DE2656962A1 - Integrierte schaltung mit komplementaeren bipolaren transistoren - Google Patents

Integrierte schaltung mit komplementaeren bipolaren transistoren

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Jean-Pierre Henri Biet
Michel De Brebisson
Jean-Michel Decrouen
Wolfgang Franz Joseph Edlinger
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

• ' -r 3.I2.76
"Integrierte Schaltung mit komplementären bipolaren
Transistoren,,".
Die Erfindung bezieht sich auf ".eine integrierte Schaltung mit einem Halbleiterkörper mit
einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp,
das eine Anzahl örtlicher Gebiete von einem zweiten !
dem ersten entgegengesetzten Leitungstyp trägt, wo- i
ι bei diese örtlichen Gebiete nahezu die gleiche Dicke \ aufweisen, wobei Isoliermaterialdomänen vorgesehen j sind, die an die örtlichen Gebiete grenzen, und
wobei eine Halbleiterschichtkonfiguration vom ersten '
1 Leitungstyp vorhanden ist, wobei die integrierte
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Schaltung mindestens einen ersten bipolaren vertikalen Transistor mit drei Zonen enthält, von denen eine erste zu dem Substratgebiet gehört und eine zweite, die die Basis des ersten Transistors bildet, zu einem der genannten örtlichen Gebiete gehört, und wobei die Halbleiterschichtkonfiguration sich teilweise über die Isoliermaterialdomänen zur Bildung von Verbindungsbahnen und'teilweise über das genannte örtliche Gebiet erstreckt, in dem die Basisdes ersten Transistors liegt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen integrierten Schaltung.
Integrierte Schaltungen mit bipolaren Transistoren sind Erzeugnisse, die jetzt vielfach in verschiedenen Gebieten der Elektronik Anwendung finden, und es liegt eine Vielzahl von Abwandlungen vor.
Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Schaltungen der Familie, die als "integrierte" Injektionslogik" bezeichnet
werden und auch unter der Abkürzung I L bekannt sind; nachstehend wird diese Abkürzung zur Bezeichnung dieser Erzeugnisse verwendet. Eine de-
taillierte Beschreibung dieser I L-Schaltungen findet man z.B. in der französischen Patentanmeldung Nr. 2.138.905·
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Diese Art integrierter Schaltungen umfasst in der Regel Bipolartransistoren mit vertikaler Struktur, die im allgemeinen mehrere Oberflächenkollektoren enthalten, wobei die Basisgebiete mit den Kollektorzonen der komplementären Transistoren gekoppelt sind, die einen Einstellstrom lieferen.
Die im allgemeinen zur Herstellung von
I L-Anordnungen verwendeten Verfahren sind bisher nahezu gleich den zur Herstellung von Familien bipolarer logischer integrierter Schaltungen nach bereits bekannten Techniken, wie z.B. der Logik mit Transistoren und Kiderständen, verwendeten Verfahren, welche Logik unter der Abkürzung "TL" (oder "TTL") bekannt ist; diese Abkürzung steht für "Transistor-Transistor-Logic".
Diese Verfahren umfassen insbesondere das Kombinieren von Schritten, wie: das Anwachsen oder Niederschlagen aus der Dampfphase einer isolierenden Schutzschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, der im allgemeinen aus Silicium besteht; das Anbringen von Offnungen in dieser Schicht durch Photoätzen; das örtliche Diffundieren von Verunreinigungen; das Anwachsen epitaktischer Schichten; Ionenimplantation und das Miteinanderverbinden verschiedener Elemente der Schaltung mittels aufgedampfter Metallschichten,
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die durch Phbtoätzen in ein Netzwerk von Verbindungen umgewandelt sind, wobei das genannte Netzwerk auf einem einzigen Pegel oder auch auf verschiedenen Pegeln angebracht werden kann, wenn der komplizierte Charakter der Schaltung dies erfordert.
• Einer der Hauptgründe der Anwendung praktisch der gleichen Verfahren wie für die üblichen Bipolaranordnungen ist der, dass sich dann die Möglichkeit ergibt, in demselben Halbleiterkörper Randteile der elektronischen Schaltung zu integrieren, die aus Elementen der genannten bereits bekannten Familien bestehen. Dadurch können die Ein- und/oder Axis gangs signale der Schaltung mit denen anderer Schaltungen der genannten bereits bekannten Familien kompatibel sein.
■ Indem aber derartige übliche Verfahren zur
2 Herstellung von Schaltungen vom I L-Typ verwendet werden, die gerade mit Rücksicht auf die Kompatibilität mit anderen Familien entworfen sind, ergibt sich eine Anzahl von Nachteilen: Die Anzahl von Herstellungsschritten ist gross> z.B. zehn, und oft sind sogar mehr verschiedene Photoätzmasken für die Herstellung der Anordnung erforderlich.
Es versteht sich, dass die Herstellungsausbeute einer integrierten Schaltung in erheblichem Masse von der Anzahl zu deren Herstellung er—
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forderlicher Bearbeitungen beeinflusst wird. Dies trifft unsomehr zu, als es sich um komplexe integrierte Schaltungen ("LSI"), d.h. um komplexe Schaltungen mit einer Vielzahl von Elementen handelt, wobei die Schaltungen je einen verhältnismässig grossen Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats beanspruchen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler herbeigeführt wird, der die Wirkung der Schaltung praktisch unmöglich mächt, nimmt nämlich mit der Anzahl von Bearbeitungen und mit der von der Schaltung beanspruchten Oberfläche schnell zu.
Daraus ergibt sich, dass die Entwicklung integrierter Schaltungen mit bipolaren Transistoren mit einer immer grösseren Komplexität durch technische und wirtschaftliche Beschränkungen im Zusammenhang mit zu niedrigen Herstellungsausbeuten gehemmt wird.
