DE2855816A1

DE2855816A1 - Integrierte halbleiterschaltungsanordnung mit einer schottky-sperrschichtdiode

Info

Publication number: DE2855816A1
Application number: DE19782855816
Authority: DE
Inventors: Susumu Mori
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2855816C2; JPS6159535B2; JPS5499580A; US4316202A

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

DR.-ING. RICHARD GLAWE. MÖNCHEN DIPL.-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN* DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM

EUROPÄISCHEN PATENTAMT ' ZUGL. DFF. BEST. U. VEREID. DOLMETSCHER

Nippon Electric Company Ltd. Tokyo / JAPAN

Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez

MÜNCHEN

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Schottky-Grenzschichtdiode und insbesondere auf eine integrierte HalbleiterschaltungB-anordnung mit einer Vielzahl von Schottky-Grenzschiehtdioden, deren Durchlaßspannung niedrig ist.

Bisher wurde eine integrierte Halbleiterschaltungeanordnung, bei der eine Vielzahl von Schottky-Grenzschichtdioden (im nachfolgenden als SÜD abgekürzt) auf einer Oberfläche eines Bereichs des einen Leitungstyps eines Halbleitersubstrats ausgebildet sind und eine den SGD¹s gemeinsame Elektrode mit einem

BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448

: HAMBURG 147607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

ORIGINAL INSPECTED

Teil des Bereichs des einen Leitungstyps verbunden ist, oft in einer logischen Schaltung verwendet, wie sie beispielsweise in IEEE JOUBNAL OP SOLID-STATES CIRCUITS, Band SC-10, Nr. 5, Oktober 1975, Seite 343-348, beschrieben ist. Wenn in einer derartigen Anordnung die gemein- saa· Elektrode eine vorbestimmte Gestalt aufweist, so ist es erforderlich, daß die Vielzahl von SGD¹s gleichzeitig arbeiten. Da jedoch die Durchlaßspannung V„ einer an einer von der Elektorde entfernten Stelle vorgesehener SGD höher wird ale die einer SGD in der Nähe der Elektrode, wird der gleichzeitige Betrieb der SGD¹s unmöglich. In einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung sind auf einem Isolierfilm zwischen den SGD¹s Verdrahtungsschichten vorgesehen, die mit den anderen Teilen der Anordnung so zu ver- binden sind, daß natürlich der Abstand zwischen der gemeinsamen Elektrode und der SGD lang und die Durchlaßspannung Vp dee SGD noch höher wird.Als eine Lösung dieses Problems kann ein Bereich des einen Leitungstyps mit hoher Störstellenkonzentration in der Halbleiteroberfläche zwischen den SGD¹s, wo kein SGD ausgebildet ist, vorgesehen sein. Aber selbst das Vorsehen eines derartigen Bereichs liefert noch kein zufriedenstellende· Ergebnis.

Demgegenüber besteht eine wesentliche Aufgabe der Erfindung darin, eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Schottky-Grenzechichtdiode zu schaffen, die in

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einem Bereich des einen Leitungstyps in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wobei die Durchlaßspannung V- der Schottky-Grenzschichtdiode verringert wird.

Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Schottky-Grenzschichtdiode zu schaffen, bei der der Grad der Integration der integrierten Halbleiterschaltung durch Verminderung der Durchlaßspannung der Grenzschichtdiode innerhalb eines bestimmten Bereichs vergrößert werden kann.

Erfindungsgemäß ist die integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleitersubstrat, einem darin vorgesehenen Störstellenbereich des einen Leitungstyps, einer ersten gemeinsamen Verdrahtungsschicht, die vorzugsweise über einen ersten im Störstellenbereich ausgebildeten Bereich des einen Leitungstyps mit hoher Störstellenkonzentration mit dem Störeteilenbereich verbunden ist, einer auf der Oberfläche des Störstellenbereichs vorgesehenen SGD und einer zweiten Verdrahtungsschicht, die mit der SGD verbunden ist und sich entlang der Oberfläche eines auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Isolierfilms erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die SGD aus mindestens zwei kleinen SGD¹s besteht, die gemeinsam mit der zweiten Verdrahtungsschicht oder einer Elektrode verbunden sind, mit der die zweite Verdrahtungs-

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-ι-

schicht verbunden ist. Allgemein beträgt die Oberflächen-

17 Störstellenkonzentration des Störstellenbereichs 10 Atome/ cm oder weniger zur Ausbildung der SGD mit Metall oder Metallsilizid.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche der kleinen SGD¹s jeweils kleiner als 200 um .

Vorzugsweise kann die kleine Sehottky-Grenzschiehtdiode, nämlich die von der anderen getrennte SGD direkt zwischen dem Störstellenbereich und der zweiten Verdrahtungsschicht oder der Elektrode, wie etwa Aluminium ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die kleine SGD zwischen dem Störstellenbereich und einer auf einem Teil des Störstellenbereichs ausgebildeten Metallschicht, wie etwa einer Flatinsilizidschicht ausge* _ldet sein und die zweite Verdrahtungsschicht oder die Elektrode ist mit der Oberseite der Metallschicht verbunden.

