DE1812178A1 - Integrated semiconductor circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sieh auf eine integrierte Halbleiter schaltung und auf Verfahren zu deren Herstellung sowie insbesondere auf eine integrierte Schaltung, die aus einkristallinen Bereiohen besteht, die voneinander sowohl duroh ροIykristalline Bereiohe mit hohem Widerstand als au oh dureh pn-tJbergänge getrennt sind.The invention relates to an integrated semiconductor circuit and to a method for the production thereof and, in particular, to an integrated circuit which consists of monocrystalline regions which are mutually both duroh ροIykristalline regions with a higher resistance than are also separated by the pn-T junctions.
Bislang sind verschiedene Methoden zum Entkoppeln der Schaltelemente von integrierten Halbleitersohaltungen bekannt geworden, dooh sind diese naoh dem Stand der Technik bekannten Methoden mit Mangeln behaftet, die beispielsweise in der unvollkommenen Entkopplung der Schaltelemente der fertigen integrierten Schaltung und im Heranziehen von Diffusioneverfahren liegen, die im Herstellungsgang einen beträchtlichen Zeitaufwand erfordern. Bei den üblichen Herstellungsmethoden ist beispielsweise auch ein Problem wie daβ der Erzeugung einer hohen Streukapazität in lechnung zu stellen, was zu wechselseitigen Störungen zwischen den einzelnen Schaltelementen führt.So far, various methods for decoupling the switching elements from integrated semiconductor devices have become known, but these are methods known from the prior art afflicted with deficiencies, for example in the imperfect decoupling of the switching elements of the finished integrated circuit and lie in the use of diffusion processes, which require a considerable amount of time in the manufacturing process. With the usual Manufacturing methods, for example, is also a problem like that to take into account the generation of a high stray capacitance, which leads to mutual interference between the individual switching elements.
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Figuren 2A bis 2? eine Anzahl von SkiBeen zur Veransohaullohung der verschiedenen Herstellungsstadien einer im Seitenriß wiedergegebenen erfindungegemäßen integrierten Halbleiterschaltung;Figures 2A to 2? a number of SkiBeen for demonstrating the various stages of manufacture of an integrated semiconductor circuit according to the invention shown in the side view;
Figur 3 ein Schaltschema der in Figur 2 verkörperten integrierten Halbleiterschaltung;FIG. 3 shows a circuit diagram of that embodied in FIG semiconductor integrated circuit;
Figuren 5A bie 5F und 6A bis 6l eine Reihe weiterer Skizzen ähnlioh denen der Figur 2, die zur Veransohaulichung der einzelnen Verfahrenssohritte im Rahmen abgeänderter Aueführungeformen der Erfindung dienen* und M FIGS. 5A to 5F and 6A to 6l are a series of further sketches similar to those of FIG. 2, which serve to illustrate the individual process steps in the context of modified embodiments of the invention * and M.
Figur 7 ein Schaltschema der in Figur 5 dargestellten integrierten Halbleiterschaltung.FIG. 7 is a circuit diagram of the one shown in FIG integrated semiconductor circuit.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 auf ein nach dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung näher eingegangen werden.For a better understanding of the invention should first with reference to FIG. 1, a method known from the prior art for producing an integrated semiconductor circuit will be discussed in greater detail.
Hierbei wird als erstes auf einem p-Halbleitersubstrat 1, bei dem es sioh beispielsweise um Silicium handelt, nach dem üblichen Aufdampfverfahren eine aus einer n-Schicht und einer η -Schioht bestehende Aufdampfschicht 2 mit Doppelstruktur ausgeformt, wie dies in Figur IA gezeigt wird. Die Aufdampfsohioht 2 wird dann beispielsweise nach Art eines Schachbrettmuster· selektiv geätzt, wobei RiI- I len 3 gebildet werden, die tief genug sind, daß sie sioh bis zu dem Substrat 1 erstrecken, woduroh also Inseln 4 entstehen, von denen einige in Figur IB dargestellt sind. Hierauf wird die Gesamtoberflache der Inseln 4 und der Rillen 3 mit einer Isoliersohloht 5 überzogen, die beispielsweise aus Silioiumoiyd bestehen kann, wonach auf dieser Isolierschicht 5 durch Aufdampfen von Silioium eine polykristalline Silioiumschicht 6 ausgebildet wird, wie dies in Figur IC dargestellt ist. Bei der polykristallinen Siliciumschicht 6 handelt es sieh mitunter um eine Glassintersohioht.First, on a p-type semiconductor substrate 1, which is silicon, for example, one of an n-layer and an η-layer using the customary vapor deposition process existing vapor deposition 2 formed with double structure, like this shown in Figure IA. The vapor deposition surface 2 is then selectively etched, for example in the manner of a checkerboard pattern, where RiI-I len 3 are formed, which are deep enough that they sioh up to that Substrate 1 extend, thus creating islands 4, some of which are shown in FIG. 1B. The entire surface of the islands 4 and the grooves 3 are then covered with an insulating pad 5 coated, which may for example consist of Silioiumoiyd, after which on this insulating layer 5 by vapor deposition of Silioium a polycrystalline silicon layer 6 is formed as shown in FIG Figure IC is shown. In the case of the polycrystalline silicon layer 6 Sometimes it is a glass sintered glass.