Obgleich die Einfuhrung der logischen
I L-Technik insbesondere die Verbesserung dieser Sachlage und vor allem eine weitere Verschiebung der Komplexitätsgrenze der integrierten Schaltungen mit bipolaren Transistoren beabsichtigt, bringt nach wie vor die Anwendung der üblichen Strukturen der integrierten Schaltungen, die Verfahren mit einer Vielzahl von Schritten erfordern,
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eine praktische und wirtschaftliche Beschränkung der
Grossintegration noch komplexerer Funktionen mit sich.
Es können zwar Verbindungen zwischen den Elementen der Schaltung über das Netzwerk auf verschiedenen Pegeln angewendet werden, was dank den sich daraus ergebenden Verdrahtungsvereinfachungen ' meist eine gewisse Verkleinerung der von der Schaltung beanspruchten Oberfläche ermöglicht. Die potentielle Vergrösserung der Herstellungsausbeute, die sich daraus ergeben könnte, wird aber praktisch dadurch ausgeglichen, dass in das Verfahren zusätzliche Schritte eingeführt werden, die besonders bedenklich sind, weil sie zu der Vergrösserung des Reliefs der Oberfläche der Schaltung beitragen, wobei dieses Relief eine vergrösserte Gefahr des Auftretens von Fehlern infolge von Unterbrechungen der Metallbahn, z.B. an der Flanke der Neigungen, mit sich bringt.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteilen
zu begegnen» Diese Nachteile, die in bezug auf die
2
logischen I L-Schaltungen erwähnt sind, sind für alle integrierten Schaltungen mit Bipolartransistoren kennzeichnend, so dass, obgleich die Erfin-
dung insbesondere bei Schaltungen vom I L-Typ verwendet wird, sie sich auch auf andere Schaltungen
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mit Bipolartransistoren der eingangs erwähnten Art bezieht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt u,a., derartige integrierte Schaltungen derart zu verbessern, dass sie eine Struktur aufweisen, die eine leichte Herstellung gestattet.
Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass dies durch eine besondere Anwendung einer niedergeschlagenen Halbleiterschicht erreicht werden kann.
Nach der Erfindung ist eine integrierte Schaltung mit einem Halbleiterkörper mit einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp, das eine Anzahl örtlicher Gebiete von einem zweiten dem ersten entgegengesetzten Lextungstyp trägt, die nahezu die gleiche Dicke aufweisen, wobei Isoliermaterialdomänen vorgesehen sind, die an die örtlichen Gebiete grenzen, und wobei eine HaIblexterschichtkonfiguration vom ersten Leitungstyp vorhanden ist, wobei die integrierte Schaltung mindestens einen ersten bipolaren vertikalen Transistor mit drei Zonen enthält, von denen eine erste zu dem Substratgebiet gehört und ι eine zweite, die die Basis des ersten Transistors bildet, zu einem der genannten örtlichen Gebiete gehört, und wobei die Halbleiterschichtkonfxguration sich teil-
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weise Über die Isoliermaterialdomänen zur-Bildung von Verbindungsbahnen und teilweise über das genannte örtliche Gebiet erstreckt, in dem die Basis des ersten Transistors liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Halbleiterschiciitkonf iguration, der auf dem genannten örtlichen Gebiet liegt, zu dem die Basiszone des ersten Transistors gehört, im wesentlichen einkristallin ist und eine dritte Zone des ersten Transistors bildet.
Es ist vorteilhaft, die genannte Halbleiterschicht unter derartigen Bedingungen niederzuschlagen, dass das Anwachsen im wesentlichen einkristallin auf den nicht von den Isoliermaterialdomänen beanspruchten Oberflächenteilen erfolgt, so dass nach dem Anbringen der genannten Konfiguration zugleich die einkristalline(n) dritte(n) Zone(n) des ersten Transistors (der ersten Transistoren) und polykristalline Leiterbahnen, die auf einem Verbindungspegel liegende Elemente sind erhalten werden. Die genannten Bahnen werden dann mit einem komplementären Verbindungsnetzwerk über geeignete Offnungen in einer Isolierschicht verbunden, die dieses Netzwerk von den polykristallinen Verbindungsbahnen trennt.
Die Schaltung nach der Erfindung bietet den Vorteil, dass ihre Struktur sich dazu eignet,
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nach, einem vereinfachten Verfahren mit einer kleinen Anzahl von Schritten hergestellt zu -werden, das selber den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet. Die mit gegenseitigen Verbindungen auf zwei Pegeln gepaarten Verdrahtungsvereinfachungen -werden z.B. unter Verwendung der Erfindung praktisch durch die Bearbeitungen erhalten, die normalerweise zu einer Schaltung mit einem einzigen Verbindungspegel führen. Da die Anzahl von Herstellungsschritten herabgesetzt ist, können gleichfalls die Toleranzen zwischen den Elementen verkleinert werden und kann eine gedrängtere Schaltung erhalten werden. Daraus ergibt sich insbesondere, dass die Herstellungsausbeute einer integrierten Schaltung nach der Erfindung grosser und der Selbstkostenpreis niedriger ist. Die Gefahr der Einführung von Herstellungsfehlern ist auf ein Mindestmass beschränkt, und aus diesem Grunde dient die Erfindung als Basis für die Herstellung komplexerer monolithischer integrierter Schaltungen, d.h. mit einer grösseren Anzahl von Elementen, unter günstigen wirtschaftlichen Bedingungen .
