DE2324554C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 17 64 274 bekannt ist.

Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der französischen Patentschrift 15 52 459 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorzusehen, bei deren Herstellung die An­ zahl der benötigten Verfahrensschritte reduziert werden kann.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Anordnung erfordert we­ niger Masken bei der Herstellung als die bekannten Halblei­ teranordnungen und benötigt weniger Platz wo­ durch eine kompakte Bauweise und eine hohe Packungsdichte er­ reichbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Schnitt längs der Linie I-I von Fig. 2 einen Teil der Halbleiter­ schaltungsanordnung zeigt.

Fig. 2 zeigt die Halbleiterschaltungsanordnung in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines NOR-Tores mit positiver Logik.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Halbleiterschaltungsanordnung mit einem recht­ winkligen Feld identischer Elemente, von denen jedes ein NOR-Tor nach Fig. 3 aufweist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil eines Elements 10 einer Halbleiter­ schaltungsanordnung, die eine Vielzahl solcher Elemente innerhalb eines Halbleiterkörpers aufweist.

Jedes Element 10 hat zwei bipolare Transistoren 11 und 12, (wie sie an sich aus der DE-OS 21 33 977 und aus "Electronics", Bd. 41, Nr. 22, Seite 6 E und 8 E bekannt sind), die in Kollektor-Diffusions-Isolations-Weise aufgebaut sind. Der aus Silicium bestehende Halbleiterkörper umfaßt ein Substrat 13 mit P-Leitfähigkeit und eine epitaxiale Schicht 14 mit P-Leitfähig­ keit. Ferner sind stark dotierte vergrabene Schichten 15 mit N⁺- Leitfähigkeit in dem Halbleiterkörper an der Grenzfläche 16 zwischen dem Substrat 13 und der epitaxialen Schicht 14 vorge­ sehen, die Teile der Kollektorbereiche der Transistoren 11 und 12 bilden. Zur Vervollständigung der Kollektorbereiche sind Trennbereiche 17 vorgesehen, die durch die epitaxiale Schicht 14 hindurchdiffundiert sind und mit den Schichten 15 in Kontakt stehen, wobei jeweils eine vergrabene Schicht 15 und ein Trennbereich 17 eine Basiszone 18 mit P-Leitfähigkeit in der epitaxialen Schicht umgrenzt. Der Oberflächenteil der epitaxialen Schicht 14 entfernt vom Substrat 13 hat P⁺-Leitfähigkeit und ist durch eine nicht-selektive Diffusion gebildet worden, ehe die Emitterzonen hergestellt wurden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jedoch dieser Oberflächenteil nicht gezeigt.

In Fig. 2 sind ebenfalls wegen der Übersichtlichkeit die vergrabenen Schichten nicht gezeigt, während die PN-Übergänge strichpunktiert dar­ gestellt sind.

Weitere Teile der Anordnung, beispielsweise Widerstände, können gleich­ zeitig mit den Transistoren 11 und 12 hergestellt sein. Ein solcher Wider­ stand 20 ist in Fig. 2 gezeigt und er besteht aus einem Trennbereich 21 mit N⁺-Leitfähigkeit, der mit einer vergrabenen Schicht mit N⁺-Leitfähig­ keit zusammenwirkt und einen Widerstandsbereich 22 der epitaxialen Schicht mit P-Leitfähigkeit umgrenzt. Der Widerstandsbereich 22 hat verbreiterte Endbereiche 23, wodurch das Anbringen von Kontakten erleichtert wird. Sämtliche Komponenten der Anordnung werden gleichzeitig gebildet.

Zusammen mit der Bildung der Trennbereiche 17 und 21 wird ferner ein erstes leiten­ des Netzwerk aus leitenden Pfaden 24 mit N⁺-Leitfähigkeit in die epitaxiale Schicht 14 des Halbleiterkörpers mit P-Leitfähigkeit eindiffundiert.

Wie Fig. 4 zeigt, umfaßt das erste Netzwerk eine Matrix aus sich schneidenden rechtwinklig zueinander angeordneten leitenden Pfaden 24 und jedes Element 10 der Halbleiterschaltungsanordnung ist in einem Bereich der epitaxialen Schicht 14 ausgebildet, der durch die Matrix begrenzt wird. Die leitenden Pfade 24 haben somit die Form einer durchlöcherten Schicht auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht, wobei die Elemente 10 in einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld aus Öffnungen 25 in dieser Schicht ausgebildet sind.

