DE1287218C2 - INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING IT - Google Patents
INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR CIRCUIT AND METHOD FOR MANUFACTURING ITInfo
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Description
6. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Oberfläche mit einer Isolierschicht überzogen ist, die Öffnungen zum Kontaktieren der einzelnen Zonen im Halbleiterkörper enthält.6. Integrated semiconductor circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that that their surface is covered with an insulating layer, the openings for contacting the Contains individual zones in the semiconductor body.
7. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem größeren Halbleitergrundkörper (11) eines Leitfähigkeitstyps durch geeignete Maskierung und Eindiffusion von den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erzeugendem Dotierungsmaterial in den Halbleitergrundkörper hochdotierte Zonen (12) mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp erzeugt werden, dann über die gesamte Oberfläche des Halbleitergrundkörpers einschließlich der hochdotierten Zonen (12) eine hochohmige Halbleiterschicht (13) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie der Halbleitergrundkörper einkristallin orientiert aufgebracht wird, darauf durch geeignete Maskierung und Einduffusion von Dotierungsmaterial des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die hochdotierten Zonen (12) niederohmige Kontaktstreifen (14) derartig erzeugt werden, daß sie die hochdotierten Zonen (12) kontaktieren, daß ferner durch geeignete Maskierung und Eindiffusion von Dotierungsmaterial ringförmige Zonen (15) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Halbleitergrundkörper innerhalb der einkristallinen Halbleiterschicht erzeugt werden, die die Kontaktzonen (14) umgeben, und daß schließlich durch Maskierung und Diffusion sowie durch Aufdampfen von Metallschichten kontaktierte Zonen von Transistoren und Dioden innerhalb der einkristallinen Schicht und innerhalb der jeweiligen von den ringförmigen Zonen (15) begrenzten Bereiche hergestellt werden.7. A method for producing an integrated semiconductor circuit according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in a larger semiconductor base body (11) of one conductivity type by suitable masking and diffusion of the opposite conductivity type generating doping material in the semiconductor base body highly doped zones (12) with opposite conductivity type are generated, then over the entire surface of the Semiconductor base body including the highly doped zones (12), a high-resistance semiconductor layer (13) of the opposite conductivity type to that of the semiconductor base body, oriented in a monocrystalline manner, is applied thereon by suitable masking and infusion of doping material of the same conductivity type how the highly doped zones (12) produce such low-resistance contact strips (14) be that they contact the highly doped zones (12), that further by suitable masking and diffusion of doping material into annular zones (15) of the same conductivity type how the basic semiconductor body is produced within the single-crystal semiconductor layer, which surround the contact zones (14), and that finally by masking and diffusion as well as areas of transistors and diodes contacted by vapor deposition of metal layers within the monocrystalline layer and within the respective one of the annular zones (15) limited areas.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Maskieren auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers eine Oxydschicht erzeugt wird, in die photolithographisch Öffnungen zum Eindiffundieren der Dotierungsmaterialien hergestellt werden. 8. The method according to claim 7, characterized in that for masking on the surface of the semiconductor base body, an oxide layer is produced in which photolithographically Openings for diffusing in the doping materials are made.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oxydschicht Kontaktbahnen aufgebracht werden, die die Schaltelemente elektrisch miteinander verbinden.9. The method according to claim 8, characterized in that contact tracks on the oxide layer are applied, which electrically connect the switching elements to one another.
Integrierte Halbleiterschaltungen bestehen gewöhnlich aus einem Halbleiterkörper in oder auf dem eine Anzahl von selbständigen Schaltelementen aufgebaut werden. Es können auf diese Weise alle notwendigen passiven Schaltelemente, wie Widerstände, Kondensatoren u. ä., hergestellt werden und — was von größerer Bedeutung ist — auch aktive Schaltelemente, wie z. B. Dioden und Transistoren. Da eine vollständige Schaltung mit einem außerordentlich ge-Integrated semiconductor circuits usually consist of a semiconductor body in or on one Number of independent switching elements can be built. It can do all the necessary in this way passive switching elements, such as resistors, capacitors, etc., are made and - what of is of greater importance - also active switching elements such. B. Diodes and Transistors. Because a full Circuit with an extraordinarily
ringen Raumbedarf hergestellt werden kann, erlangen integrierte Halbleiterschaltungen zunehmende Bedeutung, insbesondere dort, wo Zuverlässigkeit gefordert wird und die Abmessungen sowb das Gewicht möglichst klein sein sollen.integrated semiconductor circuits are becoming increasingly important, especially where reliability is required and the dimensions and weight as much as possible should be small.
Abgesehen von den zu erwartenden Schwierigkeiten bei der Handhabung kleiner und zerbrechlicher HalbleiterschaHungen und der Herstellung von mikroskopisch kleinen Verbindungen zwischen sehr kleinen Flächen, Elementen und Zuleitungen treten auch noch andere Probleme bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen auf. Da die Halbleiterschaltung auf einem einzigen Grundkörper aufgebaut wird, war man lange Zeit der Auffassung, daß zwangläufig alle erzeugten Schaltelemente zumindest einen Kontakt gemeinsam haben müssen. Es wurde z. B. als gegeben angenommen, daß die Kollektoren von allen vorhandenen Transistoren gemeinsam verbunden und die anderen Schaltelemente ähnlichen Beschränkungen unterworfen sein müssen.Apart from the expected difficulties in handling smaller and more fragile Semiconductor connections and the production of microscopic connections between very Small areas, elements and leads also encounter other problems in the manufacture of integrated semiconductor circuits. Because the semiconductor circuit is built on a single base body is, it was long believed that inevitably all switching elements generated at least need to have a contact in common. It was z. B. assumed that the collectors of all existing transistors connected in common and the other switching elements are similar Must be subject to restrictions.
