DE1948921A1 - Halbleiterbauelement,insbesondere monolithischer integrierter Schaltkreis und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement,insbesondere monolithischer integrierter Schaltkreis und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Halbleiterbauelement, insbesondere monolithischer integrierter Schaltkreis und Verfahren zu seiner Herstellung
PUr diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden Anmeldung in den Vereinigten Staaten, Serial Nr. 76^,403 vom 2. Oktober 1968 beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen monolithischen integrierten Schaltkreis und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Die bisherigen, für hohe Leistung bestimmten monoLithisehen linear-infcegrierten Schaltkreise haben hauptsächlich clan Machteil, dai3 die Verstärkungseigenschaften und die Fähigkeit, Spannungen zu führen, bei den entsprechenden bipolaren Halbleiterelementen der gleichen Art, welche die zusammengesetzte struktur aufweisen, gewöhnlich mehr oder weniger durch und durch einheitlich sind. Dies ist eine natürliche Folge der Art und Weise, in der solche Schaltkreise üblicherweise -hergestellt werden.
Bei Anwendung des allgemein bekannten planaren Verfahrens beispielsweise werden die Schaltungselemente dur-.'.h das
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mehrstufige Eindiffundieren gewisser Premdstoffe in eine SiIieiumunterlage gebildet. Das Verfahren besteht darin, daß eine hohe Konzentration dotierender Atome in Berührung mit der Oberfläche der Siliciumscheibe gebracht wird, so daß unter dem Einfluß von Wärme das Dotierungsmittel in durch eine Maskierungsvorrichtung vorbestimmter Gestaltung begrenzte Bereiche der Scheibe eindringt. Da das Dotierungsmittel praktisch dazu gebracht wird, in die kristalline Struktur der Unterlage einzuwandern, hängt die Eindringtiefe und die Konzentration des Dotierungsmittels innerhalb der Scheibe von der Zeit, der Temperatur und der besonderen Art des verwendeten Dotierungsmittels sowie von seiner ursprünglichen Konzentration ab.
Bei einem solchen mehrfach diffundierten Halbleiter wird die gleiche Zone der Scheibe zweimal oder noch häufiger eindiffundiert, um die Zonen einer Premdstoffart getrennt von einer anderen Premdstoffart zu erzeugen, welche die erforderlichen P-N-Übergänge bilden, und wegen der Art, in welcher das Dotierungsmittel zum Eindringen in die Unterlage gebracht wird, dringt jedesmal, wenn die Scheibe hoher Temperatur ausgesetzt wird, das vorher eindiffundierte Dotierungsmittel noch vielter in die Unterlage ein. Infolgedessen werden bei jeder nachfolgenden Diffusion die physikalischen Eigenschaften der vorher diffundierten Zonen verändert.
Der Grund, weswegen es erwünscht ist, verschiedene Translatoren mit unterschiedlichen ^lekfcrLoOheri El^eru-hAf-ten
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auf demselben Plättchen zu haben, liegt darin, daß die verschiedenen Transistoren dann zu einem Schaltkreis kombiniert werden können, durch den die besten Eigenschaften der jeweiligen Transistoren nutzbar gemacht werden, um auf diese Weise Schaltungen herzustellen, die für bestimmte Zwecke solchen Schaltungen überlegen sind, welche mehrere gleiche Transistoren verwenden. Ein bei der Herstellung monolithischer integrierter Schaltkreise dieser Art auftretendes Problem besteht darin, daß die Schaltkreise sowohl eine hohe Stromverstärkung als auch die Fähigkeit zur Führung hoher Spannung haben sollen. Während eine hohe Stromverstärkung ( fi>) normalerweise eine Funktion der Basisbreite eines bestimmten Transistorelements ist, d.h. β wird größer, wenn die Breite der Basis kleiner wird, und die Basisbreite durch die Diffusionszeit bei gegebener Temperatur bestimmt ist, wird gewöhnlich die Fähigkeit zur Führung von Spannung eines gegebenen Transistorelements mit abnehmender Basisbreite kleiner. Infolgedessen führt gerade der Prozeß, durch den eine höhere Verstärkung erreichbar ist, zu einer Herabsetzung der Spannungsdurchbruuhcharakteristik. Es war daher äußerst schwierig, einen integrierten Schaltkreis auf einem einzigen Plättchen herzustellen, der sich aus bipolaren Transistorelementen zusammensetzt, welche sowohl die Fähigkeit zu einer hohen Stromverstärkung als auch die Fähigkeit zur Führung einer hohen Spannung aufweisen.
