DE2558975A1

DE2558975A1 - Integrierte, logische implantathalbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2558975A1
Application number: DE19752558975
Authority: DE
Inventors: Shintaro Ito; Masanori Nakai; Junichi Nakamura; Yoshio Nishi; Satoshi Shinozaki; Yukuya Tokumaru
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1974-12-27
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1976-07-08
Also published as: FR2296269A1; FR2296269B1; DE2558975C2; JPS5182578A; DE2560577C2; NL7515036A; GB1528028A; NL182763C; NL182763B

Description

Integrierte, logische Implantathalbleiteranordnung

Die Erfindung betrifft eine integrierte, logische Implantathalbleiteranordnung mit einem, einen bestimmten Typ leitenden Halbleitersubstrat und einer, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht, welche dem Halbleitersubstrat überlagert ist.

Bei Halbleiteranordnungen für einen logischen Schaltkreis ist bisher die sogenannte "Transistor-Transistor-Logik" (abgekürzt "TTL") allgemein bekannt. In den letzten Jahren gewann die integrierte, logische Implantathalbleiteraaordnung (abgekürzt ¹¹IIL" bzw. "I²L") immer mehr an Auf-

merksamkeit, da die I L-Technik eine einfachere Konstruktion aufweist, mit einer höheren Ausbeute hergestellt werden kann und eine höhere Integrationsdichte als die TTL-Logik erlaubt. Diese neueren I L-(auch mit "MTL" bezeichnet) Halbleiteranordnungen umfassen einen Schalttransistor, der auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und einen Quer-Transistor, der in ähnlicher Weise auf dem Halbleiter-

609828/0699

substrat ausgebildet ist und der Minoritätsträger in den Basisbereich des Schalttransistors einleitet. Der Eingang

2
des I L-Schaltkreises bzw. der Basis des Schalttransistors wird durch die Minoritätsträger gesteuert, welche der Basis

2
des, in dem I L-Schaltkreis enthaltenen Schalttransistor zugeführt werden, wobei der Ausgang des I L-Schaltkreises bzw. des Kollektors des Schalttransistors v/irksam steuerbar ist.

Bei einer bekannten I Ii-Halbleiteranordnung läßt man eine K-leitende Halbleiterschicht als Epitaxialschicht auf ein Halbleitersubstrat mit einem vorgegebenen Leitungstyp aufwachsen. Für eine P-leitende "Verunreinigung wird Bor in die N-leitende Halb le it er schicht eindiffundiert und zwar mit

17 1°> 3

einer Konzentration von iO ' bis 10 atome/em , um so einen ersten und einen zweiten P-leitenden Bereich zu schaffen. 3?ür eine N-leitende Verunreinigung wird Phosphor in den ersten P-leitenden Bereich eindiffundiert, und zwar mit einer Konzentration von 10 t>is 10 atome/cm⁷, um so einen

2 N-leitenden Bereich auszubilden. Ein I L-Schaltkreis, wie er beispielsweise vorher beschrieben wurde, umfaßt einen Quer-Transistor, bei welchem der zweite P-leitende Bereich als Emitter, die N-leitende Halbleiterschicht als Basis und der erste P-leitende Bereich als Kollektor verwendet wird, und desweiteren einen vertikal aufgebauten Transistor, bei welchem die N-leitende Halbleiterschicht als Emitter, der erste P-leitende Bereich als Basis und der N-leitende Bereich als Kollektor verwendet wird.

Wenn an eine PH-Verbindung zwischen dem zweiten P—leitenden Bereich und der ET-leitenden Halbleiterschicht eine Durchlaßspannung angelegt wird, dann wandern die Löcher von dem zweiten P-leitenden Bereich durch die Η-leitende Halt leiter schicht in den ersten P-leitenden Bereich. Wenn dies der Fall ist, dann

