DE2655917A1

DE2655917A1 - Integrierte schaltung

Info

Publication number: DE2655917A1
Application number: DE19762655917
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Nishizawa
Original assignee: Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai
Current assignee: Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1976-12-09
Publication date: 1977-06-16
Also published as: CA1075826A; US4259681A; IT1065020B; NL180894C; NL180894B; JPS5292468A; DE2655917C2; FR2335052B1; NL7613364A; FR2335052A1; JPS5811102B2; GB1572190A

Description

Zaidan Hoj in Handotai Kenkyu Shinkokai, Kawauchi, Sendai-shi- Miyagi-ken, Japan

Integrierte Schaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltung, und zwar insbesondere auf eine integrierte Schaltung, welche eine hohe Betriebsgeschwindigkeit und einen geringen Leistungsverbrauch aufweist.

Bei üblichen integrierten Schaltungen mit bipolaren Transistoren befinden sich normalerweise Emitter, Basis und Kollektor jedes Transistors in einer Hauptoberfläche, um die Verbindung der entsprechenden Elemente zu vereinfachen. Bei derartigen Anordnungen sollten jedoch die Kollektoren der entsprechenden Transistoren voneiander durch pn-Sperrschichten oder Oxidbereiche Isoliert sein. Dies erfordert eine große Anzahl von Herstellungsverfahren, wobei die Struktur selbst kompliziert ist und die genaue und schnelle Herstellung integrierter Schaltungen schwierig wird. Fig. 1 zeigt einen Teil einer üblichen integrierten Schaltung. Die zwei gezeigten Transistoren Tr₁ und Tr₂ besitzen einen ähnlichen Aufbau. Bei jedem Transistor sind stark dotierte η -Bereiche 2 und 3 auf entgegengesetzten Oberflächenteilen eines n-Substrats 1 ausgebildet. Der n⁺-Bereich 2 bildet einen Kollektorkontaktbereich zur Bildung eines Ohm¹sehen Metall-Halbleiter-Kontakts mit der Kollektorelektrode 4, während ein anderer n⁺-Bereich 3 zur Verminderung des Kollektorwiderstandes des Transistors dient.

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Ferner ist ein p-Basisbereich 5 in einem Oberflächenteil des Substrats 1 auf der gleichen Seite wie der Kollektorkontaktbereich 2 ausgebildet. Ein stark dotierter η -Bereich 7 ist in einem Oberflächenteil des p-Basisbereichs 5 ausgebildet. Eine Basiselektrode 6 und eine Emitterelektrode 8 sind auf den Basis- und den Emitter-Bereichen 5 und 7 ausgebildet. Das n-Substrat 1 dient als ein Kollektorbereich. Da die Transistoren Tr₁ und Tr₂ in der gleichen Halbleiterscheibe (wafer) benachbart zueinander ausgebildet sind, wird ein isolierender p-Bereich 9 dazwischen benötigt, um die Transistoren Tr₁ und Tr« elektrisch zu trennen. Der isolierende p-Bereich 9 kann durch einen Oxidbereich oder durch irgendein anderes, einen hohen Widerstand aufweisendes Glied ersetzt werden.

Es sei nunmehr angenommen, daß die in Fig. 2 gezeigte elektronische Schaltung als integrierte Schaltung ausgebildet werden soll. Wenn die übliche Struktur gemäß Fig. 1 verwendet wird, so wären vier diskrete Transistorstrukturen erforderlich, deren jede ähnlich dem Transistor Tr₁ der Fig. 1 wäre, um so die vier Ausgangstransistoren auszubilden, und zwar zusätzlich zu einem auf der linken Seite in Fig. 2 gezeigten treibenden Transistor. Elektrische Verbindungen unter den entsprechenden Transistoren werden durch Metallschichten erreicht, die auf der Substratoberfläche abgeschieden sind. Bei einer derartigen Struktur sind Flächen von beträchtlicher Größe erforderlich, um vier diskrete Transistoren auszubilden, deren jeder um sich herum mit Isolierbereichen versehen ist. Die Gesamtstruktur derartiger Halbleiterelemente und die auf der Substratoberfläche abgeschiedenen gegenseitigen Verdrahtungsleiter werden ebenfalls kompliziert.

Zur Lösung der obigen Nachteile und auch zur Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit wird die integrierte Injektionslogikschaltung

(I L) oder die merged (zusammengefaßte) Transistorlogik (MTL)-Schaltung vorgeschlagen, und zwar unter Verwendung des invers betriebenen Multi-Kollektortransistors gemäß den Fig. 3A und 3B, wobei Fig. 3A die Struktur in einem Halbleiterchip, Fig. 3B das Schaltbild zeigt.

