DE2128934A1 - Semiconductor arrangement with at least two transistors and method for producing the same - Google Patents
Semiconductor arrangement with at least two transistors and method for producing the sameInfo
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Description
^GÜNTHER M. DAVID FHH.4911.^ GÜNTHER M. DAVID FHH.4911.
Potontassesscr Va/EVH.Potontassesscr Va / EVH.
Akte: PHN- 4911 O1 OOQO/File: PHN- 4911 O1 OOQO /
Anmeldung vom 1 9.Juni 1971 Z \ Δ O 3 O *+ Registration dated June 1, 1971 Z \ Δ O 3 O * +
Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Transistoren und Verfahren zur Herstellung derselben.Semiconductor arrangement with at least two transistors and method to manufacture the same.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, in dem sich die Halbleiterzonen mindestens eines ersten und eines zweiten Transistors erstrecken, welche Tranaistoren mit Hilfe einer Iaolierzone gegeneinander isoliert sind, wobei der Halbleiterkörper eine praktisch ebene Oberfläche aufweist und sowohl der erste als auch der zweite Transistor mindestens eine Gruppe drei aufeinander folgender an diese Oberfläche grenzender Halbleiterzonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps besitzt, wobei von den beiden Gruppe von drei Zonen sich die zweite Zone - von der Oberfläche her gesehen - bis unterhalb der ersten Zone und sich die dritte Zone bis unterhalb der zweiten Zone erstreckt, während entsprechende Zonen der beiden Gruppen vom gleichen LeitfähigkeitstypThe invention relates to a semiconductor arrangement with a semiconductor body in which the semiconductor zones are at least a first and a second transistor extend which transistors are isolated from each other with the help of an Iaolierzone, wherein the semiconductor body has a practically flat surface and both the first and the second transistor at least a group of three successive semiconductor zones of alternating conductivity type adjoining this surface, with from the two groups of three zones, the second zone - seen from the surface - to below the first zone and itself the third zone extends below the second zone, while corresponding zones of the two groups are of the same conductivity type
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- * - , PHN.4911.- * -, PHN.4911.
sind. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung.are. The invention further relates to a method for producing such a semiconductor arrangement.
Derartige Halbleiteranordnungen mit zwei oder mehreren gegeneinander isolierten Transistoren sind z.B. aus "Philips Technical Review", Heft 27, Nr. 7, 1966, Seiten 192 - 199 bekannt. Die darin beschriebenen integrierten Schaltungen enthalten mehrere isolierte npn-Transistoren, die vom transversalen oder vertikalen Typ sind, das heisat, dass - von der Halbleiteroberfläche her gesehen - die Emitter-, die Basis- und die Kollektorzone untereinander liegen. Die n-leitenden Kollektoren dieser Transistoren werden durch Teile einer epitaktischen Schicht gebildet, die auf einem p-leitenden Substrat angebracht ist. Die gegenseitige Isolierung der Transistoren ist dadurch erhalten» dass die n-leitende epitaktische Schicht mit einem System diffundierter p-leitender Isolierzonen, die zusammen ein Gitter bilden und sich von der Halbleiteroberfläche bis in das Substratgebiet erstrecken, in eine Anzahl gesonderter n-leitender Teile oder Inseln aufgeteilt ist. Bei dieser Bauart werden im Halbleiterkörper, von einem zu dem anderen Transistor gehend, zwei pn-UebergSnge passiert, die eine gegensinnige Reihenschaltung zweier Dioden bilden, wodurch die gegenseitige elektrische Isolierung der Transistoren wenigstens flir Spannungen, die die Durchschlagspannung der erwähnten Dioden unterschreiten, gesichert ist.Such semiconductor arrangements with two or more transistors isolated from one another are for example from "Philips Technical Review ", No. 27, No. 7, 1966, pages 192-199 known. The therein integrated circuits described contain several isolated npn transistors, which are of the transverse or vertical type, That means that - seen from the semiconductor surface - the The emitter, base and collector zones lie one below the other. The n-type collectors of these transistors are divided by parts an epitaxial layer formed on top of a p-type Substrate is attached. The mutual isolation of the transistors is thereby obtained »that the n-type epitaxial layer with a system of diffused p-conducting insulation zones, which together form a grid and extend from the semiconductor surface into the substrate area into a number of separate n-type conductors Parts or islands is divided. With this type of construction, two transistors go from one transistor to the other in the semiconductor body pn transitions happened, which were connected in series in opposite directions two diodes form, whereby the mutual electrical insulation of the transistors at least for voltages that the breakdown voltage of the diodes mentioned, is secured.
Bai diesen bekannten integrierten Schaltungen wird ein wesentlicher Teil der verfügbaren Halbleiteroberfläche von den tiefen und somit auch breiten Isolierzonen beansprucht, wodurch die Grosse der for die Schaltungselemente selber zur Verfügung stehenden Halbleiteroberfläche, und zwar die Gesamtoberfläche der isolierten Inseln, beschränkt ist.Bai these known integrated circuits is a substantial part of the available semiconductor surface from the deep and thus also demands wide isolation zones, thereby increasing the size the ones available for the circuit elements themselves Semiconductor surface, namely the total surface of the isolated islands, is limited.
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-·*·- FHN.4911.- * * - FHN.4911.
In "Electronics", Heft 41, Nr. 22, vom 28. Oktober I968, Seite 6 E (international Edi'tion) wurde ein Transistor zur Anwendung in integrierten Schaltungen beschrieben, der viel weniger Raum in Anspruch nimmt. Bei diesem selbstisolierenden Transistor dient die Kollektorzone, die schalenförmig gestaltet ist und die Basiszone völlig umachliesst, zugleich als Isolierung. Dabei wird die Basiszone durch einen von der Kollektorzone umgebenen Teil der epitaktischen Schicht gebildet, welche Schicht in diesem Falle den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat aufweist. In dieser epitaktischen Basiszone ist eine diffundierte Emitterzone angebracht. Auch bei dieser Struktur ist die gegenseitige elektrische Isolierung der Schaltungselemente gesichert, weil - von einem Transistor zu dem anderen gehend - mindestens zwei pn-TJebergänge passiert werden.In "Electronics", No. 41, No. 22, from October 28, 1968, Page 6 E (international edition) a transistor was used described in integrated circuits, which takes up much less space. In this self-isolating transistor, the Collector zone, which is designed in the shape of a bowl and completely surrounds the base zone, at the same time as insulation. This becomes the base zone formed by a part of the epitaxial layer surrounded by the collector zone, which layer in this case has the same conductivity type as the substrate has. A diffused emitter zone is provided in this epitaxial base zone. Also at This structure ensures the mutual electrical isolation of the circuit elements because - from a transistor to the going to others - at least two pn-T jumps are passed.
Bei der zuletzt beschriebenen Transistorstruktur ist die Dicke der Basiszone unterhalb des Emitters u.a. von der Dicke der angewachsenen epitaktischen Schicht abhängig. Da die Basisdicke elektrische Eigenschaften eines Transistors, wie den Stromveretärkungsfaktor, in erheblichem Masse beeinflusst, muss die epitaktische Schicht sorgfältig und mit einer über die ganze Halbleiterscheibe gleichmässigen Dicke angebracht werden.In the case of the transistor structure described last, the thickness of the base zone below the emitter depends, among other things, on the thickness of the grown epitaxial layer dependent. Since the base thickness has electrical properties of a transistor, such as the current gain factor, influenced to a considerable extent, the epitaxial layer must be carefully and with one over the entire semiconductor wafer uniform thickness.
Ferner kann es in verschiedenen Schaltungen, insbesondere in logischen Schaltungen, vorkommen, dass beim Betrieb der Basis-Kollektor-Uebergang wenigstens zeitweilig in der Vorwärtsricbtung wirksam wird. Dies kann bei den beiden beschriebenen Transistorstrukturen eine unerwünschte Transistorwirkung veranlassen, weil in den beiden Strukturen der pn-Uebergang zwischen der Kollektorzone und dem Substrat wegen der erforderlichen Isolierung in der Sperrichtung vorgespannt ist, wodurch das Substrat als KollektorFurthermore, it can happen in various circuits, in particular in logic circuits, that the base-collector transition during operation is at least temporarily effective in the forward direction. This can be done with the two transistor structures described cause an undesirable transistor effect, because in the two structures the pn junction between the collector zone and the substrate is reverse biased because of the required isolation, whereby the substrate acts as a collector
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für die aus der Basiszone in die Kollektorzone injizierten Ladungsträger virken kann. Auf diese Weise können grosae Leckströme zu dem Substrat fliessen.for the charge carriers injected from the base zone into the collector zone. In this way, large leakage currents can occur flow through the substrate.
Weiter ist bei den beiden beschriebenen Arten integrierter Schaltungen ein wesentlicher Teil der verfügbaren Oberfläche des Halbleiterkörpers für die elektrische Verbindung zwischen den unterschiedlichen Schaltungselementen benötigt. Die Verbesserung der Herstellungstechniken bringt eine Zunahme der Anzahl Schaltungselemente pro in-tegrierte Schaltung mit sich und vergrössert somit die Komplexität der Schaltung, was zur Folge hat, dass die Metallisierung, mit deren Hilfe die elektrischen Verbindungen zwischen den Elementen hergestellt werden, einen sich stets vergrössernden Teil der Oberfläche in Anspruch nimmt.Furthermore, in the case of the two types of integrated circuits described, a substantial part of the available surface area of the Semiconductor body required for the electrical connection between the different circuit elements. The improvement in manufacturing techniques brings an increase in the number of circuit elements per integrated circuit and thus increases the complexity of the circuit, which means that the metallization, with the help of which the electrical connections between the elements are established, occupies an ever-increasing part of the surface.
Zur Vereinfachung des benötigten Verdrahtungsmusters und zur Verkleinerung der für jedes Schaltungselement benötigten Halbleiteroberfläche wurde bereits vorgeschlagen, z.B. Transistoren, deren Kollektoren in der Schaltung das gleiche Potential führen, in demselben isolierten Teil oder in derselben isolierten Insel des Halbleiterkörpers anzubringen, so dass diese Transistoren tatsächlich eine gemeinsame Kollektorzone aufweisen. In vielen Fällen und insbesondere bei logischen Schaltungen, die meistens au« einer Anzahl gleicher Toraohaltungen aufgebaut sind, ist dabei ein Kompromis unvermeidlich, bei dem die betreffenden Transistoren über eine Anzahl isolierter Inseln, die je eine gemeinsame Kollektorzone bilden, verteilt werden müssen, wobei im allgemeinen jede Torschaltung eine solche Insel aufweist, weil sonst lange Leiterbahnen for die Verbindungen mit den übrigen isolierten Schaltungselementen erforderlich sind. Da sich kreuzende Verbindungen vermieden werden, nimmt die Komplexität des MitallisierungsmustersTo simplify the wiring pattern required and to reduce the size of the semiconductor surface required for each circuit element, it has already been proposed, e.g. transistors, whose collectors in the circuit have the same potential, in the same isolated part or in the same isolated island of the semiconductor body, so that these transistors actually have a common collector zone. In many Cases, and especially with logical circuits, which are mostly built up from a number of identical Torah positions, are included a compromise inevitable, in which the transistors concerned must be distributed over a number of isolated islands, each forming a common collector zone, generally each Gate circuit has such an island, because otherwise long conductor tracks are required for the connections with the other isolated circuit elements. Since cross connections are avoided, the complexity of the mitallization pattern increases
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und die Glosse dex dazu benötigten Oberfläche im letztexen Falle zu.and the gloss dex to the surface required for this in the latter case.
Die Eifindung bezweckt u.a., eine Halbleiteranordnung mit gegeneinander isolierten Transistoren zu schaffen» bei der die Gefahr vox parasitärer Transistorwirkung in erheblichem Masse verringert ist. Weiter hat sie zum Zweck, eine Transistorstruktur zu schaffen, die selbstisolierend ist und bei der die erwähnte Abhängigkeit der Dicke der Basiszone von dex Dicke der epitaktischen Schicht wenigstens grösstenteils vermieden wird.The aim of the invention is, inter alia, to provide a semiconductor device to create with transistors isolated from one another »in which the Risk of parasitic transistor action is reduced to a considerable extent. It also has the purpose of a transistor structure to create which is self-insulating and in which the aforementioned dependence of the thickness of the base zone on the thickness of the epitaxial Layer is at least largely avoided.
Dex Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erzielt werden kann, dass statt dex Kollektoxzone die Basiszone des Transistors zugleich als Isolierzone benutzt wird, in welchem Falle eine Tiansistoxstxuktux erhalten werden kann, die ausserdem noch eine Anzahl anderer Vorteile bieten kann, die nachstehend näher beschrieben werden.Dex invention is based, among other things, on the knowledge that this can be achieved in that instead of the collector oxide zone, the base zone of the transistor is also used as an insulating zone, in in which case a tianos toxicity can be obtained which may also offer a number of other advantages which will be further described below.
Eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone des ersten Tiansiators neben dem zwischen der ersten und der dritten Zone dieses Transistors liegenden Teil einen mit diesem zwisohenliegenden Teil zusammenhängenden schalenförmigen Teil enthält, wodurch die letztexe zweite Zone die dxitte Zone des ersten Transistors im Halbleiterkörper pxaktieoh völlig umgibt und die Isolierzone bildet, die mit der dritten Zone des zweiten Transistors einen den ersten Tiansistoi umgebenden isolierenden pn-Uebergang bildet.According to the invention, a semiconductor arrangement of the type described at the outset is characterized in that the second zone of the first Tiansiator next to the part lying between the first and the third zone of this transistor one with this intermediate part contains contiguous bowl-shaped part, whereby the lastxe second zone the dxitte zone of the first The transistor in the semiconductor body pxaktieoh completely surrounds and forms the insulating zone which, with the third zone of the second transistor, forms an insulating pn junction surrounding the first Tiansistoi forms.
Dex erste Transistor kann «in Feldeffekttransistor sein, wobei die erste Zone z.B. ringförmig gestaltet ist und eine erste Torelektrode bildet, wobei dann die dxitte Zone als zweit· Torelektrode dient· Auch kann die erste Zone eine Zone sein, die den zwischen-Dex first transistor can be «in field effect transistor, the first zone being, for example, ring-shaped and forming a first gate electrode, the dxitte zone then being the second gate electrode The first zone can also be a zone that serves the intermediate
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liegenden Teil der zweiten Zone örtlich Überlappt, wodurch eine Verbindung zwischen der ersten und der dritten Zone erhalten wird und diese beiden Zonen zusammen die Torelektrode bilden. In beiden Fällen enthält die zweite Zone die Quellen- und die Senkenzone und das zwischenliegende Kanalgebiet.lying part of the second zone locally overlaps, whereby a Connection between the first and the third zone is obtained and these two zones together form the gate electrode. In both Cases, the second zone contains the source and sink zones and the intermediate canal area.