Eine integrierte Schaltung nach der Erfindung weist weiter den Vorteil auf, dass die dritte Zone des ersten Transistors eine Verbindung besitzt, die zuverlässig ist und auf einfache
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Weise erhalten wird.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Gebiete der örtlichen Gebiete die Emitter- und Kollektorzonen eines zweiten horizontalen bipolaren Transistors bilden, wobei der erste und der zweite Transistor zueinander komplementäre Transistoren sind, wobei die Emitter- und Kollektorzonen durch ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, das die Basis des zweiten Transistors bildet, voneinander getrennt sind, wobei der Teil des Substratsgebiets, der die Emitter- und Kollektorzonen trägt, bis zu diesen Zonen reicht und eine Dotierungsverunreinigungskonzentration aufweist, die grosser als die des Gebietes vom ersten Leitungstyp ist.
Eine andere günstige "Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten örtlichen Gebiete vom zweiten Leitungstyp wenigstens teilweise seitlich von einem Isolier- " materialband begrenzt sind, das wenigstens einen Teil der Isoliermaterialdomänen bildet und das in der Tiefe bis zu dem Substratgebiet reicht, wobei die genannte Verbindungsbahn, die zu der Halbleiterschichtkonfiguration gehört, sich im wesentlichen über das Isoliermaterialband erstreckt.
Durch Anwendung der Erfindung in dieser
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Form werden nicht nur die dieser Isolierungstechnik inhärenten Vorteile, sondern wird auch eine grosse Vereinfachung bei der Herstellung der Schaltung ausgenutzt .
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer integrierten Schaltung nach der Erfindung,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch denselben Teil der integrierten Schaltung längs der Linie AA der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein anderes Detail desselben Teiles der integrierten Schaltung nach der Erfindung längs der Linie BB der Fig. 1, und
Figuren ka. bis 4d1 schematisch die wesentlichen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und Figuren 4b2 bis /4d2 eine Abwandlung dieses erfxndungsgemässen Verfahrens.
Fig. 1 bezieht sich auf eine integrierte
Schaltung vom I L-Typ, von der in Draufsicht ein Teil dargestellt ist. In dem vorliegenden Beispiel besteht das Halbleitersubstrat aus einkristallinem Silicium vom η-Typ mit einer hohen Dotierungsver-
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unreinigurigskonzentration. Der Halbleiterkörper weist in der Nähe der aktiven oder Hauptoberfläche eine Anzahl örtlicher Gebiete nahezu gleicher Dicke auf, deren Leitungstyp dem des Substrats engegengesetzt und in diesem Beispiel also der p-Typ ist. Zwei dieser örtlichen Gebiete sind in Fig. 1 mit 11 und 12 bezeichnet.
Das örtliche Gebiet 11 ist gegen den verbleibenden Teil der Schaltung elektrisch isoliert, und zwar erstens durch den pn-übergang, den das Gebiet 11 mit dem angrenzenden Teil des n-leitenden Halbleitersubstrats bildet, der unter dem Gebiet 11 liegt und in der Ebene der Fig. 1 nicht sichtbar ist, zweitens durch den pn-Ubergang zwischen dem Gebiet 11 und dem neben diesem Gebiet 11 liegenden η-leitenden Gebiet 13 und drittens durch die seitlich isolierenden Bänder 14, die im vorliegenden Beispiel aus Siliciumoxid bestehen und in der Tiefe bis zu dem Substratgebiet 27 reichen. Auf entsprechende Weise ist das örtliche Gebiet 12 durch pn-übergänge mit dem Substrat 27 und dem Gebiet 13» die beide η-leitend sind, und durch die Isoliermaterialbänder 14, elektrisch isoliert.
""Ei': erster bipolarer npn-Transistor enthält eine erste Zone, die in diesem Falle den Emitter bildet und die zu dem Substratgebiet 27
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gehört (Fig. 2). Die zweite Zone, die die Basis des npn-Transistors bildet, gehört zu dem örtlichen Gebiet 11. Dieser Transistor enthält zwei Kollektoren, die durch die η-leitenden Zonen 15 und 16 gebildet werden, die sich über das örtliche Gebiet 11 erstrecken.
Nach der Erfindung sind die Leiterbahnen 17 und 18 Teile einer Halbleiterkonfiguration, die in diesem Falle aus einer dünnen Schicht aus n-dotiertem Silicium besteht, die sich über die Isoliermaterialdomänen erstreckt, die duarch die Isoliermaterialbänder 14 gebildet werden.
Nach der Erfindung setzen sich die Leiterbahnen 17 und 18 in den Kollektorzonen 15 bzw. fort, die selber auch durch Schichtteile der genannten Halbleiterkonfiguration gebildet werden.
Fig. 1 zeigt ebenfalls einen zweiten zu dem ersten Transistor komplementären Transistor, d.h. einen pnp-Transistor. In dem vorliegenden Beispiel wird der Emitter dieses zweiten Transistors durch das örtliche Gebiet 12 gebildet. Der Kollektor gehört zu dem örtlichen Gebiet 11. Dieses Gebiet 11 ist also dem Kollektor des zweiten Transistors und der Basiszone des ersten Transistors gemeinsam.
Die Basiszone des pnp-Transistors wird
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durch das Gebiet 13 gebildet, das als ein Band zwischen dem Emitter und dem Kollektor liegt. Der pnp-Transistor ist ein sogenannter lateraler Transistor. Fig. 1 zeigt weiter Teile eines komplementären Verbindungsnetzwerks, das durch Metallbalmen aus z.B. Aluminium gebildet wird, deren Dicke etwa
I /um beträgt. Die Bahn 19 ist mit dem örtlichen Gebiet 12 in der Kontaktöffnung 20 verbunden. Die Bahn 21 ist mit dem örtlichen Gebiet 11 in der Öffnung 22 und die Bahn 22 ist mit der Bahn 17 in der Öffnung Zk verbunden.