Es war bisher versucht worden, Lösungen dieses Problems zu erhalten, indem beispielsweise ein Kollektormaterial von'
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höherem spezifischem Widerstand verwendet wurde. Solche Lösungen waren aber mit verschiedenen Nachteilen verbunden, insbesondere mit einer Herabsetzung der Stromführungsfähigkeit, einer Vergrößerung des Sättigungswiderstandes, Schwierigkeiten hinsichtlich der Zuverlässigkeit und anderen Mängeln.
Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten,Art zu. schaffen, insbesondere einen für hohe Leistung geeigneten monolithischen, linear-integrierten Schaltkreis, der mehrere Halbleiterelemente mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweist, die miteinander elektrisch so verbunden sind, daß ein Schaltkreis gebildet wird, der sowohl hohe Stromverstärkung als auch die Fähigkeit zur Führung hoher Spannung aufweist.
Ferner soll durch die Erfindung ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente geschaffen werden.
Ein solches neuartiges Halbleiterbauelement ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einem einzigen Halbleiterplättchen mindestens eine Zone mit zwei P-N-Übergängen, welche ein erstes Transistorelement mit einer relativ breiten Ausdehnung seiner die Emitter- und -.Kollektorzone trennenden Basis bildet, so daß der erste Transistor eine relativ hohe purchbruchsspannungscharakteristik erhält, und mindestens eine-Zpne mit zwei P-N-Übergängen befindet, welche ein zweites Transistorelement mit einer relativ sehmalen
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Ausdehnung seiner, die Emitter- und Kollektorzone trennenden Basis bildet, so daß.der zweite Transistor eine hohe Ström— verstärkungs-Charakteristik- hat. ... .
Das neue Herstellungsverfahren Ist .erfindungsgemäß dadurah. gekennzeichnet, daß ein Halbleiterplättchen mit ..einer ersten Art eines Fremdstoffes dotiert wird und auf ihm durch. einen ersten DiffusionsVorgangmindestensι zwei Basiszonen ; mit Fremdstoff einer zweiten Art gebildet, werden, worauf inmindestens einer dieser Basiszonen durch einen zweiten . Diffus ions Vorgang eine erste Emitterzone mi.t-d.er ersten . Fremdstoffart und danach in mindestens einer der übrigen Basiszonen durch einen dritten Diffus ions Vorgang·; ,eine zweite Emitterzone mit der ersten Fremdstoffart ,gebildet ,wird, und. daß das Plättchen während jeder dieser Diffusionsvorgänge der diffundierenden Umgebung derart ausgesetzt wird, daß die während der zweiten Diffusion .gebildeten Emitterzonen bei, ; dem dritten Diffusionsvorgang ,noch weiter--in .die Basiszonen .· eindiffundieren und auf diese Weise die Breite der der ersten Emitterzone zugeordneten Basiszone.:bls auf ein- Mai: verkleinern, das geringer ist» als' die: Basis brei te der. der -aV^it^ii ■Erol-ttei!,--· zone zugeordneten Basiszone. ■·.■·-. . . .;..-.. : . : -■
Durch dieses Verfahren gelingt es, auf ein und demselben.. Halbleiterplättchen Schaltungselemente des integrierten Stromkreises vorzusehehy die uhtersöhiedllche. Basis brei ten haben,-. so daß sie^ derart zu -einerfr !'ntegPlerberi-'Schaltkrels vereinigt, werden könrieh, daß dieser*" was* vorher- nicht magilcti waf3· -grleichzeitig die Eigenschaften -einer hohen k
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einer Fähigkeit zur Führung hoher Spannung aufweist. ■