Bei einer anderen Ausführungeform der Erfindung ist ein zweiter Bereich des einen Leitungstype mit einer hohen Störstellenkonzentration, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Störstellenbereich aufweist, ia Störeteilenbereich des einen Leitungstyps zwischen den kleinen SGD's ausgebildet, wo keine kleine SGD ausgebildet ist,und auf einem Isolierfilm oberhalb des zweiten Bereichs mit hoher Störstellenkonzentraion ist eine zweite Verdrahtungsachicht oder eine Elektrode ausge-

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bildet, um die kleinen SGD's miteinander zu verbinden.

Die Oberflächenstörstellenkonzentration des zweiten

18 *5 Bereichs ist vorzugsweise 10 Atome/cm oder mehr. Die Breite des zweiten Bereichs in Richtung der kleinen SGD¹s ist vorzugsweise 3 /im oder mehr und der Abstand zwischen der kleinen SGD und dem zweiten Bereich liegt vorzugsweise zwischen 4 JP¹ und 15 jum. Der Abstand zwischen den kleinen SGD's liegt vorzugsweise zwischen 11 Jim und 50 jam, wenn der zweite Bereich mit hoher Störstellenkonzentration vorhanden ist. Wenn der zweite Bereich mit hoher Störetellenkonzentration nicht zwischen den kleinen SGD's ausgebildet ist, so liegt der Abstand zwischen den kleinen SGD's im Bereich von 4 um bis 15 Mm. Die untere Grenze dieser ¥erte wird durch die Maskenausrichtung oder die Photolackschicht bestimmt und die obere Grenze wird durch den Grad der Integration bestimmt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die integrierte Halbleiterschaltungsanordnung auf: Ein Halbleitersubstrat, einen Störstellenbereich des einen Leitungstyps, der im Halbleitersubstrat vorgesehen und im wesentlichen von einem Isolierbereich des entgegengesetzten Leitungetype umgeben ist, eine Vielzahl von in der Oberfläche des Störstellenbereiche des einen Leitungstyps ausgebildeten und in einer Richtung ausgerichteten Schottky-Grenzschichtdioden, einen ersten Bereich

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mit hoher Störstellenkonzentratlon des einen Leitungstype, der in einem Teil des Störstellenbereichs ausgebildet ist, eine erste Verdrahtungsschicht, die eine gemeinsame Elektrode für die SGB¹S darstellt und mit dem ersten Bereich mit hoher Störstellenkonzentration einen ohmschen Kontakt bildet, eine Vielzahl von zweiten Verdrahtungsschichten, die jeweils elektrisch ait den SÜD¹s verbunden sind, wobei jede SGD mindestens aus zwei kleinen SGD¹s besteht, die durch einenauf der Oberfläche des Störstellenbereichs ausgebildeten Isolierfilm voneinander getrennt und gemeinsam mit der zweiten Verdrahtungsschicht oder einer Elektrode verbunden sind, eine Vielzahl von zweiten Bereichen mit hoher Störstellenkonzentration des einen Leitungstyps, die in dem Störstellenbereich zwischen je einem Paar von kleinen SGD¹B und getrennt davon ausgebildet sind, sowie einen dritten Bereich mit hoher Störstellenkonzentration des einen Leitungstyps, der im Störstellenbereich zwischen den kleinen BGD's und getrennt davon vorgesehen ist.

Sie Oberflächenstörstellenkonzentration des ersten, zweiten und dritten Bereichs mit hoher Störstellenkonzentration ist 10 Atome/cm oder mehr und höher als die des Störstellenbereichs. Biese drei Bereiche können kontinuierlich im gleichen Herstellungsverfahren ausgebildet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :

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Fig. 1A eine Draufsicht auf eine bekannte integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit Schottky-Grenzschichtdioden;

Fig. 1B einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1A entlang der Linie B-B¹J

Fig. 2A eine Draufsicht auf eine andere Ausführungeform einer bekannten integrierten Halbleiterschaltungsanordnung mit Schottky-Grenzschichtdioden, wobei zwischen den SGD¹s ein Bereich mit hoher Stör-Stellenkonzentration vorgesehen ist;

Fig. 2B einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 2A entlang der Linie B-B¹}

Fig. JA eine Draufsicht auf eine Vereuchsanordnunf, die zur experimentellen Bestimmung der Beziehung der Fläche S einer Schottky-Grenzschichtdiode zu einem Wert

des Durchlaßströme Is konzipiert wurde, und zwar bei einer Durchspannung V„=0 und einem Reihenwiderstand *d der SGDj

Fig. 3B eine Querschnitteansicht der Anordnung nach Fig. 3A entlang der Linie B-B¹j

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Fig. 4 ein Kurvenschaubild, das die Beziehung der Fläche S einer Schottky-Grenzschichtdiode zu deren Durchlaß strom Is zeigt, wenn V₁₁₁=O erfüllt ist, wobei die Ergebnisse mittels der Versuchsanordnung nach Fig. 3 erhalten wurden;

Fig. 5 ein Kurvenschaubild, das die Beziehung der Fläche S einer Schottky-Grenzschichtdiode zu deren Reihenwiderstand ^d zeigt, wobei die Ergebnisse mittels der Versuchsanordnung nach Fig. 3 erhalten wurden;

Fig. 6a eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6b eine Querschnittsansicht der Ausführungsform nach Fig. 6a entlang der Linie B-B¹;

Fig. 6C eine weitere Querschnittsansicht der gleichen Ausführungsform nach Fig. 6A entlang der Linie C-C;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer logischen Schaltung, in die Erfindung verwendbar ist;

Fig. 8 eine detailliertere Darstellung der logischen Schaltung nach Fig. 71 wobei teilweise ein Schaltungs-

diagrama dargestellt ist;

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Fig. 3k eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, die für den durch eine gestrichelte Linie umrahmten Teil der Schaltung nach Pig. 8 verwendbar ist, und

Fig. 9^B eine Querschnittsansicht der Anordnung nach Fig. $k entlang der Linie B-B¹.