Das Problem, die einzelnen Schaltelemente voreinander zu isolieren, ist bereits gelöst worden. Im wesentlichen besteht die Lösung darin, daß in einem Halbleitergrundkörper eines Leitfähigkeitstyps Material des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eingebettet wird, in dem jeweils die verschiedenen Einheiten aufgebaut werden. Man kann sich zu diesem Zweck der Diffusionstechnik bedienen, mit deren Hilfe Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps im Grundkörper durch Eindiffundieren von beiden Seiten erzeugt werden.The problem of isolating the individual switching elements from one another has already been solved. in the Essentially, the solution consists in the fact that material in a semiconductor base body of one conductivity type of the opposite conductivity type is embedded in each of the different units being constructed. One can use the diffusion technique for this purpose, with their Help zones of opposite conductivity type in the base body by diffusing in from both sides be generated.
Bei der Herstellung von Dioden wird jedoch eine hohe Durchbruchsspannung und eine hohe Leitfähigkeit in Flußrichtung gefordert. Dabei ist die Diffusion von Material des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aus verschiedenen Gründen unbefriedigend. Ebenso unbefriedigend ist die Vorbereitung des Halbleitergrundkörpers für die Erzeugung von Transistoren. Die Schwierigkeiten werden im folgenden kurz erläutert. In the manufacture of diodes, however, a high breakdown voltage and a high conductivity are required Required in the direction of flow. The diffusion of material is of the opposite conductivity type unsatisfactory for various reasons. The preparation of the semiconductor base body is just as unsatisfactory for the production of transistors. The difficulties are briefly explained below.
Bei der Herstellung von Dioden muß das Grundmaterial einen bestimmten spezifischen Widerstand aufweisen. Gewöhnlich wird Material verwendet mit einem mittleren spezifischen Widerstand. Nach der zunächst erfolgten Herstellung des Halbleitergrundkörpers besteht der nächste Schritt darin, in eine Oberfläche des Halbleitergrundkörpers Material des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps als Isoliergitter einzudiffundieren. Zu diesem Zweck wird diese Seite des Halbleitergrundkörpers vor der Diffusion in geeigneter Weise maskiert. Gleichzeitig wird das gleiche Material von der entgegengesetzten Seite des Halbleitergiundkörpers ohne Maskierung eindiffundiert. Es werden dadurch an der ersteh Seite des Halbleitergrundkörpers liegende, voneinander getrennte Inseln des Grundmaterials gebildet. In jeder dieser Inseln können dann voneinander isolierte Schaltelemente aufgebaut werden.When manufacturing diodes, the base material must have a certain specific resistance exhibit. Usually material with a medium specific resistance is used. After Once the semiconductor base body has been manufactured, the next step is to convert it into a Surface of the semiconductor base material of the opposite conductivity type as an insulating grid to diffuse. For this purpose, this side of the semiconductor base body becomes more suitable before the diffusion Masked way. At the same time the same material is coming from the opposite side of the Semiconductor body diffused in without masking. It will be on the first side of the Semiconductor base body lying, separated from each other islands of the base material formed. In each These islands can then be built up isolated from each other switching elements.
Im nächsten Schritt wird nach geeigneter Maskierung wiederum Material eindiffundiert, dessen Leitfähigkeit der des Halbleitergrundkörpers entgegengesetzt ist, und zwar derart, daß in jeder der Inseln zentrale Zonen gebildet werden. Damit ist ein aktives Schaltelement in Form einer Diode fertiggestellt.In the next step, after suitable masking, material is again diffused in, its conductivity that of the semiconductor base body is opposite, in such a way that in each of the islands central zones are formed. This completes an active switching element in the form of a diode.
Bei einer derart hergestellten Diode stehen die Forderungen nach hoher Durchbruchsspannung und nach hoher Leitfähigkeit in Durchlaßrichtung in direktem Widerspruch zueinander. Wenn Material hohen spezifischen Widerstandes als Halbleitergrundkörper verwendet wurde, kann die Forderung nach hoher Abbruchspannung erfüllt werden. Dit Leitfähigkeit in Durchlaßrichtung würde dann aber unerwünscht niedrig sein. Wenn man dagegen Material mit niedrigem spezifischem Widerstand verwendet, entstehen die entgegengesetzten Verhältnisse. Aus diesem Grund verwendet man — wie bereits oben erwähnt — gewöhnlich Material, mit welchem einIn a diode produced in this way, the requirements for high breakdown voltage and for high conductivity in the forward direction in direct contradiction to one another. When material is high Resistivity was used as a semiconductor base body, the requirement for high termination voltage are met. The conductivity in the forward direction would then be undesirable be low. If, on the other hand, one uses material with a low specific resistance, the opposite conditions arise. For this reason one uses - as already above mentioned - usually material with which one
ίο Kompromiß für beide Forderungen erzielt werden kann.ίο A compromise can be reached for both demands can.
Bei der Herstellung von Transistoren besteht der erste Schritt ebenso wie bei der Herstellung von Dioden darin, eine Oberfläche des Halbleitergrundkörpers zu maskieren. Durch die Maske wird von der einen Seite her in die Oberfläche diffundiert, um die trennenden bzw, begrenzenden Streifen entgegengesetzter Leitfähigkeit um die Inseln des Grundmaterials, in denen die verschiedenen Schaltelemente aufgebaut werden sollen, zu erhalten. Wiederum wie bei Herstellung der Dioden wird die entgegengesetzte Oberfläche des Halbleitergrundkörpers während der Diffusion nicht maskiert. Nachdem die einzelnen Teile so voneinander isoliert worden sind, wird in jeder Insel eine Basiszone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber dem Grundmaterial ausgebildet und in die Basiszone eine Emitterzone vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Grundmaterial eindiffundiert, wobei wiederum geeignete Masken verwendet werden.In the manufacture of transistors, the first step is the same as in the manufacture of Diodes used to mask a surface of the semiconductor base body. The mask is used by the diffused into the surface from one side to the opposite to the separating or delimiting strips Conductivity around the islands of the base material in which the various switching elements are built are supposed to get. Again, as with making the diodes, the opposite will be used Surface of the semiconductor base body not masked during diffusion. After the individual Parts have thus been isolated from one another, each island becomes a base zone from the opposite one Conductivity type with respect to the base material and an emitter zone from the base zone same conductivity type as the base material diffused, again using suitable masks will.