Die genannten Offnungen 20, 22 und 2k werden in einer Isoliermaterialschicht angebracht, die in den Figuren 2 und 3 mit 30 bezeichnet ist. Im vorliegenden Beispiel besteht die Schicht 30 aus Siliciumoxid und erstreckt sich über die Oberfläche der ganzen Scheibe unter dem Netzwerk von Metallbahnen, ausgenommen an den Stellen der Kontaktöffnungen. Die Bahn 23 kreuzt die Halbleiterbahn 17 ohne Berührung mitrder letzteren Bahn in dem Gebiet 25» in dem diese Elemente übereinander liegen.
Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch den Teil der integrierten Schaltung nach Fig. 1 längs der Linie AA. Die örtliche Gebiete
II und 12 sind im vorliegenden Beispiel Inseln,
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die mit Bor dotiert sind und eine Dicke von etwa 0,6 /um aufweisen* Auf dem η-dotierten Silxciumsubstrat ist eine epitaktische Schicht vom gleichen Leitungstyp und mit einem spezifischen Widerstand in der Grössenordnung von P, 5 bis 1 -Ω. .cm und einer Dicke nahezu gleich der der örtlichen Gebiete 11 und 12 abgelagert. Von dieser epitaktischen Schicht bleibt nach
der Bildung der örtlichen Gebiete 11 und 12 nur das an diese Gebiete grenzende bandförmige Gebiet 13 zurück. Das Isoliermaterialband 14 liegt an den örtlichen Gebieten 11 und 12 an und grenzt an diese Gebiete, ausgenommen an der Stelle, an der sich das Gebiet 13 befindet. Die Dicke des Isoliermaterialbandes 14 ist grosser als die der genannten Gebiete 11 und 12. Eine Isolierung mit versenktem Oxid dieser Art kann mittels der bekannten Technik örtlicher Oxidation von Silicium erhalten werden, nach der eine Siliciumnitridmaske gegen die thermische Oxidation verwendet wird, während über Offnungen in der Maske die Oxidation an den gewünschten Stellen erhalten wird.
Nach der Erfindung, die den Vorteil der Bildung einer Vielzahl elementarer Gebiete ergibt, die eine verschiedene Funktion erfüllen und für die gleiche Anzahl von Bearbeitungen angewandt wird, werden die Kollektorzonen 15 und 16 desipn-Tran-
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sistors je In einem einkristallinen Schichtteil der genannten Halbleiterschichtkonfiguration gebildet, wobei dieser Schichtteil auf dem Gebiet 11 liegt und mit diesem Gebiet in direkter Verbindung steht.
Ausserhalb der die Zonen 15 und 16 bilden-'den Teile wird die Halbleiterschlchtkonfiguration von den dicken Oxidbändern 14 getragen, so dass wegen des Anbringungsverfahrens, das nachstehend näher auseinandergesetzt werden wird, das Material der genannten Schicht dort im allgemeinen polykristallin ist.
In Fig. 2 sind ausserdein noch die Metallbahnen 19 und 21 an den Stellen gezeigt, an denen sie mit den örtlichen Gebieten 12 bzw. 11 über die Offnungen 20 bzw. 22 in Kontakt sind, die in der Isolierschicht 30 angebracht sind., wobei diese Isolierschicht im vorliegenden Beispiel aus einer 0,1 /um dicken Siliciumoxidechicht bestellt,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Schaltung nach Fig. 1, aber nun längs der Linie BB. Die Halbleiterbahnen. 17 und 18 werden auf der Höhe dieses Schnittes BB von dem dicken Oxidband 14 getragen. Fig. 3 zeigt sowohl einen Kontakt zwischen einer Metallbahn und einer Halbleiterbahn als auch eine isolierte Kreuzung von Verbindungen. Die I'olierschicht 30 trennt die
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Metallbahn 23 elektrisch von der Halbleiterbahn 18, wodurch eine isolierende Kreuzung von Verbindungen erhalten wird. Dagegen ist eine Öffnung 2h in. der Isolierschicht 30 angebracht, um eine leitende Verbindung zwischen der Metallbahn 23 und der Halbleiterbahn 17 herzustellen.
Es sei bemerkt, dass der Emitter des npn-Transistors direkt mit einer Vielzahl anderer Emitter ähnlicher npn-Transistoren verbunden werden kann. Dies kann mit dem Substrat erzielt werden, das z.B. an ein Bezugspotential angeschlossen werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist weiter die Basis des pnp-Transistors an dieses Potential angeschlossen, so dass das bandförmige Gebiet 13 unmittelbar mit dem Substratgebiet 27 in Verbindung steht.
Es sei bemerkt, dass zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Schaltung im Rahmen der Erfindung möglich sind.
So können die Werte der Dicke und des spezifischen Widerstandes der epitaktischen Schicht geändert und den gewünschten elektrischen Eigenschaften der Schaltung angepasst werden. Die örtlichen Gebiete 11 und 12 können ausserdem auf andere Weise als durch örtliche Dotierung erhalten werden. Das η-leitende Substrat kann z.B. mit einer epitaktischen p-leitenden Schicht statt mitu
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einer η-leitenden Schicht tiberzogen werden und das Gebiet 13 (Figuren 1 und z) zwischen den örtlichen Gebieten 11 und 12 kann dann mit Hilfe von z.B. Ionenimplantation einer n-Typ-Verinreinigung und anschliessendem Ausglühen unter üblichen Bedingungen erhalten werden,. Die Ionenimplantation wird unter derartigen Bedingungen durchgeführt, dass die epitaktische Schicht, die anfängliche p-leitend ist, über ihre ganze Tiefe in den η-Typ umgewandelt wird, und dass die Breite und die ■Verunreinigungskonzentration des Gebietes 13 eine angemessene Verstärkung des pnp-Transistors gestatten. Vorzugsweise ist wenigstens, an bestimmten Stellen die Verunreinigungskonzentration des Gebietes 13 niedriger als die des an die örtlichen Gebiete grenzenden Teiles des Substratgebietes 27» wodurch die Injektion des Emitters im wesentlichen in seitlicher Richtung zu dem Kollektor hin auftreten wird.
