DE1966243A1 - Halbleiterschaltung - Google Patents

Halbleiterschaltung

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Description

  • Halbleiters chaltung Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterdioden mit Schottky-Sperrschicht und insbesondere auf integrierte, monolithische Halbleiterschaltungen mit solchen Dioden als Schaltungselemente; Die Erfindung bezieht sich auch auf eine neue Schottky-Diode sowie auf ein neues Verfahren zum Herstellen von Schottky-Dioden.
  • Beim Entwurf integrierter Schaltungsvorrichtungen stehen zwei Haupterwägungen bezüglich der Konstruktion allgemein im Konflikt zueinander. Einerseits sollte die Vorrichtung so klein wie möglich sein, und zwar hauptsächlich zur Verringerung der Kosten der Vorrichtung, aber auch zur maximalen Erhöhung des Hochgeschwindigkeitsverhaltens der Vorrichtung und zur Minimalisierung der Länge der erforderlichen elektrischen Verbindungen. Andererseits nimmt, wenn die Vorrichtung kleiner wird, die Leistungsdichte zu und thermische Probleme werden akut.
  • Eine Methode, um diese entgegengesetzten Beschränkungen unter einen Hut zu bringen, ist die Leistung zu verringern, welche von der integrierten Schaltung vernichtet wird, wenn die physikalische Größe reduziert wird. Soweit die Leistung das Produkt von Spannung und Strom ist, könnte entweder die-Spannung oder der Strom zur Lösung dieses Problems reduziert werden. Jedoch ist elektrisches Rauschen hauptsächlich ein Spannungsproblem. Es können daher die Schaltungsspannungen nicht beliebig reduziert werden, ohne daß hierbei Schwierigkeiten im Rauschverhalten auftreten würden. Um den Strom bei Anfrechterhaltung einer gegebenen Spannung zu reduzieren, ist eine Erhöhung der Impedanzwerte in der Schaltung erforderlich.
  • Wenn die Impedanz eines üblichen lmpedanzbauelementes in einer integrierten Schaltung, z.B. ein diffundierter Widerstand, zunimmt, nimmt dessen physikalische Größe gleichfalls zu. Alternative Impedanzelemente, z0 B. ein abgeschntlrter Feldeffekttransistor, sind zwar verwendet worden, es ist aber allgemein schwierig, befriedigende Reproduzierbarkeit in den Kennlinien dieser Vorrichtungen zu erhalten.
  • Vor dem Aufkommen der integrierten Schaltungen gab es Vorschläge zur Ausnutzung der Eigenschaften von PN-Übergangsdioden in Sperrichtung, um eine hohe Impedanz in Schaltungen zu erhalten, in welchen diskrete Schaltungselemente verwendet sind. Jedoch erwies sich die Impedanz hochqualitativer PN-Übergangsdioden als zu hoch, und die niedrigere Impedanz bewußt verschlechterter Dioden erwies sich als zu schwierig kontrollierbar. Demgemäß sind diese Vorschläge nicht weiter verfolgt worden.
  • Es wurde nun gefunden, daß eine Schottky- Sperrschichtdiode mit einer Grenzfläche zwischen einem geeigneten Metall und einer p-leitenden Halbleiterzone relativ hohen spezifischen Widerstandes reproduzierbar hergesfellt werden kann, um bei Vorspannung in Sperrichtung eine Impedanz zu haben, die sich für integrierte Mikroleistungshalbleiterschaltungen eignet.
  • Ein Vorteil hierbei ist der, daß diese neue Diodenform durch Verfahrensschritte hergestellt werden kann, die vollständig mit denjenigen Verfahrensschritten verträglich sind, welche zur Erzeugung der Elektrodenanordnung bei integrierten Schaltungen mit Stfitzleitern angewandt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird also eine Halbleiterschaltung geschaffen, die sich auszeichnet durch zumindest eine Schottky-Sperrschichtdiode, die so angeordnet ist, daß deren Impedanz in Sperrichtung als ein Impedanzelement in der Schaltung verwendet ist.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die neue Schottky-Sperrschichtdiode hergestellt durch Reagierenlassen einer Rhodium-Dünnschicht mit p-leitendem Silizium relativ hohen spezifischen Widerstandes, um die gleichrichtende Sperrschicht an der Grenzfläche zwischen Rhodiumsilicid und Silizium zu erzeugen.
