DE1589935B2 - Monolithische integrierte bistabile Halbleiterkippschaltung und Anordnung mehrerer solcher Schaltungen zu einer Speichermatrix - Google Patents

Description

An sich ist eine Dioden-Transistorkombination, bei und den Steuertransistor verbindenden gemeinsamen der die Kollektoren von Dioden und Transistor durch Kollektorzone eine hochdotierte Zone des gleichen eine gemeinsame Zone gebildet werden, bereits aus Leitungstyps vergraben ist. Es hat sich nämlich geder Zeitschrift »Electronics« vom 19. Juli 1963, S. 48, zeigt, daß sich zwar Signale zwischen Zonen gleichen Fig. 1, bekannt. Offensichtlich richtet sich jedoch 5 Leitungstyps verschiedener Halbleiterbauelemente die hier abgebildete Schaltungsanordnung mit dem übertragen lassen, jedoch ist der diesen Zonen innedazugehörigen Text auf die Darstellung eines Ausfüh- wohnende Widerstand, bedingt durch die relativ rungsbeispiels, um lediglich die verschiedenen Mög- geringe Störstellendichte dieser Zonen, relativ hoch lichkeiten der Planartechnik bei Herstellung mono- und wirkt sich dementsprechend störend aus. Zur lithischer integrierter Halbleiterschaltungen zu veran- io Herabsetzung dieses Widerstandes läßt sich in vorteilschaulichen.' hafter Weise die oben angegebene erfindungsgemäße

Die beim Anmeldungsgegenstand vorgesehene Ver- Maßnahme anwenden, die insbesondere dann zweckwendung von Dioden-Transistorkombinationen die- mäßig sein kann, wenn zwischen beiden Halbleiterser Art als Ansteuerungsmittel in monolithischen inte- bauelementen eine Isolation vorgesehen ist. grierten bistabilen Halbleiterkippschaltungen resultiert 15 Falls ein Subkollektor verwendet wird, kann dann , in einer vorteilhaften Ansteuerungsmöglichkeit einer in zweckmäßiger Weise dieser Subkollektor selbst zur Speicherzelle; denn einerseits bietet die Diode in der Herstellung der niederohmigen Verbindung in entDioden-Transistorkombination einen konstanten Span- sprechender Ausgestaltung herangezogen werden, nungsabfall ohne wesentlichen Einfluß auf den Lese- Die Ansteuerung der Speicherzellen in matrix-

strom, so daß der zugeordnete Transistor nicht in die 20 artiger Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn Sättigung gelangen kann, und zum anderen ist der vorgesehen wird, daß die Dioden über Bitleitungen Spannungsabfall über diese Diode jedoch so groß, mit der ersten Steuersignalquelle und die Emitter der daß der zugeordnete Transistor durch einen angeleg- Steuertransistoren über Wortleitungen mit der zweiten ten Schreibstrom in die Sättigung gelangt. Steuersignalquelle verbunden sind.

Da das Vorsehen solcher Dioden keinen, zusatz- 25 Bei Speicherzellen in einer Speichermatrix ist es liehen Platz im Halbleiterchip beansprucht, anderer- allgemein vorteilhaft, wenn hohe Schaltgeschwindigseits jedoch aufwendige Widerstandszonen mit hier- keiten angewendet werden können. Dies bedingt aber, durch bedingten erhöhten Streukapazitäten vermieden daß die verwendeten Transistorbauelemente vorwiewerden, ergibt sich hierdurch eine Herabsetzung des gend in der Basiszone jeweils möglichst schnell hin-Leistungsbedarfs und damit verbunden einer uner- 3° sichtlich der dort angesammelten Majoritätsladungswünschten Verlustwärme. Im übrigen lassen sich ein- träger geräumt werden. Ein Weg dazu ist eine Diffudiffundierte Widerstände mir mit einer Toleranz von sion von Gold-Fremdatomen in den Halbleiter, so ±15% herstellen, wohingegen bei Dioden diese ToIe- daß die Lebensdauer der Ladungsträger ganz wesentranz ± 3 % beträgt. Dank der verringerten Streukapa- lieh herabgesetzt werden kann und sich damit entzität ist auch bei Verwendung der erfindungsgemäßen 35 sprechend die Schaltgeschwindigkeit erhöhen läßt, bistabilen Halbleiterkippschaltung als Speicherzelle Hierbei zeigt sich jedoch, daß sich Durchbruchs-

eine erhöhte Packungsdichte in Speicheranordnungen kanäle in der Basiszone bilden können, die jeweils möglich. Nicht zuletzt ergibt sich durch die Verwen- eine mehr oder weniger leitende Verbindung zwischen dung der Dioden zusätzlich zu den Steuertransistoren Kollektor und Emitter herstellen, so daß der betrefeine Entkopplung bei den nicht angesteuerten Spei- 40 fende Transistor zumindest eine gestörte Betriebscherzellen einer größeren Speicheranordnung. Hier-"" weise zeigt. Fehler dieser Art führen zu einer verhältdurch verhindert jeweils die Diode fehlerhaftes Ein- nismäßig hohen Ausschußrate, so daß.die Anwenschreiben in nicht ausgewählte Speichefglieder bei dung der oben gezeigten Maßnahme zur Erhöhung niedrigen Abfühlungspegeln. . " : · der Schaltgeschwindigkeit bei Transistorspeicherzel-