Fig. 1A und 1B zeigen eine bekannte Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung mit Schottky-Grenzschichtdioden, bei dem in einem p-Halbleiterkörper 1 eine vergrabene ρ -Schicht 2 mit einem spezifischen Flachenviderstand von 20JV/D und eine n-Epitaxialschicht 3 mit einer Dicke e von 5 pm und einem spezifischen Widerstand von 0,8.n.cm und einer

15 /3 Störstellenkonzentration von 8· 10 Atome/cm darauf vorgesehen ist, und zwar getrennt bzw. isoliert durch einen p-Isoliertrennbereich 4. Ein Halbleitersubstrat weist den Körper 1 und die Schicht 3 auf. Auf dieser epitaktischen oder Epitaxialschicht sind Schottky-Grenzschichtdioden (im nachfolgenden SGD genannt) 5,15 und 25 und darauf wiederum Elektroden 9, 19 und 29 ausgebildet, die als Verdrahtungsechiohten 9¹, 19' und 29« der SGD's dienen, wobei die Verdrahtungsschichten sich auf einem Isolierfilm 7 erstrecken. Die SGD's sind zwischen der Oberfläche der Epitaxialschicht 3 und darauf als Metallschichten ausgebildeten . Platinsilizidechichten 6, 16, 26 ausgebildet und die Elektroden

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werden auf der Oberfläche der Platinsilizidschichten kontaktiert. Die Abmessungen a und b der SGrD¹ β sind bei

SGD

spielsweise 60 um bzw. 5 Mm» so daß die Fläche der

ο
gleich 300 um ist. Außerdem beträgt der Abstand d der Oberfläche der epitaktischen Schicht 3 zur vergrabenen Schicht gleich 3»5 pm und der Abstand f eines ersten η -Bereichs 12 mit einer hohen Störstellenkonzentration, der einen spezifischen Widerstand von lOJi/Q und eine Ober-

21 -5 flächenstörstellenkonzentration von 1,5*10 Atome/cm auf-

weist, zur vergrabenen Schicht 2 gleich 2,5 Vm. Der erste n⁺-Bereich 12 mit hoher Störeteilenkonzentration weist

eine Breite g von 8 pm und Länge von 60 um auf, so daß

2 die Fläche S¹ des Bereichs 12 gleich 480 jam ist. Darüber hinaus ist der η -Bereich 12 mit einer als erste gemeinsame Verdrahtungsschicht dienenden Verdrahtungsschicht 8 verbunden, die als gemeinsame Elektrode der Vielzahl von SGD's 5, 15 und 25 dient und die eich auf einem Isolierfilm 7 auf der Oberfläche des Substrats 1 erstreckt. Bei einer derartigen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung sind notwendigerweise auch andere Verdrahtungsschichten zum Verbinden der anderen Elemente (nicht dargestellt) auf den Isolierfilmen 7 zwisohen den SGD's vorgesehen, so daß der Abstand c zwischen dem n⁺-Bereioh 12 und der SGD 25 eine Länge von 150 lim aufweist und damit auch der Wider-

stand dazwischen hoch ist. Der Widerstand zwischen dem Seder reich 12 und/SGD 25 wurde beim dargestellten Ausführungsbei

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spiel gemessen und es wurde ein Wert von 162.Λ. erhalten. Bei einem Durchlaßstrom I- von 3mA wurde an der SGD 25 eine Durchlaßspannung V_ von 97OmV gemessen. Diese Durchlaßspannung weist eine beträchtliche Höhe auf, so daß sich unterschiedliche Eigenschaften der SGD¹s 5 und 15 ergeben.

Zur Verminderung der Durchlaßspannung V^ und zum Ausgleich der Durchlaßspannungen V^, der entsprechenden SGD¹s 5, 15 und 25 wurde bereits vorgeschlagen, η -Bereiche 30 mit hoher Störstellenkonzentration zwischen den SGD¹s 5 und 15 und zwischen den SGD¹s 15 und 25 vorzusehen, die eine Tiefe i von 1 tun aufweisen und von den SGD¹s getrennt sind, wie es in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist. Der spezifische Flächenwiderstand der Bereiche 30 ist 10.Π./Π

und die Oberflächenstörstellenkonzentration beträgt 1,5*10 Atome/cm . Bei dieser veränderten Ausführungsform sind die Bedingungen für die entsprechenden Teile, die gleich sind wie in Fig. 1A und 1B, gleich wie die in Verbindung mit den Fig. 1A und 1B beschrieben. Wenn η -Bereiche mit hoher Stör-Stellenkonzentration und einer Abmessung Ip in Längsrichtung von 50 um vorgesehen sind, so sind die entsprechenden Abmessungen I₁, I^ und 1, in den Fig. 2A und 2B gleich 6 jam, 20 um bzw. 24 um. In einer derartigen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung wurde der Widerstand zwischen den ersten η -Bereich 12 mit hoher Störstellenkonzentration, der mit der

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für die SGD¹s gemeinsamen Elektrode 8 verbunden ist, und der SGD 25 gemessen und es wurde ein Wert von 155jL^er" halten. Bei einem Durchlaßstrom I_ von 3mA wurde die Durchlaßspannung V_ von 948mV gemessen. Dieser Wert ist wohl etwas besser als bei der Anordnung nach Fig. 1A und 1B, er ist jedoch noch nicht ausreichend.