Dadurch, daß zu dem Zweifach-Dlffusionsverfahren noch eine zusätzliche Verfahrensstufe" hinzugefügt wird, lassen sich zwei Arten von Transistoren vom gleichen Typ auf demselben Plättchen herstellen. Der eine Transistor hat dann eine mäßige Stromverstärkung und eirte hohe Durch- * bruchssparinürigj der andere eine sehr hohe Stromverstärkung und eine niedrigere DurchbrUchsspähnung* Dies wird durch Anwendung der besonderen Verfahrensstufe erreicht, mit der die Basisbreiten der beiden Tränsistörarten verschieden dimensioniert werden. ■ '
Bei der Herstellung integrierter Schältkreise durch das Zweifack-Dtffusionsverfahren wäre es an sich naheliegend, die Unterlage zunächst beispielsweise mit eiuern Material vom N-Typ' zu "dotieren, das die"Kolie'k'torzone für jeden der auf dem Plättchen zu erzeugenden Transistoren bildet. Danach würden samt!lohe Basiszonen vom "P-Typ in'das 'Platt- \ chen während' des Broten Diffus! ons Vorganges 'eindif fundiert und schließlich würden ate Emitterzonen, vom W-Typ 'in die ' " .'" vorher gebildeten 'B-as Is ionen eindif fundiert.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dagegen werden '""-nach der Bildung der Basiszonen während des ersten biffüsions-■ Vorganges nur '-ciinzelne, ausgewählte Basiszonen dem' Dotierüngsmittel während des zweiten Diffus!onsVorgangs exponiert, Dies ermöglicht es3 daß' die ausgewählten Emitterzonen in' ' ■bestimmte Basiszonen eine vorbestimmte; Strecke tief unt'ef die ." Oberfläche des "Plättehens eindiffundiert werden» üaiui viertleii " , ■
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während der nachfolgenden, zusätzlichen Diffusionsstufe die verbleibenden Basisflächen dem Dotierungsmittel exponiert und es werden die übrigen Emitterzonen gebildet. Jedoch werden während des dritten DiffusionsVorgangs die während der zweiten Stufe gebildeten Emitterzonen weiter in die Basiszonen eindiffundiert, wodurch die Dicke des die Emitter von den Kollektoren trennenden Basismaterials vermindert wird. Daher sind anschließend an die dritte Diffusionsstufe zwei Arten von Transistoren in jedes Plättchen eingebettet, von denen die eine eine bedeutend dünnere Basisbreite als die andere hat, weswegen die Transistoren der einen Art eine bessere Stromverstärkungscharakteristik haben, während die der anderen Art eine höhere Durchbruchsspannungscharakteristik aufweisen.
Nachstehend wird die Erfindung, die noch einige weitere Abwandlungen umfaßt, anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines geschnittenen Plättchens einer vorbereiteten Unterlage.
Fig. 2 bis 4 sind Seitenansichten einer Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung im Schnitt, welche die verschiedenen Stufen des neuartigen Herstellungsverfahrens erläutern.
Fig. 5 zeigt die Schaltungsanordnung eines einfachen, integrierten Schaltkreises mit den beiden Arten von Transistoren, wie sie gemäß der Erfindung auf einem einzelnen Plättchen angeordnet sind, und
Fig. 6 stellt eine betriebsfähige Verstärkereingangsstufe 009815/1391
auf einem einzelnen Plättchen gemäß der Erfindung dar.
Es 1st zu beachten, daß die Abmessungen auf der Zeichnung der Deutlichkeit der Darstellung halber bedeutend vergrößert sind und daß diese Schemaskizzen in Verbindung mit dem nachfolgenden Teil der Beschreibung betrachtet werden müssen.