2
weist der Eingangsanschluß des I L-Schaltkreises oder die Basis

609828/0699

(erster P-leitender Bereich.) des Vertikal-Transistors ein Eingangssignal mit einem Pegel "1" auf und dann wird der, von dem Emitter (zweiter P-leitender Bereich) des Quer-ΡϊϊΡ-Transistors abgeleitete Emitterstrom derart verstärkt, daß diese Verstärkung einem Verstärkungsfaktor ^pwp des 'basisgeerdeten Quer-PUP-Transistors gleich ist und dieser Emitterstrom fließt zu dem ersten P-leitenden Bereich, welcher gleichzeitig als Kollektor des Quer-PITP-Transistors und als Basis des Vertikal-HHi-Transistors wirkt. Dementsprechend ändert der Vertikal-HPJi-Transistor seine Leitfähigkeit, indem sein Ausgangsanschluß "bzw. Kollektor (N-leitender Bereich) mit einem Signal mit dem Pegel "0" versorgt wird. Der Ausgangsstrom von diesem Kollektor ist auf einen Wert "beschränkt, der dem Basisstrom des Vertikal-ITPN-Transistors gleich ist, wobei der Basisstrom durch den Verstärkungsfaktor ßwpM dieses Transistors verstärkt worden ist. Wenn an den Eingangsanschluß

des I L-Schaltkreises ein Eingangssignal mit einem Pegel ¹¹O" angelegt wird, darm hört der Emitterstrom von dem Emitter des Quer-PITP-Transistors auf, zu der Basis des Vertikal-NPff-Transistors zu fließen, um sie so nichtleitend zu machen, wodurch an dem Ausgangsanschluß des Vertikal-HPItf-Transistors ein Signal mit dem Pegel "1" erzeugt wird.

Der Energieverbrauch dieser vorbeschriebenen I L-Halbleiteranordnung \^ird durch die Eigenschaft des basisgeerdeten Quer-PNP-Transistors d.h. durch seinen Stromverstärkungsfaktor

oC pp.jp weitgehend beeinflußt. Der Energieverbrauch nimmt nämlich im selben Maße ab, wie der Verstärkungsfaktor (X pjjp sich dem Wert 1 annähert. Beispielsweise wird der Wert des Fan-Out oder des Rauschab Standes überwiegend durch die Eigenschaft und insbesondere durch den Stromverstärkungsfaktor

Λ des emittergeerdeten Vertikal-BPN-Transistors beeinflußt. Es ist daher notwendig, bei - I L-Halbleiteranordnungen sowohl den Stromverstärkungsfaktor OCpjjp als auch

609 82 8/0699

den Stromverstärkungsfaktor ßii-ρπ ^zu erhöhen.

ρ
Da ,-piocn "bei der bekannten I L- Halbleiteranordnung der VertikaL-NPri-Transistor eine N-leitende Halbleiterschicht auf weist, in "welcher der erste P-leitende Bereich durch doüpelte Diffusion, nämlich auch für den IT-leitenden Bereich, ausgebildet worden ist, hat die, in die Basis (erster P-leitender Bereich) eindiffundierte Verunreinigung eine höhere Konzentration, als der Emitter (N-leitende Halbleiterschicht). Die in die Basis geleiteten Träger werden daher erkennbar durch ein Verzögerungsfeld derart verzögert, daß die Wirksamkeit der Trägerinjektion verringert wird. Die Basis des Quer-PNP-Transistors ist zwischen d&i ersten und den zweiten P-leitenden Bereichen angeordnet und wird durch jenen Bereich der N-leitenden Halbleiterschicht gebildet, welche sich in Tiefenrichtung ausdehnt, was erkennbar den Trä&erdurchgang durch diese Basis beeinträchtigt. Darüberhinaus benötigen die Basis des Quer-PNP-Transistors und der Emitter des Vertikal-NPN-Toaisistors einen gemeinsamen Bereich. Wenn also ein Versuch unternommen wird, um die Konzentrationsverteilung der Verunreinigung in einem dieser beiden Transistoren zu verändern, um dadurch die Wirksamkeit dieses einen Transistors zu verbessern, dann wird die Wirksamkeit des anderen Transistors vermindert, was im End-

effekt eine allgemeinen Wirksamkeitsverminderung der I L-Halbleiteranordnung ab einem bestimmten Maß bewirkt.

2 Aufgabe der Erfindung ist daher eine I L-HaIbleiteranordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art derart zu schaffen, daß ganz allgemein die Wirksamkeit der Trägerinjektion und des Trägertransportes sowohl in dem Quer-als auch in dem Vertikal-Transistors erhöht wird.