Das beschriebene Beispiel enthält ein homogenes Substrat 27» vas den Vorteil grosser Einfachheit bietet. Auch können mir die Oberflächenteile des Substrats η-leitend sein, wobei der verbleibende Teil des Substrats p-leitend sein kann oder wobei diese Oberflachfentöileedurch eine Isoliermaterialschicht isoliert sein können. Die genannten Oberflächenteile des Substrats, die dann 70 9 827/0628
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das Substratgebiet bilden, können mit Hilfe einer homogenen Schicht oder einer Doppelschicht - oder einer Mehrschichtenstruktur - erhalten werden, wodurch es möglich wird, besondere Anforderungen in bezug auf die Wirkung der Schaltung zu erfüllen und Einzelteile oder Teile der Schaltung auf verschiedene Bezugspotentiale zu bringen.
In Fig. 1 sind Halbleiterbahnen 17 und dargestellt, die sich in den Schichtteilen 15 bzw. 16 fortsetzen, was eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung ist. Im Rahmen der Erfindung könnten diese Bahnen unterbrochen und könnte ein Teil derselben durch eine Metallbahn ersetzt werden. Die Halbleiterkonfiguration bildet auf den Isolierraaterialdomänen^aber mindestens eine Verbindungsbahn und auf einem örtlichen Gebiet mindestens eine dritte Zone des npn-Transistors.
In bezug auf Fig. 3 ist ein Beispiel einer isolierten Kreuzung zwischen zwei Verbindungspegeln beschrieben, wobei auf dem ersten Pegel eine Halbleiterbahn vorhanden ist. Diese Halbleiterbahn kann z.B. an beiden Enden mit einer Metallbahn des komplementären Netzwerks zur Bildung einer isolierten Kreuzung mit einer anderen Metallbahn des genannten Netzwerks verbunden sein«
, Was die zur Isolierung der örtlichen Ge-
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biete 11 und 12 verwendeten Mittel anbelangt, könnte statt eines dicken Oxids ein pn-übergang zur seitlichen Begrenzung der genannten Gebiete verwendet werden. Die Isoliermaterxalbänder vo n—Typ, die ausserhalb dieser örtlichen Gebiete liegen, werden dann an den von den Bahnen der Halbleiterschichtkonfiguration eingenommenen Stellen derart mit einer Isolierschicht überzogen, dass diese Konfiguration gegen das die genannten Bänder bildende nleitende Material isoliert ist.
Die Isolierschicht 30, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, kann statt, wie beschrieben, aus Siliciumoxid auch aus einem anderen Isoliermaterial, wie Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, bestehen oder aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten verschiedener Isoliermaterialien zusammengesetzt sein. Das Netzwerk von Metallbahnen zum Miteinanderverbinden der Elemente der Schaltung, das zu der Schichtkonfiguration komplementär ist, kann statt aus Aluminium auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen.
Die beschriebene integrierte Schaltung weist einen einzigen Pegel von Metallverbindungen auf und bietet unter Berücksichtigung der Schichtkonfiguration Integrationsmöglichkeiten für komplexe Funktionen, die mit den Integrationsmöglich-
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keiten vergleichbar sind, die sich bei der Anwendung gegenseitiger Verbindungen auf zwei Pegeln ergeben, wobei zum Erhalten des zweiten Pegels keine zusätzlichen Bearbeitungen erforderlich sind.
Im Rahmen der Erfindung kann jedoch die integrierte Schaltung auch mehrere Pegel aufweisen, so dass noch verwickeitere Schaltungen leichter miteinander verbunden werden können.
Schliesslich wird in bezug auf die beschriebenen Transistoren die Erfindung ebenfalls Anwendung finden können, wenn die Kollektorzone des pnp-Transistors nicht in demselben örtlichen Gebiet wie die Basiszone des npn-Transistors·gebildet ist. Weiter brauchen die Polaritäten der Transistoren nicht denen im vorliegenden Beispiel zu entsprechen und können sie durch Verwechselung der Leitungstypen aller Zonen der Anordnung umgekehrt werden. Schliesslich ist das beschriebene
Beispiel aus den I L-Schaltungen gewählt, aber die integrierte Schaltung nach der Erfindung ist in allgemeinerem Sinne vom Typ mit Bipolartransistoren.
Figuren ha bis 4d1 beziehen sich auf ein günstiges Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach der Erfindung.
Die vorbereitende Stufe des erfindungs-
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gemässen Verfahrens besteht darini dass eine Anzahl örtlicher Gebiete vom p-Typ und an diese Gebiete grenzende Isoliermaterialdomänen auf einem Substrat mit einem den η-Typ aufweisenden Oberflächenteil gebildet werden.