Vorzugsweise ist der zweite Transistor ein transversaler bipolarer Transistor, wobei die erste Zone dieses Transistors im Halbleiterkörper völlig von der zweiten Zone rageben ist. Dabei bildet die zweite Zone die Basiszone des Transistors. Vorzugsweise wird von der ersten und der dritten Zone die kleinere als Emitter und die grössere als Kollektor benutzt. In diesem Falle ist die erste Zone die Emitterzone und die dritte Zone die Kollektorzone des bipolaren Transistors.Preferably, the second transistor is a transverse bipolar transistor, the first zone of this transistor in the Semiconductor body is completely ragben from the second zone. The second zone forms the base zone of the transistor. Preferably The smaller of the first and third zones is used as an emitter and the larger as a collector. In this case it is the first zone is the emitter zone and the third zone is the collector zone of the bipolar transistor.
Bei einer besonderen Ausführungsforra der Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist insbesondere der erste Transistor ein transversaler bipolarer Transistor, wobei die erste Zone im Halbleiterkörper vom zwisohenliegenden Teil der zweiten Zone umgeben ist. Auch bei dieser Struktur bilden die erste und die dritte Zone vorzugsweise die Emitter- bzw. die Kollektorzone des Transistors.In a special embodiment of the semiconductor device According to the invention, in particular the first transistor is a transversal bipolar transistor, the first zone in the semiconductor body being surrounded by the intermediate part of the second zone. In this structure, too, the first and third zones preferably form the emitter and collector zones of the transistor.
Bei einer derartigen Halbleiteranordnung grenzt die Kollektorzone des ersten Transistors an keiner einzigen Stelle an die dritte Zone des zweiten Transistors, welche Zone für den ersten Transistor als Substrat dient. Ladungsträger, die aus der Basiszone in der Kollektorzone injiziert werden, können dadurch nicht mehr als Leckströme zu den Substrat abfliesaen. Andererseits wird aber im Vergleich zu dem beschriebenen bekannten selbstieolierenden Transistor ein etwas grösserer Raun in Anspruch genommen· Im Vergleich zu den beschriebenen nioht-selbstisolieienden TransistorenIn such a semiconductor arrangement, the collector zone of the first transistor does not adjoin the at any point third zone of the second transistor, which zone for the first Transistor serves as a substrate. Charge carriers that are injected from the base zone into the collector zone cannot, as a result more than leakage currents flow to the substrate. On the other hand will but compared to the known self-insulating one described Transistor takes up a somewhat larger space · Compared to the non-self-isolating transistors described
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wixd jedoch eine beträchtliche Räumersparung erzielt, hauptsächlich dadurch, dass keine gesonderten Isolierzonen, die Ja infolge der wegen der Orientierung der unterschiedlichen Diffusionsmasken zu berücksichtigenden Toleranzen in relativ grosser Entfernung von dieser Basiszone liegen nüssen, benotigt werden.however, wixd achieves considerable space savings, mainly by the fact that there are no separate isolation zones, which Yes as a result of the Due to the orientation of the different diffusion masks, tolerances to be taken into account at a relatively large distance therefrom Base zone lie nuts that are needed.
Ss vurde bereite bemerkt, dass bei den beschriebenen bekannten integrierten Schaltungen für die gegenseitige Isolierung der Schaltungselemente zwei pn-Uebergänge verwendet werden, die eine gegensinnige Reihenschaltung bilden. Bei der Halbleiteranordnung nach dex Erfindung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Transistor nur ein einziger isolierender pn-üebergang vorhanden, der beim Betrieb in der Sperrichtung vorgespannt ist.Ss v was already noticed that known in the case of the described integrated circuits for the mutual isolation of the circuit elements two pn junctions are used, the form an opposing series connection. In the case of the semiconductor device according to the invention is between the first and the second transistor only a single isolating pn junction is present, which is the Operation is biased in the reverse direction.
Das Substrat des Halbleiterkörpers kann als Anschluss, z.B. als Speiseanschluss, der Anordnung verwendet werden, wodurch in vielen Fällen das Metallisierungsmuster vereinfacht wird. Die Transistoren »it einen gemeinsamen Kollektoranschluss brauchen nicht zusammen in einer Insel oder in einigen Inseln untergebracht zu werden, sondern sie sind, weil das Substrat nun die gemeinsame Kollektorzone bildet, weniger ortsgebunden· Sie können, ohne dass dazu eine gxoasere ObexflSche benötigt wird, derart angeordnet werden, daas integrierte Schaltungen mit einer einfachen Topologie mit Hilfe eines Metallisierungsmusters aus verhältnismäßig kurzen Leiterbahnen erhalten werden können. Beim Entwerfen des "Layout" kann meistens von der Metallisierung ausgegangen werden· Venn das Metallisierungeeraater einmal entworfen worden iet, können gemSss diesem Muster die Schaltungselemente angeordnet werden» Dies im Gegensatz «u de· bisher üblichen Entwerfverfahren, bei dem zunSohst die Lagerung dex Schaltungselemente bestimmt und dann ein dieserThe substrate of the semiconductor body can be used as a connection, for example as a feed connection, of the arrangement, as a result of which the metallization pattern is simplified in many cases. The transistors with a common collector connection do not need to be accommodated together in one island or in some islands, but because the substrate now forms the common collector zone, they are less fixed in terms of location can be arranged because integrated circuits with a simple topology can be obtained with the aid of a metallization pattern of relatively short conductor tracks. When designing the "layout" can usually be assumed that the metallization · Venn the Metallis iet designed ierungeeraater once gemSss to this pattern, the circuit elements are arranged "This is in contrast" u de · usual Entwerfverfahren in which the storage zunSohst dex circuit elements determined and then one of these
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Lagerung angepasstes Metallisierungsmuster entworfen wird.Storage adapted metallization pattern is designed.
Veiter ist es namentlich bei Anwendung in logischer Schaltung u.a. vorteilhaft, dass der Basis-Kollektor-Uebergang aus zwei Teilen besteht. Der erste Teil dieses Uebergangs befindet sich zwischen dem zwischenliegenden Teil der Basiszone und der Kollektorzone. Dieser Teil trägt insbesondere zu der Transietorwirkung der Struktur bei und sammelt im Betriebszustand die von der Emitterzone in die Basiszone injizierten Ladungsträger. Der zweite Teil erstreckt sich zwischen dem schalenfö'rmigen isolierenden Teil der Basiszone und der Kollektorzone. Dieser zweite Teil bildet eine Diode, die zu dem ersten Teil, der den eigentlichen Basis-Kollektor-Uebergang des Transistors bildet, parallel geschaltet ist und die verhindert, dass der Transistor weitgehend gesättigt wird, woduroh die Schaltgeschwindigkeit vergrössert wird. Dieser Transistor bleibt aber wegen der verhältnismässig grossen Länge des pn-Uebergangs zwischen der zweiten und der dritten Zone, wodurch die Basis-Kollektor-Kapazität verhältnismässig gross sein kann, für Anwendungen, bei denen an die Schaltgeschwindigkeit besonders strenge Anforderungen gestellt werden, weniger geeignet.It is Veiter especially when used in a logical circuit Among other things, it is advantageous that the base-collector junction consists of two parts consists. The first part of this transition is between the intermediate part of the base zone and the collector zone. This part in particular contributes to the transit gate effect of the structure and collects the charge carriers injected from the emitter zone into the base zone in the operating state. The second part extends between the bowl-shaped insulating part of the base zone and the Collector zone. This second part forms a diode that connects to the first part, which is the actual base-collector junction of the Transistor forms, is connected in parallel and which prevents the transistor from being largely saturated, which reduces the switching speed is enlarged. However, because of the relatively large length of the pn junction, this transistor remains between the second and the third zone, whereby the base-collector capacitance can be relatively large, for applications in which to the Switching speed particularly strict requirements are made less suitable.
Weiter ist die Dicke der Basiszone unterhalb der Emitterzone gleich dem Unterschied in der Eindringtiefe zweier Oberflächenzonen und von der Dicke einer etwaigen epitaktischen Schicht unabhängig.Furthermore, the thickness of the base zone below the emitter zone is equal to the difference in the penetration depth of two surface zones and independent of the thickness of any epitaxial layer.
Meistens grenzt der schalenförmige isolierende Teil an die dritte Zone des ersten Transistors, so dass die zweite Zone die dritte Zone im Halbleiterkörper nicht nur umgibt, sondern auch auf allen Seiten an die dritte Zone grenzt und mit dieser Zone einen pn-Uebergang bildet.Most often the bowl-shaped insulating part is adjacent to the third zone of the first transistor, so that the second zone not only surrounds the third zone in the semiconductor body, but also on it adjoins the third zone on all sides and forms a pn junction with this zone.
Vorzugsweise hängt der zwisohenliegende Teil an oderPreferably the intermediate part is attached to or
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■wenigstens in der Nähe der Oberfläche mit dem schalenförmigen isolierenden Teil zusammen, wobei sich der zwiachenliegende Teil in einer zu der Oberfläche parallelen Richtung bis in die Nähe dea isolierenden Teiles erstreckt und sich dort an den isolierenden Teil anschliesst. Der zwisohenliegende Teil bildet dabei einen Ansatz oder Ausläufer des schalenfSrmigen isolierenden Teiles, welcher Ausläufer sich an der Oberfläche entlang und oberhalb eines Teiles der dritten Zone erstreckt.■ at least in the vicinity of the surface with the bowl-shaped insulating part together, the intermediate part in a direction parallel to the surface up to the vicinity of the insulating Part extends and connects there to the insulating part. The intermediate part forms an approach or tail of the bowl-shaped insulating part, which runners are attached to extends the surface along and above part of the third zone.
Sie dritte Zone des zweiten Transistors kann z.B. eine epitaktische Schicht sein, die auf einem Substrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist. Bei einer besonderen Ausführungsform der Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist die dritte Zone des zweiten Transistors ein Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp, auf dem eine epitaktiaohe Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp angebracht ist, wobei der schalenförmige isolierende Teil der zweiten Zone eine Oberflächenzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers einen Teil der epitaktisohen Schicht umgibt und sich im Halbleiterkörper bis zu einem Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp erstreckt, das an der Grenzfläche zwisohen der epitaktischen Schicht und dem Substrat liegt. Dabei bildet die erwähnte Oberflächenzone die Wand des schalenfurmigen isolierenden Teiles der zweiten Zone, welche Wand sich auf allen Seiten an den durch das vergrabene Gebidt gebildeten Boden der Schale ansohliesst und mit diesem Boden zusammenhängt. Der innerhalb dieses Schale liegende Teil der epitaktischen Schicht bildet die dritte Zone des ersten Transistors.The third region of the second transistor can be, for example, an epitaxial layer deposited on a substrate of the opposite conductivity type. In a particular embodiment of the semiconductor device according to the invention third zone of the second transistor is a substrate of the first conductivity type on which an epitaxial layer of the same Conductivity type is attached, the cup-shaped insulating Part of the second zone has a surface zone of the second conductivity type, which on the surface of the semiconductor body a Part of the epitaxial layer surrounds and is in the semiconductor body extends to a region of the second conductivity type, which is at the interface between the epitaxial layer and the Substrate lies. The aforementioned surface zone forms the wall the bowl-shaped insulating part of the second zone, which Walled itself on all sides to the bottom of the shell formed by the buried structure and is connected to this bottom. The part of the epitaxial layer lying within this shell forms the third zone of the first transistor.
Sex spesifische Widerstand der epitaktisohen Schicht kann auf Übliche Weise an die den Kollektorzonen zu stellenden AnforderungenSex specific resistance of the epitaxial layer can in the usual way to the requirements to be placed on the collector zones
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angepasst werden, während vorteilhaft ein niederohmigea Substrat verwendet werden kann, dessen spezifischer Widerstand niedriger als der der epitaktischen Schicht ist. Des Halbleiterkörper kann dann auf einfache Weise auf des Substratseite kontaktiert werden, damit er an ein geeignetes Potential angelegt werden kann.be adapted, while advantageously a low-resistance substrate whose specific resistance is lower than that of the epitaxial layer can be used. The semiconductor body can can then be contacted in a simple manner on the substrate side so that it can be applied to a suitable potential.
Die erwähnte epitaktische Schicht kann eine zusammengesetzte Schicht sein» die aus zwei oder mehreren epitaktischen Schichten vom ersten Leitfähigkeitstyp mit dem gleichen oder mit einem verschiedenen spezifischen Widerstand aufgebaut ist,The epitaxial layer mentioned may be a composite layer consisting of two or more epitaxial layers Layers of the first conductivity type with the same or with a different specific resistance is built up,
Sie vorliegende Erfindung ist vor· besonderer Bedeutung für integrierte Schaltungen, die neben den bereits erwähnten Transistoren noch andere isolierte Schaltungselemente t wie Dioden, weitere Transistoren, Transistoren vom komplementären Typ, Feldeffekttransistoren, Kapazitäten und/oder WiderstSnde, enthalten· Vorzugsweise ist dann mindestens ein weiteres Schaltungeelement gleichfalls von einem isolierenden pn-üobergang zwischen einer schalenförmigen isolierenden Zone und der dritten Zone des zweiten Transistors umgeben.They present invention is before · particular importance for integrated circuits, t besides the already mentioned transistors or other insulated circuit elements such as diodes, more transistors, the transistors of the complementary type, field effect transistors, capacitors, and / or WiderstSnde contain · is then preferably at least one further Circuit element also surrounded by an insulating pn transition between a shell-shaped insulating zone and the third zone of the second transistor.
Sie schalenfBrmige isolierende Zone des weiteren Schaltungselements kann nur ale Isolierung dienen oder einen Teil des Schaltungselements selber bilden und z.B. die Basiszone eines zweiten ähnlichen Transistors, eine der Zonen eines Diode oder die Kollektorzone eines komplementären Transistors bilden«The bowl-shaped insulating zone of the further circuit element can only serve as insulation or form part of the circuit element itself and, for example, the base zone of a second similar transistor, one of the zones of a diode or the collector zone of a complementary transistor «
Bei einer weiteren günstigen AuafShxungsform dez Halbleiteranordnung nach der Erfindung hängen Sie schslenfSrmigen Zonen des ersten Transistors und eines odes mehreren der weiteren Schaltungselemente miteinander zusammen«.In a further favorable embodiment of the semiconductor arrangement according to the invention, you hang the loop-shaped zones of the first transistor and one or more of the other circuit elements together «.
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Verbindungen hergestellt, wobei ausserdem eine beträchtliche Räumersparung erhalten wird.Connections established, and also a considerable Space saving is obtained.
Veiter kann der achalenförmige isolierende Teil der zweiten Zone für die Kontaktierung der zweiten Zone benutzt werden, was ebenfalle zu einer Rauaersparung führt. Eine Weiterbildung der Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist denn auch dadurch gekennzeichnet, dass aich auf der Oberfläche des Halbleiterkörper eine Isolierschicht befindet, wobei die zweite Zone mit einem leitenden Kontakt versehen ist, der in einer Oeffnung in der Isolierschicht mit dem isolierenden Teil der zweiten Zone verbunden ist.Veiter can use the shell-shaped insulating part of the second Zone can be used for contacting the second zone, which also leads to a Rauaersparung. A further training of the Semiconductor arrangement according to the invention is then also characterized in that aich on the surface of the semiconductor body Insulating layer is located, the second zone with a conductive Contact is provided, which is in an opening in the insulating layer with connected to the insulating part of the second zone.
