zone 13 einerseits kleineren Schaltgeschwindigkeit,
und zwischen dem übrigen η-leitenden Material des Die in Fig. 3 bis 5 dargestellte Anordnung geBlocks 11 und dem p-leitenden Material der Zone 65 stattet es, die Schaltung von Fig.2 als integrierte 13 andererseits bilden einen npn-Transistor in dem Halbleiterschaltungsanordnung so auszubilden, daß Mesa-Gebilde 16, wobei das p-leitende Material der der Widerstand 25 aus einem Material von weitaus Zone 13 die Basiszone, die Zone 15, die Emitter- größerem spezifischem Widerstand gebildet werden

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kann, so daß er einen wesentlich größeren Wider- der Zone 35 ein ohmscher Kontakt 47 gebildet wird, standswert haben kann, während die Kollektorzone der die Basiselektrode darstellt. Ein weiterer ohmdes Transistors 27 aus einem Material von wesentlich scher Kontakt 48 an der Zone 39 ergibt die Kolgeringerem spezifischem Widerstand bestehen kann. lektorelektrode. Außerdem ist ein ohmscher An-

Die Fig. 3 zeigt diese integrierte Halbleiter- 5 schluß 50 an der stark dotierten Zone 41 vorhanden,

schaltungsanordnung bei einer Zwischenstufe der Die in F i g. 4 und 5 dargestellte integrierte HaIb-Herstellung. Es wird ein Einkristall aus Halbleiter- leiterschaltungsanordnung entspricht der in F i g. 2 material mit hohem spezifischem Widerstand in dargestellten Schaltung, wobei das Mesa-Gebilde 43

Form eines Plättchens 29 hergestellt. Bei der Aus- den Transistor 27 bildet und das Halbleitermaterial

führungsform nach den Fig. 3 bis 5 hat das io zwischen dem Mesa-Gebilde 45 und dem Mesa-

Plättchen 29 einen spezifischen Widerstand von Gebilde 43 den Transistor 27 bildet und das HaIb-

100 Ohm · cm, und es ist η-leitend. An der Ober- leitermaterial zwischen dem Mesa-Gebilde 45 und

seite des Plättchens 29 werden nahe den beiden dem Mesa-Gebilde 43 den Widerstand 25 darstellt.

Schmalseiten zwei stark dotierte n-Zonen 31 und 32 Die Klemmen 18, 20, 22 und 24 entsprechen den

(mit etwa 0,1 Ohm ■ cm oder weniger) durch Diffu- 15 Kontakten 50, 48, 47 bzw. 49 in der angegebenen

sion gebildet. Auf das Plättchen 29 wird durch Reihenfolge.

Kristallwachstum eine epitaktische Schicht 33 aus Da für das Plättchen 29 ein Material von hohem Halbleitermaterial aufgebracht. Die Schicht 33 stellt spezifischem Widerstand verwendet wird, ist ein eine Fortsetzung des Einkristalls dar, was wesentlich Widerstand 25 mit wesentlich größerem Widerstandsist. Zur Bildung dieser epitaktischen Schicht kann ao wert als bei der Anordnung von F i g. 1 erzielbar, Halbleitermaterial auf das Plättchen 29 nach dem und das Plättchen 29 braucht auch nicht annähernd Verfahren aufgebracht werden, die in den Ver- so lang gemacht zu werden, um einen angemessen öffentlichungen »Epitaxial growth of silicon« von großen Widerstand zu erhalten. Darüber hinaus ist Wajda usw. in der Zeitschrift »IBM Journal of der spezifische Widerstand der Kollektorzone des Research and Development«, 4, S. 288 bis 295 35 Transistors 27 wesentlich kleiner, da die Kollektor-(1960), und »Impurity introduction during epitaxial zone aus der epitaktischen Schicht 33 besteht, growth of silicon« von Glang usw., a.a. O., S. 299 welche einen verhältnismäßig kleinen spezifischen bis 301 (1960), beschrieben sind. Widerstand aufweist. Der Transistor 27 hat somit