Im vorliegenden Beispiel ist eine Scheibe aus η-leitendem Silicium mit einem spezifischen ¥iderst and von 8 bis 14 . 10 Xl . cm mit einer epitaktischen Schicht tiberzogen, die gleichfalls n-leitend ist und deren spezifischer Widerstand zwischen 0,5 und 1 XL.cm liegt und deren Dicke etwa 0,6 /um beträgt. In Fig. 4a ist der Oberflächenteil der Scheibe, der als Substratgebiet dient, mit 54 bezeichnet. In die epitaktische Schicht werden zugleich die örtlichen Gebiete 55 und 56, die p-leitend sind, eindiffundiert, wobei ein bandförmiges Gebiet 58 des ursprünglichen Materials der epitaktischen nleitenden Schicht übrigbleibt, das die genannten örtlichen Gebiete 55 und 56 voneinander trennt. Der verbleibende Teil des Umfangs dieser Gebiete 55 und 56 grenzt an das Band 57 aus dickem Oxid, das durch die bekannte bereits erwähnteoTechnik der örtlichen Oxidation des Siliciums erhalten ist. Eine Struktur, die der nach Fig. 4a analog ist, kann ausserdem z.B. dadurch erhalten werden, dass das Gebiet 58 durch Ionenimplantation mit
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einer η-leitenden Verunreinigung in einer epitaktischen p-leitenden Schicht erzeugt wird. Die örtlichen Gebiete 55 und 56 bestehen dann aus voneinander getrennten Teilen der p-leitenden epitaktischen Schicht.
Schliesslich können die örtlichen Gebiete 55 und 56 noch durch einen pn-übergang gegen den verbleibenden Teil der Schaltung isoliert werden. Dann ist es günstig, die η-leitenden Isoliermaterialbänder auf gleiche ¥eise wie das Gebiet 58 und zugleich mit diesem Gebiet anzubringen. Die Anzahl von Bearbeitungen .ist dann verhältnismässig klein und die Gesamtanzahl notwendiger Maskierungen beträgt dann nur vier.
Im letzteren Falle kann, indem eine genügend grosse Breite der Isoliermaterialbänder gewählt wird, die Verstärkung des parasitären horizontalen pnp-Transistors, der zwischen zwei örtlichen Gebieten gebildet wird, die gegeneinander isoliert sein sollen, im Vergleich zu der Verstärkung des gewünschten lateralen Transistors gering sein. Bei all diesen Möglichkeiten zur Herstellung der erfxndungsgemässen Anordnung:werden die örtlichen Gebiete wenigstens teilweise freigelegt, während die an diese Gebiete grenzenden Zonen oder Gebiete aus einer Isoliermaterialschicht gebildet
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oder mit einer solchen Schicht überzogen werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird auf der ganzen Oberfläche des Körpers eine dünne η-leitende Siliciumschicht abgelagert, deren spezifischer Widerstand in der Gxössenordnung von 2
ty
bis J .10 Q .cm liegt und deren Dicke 0,5 bis 0,8 /um beträgt. Die genannte Schicht wird unter derartigen Bedingungen abgelagert, dass sie im wesentlichen einkristallin auf den freien Halbleiteroberflächen anwächst. Dazu ist die Ablagerungstemperatur genügend hoch, z.B. 10500C oder höher, wenn als Siliciumquelle Silan (SiH^) verwendet wird, oder 1100°C oder höher, wenn Trichlorsilan (SiHCl ) verwendet wird. Es stellt sich heraus, dass diese Siliciumschicht eine polykristallineroder amorphe f Struktur an den Stellen aufweist, an denen die Schicht auf Material mit einer weniger organisierten Struktur, wie die von Siliciumoxid, abgelagert ist.
Die abgelagerte Schicht wird einer Photoätzbearbeitung auf in der Halbleitertechnik bekannte Weise unterworfen, wobei die gewünschte Konfiguration übrigbleibt.
Die genannte Konfiguration enthält einerseits polykristalline Verbindungsbahnen, die von dicken Oxidbändern getragen werden, wie die Bahn
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61 in Fig. 4b1 , und andererseits einkristalline Schichtteile, die von örtlichen Gebieten getragen werden, wie den Schichtteil 62, der von dem örtlichen Gebiet 55 getragen wird.
Im vorliegenden Beispiel grenzen die Bahn 61 und der Schichtteil 62 aneinander. Diese beiden Elemente der Konfiguration können jedoch im Rahmen der Erfindung in einiger Entfernung voneinander liegen.
Eine Isoliermaterialschicht muss dann auf der Oberfläche des Körpers z.B. durch Ablagerung von Siliciumoxid aus der Dampfphase mit einer Dicke in der Grössenordnung von 0,5 bis 0,7 /um angebracht werden. Ausserdem kann statt der vorgenannten Oxidschicht eine Siliciumnitridschicht oder eine Oxid-Nitrid-Doppelschicht abgelagert werden. Weiter kann die genannte Schicht durch thermische Oxidation der Siliciumschicht der Konfiguration hergestellt werden. Pig. 4c1 zeigt den Körper in der Stufe, in der die Isolierschicht 6k mit Offnungen 65 und 66 versehen ist, die durch Photoätzen an den Stellen angebracht sind, an denen ein Kontakt zwischen einem komplementären Verbindungsnetzwerk und den örtlichen Gebieten 55 und 56 verlangt wird.
Fig. 4d1 zeigt einen Teil der mittels fünf Maskierungsbearbeitungen erhaltenen Anordnung, die
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2 eine integrierte Schaltung vom I L-Typ enthält. Die Anordnung enthält einen ersten npn-Transistor mit einem Oberflächenkollektor, mit einer einen Teil des Oberflächenteiles 5^- des Substrats bildenden Emitterzone und mit· einer zu dem örtlichen Gebiet 55 gehörigen Basiszone. Der Kollektor besteht aus dem Schichtteil 62 der gemäss der Erfindung niedergeschlagenen HalbleiterSchichtkonfiguration.
.Ein zweiter horizontaler Transistor vom pnp-Typ wird vorzugsweise mit dem ersten Transistor kombiniert und besteht aus dem als Emitterzone dienenden örtlichen Gebiet 56, dem als Basiszone dienenden bandförmigen Gebiet 58 und einem die Kollektorzone bildenden Teil des örtlichen Gebietes 55·
Das komplementäre Netzwerk besteht aus einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1 /tun, die einer Photoätzbehandlung unterworfen worden ist. Zwei Bahnen dieses Aluminiumnetzwerks sind in Fig. 4dl mit 67 und 68 bezeichnet und sie stehen mit den örtlichen Gebieten 55 bzw. 56 in Kontakt.