Bei einem derartigen Aufbau muß ein Kompromiß geschlossen werden zwischen der Forderung nach hoher Durchbruchsspannung zwischen Kollektorzone und Basiszone und niedrigem Emitter-Kollektor-Sättigungswiderstand. Es liegt auf der Hand, daß der Emitter-Kollektor-Sättigungswiderstand unerwünscht hoch liegt, wenn für den Halbleitergrundkörper Material von hohem spezifischen Widerstand gewählt wird, da der Strom durch ein Gebiet hohen Wider-Standes des Halbleitergrundkörpers verläuft. Wenn dagegen das Material des Halbleitergrundkörpers mit niedrigem spezifischem Widerstand gewählt wird, ist die Durchbruchsspannung zwischen Kollektorzone und Basiszone des Transistors unerwünscht niedrig.With such a structure, a compromise must be made between the requirement for high breakdown voltage between collector zone and base zone and low emitter-collector saturation resistance. Obviously, the emitter-collector saturation resistance is undesirable is high when material of high specific resistance is selected for the semiconductor base body because the current runs through an area of high resistance of the semiconductor base body. When on the other hand, the material of the semiconductor base body is selected with a low specific resistance the breakdown voltage between the collector zone and the base zone of the transistor is undesirably low.
♦5 Ein weiteres bekanntes Verfahren ist am leichtesten zu verstehen, wenn man von einem p-leitenden Halbleitergrundkörper ausgeht, in welchen eine n-leitende Zone eindiffundiert wird, die je nach Wunsch entweder als eine Zone einer Diode oder als Kollektorzone eines Transistors dienen kann. In die so gebildete η-leitende Zone wird dann eine p-leitende Zone eindiffundiert, womit die Herstellung einer Diode beendet ist. Im Fall eines Transistors ist noch eine weitere Diffusion von η-leitendem Material in die p-leitende Zone zur Erzeugung der Emitterzone notwendig.♦ 5 Another well-known process is easiest to understand when speaking of a p-type Semiconductor base body goes out, in which an n-conductive zone is diffused, which depending on the request can serve either as a region of a diode or as a collector region of a transistor. In the so formed η-conductive zone is then diffused into a p-conductive zone, whereby the production of a Diode is finished. In the case of a transistor, there is another diffusion of η-conductive material in the p-conducting zone is necessary to generate the emitter zone.
In beiden Fällen, gleichgültig, ob eine Diode oder ein Transistor auf diese Weise hergestellt werden soll, verläuft der Diffusionsprozeß so, daß eine hohe Verunreinigungskonzentration an der Oberfläche der eindiffundierten η-leitenden Kollektorzone unvermeidbar ist. Die Verunreinigungskonzentration nimmt mit zunehmendem Eindringen ab, so daß eine verhältnismäßig hohe Verunreinigungskonzentration an derIn both cases, regardless of whether a diode or a transistor is to be made in this way, the diffusion process proceeds in such a way that a high concentration of impurities diffuses on the surface of the η-conductive collector zone is unavoidable. The concentration of impurities increases increasing penetration, so that a relatively high concentration of impurities at the
Oberfläche vorliegt. Als Folge davon treten Durchbrüche an der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers zwischen Kollektorzone und Basiszone schon bei relativ niedriger Spannung auf.Surface is present. As a result, breakthroughs appear on the surface of the semiconductor base body between the collector zone and the base zone at a relatively low voltage.
Aus der französischen Patentschrift 1 256 116 war Schicht erzeugten p-leitenden Zone eingebracht wird,From the French patent 1 256 116 layer generated p-conductive zone is introduced,
eine integrierte Halbleiterschaltung mit mehreren Diese zuletzt eindiffundierte n+'-Schicht dient alsan integrated semiconductor circuit with several This last diffused n + '- layer serves as
aktiven und passiven Schaltelementen bekannt, die Emitterzone des Transistors, und es ist nur noch not-active and passive switching elements known, the emitter zone of the transistor, and it is only necessary-
sich in einer einkristallinen Halbleiterschicht eines wendig, Zuleitungen für die Emitterzone, die p-lei-in a monocrystalline semiconductor layer of a manoeuvrable, supply lines for the emitter zone, the p-line
Leitungstyps auf einem Halbleitergrundkörper des 5 tende Basiszone, in welche die Emitterzone eindif-Conduction type on a semiconductor body of the 5 tend base zone into which the emitter zone diffuses
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps befinden und die fundiert worden ist, und die Kollektorzone an-of opposite conductivity type and which has been established, and the collector zone
sowohl gegeneinander als auch gegenüber dem zubringen.both against and against.
Halbleitergrundkörper durch pn-Übergänge elek- Bei Verwendung eines Aufbaues, wie er vor-Semiconductor base body through pn junctions elec- When using a structure as before-
trisch isoliert sind. stehend beschrieben worden ist, entstehen zahlreicheare trically isolated. has been described standing, there are numerous
Aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure io Vorteile. Im Falle einer Diode liegt die Durchbruch-Bulletin« Bd. 4 (1962) H. 10, S. 58 und 59 war eine spannung sehr hoch, da diese im wesentlichen durch Halbleiteranordnung mit mehreren aktiven SchaU- den Widerstand der η-leitenden epitaktischen Schicht, elementen bekannt, die sich in einer einkristallin auf- die zwischen der diffundierten p-leitenden Zone und gewachsenen Halbleiterschicht eines Leitfähigkeit*- den n+-leitenden Zonen liegt, bestimmt ist. Anderertyps auf einem Halbleitergrondkörper des entgegen- i$ seits ist auch die Leitfähigkeit in Flußrichtung hoch, gesetzten Leitfähigkeitstyps befinden und im Halb- da der Strom im wesentlichen durch die n+-leitende leitergrundkörper parallel zur anliegenden Halbleiter- Zone fließt.From the magazine »IBM Technical Disclosure io Benefits. In the case of a diode, the breakthrough Bulletin Vol. 4 (1962) vol. 10, pp. 58 and 59, a voltage was very high, since this is essentially due to a semiconductor arrangement with several active foams resisting the η-conducting epitaxial layer , elements known, which is in a monocrystalline on- between the diffused p-conductive zone and grown semiconductor layer of a conductivity * - the n + -conductive zones, is determined. On the other type on a semiconductor body of the Grond entgegen- i $ hand, the conductivity in the direction of flow is high, are opposite conductivity type and in half because the current mainly by the n + -type ladder main body flows parallel to the applied semiconductor zone.