  • Obgleich der Umstand, daß diese neuen Dioden vorteilhaft als physikalisch kleine Bauelemente hoher Impedanz verwendet werden können, den Vorzug genereller Anwandbarkeit bei der Mikroleistungs-Schaltungstechnik hat, sei nachstehend ein spezielles Ausführungsbeispiel, bei welchem diese Dioden als Lastimpedanzen in einer halbleitenden Speicherzelle verwendet sind, im einzelnen beschrieben.
  • In der Zeichnung zeigen Fig. 1 in schematischer Querschnittsdarstellung die verschiedenen Typen von MetalllHalbleiter-Grenzflächen, die bei der Durchführung der Erfindung erzeugt werden können; Fig. 2 in schematischer-Querschnittsdarstellung einen Teil eines integrierten Schaltungsplättchens mit e rfindungs gemäßen Schottky- Spe rrs chichtdio den, wobei das Plättchen zwei epitaktische Schichten aufweist; Fig. 3 in schematischer Querschnittsdarstellung einen Teil eines integrierten Schaltungsplättchens, das erfindungsgemäße Schottky- Sperrschichtdio den enthält, die mit durch !?Ionen Einpflanzung" erzeugten Zonen hergestellt worden sind; Fig. 4 die allgemeine Strom/Spannungs-Kennlinienkurve der erfindungsgemäßen Dioden; Fig. 5 das Schaltbild einer Speicherzelle, die Schottky-Sperrschichtdioden als Lastimpedanzen verwendet; Fig. 6A eine Draufsicht auf einen möglichen integrierten Halbleiterschaltungs aufbau entsprechend der Schaltung nach Fig. 5; Fig. 6B eine schematische Schnittansicht der integrierten Schaltung nach Fig. 6A.
  • In Fig. 1 ist ein Teil eines einkristallinen Sdizium-Plättchens 11 dargestellt, dessen Hauptteil 12 n-leitend ist und bei welchem benachbart einer seiner Oberflächen zwei im Abstand voneinander liegende p-Zonen 13 und 14 erzeugt worden sind. In die Zone 14 ist eine relativ stark dotierte n-Zone eingelassen. Eine weitere, relativ stark dotierte Zone 1 5A ist als von der p- Zone 14 im Abstand liegend dargestellt. Die Zonen 13, 14, 15 und 15A können durch Legieren, Festkörper-Diffusion, Ionen-Einpilanzung oder durch andere bekannte Pro-zesse zur linderung des Leistungstyps eines Halbleiterplättchens erzeugt werden.
  • Nachdem die vorstehend beschriebenen Zonen erzeugt worden sind, wird ein Muster von Öffnungen durch die passivierende Siliziumoxydschicht 16 hindurch erzeugt, um Teile der Oberfläche dieser Zonen vmd/oder des Hauptteils freizulegen. Insoweit als selbst die wirksame ren chemischen Reinigungsmetho den mehrere Atomlagen anorganischer Filme zurücklassen, sind chemische Reinigungsmethoden allgemein zum Reinigen von Oberflächen unbrauchbar, auf welchen Sp errs chichtdioden relativ niedrige Energie erzeugt werden sollen. Um eine saubere Siliziumoberfläche sicherzustellen, werden deshalb das Oxyd und die exponierte Siliziumoberfläche vorteilhaft einem Rückzerstäubungsprozeß unterworfen, wie dieser belspielsweise- in der U. 5.-Patentschrift Nr. 3 271 286 beschrieben ist.
  • Auf die Reinigungsprozedur folgend, wird eine beispielsweise 200 - 500 2 dicke Rhodium-Dünnschicht, beispielsweise durch Zerstäuben oder Verdampfen, auf die Oberfläche des Oxydes und der freiliegenden Halbleiterteile niedergeschlagen. -Die Anordnung wird dann einige Minuten lang erhitzt, wobei die Temperatur noch nicht sonderlich kritisch ist, beispielsweise auf 450 - 7500C, um das Rhodium zur Reaktion mit dem Silizium zu bringen. Obgleich Temperatur und Dauer der Erhitzung relativ unkritisch sind, verursachen höhere Temperaturen, z.B. 7000C eine stabilere Ordnung der resultierenden Kristallite und sind deswegen vorzuziehen. Nach diesem Schritt befindet sich eine Verbindung aus Rhodium und Silizium in jedem der Aydfenster, wo- sich das Rhodium mit dem Silizium in Kontakt befand, also in den Bereichen 17, 18, 19, 20 und 21 in Fig. 1. Diese Verbindung wird Rhodiumsilicid genannt.