Die Figuren 4b2bis 4d2 veranschaulichen die Stufen einer Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung der Schaltung nach der Erfindung. Auf einer η-leitenden Siliciumscheibe werden die örtlichen p-leitehden Gebiete und die Isoliermaterial-
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domänen angebracht, die an die p-leitenden Gebiete grenzen und die den an Hand der Fig. ha. beschriebenen. Domänen entsprechen.
Auf der ganzen Oberfläche der Scheibe wird eine dünne Siliciumschicht abgelagert, die annähernd folgende Eigenschaften aufweist: spezifischer Widerstand 3 bis 5 · 1.0 LL .cm, η-leitend, Dicke 0,3 bis 0,5 /um. Diese Schicht wird bei einer Temperatur von 650 bis 7000C abgelagert, wobei Silan (SiH2J als Siliciumquelle verwendet wird. Bei dieser verhältnismässig niedrigen Ablagerungstemperatur und unter Berücksichtigung der hohen Dotierungsverunreinigungskonzentration in der Schicht wird eine Schicht gebildet, die eine polykristalline amorphe Struktur aufweist. Die Schicht wird dann gemäss der gewünschten Konfiguration geätzt. Fig. 4b zeigt den Halbleiterkörper in dieser Stufe, wobei eine Bahn 70 der genannten Schichtkonfiguration sich über eine Isoliermaterialdomäne, wie das dicke Oxidband 57» erstreckt, während sich ein Teil 71 der genannten Konfiguration über einen Teil des örtlichen Gebietes 55 erstreckt.
Anschliessend wird eine thermische Behandlung z.B. bei 1000°C durchgeführt, so dass ein Teil der Verunreinigungen aus dem Teil 57 in das örtliche Gebiet 5'5 eindiffundiert und ein n-lei-
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tendes Gebiet bildet, das in Fig. 4c2 mit 72 bezeichnet ist. Die Dauer der Behandlung wird derart, eingestellt, dass die Tiefe der Diffusion etwa 0,4 /um beträgt.
Dann wird auf der Oberfläche der Scheibe eine Isolierschicht 73 angebracht und werden in dieser Schicht die notwendigen Offnungen 74 und 75 für die Kontakte mit dem komplementären Netzwerk aus Metallbahnen vorgesehen.
Fig. 4d2 zeigt schliesslich die Anordnung, wie sie nach der Bildung des Aluminiumverbindungsnetzwerks erhalten ist, von dem die Bahn J6 mit dem örtlichen Gebiet 55 und die Bahn 77 mit dem örtlichen Gebiet 56 verbunden ist.
Fig. 4d2 zeigt einen npn-Transistor mit einem Oberflächenkollektor, mit einer zu dem Oberflächenteil 5^· des Substrats gehörigen Emitterzone und einer zu dem örtlichen Gebiet 55 gehörigen Basiszone. Die Kollektorzone wird durch das Gebiet 72 gebildet, das unter dem Schichtteil 71 liegt und mit diesem Teil in direkter Verbindung steht,
Die Struktur enthält auch einen lateralen pnp-Transistor, dessen Emitterzone durch das örtliche Gebiet 56, dessen Basiszone durch das Band 58 und dessen Kollektorzone durch einen Teil des örtlichen Gebietes 55 gebildet wird. Für eine befrie-
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digende Wirkung dieses lateralen pnp-Transistors ist es von Bedeutung, dass die Isoliermaterialbänder 57 bis zu dem höher dotierten Substratgebiet oder bis in dieses Gebiet reichen und die Emitter- und Kollektorzonen in seitlicher Richtung durch ein weniger hoch dotiertes Gebiet voneinander getrennt sind. Die Zonen 55» 56 und 58 des Transistors liegen also zusammen innerhalb eines gemeinsamen isolierenden Ringes 57·
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele. Für den Fachmann sind im Rahmen der Ei-findung viele Abwandlungen möglich. Z.B. können, statt Silicium auch andere Halbleitermaterialien, wie Germanium
III V
oder A B -Verbindungen, verwendet werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    /1. ) Integrierte Schaltung mit einem Halbleiterkörper mit einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp, das eine Anzahl örtlicher Gebiet von einem zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitungstyp trägt, wobei diese örtlichen Gebiete nahezu die gleiche Dicke aufweisen, wobei Isoliermaterialdomänen vorhanden sind, die an die örtlichen Gebiete grenzen, und wobei eine Halbleiterschichtkonfiguration vom ersten Leitungstyp vorhanden ist, wobei die genannte Schaltung mindestens einen ersten bipolaren vertikalen Transistor mit drei Zonen enthält, von denen eine Zone zu dem Substratgebiet und eine zweite, die Basis des ersten Transistors bildende Zone zu einem der genannten örtlichen Gebiete gehört, wobei die Halbleiterschichtkonfiguration sich teilweise über die genannten Isoliermaterialdomänen zur Bildung von Verbindungsbahnen und teilweise über das genannte örtliche Gebiet erstreckt, indem die Basis des ersten Transistors liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Halbleiterschichtkonfiguration, der auf dem genannten örtlichen Gebiet liegt, im wesentlichen einkristallin ist und eine dritte Zone des ersten Transistors bildet.