609828/0699

Diese Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. V/eitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere soll erfindungsgemäß ein seperater Bereich vorgesehen werden, um vateilhafterweise zu verhindern, daß zugeführte Träger in irgendwelche unnötige Bereiche abgeleitet werden. Desweiteren ist ein Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß die Verbindung

2 ■ ■ zwischen getrennten Bereichen, welche das I L-Schaltkreiselement umgeben und der Basis des Vertikal-Transistors ein Element beinhaltet, welches eine verminderte Kapazität aufweist um so die Schalt ge schwindigke it des Vertikal-Transisto.rs zu beschleunigen. Außerdem soll für den trennenden Bereich,

ρ
welcher die I L-HaIbleiteimordnung umgibt ein zusätzlicher Injektor vorteilhafterweise vorgesehen werden, um so die Menge der zugeführten Träger zu erhöhen.

Vorteilhafterweise kann auch ein gitterförmig ausgebildeter

2
Bereich in der I L-Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung vorgesehen werden, welcher denselben Leitungstyp wie die, auf einem Halbleitersubstrat überlagerte Schicht, wobei die das Substrat überlagernde Schicht den entgegengesetzten Leitungstyp wie das Halbleitersubstrat aufweist, um so die

2 Integration von einer Vielzahl von I L-Halbleiterelementen zu erleichtern.

Bei einer weiteren,· vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung

ρ ist ein Träger-Blockierbereich um eine I L-Halbleiteranordnung herum vorgesehen, welche von einer Vielzahl von integrierten I L-Schaltkreiselementen gebildet wird, um so zu verhindern, daß Träger an die Außenseite verlöten gehen.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:

609828/0699

Pig.i einen Querschnitt durch eine erste Ausführungs— form der Erfindung; . .

Fig.2 eine Schaltung gemäß der Ausführungsform nach

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, welche zusätzlich einen trennenden Bereich und einen Verbindungsbereich der zwischen dem trennenden Bereich und der Basis des Quer-Transistors angeordnet ist, aufweist;

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig.3;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere.Ausführungsform der Erfindung, in welcher der erste W-leitende Bereich die P-leitende Schicht durchdringt, um das N-leitende Substrat zu kontaktieren; . . .

Fig.6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche zusätzlich einen trennenden Bereich aufweist, der aus einem

isolierenden Material besteht und um das I L-Schaltkreiselement von Fig.5 herum angeordnet ist;

Fig.7 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher der trennende Bereich einen bestimmten Typ leitet und mit einem zusätzlichen Injektorbereich versehen ist;

Fig.8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine

Vielzahl von I L-Schaltkreiselementen auf demselben Substrat integriert sind;

6098 28/0699

Fig.9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung, bei welcher

die I L-HaIbIeiteranordnung von einem Träger-Blockierbereich umgeben ist und bei welcher

ρ
eine Vielzahl von I L-Schaltkreiselementen

integriert sind; und

Fig.10 ein Diagramm der Konzentration der Verunreinigungen, welche in den Vertikal-Transistor eindiffundiert sind.

Gemäß Fig.1 ist ein Halbleitersubstrat 11, welches einen bestimmten Typ z.B. einen Η-Typ leitet, von einer Halbleiterschicht 12 überlagert, wobei die Halbleiterschicht 12 einen anderen, entgegengesetzten Typ leitet, der beispielsweise ein P~-Typ sein kann. Die Halbleiterschicht 12 kann beispielsweise eine auf das N-leitende Halbleitersubstrat 11 aufgedampfte Epitaxialschicht sein, welche eine Konzentration von 10 bis 10 atome/cHr und eine Dicke von 2 bis 3 mikron aufweisen kann und welche mit Bor verunreinigt ist, das eine P~ oder eine 1f -Leitfähigkeit erzeugt. Ein erster und ein zweiter Bereich 13 bzw. 14 wird durch Eindiffusion von Phosphor ausgebildet, um in der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 eine N-Leitfähigkeit mit einer Konzentration von

1£~i 1R 1R ?O ~*>

10 bis 10 bzw. von 10 bis 10 atome/ciir zu erzeugen.

Ein P⁺- leitender Bereich 15 ist in dem ersten N-leitenden Bereich 13 und ein ohmischer, P⁺-leitender Kontaktbereich ist in der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 durch thermische Diffusion von Bor bei einer oxidierenden Hochtemperatur-Atmosphäre von 1050° G bis zu einer Tiefe von 1 bis 2 mikron hergestellt.