Sodann wird die poly kristalline Siliciumechioht 6 von der Oberfläche her geläppt, bis die Inseln 4 in der in Figur ID veranschaulichten The polycrystalline silicon alloy 6 is then lapped from the surface until the islands 4 are illustrated in FIG
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echauliohten Weise freigelegt sind. Hierbei soll vorzugsweise nur die Siliciumsohl ent 6 dam Lftppvorgang unterworfen werden, während die auf den Inseln 4 abgelagerte Isolierschicht 5 davon versohont bleiben soll, doch kommt es in der Praxis beim Läppen mit Wahrsoheinliohkeit zu einer unterschiedlich starken Materialabtragung an bestimmten Stellen oder Flächenbereichen der Siliciumschicht 6, so daß beispielsweise die Insel 4a hierbei zu stark abgeschliffen werden mag, wie dies in Jlgur ID gezeigt ist. Sind also vor der Ausbildung der Silioiumsohicht 6 beispielsweise Schaltelemente auf jeder der Inseln auegeformt worden, se werden diese Schaltelemente zerstört, falls die Inseln abgesculiffse. werden. Falls ein Transistor hergestellt wird, indem bei spielsweiß# auf jeder der Inseln naoh dem Läppvorgang nach einem Diffusionsverfahren eine Basiszone und eine Emitterzone ausgeforiat wird, ao weiohen die einzelnen Werte der Grenzspannung einer Kollektorrandschicht und der Restwiderstand von vorbestimmten Werten ab, so daß es nicht möglich ist, auf diesem Wege zu den erwünschten integrierten Halbleitereohaltungen zu gelangen.echauliohten way are exposed. Here should preferably only the silicon soles ent 6 are subjected to the Lftppvorgang while the insulating layer 5 deposited on the islands 4 is reversed should stay, but in practice it comes with lapping with probability to different degrees of material removal at certain points or surface areas of the silicon layer 6, so that, for example, the island 4a may be abraded too much, as shown in Jlgur ID. So are before training the silicon layer 6, for example, switching elements each of the islands has been formed, they become these switching elements destroyed if the islands collapse. will. If a transistor is made by playing white # on each of the islands After the lapping process, a base zone is created using a diffusion process and an emitter zone is formed, including the individual values the limit voltage of a collector edge layer and the residual resistance from predetermined values, so that it is not possible to achieve the desired integrated semiconductor stereo devices in this way reach.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, die vorbezeichneten Mängel auszuschalten, was im nachstehenden anhand der Zeichnungen im einzelnen beispielartig erläutert werden soll.The object of the invention is to remedy the above-mentioned deficiencies off, which is to be explained in the following with reference to the drawings in detail by way of example.
Die Figuren 2A bis 2F dienen der Erläuterung einer Folge von Verfahrensschritten, wie sie bei der Herstellung der durch die Erfindung geschaffenen integrierten Halbleiterschaltungen vorgesehen sind. Der erste dieser Verfahrensschritte besteht in der Herrichtung eines einkristallinen Silicium-Halbleitersubstrats 1 wie des in Figur 2A gezeigten, das einen vorbestimmten Leitfähigkeitetyp aufweist, so zum Beispiel ρ-Leitfähigkeit. Das einkristalline Halbleitersubstrat 1 wird mit einer Oxydschicht 2 überzogen, beispielsweise mit SiOp, die anschließend als Diffusionsmaske fungiert, und diese Oxydschicht 2 wird an den hierfür vorgesehenen Stellen durch A'tzen oder in ähnlicher Weise abgetragen, so daß von der Oxydschicht 2 in ihrer Gesamtheit beispielsweise ein .Schachbrettmuster übrigbleibt. Hierauf wird in das Substrat 1 durch die als Maske dienende Oxydschicht 2 ein n-Fremdstoff eindiffundiert, um so in dem Substrat 1 eine Vielzahl von n+-Halbleiterzonen 3 und 3' auszubilden FIGS. 2A to 2F serve to explain a sequence of method steps as are provided in the production of the integrated semiconductor circuits created by the invention. The first of these method steps consists in the preparation of a single-crystal silicon semiconductor substrate 1 such as that shown in FIG. 2A, which has a predetermined conductivity type, for example ρ-conductivity. The monocrystalline semiconductor substrate 1 is coated with an oxide layer 2, for example with SiOp, which then functions as a diffusion mask, and this oxide layer 2 is removed at the points provided for this purpose by etching or in a similar manner, so that the oxide layer 2 in its entirety For example, a checkerboard pattern remains. An n-type impurity is then diffused into the substrate 1 through the oxide layer 2 serving as a mask, so as to form a plurality of n + -semiconductor zones 3 and 3 'in the substrate 1
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den, wie die« in figur 2B dargestellt ist. Anschließend werden die beim Diffundieren des n-Fremdstoffes auf den n*-Halbleiterzonen 3 und 3' gebildeten Oxydsohiohten entfernt, wonaoh auf dem einkristallinen SiIioiumsubstrat 1 dureh Aufdampfen ein Halbleiter mit relativ geringer Störstoffkonzentration, beispielsweise ein Eigenhalbleiter, abgelagert wird. Sie Oxydsohloht 2 bildet hierbei Keimstellen, auf denen polykristalline Schichten 4 mit hohem liderstand oder hohem spezifischen liderstand entstehen, während sieh auf den n*-Halbielterzonen 3 und 3' einkristalline Sohiohten 5 und 5' bilden, wie aus der Darstellung: der Figur 2C au entnehmen ist. Die einkristallinen Sohiohten 5 und 51 dienen hernaoh als Schaltelemente, beispielsweise als Kollektoraonen eines Transistors· wie aus der nachfolgenden Besohreibung hervorgeht. Die an die η -Halbleiterzonen 3 und 3' angrenzenden einkristallinen Sohlehten 5 und 5' werden indes zu n-Zonen, da der Fremdstoff der unterhalb der Sohiohten 5 und y liegenden n+-Halbleiterzonen bei dem obigen AufdampfVorgang in diese eindiffundiert. Die Oxydsohioht hat hierbei eine Stärke von etwa 5000 ingströmeinhciten, während die Temperatur beim Aufdampfen in dem Bereioh von 1050 bis 125O0C gehalten wird und die einkristallinen Sohiohten 5 und 5' >u einer Stärke von etwa 5 Mikron ausgebildet werden. Falls damit gereohnet werden ami, daß der n-Fremdβtoff der n+-Halbleiterzonen 3 und 3* in die polykristallinen Sohiohten 4 eindiffundiert, wie dies in Figur 2C duroh Pfeile angedeutet ist, so werden die polykristallinen Sohiohten 4 (jeweils zwieohen den beiden einkristallinen Sohiohten 5 und 5') so breit wie mttglioh ausgeformt, um so den liderstand der polykristallinen Sohiohten 4 in wirksamer leise zu erhöhen, lenngleioh bei der in Figur 20 dargestellten Aueführungsform die SHioiumdioxydsohiehten als Keimstellen