Für eine Halbleiterkippschaltung mit über Wider- 45 len einer Speichermatrix als nicht zweckmäßig und stände an festem Potential angeschlossenen Schalt- wenig vorteilhaft erschienen ist. Dieser Nachteil wirkt transjstorkollektoreri, welche andererseits jeweils mit sich bei entsprechender Anwendung. der erfmdungseiner Steuertransistorbasis verbunden sind, ist gemäß gemäßen Halbleiterkippschaltung um so erheblicher einer vorteilhaftenWeiterbildung der Erfindung vor- aus, als hier höhere Packungsdichten als bisher auf gesehen, daß die'; Emitter xJer Steuertransistöreil·zur 5° einem Halbleiterscheibchen. angestrebt; werden: und Bildung eines¹ Strornübernahm^^ die .genannten nachteiligen Durchbräche _rnicht nur

einander verbunden und an eine zweite Steuersignal- "zwischen Emitter; und Kollektor ;der Transistoren:, quelle angeschlossen¹ sind. Auf diese Weise ist gewähr- sondern auch zwischen; Emitter des Transistors und leistet ■ daß^s' zusätzlich;' zur: - geringeren . Schaltzeit, Anode bzw^ .Kathode;; der". Diode: der Dioden-Traribedingt durch;; dieVermeidiirig der Streukäpazitäteii, 55 sistorkombination auftreten: können.::;%.;; :.;;V·;: . _r>_;y darüber hinaüs'iioch 'kleine Schaltzeiten eingehalten " . Zur Behebung dieses ^Nachteils, ist bei. Herstellung \yerdeii,:die'sicji^a^ eines der, erfindungsgemäßen^m^

.Stromübernahfne^häteSilerge^n.''Die ;:'als' Strom- bistabilen Halbleiterkippschaltung, insbesondere'^de| quelle.für den Strömüber^ hierin enthaltenen D^

'gnalquelle kaM:wieIu^ ⁶? vorteilhafter Weise, vorgesehen;'daß nach;Fe

!gespeisten Widersto^

N¥eise^: aus" einem -TTansistoi:; bestehen^ dessen''Basis tionsschichtüberzug^ äneiner geeigneten Stelle,; insbe-(dann"die Steuersignale^zugeführt werdend V^" ^;;;:'^v; spndere; an der Rückseite, des auseinem Siliziurn-Ein-.· Für eine Anordnung, bei der Zonen geringen spezi- kristall bestehenden!Halbleiterscheibchens weggeätzt fischen Widerstandes in dem Halbleitersubstrat als ⁶5 wird und in einem anschließenden Diffusionsvorgang elektrische Verbindüngsleitungen dienen, ist:, bei: der ^die Gpld_:Fremdatome_; in einer_. nicnt oxydierenden 'erfindüngsgemäßeri^Schaltungsanordnung vofgeseheri, Atmosphäre, wie; Stickstoff oder. Edelgas,, eindiffuridas unmittelbar unterhalb der die jeweilige: Diode diert werden. Dabei kann ;die Emitterdiffusion vor

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oder nach der endgültigen Oxydation des Halbleiter- Die Schaltung entspricht im Prinzip der Eccles-Jor-

scheibchens erfolgen. Wesentlich bei Anwendung des dan-Schaltung. Außerdem sind zwei Dioden-Transi-

Verfahrens zum Erzielen vorteilhafter Ergebnisse in storkombinationen D vorgesehen, die als Stromüber-

Form von durchbruchsfreien Bauelementen im Halb- nahmeschalter wirken und zur Durchführung der

leiterscheibchen ist in jedem Fall, daß die Gold- 5 Lese-Schreib-Funktion dienen. Hierzu ist jeweils die

Diffusion nach dem letzten Oxydationsschritt erfolgt, Basis der Dioden-Transistorkombination mit einem

also eine weitere Halbleiterbehandlung nur noch in Kollektor der beiden Schalttransistoren T verbunden,

nicht oxydierender Atmosphäre stattzufinden braucht, Die Emitter der beiden Dioden-Transistorkombina-

so daß keine Schädigung der Bauelementstrukturen tionen D sind miteinander verbunden und im Punkt

im Halbleiterscheibchen eintreten kann. io 60 an den Kollektor eines dritten Transistors T an-