Torzugsweise ist die erste Zone des ersten Transistors im Halbleiterkörper völlig von der zweiten Zone, insbesondere vom zwischenliegenden Teil der zweiten Zone, umgeben.Preferably, the first zone of the first transistor in the semiconductor body is completely different from the second zone, in particular from the intermediate part of the second zone.
In diesem Falle folgt die Kontur der ersten Zone des ersten Transistors an der Oberfläche vorzugsweise der Kontur des zwischenliegenden Teiles der zweiten Zone, wenigstens insofern letztere Kontur ausserhalb des schalenfSrmigen isolierenden Teiles der zweiten Zone liegt, überall in praktisch gleichem Abstand. Vorzugsweise sind nicht nur die Schnittlinien des pn-Ueberganges zwischen der ersten Zone und den zwischenliegenden Teil und des pn-Uebergangs zwischen dem zwischenliegenden Teil und der dritten Zone mit der Halbleiteroberfläche, sondern auch die erwähnten Uebergänge selber praktisch zueinander parallel. Dadurch wird erreicht, dass die Dicke des zwischenliegenden Teiles unterhalb der ersten Zone und an dem an die Oberfläche grenzenden Rand des zwischenliegenden Teiles praktisch gleich ist, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Transistors günstig beeinflusst werden können, während ferner der zwischenliegende Teil der zweiten Zone und die erste Zone durch dasselbe FensterIn this case, the contour of the first zone of the first transistor on the surface preferably follows the contour of the intermediate part of the second zone, at least insofar as the latter Contour outside the bowl-shaped insulating part of the second Zone is practically the same distance everywhere. Preferably, not only are the intersection lines of the pn junction between the first Zone and the intermediate part and the pn junction between the intermediate part and the third zone with the semiconductor surface, but also the mentioned transitions themselves practically parallel to each other. This ensures that the thickness of the intermediate part below the first zone and on the the edge of the intermediate part bordering the surface practically is the same, whereby the electrical properties of the transistor can be influenced favorably, while furthermore the intermediate Part of the second zone and the first zone through the same window
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angebracht werden können, so dass der beanspruchte Raum kleiner ist und bei der Herstellung die Bearbeitungen zum Anbringen eines Photolackmusters und, wenn die Dotierung des zwischenliegenden Teiles in einem nichtoxydierenden Milieu stattfindet, auch eine Aetzbehandlung fortgelassen werden können.can be attached so that the space required is smaller and during manufacture, the processes for applying a photoresist pattern and, if the doping of the intermediate part in takes place in a non-oxidizing environment, also an etching treatment can be omitted.
Die Ausführungsform, bei der die erste Zone und der zwischenliegende Teil der zweiten Zone durch dasselbe Fenster angebracht sind, ist besonders zweckmässig, wenn der zwischenliegende Teil der zweiten Zone, insofern er innerhalb des schalenförmigen isolierenden Teiles liegt, an der Oberfläche zum grössten Teil, z.B. im Falle einer rechteckigen Zone auf drei der vier Seiten, von der dritten Zone umgeben ist,The embodiment in which the first zone and the intermediate Part of the second zone are attached through the same window, is particularly useful if the intermediate part of the second Zone, insofar as it is within the bowl-shaped insulating part is on the surface for the most part, e.g. in the case of a rectangular one Zone on three of the four sides, surrounded by the third zone,
Oft ist in den Schaltungen die Basis oder im allgemeinen die zwischenliegende Zone eines Transistors mit einem oder mehreren Widerstanden verbunden. Bei einer besonderen Ausföhrungsform der Halbleiteranordnung nach der Erfindung sind solche Widerstände auf einfache Weise mit dem (den) betreffenden Transistor(en) integriert. Diese Ausführungsforra ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone des ersten Transistors an der Oberfläche wenigstens einen örtlich aus dem achalenförmigen isolierenden Teil hervorragenden Teil aufweist, wobei der hervorragende Teil an die dritte Zone des zweiten Transistors grenzt, sich in einer Richtung quer zu der Halbleiteroberfläche Über einen kleineres Abstand als der schalenförmige isolierende Teil in dem Halbleiterkörper erstreckt und mit einem leitenden Kontakt versehen ist.Often in the circuits the base or generally the intermediate zone of a transistor with one or more Resistors connected. In a special embodiment of the Semiconductor arrangement according to the invention, such resistors are integrated in a simple manner with the respective transistor (s). This embodiment is characterized in that the second Zone of the first transistor on the surface at least one locally protruding from the acell-shaped insulating part Part, the protruding part adjoining the third region of the second transistor, extending in a direction transverse to that Semiconductor surface Over a smaller distance than the cup-shaped one insulating part in the semiconductor body extends and with is provided with a conductive contact.
Die integrierten Widerstände werden dabei wenigstens grösstenteils durch die hervorragenden ausserhalb des schalenförmigen isolierenden Teiles liegenden Teile der zweiten Zone gebildet, während der innerhalb des schalenförmigen isolierenden Teiles liegendeThe integrated resistors are at least for the most part due to the excellent outside of the bowl-shaped insulating Part lying parts of the second zone formed, while lying within the shell-shaped insulating part
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zwisohenliegende Teil den eigentlichen aktiven Teil der zweiten Zone bildet, d.h. den Teil, in dem im Betriebszustand der Ladungstranaport, der an der eigentlichen Transiatorwirkung der Struktur beteiligt ist, wenigstens im wesentlichen stattfindet.intermediate part the actual active part of the second Zone forms, i.e. the part in which, in the operating state, the charge tranaport is involved in the actual transistor effect of the structure is involved, at least substantially takes place.
Es sei bemerkt, dass der beschriebene selbstisolierende Transistor auch ohne zweiten Transistor unter Beibehaltung einer Anzahl der bereits erwähnten Vorteile und gegebenenfalls unter Verwendung einer Anzahl der beschriebenen bevorzugten Ausführungeformen angewandt werden kann. In diesem Falle bildet das Halbleiteigebiet, das den isolierenden schalenförraigen Teil der Basiszone umgibt, einen Teil z.B. eines Substratgebietes, das als gemeinsame Unterlage der integrierten Schaltung dient.It should be noted that the self-isolating transistor described, even without a second transistor, while maintaining a Number of advantages already mentioned and optionally using a number of the preferred embodiments described can be applied. In this case, the semiconductor region surrounding the insulating cup-shaped part of the base region forms part of, for example, a substrate region which is known as common Support of the integrated circuit is used.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen neuen Halbleiteranordnung. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats vom ersten Leitfähigkeitatyp örtlich in einem ersten Oberflächengebiet Aktivatoren vom zweiten Leitfähigkeitatyp angebracht werden, und dass auf der erwlhnten Oberfläche eine epitaktisch· Schicht vom ersten LeitfHhigkaitstyp gebildet und von der vom Substrat abgekehrten oberen Fläche der epitaktischen Schicht hex •in· Oberfläohenzone vom zweiten Leitfähigkeitetyp angebracht wird, welche Oberflttahenzon· an der oberen Fläch· einen Teil der epitftktischen Schicht, der oberhalb de· ersten Oberfläohengebietes liegt, umgibt, während bei den bei der Herstellung angewandten Wärmebehandlunger duxoh Diffusion von Aktivatoren vom zweiten Leitfähigkeit·typ von der oberen FlBoh· und dem ereten Oberflächengebiet hex in die •pitaktieoh· Sohicht d«£ schalenförmig« zweita Teil des Baaieaon« f«bildet wird.The invention relates to a method for producing the novel semiconductor device described. This procedure is characterized in that on a surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type locally in a first Surface area activators of the second conductivity type are applied, and that an epitaxially Layer formed by the first conductivity type and from that of the The upper surface of the epitaxial layer facing away from the substrate hex • is attached in a surface zone of the second conductivity type, which surface zone on the upper surface a part of the epitaxial layer which lies above the first surface area, surrounds, while in the case of the heat treatments used in the manufacture duxoh diffusion of activators of the second conductivity type of the upper FlBoh · and the first surface area hex into the • pitaktieoh · Sohicht d «£ shell-shaped« two part of the Baaieaon « f «is formed.
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Die Aktivatoren ko'nnan ^J. durch Diffusion odes dusoh Einbau von Ionen dusch Ionenbeschuss angebracht werden· Im letzteren Falle können die Aktivatoren ic ersten Qberf lächenge Met angebracht werden, nachdem die epitaktische Sohioht angewachsen iat» Bei Anwendung von Ionenbeaohuas kann <äie epitaktische Schicht sogar völlig weggelassen und kann von einem homogen dotierten Kristall ausgegangen werden» Vorzugsweise wisd.aber wohl eine epitaktische Schicht verwendet. Bas Substrat kann dann niederohmig gewählt werden, wodurch der elektrische Anschluss des Substrats vereinfacht wird· Bei eines besonderen Ausführungaform des erfindungsgemKssen Verfahrene wird aus demselben Grunde ein Substrat verwendet, von dem die an die Oberfläche grenzende Schicht wenigstens an der Stelle des ersten Oberflächengebietes einen höheren spezifischen Widerstand als der übrige Teil des Substrats aufweist.The activators ko'nnan ^ J. by diffusion or by incorporating ions and by ion bombardment.In the latter case, the activators can be applied to the first surface after the epitaxial surface has grown doped crystal are assumed »Preferably, however, an epitaxial layer is used. Bas substrate can then be chosen low impedance, thereby facilitating the electrical connection of the substrate · In a particular Ausführungaform of erfindungsgemKssen Method E is for the same reason using a substrate from which the contiguous to said surface layer at least at the location of the first surface region has a higher specific Has resistance than the remainder of the substrate.
Dies hat den Vorteil, dass die Konzentration der Aktivatoren vom zweiten Leitfähigkeitstyp im ersten Oberflächengebiet weniger hoch gewählt zu werden braucht, um an der betreffende» Stelle eine Zone vom zweiten Laitfähigkaitstyp zu erhalten· Für den übrigen Teil des Substrata kann dann ohne weiteres der niedrigere spezifische Widerstand angewandt wordeneThis has the advantage that the concentration of the activators of the second conductivity type in the first surface area less needs to be chosen high in order to obtain a zone of the second laitability type at the relevant point. For the rest Part of the substrate can then easily have the lower resistivity applied
Vorzugsweise werden von des oberen Fläche der epitaktischen Sohioht her zunächst die Aktivatoren zur Bildung des Oberflächenzone vom zweiten LeitfShigkeitstyp angebracht} wonach in eines Gcerfllohengebietg, dae wenigstens den Innenrand des erwähnten Oberflächenzone teilweise überlappt® der zwisohenliegend« Teil des zweiten 2onο gebildet wird,Preferably from the top surface of the epitaxial So first the activators for the formation of the surface zone of the second conductivity type applied} according to which in a Gcerfllohengebietg, dae at least the inner edge of the mentioned surface zone partially overlaps the intermediate «part of the second 2onο is formed
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den zwischenliegenden Teil der zweiten Zone, der zu dem aktiven Gebiet des Transistors gehört, können dann unabhängig voneinander gewählt weiden. Dabei ist die Konzentration in der Oberflächenzone meistens grosser als in dem aktiven Teil der zweiten Zone, weil die eratere Zone oft eine grössere Eindringtiefe aufweist.the intermediate part of the second zone leading to the active one Territory belonging to the transistor can then be chosen independently of one another. The concentration is in the surface zone mostly larger than in the active part of the second zone, because the eratere zone often has a greater depth of penetration.
Vorteilhaft kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem, nachdem Ober eine Oeffnung in einer auf der oberen Fläche der epitaktischen Schicht angebrachten Maskierungsschicht der zwischenliegenrie Teil der zweiten Zone angebracht worden ist, über eine Oeffnung in der Maskierungsachicht, deren Begrenzung praktisch mit der der ersteren Oeffnung zusammenfällt, Aktivatoren zur Bildung der ersten Zone in den Halbleiterkörper eingeführt werden.A method can advantageously be used in which, after the intermediate part of the second zone has been applied via an opening in a masking layer applied to the upper surface of the epitaxial layer, via a Opening in the masking material, its limitation practically with that of the former opening collapses, activators for formation the first zone are introduced into the semiconductor body.
Bei Diffusion in einen nicht-oxydierenden Milieu können die beiden Oeffnungen identisch sein. Wenn während der Diffusion des zwischenliegenden Teiles der zweiten Zone wohl Oxydation auftritt, kann, auch wenn die ursprüngliche Maskierungsschicht aus Oxyd besteht, zur Bildung dee zweiten Fensters, das erste Fenster einfach ohne Anwendung einer Aetzmaske durch Aetzen wieder geöffnet werden. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht, während ausserdem eine attraktive Struktur erhalten wird, bei der die Dicke des zwischenliegenden Teiles unterhalb der ersten Zone und längs des an der Oberfläche liegenden Randes praktisch gleich ist.If diffused into a non-oxidizing environment, the two openings be identical. If during diffusion of the intermediate part of the second zone, even if the original masking layer consists of oxide, the first window can simply be used to form the second window can be reopened by etching without using an etching mask. This simplifies manufacture while also obtaining an attractive structure in which the thickness of the intermediate part is below the first zone and along the one at the Surface of the lying edge is practically the same.
Die vorstehende Wand des schalenförmigenisolierenden Teiles der zweiten Zone kann völlig durch Diffusion von der oberen Fläche der epitaktischen Schicht her gebildet werden. Nach einer anderen Ausführungshorn können im mittleren Teil des ersten Oberflächengebietes Aktivatoren mit einem kleinen Diffusionskoeffizienten, wie Arsen, und rings um an dem Hand des Oberflächengebietea AktivatorenThe protruding wall of the cup-shaped insulating part the second zone can be formed entirely by diffusion from the top surface of the epitaxial layer. After another Execution horn can be activated in the middle part of the first surface area with a small diffusion coefficient, such as Arsenic, and activators around the hand of the surface area
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mit einem grossen Diffusionskoeffizienten, wie Phosphor, angebracht werden. In diesem Falle wird die vorstehende Wand völlig oder teilweise durch Diffusion aus dem ersten Oberflächengebiet gebildet werden können.with a large diffusion coefficient such as phosphorus attached will. In this case, the protruding wall becomes wholly or partially formed by diffusion from the first surface area can be.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestallt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Some embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings and are described in more detail below. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten' Ausführungsform der Halbleiteranordnung nach der Erfindung,1 schematically shows a plan view of part of a first embodiment of the semiconductor arrangement according to the invention,
Fig. 2 schematisch ainen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,Fig. 2 shows schematically a cross section along the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 ein einfaches elektrisches Ersatzschaltbild des selbstisolierenden Transistors nach der^Erfindung ,Fig. 3 is a simple electrical equivalent circuit diagram of the self-isolating transistor according to the invention,
Fig. 4 schematisch eine Draufsicht auf eine andere Ausfuhr ungs form des selbstisolierenden Transistors, der in der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 angewandt wird,Fig. 4 schematically shows a plan view of another export ungs form of the self-isolating transistor, which is used in the arrangement according to FIGS. 1 and 2,
Fig. 5 und 6 schematisch Querschnitte längs der Linien V-V bzw. VI-VI der Fig. 4,Figures 5 and 6 are schematic cross-sections along the lines V-V or VI-VI of Fig. 4,
Fig. 7 schema-tisch einen Querschnitt durch einen Teil einer Weiterbildung der Halbleiteranordnung nach der Erfindung,7 schematically shows a cross section through part of a Further development of the semiconductor arrangement according to the invention,
Fig. 8 ein Schaltbild, das einem Teil der Ausführungsform hach Fig. 7 entspricht,FIG. 8 is a circuit diagram corresponding to a part of the embodiment according to FIG. 7;
Fig. 9 ein Schaltbild einer Torschaltung,9 is a circuit diagram of a gate circuit,
Fig. 10 schematisch eine Draufsicht auf diese Torschaltung, die als eine integrierte Schaltung nach der Erfindung ausgeführt ist,10 schematically shows a plan view of this gate circuit, which is designed as an integrated circuit according to the invention,
Fig. 11, 12 und I3 schematische Querschnitte längs der Linien XI-XI, XII-XII bzw. XIII-XIII der Fig. 10, und11, 12 and 13 are schematic cross-sections along the Lines XI-XI, XII-XII and XIII-XIII of Fig. 10, and
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- 1 7 - .-PHN./;·911.- 1 7 -.-PHN ./; 911.