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- r-

Die diskreten Transistoren der Fig. 2 sind hier in einer zusammengesetzten Struktur integriert. In Fig. 3A sind p-Bereiche 10 und 11 in einem n-Bereich 1 ausgebildet, und η -Bereiche 13a, 13b, 13c und 13d sind in dem p-Bereich 11 ausgebildet. Der p-Bereich 10, der n-Bereich 1 und der p-Bereich 11 bilden Emitter-, Basis- und Kollektor-Bereiche des treibenden Transistors, während der n-Bereich 1, der p-Bereich 11 und die n⁺-Bereiche 13a bis 13d Emitter-, Basis- und Multi-Kollektor-Bereiche des MuItikollektor-Ausgangstransistors bilden. In der zusammengesetzten Struktur sind dabei keine isolierenden Bereiche ausgebildet. Träger werden dabei vom Injektor in die Basis des umgedrehten mpn-Transistors injiziert. In einer derartigen integrierten Injektionslogikschaltung ist, wie in Fig. 3A zu erkennen, die Struktur außerordentlich vereinfacht und das Leistungs-Verzögerungs-Produkt wird ebenfalls klein. Es verbleibt jedoch noch immer der Speichereffekt der Minoritätsträger, insbesondere im Emitterbereich des bipolaren Ausgangstransistors. Ebenfalls wird im invers betriebenen bipolaren Transistor die Beziehung der Störstellendichte (Konzentration) in den Emitter- und Kollektor-Bereichen normalerweise umgekehrt. Daher werden die Kennlinien dieser Vorrichtung schlechter, obwohl die Eliminierung der externen Emitterverdrahtung oftmals diesen Nachteil überwindet.

Vom Standpunkt der Betriebsgeschwindigkeit aus gesehen, sind bipolare integrierte Schaltungen im allgemeinen den MOS-integrierten Schaltung überlegen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Kennlinien eines Bipolartransistors, wobei die Abszisse die Emitter-Kollektor-Spannung und die Ordinate den Kollektorstrom darstellt. Verbindet man einen Lastwiderstand in Serie mit dem Kollektor oder dem Emitter, so wird die Arbeitskennlinie (Widerstandsgerade oder Lastlinie) eine Linie AB oder AB¹, wobei der Punkt A die Versorgungsspannung darstellt. Der Arbeitspunkt bewegt sich längs der Linie AB oder AB¹ entsprechend der zwischen Emitter und Basis angelegten Signalspannung. Bei logischen Schaltungen wird der Fall, wo Linien wie AB als Arbeitslinie verwendet werden, als der Fall ungesättigter (unsaturated) Logik bezeichnet, während der Fall, wo Linien wie AB¹ verwendet werden, den Fall der gesättigten (saturated) Logik darstell. Die

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- y-

. ς.

ungesättigte Logik hat den Vorteil, daß die Arbeitsgeschwindigkeit hoch liegt, wobei aber der Nachteil eines großen Leistungsverbrauchs in Kauf genommen werden muß. Demgegenüber besitzt der Fall gesättigter Logik den Vorteil eines geringen Leistungsverbrauchs, jedoch den Nachteil einer geringen Arbeitsgeschwindigkeit. In jedem Falle ist die Betriebsgeschwindigkeit durch den Speichereffekt der Minoritätsträger begrenzt. Derzeit liegt die

bei der I L-Schaltung erreichbare Zeitverzögerung in der Größenordnung von 10 bis 20 Nanosekunden, und der Leistungsverbrauch pro Gate liegt im Bereich von 100 Mikrowatt, so daß das Leistungs-Verzögerungs-Produkt im Bereich von ungefähr 1 Picojoule (pj) liegt. Kurz gesagt ist bei konventionellen bipolaren Transistoren der Speichereffekt der Minoritätsträger groß und begrenzt die Betriebsgeschwindigkeit.

Zur Lösung dieses Problems wurden Schaltungen der komplementären Konstantstromlogik (C L = complementary constant current logic) vorgeschlagen, und zwar unter Verwendung von Schottky-Sperrschichten in Kollektorsperrschichten, wobei aber die Arbeitsgeschwindigkeit noch immer nicht groß genug ist. Weiterhin wurden Schaltungen gemäß folgenden Techniken entwickelt: Current mode logic (CML), non-threshold logic (NTL), saturated diode-transistor logic (DTL), direct-coupled transistor logic (DCTL), transistortransistor logic (TTL), usw. Die Leistungs-Verzögerungs-Produkte dieser erwähnten Logiktechnologien sind jedoch mehr als eine Größenordnung größer als bei den derzeitigen I L-Schaltungen. Dies liegt an der beträchtlichen Größe des Speichereffekts der Minoritätsträger.

Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr zum Ziel gesetzt, eine integrierte Halbleiterschaltung mit einer sehr hohen Betriebsgeschwindigkeit anzugeben. Die integrierte Halbleiterschaltung soll dabei einen einfachen Aufbau besitzen und trotz der hohen Betriebsgeschwindigkeit einen geringen Leistungsverbrauch aufweisen. Die Erfindung sieht ferner eine integrierte Halbleiterschaltung des integrierten Injektionstyps vor, die einen statischen Induktionstransistor aufweist.

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- Sr⁰-

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine integrierte Halbleiterschaltungs-Struktur vorgesehen, die in einem Halbleiter ausgebildet ist und eine Vielzahl aktiver Elemente besitzt und mindestens einen statischen Induktionstransistor als eines der erwähnten aktiven Elemente aufweist.

Der statische Induktionstransistor wurde vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen (J. Nishizawa in IEEE Trans. Electron Devices ED-22, Nr. 4, Seiten 185-197, April 1975) und besitzt Vorteile insoferne, als der Speichereffekt unterdrückt werden kann und der Gegenkopplungseffekt ebenfalls außerordentlich klein ist.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Kennlinien eines statischen Induktionstransistors, wobei die Abszisse die Drainspannung und die Ordinate den Drainstrom darstellt. Wie man aus der Fig. ersieht, besitzt der statische Induktionstransistor eine ungesättigte Kennlinie derart, daß der Drainstrom I, beim Ansteigen der Drainspannung V, mehr und mehr ansteigt. Die Arbeitskennlinie (Lastlinie oder Lastgerade) des statischen Induktionstransistors wird auf einer Linie wie beispielsweise AB ausgewählt. Der statische Induktionstransistor besitzt ähnliche Vorteile wie sie beim gesättigten MOS-Transistor auftreten, und zwar ist die Eingangsimpedanz hoch und die erforderliche Treiberleistung ist außerordentlich klein, verglichen mit dem Bipolartransistor. Ferner ist infolge des Arbeitsprinzips der Steuerung von nur der Injektion der Majoritätsträger kein Speichereffekt der Minoritätsträger im negativen-Vorspann-Bereich vorhanden und es tritt ein außerordentlich kleiner Gegenkopplungseffekt auf. Es kann daher eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit erwartet werden.

Das Leistungs-Verzögerungs-Produkt (PD) einer integrierten Schaltung unter Verwendung eines statischen Induktionstransistors kann wie folgt analysiert werden. Die Leistung P wird durch das Produkt aus Spannung und Strom I, d.h. P = VI und die Verzögerungszeit D wird durch die Zeitkonstante D = RC, wobei R der Widerstand und C die Kapazität ist, repräsentiert. Im Bereich der relativ kleinen Stromdichte ist die Strom/Spannungs-Kennlinie des statischen Induktionstransistors gegeben durch:

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- r-

-8

exp

/" qVfy

dabei ist q der absolute Wert der Einheitselektronenladung, *l ein numerischer Koeffizient nahe gleich 1, k die Bolzmann¹ sehe Konstante und T die absolute Temperatur. Wenn eine kleine Signal spannung V der Vorspannung V_Q überlagert wird, so wird der Strom: I - I₀ + I « exp [q (V₀ + V)/nkT]

- exp((qV₀/nkT) (1 + V/V_o)]

h exp[qV₀/nkT].(l + ^
in einer Annäherung erster Ordnung. Somit gilt: ϊ = I₀*(q/nkT)-v

In diesem Zustand ist der Widerstand R gegeben durch:

R « dV/dl = nkT/I_Qq
Für diese Gleichungen ist das Produkt PD gegeben durch:

pd - I₀V₀ -RC-I₀V₀

Wenn die Drain derart ausgebildet ist, daß sie mehrere Quadratmikrometer besitzt, so kann die Kapazität C auf die Größenordnung von 0,1 pF herabgedrückt werden. Wenn die Vorspannung V auf die Hälfte der Versorgungsspannung der üblichen Logikschaltung ausgewählt wird, d.h. 5,2/2 =2,6 Volt ist, so wird das

-15
PD-Produkt ungefähr 6x10 J=6fJ. Man erkennt, daß dieses

PD-Produkt wesentlich kleiner ist als das der I L-Schaltung, welches das kleinste PD-Produkt unter den bipolaren Transistorlogikschaltungen aufweist.