dienen, so kSnnen die polykristallinen Zonen aber aueh selektiv gebildet werden, und zwar auch dann, wenn als Keimstellen für den Aufbau der polykristallinen Struktur polykristallin SiIioiumsohlohten, die beispielsweise dureh Aufdampfen gebildet sein können, oder aber Kratzer, Rillen oder dergleichen, die man in der Substratoberfläche ausformt, vorgesehen sind.as shown in Figure 2B. Subsequently, the oxide resist formed during diffusion of the n-impurity on the n * -semiconductor zones 3 and 3 'are removed, whereby a semiconductor with a relatively low concentration of impurities, for example an intrinsic semiconductor, is deposited on the monocrystalline silicon substrate 1 by vapor deposition. Oxydsohloht 2 forms nucleation sites on which polycrystalline layers 4 with high resistivity or high specific resistivity arise, while monocrystalline solids 5 and 5 'form on n * -Halterzones 3 and 3', as shown in the illustration in FIG. 2C au can be found. The monocrystalline pads 5 and 5 1 serve as switching elements, for example as collector zones of a transistor, as can be seen from the following description. The monocrystalline soles 5 and 5 'adjoining the η -semiconductor zones 3 and 3' become n-zones, since the foreign matter of the n + -semiconductor zones below the soles 5 and y diffuses into them during the above vapor deposition process. The oxide layer here has a thickness of about 5000 ingströmunhciten, while the temperature during vapor deposition is kept in the range of 1050 to 125O 0 C and the monocrystalline soles 5 and 5 '> u are formed with a thickness of about 5 microns. If it is assumed that the n-foreign substance of the n + -semiconductor zones 3 and 3 * diffuses into the polycrystalline soles 4, as indicated by the arrows in FIG 5 and 5 ') are as wide as possible in order to increase the resistance of the polycrystalline solids 4 more effectively and quietly, while the silicon dioxide layers in the embodiment shown in FIG. even if the nucleation points for the construction of the polycrystalline structure are polycrystalline SiIioiumsohlohten, which can be formed, for example, by vapor deposition, or scratches, grooves or the like that are formed in the substrate surface.
Zur Ausbildung von Halbleiterbauelementen in den einkri -■tallinen n-Sehieaten 5 und 5« wird sodann ein p-Fremdstoff wie bei-'In order to form semiconductor components in the single-crystal n-type layers 5 and 5 ', a p-type foreign substance is then used as in the case of-'
spielsweisefor example
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spielsweise Bor (B) duroh die ale Maske dienende Oxydsohloht 6 in die einkristallinen Schichten 5 und 51 eindiffundiert, um so ρ-HaIbleiterzonen 7 und 71 zu bilden, die hernach in den fertigen Transistoren als Basiszonen dienen, wie dies aus der Darstellung der Figur 2D hervorgeht. Hierauf läßt man in der in Figur 2E veranschaulichten Weise duroh die als Maske dienende Oxydachioht 6 einen η-Fremdstoff in die p-Halbleitersonen 7 und 7* eindiffundieren, so daß sieh η -Halbleiterzonen 8 und 8' bilden, die als Emitterzonen dienen. In den einkristallinen Schichten 5 und 5' werden also jeweils Halbleiterbauelemente (Transistoren) ausgebildet. Weiterhin wird durch Aufdampfen von Metall oder dergleichen auf die eine Fläohβ einer jeden polykristallinen Sohioht 4 durch die Oxydsohloht 6 ein Diinneohiohtbauelement, beispielsweise ein Dünnschichtwiderstand 9, ausgebildet, wie dies in Figur 2F veransohaulioht ist. Hiernach wird ein Metall wie beispielsweise Aluminium aufgedampft, so daß auf den in den einkristallinen Schichten 5 und 5' ausgeformten Halbleiterbauelementen Elektroden 10 in vorbestimmter Anordnung ausgebildet werden und daß Leitungsteile zum Verbinden der in vorbestimmter Anordnung ausgebildeten Elektroden untereinander sowie Leitungsteile 11 zum Verbinden der im eine; v::iostimmten Anordnung ausgebildeten Elektroden mit *\m I5ünr ,oMohtbauelementen 9 ®ntst@h®n. Figur 3 stellt ein Sohaltsoheiߣ für die so gebildete integrierte Halbleiterschaltung dar. Wenngleich die Diffusionszonen 3 und 31 beim anschließenden Aufdampfvorgang als Fremdatomquellen dienen, brauohen diese Zonen nioht in jedem Fall vorgesehen zu sein, rrobei das Aufdampfen in diesem Fall auoh ohnedem vonstatten geht und hierauf in die so gebildet« Auf dampf»chioht von der Oberfläche aus ein n-Frendstoff eindiffundiert wird, um in dieser die Schi eilten 5 und 51 auszubilden. Allerdings ist die Methode, die von d«r Ausbildung der Zonen 3 und 3* ausgeht, fertigungstechnisch von größerer Einfachheit und bietet die Gewähr für bessere Betriebseigenschaften der schließlich erhaltenen Halbleiteranordnungen.For example, boron (B) by the oxide surface 6 serving as the mask diffuses into the monocrystalline layers 5 and 5 1 in order to form ρ semiconductor zones 7 and 7 1 , which then serve as base zones in the finished transistors, as shown in the illustration in FIG Figure 2D emerges. Then, in the manner illustrated in FIG. 2E, an η-impurity 6 serving as a mask is allowed to diffuse into the p-semiconductors 7 and 7 *, so that η -semiconductor zones 8 and 8 'are formed which serve as emitter zones. Semiconductor components (transistors) are thus formed in each case in the single-crystal layers 5 and 5 '. Furthermore, a thin-film component, for example a thin-film resistor 9, is formed by vapor deposition of metal or the like on one surface of each polycrystalline layer 4 through the oxide layer 6, as shown in FIG. 2F. Thereafter, a metal such as aluminum is vapor-deposited so that electrodes 10 are formed in a predetermined arrangement on the semiconductor components formed in the monocrystalline layers 5 and 5 'and that lead parts for connecting the electrodes formed in a predetermined arrangement to one another and lead parts 11 for connecting the one ; Correct arrangement of electrodes with * \ m I5ünr, oMohtbauelemente 9 ®ntst @ h®n. Figure 3 illustrates a Sohaltsoheiß £ for the thus formed semiconductor integrated circuit. Although the diffusion regions 3 and 3 1 during the subsequent vapor deposition process used as impurity sources, these zones brauohen nioht in each case provided to be vapor deposition rrobei in this case AUOH ohnedem proceeds more and whereupon a non-ferrous substance is diffused from the surface into the “steam on” chioht formed in this way, in order to form the layers 5 and 5 1 in it . However, the method which is based on the formation of zones 3 and 3 * is of greater simplicity in terms of production technology and guarantees better operating properties of the semiconductor arrangements finally obtained.