Es wurde daher versucht einen optimalen Bereich der Fläche S der SGD¹s dadurch zu erhalten, daß untersucht wurde, wie der Durchlaßstrom Is und der Widerstand _d, die die Durchlaßspannung V-, bestimmen, durch die Fläche S der SGD beeinflußt werden.

Die für die Erfindung verwendete Theorie wird im nachfolgenden beschrieben. Allgemein genügt die Durchlaßspam _*ig

V_n, einer Schottky-Grenzschichtdiode den folgenden Gleichungen: Jb

V_p = (nKT/q)-In(l_F/l₈) + *

_F/l₈

₈ t, SAT² exp (-qy_B/kT) (2)

Wobei die entsprechenden Symbole die folgenden Größen darstellen:

V_7n : Durchlaßspannung einer SGD. I- : Durchlaßetrom einer

Jc Jc

SGD, I : Wert von L_n, bei V_n=O, η : Ideale Konstante einer s ü ü

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SGD, jjl : Eeihenwiderstand einer SGD, S : Fläche einer SGD, 0~ : Höhe einer Grenzschicht in einer SGD, k : Boltzmann-Konstante, A: Eichardson-Konetante, T : Absoluttemperatur und q. : elektrische Ladung.

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich, daß für eine niedrige Durchlaßspannung V„ einer SGD der durch die Gleichung (2) dargestellte Wert des DurchlaßStroms I₀ groß

sein sollte. Aber im Hinblick auf die Metalle zur Ausbildung einer SGD, die stabil arbeitet, billig herzustellen und für

*" die Massenproduktion geeignet ist, sind die Veränderungsmöglichkeiten beschränkt und natürlich wird auch die Höhe jL· einer Grenzschicht in einer SGD bestimmt. Demnach besteht eine feste Beziehung zwischen der Fläche S einer SGD und dem Durchlaßstrom I_g auf der Basis der Gleichung (2). Es wurden daher Versuchsanordnungen, wie sie in den Fig. 3A und 3B dargestellt sind, konzipiert, um den Einfluß der Fläche S auf den Durchlaßstrom I₃ bzw. den Widerstand _fd zu untersuchen, während die Fläche S der SGD verändert wurde.

Die Versuche wurden so durchgeführt, daß die Abmessung χ der zwischen einer Epitaxialschicht 43 und einer Metallschicht aus Flatinailizid 50 gebildeten SGD zwischen 3 und 10 Jim und die Abmessung y zwischen 10 und 1000 nm verändert wurde. Der Mittenabstand ζ zwischen der SGD 45 und dem η -Bereich 46 hoher Störeteilenkonzentrat ion betrug 20 um und es wurden als

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Ergebnis die in Pig. 4 und 5 dargestellten Daten erhalten. In diesem Fall war die Versuchsanordnung derart konzipiert, daß in einem p-Halbleiterkörper 4I eine vergrabene ρ -Schicht mit einem spezifischen Flächenwiderstand von 20J\./I3 vorgesehen ist, auf der eine n-Epitaxialschicht 43 mit einem spezifischen Widerstand von 0,8j\.cm und einer Dicke von 5 pm vorgesehen ist, die von einem p-Isoliertrennbereich 44 eingeschlossen wird. Ein Halbleitersubstrat weist den Körper 4I, die Schicht 42 und die Schicht 45 auf. Zusätzlich dazu ist ein n⁺-Bereich 46 mit einer Fläche von 48Ο tun ( = 60 um 1 8 jum) vorgesehen, der mit der Kathode 48 der SGD verbunden ist und einen spezifischen Flächenwiderstand von 10A./Q und eine Tiefe von 1 Jam aufweist. Die Abmessungen d und f betragen 3» 5 /im bzw. 2,5 lim und eine Yerdrahtungsschicht 49 ist elektrisch mit der SGD 45 verbunden und erstreckt sich über einen Isolierfilm 47« Es ist festzustellen, daß selbst dann, wenn in der Versuchsanordnung die Störstellenkonzentrationen, die Schichtdicken, die Abmessung ζ zwischen 10 und 200 yam usw. verändert werden, die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Daten die gleiche Tendenz aufweisen, und daß selbst dann, wenn die Grundkonfiguration verändert wird, beispielsweise in eine kreisförmige Gestalt, die Tendenz immer noch nicht verändert wird.

Eine charakteristische Kurve, die die Beziehung zwischen der Fläche und dem Durchlaßstrom I_g einer SGD bei V₅₁=O zeigt, ist im Kurvenschaubild in Fig. 4 dargestellt.