  • Insoweit Rhodium ein relativ inertes Material ist, wird vorteilhaft Rückzerstäubung angewandt, um das unreagiert gebliebene Rhodium von der Oberfläche des Plättchens zu entfernen. Die Rückzerstäubungsmethode zur Entfernung von Material an aus -gewählten Teilen eines Halbleiterwerkstückes ist in der vorstehend erwähnten U. S.-Patentschrift im einzelnen beschrieben.
  • Das Rhodiumsilicid braucht während der Rückzerstäubung nicht geschützt zu werden, da das verbliebene Rhodium mit etwa der doppelten Geschwindigkeit wie Rhodiumsilicid entfernt wird und da die Dicke des Rhodiumsilicids bedeutend größer als die Dicke des Rhodiums ist.
  • Zur Komplettierung der Vorrichtung werden geeignete Metallelektroden 22, 23, 24, 25 und 26 und, soweit erforderlich, Zwischenverbindungen hergestellt, beispielsweise durch den Titan- Platin- Gold- Stützleiterhe rstellungsproze ß, wie dieser in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 335 338 beschrieben ist.
  • Zur Erläuterung der verschiedenen Typen der Rhodiumsilicid/ Silizium-Grenzflächen, die nach dem vorstehend beschriebenen Prozeß erzeugt werden können, haben in Fig. 1 die p-Zone 13 17 3 eine Oberflächenkonzentration von etwa 2 x 10 Akzeptoren/cm der n- Hauptteil 12 eine Oberflächenkonzentration von etwa 1016 Donatoren/cm³ , die p-Zone 14 eine Oberflächenkonzentration 18 3 von etwa 5 x 10 Akzeptoren und die n-Zonen 15 und 15A eine Oberflächenkonzentration von etwa 1020 Donatoren/cm³.
  • Die Rhodiumsilicid- Zonen 19, 20 und 21 bilden Schottky-Sperrschichtdioden mit ihren entsprechenden Siliziumzonen 14, 15 und 15A; aber wegen der relativ hohen Werte der ionisierten Dotier stoffe in diesen Zonen veranlaßt ein Niederspannungstunnelmechanismus, daß diese Dioden virtuell als ohmsche Kontakte erscheinen. Aus diesem Grunde wird im nachstehenden angenommen, daß diejenigen RhodiumsilicidlSilizium- Grenzflächen, an welchen das Silizium relativ stark dotiert ist, ohmisch sind.
  • Die Rhodiumsilicid-Zone 18 bildet in reproduzierbarer Weise eine Schottky-Sperrschichtdiode hoher Qualität zusammen mit dem n-leitenden Hauptteil 12, derart, daß das Silicid die Anode der Diode ist und das Silizium die Kathode. Diese Diode hat eine Durchlaßspannung von etwa 0, 35 Volt bei etwa 100 Amperelcm2 Durchlaßstrom und in Sperrichtung eine Leckstromdichte von etwa lo 6 Ampere/cm2 bei etwa 1 Volt Sperrspannung. Dieser Diodentyp sei nachstehend als NSB t -type Schottky barrier)-Diode bezeichnet.
  • Die Rhodiumsilisid-Zone 37 erzeugt gleichfalls in reproduzierbarer Weise eine Schottky-Sperrschichtdiode hoher Qualität mit der p-Zone 13 derart, daß das Silicid die -Kathode der Diode ist und das Silizium die Anorde. Diese Diode hat eine Durchlaß-2 spannung von etwa 0, 02 Volt bei etwa 100 Ampere/cm Durchlaßstromdichte und eine Leckstromdichte in Sperrichtung von etwa 100 Ampere/cm² bei etwa 1 Volt Sperrspannung.
  • Dieser Diodentyp sei nachstehend als PSB (P-type Schottky barrier)-Diode bezeichnet.