Die so aufgebaute integrierte Halbleiterschaltung zeigt swisehen den einzelnen, in den einkristallinen KristalleoMchten 5 und 5* ausgebildeten Halbleiterbauelementen sowie zwiaolien den Halbleiterbauelementen und den Diinnsohiohtbauelement 9 ·1η hohes Is©-The semiconductor integrated circuit constructed in this way is shown in FIG see the individual, in the monocrystalline crystals 5 and 5 * formed semiconductor components as well as between the semiconductor components and the thin-film component 9 · 1η high Is © -
liervermögencapacity
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liervermögen, so daß eine vollkommene Entkopplung der auf dem gleichen Substrat ausgeformten Bauelemente gewährleistet ist. Demzufolge wird eine wechseleeitige störende Beeinflussung der Bauelemente vermieden und diese Bauelement· sind so eu betrachten, als ob sie auf gesonderte Substrate aufgebracht wären, so daß eine Steigerung ihrer Eigenschaften erwartet werden darf.capacity, so that a complete decoupling of the components formed on the same substrate is guaranteed. As a result, mutual interference between the components is avoided, and these components are to be regarded as whether they would be applied to separate substrates so that an increase in their properties can be expected.
In Figur 4 ist eine Ersatzschaltung für die so aufgebaute integrierte Halbleiterschaltung dargestellt, wobei mit den Bezugszahlen 5 und 51 die einkristallinen n-Schiohten 5 beziehungsweise 51 der Figur 2,- mit der Bezugszahl 1 das einkristallin· p-Halbleitersubstrat und mit der Bezugszahl 9 das Dünneohiohtbauelement bezeichnet sind. Mit dem Bezugszeiohen D, ist die duroh das ρ-Halbleitersubstrat 1 und duroh die unter der einkristallinen n-Schicht 5 angeordnete n+-Halbleiterzone 3 gebildete pn-Fläohendiode bezeiohnet und mit dem Bezugszeiohen L- eine weitere pn-Flächendiode, die duroh das p-Halbleitersubstrat 1 und duroh die unter der einkristallinen n-Schicht 51 liegende n+-Halbleiterzone 31 gebildet wird. Das Bezugszeiohen H^ bezeichnet den Widerstand der in Erstreokung zwischen den beiden einkristallinen Schichten 5 und 5' angeordneten ppIykristallinen Schicht 4 in der Horizontalen und da?: Bezugszeiohen R2 den Widerstand der unver dem Diinneohiohtbauelement 9 angeordneten polykristallinen Schicht 4, ebenfalls in der Horizontalen, Weiterhin ist mit dem Bezugszeiohen C, ein Kondensator bezeichnet, der duroh die polykristalline Sohioht 4, das Dünneohiohtbauelement 9 und duroh die swischenge fügte Oxyd schicht 6 gebildet wird, sowie mit dem Bezugszeiohen C? ein weiterer Kondensator, der duroh die polykristalline Schicht 4 selbst gebildet wird. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß die polykristalline Sohioht 4 einen spezifischen Widerstand zeigt, der den Wert von 100 Ohmzentimeter überschreitet, und daß sie folglich einen sehr hohen Widerstandswert aufweist und als Dielektrikum oder Isolator betrachtet werden kann, weshalb in der Vertikalen nur die kapazitive Komponente der polykristallinen Sohioht 4 dargestellt ist, während die ohmsohe Komponente fortgelassen ist. Das Bezugszeiohen C- bezeichnet einen Kondensator, der duroh die polykristalline Sohioht 4, das Halbleitersubstrat 1 und die dazwiechengefügte Oxydschicht 2 gebildet wird.In Figure 4, an equivalent circuit is shown for the thus constructed semiconductor integrated circuit, wherein by the reference numerals 5 and 5 1, the single-crystal n-Schiohten 5 and 5 1 of Figure 2, - the reference numeral 1, the monocrystalline · p-type semiconductor substrate and by the reference numeral 9 the Dünneohiohtbauelement are designated. With the reference number D, the pn-area diode is denoted by the ρ-semiconductor substrate 1 and by the n + -semiconductor zone 3 arranged under the monocrystalline n-layer 5 and by the reference number L- a further pn-area diode, which by means of the p Semiconductor substrate 1 and duroh the n + semiconductor zone 3 1 lying under the monocrystalline n-layer 5 1 is formed. The reference character H ^ denotes the resistance of the ppIycrystalline layer 4 arranged in the horizontal position between the two monocrystalline layers 5 and 5 'and there? : Reference number R 2 the resistance of the polycrystalline layer 4 arranged underneath the thin-film component 9, also in the horizontal plane, furthermore with the reference number C, denotes a capacitor, which through the polycrystalline material 4, the thin-film component 9 and through the wipe-added oxide layer 6 is formed, as well as with the reference sign C ? another capacitor formed by the polycrystalline layer 4 itself. Tests have shown that the polycrystalline Sohioht 4 shows a specific resistance that exceeds the value of 100 ohm centimeters, and that it consequently has a very high resistance and can be regarded as a dielectric or insulator, which is why only the capacitive component of the vertical polycrystalline Sohioht 4 is shown, while the ohmic component is omitted. Numeral C- denotes a capacitor formed by the polycrystalline substrate 4, the semiconductor substrate 1 and the oxide layer 2 interposed therebetween.