Die MOS-Logikschaltung, welche die Hauptrolle bei der konventionellen IC-Logikschaltung spielte, ist ursprünglich die Schaltung, welche MOS FETs mit gesättigten pentodenartigen Kennlinien verwendet, d.h. der Strom wird bei höheren Spannungen gesättigt. Bei der LSI (large scale integration, d.h. hoher Integrationsgrad), wo das Ausmaß der Integration außerordentlich hoch wird, wird es schwierig, pentodenartige gesättigte Kennlinien mit den MOS FETs zu erhalten und die außerordentlich kleinen MOS FETs zeigen das

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-3'

Bestreben, statische Induktionstransistoren zu werden. Berücksichtigt man diese Tatsache aus der anderen Sicht, so können die durch übliche Feldeffekttransistoren erreichbaren logischen Operationen auch durch statische Induktionstransistoren erreicht werden. Ferner werden bei mit hoher Packungsdichte integrierten Schaltungen die statischen Induktionstransistoren mit Sicherheit eine wichtige Rolle spielen. Die gemäß der Erfindung ausgebildete integrierte Schaltung mit statischen Induktionstransistoren hat sowohl die Vorteile einer hohen Geschwindigkeit als auch eines geringen Leistungsverbrauchs, wobei der erstgenannte Vorteil derjenige der integrierten bipolaren Transistorschaltung war, während der zuletzt genannte Vorteil derjenige der MOS integrierten Schaltung war.

Der statische Induktionstransistor kann ferner in der MOS-Bauart oder der Schottky-Bauart ausgebildet sein. Es können ähnliche Vorteile mit diesem statischen Induktions-MOS-Transistor und dem statischen Induktions-Schottky-Transistor erreicht werden. Wenn die Drain aus einer Schottky-Sperrschicht gebildet ist, so kann der Speichereffekt in der Drain ebenfalls vernachlässigt werden und es ist eine bemerkenswerte Vergrößerung der Betriebsgeschwindigkeit zu erwarten. Der Serienwiderstand r kann nicht stets notwendigerweise klein genug sein, um G * r <. 1 zu genügen, wo-

m s

bei G die statische Steilheit (trans-conductance) ist. Beispielsweise kann eine Kapazität parallel zum Serienwiderstand r geschaltet sein. Sodann ist der Serienwiderstand r kurzgeschlossen und r · G <1 gilt effektiv für Hochfrequenzkomponenten, wie beispielsweise ein Impulssignal, und für Niederfrequenzkomponenten ist r ' Gm >1.

Bei einer integrierten Schaltung mit dem statischen Induktionstransistor können die obigen Vorteile in wirkungsvoller Weise ausgenutzt werden. Ferner kann die Packungsdichte des Halbleiterchips erhöht werden. Der invers betriebene Multi-Drain-statische Induktionstransistor hat in einer integrierten Schaltung einen Vorteil insoferne, als keine Verschlechterung der Kennlinien auftritt, wie dies bei einem invers betriebenen Bipolartransistor der Fall ist.

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-AO '

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch übliche Transistorstrukturen in einer integrierten Halbleiterschaltung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer üblichen logischen Schaltung unter Verwendung diskreter Transistoren;

Fig. 3A und 3B einen Teilquerschnitt bzw. ein Schaltbild einer üb-

2
liehen I L-Schaltung;

Fig. 4 Kennlinien eines üblichen Bipolartransistors;

Fig. 5 Kennlinien eines statischen Induktionstransistors, vorgeschlagen vom Erfinder;

Fig. 6A und 6B eine schematische Draufsicht und einen Querschnitt durch eine integrierte Schaltungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 und 8 Querschnitte von Abwandlungen der integrierten Schaltung gemäß den Fig. 6A und 6B;

Fig. 9A und 9B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsstruktur;

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Abwandlung der integrierten Schaltung der Fig. 9A und 9B;

Fig. 11A bis 11J Querschnitte von verschiedenen Herstellungsstufen bei der Herstellung der Struktur der Fig. 6A und 6B;

Fig. 12A bis 12C Querschnitte, welche verschiedene Stufen bei der Herstellung der Struktur der Fig. 8 darstellen.

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265591?

- 9Γ-

In den Figuren 6A und 6B ist ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung dargestellt, die einen invers betriebenen statischen Induktionstransistor aufweist, wobei Fig. 6A eine Draufsicht und Fig. 6B einen Querschnitt längs der Linie VIB-VIB¹ in Fig. 6A zeigt.

Die integrierte Schaltung besitzt einen Eingang und vier Ausgänge.