  • Wenn beispielsweise die PSB-Diode ein Tüpfelchen mit einem Durchmesser von 7, 62 x 10 cm ist, dann beträgt bei 1, 0 Volt Sperrspannung der in Sperrichtung fließende Strom etwa 45 Mikroampere, d. h. die Impedanz bei 1, 0 Volt Sperrspannung ist etwa 22, 200 Ohm. Wie nachstehend im einzelnen noch erläutert wird, ist diese Impedanzgröße für integrierte Mikroleistungshalbleiterschaltungen brauchbar.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, unterliegen Schottky-Sperrschichtdioden, die auf Silizium mit relativ niedrigem spezifischem Widerstand erzeugt worden sind, einem Tunnelmechanismus bei so niedrigen Sperr- oder Durchlaßspannungswerten, daß sie virtuell als ohmsche Leitungswege erscheinen. Aus diesem Grunde werden PSB-Dioden mit einer brauchbaren Impedanz in Sperrichtung vorteilhaft auf Silizium erzeugt, dessen Oberflächenkonzentration kleiner als etwa 5 x 1017 Akzeptoren ist. Obgleich es möglich ist, diesen Zonentypus durch Festkörper-Diffusion von Bor durch eine Siliziumoxydmaske hindurch zu erzeugen, ist dieser Prozeß in diesem Bereich niedriger Obere flächenkonzentration von Hause aus schwierig reproduzierbar aus -zuführen. Daher illustrieren Fig. 2 und 3 zwei alternative Methoden zum Erzeugen von p-Zonen mit relativ niedrigen Oberflächenkonzentrationen.
  • Fig. 2 zeigt einen Teil eines integrierten Schaltungsplättchens 31 aus Silizium mit zwei epitaktischen Schichten 32 und 33, die auf einer p-Unterlage 34 eines spezifischen Widerstandes von etwa 10 Ohm-Centimeter angeordnet sind. Die weitgehend gleichförmige epitaktische n-Schicht 33 wurde in einer Dicke von etwa 1, 5 Mikrometer auf einer ganzen Hauptfläche der p-Unterlage 34 erzeugt, und danach wurde die weitgehend gleichförmige epitaktische p-Schciht 32 gleichfalls in einer Dicke von etwa 1, 5 Mikrometer auf der ganzen Oberfläche der Schicht 33 erzeugt. Vorteilhaft haben die Schichten 32 und 33 etwa die gleiche Dotierstoffkonzentration, 17 3 z.B. 2 x 10 /cm , um die Verschiebung ihrer Grenzfläche, des pn-Übergangs 35, während nachfolgender Warmbehandlungen zu reduzieren. Im einzelnen hat die n-Schicht 33 einen spezifischen Widerstand von etwa 0, 07 Ohm-Centimeter bei einer im wesentlichen gleichförmigen Konzentration von etwa 2 x 1017 Antimonatomelcn im Innern, und die p-Schicht 32 hat einen spezifischen Widerstand von etwa 0, 2 Ohm-Centimeter bei einer im wesentlichen gleichförmigen Konzentration von etwa 2 x 1017 Bor-Atome/cm³ im Innern. p-Isolationszonen 36, n-Kollektorkontaktzonen 37 und eine n-Emitterzone 38 wurden nach üblichen Diffusionsmethoden unter Verwendung von Bor als Akzeptor und Phosphor als Donator hergestellt. Es leuchtet ein, daß die epitaktische p-Schicht 32 eine relativ niedrige Oberflächenkonzentration für die Erzeugung der PSB-Diode 39 hierauf darstellt. Der Einfachheit halber sind keine elektrischen Anschlüsse an die anderen Zonen in Fig. 2 dargestellt.
  • Fig. 3 zeigt ein Teil eines integrierten Schaltungsplättchens 51 aus Silizium mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand, beispielsweise 0, 3 Ohm-Centlmeter, wobei eine epitaktische n-Schicht 52 auf einer p-Unterlage 53 vorgesehen ist. p-Isolationszonen 54, eine p-Basiszone 55, eine n-Emitterzone 56 und eine n-Kollektorzone 57 wurden durch Festkörper-Diffusion nach üblichen Methoden hergestellt. Eine PSB-Diode 59 wurde auf der p-Zone 58 erzeugt, die ihrerseits durch Ionen-Einpflanzung auf eine Oberflächenkonstration von etwa 2 x 1017 Bor/Atome/cm³ erzeugt worden ist.
  • Ionen-Einpflanzung ist eine Methode, nach welcher eine Unterlage mit einem Ionenstrahl bombardiert wird, um Donatoren oder Akzeptoren in die Unterlage einzuführen.