Ein N-leitender Verbindungsbereich 17 ist beispielsweise in jenem Bereich der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 eingebettet, welcher zwischen dem ersten N-leitenden Bereich 13

609828/0699

und dem N-leitenden Halbleitersubstrat 11 liegt, um diese miteinander zu verbinden. Auf den P⁺- leitenden Bereich 15, den N-leitenden Bereich 14 und auf den Kontaktbereich 16 ist Aluminium aufgedampft, welches durch Öffnungen in einer Isolationsschicht 18 aus SiOp reicht, um so eine Injektorelektrode 19 bzw. eine Ausgangselektrode 20 bzw. eine Eingangselektrode 21 zu schaffen.

ρ
Das so beschriebene I L-Schaltkreiselement umfaßt einen Quer-PNP-Transistor LTr und einen Vertikal-NPN-Transistor VTr. Bei dem Transistor LTr wird der Emitter von dem ersten P -leitenden Bereich 15» die Basis von dem ersten Bi-leitenden Bereich 13 und der Kollektor von der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 gebildet. Bei dem Transistor VTr wird der Emitter von dem N-leitenden Halbleitersubstrat 11, die Basis von der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 und der Kollektor von dem zweiten N-leitenden Bereich 14 gebildet. Ein dazu äquivalenter Schaltkreis ist in Fig.2 dargestellt.

ρ
Wenn an ein derart konstruiertes I L-Schaltkreiselement eine positive Spannung von 0.8 V durch die Elektrode 19 auf den Emitter (der als Injektor wirkt) oder auf den ersten P-leitenden Bereich 15 des Quer-PNP-Transistors LTr gelegt wird und das Potential des N-leitenden Halbleitersuostrats auf Null gesetzt wird oder Erdpotential aufweist, dann werden Löcher von dem Injektorbereich 15 in die Basis oder den ersten N-leitenden Bereich 13 und dann in den Kollektor oder die P-leitende Halbleiterschicht 12 des Quer-Transistors LTr transportiert. Bei einer Überschuß zufuhr von Löchern an ' daa Kollektor 12 werden die Elektronen veranlaßt in die Löcher zu emittieen. Die Emission der Elektronen in den Kollektor oder in die N-leitende Halbleiterschicht 12 des Quer-PNP-Transistors LTr, welche gleichzeitig als Basis des Vertikal-NPN-Timsistors VTr verwendet wird, setzt den Vertikal-NPKT-Transistor VTr in Funktion. Daraus ergibt sich, daß das

609828/0699

Potential des Kollektors 14 des Vertikal-NPN-Transistors VTr auf Null fällt. In diesem Falle bleibt die Basis 12 des Vertikal-NPN-Transistors VTr offen oder wird durch ein Potential offen gehalten, das höher ist als das Schwellen-Potential des emittergeerdeten Vertikal-NPN-Transistors VTr durch die Eingangselektrode 20 und den Kontaktbereich 16. Wenn das Potential der Basis 12 des Vertikal-NPN-Transistors VTr jedoch auf Erdpotential oder Null gelegt wird, dann wird der Vertikal-Transisfor nichtleitend gemacht, wodurch der Kollektor 14 des Transistors VTr den Ausgangsbereich

2
des I L-Schaltkreiselementes ein positives Potential anzu-

P
nehmen. Das oben beschriebene I L-Schaltkreiselement wirkt nämlich wie ein Inverter, bei welchem der Ausgangsanschluß einen "O"-Ausgang liefert, wenn der Eingangsanschluß einen "1"- Eingang erhält und umgekehrt erscheint ein "1"-Ausgang wenn an den Eingangsanschluß ein "0"- Eingang anliegt.