2T289342T28934
Pig. 14 ein Schaltbild mit einem selbstisolierenden Transistor nach der Erfindung.Pig. 14 is a circuit diagram with a self-isolating Transistor according to the invention.
Eine erste Aus führungaform ist eine integrierte Schaltung, von der ein Teil in den Pig. 1 und 2 gezeigt ist. Diese Halbleiteranordnung enthält einen Halbleiterkörper 1, in dem sich die Halbleiterzonen wenigstens eines ersten Transistors T. und eines zweiten Transistors T„ erstrecken, die mit Hilfe einer Isolierzone 2 gegeneinander isoliert sind. Der Halbleiterkörper 1 hat eine praktisch ebene Oberfläche 3 und die Transistoren T- und Tp weisen je mindestens eine Gruppe von drei aufeinander folgenden an die Oberfläche 3 grenzenden Halbleiterzonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, und zwar die Zonen 4i 5 und 6 bzw. 7» 8 und 9· Von den beiden Gruppen von drei Zonen erstreckt sich die zweite Zone 5 bzw. 8 - von der Oberfläche her gesehen - bis unterhalb der ersten Zone 4 bzw. 7 und die dritte Zone 6 bzw. 9 bia unterhalb der zweiten Zone 5 bzw. 8 . Ferner haben entsprechende Zonen der beiden Gruppen, also die Zonen 4 und 7» 5 und 8 bzw. 6 und 9 den gleichen Leitfähigkeitstyp.A first embodiment is an integrated circuit, of which a part in the Pig. 1 and 2 is shown. This semiconductor arrangement contains a semiconductor body 1 in which the semiconductor zones are located at least a first transistor T. and a second Transistors T "extend with the help of an insulating zone 2 against each other are isolated. The semiconductor body 1 has a practical flat surface 3 and the transistors T and Tp each have at least a group of three successive semiconductor zones of alternating conductivity type adjoining the surface 3, namely the zones 4i 5 and 6 or 7 »8 and 9 · Of the two groups of three zones, the second zone 5 or 8 - extends from the surface seen from here - to below the first zone 4 or 7 and the third Zone 6 or 9 bia below the second zone 5 or 8. Also have corresponding zones of the two groups, ie zones 4 and 7 »5 and 8 or 6 and 9 have the same conductivity type.
Nach der Erfindung weist die zweite Zone 5 des Transistors T1 neben dem zwischen der ersten Zone 4 und der dritten Zone 6 liegenden Teil 10 einen mit diesem Teil zusammenhängenden schalenförmigen Teil 2, wodurch die zweite Zone 10, 2 die dritte Zone 6 im Halbleiterkörper völlig umgibt und die Isolierzone bildet, die mit der dritten Zone 9 des Tranaistors Tp einen den Transistor T1 umgebenden isolierenden pn-Uebergang 11 bildet.According to the invention, the second zone 5 of the transistor T 1 has, in addition to the part 10 lying between the first zone 4 and the third zone 6, a shell-shaped part 2 connected to this part, whereby the second zone 10, 2 completely forms the third zone 6 in the semiconductor body surrounds and forms the insulating zone which, together with the third zone 9 of the transistor Tp, forms an insulating pn junction 11 surrounding the transistor T 1.
Der Tranaistor Tp- ist ein selbstisolierender Transistor mit einem Halbleiterkörper, wobei an eine Oberfläche dieses Körpers ein Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp grenzt, welches Gebiet drei aufeinander folgende an die Oberfläche grenzende Zonen ab-The transistor Tp- is a self-isolating transistor with a semiconductor body, a surface of this body adjoining a region of the first conductivity type, which region three consecutive zones bordering the surface
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- le - PHN.- le - PHN.
wechselnden Leitfähigkeitstyps enthält, wobei ferner die Aktivatorkonzentration in der mittleren dieser drei Zonen grosser als in einem an die mittlere Zone grenzenden Teil der unterliegenden äusseren Zone (nachstehend als dritte Zone bezeichnet) ist, wobei die mittlere Zone vom zweiten Leitfähigkeitstyp und ausser dem zwischen den beiden äuaseren Zonen liegenden Teil einen mit diesem Teil zusammenhängenden zweiten schalenförmigen Teil enthält, wobei die dritte Zone im Halbleiterkörper von der mittleren Zone umgeben ist und die mittlere Zone mit dem erwähnten Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp einen den Transistor umgebenden isolierenden pn-Uebergang bildet. Die Isolierung des Transistors ist mit Hilfe der mittleren Zone, im vorliegenden Beispiel die Basiszone 10, 2, erhalten. Dies im Gegensatz zu dem bekannten selbatisolierenden Transistor. Dabei dient die Kollektorzone zugleich als Isolierzone. Dies ergibt u.a. den Vorteil, dass der selbstisolierende Transistor nach der Erfindung im Kollektorgebiet eines Transistors vom gleichen Typ angebracht werden kann. Mit anderen Worten: das Substrat kann als gemeinsamer Kollektor (oder als gemeinsamer Emitter) einer Anzahl von Transistoren von einem bestimmten Typ verwendet werden, während überdies einfach isolierte Transistoren vom gleichen Typ, bei denen entsprechende Zonen den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen, verwendet werden können.contains changing conductivity type, furthermore the activator concentration in the middle of these three zones larger than in a part of the underlying outer zones bordering the middle zone Zone (hereinafter referred to as the third zone), the middle Zone of the second conductivity type and apart from that between the both outer zones a part connected with this part second cup-shaped part contains, the third Zone in the semiconductor body is surrounded by the middle zone and the middle zone with the mentioned area of the first conductivity type forms an insulating pn junction surrounding the transistor. The transistor is insulated with the aid of the middle zone, in the present example the base zone 10, 2. This in contrast to the well-known self-isolating transistor. It serves the collector zone at the same time as an insulating zone. This gives, inter alia, the advantage that the self-isolating transistor according to the invention can be placed in the collector region of a transistor of the same type. In other words, the substrate can be considered common Collector (or common emitter) of a number of transistors of a certain type can be used, while moreover simple isolated transistors of the same type in which corresponding zones have the same conductivity type are used can.
Der zweite Transistor T2 ist ein transversaler bipolarer Transistor, bei dem die erste Zone 7 im Halbleiterkörper völlig von der zweiten Zone 8 umgeben ist. Von den Zonen 7 und 9 dient meistens die Zone 7» die die kleinste ist, als Emitterzone, während dann die Zonen θ und 9 die Basis- bzw. Kollektorzone bilden.The second transistor T 2 is a transversal bipolar transistor in which the first zone 7 in the semiconductor body is completely surrounded by the second zone 8. Of the zones 7 and 9, zone 7, which is the smallest, usually serves as the emitter zone, while zones θ and 9 then form the base or collector zone.
Im vorliegenden Ausföhrungsbeispiel ist auch der ersteIn the present exemplary embodiment is also the first
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Transistor T.. ein "bipolarer Transistor. Dabei bilden die Zonen 4; 10, 2; 6 die Emitter- oder die Kollek+orzone, die Basiszone bzw. die Kollektor- oder die Emitterzone. Der Transistor T^ kann aber auch ein Feldeffekttransistor aein. Die Zone 4 kann z.B. ringförmig, wenigstens mit einer geschlossenen Geometrie, ausgebildet werden und eine Torelektrode bilden. Die Quelle und die Senke können dann durch den auseerhalb bzw. innerhalb einer solchen ringförmigen Zone liegenden Teil der Zone 10, 2 gebildet werden, während die Zone 6 als zweite Torelektrode wirken kann. Auch kann z.B. die Zone 10 in zwei ober ein Kanalgebiet zusammenhängende Teile dadurch verteilt werden, dass die Zone 4 die Zone 10 in seitlicher Richtung überlappt und mit der Zone 6 zusammenhangt.Transistor T .. a "bipolar transistor. The zones 4; 10, 2; 6 the emitter or collector zone, the base zone or the collector or emitter zone. The transistor T ^ can also a field effect transistor aein. Zone 4 can be, for example, ring-shaped, at least with a closed geometry, and form a gate electrode. The source and the sink can then through the outside or within such an annular zone lying part of the zone 10, 2 are formed, while the zone 6 can act as a second gate electrode. Zone 10 in two parts connected above a canal area are distributed in that the zone 4 overlaps the zone 10 in the lateral direction and is related to zone 6.
Die Kollektorzone 6 des Bipolartransistors T1 ist völlig von der Basiszone 10, 2 umgeben und grenzt somit an keiner einzigen Stelle an das Substrat, das, wie bei den bekannten Strukturen, als Kollektor eines parasitären Transistors, wirken kann. Dies ist von besonderer Bedeutung für logische Schaltungen, bei denen bekanntlich der Baais-Kollektor-Uebergang unter Umständen in der Vorwärtsrichtung wirksam werden kann und aus Her Basiszone Ladungsträger in die Kollektorzone injiziert werden können. Beim Vorhandensein eines parasitären Tranaistors können dann grosse Leokströme zu dem Substrat fliesaen. Es ist einleuchtend, dass dieses Problem bei einem Hem beschriebenen Transistor T1 entsprechenden Transistor völlig beseitigt ist.The collector zone 6 of the bipolar transistor T 1 is completely surrounded by the base zone 10, 2 and thus does not adjoin the substrate at any point, which, as in the known structures, can act as the collector of a parasitic transistor. This is of particular importance for logic circuits in which, as is known, the Baais-collector junction can be effective in the forward direction under certain circumstances and charge carriers can be injected into the collector zone from the base zone. In the presence of a parasitic transistor, large leok currents can then flow to the substrate. It is evident that this problem is completely eliminated in the case of a transistor corresponding to the transistor T 1 described in Hem.
Weiter ist es wichtig, dass der Transistor T1 viel weniger Raum als ein auf übliche Weise in einer isolierten Insel angebrachter Transistor beansprucht. Diese Raumersparung ist darauf zurückzuführen, dass der aktive Teil 10 der Basiszone an der Isolierzone anliegt. Bei den üblichen Strukturen müssen dagegen die BasiszoneIt is also important that the transistor T 1 take up much less space than a transistor mounted in an isolated island in the usual way. This saving in space is due to the fact that the active part 10 of the base zone lies against the isolation zone. With the usual structures, on the other hand, the base zone
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und die Isolierzonen in einem gewissen Abstand voneinander liegen, welcher Abstand ausserdem wegen der zu berücksichtigenden Toleranzen im Zusammenhang mit der gegenseitigen Orientierung'der unterschiedlichen Diffusionsmaaken und den etwa bei der Orientierung auftretenden Abweichungein verhältnismässig gross sein muss.and the isolation zones are at a certain distance from each other, what distance also because of the tolerances to be taken into account in connection with the mutual orientation of the different Diffusion factors and those that occur during orientation Deviation must be relatively large.
Im Gegensatz zu den bekannten Halbleiteranordnungen mit durch pn-UebergSnge gegeneinander isolierten Schaltungselementen weist die Halbleiteranordnung nach der Erfindung keine gegensinnige Reihenschaltung zweier Dioden, sondern nur eine einzige isolierende Diode 11 auf. Der pn-Uebergang 11 muss beim Betrieb in der Sperrrichtung vorgespannt sein, was in der Praxis nahezu stets von selbst der Fall ist, und mit Gewissheit, wenn die Kollektorzone 9 als Speiseanschluss verwendet wird.In contrast to the known semiconductor arrangements with circuit elements isolated from one another by pn transitions, the semiconductor arrangement according to the invention does not have two diodes connected in series in opposite directions, but only a single insulating diode 11. The pn junction 11 must be biased in the reverse direction during operation, which in practice is almost always the case by itself, and with certainty when the collector zone 9 is used as a feed connection.
Durch die Anwendung der Kollektorzone 9 als Speiseanschluss kann in vielen FSllen ein einfacheres Metallisierungsmuster benutzt werden, weil dieser Anschluss über das Substrat praktisch an jeder gewünschten Stelle an der Halbleiteroberfläche 3 zur Verfügung steht und über kurze Leiterbahnen mit den unterschiedlichen Schaltungselementen verbunden werden kann.By using the collector zone 9 as a feed connection, a simpler metallization pattern can be used in many cases because this connection is available via the substrate at practically any desired location on the semiconductor surface 3 and via short conductor tracks with the different circuit elements can be connected.
Da ausserdem die Transistoren mit einem gemeinsamen Kollektor, wie der TransistorT«, nicht mehr, wie bei der üblichen Struktur, an eine isolierte Insel gebunden sind und also weniger Raum beanspruchen und weniger ortsgebunden sind, während auch die isolierten Transistoren weniger Raum in Anspruch nehmen, kann beim Entwerfen des "Layout" oder der Topologie komplexerer integrierter Schaltungen von einem Metallisierungsmusterentwurf ausgegangen werden, wobei die Lage der Schaltungselemente durch dieses Metallisierungsmuster bestimmt wird. Bei den üblichen Techniken wird mit Rücksicht auf eineSince the transistors share a common collector, like the transistor T «, no longer like the usual structure, are tied to an isolated island and therefore take up less space and are less tied to a specific location, while the isolated ones are also Transistors take up less space when designing the "layout" or topology of more complex integrated circuits can be assumed from a metallization pattern design, the position of the circuit elements being determined by this metallization pattern will. With the usual techniques with consideration for one
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möglichst vollständige Ausnutzung der verfügbaren Halbleiteroberfläche vielmehr zunächst die Lagerung der Schaltungselemente bestimmt, während dann ein an die Lagerung der Schaltungselemente angepasstes Metallisiflrungamuster entworfen wird.As complete as possible utilization of the available semiconductor surface rather, the mounting of the circuit elements is determined first, while then one that is adapted to the mounting of the circuit elements Metallization pattern is designed.