  • Wenn die Unterlage halbleitend ist, können die Dotierstoffe den Leitungstyp des Halbleiters ändern. Eine allgemeine Beschreibung dieser Methode ist beispielsweise in dem Artikel von J. F. Gibbons in Proceedings of the L E. E. Eu, Band 56, Nr. 3, März 1968, Seiten 295-319 wiedergegeben.
  • Bei einer vorteilhaften Methode zur Anwendung der Ionen-Einpflanzung wird zuerst eine dünne Metallmaske auf der ganzen Oberfläche einer halbleitenden Unterlage erzeugt.
  • Die Maske kann beispielsweise eine 10.000 R dicke Goldschicht mit Fenstern sein, durch welche Teile der Halbleiteroberfläche exponiert sind. Ein Ionenbombardement der Maske erzeugt lokalisierte Zonen des entgegengesetzten Leitungstypus nur in jenen Bereichen des Halbleiter!aterials, welche durch die Fenster in der Maske freiliegend sind.
  • Ein potentieller Vorteil des Dotierende durch Ionen-Einpflanzung ist die Fähigkeit, die Dotierprofile in drei Dimensionen durch Modulieren der Energie, des Stromes und der Lage des Ionenstrahls steuern zu können. Beispielsweise kann in Fig. 3 die Zone 58 durch Ionen-Einpflanzung so erzeugt werden, daß sie eine Dotierstoffverteilung hat, bei der die Oberflächenteile der Zone weniger stark als die inneren Teile dotiert sind. Für viele die PSB-Dioden betreffenden Anwendungsfälle ist diese Dotie rp ro filfo rm vorteilhaft, weil hier eine niedrige Oberflächenkonzentration vorhanden ist, in welcher Schottky- Sperrschichtdioden mit niedriger Potentialschwelle erzeugt werden können, und weil gleichzeitig relativ hoch dotierte innere Teile den Kontakt-Serienwiderstand in der Diode reduzieren.
  • Fig. 4 zeigt eine Kennlinienkurve für eine Schottky-Sperrschichtdiode, die zwischen Rhodiumsilicid und p-Silizium erzeugt worden ist. Fig. 4 zeigt die verschiedenen Sperrstrom-Leitungsmechanismen, die in einer solchen Diode wirksam sind.
  • Im einzelnen ist die ausgezogene Linie 71 der tatsächliche Sperrstromverlauf als Funktion der Spannung für eine Diode, die auf Silizium mit einer Oberflächenkonzentration von 2 x 1017 Bor-/Atomen/cm² erzeugt worden ist. Die gestrichelte Linie 72 gibt den von einem idealen Übergang mit einer gleichrichtenden Sperrschicht konstanter Höhe zu erwartenden Sperrstrom wieder und ist als solcher eine Komponente des gesamten Sperrstroms in der Diode. Die gestrichelte Linie 73 bezeichnet die Größe des Stroms, der durch Tunneleffekt bei gegebenen Spannungswerten erzeugt wird, und ist daher eine weitere Komponente des Gesamtstroms in der Diode. Der gekrümmte Teil der Kurve 71 zwischen etwa 0, 015 Volt und etwa 7 Volt gibt die Erniedrigung der Sperrschichthöhe wieder, ein Mechanismus, der in dem Artikel von S. M. Sze, C. R. Crowell und D. Kahng in Journal of Applied Physics, Band 35, Nr. 8, August 1964, Seiten 2534-2536, erläutert ist. Wie aus der Kurve 71 in Fig. 4 ersichtlich ist, hat der Sperrstrom einer PSB-Diode einen von Hause aus nichtlinearen Verlauf mit der Spannung. Diese Nichtlinearität kann selbstverständlich in verschiedenen digitalen und linearen integrierten Schaltungsanwendungsfällen ausgenutzt werden.
  • Fig. 5 zeigt das Schaltbild einer speziell zur Verwendung der im Vorstehenden beschriebenen lmpedanz-Kennlinien in Sperrichtung der PSB-Dioden entworfenen Schaltung.
  • Die dargestellte Schaltung 81 ist eine halbleitende Speicherzelle unter Verwendung von PSB-Dioden als Lastimpedanzen.