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ad

Aus Pig. 4 ist zu ersehen, daß in einem Bereich von relativ großen Flächen S der Wert von I„ mit Gleichung (2) zusammenfällt, daß jedoch I_g im Bereich von kleineren Flächen S einen größeren Wert einnimmt als in der Gleichung (2). Daraus folgt, daß selbst dann, wenn die Fläche S der SGD fortlaufend vermindert wird, der Wert von I_e nicht mehr kleiner

wird. Aus Gleichung (1) ist auch zu ersehen, daß zur Verminderung der Durchlaßspannung V-, der SGD eine Verminderung des Reihenwiderstands r_d der SGD erforderlich ist. Der Reihenwiderstand jrd wird bestimmt durch die Störstellenkonzentration, die Dicke der Halbleiterschicht, den Abstand zwischen Kathode und SGD und die Fläche der SGD. Aber selbst dann, wenn die Konzentration der Halbleiterschicht erhöht und die Dicke der Schicht zum Zwecke der Verminderung des Reihenwiderstands der SGD verringert wird, so bestehen doch im Hinblick auf die Stehspannung und den Kriechstrom bzw. Leckstrom der SGD Grenzen und der Abstand zwischen der Kathode und der SGD muß auch eine bestimmte Größe aufweisen, um eine bequeme Verdrahtung der Schaltungselemente durchführen zu können. Die Vergrößerung der Fläche der SGD ist auch daher nicht günstig, weil es zu einer Erhöhung der parasitären Kapazität dee Elemente, einer Vergrößerung der Chip-Fläche und einer Erhöhung der Herstellungskosten führt.

Eine charakteristische Kurve, die die Beziehung der Fläche S einer SGD und einem Reihenwideretand xd. zeigt, iet im Kurvenschaubild von Fig.5 dargestellt.

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Vie aus Pig. 5 zu ersehen ist, verschwindet im Bereich von kleinen Flächen S der SGD die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen der Fläche S und dem Reihenwiderstand r_d und wird der Reihenwiderstand r_d selbst bei einer Verminderung der Fläche S nicht größer.

Es wurde also erkannt, daß im Bereich von kleinen Flächen S der SGD der Grad der Veränderung von I₀ oder rd bezüglieh der Fläche S klein ist im Vergleich zum Bereich mit relativ großen Flächen S.

Unter Verwendung dieses Phänomens sollt durch die Erfindung eine SGD mit niedriger Durchlaßspannung in einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gebildet werden, ohne daß die Fläche der SGD erhöht wird.

Aus den oben genannten D_aten ist ersichtlich, daß die

2 Fläche einer SGD vorzugsweise kleiner als 200 tun sein sollw. So muß insbesondere dann, wenn eine große Fläche eines SGS erforderlich ist, die SGD nur in zwei oder mehr kleinere SGD¹s und diese kleineren SGD¹s mit der Verdrahtungsschicht oder den Verdrahtungsschichten verbunden werden, die aus dem gleichen Metall wie das der kleineren SGD¹β oder aus einem verschiedenen Metall gebildet werden und sich auf einem Isolierfilm erstrecken, so daß die kleineren SGD¹s zusammen als einzelne SGD verwendet werden können.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6A, OB und 6C dargestellt, wobei die zu der Anordnung nach Fig. 1 und 2 gleichen Komponenten gleiche Bezugszeichen aufweisen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Schottky-Grenzschichtdioden 5» 15 und 25 nach den Fig. 1 und 2 weiter aufgeteilt in kleinere SGD¹s 5» und 5", 15' und 15" sowie 25» und 25" und auch die Metallschichten aus Platinsilizid 6, 16 und 26 sind aufgeteilt, beispielsweise in 26' und 26", und Elektroden 37, 38, 39, die über diesen kleineren SGD¹s ausgebildet sind und jeweils ein Paar von diesen miteinander verbinden, dienen selbst als Verdrahtungsschichten 37¹» 3Q¹ bzw. 39'» um als einzelne SGD zu arbeiten. Eine derartige Aufteilung einer SGD in kleinere SGD wurde aus den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Versuchsergebnissen entnommen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Breite b der kleineren SGD mit 5 )&m etwa gleich der der SGD in Fig. 1 und 2 , während die Länge der kleineren SGD¹s gleich 21 um ist. Die kleinere SGD ist zwischen der Oberfläche der Epitaxialschicht 3 als einem Störstellenbereich und einer darauf ausgebildeten Platinsilizidschicht ausgebildet und die Aluminiumelektrode ist auf der Oberfläche der Platinsilizidsohicht ausgebildet.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind weiterhin zweite η -Bereiche 31 mit hoher Störstellenkonzentration und einem spezifischen Flächenwiderstand von 10M- /Q zwischen je einem

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Paar von kleineren SGD's vorgesehen, um die Durchlaßspannung

V_ zu verbessern. Die Breite m dieser zweiten Bereiche 31 in ΐ

Richtung des Paars von kleineren SGD's ist 6 pm und der Trennabstand k zwischen diesen Bereichen und dem angrenzenden kleineren SGD ist auch 6 jam. Die zweiten Bereiche 31 mit hoher Störstellenkonzentration, die dritten Bereiche 30 mit hoher Störstellenkonzentration , die den Bereichen in Fig. 2 entsprechen, und der erste Bereich 12 mit hoher Störstellenkonzentration, der mit einer gemeinsamen Verdrahtungsschicht oder einer gemeinsamen Kathode 8 verbunden ist, Bind kontinuierlich bzw. stetig in der Epitaxialschicht 3 ausgebildet. Bei einer derartigen Konstruktion wurde der Widerstand der Elektrode 8 und der aus den kleineren SGD's 25' und 25'* bestehenden SGD 25 gemessen und ein Widerstandswert von etwa 100JV. erhalten.