Die Eigenschaften der epitaktischen Schicht, ein- eine kleine Sättigungsspannung, so daß er einen schließlich des spezifischen Widerstandes und des 30 besseren Kurzschluß ergibt, wenn er stromführend Leitungstyps, können frei gewählt werden. Bei der ist, und auch die Kollektorspeicherung ist stark Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Schicht n-lei- herabgesetzt, was zu einer erheblich kürzeren tendj und der spezifische Widerstand ist verhältnis- Schaltzeit des Transistors 27 führt. Außerdem ermäßig niedrig gewählt, vorzugsweise zwischen 0,5 möglicht die stark dotierte Zone 41 in der nieder- und 1,0 Ohm · cm. In der η-leitenden epitaktischen 35 ohmigen epitaktischen Schicht in dem Mesa-Gebilde Schicht 33 ist durch Feststoffdiffusion eine p-Zone 45, das sich auf der stark dotierten Zone 32 des 35 gebildet. Diese Zone befindet sich über der stark hochohmigen Plättchens 29 befindet, die Herstellung dotierten n-Zone 31 im Plättchen 29. In der p-Zone einer guten ohmschen Verbindung mit dem hoch-35 ist mittels Feststoffdiffusion eine stark dotierte ohmigen Material des Plättchens. In gleicher Weise n-Zone 37 gebildet. Eine stark dotierte n-Zone 39 40 ergibt die stark dotierte Zone 31 eine gute ohmsche ist auch in dem η-Material der Schicht 33 neben der Verbindung zwischen der Kollektorzone des Tran-Zone 35 durch Feststoffdiffusion hergestellt, wäh- sistors und dem hochohmigen Material des Plättrend eine schwach dotierte n-Zone 41 in der Schicht chens 29, und sie begrenzt auch die Breite der 33 über der n-Zone 32 gleichfalls durch Feststoff- Verarmungsschicht im Kollektor, wodurch die diffusion gebildet ist. 45 Schalteigenschaften des Transistors merklich ver-

Die epitaktische Schicht 33 wird dann derart ge- bessert werden.

ätzt, daß die in den F i g. 4 und 5 allgemein mit Wie aus F i g. 3 erkennbar ist, ermöglicht es die

den Bezugszahlen 43 und 45 bezeichneten Mesa- epitaktische Schicht, stark dotierte Zonen, wie die

Gebilde stehenbleiben. Das Material der Schicht 33 Zonen 31 und 32, in einem einkristallinen Gefüge

wird an den nicht benötigten Stellen vollständig 50 vollständig in einem Material einzuschließen, das

entfernt, so daß die Mesa-Gebilde 43 und 45 ledig- schwächer dotiert ist. Bei der Ausführungsform von

lieh über das hochohmige Material des Plättchens F i g. 4 und 5 gestatten diese eingeschlossenen Zonen

29 miteinander verbunden sind. Das Ätzen wird 31 und 32 die Herstellung einer guten ohmschen

derart durchgeführt, daß das Mesa-Gebilde 43 die Verbindung mit dem hochohmigen Material des

p-Zone 35 mit der darin befindlichen n-Zone 37 und 55 Plättchens 29. Eine solche Struktur ist offensichtlich

ferner die stark dotierte n-Zone 39 enthält, und daß von großem Vorteil bei integrierten Halbleiterschal-

das Mesa-Gebilde 45 die schwach dotierte n-Zone tungsanordnungen.

41 enthält. In Fig. 6 ist eine andere integrierte Halbleiter-

Die Zonen im Mesa-Gebilde 43 bilden einen schaltungsanordnung bekannter Art dargestellt.

Transistor mit der n-Zone 37 als Emitterzone, der 60 Diese Halbleiterschaltungsanordnung bildet ein

p-Zone 35 als Basiszone und dem verbleibenden UND-Gatter, dessen Schaltbild in F i g. 7 gezeigt ist.

η-leitenden Material der Schicht 33 im Mesa-Gebilde Die Halbleiterschaltungsanordnung von F i g. 6 ent-

43 als Kollektorzone. Die stark dotierte n-Zone 39 hält einen einkristallinen Block 51 aus Halbleiter-

im Mesa-Gebilde 43 wird dazu benutzt, einen An- material mit p-Leitung. In der Nähe des einen Endes

schluß am Kollektor des Transistors anzubringen. 65 dieses Blocks sind mittels Feststoffdiffusion drei

An der stark dotierten n-Zone 37 wird ein ohmscher n-Zonen 53, 54, 55 gebildet. Die pn-Ubergänge zwi-

Kontakt 49 angebracht, der die Emitterelektrode sehen den n-Zonen 53, 54, 55 und dem p-Material

bildet, während an dem verbleibenden p-Material des Blocks 51 bilden Halbleiterdioden. Unter den