Der Baais-Kollektor-Uebergang des Transistors T.. besteht aus zwei Teilen 12 und 13. Der erste Teil 12 befindet sich zwischen dem zwischenliegenden Teil 10 der Basiszone 10, 2 und der Kollektorzone Dieser Teil trägt insbesondere zu der Transistorwirkung bei und sammelt im Betriebszustand die von der Emitterzone 4 in die Basiszone injizierten Ladungsträger. Der zweite Teil 13 befindet sich zwischen dem schalenförmigen isolierenden Teil 10 und der Kollektorzone 6 und bildet eine in der Fig. 3 dargestellten Diode D, die zu dem eigentlichen aktiven Basis-Kollektor-Uebergang 12 parallel geschaltet ist. Die Diode D verhindert, dass der Transistor T^ weitgehend gesättigt wird, wodurch die Schaltgeschwindigkeit des Transistors T.. gUnstig beeinflusst wird.The Baais-collector junction of the transistor T .. consists of two parts 12 and 13. The first part 12 is located between the intermediate part 10 of the base zone 10, 2 and the collector zone. This part contributes in particular to the transistor effect and collects the charge carriers injected from the emitter zone 4 into the base zone in the operating state. The second part 13 is located between the cup-shaped insulating part 10 and the collector zone 6 and forms a diode D shown in FIG the actual active base-collector junction 12 in parallel is switched. The diode D prevents the transistor T ^ largely is saturated, whereby the switching speed of the transistor T .. is favorably influenced.
Die Dicke der Basiszone im aktiven Teil des selbstisolierenden Transistors T1, also unterhalb der Emitterzone 4» wird durch den Unterschied in der Eindringtiefe von der Oberfläche 3 her der Zonen 10 und 4 bestimmt.The thickness of the base zone in the active part of the self-isolating transistor T 1 , ie below the emitter zone 4 »is determined by the difference in the depth of penetration from the surface 3 of the zones 10 and 4.
Die dritte Zone des zweiten Transistors, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kollektorzone 9 des Transistors T2, ist ein Substrat 9a vom ersten Leitfähigkeitstyp, auf dem eine epitaktische Schioht 9b vom gleichen Leitfähigkeitstyp angebracht ist. Die schalenfSrmige Zone 2 des Transistors T- weist eine Oberflächenzone 2a vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf, die an der Halbleiteroberfläche einen Teil 6 der epitaktischen Schicht 9b umgibt und sich von der Oberfläche 3 bis zu einem Gebiet 2b vom zweiten LeitfähigkeitstypThe third zone of the second transistor, in the present exemplary embodiment the collector zone 9 of the transistor T 2 , is a substrate 9a of the first conductivity type, on which an epitaxial layer 9b of the same conductivity type is applied. The bowl-shaped zone 2 of the transistor T- has a surface zone 2a of the second conductivity type, which surrounds a part 6 of the epitaxial layer 9b on the semiconductor surface and extends from the surface 3 to a region 2b of the second conductivity type
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erstreckt, das an der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht 9b und dem Substrat 9a liegt. Die Oberflächenzon« 2a bildet die vorstehende Wand des schalenfSrmigen isolierenden Teiles 2 und schliesst sich auf allen Seiten an den durch das vergrabene Gebiet 2b gebildeten Boden der Schale an. Der innerhalb dieser Schale liegende Teil 6 der epitaktischen Schicht ist die Kollektorzone des Transistors T1.which is located at the interface between the epitaxial layer 9b and the substrate 9a. The surface zone 2a forms the protruding wall of the bowl-shaped insulating part 2 and adjoins the base of the bowl formed by the buried region 2b on all sides. The part 6 of the epitaxial layer lying within this shell is the collector zone of the transistor T 1 .
Der spezifische Widerstand der epitaktischen Schicht 9b kann auf übliche Weise an die den Kollektorzonen und den Kollektor-Basis-Uebergängen zu stellenden Anforderungen angepasst werden. Das Substrat 9& ist vorzugsweise niederohmig im Zusammenhang mit der bereits beschriebenen Kontaktierung auf der Unterseite, wobei ein niedriger Reihenwiderstand erwünscht ist. Ferner kann die Kollektorzone 6 nötigenfalls mit einer Kontaktzone 14 versehen werden. Insofern die an das Substrat 9a angelegte Spannung über eine Leiterbahn einem der übrigen Schaltungselemente zugeführt werden muss, kann diese Leiterbahn an einer mit Rücksicht auf ein einfaches Metallisierungsmuster geeignet gewählten Stelle über eine Oeffnung in der Isolierschicht und eine Kontaktzone 15 mit dem Substrat verbunden werden. Diese Zonen 14 und 15 können z.B. zugleich mit den Emitterzonen 4 und 7 angebracht werden. Zur Herabsetzung des Kollektor-Reihenwiderstandes weist die Kollektorzone des Transistors T einen vergrabenen Teil 16 auf.The specific resistance of the epitaxial layer 9b can be adapted in the usual way to the requirements to be placed on the collector zones and the collector-base junctions. The substrate 9 & is preferably of low resistance in connection with the already described contacting on the underside, a low series resistance being desired. Furthermore, the collector zone 6 can be provided with a contact zone 14 if necessary. Insofar as the voltage applied to the substrate 9a has to be fed to one of the remaining circuit elements via a conductor track, this conductor track can be connected to the substrate at a location suitably selected with regard to a simple metallization pattern via an opening in the insulating layer and a contact zone 15. These zones 14 and 15 can be applied at the same time as the emitter zones 4 and 7, for example. To reduce the collector series resistance, the collector zone of the transistor T has a buried part 16.
Die unterschiedlichen Halbleiterzonen können auf übrigens übliche Weise über Oeffnungen in einer auf der Halbleiteroberfläche liegenden Isolierschicht 17 mit Leiterbahnen durch Kontaktierung und/oder durch Zusammenschaltung mit anderen Schaltungselementen der Anordnung verbunden sein. Diese Leiterbahnen sowie die erwähntenThe different semiconductor zones can incidentally in the usual way via openings in one on the semiconductor surface lying insulating layer 17 with conductor tracks by contacting and / or be connected to other circuit elements of the arrangement by interconnection. These conductor tracks as well as those mentioned
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Oeffnungen sind in den Pic· 1 und 2 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt.There are no openings in Pic.1 and 2 for the sake of clarity shown.
NaturgemSss können for die Transistoren andere Geometrien angewandt worden. So zeigen die Fig. 4-6 eine andere Ausführunpaform des Transistors T1, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugaziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform folgt die Kontur 20 der Emitterzone 4 an der Oberfläche der Kontur 21 dea zwischenliegenden Teiles 10 der Basiszone 10, 2 an allen Stellen in praktisch gleichem Abstand. Die Konturen 20 und 21 sind die Schnittlinien des pn-Ueberganges 22 zwischen der Emitterzone 4 und dem zwischenliegenden Teil 10 bzw. des pn-Uebarganges 12 zwischen dem zwischenliegenden Teil 10 und der Kollektorzone 6 mit der Halbleiteroberfläche 3· Im übrigen sind nicht nur die Konturen und 21, sondern auch die pn-UebergSnge 12 und 22 selber über praktisch ihre :-anze Oberfläche nahezu zueinander parallel. Demzufolge ist die Dicke des zwischenliegenden Teiles 10 an den RSndern und unterhalb der Emitterzone 4 praktisch gleich, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Transistors günstig beeinflusst werden.Of course, other geometries can be used for the transistors. Thus, FIGS. 4-6 show another embodiment of the transistor T 1 , corresponding parts being denoted by the same reference numbers as in FIGS. In this embodiment, the contour 20 of the emitter zone 4 follows the surface of the contour 21 of the intermediate part 10 of the base zone 10, 2 at all points at practically the same distance. The contours 20 and 21 are the lines of intersection of the pn junction 22 between the emitter zone 4 and the intermediate part 10 and of the pn junction 12 between the intermediate part 10 and the collector zone 6 with the semiconductor surface 3 and 21, but also the pn UebergSnge 12 and 22 themselves over virtually their: -anze surface almost parallel to each other. As a result, the thickness of the intermediate part 10 at the Rndern and below the emitter zone 4 is practically the same, whereby the electrical properties of the transistor are favorably influenced.
Bei diesem Ausführungsboispiel ist der schalenförmige isolierende Teil 2 der Basiszone 10, 2 für die Kontaktierung der Basiszone benutzt. Auf der HalbleiteroberflSche 3 befindet sich eine Isolierschicht 23, in der eine Oeffnung 24 angebracht ist. Eine Leiterbahn 25 erstreckt sich über die Isolierschicht 23 und durch die Oeffnung 24 bis auf die Halbleiteroberfläche 3. In der Oeffnung bildet die Leiterbahn 25 einen leitenden Uebergang mit dem schalenfo'rmigen isolierenden Teil 2. Ferner ist die Oeffnung 24 in diesem Fall derart angebracht, dass die Leiterbahn 25 auch mit der Kollektorzone 6 einen Schottky-Uebergang bildet. Bekanntlich vergrössert eineIn this embodiment, the shell-shaped insulating Part 2 of the base zone 10, 2 used for contacting the base zone. On the semiconductor surface 3 there is a Insulating layer 23 in which an opening 24 is made. One Conductor track 25 extends over insulating layer 23 and through the opening 24 up to the semiconductor surface 3. In the opening, the conductor track 25 forms a conductive transition with the shell-shaped insulating part 2. Furthermore, the opening 24 in this case is attached in such a way that the conductor track 25 also connects to the collector zone 6 forms a Schottky junction. As is well known, one enlarges
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- 24 - ρη:;.4?'ί .- 24 - ρη:;. 4? 'Ί.
derartige Schottky-Diode zwischen der Basis und dem Kollektor die Schaltgeschwindigkeit des Transistors, wobei "bemerkt wird, dass eins Schottky-Diode in dieser Hinsicht wegen ihrer kleineren Schwellwertspannung noch effektiver als dia vorerwähnte pn-Diode "> 5 ist.such Schottky diode between the base and the collector the switching speed of the transistor, where "it is noted that one Schottky diode in this regard because of its lower threshold voltage even more effective than the aforementioned pn diode "> 5 is.
Die Tatsache, dass 6er Basiskontnkt auf dem schalenf firmigpn Teil 2 angebracht werden kann, ergibt u.a. 4«n Vorteil, dass der aktive Teil der Basiszone, also der zwischenliegende Teil 10, und die Emitterzone 4 über dieselbe Oeffnung in einer Maskierungsschicht angebracht werden können, wobei diese Oeffnung weiter auch für den Emitterkontakt verwendet werden kann. Neben der vorerwähnten Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Transistors, die sich daraus ergibt, wird dadurch auch die Herstellung vereinfacht. So werden die Bearbeitungen zum Anbringen eines Photolackmusters und, wenn die Dotierung in einem nicht-oxydierenden Milieu stattfindet, auch eine Aetzbahandlung eingespar-t.The fact that the 6 base contact can be attached to the shell part 2 results, among other things, in the advantage that the active part of the base zone, i.e. the intermediate part 10, and the emitter zone 4 can be attached via the same opening in a masking layer, this opening can also be used for the emitter contact. In addition to the aforementioned improvement in the electrical properties of the transistor, which results therefrom, this also simplifies production. In this way, the processing for applying a photoresist pattern and, if the doping takes place in a non-oxidizing environment, also an etching treatment are saved.
Insofern der zwischenliegende Teil 10 innerhalb des isolierenden Teiles 2 lie^t, ist er an der Oberfläche 3 grosstenteils von der Kollektorzone 6 umgeben, wodurch die Tatsache möglichst ausgenutzt wird, dasa in diesem Falle infolge der gleichmässigen Basisdicke auch der Rand des Transistors aktiv ist. Datei kann noch bemerkt werden, dass, insofern die Emitterzone 4 und der schalenförmig Teil 2 sich etwas überlappen, dieser Teil der Emitterzone meistens praktisch nicht aktiv ist, weil der schalenförmige Teil 2 meistens stärker als der zwischenliegende Teil 10 dotiert ist. Die Injektion von Ladungsträgern aus der Emitterzone wird hauptsächlich in dem Teil der Basiszone mit der kleinsten Dotierungskonzentration stattfinden.Insofar as the intermediate part 10 lies within the insulating part 2, it is for the most part on the surface 3 surrounded by the collector zone 6, whereby the fact is exploited as far as possible that in this case as a result of the uniform Base thickness also the edge of the transistor is active. File can still it should be noted that, insofar as the emitter zone 4 and the shell-shaped Part 2 overlap somewhat, this part of the emitter zone is mostly practically inactive because the bowl-shaped part 2 usually more heavily doped than the intermediate part 10. The injection of charge carriers from the emitter zone is mainly take place in the part of the base zone with the lowest doping concentration.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass bei Diffusion von Verunreinigungen durch eine Oeffnung in einer MaakierungsachichtFor the sake of completeness, it should be noted that in the case of diffusion of contamination through an opening in a Maakierungsachicht
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die Eindringtiefe bekanntlich in einer Richtung quer zu der Halbleiteroberfläche grosser als in einer Richtung parallel zu dieser Oberfläche ist. Dies bedeutet, dass, auch wenn die Baaia- und die Emitterzone durch dieselbe Ooffnung angebracht werden, die Basiadicke nicht genau gleichmSssig ist. Der Abstand zwischen den pri-UebergSrigen wird in der Nähe der Oberflöche, also am Rande neben der Emitterzone, meistens etwas kleiner als unterhalb der Emitterzone sein.the depth of penetration is known to be in a direction transverse to the semiconductor surface larger than in a direction parallel to this Surface is. This means that even if the Baaia and the Emitter zone can be attached through the same opening, the base thickness is not exactly even. The distance between the pri-mountainous is near the surface, i.e. on the edge next to the Emitter zone, usually a little smaller than below the emitter zone.