Dieser Widerstandswert ist um etwa 40 % niedriger als der Widerstandewert der Anordnung nach Fig. 2. Dies wird durch die Aufteilung in zwei kleinere SGD¹s und den Umgehungs- bzw. Überbrüokungseffekt des zweiten n⁺-Bereichs 31 mit hoher Störstellenkonzentration bewirkt. Andererseits ist die Fläche eines

einzigen kleineren SGD'β gleich 5 χ 22 = 110 um und der Durchlaßstrom Ig eines kleineren SGD ergibt sich aus Fig. 4 zu 3,4 x 10"¹¹A.

Damit ist der Durchlaßstrom I_g von zwei kleineren SGD¹β gleich 6,8 χ 10"* A. Dieser Wert bedeutet eine Zunahme um etwa 40 io gegenüber den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 , bei denen

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die Fläche S der SGS gleich 300 um und der Wert von I_g

nach Fig. 4 gleich 5 x 10" A ist. Es ist hier anzumerken, daß die Abmessung a in Fig. 6 gleich 2n+2k+m und im dargestellten Ausführungsbeispiel der Wert von a gleich 60 um ist, also gleich wie der Wert von a in Fig. 1 und 2. Damit weist die integrierte Schaltung nach Fig. 6 den gleichen Integrationsgrad wie die integrierten Schaltungen nach Fig. 1 und 2 auf. Bei der bevorzugten Ausführungeform der Erfindung wurde die Durchlaßspannung V-, der aus den kleineren SGD¹s 25' und 25¹' gebildeten SGD 25 dadurch gemessen, daß die Plusklemme einer Spannungsquelle mit der zweiten Verdrahtungsschicht 39' Tinc!· die Minueklemme mit der ersten gemeinsamen Verdrahtungsschicht 8 verbunden wurde. Bei einem Durchlaßstrom Lp, von 3mA betrug die Durchlaß spannung V_ 775mV. Dadurch konnte die Durchlaßspannung V₅₁ bei der bevorzugten Ausführungsform um etwa 20OmV im Vergleich zur Durchlaßspannung V-c, nach den Fig. 1 und 2 verbessert werden. TIm bei Beibehaltung des aus dem Stand der Technik bekannten Aufbaus die DurchlaßSpannung V_ im gleichen Maße zu verbessern, müßte die Fläche der SGD um das 1,7-fache vergrößert werden.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung in DTL-Technik (Diode Transistor Logic), in der mehrere SGD¹s verwendet werden. In dieser Schaltungsanordnung sind in der vorderen Stufe ein UND-Glied 1, ein NAND-Glied 2 und ein MOR-Glied 1 und in der rückwärtigen Stufe

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ein NAND-Glied 3, ein NAND-Glied 4 und ein NAND-Glied 5 vorgesehen, denen jeweils ein Eingangssignal von einem Glied der vorderen Stufe zugeführt wird. Zusätzlich dazu wird den Gliedern NAND 3, NAND 4 und NAND 5 der rückwärtigen Stufe als anderes Eingangssignal ein Ausgangssignal eines zusätzlichen Glieds NAND 1 zugeführt. Wenn damit der Ausgang des Glieds NAND 1 auf einen höheren Pegel eingestellt wird, so wird die Datenübertragung von den Gliedern der vorderen Stufe zu den Gliedern der rückwärtigen Stufe ermöglicht, während durch Einstellen des Ausgangs des Glieds NAND 1 auf niedrigeren Pegel die Datenübertragung gesperrt wird.

Die gleiche integrierte Halbleiterschaltungsanordnung ist in Fig. 8 dargestellt, wobei der Teil der Glieder NAND , NAND 3, NAND 4 und NAND 5 in detaillierterer Form dargestellt ist. Diese Schaltung ist ein Beispiel für eine logische Schaltung, bei der die Durchlaß spannung T-, der SGS¹S notwendigerweise vermindert werden muß, wenn der durch eine gestrichelte Linie umschlossene Teil in integrierter Form auf einem HaIbleiterplättchen- oder -scheibe ausgebildet wird.

Wenn beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 8 ein Transistor Q, eingeschaltet wird und sein Kollektor einen niedrigen Pegel annimmt, so fließen die Ströme, die durch die Widerstände B₇, Rq und R₁₁ in den mit dem Kollektor dee Transistors Q. verbundenen Eingangsschaltungen für die Schaltungen der rück-

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wärtigen Stufe fließen über die SGD¹s D₅₁ D₇ und D- in den Kollektor des Transistors Q,. und bringen damit die Basen der Transistoren CL·, Q₇ und Q„ auf niedrigeren Pegel. Ton diesen drei Basispunkten wird jedoch an dem Punkt,an dem der niedrigere Pegel relativ hoch ist, manchmal die Abschaltzeit des Transistors, dessen Basis mit dem Punkt verbunden ist, verzögert, so daß dann, wenn der niedrigere Spannungspegel an dem Punkt extrem hoch ist, eine Störung auftritt. Die Ursache für den Anstieg des niedrigeren Pegels kann darin bestehen, daß die Durchlaßspannungen T„ der SGD's D_c, D„ und D_Q groß werden und daß eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung V™ des Transistors Q₁. hoch ist. Insbesondere wird in dem Falle, wenn die oben erwähnten drei Dioden in einem Chip des Halbleitersubstrats ausgebildet sind, der Reihenwiderstand ^d zwischen der SGD D₇ oder Dq, die entfernt von der gemeinsamen Kathode angeordnet ist, und der Kathode groß werden und damit natürlicherweise der niedrigere Spannungspegel der Basis des Transistors Q₇ oder Q _Q ansteigen. Zur Lösung dieses Problems ist es lediglich erforderlich, den in Fig. 8 mit einer gestrichelten Linie umschlossenen Teil erfindungsgemäß so auszubilden, wie er in Fig. 9 dargestellt ist.