WieAs
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"Ke aus 3?igur 4 iaex'vorgeht, ist iio einkristall Ii as ScMoIi 5 gegen das SJubstrai 1 eferefe die pn-Fläehendiode J}? sowie gegea die einkristalline Schicht 5! ilurefa die mit holiea Wiäerstsaid behaftete polycristalline Schicht 4 -roll ständig isoliert» lie einkri stalline Schicht 55 ist ihrerseits gegen -das Substrat I duroh die pa-21ächen diode B9 sowie gegen ias DUnnsohishtbauelement 9 dareh die polykristalline Scliisfet 4 und duroh den Kondensator CL volletäiidig iso-"Ke from 3? Igur 4 iaex ', is iio monocrystalline as ScMoIi 5 against the SJubstrai 1 eferefe the pn-area diode J} ? As well as the monocrystalline layer 5 ! Ilurefa the polycrystalline layer 4 -roll adhered with holiea Wiäerstsaid constantly isolated The single-crystal layer 5 5 is in turn completely insulated from the substrate I by the flat diode B 9 and from the thin-film component 9 by the polycrystalline fuse 4 and by the capacitor CL.
liert. 331© auf den einkrietallinen Schichten 5 ^nd 5' ausgebildeten Halbleiterbauelemente sind also in dieser Heise ao vollständig entkoppelt, als ob sie auf voneinander gesondert Torgesehene Substrate aufgebracht wären, und eine wechselseitige störende Beeinflussung der Bauelemente wird somit vermieden. Darüber hinaus wird die Srenzspannung der Entkopplung swischien den Halbleiterbauelementen lediglich voxi der Grenzepannung des in jeder der Inseln vorgesehenen pn-Überganges bestimmt. Se ist also keine Obergangszone saJae der Oberfläche des Bauelemente vorhanden, iro »lie Srenz spannung bei den Üblichen Halbleiterbauelementen alt Grenaeehieaijentkopplung äuSerst gering ists so daß ti© Grenzspannung erhöht werden kana»lates. 331 © semiconductor components formed on the single crystalline layers 5 ^ and 5 'are therefore completely decoupled in this way, as if they were applied to substrates that are viewed separately from one another, and mutual interference between the components is thus avoided. In addition, the voltage of the decoupling between the semiconductor components is only determined by the limit voltage of the pn junction provided in each of the islands. So there is no transition zone on the surface of the component, the residual voltage in the usual semiconductor components is extremely low, so that the limit voltage can be increased.
ist das Süirasohiehtbauelement 9 gegen das Süisstrat 1 und geg»R die ®iiii:ristalliae Schicht 5J iureh die Kondensatoren C, <, C1, anti C- iowie duroh den Widerstand lo vollständig isoliert. DemgemäS sind die mit den einkristallinen Schichten 5 ^.nd 5» vorgesehenen Halbleiterbauelemente und das auf de? Oxydschicht 6 vorgesehene Dtinnsehichtbauelement 3 iß gut isolierteis Zustand entkoppelt, und di«ii Bauelemente können eich daher nickt ei&renä beeinflussen. Di» Betriebeeigensohaften der HalfeleiterfceuolsFiente köaaea sieh da»* htr -auf keinen Fall verschlechtern, so daß die Erfindung von "besonderem Wert für die Herstellung von integrierten Schaltung®» ©der dergleichen ist, bei denen eine Yieizahl voa SchalteItaeaten auf dem gleichen Substrat vorgesehen ist, la die Kondensatoren C,, 0„ and C3, zwischen das Sünnsehiehtbauelemeni 9 und das Substrat 1 g®- i9ohalt«t sind» inst außerdem die Kapazität zwischen diesen gering, •o daß für »in* Verringerung der parasitären Kapazitätswirkung Sorge getragen let, Weiterhin weist die Oberfläche der polykristallinenis the Süirasohiehtbauelement 9 against the Süisstrat 1 and geg »R, the ®iiii: ristalliae layer 5 J iureh the capacitors C, <, C 1, C iowie anti duroh resistor l o completely insulated. Accordingly, the semiconductor components provided with the monocrystalline layers 5 ^ .nd 5 »and that on the? The thin-film component 3 provided for oxide layer 6 is decoupled in a well-insulated state, and the components can therefore not have any influence. The operating characteristics of semiconductor devices cannot be deteriorated in any way, so that the invention is of particular value for the manufacture of integrated circuits of the kind in which a number of switching elements are provided on the same substrate , la the capacitors C ,, 0 "and C 3 , between the Sünnsehiehbauelemeni 9 and the substrate 1 g®- i9ohalt" t "inst also the capacitance between these are low, • o that care is taken to reduce the parasitic capacitance effect let, furthermore, the surface exhibits the polycrystalline
4 ffnebenheiien innerhalb «tiaiea Bereiche von 2 Ms 5 Mikron und die auf dieser ausgeformte Oxydachicht 6 ist gleiohfmlls4 ff ancillary within «tiaiea areas of 2 ms 5 microns and the oxide roof layer 6 formed on this is the same
unebenuneven
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uneben. Der Flächeninhalt der Oxydsohioht 6 ist daher etwaβ vergrößert und die für die dünne Sohioht typischen Größen, beispielsweise also der Dünnsohiehtwiderstandswert oder die Kapazität je Fläoheneinheit, sind infolgedessen erhöht, und das Dünnsohichtbauslernent zeigt dank der Unebenheiten ein gutes Haftvermögen an der Oxydsohioht 6. Darüber hinaus zeigt ein du roh das Dünnsohiohtbauelement gebildetes passives Element einen höheren Wert, einen geringeren Teraperaturkoeffizienten und eine höhere Genauigkeit als ein in dem Substrat duroh Diffusion ausgebildetes.uneven. The surface area of the Oxydsohioht 6 is therefore increased approximately β and the sizes typical for the thin Sohioht, for example that is, the thin-film resistance value or the capacity per unit area are increased as a result, and the thin-film construction learns shows, thanks to the unevenness, a good adhesion to the Oxydsohioht 6. In addition, a du raw shows the Dünnsohiohtbauelement formed passive element has a higher value, a lower temperature coefficient and a higher accuracy than one in that Substrate formed by diffusion.