Bei einem derartigen I L-Schaltkreiselement hat die Basis des Quer-PlTP-Transistors LTr eine einheitliche Breite, wodurch die von dem Injektor oder Emitter 15 kommenden Träger oder Löcher mit hoher Effektivität durch die Basis 13 transportiert werden können. Desweiteren enthält der Basisbereich 12 des Vertikal-NPN-Transistors eine weit niedrigere Konzentration an Verunreinigungen als dessen Emitterbereich 11, wodurch die Träger wirksamer von dem Emitterbereich 11 in den Basisbereich 12 injeziert und durch ihn hindurch transportiert werden können.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig.3 und 4 ist ein Trennbereich 22 vorgesehen, welcher den ersten N-leitenden Bereich mit dem in diesem Bereich diffundierten P⁺-leitenden Bereich 15, den zweiten N-leitenden Bereich 14 und den P -leitenden . Kontaktbereich 16 umgibt und welcher die P~-leitende HaIb-

609828/0699

le it erschient 12 durchdringt, um das IT-leitende Halbleitersubstrat 11 zu kontaktieren. Dieser Trennbereich 22 umfaßt einen N-leitenden Bereich 22a, welcher nahe dem ersten N-leitenden Bereich 13 angeordnet ist und dessen restlicher Teil als isolierender Bereich 22b ausgebildet ist. Der isolierende Bereich 22b kann beispielsweise aus einer Oxydschicht bestehen. Ein N-leitender Verbindungsbereich 17a ist in der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 ausgebildet und zwischen dem N-leitenden Bereich 22a und dem ersten N-leitenden Bereich 13 zu deren Verbindung angeordnet. Dadurch wird der erste N-leitende Bereich 13 mit dem N-leitenden Substrat 11 durch den Verbindungsbereich 17a und den N-leitenden Bereich 22a des Trennbereiches 22 verbunden. Der Trennbereich 22 ermöglicht, daß die von dem Injektor 15

ρ kommenden Löcher mit großer Wirksamkeit auf das I L-Schalt- · kreiselement wirken können ohne in irgendwelche unnötige Bereiche abgeleitet und verteilt zu werden. Da der größte Teil des Trennbereiches 22 von einem isolierenden Teil 22b gebildet wird, weist die Verbindung zwischen dem isolierenden Bereich 22b und der Halbleiterschicht 12 eine kleine Kapazität auf, wodurch die Schaltfunktion des Vertikal-NPN-Transistors VTr beschleunigt wird. Der isolierende Bereich 22b kann durch das Ausschneiden einer gewünschten Aussparung in der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 erzeugt werden (was einer sogenannten Luftisolation entspricht). Die Aussparung kann aber auch mit einem isolierenden Material ausgegossen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 durchdringt der erste N-leitende Bereich 13» in welchen der P-leitende Bereich 15 durch Diffusion eingebaut wird, die P~-leitende Halbleiter schicht 12, um so das N-leitende Halbleitersubstrat 11 zu kontaktieren. Mit dieser Ausführungsform

609828/0699

wird die Notwendigkeit eines Verbindungsbereiches vermieden, wie dies bei den vorhergehenden Ausführungsformen nach Fig.3 und 4- der Fall ist, wodurch die Herstellung

2
eines I L-Schaltkreiselementes erleichert wird.

ρ
Gemäß Fig.6 ist ein I L-Schaltkreiselement dargestellt, welches einen Isolationsbereich 23 aufweist, welcher den ersten Η-leitenden Bereich 13» den zweiten IT-leitenden Bereich 14 und den P-leitenden Kontaktbereich 16 bei einer Ausführungsform nach Fig.5 umgibt und der die P~-leitende Halbleiterschicht 12 durchdringt um so das N-leitende Halbleitersubstrat 11 zu kontaktieren. Der isolierende Trennbereich 23 ermöglicht, daß die, von dem Injektor 15 kommenden Löcher durch den Basisbereich 13 in den Kollektorbereich 12 (P~-leitende Halbleiterschicht) mit einer

2
größeren Wirksamkeit auf das I L-Element einwirken, ohne dabei in irgenwelche unnötige Bereiche abgeleitet zu werden und damit auch die Funktionswirksamkeit dieses Elementes erhöht. Wenn also der Trennbereich 23 aus einem isolierenden Material - wie in der Ausführungsform gemäß Fig.6 - besteht und dadurch einen N -Bereich bildet, dann weist die Verbindung zwischen dem Trennbereich 23 und der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 eine geringe Kapazität auf, wodurch die Schaltfunktion des Vertikal-HPN-Transistors VTr beschleunigt wird, wobei der Transistor VTr aus dem N-leitenden Substrat 11 , der P~-leitenden Schicht 12 und dem zweiten N-leitenden Bereich gebildet wird.