  • Die Schaltung 81 weist zwei NPN-Transistoren 82 und 85 auf, die zur Erzeugung eines Flipflops miteinander verbunden sind. Die Basis des Transistors 82 liegt an der Anode einer PSB-Diode 83, deren Kathode am positiven Anschluß einer Spannungsquelle t+V1) liegt. Die Basis des Transistors 82 ist gleichfalls mit der Anode einer zweiten PSB-Diode 84 verbunden, deren Kathode am Kollektor des Transistors 85 liegt. Die Basis des Transistors 85 ist mit einer dritten PSB-Diode 86 verbunden, deren Kathode am Pluspol der Spannungsquelle (+V1) liegt. Die Basis des Transistors 85 ist des weiteren mit der Anode einer vierten PSB-Diode 87 verbunden, deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 82 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 82 und 85 sind an die Ziffernleitungen 89 bzw. 92 des halbleitenden Speichers über NSB-Dioden 88 und 91 in der dargestellten Weise verbunden.
  • Die Ziffernleitungen 89 und 92 sind - symbolisch dargestellt -über Widerstände 90 und 93 mit dem Pluspol einer zweiten Spannungsquelle t+V2) verbunden. Die Emitter der Transistoren 82 und 85 sind miteinander verbunden und aneine gemeinsame Wortleitung des halbleitenden Speichers angeschlossen.
  • Die Sperrimpedanzen der PSB-Dioden 83 und 86 sind als die Lastimpedanzen für die Transistoren 82 bzw. 85 verwendet.
  • Wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird, sind die Dioden 84 und 87 in der Schaltung nur deswegen vorgesehen, weil es einfacher ist, die integrierte Schaltung mit solchen Dioden herzustellen.
  • Beim Betrieb werden die Kopplungsdioden 88 und 91 während der Warteperioden typischorweise in Sperrichtung vorgespannt, so daß die Speicherzelle von den Ziffernleitungen praktisch entkoppelt ist. Die Schaltungsspannungen können beispielsweise für ttVl) etwa 2, 5 Volt und für (+V2) etwa 1 Volt betragen. Im Wartezustand kann die Wortleitungsspannung etwa 1, 5 Volt iTetragen. Daher ist im Wartezustand die Gesamtspannung von (+V1) zu den Emittern der Transistoren 82 und 85 etwa 1 Volt.
  • Es sei nun angenommen, daß der Transistor 82 eingeschaltet ist. Dann fließt der Kollektorstrom für den Transistor 82 von der Spannungsquelle j(+V1) durch die Diode 86 in Sperrichtung und durch die Diode 87 in der Durchlaßrichtung. Zur Minimalisierung ihrer Wirkung in der Schaltung sind die Sioden 84 und 87 vorteilhaft so entworfen, daß sie zumindest die doppelte Fläche der Dioden 83 und 96 haben. Bei eingeschaltetem Transistor 82 beträgt dessen Kollektor-Emitter-Spannung etwa 0, 2 Volt. Der Durchlaßspannungsabfall an der Diode ist etwa 0, 02 Volt. Es verbleiben also etwa 0, 78 Volt üder der Diode 86 in Sperrichtung. Insoweit die EmitterlBasis-Spannung des Transistors 82 etwa 0, 55 Volt sein wird, liegen nur etwa 0, 45 Volt an der Diode 83 in Spenichtung . Haben die Dioden 83 und 86 gleiche Größe und gleichen Aufbau, um beispielsweise 40 Mikroampere in Sperrichtung bei 0, 7 Volt und etwa 30 Mikroampere bei 0, 45 Volt zu führen, so ist die im Wartezustand in der Zelle verheizte Leistung etwa 70 Mikrowatt.
  • Um in die Zelle einzuschreiben, wird die Spannung auf der Wortleltung auf ungefähr Erdpontential reduziert, und ein zusätzlicher Strom von außerhalb der Zelle wird über eine der Kopplungsdioden 88 oder 91 zugeführt. Wenn beispielsweise der Transistor 82 eingeschaltet ist, und es ist gewünscht, den Transistor 85 einzuschalten, so wird ein zusätzlicher Strom, beispielsweise einige Milliampere, durch die Diode 88 zugeführt.
  • Dieser Strom fließt anfänglich in den Kollektor des Transistors 82, der so entworfen ist, daß er einen relativ hohen Kollektorreihenwiderstand, beispielsweise 300 Ohm, besitzt. Die Spannung am Kollektorreihenwiderstand ist, so, daß der Emitter/Basis-Übergang des Transistors 85 in Durchlaßrichtung vorgespannt und dadurch der Transistor 85 eingeschaltet wird. Wenn dieser Transistor einschaltet, nimmt seine Kollektorspannung ab und der Transistor 82 schaltet ab; In ähnlicher Weise wird, wenn es gewünscht ist, den Transistor 82 einzuschalten, ein Überschußstrom der Diode 91 von der Ziffernleitung 92 zugeführt.