    2. Integrierte S haltung nach Anspruch 1,
    ORIGINAL INSPECTED
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    dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Gebiete der örtlichen Gebiete die Emitter- und Kollektorzonen eines zweiten bipolaren horizontalen Transistors bilden, wobei der erste und der zweite bipolare Transistor zueinander komplementäre Transistoren sind, und wobei die Emitter- und Kollektorzonen durch ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, das die Basis des zweiten Transistors bildet, voneinander getrennt sind, wobei der Teil des Substratgebietes, der die Emitter- und Kollektorzonen trägt, bis zu diesen Zonen reicht und eine Dotierungsverunreinigungskonzentration aufweist, die grosser als die des Gebietes vom ersten Leitungstyp ist.
    3. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte örtliche Gebiet vom zweiten Leitungstyp wenigstens teilweise seitlich von einem Isoliermaterialband begrenzt wird, das wenigstens einen Teil der genannten Isoliermaterialdomänen bildet und die in der Tiefe bis zu dem Substratgebiet reicht, wobei die genannte Verbindungsbahn, die zu der HalbleiterSchichtkonfiguration gehört, sich im wesentlichen über das Isoliermaterialband erstreckt. ;
    h. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass we-
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    nigstens ein komplementäres Netzwerk von Leiterbahnen, vorhanden ist, das an bestimmten Stellen durch mindestens eine Isolierschicht von der genannten Halbleiter Schichtkonfiguration getrennt ist, wobei eine Bahn der genannten Halbleiterschichtkonfiguration, die völlig von einer der genannten Isoliermaterialdomänen getragen wird, an zwei Stellen, vorzugsweise in der Nähe ihrer Enden, mit dem komplementären Netzwerk von Leiterbahnen zur Bildung einer kreuzenden Verbindung mit einer Bahn des komplementären Netzwerks verbunden ist.
    5· Integrierte Schaltung mit einem Halbleiterkörper mit einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp, das eine Anzahl örtlicher Gebiete vom zweiten dem ersten entgegengesetzten Leitungstyp trägt, wobei die genannten örtlichen Gebiete eine nahezu gleiche Dicke aufweisen, wobei Isoliermaterialdomänen vorhanden sind, die an die genannten örtlichen Gebiete grenzen, und wobei eine Halbleiterkonfiguration vom ersten Leitungstyp vorhanden ist, wobei die Schaltung mindestens einen ersten bipolaren vertikalen Transistor mit drei Zonen enthält, von denen die erste Zone zu dem Substratgebiet gehört, die zweite Zone, die die Basis des genannten Transistors bildet, zu einem der genannten örtlichen Gebiete gehört und die dritte Zone,
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    die vom ersten Leitungstyp ist, auf demselben örtlichen Gebiet liegt, das die genannte dritte Zone von dem Substratgebiet trennt, wobei die örtlichen Gebiete vom zweiten Leitungstyp wenigstens teilweise von einem Isoliermaterialband begrenzt werden und das genannte Band wenigstens einen Teil der genannten Isoliermaterialdomänen bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannte Halbleiterschichtkonfiguration teilweise über die genannten Isoliermaterialdomänen zur Bildung wenigstens einer Verbindungsbahn und teilweise über das örtliche Gebiet erstreckt, in dem die genannte Basiszone des ersten Transistors liegt, um dort insbesondere einen Kontakt mit der genannten dritten Zone zu bilden, wobei das genannte Isoliermaterialband in der Tiefe bis zu einem stark dotierten Teil des Substratgebietes reicht. 6. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von einem Oberflächenteil eines Substrats, der von einem ersten Leitungstyp ist, eine Anzahl örtlicher Gebiete vom zweiten Leitungstyp und an diese Gebiete grenzende Isoliermaterialdomänen angebracht werden, wonach eine Halbleiterschicht auf wenigstens einem Teil der genannten Gebiete und der ge-
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    nannten Domänen aus der Dampfphase unter derartigen Bedingungen abgelagert wird, dass die Schicht im wesentlichen einkristallin auf der Dampfphase ausgesetzten Halbleiteroberflächen anwächst, wobei in die Schicht den ersten Leitungstyp bestimmende Verunreinigungen eingebaut werden, und wobei aus der genannten Schicht die genannte Halbleiterkonfiguration, zu der der genannte Schichtteil gehört, der die dritte Zone des ersten Transistors bildet, gebildet wird.
    7· · Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten örtlichen Gebiete dadurch erhalten werden, dass auf dem Oberflächenteil des Substrats eine epitaktische Schicht vom ersten Leitungstyp angebracht wird, wobei die Verunreinigungskonzentration dieser epitaktischen Schicht niedriger als die des Oberflächenteiles des Substrats ist, und wobei durch Uberdotierung der genannten Schicht mit den zweiten Leitungstyp bestimmenden Verunreinigungen bis zu einer Tiefe mindestens gleich der Dicke der epitaktischen Schicht örtliche. Gebiete vom zweiten Leitungstyp erhalten werden, wobei wenigstens eine Anzahl dieser Gebiete an ein zwischenliegendes Gebiet vom ersten Leitungstyp grenzen und durch dieses
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    Gebiet voneinander getrennt sind, das im wesentlichen noch aus dem ursprünglichen Material der epitaktischen Schicht besteht,
    8. Verfahren■nach Anspruch 6 zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten örtlichen Gebiete dadurch hergestellt werden, dass, ausgehend von einer epitaktischen Schicht vom zweiten Leitungstyp, die auf wenigstens dem Oberflächenteil des Substrats angebracht ist, ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, das zwei benachbarte örtliche Gebiete voneinander trennt, durch eine Ionenimplantation von Verunreinigungen, die den ersten Leitungstyp bestimmen, gebildet wird, wobei die epitaktische Schicht örtlich über ihre ganze Dicke überdotiert wird, und wobei die Verunreinigungskonzentration in dem überdotierten Gebiet niedriger als die Konzentration des Oberflächenteiles des Substrats gehalten wird.
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