Das in Flg. 1 dargestellte, die Unterlage bildende Plättchen 10 wird ale Ausgangsmaterial benutzt. Die Unterlage 10 besteht aus Silicium oder einem anderen Halbleitermaterial und umfaßt eine obere Schicht L2, die mit einer Fremdstoffart dotiert ist, und eine untere Schicht 14, die mit einer anderen Fremdstoffart dotiert ist. Beispielsweise kann die Schicht 12 ein wenige Mikron dicker Film aus Silicium vom N-Typ sein, der auf der Siliciumschicht 14 vom P-Typ epitaktisch gezogen ist. Das Plättchen 10 ist genügend dick, um der Anordnung ausreichende mechanische Stabilität zu verleihen. Außerdem sind rechteckige Ringe 15 durch die Schicht 12 hindurchdiffundiert, um entsprechende Teile der Unterlage voneinander zu trennen. Dies ist natürlich nur eine der vielen Methoden, die wahlweise benutzt werden können, um eine elektrische Trennung der verschiedenen Halbleiterelemente vorzunehmen, welche anschließend in dem Plättchen gebildet werden.
Flg. 2 zeigt die Anordnung nach dem Ziehen einer Oxyddiffusionsmaske l6 mit öffnungen 18 auf der Oberfläche 12 des Plättchens 10, wobei bereits die Basiszonen 20 und 22 vom P-Typ «in die Unterlage 10 durch die Maske 12 hindurch diffundiert
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sind. Für die Bildung einer Oxyddiffusionsmaske auf Silicium lassen sich beliebige, bekannte Verfahren anwenden. Ein solches Verfahren besteht darin, dafl die Oberfläche 12 thermisch oxydiert wird, so dafl sie eine Siliciumdioxydschicht 16 bildet und daß dann bestimmte Teile davon durch lichtelektrische Maskierungs- und Ätzverfahren selektiv entfernt werden, um die öffnungen oder Fenster l8 zu bilden.
Nachdem die Oxydmaske 16 gebildet 1st, wird das Plättchen einem Diffusor vom Akzeptortyp wie Bor ausgesetzt, der die Eigenschaft hat, langsam durch Sillciumdloxyd, aber schnell durch Silicium hindurch zu diffundieren. Diese Eigentümlichkeit von Bor macht das Oxydmaskenverfahren möglich, welches das Eindringen des Dotierungsmittels nur in diejenigen Flächen der Schicht 12 zuläßt, die durch die Maske 16 freigelegt sind. Nachdem das Plättchen dem Diffusor bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeitdauer exponiert worden 1st, sind die Zonen 20 und 22 vom P-Typ in der Schicht 12 vom N-Typ gebildet. Die Verfahren für diese Art von Fremdstoffdiffusion sind an sich wohlbekannt und brauchen hier nicht im einzelnen näher beschrieben zu werden.
Während nach früheren Verfahren der nächste Schritt darin bestand, ein Oxyd auf der ganzen Oberseite der Schicht 12 zu ziehen und dann kleine Fläohenteile jeder Zone vom P-Typ photolithographisch zu exponieren, erfordert es das Verfahren gemäß der Erfindung, dafl ein kleiner Fläohenbereich in nur einer der Zonen 20 oder 22 vom P-Typ dem Diffusor während der nächsten Diffusionsstufe exponiert wird. Dies wird in Fig. 3 erläutert,
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wo gezeigt ist, daß ein Oxyd 24 auf der Oberfläche 12 des Plättchens 10 gezogen ist, das die Zone 20 vom P-Typ vollständig bedeckt. Nur der Flächenteil 26 ist weggeätzt, um einen Teil der Fläche der Zone 22 vom P-Typ dem anschließend aufgebrachten Diffusor auszusetzen.
Nach der Bildung der Oxydmaske 24 wird das Plättchen erneut einem Diffusor ausgesetzt, aber diesmal ist der Fremdstoff ein solcher vom Donator-Typ wie Phosphor, so daß eine Zone 28 vom N-Typ in der Zone 22 vom P-Typ gebildet wird. Die Zeit und Temperatur des Diffusionsvorganges werden so gewählt, daß der Fremdstoff vom N-Typ nur bis zu einer bestimmten Tiefe in die Zone 18 vom P-Typ eindringt. Am Ende dieser Diffusionsstufe sind zwei N-P-Ubergänge 30 und 32 gebildet, welche bei richtiger Vorspannung einen Transistor darstellen können, der eine mäßige Stromverstärkung, aber eine hohe Durchbruchsspannung infolge der relativen Dicke der die Emitterzone 24 von der Kollektorzone 26 trennenden Basiszone vom P-Typ hat.