Ein weiteres Auaführungsbeispiel, das an Hand der Fig. 7 beschrieben wird, weist ein Substrat 40 auf, das mit einer zusammengesetzten epitaktiachen Schicht versehen ist, die aus zwei Teilen und 42 aufgebaut ist. Im Halbleiterkörper befinden sich die Emitterzone 44» die Basiszone 45» 46 und die Kollektorzone 47 eines selbstisolierenden ersten Transistors, der durch einen isolierenden pn-Uebergang 48 von einem zweiten Tranaistor vom gleichen Typ mit einer Emitterzone 49» einer Basiszone 50 und einer Kollektorzone 40 getrennt ist. Neben diesen beiden Transistoren ist noch ein weiteres isoliertes Schaltungselement vorhanden, und zwar ein komplementärer Transistor mit einer Emitterzone 51» einer Basiszone 52 und einer Kollektor zone 53· Die Kollektorzone 53 ist schalenf b'rmig und bildet einen isolierenden pn-Uebergang 48 mit der Kollektorzone 40 - 45· Die schalenförmigen Zonen 46 und 53 des ersten Tranaistors und des komplementären Transistors hängen miteinander zusammen, wodurch ohne Metallisierung eine elektrische Verbindung der in Fig. 8 dargestellten Art erhalten ist.A further exemplary embodiment, which is illustrated with reference to FIG. 7 is described, has a substrate 40, which is with a composite epitaxial layer is provided, which consists of two parts and 42 is constructed. The emitter zone is located in the semiconductor body 44 »the base zone 45» 46 and the collector zone 47 of a self-insulating first transistor through an insulating pn junction 48 of a second Tranaistor of the same type with an emitter zone 49 »a base zone 50 and a collector zone 40 are separated is. In addition to these two transistors, there is another isolated circuit element, namely a complementary one Transistor with an emitter zone 51 »a base zone 52 and a Collector zone 53 · The collector zone 53 is cup-shaped and forms an insulating pn junction 48 with the collector zone 40 - 45 The cup-shaped zones 46 and 53 of the first transistor and the complementary transistors are related to one another, as a result of which an electrical connection of the one shown in FIG. 8 without metallization Kind is preserved.
Die Kollektorzonen 47 und 40 - 43 sind beide mit einem vergrabenen Teil 54 bzw. 43 zur Herabsetzung des Kollektorreihenwiderstandes versehen. Ferner sind in der Kollektorzone 47 und in der Basiszone 52 Kontaktzonen 55 bzw. 56 angebracht. Die Anwendung einerThe collector zones 47 and 40-43 are both buried with one Part 54 or 43 to reduce the collector series resistance Mistake. Furthermore, contact zones 55 and 56 are provided in the collector zone 47 and in the base zone 52. The application of a
■.. . 10 9 8 B 3/1672 b*u original■ ... 10 9 8 B 3/1672 b * u original
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zusammengesetzten epitaktiachen Schicht 4I» 42 steht mit dem Herstellungsverfahren im Zusammenhang, wie nachstehend noch näher auseinandergesetzt wird.composite epitaxial layer 4I »42 stands with the manufacturing process in context, as will be explained in more detail below.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für logisohe Schaltungen. Als Beispiel einer solchen Schaltung wird an Hand der Fig. 9 - 13 eine Torschaltung beschrieben. Diese Torschaltung bildet den Gegenstand der niederländischen Patentanmeldung Nr 70 09 090 Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, aus welchem Grunde nicht näher darauf eingegangen wird. Eine derartige Torschaltung kann z.B. als Baustein für den Aufbau grösserer logischer Schaltungen, wie Flip-flops,, Komparatoren oder Speicher, dienen.The invention is of particular importance for logical circuits. As an example of such a circuit, the FIGS. 9-13 describe a gate circuit. This gate circuit forms the subject of Dutch patent application No. 70 09 090. The mode of operation of this circuit is relevant to the present invention not essential, for which reason it is not discussed in more detail. Such a gate circuit can be used, for example, as a component for the Construction of larger logic circuits, such as flip-flops, comparators or memory, serve.
Fig. 9 zeigt das elektrische Schaltbild, während Fig. 10 eine Topologie oder ein "Layout" dieser Schaltung zeigt, wobei die unterschiedlichen Schaltungselemente in diesen Figuren mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet sind.FIG. 9 shows the electrical circuit diagram, while FIG. 10 shows a topology or "layout" of this circuit, the different circuit elements in these figures are denoted by corresponding reference numerals.
Die Halbleiteranordnung enthält einen Halbleiterkörper 70, der ein niederohmiges Substrat fi aufweist, auf dem eine epitaktische Schicht 72 vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit einem höheren spezifischen Widerstand angebracht ist. Das Sub3trat 7I und die epitaktische Schicht 72 bilden zusammen die gemeinsame Kollektorzone der Transistoren T11- T..,, T1 ^ und T^g, die an ein Bezugspotential, z.B. an Erde, gelegt werden kann. Im vorliegenden Auaführungsbeispiel ist mit dieser Zone auch die positive Klemme der Speisespannungsquolle verbunden, so dass daa Substrat das positivste Potential führt, das in der Schaltung auftritt.The semiconductor arrangement contains a semiconductor body 70 which has a low-resistance substrate fi on which an epitaxial layer 72 of the same conductivity type and with a higher specific resistance is applied. The substrate 71 and the epitaxial layer 72 together form the common collector zone of the transistors T 11 - T ... ,, T 1 ^ and T ^ g, which can be connected to a reference potential, for example to earth. In the present exemplary embodiment, the positive terminal of the supply voltage source is also connected to this zone, so that the substrate carries the most positive potential that occurs in the circuit.
Die Eingangstransistoren T11 -T1, weisen je eine Basiszone 73 und eine Emitterzone 74 auf. Ueber auf der Isolierschicht 75The input transistors T 11 -T 1 each have a base zone 73 and an emitter zone 74. Over on the insulating layer 75
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liegende Me tall bahneη J6, die in Oeffnungen in der Isolierschicht mit don Basiszonen 73 verbunden sind, kb'nnen Eingangssignale den Transistoren T11, T12 und T1, zugeführt werden.Lying metal tracks J6, which are connected to the base zones 73 in openings in the insulating layer, can be fed input signals to the transistors T 11 , T 12 and T 1 .
Eine Metallbahn 17 verbindet die drei Emitterzonen 74 mit der Basiszone 78, 79 des isolierten Transistors T1 .. Diese Basiszone hat einen zwischenllegenden Teil 76, der im Halbleiterkörper eine Emitterzone 80 umschlie.sst, und einen schalenfo*rmigen isolierenden Teil 79» der mit der Gemeinsamen Kollektorzone 71» 72 einen den Transistor T14 umgebenden isolierenden pn-Uebergang 81 bildet. Die Kollektorzone 82 des Transistors T1-, die mit einer Kontaktzone 83 versehen ist, ist im Halbleiterkörper völlig von der Basiszone 78, 79 umgeben. Der zwischenliegende Teil 78 der Basiszone hängt an der Halbleiteroberfläche 84 mit dem isolierenden Teil 79 zusammen, wobei sich der zwiachenliegende Teil 78 in einer Richtung parallel zu der Oberfläche 84 bis in die Nähe des isolierenden Teiles 79 erstreckt und sich dort an den Teil 79 anschliesst. Dadurch bildet der zwischenliegende Teil 78 einen an die Halbleiteroberfläche 84 grenzenden Ansatz oder Ausläufer des isolierenden Teiles 79» welcher Ausläufer sich oberhalb der Kollektorzone 82 erstreckt.A metal track 17 connects the three emitter zones 74 with the base zone 78, 79 of the insulated transistor T 1 .. This base zone has an intermediate part 76 which encloses an emitter zone 80 in the semiconductor body, and a bowl-shaped insulating part 79 with the common collector zone 71 »72 forms an insulating pn junction 81 surrounding the transistor T 14. The collector zone 82 of the transistor T 1 -, which is provided with a contact zone 83, is completely surrounded by the base zone 78, 79 in the semiconductor body. The intermediate part 78 of the base zone is connected to the semiconductor surface 84 with the insulating part 79, the intermediate part 78 extending in a direction parallel to the surface 84 up to the vicinity of the insulating part 79 and connecting there to the part 79. As a result, the intermediate part 78 forms a shoulder or extension of the insulating part 79 adjoining the semiconductor surface 84, which extension extends above the collector zone 82.
Der isolierende Teil 79 ist an der Halbleiteroberfläche 84 ringförmig, oder wenigstens weist eine geschlossene Geometrie auf. Dieser Ring kann for die Kontaktierung der Basiszone 78, 79 verwendet werden. An einer geeignet gewählten Stelle kann die Isolierschicht 75 oberhalb des isolierenden Teiles 79 mit einer Oeffnung 85 versehen werden, über die die Leiterbahn 77 mit der Basiszone 78, 79 verbunden ist. Dank dieser Flexibilität in bezug auf die Lage des Basis-Metallkontakts kann das Metallisierungsmuster meistens einfacher und mit kürzeren Leiterbahnen ausgeführt werden, wobei sich kreuzende Metall-The insulating part 79 is on the semiconductor surface 84 ring-shaped, or at least has a closed geometry. This ring can be used for contacting the base zone 78, 79 will. At a suitably selected point, the insulating layer 75 can be provided with an opening 85 above the insulating part 79 via which the conductor track 77 is connected to the base zone 78, 79 is. Thanks to this flexibility with regard to the position of the base metal contact, the metallization pattern can usually be easier and with shorter conductor tracks, whereby intersecting metal
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- 28 - ^HIi.AJi 1 .- 28 - ^ HIi.AJi 1.
■bahnen oft leichter vermieden werden können.■ lanes can often be avoided more easily.
Wie aus dem Schaltbild (Fitu 9) hervor geht, ist #p-t Widerstand
R11 mit der Baais des Transistors T1 , verbunden. Diesp Tatsache
ist dazu benutzt, eine Leiterbahn und den Raum für die zugehörigen
Kontaktöffnungen in der Isolierschicht einzusparen. Dip zvoite
Zone 78, 79 des Transistors T1. weist an dar OberflSche 84 einen
örtlich aus dem isolierenden Teil 79 hervorragenden Teil 86 auf,
der an die gemeinsame Kollektorzone 71t 72 grenzt und sich in einer
Richtung quer zu der Halbleiteroberfläche 89 über einen kleineren
Abstand als der schalenförniige isolierende Teil 79 in ^e^ Halbleiterkörper
erstreckt. Dieser hervorragende Teil 86 kann z.B. zugleich mit dem zwischenliegendan Teil 78 angebracht werden. Der innerhalb
des schalenförmigen Teiles 79 befindliche zwischenliegende Teil 78
bildet den eigentlichen aktiven Teil der Basiszone des Transistors T1.,
d.h. den Teil, in dem im Betriebszustand dor Ladungstransport, der
an der eigentlichen Transistorwirkung der Struktur beteiligt ist,
wenigstens im wesentlichen stattfindet. Der Widerstand R11 wird
wenigstens grösstenteils durch den aus dem schalenförmigen Teil 79
hervorragenden -Teil 86 gebildet. Der isolierende Teil 79 dient also nicht nur als Isolierung für den Transistor, sondern auch als niederohmiger
Anschluss des aktiven Teiles der Basiszone und als niederohmige Verbindung zwischen dem aktiven Teil und dem Widerstand R11.
Es dürfte einleuchten, dass auf gleiche Weise auch mehrere Widerstände mit der Basiszone verbunden werden können, so dass s.B.
auch die in Fig. 14 dargestellte vielfach verwundete Schaltung einfach
integriert werden kann, wobei der schalenförmige isolierende Teil
als niederohmige Verbindung zwischen den beiden Widerständen R„„ und
Rp1 und der aktiven Basiszone des Transistors Tpn dient.As can be seen from the circuit diagram (Fitu 9), #pt resistor R 11 is connected to the Baais of transistor T 1 . This fact is used to save a conductor track and the space for the associated contact openings in the insulating layer. Dip zvoite
Zone 78, 79 of transistor T 1 . indicates a surface 84
locally protruding from the insulating part 79 on part 86,
which adjoins the common collector zone 71t 72 and extends in a direction transverse to the semiconductor surface 89 over a smaller distance than the shell-shaped insulating part 79 in ^ e ^ semiconductor body. This protruding part 86 can, for example, be attached at the same time as the part 78 lying between it. The intermediate part 78 located within the shell-shaped part 79 forms the actual active part of the base zone of the transistor T 1 .
takes place at least substantially. The resistor R 11 becomes
formed at least for the most part by the part 86 protruding from the shell-shaped part 79. The insulating part 79 thus serves not only as insulation for the transistor, but also as a low-resistance connection of the active part of the base zone and as a low-resistance connection between the active part and the resistor R 11 . It should be evident that a plurality of resistors can also be connected to the base zone in the same way, so that the circuit shown in FIG. 14, which is often wounded, can also be easily integrated, the shell-shaped insulating part
serves as a low-resistance connection between the two resistors R "" and Rp 1 and the active base zone of the transistor Tp n .
1 Ü 9 8 S 3 / 1 8 7 2 BAD 1 night 9 8 S 3/1 8 7 2 BATH
- 29 - FHK.4-M-;.- 29 - FHK.4-M- ;.
Der Widerntand R11 ia t weiter mit der negativen Klemme der Speisespannungnquelle verbunden. Zu diesem Zweck iat die Zone 86 über eine Oeffnung in der Isolierschicht 75 mit oiner Metallschicht verbunden.The resistance R 11 is still connected to the negative terminal of the supply voltage source. For this purpose, the zone 86 is connected to a metal layer via an opening in the insulating layer 75.
Der Widerstand R1,- wird durch die .",one 88 gebildet und iat Über eine Oeffnung in der Isolierschicht mit einer Metallbahn 89 verbunden, die zu der Emitterzone 80 des Transistors T1 , und der Emitterzone 90 des Transistors T.,,- führt. Der Widerstand R.,,- wirdThe resistor R 1 , - is formed by the. ", One 88 and is connected via an opening in the insulating layer to a metal track 89, which leads to the emitter zone 80 of the transistor T 1 , and the emitter zone 90 of the transistor T. ,, - The resistance R. ,, - becomes
Ib 15Ib 15
durch die Zone 9I gebildet, die auf einer Seite mit der Zone 88 und auf der anderen Seite mit der Basiszone 92 des Transistors T1 g zusammenhangt. Dor Widerstand R1. wird durch eine mit der Basiszone zusammenhängende Zone 93 gebildet. Durch Anwendung der Metallschicht 94» die in der Oeffnung 95 in der Isolierschicht, die sich neben der Emitterzone 90 und der Oeffnung $6 gegenüber befindet, auf der Halbleiteroberfläche liegt, ist der Wideratandswert des Widerstandes R1 genauer definiert. Ueber die Oeffnung 96 und die Metallbahn 97 ist der Widerstand R1 . mit einem ersten von zwei Emittern 98 des Mehremittertranaistora T., c verbunden. Dia beiden Emitterzonen 9& sind im Halbleiterkörper von einer Basiszone 99 umgeben. Mit dieser Basiszone 99 hängen Zonen 100 und 101 zusammen, die die Widerstände R1- bzw. R1, bilden. Auch bei diesen Widerständen iat eine auf der Halbleiteroberfläche liegende Metallschicht 102 zur Verbesserung der Definition der Widerstandswerte verwendet. Eine Metallbahn 103, die den zweiten Emitter 98 des Tranaistors T1,- mit der Kollektorzone des Transistors T1 . und mit dem Widerstand IL, verbindet, bildet den elektrischen Ausgang der Torschaltung. Der Widerstand R12 ist Ober eine Oeffnung IO4 in der Isolierschicht mit einer Metallschicht verbunden, die mit Hilfe einer Kontaktzone IO6 an die gemeinsame Kollektorzore 7I, 72 angeschlossen ist»formed by the zone 9I, which is connected on one side with the zone 88 and on the other side with the base zone 92 of the transistor T 1 g. Dor resistor R 1 . is formed by a zone 93 connected to the base zone. By using the metal layer 94 », which lies in the opening 95 in the insulating layer, which is located next to the emitter zone 90 and opposite the opening $ 6 , on the semiconductor surface, the resistance value of the resistor R 1 is more precisely defined. The resistor R 1 is across the opening 96 and the metal track 97. connected to a first of two emitters 98 of the Mehremittertranaistora T., c . The two emitter zones 9 & are surrounded by a base zone 99 in the semiconductor body. Zones 100 and 101, which form resistors R 1 - and R 1 , respectively, are connected to this base zone 99. With these resistors, too, a metal layer 102 lying on the semiconductor surface is used to improve the definition of the resistance values. A metal track 103, which connects the second emitter 98 of the transistor T 1 , - with the collector zone of the transistor T 1 . and connects to the resistor IL, forms the electrical output of the gate circuit. The resistor R 12 is connected to a metal layer via an opening IO4 in the insulating layer, which is connected to the common collector zone 7I, 72 with the help of a contact zone IO6 »
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- 30 - ΪHN.491 I.- 30 - ΪHN.491 I.