Zonen 53, 54, 55 befindet sich ein ohmscher Kontakt 56 an dem Block 51, und ein weiterer ohmscher Kontakt 57 befindet sich am entgegengesetzten Ende des Blocks 51. Weitere ohmsche Kontakte 52, 58 und 62 sind an den n-Zonen 53 bzw. 54 bzw. 55 angebracht. Der spezifische Widerstand des Blocks 51 zwischen den ohmschen Kontakten 57 und 56 ergibt einen Widerstand. Die integrierte Halbleiterschaltungsanordnung von Fig. 6 bildet also ein UND-Gatter, das dem Schaltbild von Fig. 7 entspricht. In dieser Schaltung ist ein Widerstand 63 zwischen eine Klemme 64 und drei Dioden 59, 60, 61 eingeschaltet, welche zu Klemmen 65 bzw. 66 bzw. 67 führen. An dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden 59, 60, 61 und dem Widerstand 63 ist eine Klemme 68 angeschlossen. Die drei Dioden 59, 60, 61 entsprechen den Dioden, die durch die Übergänge zwischen den n-Zonen 53, 54, 55 und dem p-Material des Blocks 51 gebildet sind, während der Widerstand 63 dem Widerstand entspricht, der infolge des spezifischen Widerstands des Blocks 51 zwischen den Kontakten 57 und 56 besteht. Die Klemmen 63 bis 68 entsprechen den Kontakten 57, 62, 58, 52 und 56 in dieser Reihenfolge. Die in Fig. 6 dargestellte integrierte Halbleiterschaltungsanordnung ist somit ein UND-Gatter mit drei Eingängen.

Wie bei der aus Transistor und Widerstand bestehenden Anordnung von Fig. 1 besteht auch bei dem UND-Gatter von Fig. 6 die Einschränkung, daß der spezifische Widerstand des p-Materials des Blockes 51 nicht sehr groß gemacht werden kann, weil an diesem Material die Kontakte 56 und 57 unter Bildung von ohmschen Verbindungen angebracht werden müssen, und, wie oben ausgeführt, große Schwierigkeiten bestehen, einen guten ohmschen Kontakt mit einem Material zu erhalten, das einen hohen spezifischen Widerstand aufweist. Außerdem werden bei einem zu großen spezifischen Widerstand des Materials des Blocks 51 die Dioden 59, 60, 61 in der Schaltung von Fig. 7 praktisch nicht direkt, sondern jeweils über einen Serienwiderstand mit dem Widerstand 63 verbunden. Solche in die Schaltung von Fig. 7 eingeschaltete Serienwiderstände würden die Arbeitsweise des UND-Gatters sehr stören. Daher muß der Block 51 verhältnismäßig lang gemacht werden, damit ein angemessen hoher Widerstandswert für den Widerstand 63 erhalten wird.

Bei der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung von Fig. 8 bis 10 werden diese Schwierigkeiten vermieden. Diese Anordnung entspricht gleichfalls dem UND-Gatter von Fig. 7.

Fig. 8 zeigt eine Zwischenstufe bei der Herstellung dieser integrierten Halbleiterschaltungsanordnung. Wie in Fig. 8 zu sehen, wird ein einkristallines Plättchen 71 verwendet, das einen hohen spezifischen Widerstand aufweist und p-leitend ist. Auf jeder Seite dieses Plättchens werden mittels Feststoffdiffusion stark dotierte n-Zonen 73 und 75 (mit etwa 0,1 Ohm · cm oder weniger) gebildet. Dann werden mittels Kristallwachstum auf jeder Seite des Plättchens 71 auf die stark dotierten Zonen 73 und 75 epitaktische Schichten 77 bzw. 79 aufgebracht. Diese epitaktische Schichten stellen Fortsetzungen der Halbleitereinkristallstruktur dar und sind so gewählt, daß sie verhältnismäßig kleine spezifische Widerstände haben und p-leitend sind. In der epitaktischen Schicht 79 werden mittels Feststoffdiffusion mehrere kleine n-Zonen 81 gebildet Diese Zonen 81 sind in Gruppen zu je drei Zonen angeordnet. Zu jeder Gruppe von drei n-Zonen 81 gehört eine mittels Feststoffdiffusion gebildete Zone 82 aus stark dotiertem p-Material.

Die in F i g. 8 gezeigte Anordnung wird dann derart in Würfel geschnitten, daß sich jede Gruppe von drei Zonen 81 und einer Zone 82 in einem getrennten Kristallteil befindet. Fig. 9 und 10 zeigen einen der Würfel, die durch das Zerschneiden des Plättchens erhalten werden. Jeder Würfel stellt eine Stange aus Halbleitermaterial dar, an deren Enden sich epitaktische Schichten 91 und 93 aus p-Material befinden. Zwischen den epitaktischen Schichten 91 und 93 liegt eine Schicht 95 aus p-Material mit hohem spezifischem Widerstand. Die epitaktischen Schichten 91 und 93 stehen mit dem hochohmigen p-Material über die stark dotierten Zonen 97 und 99 in Verbindung. In der epitaktischen Schicht 93 befinden sich drei Zonen 81 aus η-Material und eine Zone 82 aus stark dotiertem p-Material. Die drei Zonen 81 aus η-Material bilden mit dem p-Material der epitaktischen Schicht 93 drei Dioden.

In der epitaktischen Schicht 91 ist mittels Feststoffdiffusion eine Zone 92 aus stark dotiertem p-Material gebildet. An den n-Zonen 81 sind ohmsche Kontakte 94 angebracht, an der stark dotierten p-Zone 82 ist ein ohmscher Kontakt 98 angebracht, und an der stark dotierten p-Zone 92 ist ein ohmscher Kontakt 96 angebracht.