Wenn nun, wie in Fig. 4 erläutert, der Flächenteil 34 ebenfalls aus der Oxydschicht 24 herausgeätzt wird, so daß die Zone 20 vom P-Typ einer nachfolgenden Diffusion vom N-Typ exponiert wird, so wird eine Zone 36 vom N-Typ in de,r Zone 20 gerade dann gebildet, während die Zone 28 vom N-Typ in der Zone 22 während der vorangegangenen Diffusion gebildet wurde. Jedoch ist zu beachten, daß, da die Eindringtiefe eines Fremdstoffs in das Plättchen direkt von der Zeitdauer abhängt, während der das Plättchen den Bedingungen des
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DiffusionsVorgangs ausgesetzt ist, die Zone 28« die noch dem Diffusor durch die öffnung 26 hindurch exponiert ist, noch tiefer In die Unterlage 12 eindringt und damit die Dicke der Basiszone 22 vermindert. Der Effekt der dritten Diffusionsstufe, wie sie hier beschrieben 1st, besteht darin, daß die Basisbreite (d. h. die Zone 22 vom P-Typ) des auf der rechten Seite der Figur gebildeten Transistors beträchtlich größer wird als die Basisbreite des Transistors auf der linken Seite.
Wie schon erwähnt, werden durch Vermindern der Dicke der Basis 22, welche die Emitter- und Kollektorzone 28 bzw. 38 trennt, die Stromverstärkungseigenschaften des Transistors auf Kosten der Durchbruchsspannung verbessert. Somit werden durch Vorwählen der Diffusionsparameter derart, daß eine Basisbreite 20 erzeugt wird, die in der Lage ist, eine gegebene Spannung zu beherrschen, die Stromverstärkungseigenschaften des anderen Transistors mit der dünneren Basis 18 gleichzeitig verbessert, wenngleich seine Durchbruchsspannung wertmäßig gesenkt wird. Das Ergebnis besteht darin, daß durch Verwendung dieses neuartigen Mehrfachdiffusions-Verfahrens eine monolithische Struktur hergestellt werden kann, die zumindest zwei Arten von Halbleiterelementen des gleichen Typs enthält, von denen die eine eine höhere Stromverstärkung und die andere eine größere Durchbruchsspannung aufweist. Durch geeignetes Zusammenschalten dieser Elemente derart* daß die vorteilhaften Eigenschaften beider ausgenutzt werden, 1st es möglich, einen monolithischen Schaltkreis
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zu bauen, der in vorteilhafter Weise die besteh Eigentümlichkeiten beider Arten ausnutzt.
In Fig. 5 ist als Beispiel das Schema einer Kaskadenvers tärkerschaltung gezeigt, die gemäß der Erfindung auf einem einzigen Plättchen 40 hergestellt ist. Die Schaltung umfaßt einen ersten Transistor 42 mit einer schmalen Basis, wie sie in Fig. 4 bei 22 gezeigt ist, und einen zweiten Transistor 44 mit einer wesentlich breiteren Basis, wie sie in Fig. 4 mit 20 bezeichnet ist. Wie vorher auseinandergesetzt, hat der Transistor 42 mit der schmalen Basis eine hohe Stromverstärkung, aber eine niedrige Durchbruchsspannung. Andererseits hat der Transistor 44 mit der breiteren Basis eine nur mäßige Stromverstärkung, aber eine hohe Durchbruchsspannung. Durch Kombinieren der beiden Transistoren nach Art einer Kaskade, wie dargestellt, hat die Schaltung die hohe
β Charakteristik des Transistors 42 und die hohe Fähigkeit zur Beherrschung von Spannung wie der Transistor 44.