Die mit Schaltungsanordnungen gemäß der Erfin- geschlossen, dessen Basis an der Y-Leitung einer

dung versehenen Halbleiterscheibchen lassen sich für Speichermatrix und dessen Emitter an der X-Leitung.

eine Speichermatrix von z.B. 60 Speicherzellen mit einer Speichermatrix angeschlossen ist, so daß die ■

einer Fläche von nur etwa 35 500 μπα² herstellen. Da- monolithisch integrierte bistabile Halbleiterkippschal-

durch, daß die aufgewendete Leistung zum Betrieb 15 tung als Speicherglied in einer dreidimensionalen _c

dieser Speichermatrix sehr gering ist und außerdem Speichermatrix betrieben werden kann. Bei einer

das Signal/Störverhältnis infolge der verwendeten zweidimensionalen Speichermatrixbetriebsweise kann,

Speichergliedsehaltungsanordnung sehr hoch ist, er- wie in F i g. 1A gezeigt, der dritte Transistor T' durch

geben sich weitere Vorteile in der Anwendung der einen dritten Widerstand R' ersetzt werden, dessen

Erfindung. 20 freies Ende dann an die Wortleitung angeschlossen

Die Erfindung wird im einzelnen anhand von Aus- ist. ,. . . .

führungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen näher Die Leseoperation eines speziellen Bits wird durch

erläutert. Es zeigt gleichzeitige Erregung der X-Y-Leitungen durchge-.

Fig. 1 die Schaltungsanordnung der erfindungsge- führt, so daß ein Strom von ungefähr 3 Milliampere .

mäßen monolithisch integrierten Halbleiterschaltung, 25 durch den Diodenteil fließt, der mit dem Kollektor

Fig. IA eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte des Transistorteils der Transistor-Diodenkombina-\

Schaltungsanordnung, . tion D verbunden ist und der das höchste Basispoten-

Fig. 2A eine graphische Darstellung zur Erläute- tial aufweist. Das Lesesignal wird dabei auf eine mit

rung des Lesezyklus bei Verwendung der Schaltungs- dem Diodenteil der Dioden-Transistorkombination D,

anordnung nach F i g. 1 bzw. 1A in einer Speicher- 30 verbundene Leitung BOS übertragen, indem das Auf-;

matrix, ... - treten eines Stromes den Zustand »L« und die Ab-

Fig. 2B eine graphische Darstellung zur Erläute- Wesenheit des Stromes den Zustand »0« darstellt,

rung des Schreibzyklus bei Verwendung der Schal- Die Schaltungsanordnung ist dabei so ausgelegt, daß

tungsanordnung nach F i g. 1 bzw. F i g. 1A in einer weder die als Stromübernahmeschalter wirkende

Speichermatrix, ""■ ■ 35 Dioden-Transistorkombination D noch der als Strom-

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein Halbleiterscheib- quelle wirkende Transistor T in die Sättigung gelanchen mit einer Speichermatrix mit 4X4 monolithisch gen kann. Damit ergibt sich aber, daß ein zerstörungsintegrierten bistabilen Halbleiterkippschaltungen ge- freies Lesen bei hoher Lesegeschwindigkeit erfolgen maß der Erfindung, kann. Im allgemeinen ist eine minimale Koinzidenz-

Fig. 3 A einen Ausschnitt aus der Draufsicht nach 4° treiberimpulsdauer von 8 Nanosekunden erforderlich,

F i g. 3, der nur eine monolithisch integrierte bistabile" um ein einwandfreies Lesen jedes Speicherglieds einer

Halbleiterkippschaltung gemäß der Erfindung enthält, Speichermatrixanordnung zu gewährleisten.

F i g. 4 die einzelnen Verfahrensschritte zur Her- Die Schreiboperation wird durchgeführt, indem,

stellung der Dioden-Transistör-Kombination inner- eine Koinzidenzerregung der X- und Y-Leitungen mit

halb der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltung mit 45 einem gleichzeitigen Absenken des Potentials auf der

jeweils entsprechendem Halbleiterquerschnitt, entsprechenden Bit-Leitung auf einen Pegel von etwa

Fig. 5 in tabellarischer Übersicht ein Verfahren 0,5 Volt erfolgt. Die Bit-Leitungen sind ja jeweils mit

zur Herstellung einer Halbleiterkippschaltung gemäß einem Diodenteil, wie oben beschrieben, verbunden,.

der Erfindung unter Anwendung;yori Golddiffusion, wobei.die eine Bit-Leitung eine 0 (BOS) und die