In Fig.7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher ein Trennbereich 24- aus einem N-leitenden Bereich gebildet ist, der durch die P"-leitende Halbleiterschicht 12 bis zu der N-leitenden Halbleiterschicht reicht und diese kontaktiert und der den ersten N-leitenden

609828/0699

Bereich 13, den zweiten N-Ie it enden Bereich. 14- und den P-leitenden Bereich. Kontaktbereich 16 umgibt, wobei der P-leitende Bereich 15 in dem ersten N-leitenden Bereich I3 ausgebildet ist. Ein weiterer P-leitender Bereich 25 ist in jenen Teil des N-leitenden Trennbereiches 24· eindiffundiert, welcher nahe dem ersten N-leitenden Bereich I3 angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht, daß die P-leitenden Bereiche 15 und 25 als Injektoren verwendet werden können. Demgemäß tragen die von den beiden Injektoren kommenden Ladungsträger wirksamer zu einer verbesserten Funk-

2
tion des I L-Schaltkreiselementes bei.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.8

sind eine Vielzahl von, in Fig.5 dargestellten I !-Schaltkreis element en dargestellt, welche auf demselben Substrat integriert sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.8 ist in der P -leitenden Halbleiterschicht 12 ein gitterfÖrmiger N-leitender Bereich 25 ausgebildet, der in einer Epitaxialschicht auf die N-leitende Halbleiterschicht 12 aufgebracht ist und bis zu dem darunterliegenden N-leitenden Halbleitersubstrat 11 reicht. In diesem gitterförmigen N-leitenden Bereich 25 ist ein gitterfÖrmiger P-leitender Bereich 26 ausgebildet, welcher den gitterförmigen N-leitenden Bereich 25 jeweils an seiner äußeren Peripherie umgibt. Die P~-leitende Halbleiterschicht 12 wird durch diesen gitterförmigen ersten N-leitenden Bereich 25 in eine Vielzahl von Abschnitten 12a unterteilt, wobei in jedem dieser Abschnitte 12a der zweite N-leitende Bereich 14· und der P-leitende Kontaktbereich 16 ausgebildet ist.

Bei der integrierten, logischen Implantathalbleiteran-

2
Ordnung gemäß Fig.8 ist ein I L-Schaltkreiselement 27 beispielsweise durch die gestrichelten Linien dargestellt.

609828/0699

2
Jedes I L-Schaltkreiselement 27 ist von dem gitterförmigausgebildeten, P-leitenden Bereich 26 umgeben, welcher als Injektor wirkt und durch den eine große Anzahl von Minoritätsträgern in den Kollektor 12a des Quer-PHP-Transistors LTr durch dessen Basis 25 gebracht werden kann und durch den die

2
Funktion des I L-Schaltkreiselementes konsequenterweise hervorragend erhöht werden kann. Der Basisbereich oder der erste IT-leitende Bereich 25 wirkt gleichzeitig als Trenn-

2 bereich zur Trennung der jeweiligen I L-Schaltkreiselemente voneinander, wodurch die Notwendigkeit eines sinnvoll vorzusehenden Trennbereiches entfällt und als Folge daraus das

2
Konstruktionsmuster der I L-Halbleiteranordnung wesentlich vereinfacht.

Einziger Nachteil der Ausführungsform gemäß Fig.8 ist, daß

2 die Ladungsträger an den Seiten der I L-Halbleiteranordnung verloren gehen, wodurch verhindert vird, daß die Ladungsträger wirksam genützt werden können.

Im Hinblick auf diesen Nachteil ist in Fig.9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher ein N-Ieitender Bereich 28, welcher die Ladungsträger, ab-

_ 2

blockt, um die P -leitende Halbleiterschicht 12 der I L-HaIbleiteranordnung herum angeordnet ist. Es ist daher mögjich, den, die Ladungsträger abblockenden Bereich 28 so auszubilden, daß jener Bereich 25a des ersten N-leitenden Bereiches 25 kontaktiert wird, welcher am näheren der äußeren Stirnseite der P~-leitenden Halbleiterschicht 12 angeordnet ist, um so einen P-leitenden Bereich 26a zu erreichen, der in dem Bereich 25a des ersten N-leitenden Bereiches 25 ausgebildet ist oder um jene P~-leitenden Halbleiterabschnitte 12a des I L-ochaltkreiselementes 27a zu kontaktieren, welche