Die integrierte Schaltung umfaßt eine n-Epitaxieschicht 14 mit

12 einer Störstellendichte (Störstellenkonzentration) von 10 bis 10 Atomen/cm und zwar aufgewachsen auf ein Substrat mit einem stark dotierten n-Sourcegebiet 15 mit einer Störstellendichte

18 2O 3

von 10 bis 10 Atomen/cm . Im Oberflächenteil der nahezu Intrinsic-n-Schicht 14 ist eine Transistorstruktur ausgebildet, und zwar bestehend aus einem stark dotierten p-Emitterbereich 16

18 2O 3

mit einer Störstellendichte von 10 bis 10 Atomen/cm und einem stark dotierten n-Basisbereich 17 mit einer Störstellendich-

17 18 3

te von 10 bis 10 Atomen/cm und schließlich einem stark dotierten p-Kollektorbereich 18 mit den gleichen elektronischen Eigenschaften wie der Emitterbereich 16. Der Kollektorbereich 18 dient ebenfalls als oder ist anstossend an einem Gate-Bereich für einen Multidrain-statischen-Induktionstransistor, der folgendes aufweist: Drainbereiche 19, ausgebildet aus stark dotierten

18 2O 3

η-Zonen mit einer Störstellendichte von 10 bis 10 Atomen/cm , einem Kanalbereich, gebildet durch einen Teil des nahezu Intrinsic-n-Bereichs 14 und den Sourcebereich 15. Wie man in den Fig. 6A und 6B erkennt, ist der Gate-Bereich 18 in einem Ausnehmungsteil ausgebildet und umgibt jeden effektiven Kanalteil des Multidrain-statischen-Induktionstransistors.

Bei dieser integrierten Schaltung steuert die zwischen dem Emitter und der Basis des bipolaren Transistors angelegte Eingangsspannung das Kollektorpotential und somit das Gate-Potential des statischen Induktionstransistors. Da bei der integrierten Schaltung der Fig. 6A und 6B der Gate-Bereich 18 des statischen Induktionstransistors auch als der Kollektorbereich des Bipolartransistors dient, kann das Gate-Potential geändert werden, und zwar durch Ein/Aus-Steuerung des bipolaren Transistors durch Änderung der Emitterbasisspannung des Bipolartransistors. Daher kann die Eingangssignalschaltung, die direkt mit dem Gate des

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statischen Induktionstransistors verbunden ist, willkürlich mit dem mit dem Bipolartransistor verbundenen Eingangsspannungskreis verbunden oder davon getrennt sein.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Gatebereich des statischen Induktionstransistors auch als Emitterbereich des Bipolartransistors an Stelle des Kollektorbereichs dienen kann oder anstossend daran ausgebildet sein kann. Fig. 7 zeigt eine derartige erfindungsgemäße Abwandlung, wobei der Emitterbereich des Bipolartransistors als der Gatebereich des statischen Induktionstransistors dient.

Die in den Fig. 6A, 6B und 7 angegebenen erfindungsgemäßen Strukturen sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern sind erfindungsgemäße Beispiele.

Die Störstellendichte, die Leitfähigkeitsart und die körperlichen Formen der entsprechenden Bereiche können in geeigneter Weise abgeändert werden. Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Struktur, bei welcher der stark dotierte n-Sourcebereich 15 derart ausgebildet ist, daß er zum Drainbereich 19 hinragt. Andere Teile sind ähnlich denjenigen in den Fig. 6A und 6B.

Obwohl die in den Fig. 6A und 6B gezeigte integrierte Schaltung vier Ausgänge und somit vier Drainbereiche 19 aufweist, so kann doch die Zahl der Ausgänge willkürlich entsprechend der Schaltungskonstruktion ausgewählt werden. Die in den Fig. 6A, 6B, 7 und 8 gezeigten Strukturen entsprechen jeweils einer Schaltungseinheit. Irgendeine Kombiantion derartiger Schaltungseinheiten ist möglich. Beispielsweise kann ein weiterer Bipolartransistor auf der rechten Seite des statischen Induktionstransistors vorgesehen sein, und zwar unter Verwendung des Gatebereichs 18 ebenfalls als Kollektor- oder Emitter-Bereich dieses anderen bipolaren Transistors. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann ein weiterer Bipolartransistor mit oder ohne einen statischen Transistor an der linken Seite vorgesehen sein, und zwar unter Verwendung des Emitter- oder Kollektor-Bereichs 16 ebenfalls als Emitter- oder Kollektor-Bereich dieses anderen bipolaren Transistors. Derartige Kombinationen sind dem Fachmann gegeben.