Die Transistoren T11 - T1 g sind weite* mit je einem vergrabenen niederohmigen Teil 107 zur Herabsetzung des Kollektor-Reihenwiderstandos versehen, welche niederohmigen Teile 107 sich an und in der Nähe dar Grenzfläche zwischen dem Substrat 71 und der epitaktischen Schicht J2 erstrecken.The transistors T 11 -T 1 g are each provided with a buried low-resistance part 107 to reduce the collector series resistance, which low-resistance parts 107 extend on and in the vicinity of the interface between the substrate 71 and the epitaxial layer J2 .
Insbesondere bei einer integrierten"Schaltung der obenbeschriebenen Art mit einer Gruppe von Transistoren mit einer gemeinsamen Zone ergibt die Anwendung der Erfindung wesentliche Vorteile. An erster Stelle kann genannt werden, dasa eine geringere Anzahl iso- ψ lierter Gebiete als in der üblichen Ausführung benötigt werden, wodurch eine hohe Ausbeute erwartet werden kann. Ferner ist insbesondere bei einer Vielzahl von Transistoren mit einer gemeinsamen Zone die Raumersparung betrübhtlich, auch weil dann die Topologie und die Metallisierung einfacher gehalten werden können, was der Tatsache zuzuschreiben ist, dass die erwöhnten Transistoren nicht ortsgebunden sind und nicht, wie üblich, in einer gemeinsamen isolierten Insel untergebracht zu werden brauchen.Particularly in the case of an integrated "circuit of the type described above with a group of transistors having a common zone, the application of the invention provides significant advantages. In the first place may be mentioned dasa a smaller number iso- ψ profiled areas are used as required in the conventional embodiment, Furthermore, the saving of space is deplorable, especially in the case of a large number of transistors with a common zone, also because the topology and the metallization can then be kept simpler, which is attributable to the fact that the transistors mentioned are not fixed in place and not, as usual, need to be accommodated in a common isolated island.
Die beschriebene Torschaltung hat ein einfaches Metallisierungsmuster. Eine wesentliche Anzahl von Verbindungen ist ohne Metallbahnen erhalten, wShrend die Schaltungselemente weiter derart gruppiert werden können, dass - auch dank der verhHltnismSssig gr-ossen Freiheit in bezug auf die Kontaktierungsstellen der isolierenden Zonen - für die Übrigen inneren Verbindungen kurze Leiterbahnen genügend sind.The gate circuit described has a simple metallization pattern. A substantial number of connections are without metal tracks while the circuit elements are further grouped in this way can do that - also thanks to the relatively large freedom in with regard to the contact points of the insulating zones - for the Remaining internal connections short conductor tracks are sufficient.
Die beschriebenen Halbleiteranordnungen können mit Hilfe der üblichen Techniken zum örtlichen Dotieren von Halbleitermaterial hergestellt werden. Beispielsweise wird nunmehr die Herstellung der Halbleiteranordnung nach Fig. 7 beschrieben.The semiconductor arrangements described can with the help of conventional techniques for local doping of semiconductor material are produced. For example, the production of the semiconductor device is now according to FIG. 7 described.
Es wird z.B. von einem η-leitenden Siliciumkörper mit einemFor example, it is made of an η-conductive silicon body with a
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spezifischen Widerstand von etwa 0,01 &cm ausgegangen. In einem ersten Oberfläohengebiet dieses Substrats 40, das der Lage des vergrabenen Teiles der Isolierzone 46 entspricht, werden Akzeptoren, z.B. Bor, angebracht. Z.B. wird der Siliciumkörper mit einer maskierenden Oxydschicht versehen, in der durch die üblichen Photoätztechniken eine Oeffnung angebracht wird. Dann wird der Körper während etwa 'iincr halben Stunde auf etwa 95O°C in einer borhaltigen Atmospäie erhitzt. Anschliessend kann eine Erhitzung während etwa 4 Stunden auf 12000C in einer oxydierenden Atmosphäre stattfinden. Dann wird auf übrigens übliche Weise eine η-leitende epitaktische Schicht 4I mit z.3, einer Dicke von etwa 6 bis 10/Um und einem spezifischen Widerstand von etwa 0,3 - 1 «Jlcm angewachsen. In einem Oberflächengebiet dieser epitaktischen Schicht, das den Lagen der vergrabenen Teile 43 und 54 entspricht, werden nun Donatoren, z.B. Arsen oder Antimon, angebracht, z.B. dadurch, dass 2 Stunden lang auf etwa 12000C in einer arsenhaltigen Atmosphäre erhitzt wird, wonach der Körper etwa 4 Stunden lang auf etwa 12000C in einer oxydierenden Atmosphäre gehalten wird. Während dieser und der noch folgenden Bearbeitungen diffundieren auch Akzeptoren aus den vergrabenen mit Bor dotierten Teilen in die epitaktische Schicht 4I hinein.specific resistance of about 0.01 & cm assumed. In a first surface area of this substrate 40, which corresponds to the position of the buried part of the insulating zone 46, acceptors, for example boron, are applied. For example, the silicon body is provided with a masking oxide layer in which an opening is made using the usual photo-etching techniques. Then the body is heated for about half an hour to about 95O ° C in a boron-containing atmosphere. This can then be followed by heating to 1200 ° C. for about 4 hours in an oxidizing atmosphere. Then an η-conductive epitaxial layer 4I with z.3, a thickness of about 6 to 10 / μm and a specific resistance of about 0.3-1 1 cm is grown in the usual way. In a surface area of this epitaxial layer, which corresponds to the positions of the buried parts 43 and 54, donors, for example arsenic or antimony, are now applied, for example by heating to about 1200 ° C. for 2 hours in an arsenic-containing atmosphere, after which the Body is kept for about 4 hours at about 1200 0 C in an oxidizing atmosphere. During this and the subsequent processing, acceptors also diffuse from the buried parts doped with boron into the epitaxial layer 4I.
In der nächstfolgenden Stufe wird die epitaktische Schicht angewachsen. Auch diese Schicht besteht aus n-leitondem Material und hat eino Dicke von etwa 6/um, während sie gleichfalls einen spezifischen Widerstand von etwa 0,3 - 1 >&cm aufweist. In einem Oberflächengebiet rr.it einer geschlossenen Konfiguration, das der Lage der vorstehenden WSr'3β des isolierenden schalenförmigen Teiles 46 entspricht und das also einen oder mehrere Teile der epitaktischen Schicht 4I» 42 umgibt, die oberhalb des ersten mit Bor dotierten Oberflächengebietes liegen, werden dann aus der vom Substrat 40 abgekehrten oberen Fläche derIn the next step, the epitaxial layer is grown. This layer, too, consists of n-conductive material and has a thickness of about 6 μm, while it also has a specific resistance of about 0.3-1>& cm. In a surface area rr. With a closed configuration which corresponds to the position of the protruding WSr'3β of the insulating shell-shaped part 46 and which thus surrounds one or more parts of the epitaxial layer 41 »42 which lie above the first surface area doped with boron then from the upper surface facing away from the substrate 40
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_ 5? - PHN.491'._ 5? - PHN.49 1 '.
epitaktischen Schicht /11, 42 Akzeptoren angebracht, zr". durch Diffusion von Bor während etwa einer halben Stunde auf etwa 11000C und anschliessende Erhitzung in einer oxydierenden Atmosphäre während etwa 3 Stunden auf etwa 1POO0C.epitaxial layer / 11, 42 acceptors attached, z r "., by diffusion of boron during about half an hour to about 1100 0 C and subsequent heating in an oxidizing atmosphere for about 3 hours at about 0 C. 1POO
De"r zwischen] iegende Teil 45 und die Teile 5° und 51 können durch Diffusion von Bor während οtwa oiner halben Stunde auf etwa 95O°C und anschliesnende Erhitzung während stvs einer halben Stunde auf etwa 11800C in einer oxydierenden Atmosphäre erhalten werden. Der Quadratswiderstand dieser Zonen beträgt z.B. etwa 150 JZ. Dab(?i erfolgt die Diffusion de3 zwischenliegenden Teiles 45 in einem Oberflächengebiet, das wenigstens den Innenrand der durch die vorangehende Bearbeitung erhaltenen Oberflöchenzone des isolierenden schalenförraigen Teiles teilweise bedeckt.De "r iegende between] part 45 and the parts of a half-hour can be obtained at about 1180 0 C in an oxidizing atmosphere 5 ° and 5 1 can be prepared by diffusion of boron during οtwa oiner half hour to about 95O ° C and anschliesnende heating during STVS The square resistance of these zones is, for example, about 150 JZ. Dab (? I the diffusion of the intermediate part 45 takes place in a surface area which partially covers at least the inner edge of the surface zone of the insulating, shell-shaped part obtained by the preceding processing.
Dann werden die Krai "*. i erzonen 44 und 49 und die Kontaktzonen 55 und 56 durch die Diffusion von Phosphor, z.B. während etwa 20 Minuten bei etwa 1000'C, und durch eine Nacherhitzung von etwa 20 Minuten auf etwa 10500C, angebracht. Der Quadratswidorstand dieser Zone ist z.B. etwa 5 Sl. Then, the Krai "be *. I erzonen 44 and 49 and the contact zones 55 and 56 by the diffusion of phosphorus, for example, for about 20 minutes at about 1000'C, and by a subsequent heating of about 20 minutes at about 1050 0 C, mounted The square resistance of this zone is, for example, about 5 Sl.
Die Diffusion von Akzeptoren aus dem vergrabenen mit Bor dotierten Teil in die epitaktiache Schicht wurde bereits genannt. Während der beschriebenen Wärmebehandlungen setzt sich dies« Diffusion in derartigem Masse fort, dass in Kombination mit der Diffusion ir umgekehrter Richtung aus dor erwähnten Oberflächenzone an der oberen Fläche der epitaktischen Schicht die geschlossene schalenförmige p-leitende Zone 46 erhalten wird. Dabei sei bemerkt, dass die Diffusion aua dem vergrabenen Teil an der Stelle der vergrabenen Zone 54 langsam vor sich geht, was auf die dort vorhandene Donatorenkonzentration zuru'ckzufü'hrer ist, din Ueberdotierung erschwert und die auapp·" :er\ ein der Diffusion von Akzeptoren entgegenwirkendes elektrisches Fe!" <?.The diffusion of acceptors from the buried part doped with boron into the epitaxial layer has already been mentioned. During the heat treatments described, this diffusion continues to such an extent that, in combination with the diffusion in the opposite direction from the surface zone mentioned on the upper surface of the epitaxial layer, the closed, shell-shaped p-conductive zone 46 is obtained. Here, it should be noted that the diffusion ouch the buried part slowly goes to the site of the buried region 54 in front of what is zuru'ckzufü'hrer to the present there donor concentration, difficult din About doping and auapp · ": he \ a diffusion electrical Fe counteracting by acceptors! "<?.
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BADBATH
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hervorruft. An der Stelle der Zone 54 wird die Ausdehnung des vergrabenen Teiles der schalenförmigen Zone 46 in der epitaktischen Schicht dadurch gering sein. Am Rand des vergrabenen Teiles, rings um die Zone 54» wird diese Ausdehnung aber erheblich sein, weil hier die Donatorenkonzentration wesentlich kleiner iat. Auf diese Weise wird bereits durch Diffusion aus dom Substrat ein Teil der vorstehenden Wand der Zone 46 gebildet. Bei einem etwas abgewandelten Herstellungsverfahren wird, unter Verwendung dieses Effektes, die vorstehende Wand grösstenteils aus dem Substrat erhalten und von der oberen Fläche her während der Diffusionabearbeitung ergänzt, bei welcher Bearbeitung auch der zwischenliegende Teil der zweiten Zone angebracht wird. Auf diese Weise wird eine Diffusionsbearbeitung eingespart. Uebrigens kann nötigenfalls dieser Effekt noch dadurch verstärkt werden, dass in dem von dar Zone 54 bedeckten Teil des vergrabenen Teiles Aktivatoren mit einem kleinen Diffusionskoeffizienten, wie Bor oder Arsen, und am Rande des vergrabenen Teiles Aktivatoren mit einem grossen Diffusionskoeffizienten, wie Aluminium bzw. Phosphor, angebracht werden. Auoh können Aktivatoren, z.B. diejenigen mit einem grossen Diffusionskoeffizienten, in einem ringförmigen Gebiet rings um die vergrabene Zone 54 an der OberflSche der epitaktischen Schicht 4I angebracht werden.evokes. At the location of the zone 54, the extent of the buried part of the dish-shaped zone 46 in the epitaxial layer will therefore be small. At the edge of the buried part, around zone 54, this expansion will be considerable, because here the donor concentration is much smaller. In this way, part of the protruding wall of the zone 46 is already formed by diffusion from the substrate. In a somewhat modified manufacturing process, using this effect, the protruding wall is largely obtained from the substrate and supplemented from the upper surface during the diffusion processing, during which processing the intermediate part of the second zone is also applied. Diffusion processing is saved in this way. Incidentally, this effect can, if necessary, be reinforced by adding activators with a small diffusion coefficient, such as boron or arsenic, in the part of the buried part covered by zone 54, and activators with a large diffusion coefficient, such as aluminum or phosphorus, at the edge of the buried part , be attached. AUOH can activators, for example, those having a large diffusion coefficient in an annular area around the buried zone 54 a of the OberflSche the epitaxial layer n 4I mounted.
In der isolierenden Schicht können auf übliche Weise Oeffnungen für die Kontaktierung der unterschiedlichen Halbleiterzonen angebracht werden. In diesen Oeffnungen und auf der Isolierschicht kann anschliessend das Metallisierungsmuster für den elektrischen Anschluss und die elektrische Verbindung angebracht werden, z.B. dadurch, dass eine Aluminiumschicht aufgedampft und dann gemäss einem Muster geätzt wird.In the usual way, openings can be made in the insulating layer for contacting the different semiconductor zones. In these openings and on the insulating layer can then the metallization pattern for the electrical connection and the electrical connection can be applied, e.g. by having a Aluminum layer is evaporated and then etched according to a pattern.