609828/069 9

am nähesten der Seite der HalbleiterSchicht 12 angeordnet sind. Der, die Ladungsträger abblockende Bereich 28 kann gleichzeitig als Isolationsschicht wirken. Die Ausführungsform gemäß Fig.9 hat eine weitere Isolationsschicht 29, welche dem IT-leitenden Bereich 28, welcher die Ladungsträger abblockt, überlagert ist, um dadurch zu ermöglichen, daß der Bereich 28 ohne Änderung in einen P⁺-leitenden Typ ausgebildet werden kann, wenn der P-leitende Bereich 26 vorgesehen ist.

Mit allen Ausführungsformen ist es möglich, daß die Minoritäts-

2 träger v/irksam von dem Injektor des in dem I L-Schaltkreiselementes enthaltenen Quer-PNP-Transistors abgegeben werden können. Die in die Basis des Vertikal-NPN-Transistors eindiffundierte Verunreinigung hat eine weit geringere Konzentration als dessen Emitter, wie sich aus dem Diagramm der Verunreinigungskonzentration von Fig.10 ergibt, wodurch es möglich ist, daß die Minoritätsträger von dem Emitter in die Basis und durch die Basis hindurch geführt werden können. Desweiteren hat die in eine Halbleiterschbht, weldE epitaxial auf das Halbleitersubstrat 11 aufgewachsen ist, eindiffundierte Verunreinigung eine niedrigere Konzentration als das Substrat 11. Dadurch wird verhindert, daß die Verbindung zwischen der Halb le it er schicht und dem Substrat eine vergrößerte Kapazität aufieist, wodurch eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des Vertikal-liPN-Transistors VTr und

2 eine Verminderung des Energieverzögerungsproduktes des I L-Schaltkreiselementes erreicht wird und wodurch eine leichtere

Integration einer Vielzahl von I L-Schaltkreiselementen ermöglicht wird.

609828/ 0 699

Wenn in irgendeiner der vorhergehenden Ausführungsformen ein zusätzlicher P-leitender Bereich vorgesehen wird, der beispielsweise zwischen dem zweiten IT-leitenden Bereich 14- und der P~-leitenden Ilalbleiterschicht 12 zu deren Kontaktierung eingebettet sein kann, dann nähert sich der Spitzenpunkt der Verunreinigungs-Konzentrationskurve des zusätzlichen P-leitenden Bereiches weitgehend der Asymptote der Verunreinigungs-Konzentrationskurve des Emitters, wodurch ermöglicht wird, daß die Ladungsträger noch wirksamer vom Emitter entladen werden können. Es kann auch eine Vielzahl von Kollektorbereichen in dem Vertikal-Transistor vorgesehen werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen war das Halbleitersubstrat mit einer N-Leitfähigkeit gewählt worden und die Leitfähigkeitstypen aller anderen Halbleiterschichten und Bereiche waren auf die dadurch zugrundegelegte N-Leitfähigkeit des Halbleitersubstrats abgestimmt. Es ist jedoch auch möglich, daß dB Halbleitersubstrat eine P-Leitfähigkeit aufweist und daß alle anderen Halbleiterschichten und Bereiche mit einer entsprechenden Umkehrung der Leitfähigkeitstypen ausgeführt werden.

609828/0699

Claims

Ansprüche

Integrierte, logische ImiDlantatharbleiteranordnung mit einem, einen bestimmten Typ leitenden Halbleitersubstrat und einer, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht, welche dem Halbleitersubstrat überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster, einen bestimmten Typ leitender Bereich (13) in der, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht (12) mit dem Halbleitersubstrat (11) kontaktiert angeordnet ist und daß ein, einen anderen Typ leitender Bereich (15) in dem ersten Bereich (13) ausgebildet ist und daß mindestens ein zweiter, einen bestimmten Typ leitender Bereich (14) in der, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht (12) angeordnet ist, wobei der einen anderen Typ leitende Bereich (15)» der erste, einen bestimmten Typ leitende Bereich (13) und die einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12) zusammen einen Quer-Transistor (LTr) mit einem ersten Polaritätstyp bilden und wobei das einen bestimmten Typ leitende Halbleitersubstrat (11), die einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12) und der zweite einen bestimmten Typ leitende Bereich (14) zusammen einen Vertikal-Transistor (VTr) mit einem, den ersten Polaritätstyp entgegengesetzten Polaritätstyp bilden.

2. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, einen bestimmten Typ leitende Bereich (13) die einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12) derart durchdringt, daß der erste, einen bestimmten Typ leitende Bereich (13) das Halbleitersubstrat (11)

609828/0699

kontaktiert.

3ί Implantathalblexteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten, einen bestimmten Typ leitenden Bereich (13) und dem, den gleichen Typ leitenden Halbleitersubstrat (11) ein, den gleichen Typ leitender Verbindungsbereich (17) vorgesehen ist.

4. Implantathalbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennbereich (22) vorgesehen ist, welcher die, einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12) bis zu dem Halbleitersubstrat (11) durchdringt und welcher den ersten und den zweiten, einen bestimmten Typ leitenden Bereich (13) und (14) umgibt, und daß ein Teil (22a) des Trennbereiches (22), der in der Nähe des ersten, einen bestimmten Typ leitenden Bereiches (13) angeordnet ist, als ein, denselben bestimmten Typ leitender Halbleiter ausgebildet ist, und daß ein, denselben bestimmten Typ, leitender Verbindungsbereich (1¹^O zwischen dem ersten Bereich (13) und dem Teil (22a) des Trennbereiches (22) angeordnet ist.

5. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbereich (22) ohne den Teil (22a) aus einem Isolationsmaterial ausgebildet ist.

6. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbereich (22) aus einem, einen bestimmten Typ leitenden Halbleiter (24) gebildet ist.

7. Implantathalblexteranordnung nach Anspruch 6, dadurch

609828/0699

gekennzeichnet, daß ein Teil (24a) des Trennbereiches (24) mit einem, einen anderen Typ leitenden Bereich (25) versehen ist.

8. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbereich (22) aus einem, einen bestimmten Typ leitenden Halbleiterbereich (24a) und einem Isolationsbereich (23) besteht und daß ein , einen anderen Typ leitenden, zusätzlicher Bereich (25) in dem einen, einen bestimmten Typ leitenden Teil (24a) des Trennbereiches (22) ausgebildet ist.

9. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbereich (22) aus einem Isolationsmaterial (23) ausgebildet ist.

10. Implantathalbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, einen bestimmten Typ leitende Bereich (13) in der, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht (12) gitterförmig ausgebildet ist und daß der zweite, einen bestimmten Typ leitende Bereich (14) und ein, einen anderen Typ leitender, ohmischer Kontaktbereich (16) in jedem der, einen entgegengesetzten Typ leitenden Abschnitte ausgebildet ist, in welche, das einen entgegengesetzten Typ leitende Substrat (11) durch den ersten, einen bestimmten Typ leitenden gitterförmigen Bereich (25) unterteilt ist.

11. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladungsträger abblockender Bereich (28)

609828/0699

die, einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12) bis zu dem einen anderen Typ .leitenden Halbleitersubstrat (11) durchdringt und um die Halbleiterschicht (12) herum angeordnet ist.

12. Implantathalbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem, Ladungsträger abblockenden Bereich (28) eine Isolationsschicht (29) ausgebildet ist.

15. Implantathalbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmische Kontaktbereich (16) in der, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht (12) mit demselben Typ leitend ausgebildet ist.

14·. Implantathalbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 4- bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmische Kontaktbereich (16) in der, einen anderen Typ leitenden Halbleiterschicht (12), welche durch den Trennbereich (22 bis 24-) umgeben ist, mit demselben Typ, wie die Halbleiterschicht (12) ausgebildet ist.

15. Implantathalbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmische Kontaktbereich (16) in jedem der einen anderen Typ leitenden Halbleiterabschnitte mit demselben Typ wie die Halbleiterabschnitte leitend ausgebildet ist.

16. Implantathalbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden

609828/0699

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die, einen anderen Typ leitende Halbleitersehicht (12) eine niedrigere Verunreinigungskonzentration aufweist, als das einen bestimmten Typ leitende Halbleitersubstrat (11) und der erste einen bestimmten Typ leitende Bereich (13) eine niedrigere Verunreinigungpkonzentration aufweist, als die einen anderen Typ leitende Halbleiterschicht (12).

609828/0699