In Fig. 6 ist ein anderer integrierter Schaltkreis mit mehreren Transistoren, die gemäß der Erfindung auf einem einzigen Plättchen 54 gebildet sein können, dargestellt. Das dargestellte Schaltschema umfaßt eine Differential-Eingangsstufe für einen betriebsfähigen Verstärker oder dergl. mit Eingangstransistoren 56 und 58 von niedriger Spannung und hoher Verstärkung sowie Ausgangstransistören 60 und 62 von hoher Durchbruchsspannung. Die Eingangstransistören 56 und sind nach Art von Schnürsenkeln über die Dioden 64 und 66 mit den Emittern der Ausgangstransistören 60 und 62 verbunden.
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Daher liegt die Kollektor-Basisspannung der Transistoren 56 und 58 stets in der Nähe von null Volt.
Die Ausgangstransi stören 60 und 62 sind wegen ihrer Befähigung zur Führung hoher Spannung an den Ausgangsklemmen 68 und 70 mit der Last verbunden und können eine beträchtliche Spannung zwischen Kollektor und Basis aufnehmen. Dementsprechend können durch Verwendung dieser speziellen Schaltung sehr hohe wirksame Stromverstärkungen in Verbindung mit hohen Durchbruchsspannungen aufgrund der beiden verschiedenen Arten von Transistoren verwirklicht werden, die durch die Anwendung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung erzeugt werden können.
Da die Eingangstransistoren 56 und 58 bis zu sehr niedrigen Durchbruchsspannungen diffundiert werden können, lassen sich Stromverstärkungen erreichen, die um etwa eine Größenordnung höher liegen als bei den zur Zeit benutzten Transistoren. Ferner bleibt die Stromverstärkung im Vergleich zu den zur Zeit verwendeten Transistoren auch bei niedrigen Kollektorströmen hoch, so daß der betriebsmäßige Kollektorstrom vermindert werden kann. Daraus kann sich gegenüber den zur Zeit verfügbaren monolithischen, betriebsfähigen Verstärkern eine Verbesserung hinsichtlich des Eingangsstromes um etwa zwei Größenordnungen ergeben.
Es sei nochmals ausdrücklich erwähnt, daß sich die Erfindung keineswegs auf nur zwei Transistorelemente, wie in Fig. 4 dargestellt, beschränkt. Die Erfindung ist in gleicher Weise auch bei der Herstellung von Plättchen mit einer noch
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größeren Mehrzahl einzelner Schaltungselemente, z. B. Transistoren, verwendbar. Außerdem kann die Erfindung in gleicher Weise noch dahingehend weiter ausgestaltet werden, daß noch weitere Diffusionsstufen angewendet werden, um eine Zahl von Transistorarten zu erzeugen, von denen jede Art eine etwas größere Basisbreite hat als die andere.
Ferner umfaßt die Erfindung auch die stufenweise Diffusion von Basiszonen statt oder in Verbindung mit der beschriebenen, stufenweisen Diffusion von Emitterzonen, um die Basisbreite bestimmter Transistoren auf einem gegebenen Plättchen zu vermindern.
Die verschiedenen Arten monolithischer Schaltkreise, die durch die Erfindung möglich gemacht werden, stellen einen bedeutenden Portschritt dar und stehen in Konkurrenz zu PET-(Peld-Effekt-Transistor-) Eingangsverstärkern zur Verwendung für Zwecke, die einen breiten Betriebstemperaturbereich erfordern. Weiterhin machen es Schaltungen gemäß der Erfindung bedeutend weniger aufwendig, Merkmale wie zum Beispiel eine niedrige Ausgleichsspannung sowie eine niedrige Ausgleichsspannungsdrift zu erhalten, was zur Zeit nur durch Verwendung sorgfältig angepaßter Feldeffekttransistoren mit umständlichen Kompensationsschemen erreichbar ist.
Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten.
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Claims (12)

  1. - 15 -
    Patentansprüche
    ^J Halbleiterbauelement, insbesondere monolithischer integrierter Schaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einem einzigen Halbleiterplättehen mindestens eine Zone mit zwei P-N-Übergängen, welche ein erstes Transistorelement mit einer relativ breiten Ausdehnung seiner die Emitter- und Kollektorzone trennenden Basis bildet, so daß der erste Transistor eine relativ hohe Durchbruchsspannungscharakteristik e(rhält, und mindestens eine Zone mit zwei P-N-Übergängen befindet, welche ein zweites Transistorelement mit einer relativ schmalen Ausdehnung seiner die Emitter- und Kollektorzone trennenden Basis bildet, so daß der zweite Transistor eine hohe Stromverstärkungscharakteristik hat.