Während der Herstellung der Diffusionsbereiche oder unmittelbar danach wird eine Passivierungsschicht 26 aus Siliciumoxid auf der im übrigen freien Fläche 27 der epitaxialen Schicht 14 aus­ gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt ist. In den Aussparungen 29 wer­ den Kontakte 28 für den Halbleiterkörper ausgebildet, die durch die Passivierungsschicht 26 hindurchgehen. In Fig. 2 ist die Passivierungsschicht 26 nicht dargestellt, während die Aussparungen 29 gestrichelt gezeigt sind.

Das Substrat 13 hat eine leitfähige Ebene und es wird eine Ver­ bindung von der Fläche 27 zu dieser Ebene hergestellt, indem auf einem Bereich 14′ mit P-Leitfähigkeit der epitaxialen Schicht, die an das Substrat 13 angrenzt, ein Kontakt 28 vorgesehen wird. Auf diese Weise erhält man ein zweites leitfähiges Netzwerk, in der Anordnung ohne Modifizierung des Halbleiterkörpers.

Die Schaltung nach Fig. 3 bildet ein NOR-Tor, das eine nur geringe Anzahl von elektrischen Verbindungen er­ fordert. Die Schaltung umfaßt den Transistor 11, dessen Kollektor über den Widerstand 20 mit einer Speiseleitung verbunden ist, die aus dem eindiffundierten ersten Netzwerk aus leitenden Pfaden 24 besteht. Der Emitter ist direkt an eine Erdrückleitung gelegt. Der Kollektor des Transistors 11 ist ferner mit der Basis des Transistors 12 verbunden und der Kollektor des Transistors 12 ist direkt an die aus den Pfaden 24 bestehende Speiseleitung gelegt. Das NOR-Tor hat eine Vielzahl von Eingangsklemmen 30, von denen jede getrennt über einen Widerstand 31 (Fig. 3) mit der Basis des Transistors 11 verbunden ist, Ausgangsklemmen 32 und 33 sind entsprechend mit der Basis bzw. dem Emitter des Transistors 12 verbunden und eine Diode 34 liegt zwischen der Ausgangsklemme 33 und dem Kollektor des Transistors 11.

Das NOR-Tor hat ferner einen eindiffundierten leitfähigen Pfad 36 zwischen dem Kollektor des Transistors 12 und dem ersten Netzwerk aus leitfähigen Pfaden 24 (Fig. 1).

Die erforderlichen elektrischen Verbindungen zu und zwischen den Elementen 10 sowie die elektrischen Verbindungen, die zur Ver­ vollständigung jedes NOR-Tores erforderlich sind, bestehen aus metallischen Leitern und die Kontakte 28 sind alle aus einer an­ fänglich durchgehenden Aluminiumschicht gebildet, die auf der Passivierungsschicht 26 niedergeschlagen ist. Aus dieser Metalli­ sierungsschicht wird ein Leiter-Muster gebildet, das mit den Kontakten 28 zusammenwirkt. Hierbei ist nur eine Metallisierungsschicht erforderlich.

Das eindiffundierte erste Netzwerk aus leitfähigen Pfaden 24 gewährleistet, daß das Metallisierungsmuster aus Leitern einfacher aufgebaut ist, als dies sonst zur Bildung der gewünschten Schaltung erforderlich wäre. Die Ver­ wendung des Substrates als leitende Fläche eines zweiten Netzwerkes hat ebenfalls zur Folge, daß das Metallisierungsmuster einfacher sein kann.

Ferner wird das erste Netzwerk aus leitenden Pfaden 24 ohne Modifizierung des Halbleiterkörpers und gleichzeitig mit den anderen Komponenten herge­ stellt. Die Halbleiterschaltungsanordnung kann mit einem aus einer Vielzahl von Metallisierungsmustern, die aus Leitern bestehen, kombiniert werden, um einen gewünschten Schaltkreis zu bilden.

In Fig. 2 sind die Aluminium-Leiter und die Kontakte 28 in aus­ gezogenen Linien dargestellt. Das NOR-Tor wird vervollständigt durch den entsprechenden Teil der Metallisierungs-Schicht, die einen Leiter 40 zwischen der Emitterzone des Transistors 12 und der Ausgangsklemme 33 aufweist, einen Leiter 41 zwischen der Basiszone des Transistors 12 und der Ausgangsklemme 32, einen Leiter 42 zwischen dieser Basiszone und einem Ende 23 des Widerstandes 20, einem Leiter 43 zwischen dieser Basiszone und dem Kollektorbereich des Transistors 11, einem Leiter 44 zwischen der Basiszone des Transistors 11 und dem Widerstand 31, einem Leiter 45 zwischen der Emitterzone des Transistors 11 und einem Kontakt an dem geerdeten Substrat 13 und einem Leiter 46 zwischen dem anderen Ende 23 des Widerstandes 20 und dem ersten eindiffundierten Netzwerk aus leitenden Pfaden 24.