zone der Schaltelemente eine hochdotierte Zone vom Bei einem Transistor verläuft der Weg des Emitgleichen Leitfa'higkeitstyp wie die darüberliegende ter-Kollektor-Stromes ebenso im wesentlichen durch einkristalline Halbleiterschicht und innerhalb der ein- so die n+-leitende Zone und weist somit einen verhältkristallinen Halbleiterschicht die Schaltelemente um- nismäßig geringen Kollektorsättigungswiderstand auf. gebende ringförmige Zonen, die die einkristalline Auch die Kollektor-Basis-Durchbruchspannung isl Halbleiterschicht durchdringen und mit dieser hoch, da diese durch den Widerstand der epitakpn-Übergänge für die elektrische Isolation zwischen tischen Schicht bestimmt wird, den Halbleiterelementen bilden, aufweist. Die Erfin- 15 Die Erfindung betrifft eine solche integrierte Halbdung bezieht sich auf eine derartige als integrierte leiterschaltung mit mehreren aktiven und passiven Halbleiterschaltung mit mehreren aktiven und passi- Schaltelementen, die sich in einer epitaktisch auiven Schaltelementen ausgelegte Halbleiteranordnung, gewachsenen Halbleiterschicht eines Leitfähigkeit·- deren einzelne Schaltelemente eine hohe Durchbruch- typs auf einem Halbleitergrundkörper des eniy. -i· spannung ohne Nachteile bezüglich des Sättigungs- 30 gesetzten Leitfähigkeitstyps befinden und von. i!«.:ic;i Widerstandes aufweisen. mindestens ein Schaltelement im Halbleiter^ u :;<!-zone of the switching elements is a highly doped zone of the case of a transistor, the path of the same runs Conductivity type like the overlying ter-collector current also essentially through monocrystalline semiconductor layer and within the one so the n + -conducting zone and thus has a relatively crystalline Semiconductor layer, the switching elements have a moderately low collector saturation resistance. giving ring-shaped zones which the monocrystalline also the collector-base breakdown voltage isl Penetrate the semiconductor layer and with this high, as this is caused by the resistance of the epitakpn junctions is intended for the electrical insulation between the table layer, form the semiconductor elements. The invention relates to such an integrated half-manure refers to such an integrated conductor circuit with several active and passive ones Semiconductor circuit with several active and passive switching elements, which are in an epitaxial auiven Semiconductor arrangement designed for switching elements, grown semiconductor layer of a conductivity - the individual switching elements of which have a high breakdown type on a semiconductor base body of the eniy. -i · voltage without disadvantages with regard to the conductivity type set 30 and of. i! «.: ic; i Have resistance. at least one switching element in the semiconductor ^ u:; <! -
Es sei darauf hingewiesen, daß das Grundmaterial körper parallel zur anliegenden Halbleitern^ iLIt should be noted that the base material body parallel to the adjacent semiconductors ^ iL
sowohl η-leitend als auch p-leitend sein kann. Im Schaltelementes eine hochdotierte Zone von gleichemcan be both η-conductive and p-conductive. A highly doped zone of the same in the switching element
Interesse einer möglichst einfachen Darstellung der Leitfähigkeitstyp wie die darüberliegende einkrisutl-Interest in the simplest possible representation of the conductivity type such as the overlying single-crystal
Erfindung soll im folgenden jedoch angenommen 35 line Halbleiterschicht und innerhalb der einkriMalli-In the following, however, the invention is assumed to be 35 line semiconductor layer and within the single-crystal
werden, daß p-leitendes Grundmaterial vorliegt. nen Halbleiterschicht eine das Schaltelement ui'i-that p-type base material is present. a semiconductor layer a the switching element ui'i-
Nach der obengenannten Literaturstelle aus der gebende ringförmige Zone, die die einkristüllin.·According to the above-mentioned reference from the giving ring-shaped zone which the single crystal.
Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin« Halbleiterschichl durchdringt und mit dieser ein».··"IBM Technical Disclosure Bulletin" magazine "Penetrates and enters the semiconductor layer". ··
wird zunächst als Halbleitergrundkörper eine Scheibe pn-übergang für die elektrische Isolation /wische1·.a pn junction wafer for electrical insulation / wipe 1 · is first used as the semiconductor base body.
aus p-!eitendem Material verhältnismäßig hohen spe- 40 den Schaltelementen bildet, aufweist.forms relatively high specific switching elements from p-conducting material.
ziSschen Widerstandes durch Läppen, Polieren oder Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einziSschen resistance by lapping, polishing or the object of the invention is to provide a
ähnliche Maßnahmen vorbehandelt. Für die ver- solche integrierte Halbleiterschaltung bezüglich d. ·similar measures pretreated. For the ver such integrated semiconductor circuit with regard to d. ·
schiedenen Diffusionsschritte wird die photolitho- Betriebes bei sehr hohen Frequenzen und hohe.:different diffusion steps will make the photolitho- operation at very high and high frequencies .:
graphische Technik angewendet. Es werden gleich- Geschwindigkeiten in der Digitaltechnik durch Ve·graphic technique applied. There are equal speeds in digital technology through Ve
zeitig zahlreiche Halbleiteranordnungen gemeinsam 45 minderung der elektrischen Kopplungen zwise'icAt the time numerous semiconductor arrangements in common 45 reduced electrical coupling between zwise'ic
erzeugt. Unter Verwendung dieser Technik wird zu- den Schaltelementen zu verbessern,generated. Using this technique is used to improve the switching elements,
nächst eine Mehrzahl von n+-leitenden Zonen durch Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch =.··.next a plurality of n + -conducting zones through This object is according to the invention thereby =. ··.