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor durch eine elektrische Schaltung derart miteinander verbunden sind, daß der erste Transistor als Eingangsstufe mit hoher Stromverstärkung dient, und daß der erste Transistor einen SpannungsUberlastungsschutz für den zweiten Transistor bildet.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Plättchen mindestens ein Transistorelement mit einer bestimmten ersten Basisbreite und mindestens ein weiteres Transistorelement mit einer
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    β ■ -■
    zweiten, beträchtlich größeren Basisbreite vorgesehen sind, und daß die beiden Basiszonen der beiden Transistorelemente den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  4. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Basis-Übergänge der Transistoren während des gleichen DiffusionsVorganges gebildet sind.
  5. 5. Halbleiterbauelement nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Basis-Übergänge der Transistoren während verschiedener Diffusionsvorgänge gebildet sind.
  6. 6. Halbleiterbauelement nach Anspruch J5# dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Basis-Übergänge der Transistoren während der gleichen Diffusionsvorgänge, aber die Kollektor-Basis-Übergänge während verschiedener
    Diffusionsvorgänge gebildet sind. ·
  7. 7. Verfahren zur Ausbildung mindestens zweier verschiedener Arten von Transistoren auf einem einzigen, einen monolithischen integrierten Schaltkreis tragenden Plättchen zwecks Herstellung eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß.ein Halbleiterplättchen mit einer ersten Art eines Premdstoffes dotiert wird, und auf ihm durch einen ersten Diffusionsvorgang mindestens zwei Basiszonen mit Fremdstoff einer zweiten Art gebildet werden, worauf in mindestens einer dieser Basiszonen durch einen zweiten DiffusionsVorgang eine erste Emitterzone mit der ersten Premdstoffart und
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    danach in mindestens einer der übrigen Basiszonen durch einen dritten DiffusionsVorgang eine zweite Emitterzone mit der ersten Fremdstoffart gebildet werden, und daß das Plättchen während jedes dieser Diffusionsvorgänge der diffundierenden Umgebung derart ausgesetzt wird, daß die während der zweiten Diffusion gebildeten Emitterzonen bei dem dritten DiffusionsVorgang noch weiter in die Basiszonen eindiffundieren und auf diese Weise die Breite der mit der ersten Emitterzone verbundenen Basiszone bis auf ein Maß verkleinern, das geringer ist als die Basisbreite der mit der zweiten Emitterzone verbundenen Basiszone.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß es in der Weise ausgeführt wird, daß die Transistoren, deren Emitter während des zweiten und dritten Diffusionsvorganges gebildet werden, eine höhere Stromverstärkungscharakteristik haben als diejenigen, deren Emitter nur während des dritten Diffusionsvorganges gebildet werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Weise ausgeführt wird, daß die Transistoren deren Emitter nur während des dritten Diffusionsvorganges gebildet werden, eine höhere Spannungsverstärkung haben als die Transistoren mit den während des zweiten und dritten
    /
    Diffusionsvorganges gebildeten Emittern.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch die abgewandelte Ausführung, daß anschließend an die Dotierung ■des Halbleiterplättchens mit einer ersten Art von Fremdstoff auf ihm mindestens eine Basiszone mit Fremdstoff einer zweiten
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    Art durch einen ersten Diffusionsvorgang gebildet wird, worauf auf dem Plättchen durch einen zweiten Diffusionsvorgang mindestens eine weitere Basiszone mit Fremdstoff der zweiten Art gebildet und danach in der ersten und in der zweiten Basiszone durch einen dritten Diffusionsvorgang Emitterzonen von der ersten Premdstoffart gebildet werden und das Plättchen der diffundierenden Umgebung während jedes DiffusionsVorganges derart ausgesetzt wird, daß die während des ersten DiffusionsVorganges gebildete Basiszone beim zweiten DiffusionsVorgang weiter in das Plättchen hineindiffundiert, so daß, nachdem die Emitterzonen in die Basiszone eindiffundiert sind, die Basisbreite der zweiten Basiszone kleiner ist als die Basisbreite der ersten Basiszone. -