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Die Figuren 9A und 9B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung, bei welcher sowohl der treibende Transistors als auch der Ausgangstransistor einer Fünfausgangsschaltung aus statischen Induktionstransistoren aufgebaut sind. Ein stark dotierter Sourcebereich 15 - vgl. die Fig. 9A, 9B ist in einem η-Substrat ausgebildet und eine nahezu Intrinsicn-Schicht 14 ist auf das Substrat aufgewachsen. Zur Bildung des Hauptteils eines statischen Induktionstransistors ist in der n-Schicht 14 ein stark dotierter p-Drainbereich 20 mit einer Störstellendichte von 10 bis 10 Atomen/cm , ein p-Kanalbereich 22 mit einer Störstellendichte von 10 bis 10 Atomen/cm und ein stark dotierter p-Sourcebereich 18 ausgebildet. Ein stark dotierter n-Gatebereich 21 mit einer Störstellendichte von 10 Atomen/cm ist im p-Kanalbereich 22 ausgebildet. Der Sourcebereich 18 dient ebenfalls als Gatebereich eines weiteren statischen Induktionstransistors einschließlich eines stark dotierten n-Drainbereichs 19 und des n-Sourcebereichs 15. Der Gatebereich 18 ist gegenüber der Hauptoberfläche vertieft angeordnet. Die Störstellendichten in den Bereichen 14, 15, 18 und 19 können ähnlich denjenigen der Struktur der Fig. 6A und 6B sein, da diese Bereiche ähnlich denjenigen sind, die durch die gleichen Bezugszeichen in den Fig. 6A und 6B bezeichnet sind.

Die Arbeitsweise dieser integrierten Schaltung ist die folgende. Nimmt man beispielweise an, daß der treibende statische Induktionstransistor ausgeschaltet ist und der statische Induktionsausgangstransistor im Anfangszustand eingeschaltet ist, wenn eine Signalspannung an das Gate 21 des treibenden statischen Induktionstransistors angelegt wird, so wird der treibende statische Induktionstransistor eingeschaltet und senkt somit das Potential des Source-Gate-Bereichs 18 ab, um auf diese Weise den statischen Induktionsausgangstransistor abzuschalten. Man erkennt, daß der umgekehrte Betrieb in ähnlicher Weise durchgeführt werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der Struktur der Fig. 9A und 9B, wobei der Drainbereich 20, der Gatebereich 21 und der Kanalbereich 22 des treibenden statischen Induktionstransistors um den Source (Gate)-Bereich 18 herum ausgebildet sind. Die Arbeitsweise ist ähnlich der Struktur der Fig. 9A und 9B und ergibt sich ohne

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weiteres aus der vorangegangenen Beschreibung.

Im Vorstehenden wurde eine Beschreibung hinsichtlich der Fälle gegeben, wo ein invers betriebender statischer Induktionstransitor oder -transistoren in zusammengesetzten Transistorschaltungen verwendet werden. Die Erfindung ist nicht auf die obigen Schaltungen beschränkt und kann bei verschiedenen Schaltungen, wie beispielsweise IL (IIL) verwendet werden. Neben dem schnellen Betrieb liefert die Erfindung einen weiteren Vorteil bei der Herstellung insoferne, als die Anzahl der Masken vermindert werden kann und die Positionsgenauigkeit etwas weniger streng ist.

Die Herstellung einer integrierten logischen Schaltung mit einem statischen Induktionstransistor wird im folgenden unter beispielsweise Bezugnahme auf die Struktur der Fig. 6A und 6B beschrieben.

Die Fig. 11A bis 11J zeigen verschiedene Schritte bei der Herstellung der integrierten Schaltung der Fig. 6A und 6B.

Als erstes wird auf ein n-Siliziumsubstrat 15 mit einer hohen Störstellendichte eine n-Schicht 14 mit geringer Störstellendichte von 3 bis 5 χ 10 Atomen/cm durch das Epitaxialverfahren aufgewachsen, und zwar bis zu einer Stärke von ungefähr 5 Mikrometern (Fig. 11A). Dieses Epitaxialwachstum wird dadurch erreicht, daß man ein gemischtes Gas aus nicht dotiertem Monosilan (SiH.) und Wasserstoff (H₂) auf ein Siliziumsubstrat 15 aufströmen läßt, welches auf 1000°C erhitzt ist, um Monosilan zu zerlegen und Silizium abzuscheiden.

Als nächstes wird ein gemischtes Gas aus Monosilan (SiH₄) und Sauerstoff (O₂) bei 500°C zerlegt, um einen Siliziumdioxyd (SiO₂)-FiIm 23 auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 14 bis zu einer Stärke von ungefähr 3OO nm (durch die chemische Dampfabscheidung, Fig. 11B) abzuscheiden.