In figur 3 sind die Verfahrenssohritte bei einer abgeänderten Aueführungsform der Erfindung veransohaulioht. Zunächst einmal wird ein einkristallines Halbleitersubstrat von vorbestimmten % Leitfähigkeitsoharakter, beispielsweise also mit p-Leitfähigkeit, in der leise hergerichtet, wie dies in Figur 5A gezeigt ist. Auf dem einkristallinen Halbleitersubstrat 21 wird eine Oxydsohioht 22 wie beispielsweise SLO_ abgelagert, die an bestimmten, ausgewählten Fläohenbβreichen duroh Ätzen oder in ähnlicher Weise wieder entfernt wird. Hierauf läßt man einen η-Fremdstoff in das Halbleitersubstrat 21 eindiffundieren, wobei die Oxydβchioht 22 als Maske dient, so daß sich eine n+-Halbleiterzone 23 bildet, wie aus Figur 5B hervorgeht. Anschließend wird die Oxydsohioht auf der n+-Halbleiterzone 23 und auf des Substrat 21 an ausgewählten Stellen in der in Figur 50 gezeigten Weise abgeätzt, worauf ein Halbleitermaterial mit geringer StörStoffkonzentration, beispielsweise ein g i-leitendes Material, auf das Substrat 21 aufgedampft wird. In dieser Weise werden auf der Oxydsohioht 22 mit hohem Widerstand behaftete polykristalline Zonen 24 ausgeformt, auf der n+-Halbleiterzone 23 und dem Substrat 21 dagegen einkrietalline Sohiohten 25 beziehungsweise 26, wie dies auoh aus der Darstellung der Figur 5D hervorgeht. Hierbei nimmt jedoch die einkrietalline Sohioht 25 auf der η -Halbleiterzone 23 infolge Eindiffundierena des n-Fremdstoffes der Zone 23 beim Aufdampfvorgang n-Leitfähigkeiteoharakter an, während die das Substrat 21 bedeokende einkristalline Schicht 26 in entsprechender Weise beim Aufdampfvorgang infolge eines Eindiffundier en β des p-Fremdetoffee des p-leitenden Substrats 21 p-leitend wird. Zur Auebildung eine· Halbleiterbauelemente in der einkristal-FIG. 3 shows the procedural steps in a modified embodiment of the invention. First of all, a monocrystalline semiconductor substrate with a predetermined % conductivity character, for example with p-conductivity, is prepared in the quiet, as shown in FIG. 5A. On the monocrystalline semiconductor substrate 21 an oxide layer 22, such as SLO_, is deposited, which is removed again at certain selected areas by means of etching or in a similar way. An η-impurity is then allowed to diffuse into the semiconductor substrate 21, the oxide layer 22 serving as a mask, so that an n + semiconductor zone 23 is formed, as can be seen from FIG. 5B. Subsequently, the Oxydsohioht on the n + -Halbleiterzone 23 and on the substrate 21 at selected locations in the embodiment shown in Figure 50 manner is etched away, whereupon a semiconductor material having a low impurity concentration, for example, g i-conductive material is evaporated onto the substrate 21st In this way, polycrystalline zones 24 with high resistance are formed on the oxide layer 22, while on the n + -semiconductor zone 23 and the substrate 21, in contrast, single-crystal solids 25 and 26, respectively, as can also be seen from the illustration in FIG. 5D. In this case, however, the single-crystal layer 25 on the η -semiconductor zone 23 assumes n-conductivity character due to diffusion of the n-impurity of the zone 23 during the evaporation process, while the single-crystal layer 26 covering the substrate 21 in a corresponding manner during the evaporation process as a result of a diffusion β of the p Foreign taffy of the p-type substrate 21 becomes p-type. For the formation of a semiconductor component in the monocrystalline
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*AD 0FfIQINAL 1 909828/1150* AD 0 FfIQINAL 1 909828/1150
181181
lln·» n-Sokioht 25 wird in dies© ©inkslstallin© Soaieht 25 unter Yenrenduag- eis« O^dsehiofet 2f sis Haste ei.u ρ»Fremdstoff ©indif- m daß sieii eis© ρ-Halblei terssm© ti bildet, wie dies In 5E geseigt' wird-. Hierauf läßt ess ©teafalls untor Verwendung der Oxidschicht 2f al« Maske, eisen n—fremdstoff in di© p-Ealble'itersone 28 βi&diffundieren» w& s® eise B-Halbl©lterzone 29 zu bilden5 dl© la Figur 5F derg®stellt istc Hierbei t?ird der a-Premdstoff gleiofeaiiiitig auoii &r©li die ale Msske SieneKd© Oxyasohieht 27 in di« einkristall!!)