  • Wie bei der vorstehend beschriebenen Einschreiboperation wird zum Auslesen oder Abfragen des Status der Zelle 81 die Wortleitungsspannung wieder auf nahezu Erdpotential reduziert. Diejenige Kopplungsdiode, entweder 88 oder 91, welche mit dem jeweils eingeschalteten Transistor verbunden ist, wird einen dynamischen Strom von der Ziffernleitung in die Zelle einführen. Insoweit dieser dynamische Strom hauptsächlich von der Entladung der der Ziffernleitung zugeordneten parasitären Kapazität herrührt, ändert sich die Spannung auf der Ziffernleitung. Unter Verwendung eines abgeglichenen Detektors wird dann die Polarität der Spannung zwischen den Ziffernleitungen abgetastet, um den Status der Zelle zu bestimmen.
  • Fig. 6A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine mögliche integrierte Schaltungsausführung für eine Reihe der in Fig. 5 dargestellten Speicherzellen; Fig. 6B zeigt eine Schnittansicht der Fig. 6A längs der Linie 6B-6B. Entsprechende Elemente sind in den Figuren 5, 6A und 6B mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In der vor Herstellung monolithischer integrierter Schaltungen bekannten Weise wird eine Reihe identischer Speicherzellen in einer einkristallinen Siliziumscheibe 101 erzeugt. Die Scheibe weist ein ursprüngliches Unterlagematerial 102 m-it p- Leitfähigkeit sowie eine relativ dünne hierauf epitaktisch aufgewachsene n-Schicht 103 auf. Die Schicht 103 mag als typischen Wert 0, 3 Ohm-Centimeter für den spezifischen Widerstand um etwa 4 Mikrometer für die Dicke haben. Eine lokalisierte, tiefe Eindiffusion von Bor bildet die p-Isolationszon-en 104, die relativ niedrigen spezifischen Widerstand haben. Eine weitere lokalisierte Eindiffusion von Bor bildet die Basis-Zone 105 17 2 mit einer Oberflächenkonzentration von etwa 10 Atomen/cm Eine lokalisierte Eindiffusion von Phosphor bildet die n-Zonen 106, 107 und 108 relativ niedrigen spezifischen Widerstandes. Dann wird, wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist, eine relativ dünne Rhomdiumschicht an die durch Oxydmaskenfenster exponierte Halble ite robe rfläche gesintert, um die virtuell ohmschen Anschlüsse zu den Halbleiterzonen niedrigen spezifischen Widerstandes und die Schottky-Sperrschichtdioden zu den Zonen relativ hohen spezifischen Widerstandes zu erzeugen.
  • Ersichtlich können zahlreiche Anordnungen gewählt werden, um den tatsächlichen elektrischen Kontakt zu den Halbleiterzonen zu bewerkstelligen und um die Zwischenverbindung integrierter Anordnungen funktioneller Elemente zum Erhalt der integrierten Schaltungszelle zu realisieren. Hierfür eignet sich besonders vorteilhaft die Stützleiter-Technologie, wie diese in der U. S.-Patentschrift Nr. 3 335 338 beschrieben ist.
  • Im einzelnen zeigen die Fig. 6A und 6B nun einen Flipflop-Transistor 82 mit einer BeElszone 105 relativ hohen spezifischen Widerstandes und einer hierin eingelassenen Emitterzone 108 relativ niedrigen spezifischen Widerstandes. Rhodiumsilicid-Silizium-PSB-Dioden 83 und 84 sind in der Basiszone 105 erzeugt.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist die Diode 84 nur deswegen vorgesehen, weil eine gesonderte Diffusionsbehandlung erforderlich sein würde, sie zu vermeiden. Im einzelnen würde, obgleich es wünschenswert wäre, einen ohmschen Anschluß an die Basis zu haben, eine hoch dotierte p-Zone zu erzeugen sein, um die Entstehung einer Diode zu verhindern. Um den Einfluß der Diode 84 auf die Schaltung zu minimalisieren, wird jene größer als die Diode 83 gemacht, so daß die Diode 84 einen höheren Sperrstrom und eine kleinere Durchlaßspannung hat. Die gleichen Erwägungen treffen auch auf die Diode 87 bezüglich der Diode 86 zu.