Sodann wird ein Fenster 24 für die Diffusion des Gatebereichs an einem geeigneten Teil des Siliziumdioxyd (SiO₂)-Films 23 geöffnet (Fig. 11C).

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»5917

• Λ5 ^φ

Bor wird in die Epitaxialschicht 14 aus einer gemischten Atmosphäre aus BBr_, N„ und 0 eindiffundiert, um einen Bordiffusionsbereich 2 5 (Fig. 11D) zu bilden. Die Abmessung des im Siliziumdioxydfilm ausgebildeten Fensters 24 wird unter Berücksichtigung der Tatsache bestimmt, daß die Diffusionsgeschwindigkeit der Störstellen in lateraler (seitlicher) Richtung in einer ähnlichen Größenordnung liegt, wie die in Vertikalrichtung.

Sodann wird unter Verwendung des üblichen Fotoätzverfahrens ein größeres Fenster als zuvor (Schritt gemäß Fig. 11C) in dem Siliziumdioxyd (SiO₂)-Film 23 (Fig. 11E) ausgebildet.

Ein Teil des Bordiffusionsbereichs 25 wird durch das selektive Ätzen weggeätzt und die Gateelektrode 18 wird darauf abgeschieden (Fig. 11F). Der selektive Ätzvorgang kann mit einer gemischten Lösung von Fluorwasserstoff (HF) und Salpetersäure (HNO-J erreicht werden, aber bevorzugterweise durch Plasmaätzen von CF., wobei die Seitenätzung (Hinterschneidung) sehr klein ist und Nuten genau ausgebildet werden können. Ferner sollte die Lage und die Abmessung des Fensters im Siliziumdioxydfilm 23 derart bestimmt sein, daß die Bor-Diffusionsschicht 25, wie in Fig. 11F gezeigt, weggeätzt ist, um freiliegende Drainvorsprünge übrigzulassen.

Sodann wird ein weiterer Siliziumdioxyd(SiO₂)-Film 26 durch chemische Dampfabscheidung (Fig. 11G) ausgebildet.

Fenster 27 und 28 zur Bildung des Basisbereichs 17 und des Drainbereichs 19 werden durch die Siliziumoxydfilme 26 und 23 hindurch (Fig. 11H) ausgeformt.

Phosphor wird durch die Fenster 27 und 28 aus der Mischatmosphäre von POCl₃, N₂ und O₃ bei 1000°C zur Bildung des Basisbereichs 17 und des Drainbereichs 19 (Fig. 111) eindiffundiert. Sodann wird ein weiterer Siliziumdioxyd(SiO )-Film 29 auf der Oberfläche durch chemische Dampfabscheidung ausgebildet. Der Emitterbereich 16 wird durch Fotoätzen und die Bor-Diffusion ausgebildet (Fig. 11J).

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Sodann werden Fenster durch die Siliziumdioxyd (SiO₂)-Filme 23, 26 und 2 9 hindurch in Teilen der Metallelektroden unter Verwendung des Fotoätzverfahrens ausgebildet. Darauf wird Aluminium durch Vakuum abgeschieden und die entsprechenden Elektroden werden durch selektives Ätzen der Al-Schicht ausgebildet. Auf der Rückseite wird, da kein Siliziumdioxyd (SiO₂)-Film absichtlich ausgebildet ist und somit Störstellen unvermeidbar durch die obigen Verfahren dotiert wurden, die dotierte Schicht durch Ätzen in einer Mischlösung von Fluorwasserstoff (HF) und Salpetersäure (HNOt) entfernt, und so weiter. Sodann wird darauf Aluminium abgeschieden, um eine Sourceelektrode 15' zu bilden. Alternativ kann die Sourceelektrode auf der gleichen Hauptoberfläche mit den anderen Elektroden ausgebildet werden, und zwar durch Entfernung eines Teils der Epitaxialschicht 14 durch selektives Ätzen von der Seite der Epitaxialschicht 14 zur Freilegung des Sourcebereichs 15 und Abscheidung einer Elektrode darauf.

Es ist klar, daß die obigen Herstellverfahren lediglich ein Beispiel darstellen und auf verschiedene Weisen geändert werden können. Beispielsweise kann die Oxid (SiO₂)-Schicht durch thermische Oxydation oder durch das "Sputtering"-Verfahren (Zerstäubungsverfahren) und auch durch chemische Dampfabscheidung ausgebildet werden. Das selektive Ätzen kann durch irgendeines der folgenden Verfahren erfolgen: Eintauchätzverfahren unter Verwendung einer gemischten Lösung von Fluorwasserstoff (HF) und Salpetersäure (HNO₃) oder wässrige Lösung von Natriumhydroxyd (NaOH)oder Kaliumhydroxyd (KOH), Plasmaätzen unter Verwendung von CF₄-GaS, usw., Sputter-Ätzverfahren, selektives Ätzen unter Verwendung der selektiven Oxydation unter Benutzung eines Siliziumnitrid (Si₃H₄J-FiImS als Maske, usw. In derartigen Fällen sollten Einzelheiten der Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert werden, und zwar entsprechend dem angenommenden Fall.