«- p-SeMe&t 26 aiadiffKixdies't ρ so daß sieh eia® n-H&lbleiterzone 50 bildet» wsdaröh ein Hiffusioaswidorg-tana geoehaffen wird. Bt dieser- Weise werden la dos ©iakristalüaea SfefaiüM-ten 25 uaa 2β das Hslaleitertosmeleiaaat beaißtengsueis© der dureh. den. Eiffusionevorgaag gebildete lliäerstaßd auegeformt. Brfarderliehenfalls werden wie bei der Ie Figar 2 dargestellten integrierten Halbleittriofesltung eia Sünneßliicrh-tbeuslemesit s Tsrbindun-galeltungen Slektrodenlln · »n-Sokioht 25 becomes in this © © inkslstallin © Soaah 25 under Yenrenduag- eis« O ^ dsehiofet 2f sis Haste ei.u ρ »foreign matter © indif- m that it forms ice © ρ-semiconductorssm © ti, like this is sung 'in 5E-. Thereupon, the oxide layer 2f al «mask, iron n - foreign matter in di © p-Ealble'itersone 28 βi & diffuse» w & s® iron B-half-lter zone 29 to form 5 dl © la Figure 5F derg® istc Here the a-Premdstoff gleiofeaiiiitig auoii & r © li the ale Msske SieneKd © Oxyasohicht 27 in di "single crystal !!)" - p-SeMe & t 26 aiadiffKixdies't ρ so that it forms eia® nH & lleiterzone 50 "wsdioaswidorg a Hiff -tana is geoehaffen. In this way, la dos © iakristalüaea SfefaiüM-ten 25 uaa 2β das Hslaleitertosmeleiaaat beaissengsueis © der dureh. the. Eiffusionevorgaag formed lliäerstaßd auegeformd. If necessary, as in the case of FIG. 2, integrated semiconductor triofesltung, a thinnessliicrh -tbeuslemesit s trbindun-galeltungen slectrodes
Figar € Siemt €erj Ver&neehsuliokung einer weiteren Aus-Figar € Siemt € er j denial of a further expansion
4»r irJflafcag Ih der laweadimg· auf di© Herstellung von Bauelementen mit eatgegengesetsteis I»eitfaaigk©itsahas?ak;ter wie bei-.4 »r irJflafcag Ih the laweadimg · on di © manufacture of Construction elements with eat Gegengesetsteis I »eitfaaigk © itsahas? Ak; ter as both.
epieiewie© pap- uaä iifa«fraasistorear die suf das gleiche· SubBtrat
aufgtbraeht eind* Bi»rzu *iri jiusäehst ©ia einkristallines Silisitm-Sttbetrat
"31 Toa vosrisestiisBitesi Leitfähigksitst^p, feeispislsweiae elso
mit p-Leitfähigkeit» ia der feige feergerieiltet9 wi@ dies in Figur
6a gezeigt ist» Auf dem ©iRkristsIliae» Siliöiuaisubstraf 51 wird
©ia# Oxydschioht 52* eobel es sieh übe- SiO« fesadela fcanas abgelagert,
vorauf man. beetiaiEte ELächenbersiehe d«ye& lts©n oder. in. äanlietor
Weise bloßlegt. Ssfeim läßt was ia ias ülieiuiasubstrat 5I dureh
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BAD ORiGiNALORIGINAL BATHROOM
SO08;2;t./11Sö/SO08 ; 2; t./11Sö/
stimmten, ausgewählten Flächenbereiohea entfernt, wonach auf dem Substrat 31 durch Aufdampfen sin i-leitendes Halbleitermaterial abgelagert wird, wie dies in Figur ÖD dargestellt ist. Hierdurch werden auf den einzelnen Teilen der Oxydechioht 32 mit hohem Widerstand behaftete polykristalline Schiohtteila 35 und auf der p+-Halbleiter-,sone 34 sowie auf der n+-Halbieiterzoae 35B einkristalline Schichten <6 beziehungsweise 37 ausgebildet. Die über der p+-Halbleiterzone liegende eiakristalline Schicht 36 wird hierbei infolge des Eindiffindierens dee p-Iremdstoffes der p+-Halbleiterzone 34 bei dem Auflampfvorgang p-leitendf und in ähnlicher Weise wird die über der n+-HaTbleitersone 33B liegende einkristalline Schicht durch das Einiiffundieren des n-Fremdstoffes der n+-Halbleiterzone 33B beim Aufdampfvorgang ssu einer η-leitenden Schicht. Die Torerwähnte i-leitende % Auf dampf schicht kann ausgeformt werden, nachdem die Oxydschicht 32 in der Yeiae abgetragen worden ist» daß ihre Bänder noch so über die H+-HaIbICiteraone 33A hinweggreifen» wie die» in Figur 6D' gezeigt ist. Zum Ausbilden von Halbleiterbauelementen in der ρ-leitenden einkristallinen Schicht J6 und In der η-leitenden einkristallinen Schicht 37 läßt man sodann in die einkristalline p-Sohioht 36 durch »ine als Maske dienende Oxydaohieht 38 einen n-Fremdetoff eindiffuniieren, so daß eich eine n-Halbleitersone 39 bildet, worauf man in lie einkristalline n~Sohioht 3t tbeafalle durch die hierbei als Maske dienende Oxydschicht 38 einen p-fre»detaff eindiffandieren läßt, um «0 «ine p-H&lbleitersone 40 su bilden, wie sie in Figur 6F dargestellt ist. liernaoh wird in die einkristalline ρ-Schicht 36 | ~λώ.& in die n-flalbleiterzone 39 unter Verwendung der Oxydaohieht 38 als Maske ein p-Fremdstoff eindiffundiert, so daß sich die in Figur Sa geaeigten p+-Halbleitereonen 4I und 42 bilden. Erforderlichenfalls können die p-Halbleiterzone 40 und die p+-Halblelterzonen 4I und 42 gleichseitig ausgeformt werden. Als nächster Terfahrensaohritt wird in die einkristalline n-Schioht 37 und in die p-Halb-Isiterzone 40 ein n-Fremdstoff eindiffundiert, so daß eioh n+-Halbleiterzonen 43 und 44 bilden, wie dies in Figur 6H dargestellt ist. Ib dieser Weise werden also in den einkristallinen Schichten 36 und rj7 pnp- unu. npn-fransistören ausgebildet. Danach wird durch Aufdampfsn. von Metall oder dergleichen auf einen hierfür vorgesehenen Flä-Correct, selected surface area removed, after which sin i-conductive semiconductor material is deposited on the substrate 31 by vapor deposition, as shown in Figure ÖD. As a result, polycrystalline layers 35 with high resistance are formed on the individual parts of the oxide 32 and monocrystalline layers <6 or 37 on the p + -semiconductor-, sone 