  • Verbindungen 111 und 112 von den Dioden 87 und 84 zu den n-Kollektoren der Transistoren 82 und 85 sollten ebenfalls ohmisch sein. Glücklicherweise ist die Grenzfläche zwischen Rhodiumsilicid und den stark dotierten Emitterzonen virtuell ohmisch. Daher wurden während der Emitter-Eindiffusion stark dotierte n-Zonen in der epitaktischen Schicht 103 erzeugt. um die virtuell ohmischen Anschlüsse 111 und 112 zu bilden. Die Kopplungsdioden 88 und 91 sind NSB-Dioden, die, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, hergestellt sind, Die stark dotierten n-Zonen 106 und 107, die in der p-Isolationszone 104 erzeugt sind, dienen für den Leitungsweg zwischen dem positiven Anschluß der Speisespannungsquele FV1) und jeder Zelle. Zu diesem Zweck sind PSB-Dioden 83 und 86 als mit den n-Zonen 106 bzw. 107 verbunden dargestellt.
  • Man sieht, daß die Wortleitung 94 unter den Ziffernleitungen 89 und 92 hindurch über eine stark dotierte n-Zone 113 verläuft.
  • Es sollte sich verstehen, daß die speziellen, hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind. Zahlreiche Abwandlungen sind möglich. Beispielsweise können statt Rhodium andere Metalle, wie Platin, Zirkon und Palladium, und auch Metall-Legierungen, verwendet werden, um Schottky-Sperrschichtdioden hoher Qualität mit gleichrichtenden Sperrschichthöhen zu erhalten, die-von den Rhodiumsilicid-Silizium-Dioden, die hier im einzelnen erläutert worden sind, abweichen.
  • Weiter sollte es ersichtlich sein, daß die Verwendung von PSB-Dioden alE Schaltungselemente relativ hoher Impedanz eine äußerst vorteilhafte Maßnahme ist, die generell in der Mikroleistungsschaltungstechnik anwendbar ist, deshalb als solche nicht auf die vorstehend beschriebene digitale Ausführungsform beschränkt ist.
  • Fernerhin soUte es sich auch verstehen, daß NSB-Dioden als Elemente hoher Impedanz in Schaltungen verwendet werden können, die höhere Impdanzwerte haben, als jene bequem in PSB-Dioden verfügbar sind.
  • Schließlich sollte es sich auch verstehen, daß PSB-Dioden und/oder NSB-Dioden als Elemente hoher Impedanz in Schaltungen mit Feldeffekttransistoren verwendet werden können.

Claims (4)

PATENTANSPRÜC HE
1. Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode in einem Siliziumkörper, der eine ebene Hauptfläche besitzt, gekennzeichnet durch Erzeugen zumindest einer Zone mit einer relativ niedrigen Akzepto rkonzentration benachbart der Hauptfläche in dem Körper, durch Erzeugen einer Maske auf der Hauptfläche derart, daß zumindest ein Teil der Oberfläche der Zone durch ein Fenster in der Maske hindurch exponiert ist, durch der Reinigung des exponierten Teils der Oberfläche dienende Riickzerstäubung, durch Niederschlagen einer gleichförmigen Schicht eines Materials, das aus der aus Metallen und Metall-Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, auf die Maske und das Fenster derart, daß ein Teil der Schicht an den Teil der Oberfläche der Zone angrenzt, durch Warmbehandlung des Körpers bei erhöhter Temperatur für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um ein Metallsilicid zu bilden derart, daß eine Schottky-Sperrschichtdiode entsteht, bei welcher das Metallsilicid die Kathode und das Silizium die Anode ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die gleichförmige Schicht aus der aus Rhodium, Platin, Palladium, Zirkon und Legierungen dieser Metalle bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptorkonzentration benachbart der Oberfläche 17 als 3 kleiner als 5 x 10 /cm gewählt wird, daß als das Metall Rhodium verwendet wird und daß für die erhöhte Temperatur 450 - 7500C zur Anwendung gelangen.
4. Schottky-Diode, hergestellt nach dem Verfahren entsprechend einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch einen gleichrichtenden Übergang von Rhodiumsilicid und p-Silizium.
Leerseite
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