Als nächstes wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der Struktur mit einem vorstehenden Sourcebereich wie in Fig. 8 unter Bezugnahme auf die Fig. 12A-12C beschrieben.

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Als erstes wird ein Siliziumsubstrat 15 mit einer hohen Störstellenkonzentration der η-Type thermisch bei 1200 C oxydiert, um einen Oxidfilm bis zu einer Stärke von ungefähr 1 Mikrometer aufzuwachsen. Der Oxidfilm wird selektiv durch das übliche Fotoätzverfahren geätzt, um einen vorbestimmten Teil 30 (Fig. 12A) übrigzulassen.

Sodann wird das Substrat 15 wiederum der thermischen Oxydation ausgesetzt. Da die Oxydationsrate des Substrats unter dem Oxidfilm 30 geringer ist als die im anderen Teil, schreitet die Oxydation wie in Fig. 12B gezeigt fort. Das heißt, der freiliegende Teil des Siliziumsubstrats wird tiefer oxydiert, um einen Oxidfilm 31 wachsen zu lassen.

Wenn die Oxidfilme 30 und 31 durch Fluorwasserstoff (HF) wegätzt werden, erscheint eine mesaartige Struktur, wie dies in Fig. 12C dargestellt ist. Der Vorsprung betrug ungefähr 0,6 Mikrometer in einem Beispiel. Auf einem derart geformten Substrat wird eine Epitaxialschicht 14 aufgewachsen und es folgen ähnliche Verfahren wie die oben beschriebenen.

Alternativ kann der Oxidfilm 30, wie in Fig. 12A gezeigt, als eine Maske für das selektive Ätzen verwendet werden. Die sich dann ergebende Struktur ist ähnlich der in Fig. 12C gezeigten.

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Claims

Patentansprüche

"'—\
' 1. ) Integriertes Halbleiterschaltungsgebilde ausgebildet in einem Halbleiterchip und mit einer Vielzahl von aktiven Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein statischer Induktionstransistor eines der aktiven Elemente bildet.
2. Gebilde oder Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Elemente einen statischen Induktionstransistor umfassen und ein weiteres aktives Element, und daß diese mindestens einen gemeinsamen Bereich im Halbleiterchip aufweisen.
3. Gebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Elemente mindestens zwei statische Induktionstransistoren aufweisen, wobei jeder einen gemeinsam ausgebildeten Bereich aufweist.
4. Integriertes Halbleiterschaltungsgebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Induktionstransistor ein invers betriebener Multidrain-Transistor ist.
5. Halbleiterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatebereich des statischen Induktionstransistors einen Bereich des anderen aktiven Elements bildet.
6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterchip einen Ausnehmungsteil und mindestens einen vom Ausnehmungsteil vorspringenden Teil aufweist, und daß der statische Induktionstransistor mindestens einen Drainbereich aufweist, der in dem herausragenden Teil ausgebildet ist, und wobei ein Gatebereich in dem Ausnehmungsteil ausgebildet ist und sich zur Aussenseite des Ausnehmungsteils hinerstreckt, und wobei der erwähnte eine Bereich des anderen aktiven Elements aus dem (sich zur Aussenseite des Ausnehmungsteils)

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ORIGINAL INSPECTED

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hinerstreckenden Teil des Gatebereichs ausgebildet ist.
7. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere aktive Element ein Bipolartransistor ist und daß der erwähnte sich erstreckende Teil des Gatebereichs eine der Emitter- und Kollektorzonen des Bipolartransistors bildet.
8. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere aktive Elemente ein weiterer statischer Induktxonstransistor ist,und daß der erwähnte sich erstreckende Teil des Gatebereichs einen der Emitter- und Kollektor-Bereiche des anderen statischen Induktionstransistors bildet.
9. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sourcebereich des statischen Induktionstransistors im Rückteil des Halbleiterchip ausgebildet ist und einen vorspringenden Teil unterhalb und zum Drainbereich hin aufweist.
10. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalbereich des statischen Induktionstransistors elektrisch kontinuierlich zu einem anderen Bereich des anderen aktiven Elements ausgebildet ist.

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