Diffusion im Halbleitergrundkörper an vorgegebenen löst, daß in die der einkristallinen HalbleiterschieDiffusion in the basic semiconductor body at a given solves that in the monocrystalline semiconductor layer
Stellen erzeugt. Anschließend läßt man eine η-leitende entgegengesetzt liegende Oberfläche des HalbleitePlaces generated. An η-conductive opposite surface of the semiconductor is then left
Halbleiterschicht einkristallin auf der gesamten Ober- 50 gmndkörpers Gold bis zur Rücksehe der hochdutie;Semiconductor layer monocrystalline on the entire upper 50 basic gold body up to the rear of the high dutie;
fläche des Grundkörpers einschließlich der Ober- ten Zone 12 eindiffundiert ist und daß sich innerhalbsurface of the base body including the upper zone 12 is diffused and that within
fläche der n + -leitenden Zonen aufwachsen. Durch des von der ringförmigen Zone begrenzten Bereichgrow area of the n + -conducting zones. By the area bounded by the annular zone
eine weitere Diffusion durch die einkristalline Halb- eine Kontaktzone vom gleichen Leitfähigkeitstyp wiia further diffusion through the monocrystalline semi-contact zone of the same conductivity type wii
leiterschicht hindurch werden p-leitende ringförmige die hochdotierte Zone durch die einkristalline HalbThrough the conductor layer, p-conducting ring-shaped the highly doped zone through the monocrystalline half
Zonen erzeugt. Damit ist die grundsätzliche Ausbil- 55 leiterschicht hindurch bis zur Berührung mit de;Zones created. The basic training layer is thus through until it touches the de;
dung jeder der Schaltelemente einer integrierten Halb- hochdotierten Zone erstreckt.Extension of each of the switching elements of an integrated semi-highly doped zone extends.
leiterschaltung beendet. Wenn man die Herstellung Die orientiert einkristallin aufgebrachte Halbleitereiner Diode oder eines Transistors beabsichtigt, wird schicht, oder kurz einkristalline Hlableiterschicht ge in die einkristalline Halbleiterschicht eine p-leitende nannt, wird im folgenden entsprechend dem in da Zone derart eindiffundiert, daß sie möglichst zen- 60 Fachwelt üblichen Gebrauch auch als epitaktisclu. trisch innerhalb der η+ -leitenden Zone liegt. Für die Halbleiterschicht bezeichnet, da sie durch Epitaxie Herstellung einer Diode muß man dann nur noch hergestellt wird.conductor circuit terminated. If you look at the manufacture of the oriented monocrystalline applied semiconductor Diode or transistor is intended, is layered, or monocrystalline semiconductor layer for short in the monocrystalline semiconductor layer is called a p-conducting layer, is used in the following in accordance with that in da Zone diffused in such a way that it can be used, if possible, also as epitaxy. trically within the η + -conducting zone. Designated for the semiconductor layer as it is epitaxial The only thing left to do is to manufacture a diode.
Zuleitungen an die zuletzt diffundierte p-leitende Aus der französischen Patentschrift 1 259 66(1 isSupply lines to the last diffused p-type conductor From French patent specification 1 259 66 (1 is
Zone und die η-leitende Zone legen. Damit wird eine zwar bekannt, bei einem Transistor die KollektorzontLay the zone and the η-conductive zone. This means that one is known, the collector zone of a transistor
betriebsfähige Anordnung erhalten. Für die Herstel- 65 von der Halbleiteroberfläche der Kollektorzone au·operational arrangement received. For the production of the semiconductor surface of the collector zone
luna eines Transistors ist noch ein weiterer Diffusions- mit Gold zu dotieren. Dies erfolgt aber zum Zwecl·luna of a transistor is still another diffusion to be doped with gold. But this is done for the purpose
schritt notwendig, bei dem η+ -leitendes Material der Erhöhung der Ladungsträgerrekombination iistep necessary for the η + -conducting material to increase the charge carrier recombination ii
konzentrisch in die vorher in der einkristallinen der Kollektorzone. Bei einer integrierten Halbleiterconcentrically in the previously in the monocrystalline of the collector zone. With an integrated semiconductor
■ η ■ η
schaltung nach der Erfindung soll aber nicht die KoI- bei den bekannten Halbleiterschaltungen. Er macht lektorzone, welche in der einkristallin orientiert auf- sich bemerkbar durch Spitzen von kurzer Dauer, die gewachsenen Halbleiterschicht angeordnet ist, mit am Ausgang entstehen. Es handelt sich dabei um Gold dotiert werden, sondern allein der Halbleiter- Teile der Eingangsimpulse, welche die Halbleitergrundkörper. Bei der integrierten Festkörperschaltung 5 schaltung durch den Halbleitergrundkörper durchwerden also nicht die Rekombinationseigenschafven laufen haben. Bei Halbleiterschaltungen, die nach der von Gold, wie sie sich aus dem Aufsatz von Erfindung hergestellt worden sind, wird durch die G. Bems'ki in der Zeitschrift »Physical Review« Golddiffusion und den daraus resultierenden hohen vom 15. September 1958, S. 1515 bis 1518, bekannt Widerstand des Halbleilergrundkörpers der Durchwaren, ausgenutzt. In diesem Zusammenhang sei io bruch vermindert, indem vorwiegend die Bildung von noch der Aufsatz »Properties of Gold-Doped Silicon« Spitzen und ihr Durchlaufen zum Eingang bis zu in der Zeitschrift »Physical Review« vom 15. Fe- hohen Frequenzen verhindert wird, bruar 1957, S. 1168 bis 1173, erwähnt. Die bekann- Obwohl das gegenwärtige HauptanwendungsgebietHowever, the circuit according to the invention is not intended to apply to the known semiconductor circuits. He makes Lektorzone, which in the monocrystalline orientated on-itself noticeable by peaks of short duration, the grown semiconductor layer is arranged, arise with at the output. It is about Gold are doped, but only the semiconductor parts of the input pulses, which make up the semiconductor body. In the solid-state integrated circuit 5, the circuit through the semiconductor base body so do not have the recombination properties running. In semiconductor circuits that are after of gold, as they have been made from the essay of invention, is made by the G. Bems'ki in the journal "Physical Review" gold diffusion and the resulting high from September 15, 1958, pp. 1515 to 1518, known resistance of the half-liner base body of the through goods, exploited. In this context io fraction is reduced by predominantly the formation of nor the essay "Properties of Gold-Doped Silicon" tips and their passage to the entrance up to in the journal »Physical Review« from the 15th Fe- high frequencies is prevented, February 1957, pp. 1168 to 1173. The well-known although the current main field of application