Jedes Element 10 der Schaltungsanordnung wird gespeist, indem eine elek­ trische Energiequelle mit dem ersten Netzwerk verbunden wird. Das Substrat des Halbleiterkörpers ist geerdet und bildet somit die Rück­ leitung für die Energiequelle. Das erste Netzwerk hat einen niedrigeren Flächen­ widerstand, so daß es sich für die Zufuhr von elektrischer Energie direkt zu den einzelnen Elementen der Schaltungsanordnung eignet.

Eine geeignete Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise quadratisch mit einer Seitenlänge von 3,5 mm sein und etwa 200 NOR-Tore und 8 Flip-Flops enthalten. Der spezifische Widerstand des Substrates des Halbleiterkörpers liegt bei 0,1 Ohm · cm und der Flächenwiderstand des eindiffundierten ersten Netzwerks aus leitenden Pfaden liegt bei 5 Ohm. Das erste Netzwerk ist an eine Spannungsquelle mit +5 Volt angeschlossen. Der Erdanschluß des Substrats hat einen Widerstand von etwa 30 Ohm. Der spezifische Widerstand des Substrats ist kleiner als bei Kollektor-Diffusions-Isolations-Transistoren üblich ist, das Produkt aus Geschwindigkeit mal Leistung ist jedoch gut. Die wegen des geringeren Widerstandes etwas größere Kapazität zwischen Kollektor und Substrat beeinflußt die Vorrichtung praktisch nicht.

Obgleich vorstehend nur eine Metallisierungsschicht vorgesehen wurde, was vorteilhaft ist, kann im Bedarfsfall auch mehr als eine Metallisie­ rungsschicht verwendet werden, wobei jede auf einer anderen Passivierungs­ schicht angeordnet ist.

Claims (4)

1. Halbleiterschaltungsanordnung mit in einem Halbleiterkör­ per integrierten bipolaren Transistoren, bestehend aus einem Substrat des ersten Leitungstyps, einer auf dem Sub­ strat aufgebrachten epitaxialen Schicht des ersten Leitungs­ typs, vergrabenen Schichten des zweiten Leitungstyps, die an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht ausgebildet sind, diffundierten Trennbereichen des zweiten Leitungstyps, die sich von der freiliegenden Ober­ fläche der epitaxialen Schicht bis zur vergrabenen Schicht erstrecken, Emitterzonen der Transistoren, die an die frei­ liegende Oberfläche der epitaxialen Schicht angrenzen, Basis­ zonen der Transistoren, die in Bereichen der epitaxialen Schicht angeordnet sind, einem ersten leitenden Netzwerk des zweiten Leitungstyps, das in die epitaxiale Schicht eindif­ fundiert ist und eine Matrix aus sich schneidenden leiten­ den Pfaden bildet, wobei die Transistoren zwischen den sich schneidenden leitenden Pfaden angeordnet sind, einem zweiten leitenden Netzwerk, das teilweise aus dem Substrat besteht, einem elektrisch leitenden Metallisierungsmuster, das sich durch Öffnungen in einer elektrisch isolierenden Schicht er­ streckt, die auf der freiliegenden Oberfläche der epitaxialen Schicht ausgebildet ist, und das mit dem ersten und dem zwei­ ten Netzwerk verbunden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kollektorbereiche der Transistoren (11, 12) aus den vergrabenen Schichten (15) und den Trennbereichen ( 17) bestehen und zwischen den leitenden Pfaden des ersten Netz­ werks (24) angeordnet sind, daß die Basiszonen (18) der Tran­ sistoren die Teile der epitaxialen Schicht (14) bilden, die von den vergrabenen Schichten (15 ) und den Trennbereichen (17) umgrenzt sind, daß die Emitterzonen (19) den zweiten Leitungs­ typ aufweisen, und daß das zweite Netzwerk teilweise aus un­ modifizierten Bereichen (14′) der epitaxialen Schicht (14) besteht, die zwischen den leitenden Pfaden des ersten Netz­ werks (24) angeordnet sind.

2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezi­ fische elektrische Widerstand des Substrats (13) bei 0,1 Ohm · cm liegt.

3. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb­ leiterkörper aus Silicium besteht und das Substrat (13) den p-Leitungstyp aufweist.

4. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Pfade des ersten Netzwerks (24) mit dem Kollektorbereich min­ destens eines Transistors (11, 12) leitend verbunden sind.