Diese in Fig. 9 und 10 dargestellte Anordnung bildet ein UND-Gatter der in Fig. 7 dargestellten Art. Die pn-Übergänge zwischen den n-Zonen 81 und der epitaktischen Schicht 93 aus p-Material entsprechen den Dioden 59, 60, 61, während der Widerstand 63 durch das hochohmige p-Material der Schicht 95 zwischen den epitaktischen Schichten 93 und 91 gebildet wird. Die Kontakte 94 entsprechen den Klemmen 65,66,67, der Kontakt 98 der Klemme 68 und der Kontakt 96 der Klemme 64.

Da der Widerstand 63 durch ein Material von hohem spezifischem Widerstand gebildet wird, ist es möglich, ihn aus einem so kurzen Materialstück herzustellen, daß die Dicke eines Halbleiterplättchens ausreicht. Aus diesem Grunde können die UND-Gatter dadurch hergestellt werden, daß ein Plättchen in der mit Bezug auf F i g. 8 beschriebenen Weise in Würfel zerschnitten wird. Die Tatsache, daß die epitaktischen Schichten 93 und 91 an jeder Seite der hochohmigen Schicht 95 angebracht sind, ermöglicht es, diese Zonen 91 und 93 niederohmig auszubilden. Infolgedessen tritt zwischen den Dioden 59, 60, 61 und dem Widerstand 63 in der Schaltung von F i g. 7 praktisch kein Widerstand auf, und es sind gute ohmsche Verbindungen zu der hochohmigen Schicht 95 vorhanden. Bei einigen Kristallwachsverfahren kann es zweckmäßig sein, lediglich die Schicht 93 wachsen zu lassen und die Zone 92 direkt in der Schicht 95 durch Diffusion zu bilden.·

Wenn eine weitere Vergrößerung der Transistorschaltgeschwindigkeit bei integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen erforderlich ist, kann die epitaktische Schicht während des Wachsens mit einem die Ladungsträger-Lebensdauer verkürzenden Störstoff, beispielsweise mit Gold, dotiert werden. Das Dotieren während des Kristallwachstums ergibt über die gesamte epitaktische Schicht hinweg ein

nahezu konstantes Dotierungsniveau. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber der Fehlerfunktionsverteilung dar, die man derzeit bei den üblichen Feststoffdiffusionsprozessen erhält. Diese Technik ist in gleicher Weise wie für integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen auch für einzelne Transistoren von beträchtlichem Wert.

Claims (4)

Patentansprüche: IO

1. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung mit einem einkristallinen Halbleiterträgerkörper und einer epitaktischen Halbleiterschicht, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf dem einkristallinen Trägerkörper (29, F i g. 5; 95, F i g. 9) in an sich bekannter Weise eine oder mehrere stark dotierte Oberflächenzonen (31, 32, Fig. 5; 99, Fig. 10) durch Diffusion gebildet werden, und daß anschließend die epitaktische Schicht (33, Fig. 5; 93, Fig. 10) über der bzw. jeder stark dotierten Oberflächenzone angebracht sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der epitaktischen Schicht (33, Fig. 5; 93, Fig. 9) über der bzw. jeder diffundierten, stark dotierten Oberflächenzone (31, 32, Fig. 5; 99, Fig. 9) in an sich bekannter Weise eine weitere stark dotierte Oberflächenzone (39, 41, Fig. 5; 82, Fig. 10) durch Diffusion gebildet wird, und daß anschließend ein ohmscher Kontakt (48, 50, Fig. 5; 98, Fig. 10)

10

an der bzw. jeder weiteren stark dotierten Oberflächenzone angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht (33, Fig. 5) über der diffundierten, stark dotierten Oberflächenzone (31, Fig. 5) die Basiszone (35) eines Transistors in an sich bekannter Weise durch Diffusion gebildet wird, daß auf der Basiszone die Emitterzone (37) des Transistors durch Diffusion gebildet wird und daß schließlich ohmsche Kontakte (47 und 49) an der Basiszone und an der Emitterzone angebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht (93, Fig. 9) über der diffundierten, stark dotierten Oberflächenzone (99, Fig. 10) in an sich bekannter Weise eine Anzahl von im Abstand voneinander liegenden Oberflächenzonen (81, Fig. 10) durch Diffusion gebildet werden und daß ein ohmscher Kontakt (94 Fig. 10) an jeder dieser Oberflächenzonen angebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 840494;

IBM-Journal, 4, 1960, S. 280 bis 295, S. 299 bis 301;

Electronics, 2, 12. 1960, S. 55 bis 57;

Proceedings IRE, September 1960, S. 1642 und 1643.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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