In einem in Fig. 9 dargestellten p-Halbleiterkörper 61 sind vergrabene n-Schichten 62 und 62· ausgebildet, auf 2^ denen eine in zwei Inseln 65 und 65' getrennte n-Schicht

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vorgesehen ist, und zwar durch Bildung einer p-Isoliertrennschicht 64. Das Halbleitersubstrat weist den Körper 61, die Schichten 62, 62',64 und die Inseln 63 und 6?« auf. In der einen Insel 63 ist ein p-Basisbereich 65, ein n-Emitterbereich 66 und ein n-Kollektorkontaktbereich 67 ausgebildet und auf der Insel 63 ist ein Isolierfilm 68 aufgebracht. Der Isolierfilm 68 weist Öffnungen auf und in einer dieser Öffnungen ist auf der Insel 63 eine Metallschicht 69 zur Ausbildung eines SGD¹s D₁₁ nach Fig. 8 aufgebracht. Dann wird die Aluminiumverdrahtung 71 so aufgebracht, daß die Öffnungen bedeckt sind. Es wird dann ein Transistor Q., der den Bereich 63 als Kollektor, dem Bereich 65 als Basis und dem Bereich 66 als Emitter verwendet, und eine Schottky-Grenzdiode D₁₁ gebildet, die mit der Basis und den Kollektor des Tranistors Q. verbunden ist. Andererseits sind in der Insel 63' η -Bereiche 70 und 72 mit hoher Konzentration vorgesehen. Dabei wird der unterhalb einer Öffnung im Isolierfilm 68 angeordnete Bereich 70 als eine gemeinsame Kathode für die SGD's D^, D₇ und Dq verwendet. Zusätzlich dazu Bind in den übrigen drei Öffnungen im Isolierfilm 68 Metallechichten zur Ausbildung kleinerer SGD¹β angeordnet. Damit werden die aus den kleineren SGD¹S 81' und 81" bestehende SGD D₅, die aus den kleineren SGD's 82' und 82" bestehende SGD D₇ und die aus den kleineren SGD¹S 83' und 83" bestehende SGD D_g gebildet. Es werden dann darüber Aluminiumschichten 71 zur Ausbildung der Verdrahtungen

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für die SGD¹B D₅, D₇ und D_g und gleichzeitig Terdrahtungen L₁, L₂ und L_, die für eine Schaltungsanordnung verwendet werden, auf dem Isolierfilm 68 ausgebildet.

Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist jede SGD in zwei kleinere SGD¹s aufgeteilt und auch in dem Bereich, über dem sich die Terdrahtungen L., L« und L, erstrecken, ist ein Bereich 72 vom gleichen Leitungstyp (n-Leitungetyp) wie die Insel 63' und mit einer höheren Störstellenkonzentration als die Insel 63' vorgesehen, der sich weiter über die Zwischenräume zwischen den paarweise angeordneten SGD's erstreckt, aber nicht daran angebracht ist. Dadurch kann ein Stromweg gebildet werden, der sich von den Anoden der SGD¹s D₅, D„ und D_ in den Bereich 72 mit niedrigem Widerstand und weiter von dem Bereich 72 zur Katho de 70 erstreckt. Da der Widerstandswert des Bereichs 72 extrem gering ist, wird der Reihenwiderstand r_d von der Anode zur Kathode der SGD sehr klein. Zusätzlich dazu ist erfindungsgemä£ ein verlängerter Abschnitt im Bereich 72 vorgesehen, auf dessen beiden gegenüberliegenden Seiten mindestens ein Paar von kleineren SGD's angeordnet ist, die durch eine Metallverdrahtungsschicht miteinander verbunden sind. Eine derartige Konstruktion wurde gewählt, um den Durchlaß strom Ig pro Flächeneinheit bei einer Durchlaßspannung V_p von 0 T zu erhöhen und den Reihenwiderstand j?d zu vermindern.

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α«

Dabei wird von den Tatsachen, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, Gebrauch gemacht, daß nämlich selbst dann, wenn die Fläche der SGB vermindert wird, der Durchlaßstrom I_g nicht proportional abnimmt und der Reihenwiderstand ^d nicht in umgekehrt proportionaler Weise zunimmt.

Wenn beispielsweise der spezifische Widerstand der Epitaxialschichten 63 und 65' 0,8jvcm, der spezifische Flächenwiderstand der vergrabenen Schichten 62 und 62' 20 JL./ Q, die Dicke der Epitaxialschichten 63 und 63' 5 p&i die Dicke der vergrabenen Schichten 62 und 62* in den Epitaxialschichten 63 und 63¹ gleich 1,5 pm ist, so ist der spezifische Flächenwiderstand des Kollektorkontaktbereichs 67, des Kathodenbereichs und des η -Bereiche mit hoher Störstellenkonzentration gleich 10.fl./p , die Fläche von jeder der kleineren SGS¹S 83' und 83*' gleich 150 ^im , und der Abstand zwischen Anode und Kathode der SGD D- gleich 130 tun. Im Vergleich zur herkömmlichen Struktur, bei der der Reihenwiderstand des SGS D^ gleich 13OjH- ist, kann der Reihenwiderstand der in Fig. 9 dargestellten erfindungegemäßen Anordnung auf 90_fl_ vermindert werden, was etwa das 0,7-fache des Widerstandswerts der herkömmlichen Struktur ist.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung. So kann selbstver-