ten Rekombinationseigenschaften von Gold-Atomen für Halbleiterschaltungen, die nach der Erfindung sind auch bereits bei mit Gold diffundierten Silicium- 15 hergestellt worden sind, bei Miniatur-Rechengeräten Computer-Dioden ausgenutzt worden, wie sie sich hoher Zuverlässigkeit für Luftfahrzeuge liegt, finden aus der Zeilschrift »The Bell System Technical sie vermutlich auch ein großes Anwendungsgebiet bei Journal« vom Januar 1960, S. 87 bis 104 ergibt. kommerziellen Rechenanlagen, wo eine hohe Aus-th recombination properties of gold atoms for semiconductor circuits according to the invention have also already been produced in silicon diffused with gold, in miniature computing devices Computer diodes have been exploited, as they can find high reliability for aircraft from the cuneiform script “The Bell System Technical” they presumably also have a large area of application Journal "from January 1960, pp. 87 to 104 results. commercial computer systems, where a high
Aus den veröffentlichten Unterlagen zum belgischen gabegeschwindigkeit gefordert wird und ebenso bei Patent 613 499 ist ferner eine integrierte Halbleiter- 20 großen Rechenanlagen, wo die Entfernung, welche schaltung mit mehreren aktiven und passiven Schalt- ein Impulssignal zurücklegen muß, von Bedeutung ist. elementen bekanntgeworden, die sich in einer orien- Die weiteren Vorteile der Erfindung werden im fol-From the published documents to the Belgian delivery speed is demanded and likewise at Patent 613 499 is also an integrated semiconductor 20 large computing systems, where the distance, which circuit with several active and passive switching a pulse signal must travel is important. elements have become known, which are in an orien- The further advantages of the invention are in the fol-
tiert einkristallin aufgewachsenen Halbleiterschicht genden im Zusammenhang mit der Zeichnung näher eines Leitfähigkeitstyps auf einem Halbleitergrund- erläutert.tiert monocrystalline grown semiconductor layer lowing in connection with the drawing of a conductivity type on a semiconductor ground- explained.
körner desselben Leitfähigkeitstyps befindet und von 25 F i g. 1 zeigt einen vorbehandelten Halbleitergrunddenen mindestens ein Schaltelement im Halbleiter- körper aus Halbleitermaterial, in welchen eine hochgrundkörper parallel zur anliegenden Halbleiterzone dotierte Zone eindiffundiert worden ist; dieses Schaltelementes eine hochdotierte Zone vom Fig. 2 stellt eine Anordnung nach Fig. 1 dar,grains of the same conductivity type and of 25 F i g. 1 shows a pretreated semiconductor base at least one switching element in the semiconductor body made of semiconductor material, in which a high base body The doped zone has been diffused in parallel to the adjacent semiconductor zone; this switching element, a highly doped zone from FIG. 2, represents an arrangement according to FIG. 1,
gleicher Leitfähigkeitstyp wie die darüberliegende über welche eine Schicht epitaktisch aufgewachsen ist; einkristalline Halbleiterschicht aufweist. Zur Ver- 30 Fig. 3 zeigt eine zusätzliche durch die epitaktische größerung der Transistorschaltgeschwindigkeit wird Schicht eindiffundierte Kontaktzone; die einkristallin aufgewachsene Halbleiterschicht F i g. 4 zeigt die durch die epitaktische Schicht dif-same conductivity type as the one above over which a layer is epitaxially grown; has single crystal semiconductor layer. To the connection 30 Fig. 3 shows an additional by the epitaxial an increase in the transistor switching speed becomes a layer of diffused contact zone; the monocrystalline grown semiconductor layer F i g. 4 shows the difference in the epitaxial layer
während des Aufbringen auf den Grundkörper mit fundierte ringförmige Zone zur elektrischen Isolation einer die Ladungsträger-Lebensdauer verkürzenden zwischen den Schaltelementen; Dotierung, beispielsweise mit Gold, dotiert. Es soll 35 Fig. 5 zeigt eine fertiggestellte integrierte HaIbalso die Kollektorzone eines Transistors zum gleichen leerschaltung, die Transistoren, Dioden und WiderZweck wie bei dem Transistor dei obengenannten stände als Schaltelemente enthält, französischen Patentschrift 1 259 666 dotiert weiden. Bei der folgenden Beschreibung der speziellenduring application to the base body with a well-founded ring-shaped zone for electrical insulation one between the switching elements which shortens the charge carrier life; Doping, for example with gold, doped. It should 35 Fig. 5 shows a completed integrated Halbalso the collector zone of a transistor for the same empty circuit, the transistors, diodes and resistors as in the case of the transistor containing the above-mentioned statuses as switching elements, French patent 1 259 666 endowed willow. In the following description of the special
Aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Ausführungsbeispiele der Erfindung ist zur Erleichte-Bulletin« VoI 3, Nr. 12 (Mai 1961) S. 30 und 31, ist 40 rung des Verhältnisses wiederum ein Halbleitergrundes bekannt das niederohmige Substrat eines Planar- körper angenommen, der aus p-leitendem Material transistors welches Teil der Kollektorzone ist, durch besteht. Es soll jedoch nochmals ausdrücklich darauf eine epitaktisch aufgewachsene Schicht hindurch mit- hingewiesen werden, daß die gleichen Vorteile bei tels einer eindiffundierten niederohmigen Kontakt- Verwendung eines Halbleitergrundkörpers aus n-leizone anzuschließen. 45 tendem Material entstehen. Einem Fachmann istFrom the magazine "IBM Technical Disclosure Exemplary Embodiments of the Invention is zur Erleichte-Bulletin" Vol. 3, No. 12 (May 1961) pp. 30 and 31, a semiconductor base is again known, the low-resistance substrate of a planar body is assumed, the transistor made of p-conductive material which is part of the collector zone, consists of. However, an epitaxially grown layer should once again be expressly pointed out that the same advantages can be obtained by means of a diffused low-resistance contact using a semiconductor base body made of n-leizone. 45 tend material. Is a professional
Zur praktischen Durchführung der Golddiffusion ohne weiteres klar, daß die Beschreibung in jedem ist die Oberfläche des Halbleitergrundkörpers, die Fall eindeutig bleibt, wenn mit den entsprechenden entgegengesetzt zu der liegt, auf der die verschiedenen Umkehrungen bei den einzelnen Schaltelementen an-Schaltelernenle aufgebaut werden, bequem zugang- dere Leitfähigkeitstypen angewendet werden, lieh In einem einfachen Prozeß wird Gold auf die 50 In Fig. 1 besteht der Halbleitergrundkörper Rückseite aufgedampft und bis an die Rückseite der aus p-leitendem Halbleitermaterial von relativ hohem hochdotierten Zone in den Halbleitergrundkörper spezifischem Widerstand. Der Halbleitergrundkörper eindiffundiert Die Golddiffusion führt unmittelbar wird vorbehandelt durch die üblichen mechanischen zu Halbleiterschaltungen, die bei höheren Fre- Läpp-und Polierverfahren mit anschließendem Ätzen, quenzen verwendet werden können und die bei An- 55 Die Oberfläche wird in bekannter Weise maskiert Wendung in der Digitaltechnik im Impulsbetrieb für und eine Anzahl von n+-leitenden Zonen in die hohe Geschwindigkeiten geeignet sind. Ein weiterer obere Oberfläche eindiffundiert. Die hochdotierte Vorteil wird durch die Diffusion von Gold in den Zone 12 ist eine von zahlreichen weiteren. Es wird Halbleitemrundkörper dadurch erhalten, daß der die bekannte Planartechnik angewendet. Widerstand des p-leitenden Materials des Halbleiter- 60 Nach dem Eindiffundieren der verschiedenen hocherundkörpers ansteigt, wodurch die Kopplungskapa- dotierten Zonen in den Halbleitergrundkörper läßi zität zwischen allen Schaltelementen verringert wird, man gemäß Fig. 2 eine η-leitende Halbleiterschichi während der Kopplungswidersland ansteigt. Das ist 13 auf der gesamten oberen Oberfläche epitaktiscl wiederum günstig für den Betrieb bei sehr hohen aufwachsen. Die Ausbildung der epitaktischen Halb Frequenzen und hohen Geschwindigkeiten in der 65 lederschicht kann in bekannter Weise mit Hilfe eine; Digitaltechnik Gas" oder Dampfstromes erreicht werden. NachdeirFor the practical implementation of the gold diffusion it is readily clear that the description in each is the surface of the semiconductor base body, which remains unambiguous if with the corresponding opposite to that on which the various inversions in the individual switching elements are built up, conveniently In a simple process, gold is applied to the backside of the semiconductor base body and up to the rear side of the p-conductive semiconductor material of relatively high, highly doped zone in the semiconductor base body with specific resistance. The basic semiconductor body diffuses in. The gold diffusion is pretreated by the usual mechanical and leads to semiconductor circuits that can be used for higher frequency lapping and polishing processes with subsequent etching, and which can be used in digital technology in pulsed operation for and a number of n + -conducting zones in which high speeds are suitable. Another upper surface diffused into it. The highly doped advantage is due to the diffusion of gold in zone 12 which is one of numerous others. A semiconductor body is obtained by using the known planar technique. Resistance of the p-conducting material of the semiconductor 60 After diffusing in the various high-round bodies increases, whereby the coupling capacitance doped zones in the semiconductor body is reduced between all switching elements, one η-conducting semiconductor layer increases according to FIG. This is 13 epitaxial on the entire upper surface, in turn, favorable for operation at very high growth. The formation of the epitaxial half frequencies and high speeds in the 65 leather layer can be carried out in a known manner with the aid of a; Digital technology gas " or steam flow can be achieved
Der kapazitive Durchbruch ist ein ernstes Problem die epitaktische Halbleiterschicht 13 ausgebildet ist bei der Verwendung von hohen Geschwindigkeiten wird für jede der hochdotierten Zonen die n+-KonThe capacitive breakdown is a serious problem in which the epitaxial semiconductor layer 13 is formed when using high speeds, the n + -con for each of the highly doped zones
taktzone 14 durch Diffusion durch die epitaktische Halbleiterschicht hindurch erzeugt.clock zone 14 generated by diffusion through the epitaxial semiconductor layer.
In F i g. 3 ist eine derartige Kontaktzone in Form eines rechteckigen Ringes dargestellt. Diese Form ist jedoch nicht maßgebend für die Erfindung. Aus elekfrischen Gründen und für die Herstellung ist es verhältnismäßig einfach, eine ringförmige Kontaktzone herzustellen. Kontaktzonen anderer Formen sind jedoch ebensogut brauchbar.In Fig. 3 shows such a contact zone in the form of a rectangular ring. This shape is but not decisive for the invention. For electrical reasons and for manufacturing, it is proportionate easy to make an annular contact zone. Are contact zones of other shapes but just as useful.