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Weise ausgeführt wird, daß die Transistoren mit den während des ersten und des zweiten DiffusionsVorganges gebildeten Basen eine geringere Stromverstärkung haben als diejenigen mit den nur während des zweiten Diffus!onsVorganges gebildeten Basen.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es in der,Weise ausgeführt wird, daß die Transistoren mit nur während des zweiten DiffusionsVorganges gebildeten Basiszonen eine niedrigere Durchbruchsspannungscharakteristik erhalten als diejenigen mit während des ersten und des zweiten Diffusionsvorganges gebildeten Basiszonen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2155050A1 (de) * 1970-11-14 1972-05-18 Philips Nv Integrierte Schaltung fur logische Zwecke, und Verfahren zu deren Herstel lung
DE2453134A1 (de) * 1974-11-08 1976-05-13 Itt Ind Gmbh Deutsche Planardiffusionsverfahren
FR2386902A1 (fr) * 1977-04-05 1978-11-03 Licentia Gmbh Procede de production d'au moins un circuit analogique integre avec un circuit i2l au moins

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3911470A (en) * 1970-11-14 1975-10-07 Philips Corp Integrated circuit for logic purposes having transistors with different base thicknesses and method of manufacturing
US3765961A (en) * 1971-02-12 1973-10-16 Bell Telephone Labor Inc Special masking method of fabricating a planar avalanche transistor
US3884732A (en) * 1971-07-29 1975-05-20 Ibm Monolithic storage array and method of making
US3961340A (en) * 1971-11-22 1976-06-01 U.S. Philips Corporation Integrated circuit having bipolar transistors and method of manufacturing said circuit
FR2160709B1 (de) * 1971-11-22 1974-09-27 Radiotechnique Compelec
US3993512A (en) * 1971-11-22 1976-11-23 U.S. Philips Corporation Method of manufacturing an integrated circuit utilizing outdiffusion and multiple layer epitaxy
JPS5548704B2 (de) * 1973-06-01 1980-12-08
US4198251A (en) * 1975-09-18 1980-04-15 U.S. Philips Corporation Method of making polychromatic monolithic electroluminescent assembly utilizing epitaxial deposition of graded layers
JPS5461489A (en) * 1977-10-26 1979-05-17 Toshiba Corp Manufacture for semiconductor device
JPS5555559A (en) * 1978-10-19 1980-04-23 Toshiba Corp Method of fabricating semiconductor device
JPS55153365A (en) * 1979-05-17 1980-11-29 Toshiba Corp Manufacturing method of semiconductor device
DE3020609C2 (de) * 1979-05-31 1985-11-07 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit wenigstens einem I↑2↑L-Element
US4535531A (en) * 1982-03-22 1985-08-20 International Business Machines Corporation Method and resulting structure for selective multiple base width transistor structures
JPH0623947A (ja) * 1992-07-08 1994-02-01 C T K:Kk マーキング機
WO2001075974A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device and method of manufacturing same
US9761608B1 (en) 2016-08-15 2017-09-12 International Business Machines Corporation Lateral bipolar junction transistor with multiple base lengths

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2155050A1 (de) * 1970-11-14 1972-05-18 Philips Nv Integrierte Schaltung fur logische Zwecke, und Verfahren zu deren Herstel lung
DE2453134A1 (de) * 1974-11-08 1976-05-13 Itt Ind Gmbh Deutsche Planardiffusionsverfahren
FR2386902A1 (fr) * 1977-04-05 1978-11-03 Licentia Gmbh Procede de production d'au moins un circuit analogique integre avec un circuit i2l au moins

Also Published As

Publication number Publication date
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JPS5026916B1 (de) 1975-09-04

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