Schliesalich kann der Halbleiterkörper auf übliche Weise in einer üblichen Umhüllung abmontiert werden.Finally, the semiconductor body can be used in the usual way can be dismantled in a standard cover.
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Das beschriebene Verfahren ist nur ein mögliches Beispiel. Ea ist u.a. auch möglich, dass die Dotierung durch Ionenbeschuss eingebaut wird. In diesem Falle kann sogar ein homogen dotierter Kristall ohne epitaktische Schicht verwendet werden, weil die vergrabenen Zonen bei Ionenbeachuss ja über die freie obere Fläche angebracht werden können. Im Zusammenhang mit dar Verwendung de3 Substrats als Speiseanschluss wird aber vorzugsweise von einem niederohmigeη Substrat ausgegangen, auf dem eine hochohmige epitaktische Schicht angebracht wird. Die beim obenbeschriebenen Verfahren verwendete zusammengesetzte epitaktische Schicht ergibt den Vorteil, dass eine grössere Freiheit in bezug auf die Wahl der Dotierungskonzentration für die beiden angrenzenden vergrabenen Zonen entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen besteht. Diese vergrabenen Zonen können beide im Substrat angebracht werden. Dann muss aber bei der Bestimmung der Dotierungskonzentrationen des Substrata und der beiden vergrabenen Zonen die Tatsache berücksichtigt werden, dass zweimal Ueberdotierung erreicht warden muss, was mit sich bringen kann, dass namentlich die Konzentration im niederohmigen Substrat höher gewählt werden müsste als mit Rücksicht auf einen niedrigen Reihenwiderstand für den Speiaeanschlusa erwünscht ist.The procedure described is only one possible example. Among other things, it is also possible for the doping to be incorporated by ion bombardment will. In this case, even a homogeneously doped crystal without an epitaxial layer can be used because of the buried zones in the case of ion exposure, yes, can be attached over the free upper surface can. In connection with the use of the substrate as a supply connection however, a low-resistance substrate is preferably assumed, on which a high-resistance epitaxial layer is applied. The composite epitaxial used in the method described above Layer has the advantage that greater freedom with regard to the choice of doping concentration for the two adjacent buried zones of opposite conductivity types consists. These buried zones can both be made in the substrate. But then it must be used when determining the doping concentrations of the substrate and the two buried zones, the fact that overdoping must be achieved twice must be taken into account can bring with it that, in particular, the concentration in the low-resistance Substrate would have to be chosen higher than is desired in view of a low series resistance for the Speiaeanschlusa.
Die Dotierung des Substrats kann auch praktisch unabhängig gewählt werden, wenn die an die Oberfläche des Substrats grenzende Schicht wenigstens an der Stelle des Oberflächengebietes der ersten vergrabenen Zone einen höheren spezifischen Widerstand als der übrige Teil des Substrats aufweist. Dies kann mit Hilfe von Ausdiffusion erzielt werden, die gegebenenfalls örtlich erfolgen kann, oder z.B. mit Hilfe eines hochohmigen epitaktisohen Schicht, wobei im letzteren Falle dei Substiatkiistall und die epitaktische Schicht zusammen das eigentliche Substratgebiet der beschriebenen Struktur bilden.The doping of the substrate can also be practically independent be chosen if the one is adjacent to the surface of the substrate Layer at least at the location of the surface area of the first buried zone has a higher resistivity than the rest Has part of the substrate. This can be achieved with the help of outdiffusion which can be done locally if necessary, or e.g. with the help of a high-resistance epitaxial layer, in the latter case Trap the substrate and the epitaxial layer together form the actual substrate area of the structure described.
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Die Anordnung nach den Fig. 4-6 kann mit einer veroinffjclit'in Abwandlung dpa bore its beschriebenen Verfahrens hergestellt werden. Einschließlich der Anbringung des zwischen!legenden Teiles der Basiszone verläuft die Herstellung auf analoge Weise, wobei die Bearbeitungen zum Erhalten eines niederohmigen vergrabenen Teiles in der Kollektorzone 6 fortgelassen werden können. Auch im Zusarmonhang hiermit kann ohne Bedenken eine einfache epitaktische Schicht 9*> mit einem genügend niederohmig-en Substrat 9& kombiniert werden.The arrangement according to FIGS. 4-6 can be used with a veroinffjclit'in Modification dpa bore its described method manufactured will. Including the attachment of the intermediate part The production of the base zone proceeds in an analogous manner, with the Machining to obtain a low-resistance buried part in the collector zone 6 can be omitted. Also in context this allows a simple epitaxial layer 9 *> be combined with a sufficiently low-resistance substrate 9 &.
Die Abwandlung des Verfahrens bezieht sich auf die Tatsache, dass nach dem Anbringen des zwiachenliegenden Teiles 10 die Oeffnung in der Maskierungsschicht 23» über die die Aktivatoren in dem Teil 10 angebracht sind, ohne Maskierung wiederum durch Aetzen frei gelegt werden kann, wodurch das Ausrichten einer Photomaske vermieden wird, oder wodurch diese Ausrichtung, wenn zugleich mit der Emitterzone 4 eine Kontaktzone 14 angebracht werden muss, weniger kritisch in bezug auf die erwünschte Genauigkeit wird. Unter Verwendung eines Unterschiedes in der Dicke und/oder in der Zusammensetzung der Maskierungasch ich t innerhalb und ausserhalb der geschlossenen Oeffnung, ist beim Wiederfreilegen der Oeffnung durch Aetzen ohne Photolackmaskiorung die wiederfreigelegte Oeffnung automatisch mit grosser Genauigkeit i'i bezug auf die ursprüngliche Oeffnung ausgerichtet. Die beiden Oeffnungen sind nämlich praktisch identisch. Dieses Wiederfrei]egen wird naturgemass fortgelassen, wenn während und nach der Bildung '!es Teiles 10 die dazu verwendete Oeffnung frei bleibt, was z.B. der Fall sein kann, wenn die Diffusion in einem nicht-oxydierenden Milieu durchgeführt wird.The modification of the method relates to the fact that after the attachment of the intermediate part 10, the opening in the masking layer 23 »over which the activators are attached in the part 10, again exposed by etching without masking can be, whereby the alignment of a photomask is avoided, or whereby this alignment, if at the same time with the emitter zone 4 a contact zone 14 has to be applied becomes less critical with regard to the desired accuracy. Using a difference in the thickness and / or in the composition of the masking I t inside and outside the closed opening, is at Re-exposure of the opening by etching without photoresist masking the re-exposed opening automatically with great accuracy i'i aligned with the original opening. The two Openings are practically identical. This re-freeing is naturally omitted if during and after education '! In part 10, the opening used for this purpose remains free, which is, for example, the Can be the case when the diffusion occurs in a non-oxidizing environment is carried out.
Obenstehendes gilt auch für die Oeffnung, die für den Emittermetallkontakt benötigt wird. In diesem Fall ergibt aich der zusätzlicheThe above also applies to the opening for the emitter metal contact is needed. In this case aich results in the additional
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Vorteil, dass der Metallkontakt automatisch bis auf einen kleinen Abstand vom pn-Uebergang reicht, wodurch der Reihenwideratano des Emitters besonders niedrig sein kann.The advantage that the metal contact automatically extends to a small distance from the pn junction, which results in the series resistance Emitter can be particularly low.
Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und dass im Rahmen der Erfindung viele Abarten möglich sind. So kann der beschriebene selbstisolierende Transistor nach der Erfindung, bei dem sich von einer Oberfläche eines Substraigebietes her mindestens drei aufeinander folgende Halbleiterzonen im Substratgebiet erstrecken, wobei eine dieser Halbleiterzonen mit dem Substratgebiet einen pn-Uebergang bildet, der als isolierender Uebergang dient, wobei die letztere isolierende Halbleiterzone einen vergrabenen Teil, der in einer Richtung parallel zu der Oberfläche als Trennung zwischen den beiden anderen Halbleiterzonen des Transistors und dem Substratgebiet dient, und einen mit dem vergrabenen Teil zusammenhängenden vorstehenden Vandteil aufweist,der bis zu der Oberfläche reicht und der gleichfalls als Trennung zwischen den beiden anderen Halbleiterzonen und dem Substratgebiet dienti wobei die isolierende Halbleiterzone die beiden anderen Halbleiterzonen umgibt, und der Wandtoil an der Oberfläche wenigstens einen oberhalb des vergrabenen Teiles liegenden und von der Oberfläche her durch Umdotierung eines Teiles des Substratgebietes gebildeten Ausläufer aufweist, welcher Ausläufer die mittlere dar drei Halbleiterzonen des Transistors bildet, ausser in den an Hand der Figuren beschriebenen Kombinationen auch in Verbindung mit z.B. einem oder mehreren weiteren selbstisolierenden Transistoren, mit (einem) Peldeffekttranaistor(en) mit Dioden und/oder mit Kapazitäten verwendet werden. Dabei kann der zweite Transistor gegebenenfalls fehlen. Bei Kombination mit einem oder mehreren weiteren isolierten Schaltungselementen kb'nnen die für diese Elemente zu ver-It is evident that the invention is not limited to the exemplary embodiments described and that within the scope of FIG Invention many variations are possible. So the described can be self-insulating A transistor according to the invention, in which at least three consecutive Extending semiconductor zones in the substrate area, one of these Semiconductor zones with the substrate area forms a pn junction which serves as an insulating transition, the latter insulating Semiconductor region has a buried part that is parallel in one direction to the surface serves as a separation between the two other semiconductor zones of the transistor and the substrate area, and one with the buried part having contiguous protruding wall part, the extends to the surface and which also serves as a separation between the two other semiconductor zones and the substrate area the insulating semiconductor zone surrounds the other two semiconductor zones, and the wall toilet on the surface at least one above the buried one Part lying and from the surface by redoping of a part of the substrate region has an extension formed, which extension forms the middle of the three semiconductor zones of the transistor, except in the combinations described with reference to the figures, also in connection with, for example, one or more further self-insulating Transistors, with (a) Peldeffekttranaistor (s) with diodes and / or to be used with capacities. The second transistor possibly missing. When combined with one or more other isolated circuit elements, the elements to be used for these elements can be
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wendenden sohalenförmigen Isolierzonen nicht nur, wie beschrieben, selber einen Teil des betreffenden Schaltungselements bilden und z.B. den Kollektor eines komplementären Transistors bilden, sondern auch lediglich als Isolierung dienen. Ferner kann die dritte Zone des zweiten Transistors auch eine epitaktische Schicht sein, die auf einem Substratkristall vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp oder auf einer isolierenden Unterlage angebraoht ist.reversing sohale-shaped isolation zones not only, as described, themselves form part of the relevant circuit element and e.g. form the collector of a complementary transistor, but also serve only as insulation. Furthermore, the third zone of the second transistor can also be an epitaxial layer, which on a substrate crystal of the opposite conductivity type or is braoed on an insulating base.
Die vorstehende Wand der schalenförmigen Isolierzone kann nicht nur teilweise, sondern auch völlig durch Diffusion aua einem an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht angebrachten vergrabenen Gebiet erhalten werden. Die Erfindung lässt sich auch bei Integration logischer Schaltungen in anderen Ausführungen ,The protruding wall of the bowl-shaped insulating zone can not only partially but also completely by diffusion also at the interface between the substrate and the epitaxial layer attached buried area. The invention can also be used with the integration of logic circuits in other designs,
wie DTL, ECL und E CL, anwenden. Widerstände mit grossem Wert, wie der Widerstand R11 in Pig. 9, können zur Rauinersparung zu einem mehr oder weniger grossen Teil dadurch als vergrabene Widerstände ausgebildet werden, dass sie örtlich mit einer Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bedeckt werden. Ferner können andere Materialien, wielike DTL, ECL and E CL. Resistors with great value, like the resistor R 11 in Pig. 9, can be designed as buried resistors to a greater or lesser extent in order to save space by locally covering them with a zone of the opposite conductivity type. Furthermore, other materials, such as
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Germanium oder halbleitende A B -Verbindungen, und für die isolierende
und/oder maskierende Schicht z.B. Siliciumnitrid, Aluminiumoxyd oder Kombinationen derselben mit Siliciumoxyd verwendet werden. Für das
Metallisierungsmuster sind neben Aluminium andere Leiter, wie Molybdän, oder zusammengesetzte aus verschiedenen Schichten, wie Titan-Platin-Gold,
aufgebaute Schichten geeignet. Die diffundierten Kontaktzonen können z.B. dUTOh Platin-Silicidkontakte ersetzt werden. In dem schalenfBrmigen
isolierenden Teil· des selbstisolierenden Transistors und/oder in dem schalenförmigen Teil eines weiteren Schaltungselements können
einfach eine oder mehrere Dioden dadurch erhalten werden, dass darin zugleich mit der Emitterzone eine oder mehrere zusätzliche Zonen, dieIII V
Germanium or semiconducting AB compounds, and for the insulating and / or masking layer, for example, silicon nitride, aluminum oxide or combinations thereof with silicon oxide can be used. In addition to aluminum, other conductors, such as molybdenum, or layers composed of different layers, such as titanium-platinum-gold, are suitable for the metallization pattern. The diffused contact zones can, for example, be replaced by platinum-silicide contacts. In the bowl-shaped insulating part of the self-insulating transistor and / or in the bowl-shaped part of a further circuit element, one or more diodes can simply be obtained by having one or more additional zones therein at the same time as the emitter zone
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z.B. Kathoden bilden, angebracht werden, wobei dar isolierende Teil dann als Anode wirkt. Im allgemeinen sind die Abmessungen des isolierenden Teiles genügend gross, um parasitäre Transistorwirkung zwischen diesen zusätzlichen Zonen, dem isolierenden Teil und einem an diesen Teil grenzenden Halbleitergebiet, wie der Kollektorzone oder dem Substrat, praktisch völlig zu vermeiden.e.g. forming cathodes, with the insulating part then acts as an anode. In general, the dimensions of the insulating Part large enough to prevent parasitic transistor effects between these additional zones, the insulating part and one on this part bordering semiconductor area, such as the collector zone or the substrate, practically to be avoided completely.
Es aei bemerkt, dass in den beschriebenen Ausführungsformen die schalenförmige isolierende Zone die übrigen Zonen des selbstisolierenden Transistors völlig umgibt, was auch vorzugsweise der Fall 13t. Ss ist aber einleuchtend, dass unter gewissen Umständen die 3chalenförmige Isolierzone örtlich unterbrochen sein kann, z.B. um in Inneren des Halbleiterkörpers einen Anschluss an die Kollektorzone zu erhalten.It is noted that in the described embodiments the bowl-shaped insulating zone the remaining zones of the self-insulating Completely surrounds the transistor, which is also preferably the case 13t. But it is obvious that under certain circumstances the 3-bowl-shaped Isolation zone can be locally interrupted, e.g. to get a connection to the collector zone inside the semiconductor body.
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