In Fig. 4 ist die herzustellende Anordnung nach einem weiteren Diffusionsschritt dargestellt. Wiederum nach geeigneter Maskierungsvorbereitung wird durch Diffusion die p-leitende ringförmige Zone 15 erzeugt. Die ringförmige Zone wird durch die epitaktische Halbleiterschicht 13 hindurchdiffundiert und umgibt die Kontaktzone 14 in einem gewissen Abstand. Jede der hergestellten Schaltelemente wird von einer derartigen ringförmigen Zone umgeben.In Fig. 4, the arrangement to be produced is according to shown in a further diffusion step. Again, after appropriate masking preparation the p-conducting annular zone 15 is generated by diffusion. The annular zone is defined by the epitaxial Semiconductor layer 13 diffuses through and surrounds contact zone 14 at a certain distance. Each of the switching elements produced is surrounded by such an annular zone.
Die Vorteile, die durch eine Golddiffusion in den Halbleitergrundkörper erreicht werden können, wurden bereits weiter oben erwähnt. Dieser Schritt ist in der Zeichnung nicht mehr dargestellt, da die Technik verhältnismäßig einfach ist und der erzielte Effekt sich zeichnerisch nicht darstellen läßt. Das Gold kann auf die Unterseite des Halbleitergrundkörpers aufgedampft und eindiffundiert werden zu irgendeinem der verschiedenen Abschnitte bei der Herstellung der Halbleitcrsehaiiungcn. Auf Grund ihres Aufbaues können die meisten anderen integrierten Halbleiterschaltungen, die bei Erläuterung des Standes der Technik eingangs erwähnt wurden, auf diese Art und Weise nicht behandelt werden.The advantages that can be achieved by a gold diffusion into the semiconductor base body were already mentioned above. This step is no longer shown in the drawing because the technology is relatively simple and the effect achieved cannot be represented graphically. The gold can be vapor-deposited on the underside of the semiconductor base body and diffused into any of the different stages in the manufacture of the semiconductor devices. Because of their structure most other semiconductor integrated circuits discussed in the prior art Technology mentioned at the beginning cannot be dealt with in this way.
In F i g. 5 ist eine vollständige integrierte Halbleiterschaltung dargestellt. Die gesamte Halbleiterschaltung kann in einen Sockel 31 eingesetzt sein, welcher gewöhnlich zum Schutz der Halbleiterschaltung verkappt wird. Zum besseren Verständnis ist die Kappe bei der Zeichnung weggelassen. In dem Sockel befindet sich eine Mehrzahl von Öffnungen, die mit Glasdurchführungen aus einer Glasperle 3i und einem Durchführungsleiter 33 versehen sind. De Halbleiterkörper 34 wird mit Hilfe irgendwelcher be kannter Mittel zentral auf dem Sockel 34 befestigt Bei der dargestellten Halbleiterschaltung sind neur Dioden, zwei Widerstände und ein Transistor 35 vorgesehen. Die Anzahl der aktiven und passiven Schaltelemente kann selbstverständlich je nach Wunsch geändert werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine Verbindung zwischen dem Durchführungsleiter 33 und der Emitterzone des Transistors 35 mittels eines Zuleitungsdrahtes 36 und einer Leitbahn 37 hergestellt. In ähnlicher Weise ist die Kollektorzone des Transistors 35 mit dem Durchführungsleiter 38 durch einen Draht 39 und eine Leitbahn 40 verbunden. Die Basiszone des Transistors 35 ist mit den anderen Schaltelementen, im vorliegenden Falle mit einer Diode und einem Widerstand mittels einer Leitbahn 42 verbunden.In Fig. 5 shows a complete integrated semiconductor circuit. The entire semiconductor circuit can be inserted into a base 31, which is usually used to protect the semiconductor circuit is capped. For a better understanding, the cap is omitted from the drawing. By doing Base is a plurality of openings with glass feedthroughs from a glass bead 3i and a leadthrough conductor 33 are provided. De semiconductor body 34 is with the help of any be known means fastened centrally on the base 34. In the semiconductor circuit shown are neur Diodes, two resistors and a transistor 35 are provided. The number of active and passive switching elements can of course be changed as required. In the example shown, a Connection between the leadthrough conductor 33 and the emitter zone of the transistor 35 by means of a Lead wire 36 and an interconnect 37 made. Similarly, the collector zone is des The transistor 35 is connected to the leadthrough conductor 38 by a wire 39 and an interconnect 40. the Base zone of the transistor 35 is with the other switching elements, in the present case with a Diode and a resistor are connected by means of an interconnect 42.
Die Zeichnung läßt erkennen, daß andere Teile der verschiedenen Schaltelemente in ähnlicher Weise miteinander verbunden sind. Die einzelnen η+-Zonen, die der hochdotierten Zone 12 in Fi g. 1 entsprechen, sind durch die um alle Schaltelemente angebrachte Einrahmung 43 angedeutet, die der ringförmigen Zone 15 entspricht. Über die Herstellung der Widerstände ist bisher nichts ausgesagt worden, da deren Aufbau verhältnismäßig einfach und bekannt ist. Zum Beispiel braucht lediglich ein Streifen von p-leitendem Material irgendeiner Form in den n-leitenden Halbleitergrundkörper eindiffundiert zu werden. Durch geeignete Abstimmung des spezifischen Widerstandes des Materials und der Längsausdehnung der diffundierten Zone kann jeder brauchbare Widerstandswert erhalten werden. In ähnlicher Weise können Kapazitäts- oder andere Schaltelemente hergestellt werden, so daß jeder gewünschte Typ einer kompletten Halbleiterschaltung aufgebaut werden kann.The drawing reveals that other parts of the various switching elements work in a similar manner are connected to each other. The individual η + zones that the highly doped zone 12 in Fi g. 1 correspond to are indicated by the frame 43 attached to all switching elements, that of the ring-shaped Zone 15 corresponds. So far nothing has been said about the manufacture of the resistors, since their Structure is relatively simple and known. For example, all you need is a strip of p-type material of any shape in the n-type Semiconductor base body to be diffused. By suitably coordinating the specific Resistance of the material and the length of the diffused zone can be any useful Resistance value can be obtained. Capacitance or other switching elements can be produced in a similar manner so that any desired type of complete semiconductor circuit can be constructed can.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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