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ständlich der oben beschriebene p-Körper auch als n-Körper ausgebildet sein, wenn alle Leitungstypen umgekehrt werden. Beispielsweise kann auch ein besseres Ergebnis erzielt werden, wenn der Bereich 72 mit hoher Störstellenkonzentration, der in der oben beschriebenen Ausführungsform in der Oberflächenschicht der Insel 63' ausgebildet ist, noch dicker ausgebildet wird, bis er die vergrabene Schicht 62' erreicht.

Vie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, kann mit Hilfe der Erfindung die Durchlaßspannung einer Schottky-Grenzschichtdiode vermindert werden, ohne daß die für die Schottky-Grenzschichtdiode benötigte Fläche erhöht wird.

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Claims

Patentansprüche

^j/. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleitersubstrat, einem darin vorgesehenen Störstellen'b- reich des einen Leitungstyps, einer Schottky-Sperrschichtdiode, einer Metallschicht, die einen Teil des Störstellen-5 bereichs mit einer Schottky-Grenzschicht dazwischen berührt, einer elektrischen Verbindung als eine Elektrode der mit dem Störstellenbereich einen ohmschen Kontakt aufweisenden Schottky-Grenzschichtdiode, und einer elektrisch mit der Metallschicht stetigen Verdrahtungsschicht als weitere Elektrode der Schottky-10 Grenzschichtdiode , dadurch gekennzeichnet , daß die Schottky-Grenzschichtdiode aus mindestens zwei voneinander getrennten Schottky-Grenzsohichtdioden besteht, die gemeinsam mit der Verdrahtungsschicht verbunden sind.

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2. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht und die Verdrahtungsschicht aus dem gleichen Material bestehen und kontinuierlich bzw. stetig ausgebildet sind.

5. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß sie einen ersten Bereich des einen Leitungstyps mit hoher Störstellenkonzentration aufweist, der eine höhere Stör-Stellenkonzentration hat als der Störstellenbereich und daß die elektrische Leitung eine zweite mit der Oberfläche des ersten Bereiche mit hoher Störstellenkonzenträion verbundene Verdrahtungsschicht aufweist.

4« Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß sie einen zweiten Bereich dea einen Leitungstyps mit hoher Störstellenkonzentration aufweist, der eine höhere Störstellenkonzentration hat als der Störeteilenbereich in seinem Oberflächenabschnitt zwischen den getrennten Schottky-Grenzschichtdioden an einer Stelle abseits von den getrenn ten Schottky-Grenzschichtdioden.

5. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß

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die Fläche der getrennten Schottky-Grenzschichtdiode

2 gleich, oder kleiner als 200 /im ist.

6. Integrierte Halbleiterschaltungeanordnung nach Anspruch 4 » dadurch gekennzeichnet , daß sie einen dritten Bereich des einen Leitungstyps mit hoher Störttellenkonzentration aufweist, der eine höhere Störstellenkonzentration hat als der Störstellenbereich in seinem Oberflächenabsohnitt zwischen dem ersten und zweiten Bereich mit hoher Störstellenkonzentration, wobei der erste, der zweite und der dritte Bereich mit hoher Störstellenkonzentration kontinuierlich ausgebildet sind.

7* Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-6 mit einer Tielzahl von Schottkygrenzschiohtdioden, die in der Oberfläche des Störstellen- bereichs ausgebildet und in einer Richtung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: Einen ersten Bereich des einen Leitungstyps mit einer

eine

hohen Störeteilenkonzentration, der/höhere Störstellenkonzentration hat als ein Teil des Störstellenbereiohs, eine erste Verdrahtungsschicht, die als gemeinsame Elektrode für die mit dem ersten Bereich mit hoher Störstellenkonzentration verbundenen Schottky-Grensschichtdioden dient, eine Tielzahl von dritten Bereichen des einen Leitungstyps mit

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hoher Störstellenkonzentration, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Störetellenbereich zwischen den Schottky-GrenzBchichtdioden hat, jedoch davon getrennt ist, eine Vielzahl von zweiten Verdrahtungsschichten, die jeweils elektrisch mit den Schottky-Grenzschichtdioden verbunden sind, wobei jede Schottky-Grenzschichtdiode aus mindestens zwei kleinen Schottky-Grenzschichtdioden besteht, die voneinander getrennt und elektrisch gemeinsam mit der zweiten Verdrahtungsschicht verbunden sind.

8. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 7 » dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl -von zweiten Bereichen dee einen Leitungstyps mit einer hohen Störstellenkonzentration aufweist, die eine höhere Störstellenkonzentration haben als der Störstellenbereich und die in dem Störstellenbereich zwischen, jedoch getrennt von einem Paar von kleinen Schottky-Grenzschichtdioden ausgebildet sind.

9. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche der kleinen Schottky-Grenzechichtdiode gleich

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oder kleiner ist 200 um.

10. Integrierte Halbleitereohaltungsanordnung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß

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der erste, der zweite und der dritte Bereich mit hoher Störstellenkonzentration kontinuierlich bzw. stetig ausgebildet sind.