34 and on the n + -semiconductor zoae 35B. The egg-crystalline layer 36 lying over the p + -semiconductor zone becomes p-conductive as a result of the diffusion of the p-impurity of the p + -semiconductor zone 34 during the evaporation process and in a similar way the monocrystalline layer lying over the n + -suction conductor 33B becomes p-conductive through the The n-type impurity of the n + -semiconductor zone 33B diffuses in during the vapor deposition process of an η-conductive layer. The i-type Torerwähnte%, on the vapor layer may be formed after the oxide layer has been removed in the Yeiae 32 is that their bands or so about the H + -HaIbICiteraone 33A away grab "as the" in Figure 6D "'. In order to form semiconductor components in the ρ-conducting monocrystalline layer J6 and In the η-conducting monocrystalline layer 37, an n-type foreign substance is then diffused into the monocrystalline p-layer 36 through an oxide layer 38 serving as a mask, so that an n Semiconductors 39 are formed, whereupon a p-free detaff is allowed to diffuse in through the oxide layer 38, which serves as a mask, in the form of single-crystalline solids 40 su, as shown in FIG. 6F. liernaoh becomes into the monocrystalline ρ-layer 36 | ~ λώ. & flalbleiterzone n-39 in the diffused using the Oxydaohieht 38 as a mask, p-type impurity, so that the geaeigten in figure Sa p + -Halbleitereonen 4I and 42 form. If necessary, the p-semiconductor zone 40 and the p + -halter zones 4I and 42 can be formed on the same side. As the next step, an n-type impurity is diffused into the monocrystalline n-layer 37 and into the p-half isiter zone 40, so that n + semiconductor zones 43 and 44 form, as shown in FIG. 6H. In this way, pnp- unu in the monocrystalline layers 36 and r j7. npn-fransistören trained. Then by evaporation. of metal or the like on a designated area
ohenbereichthroat area
309^28/1150309 ^ 28/1150
ΒΑύΒΑύ
chenbereich der auf die· polykristalline Sohioht 55 aufgebrachten Oxydsohioht J8 ein Dünnschichtbauelement ausgeformt, beispielsweise ein Dünnschichtwiderstand 45, wie in Figur 6l gezeigt wird. Sodann wird auf die auf den einkristallinen Schichten 36 und 57 ausgebildeten Halbleiterbauelemente ein Metall wie beispielsweise Aluminium . aufgedampft, um so in einer vorbestimmten Anordnung vorgesehene Elektroden 46, Leitungsteile zum Verbinden der in einer vorbestimmten Anordnung vorgesehenen Elektroden miteinander und Leitungsteile 47 zum Verbinden der in vorbestimmter Anordnung vorgesehenen Elektroden mit dem Dünnsohichtbauelement 45 auszuformen. In Figur 7 ist ein Sohaltschema für die in dieser Weise hergestellte integrierte Halbleiterschaltung gezeigt, wobei ein Widerstand R. dem Dünnschichtwiderstand 45 entspricht, während ein Widerstand R, in Figur 6l nicht dargestellt ist.surface area of the applied to the polycrystalline surface 55 Oxydsohioht J8 formed a thin-film component, for example a thin film resistor 45 as shown in Figure 61. Then is formed on the single crystal layers 36 and 57 Semiconductor components a metal such as aluminum. vapor-deposited so as to provide electrodes in a predetermined arrangement 46, line parts for connecting the in a predetermined Arrangement provided electrodes with each other and lead parts 47 for connecting the electrodes provided in a predetermined arrangement to be formed with the thin-film component 45. In Figure 7 is a Sohaltschema for the integrated semiconductor circuit produced in this way shown, wherein a resistor R. corresponds to the thin-film resistor 45, while a resistor R, in Figure 6l is not shown.
Da im Rahmen der Erfindung der Läppvorgang in Fortfall kommt, wie er bei dem nach dem Stand der Teohnik bekannten, einleitend anhand der Figur 1 beschriebenen Verfahren erforderlioh ist, wird durch die Erfindung die Herstellung einer Integrierten Halbleiterschaltung mit Schaltelementen von stabiler Betriebscharakteristik wesentlich erleichtert.Since in the context of the invention, the lapping process is no longer necessary comes as an introduction to the one known from the state of the Teohnik The method described with reference to FIG. 1 is required, the invention enables the production of an integrated semiconductor circuit much easier with switching elements of stable operating characteristics.
Es braucht nicht betont zu werden, daß zahlreiche Modifikationen und Abänderungen möglich sind, die in den Rahmen der Erfindung fallen.Needless to say, numerous modifications and variations are possible which come within the scope of the invention fall.
9 0 9 8 2 8/11509 0 9 8 2 8/1150
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8235 | Patent refused |