Fi g. 6 eine Tabelle für den Stromverstärkungsfak- 5° andere Bit-Leitung (B 1) eine L zuführt. Unter diesen tor und die Ladungsträgerlebensdäuer bei Transisto- Bedingungen wird die entsprechende als Stromüberren in Abhängigkeit von der Dauer der Golddiffusion nahmeschalter wirkende Dioden-Transistorkombina- und der hierfür erforderlichen Aufheiztemperatur, tion Z) in die Sättigung getrieben, so daß, wenn das

Fig. 7 in tabellarischer Übersicht" ein gegenüber . Speicherglied in dem hierzu komplementären Schalt-

Fig.,5 anderes Verfahren zur Golddiffusion, 55 zustand ist, folgende Vorgänge eintreten. Der gesät-

; Fig. 8 bis 14 jeweils eine Draufsicht auf die zur tigte Basisstrom von etwa 2Milliampere wird zu-

Herstellüng einer monolithisch integrierteri Speicher- nächst durch die B asismäjoritätsträger bereitgestellt,

matrix''mit bistabilen Halbleiterkippschaltungen ge- die im gesättigten Multivibratortransistor T gespei-

mäß der Erfindung verwendeten Masken.' · chert sind, und., anschließend;überden 1-Kiloohm-

v Die. Schaltungsanordnung nach Fi g.i zeigt die ⁶° Kollektorwiderstand R nachgeliefert, der den Rück-

mbnolithisch integrierte bistabile Halbleiterkippschal- kopplungsvorgang einleitet, um den Schaltzustand des

tung^ die- aus zwei Schalttransistoren T ,!und zwei Multivibrators\ umzukehren. Während des; Schreib-

Widerständen i?- mit jeweils einem .', Wert von zyklus wirkt am Verbindungspunkt 60 ein negati-

1000 Ohm besteht, die als Kollektorwiderstände der ves Potential von 0,2 Volt. Dies gestattet es, die

beiden Transistoren T dienen. Die beiden Schalttran- ⁶5 P-Isolations-Zorie in der entsprechenden integrierten

sistoren T sind in bekannter Weise bezüglich Basis Halbleiterstruktur unter vernachlässigbarem Verlust-

und Kollektor kreuzweise miteinander gekoppelt, wo- strom an Erde zu legen. Eine minimale Koinzidenz-

bei die beiden Emitter miteinander verbunden sind. treiberimpulsdauer von etwa 15 Nanosekunden ist er-

forderlich, um ein einwandfreies Schreiben in jedes hang mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ge-

Speicherglied des Halbleiterscheibchens zu gewähr- zeigt worden ist. Wie weiterhin dieser Schaltung zu

leisten. ,*·„ entnehmen ist, ist hier gegenüber dem vorher be-

Anhand der graphischen Darstellungen der WeI- schriebenen Ausführungsbeispiel nur eine Auswahl-

lenformen in den Fig. 2A, 2B ergibt sich das ohne 5 leitung, nämlich die Wortleitung, verwendet,

weiteres. In Fig. 2A stellt die mit BOS bezeichnete Die Darstellung nach Fig. 3 zeigt beispielsweise

Kurve den O-Bit-Abfühlausgang während eines eine 4X4 integrierte Halbleiterspeichermatrix 20 in

»L«-Lesezyklus der monolithischen integrierten bi- Draufsicht. Wie bereits im Zusammenhang mit der

stabilen Halbleiterkippschaltung gemäß der Erfindung Darstellung nach F i g. 1 beschrieben, die ja eine sche-

dar. Die mit dieser Kurve gezeigte Wellenform besitzt io matische Schaltungsanordnung eines Speicherglieds

eine Amplitude von 6OmV und eine Zeitdauer von darstellt, sind jeweils 4X- und 4 Y-Leitungen zum

20 Nanosekunden. Diese praktisch sich ergebende Anschluß an die 16 Emitterzonen bzw. 16 Basiszonen

Wellenform zeigt weiterhin, daß es etwa 8 Nano- der jeweils als Stromquelle dienenden Transistoren V,

Sekunden dauert, bis die Schaltungsanordnung einen vorgesehen. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist jede X-

Ausgang erreicht, der im wesentlichen dem Maximal- 15 Leitung jeweils mit 4 Emitterzonen und jede Y-Lei-

wert entspricht. Der »L«-Bit-Ausgang Bl, dargestellt tung jeweils mit 4 Basiszonen entsprechender Transi-

durch die Wellenform am unteren Rand der F i g. 2 A, stören T verbunden. Auf diese Weise ist es möglich,'

stellt das Ausgangssignal auf der B 1-Leitung wäh- Lese- und Schreiboperationen durchzuführen, indem

rend des Lesezyklus dar und läßt erkennen, daß gleichzeitig Signale an die ausgewählten X- und Y-

das Rauschsignal im Zeitintervall zwischen 0 und 20 Leitungen angelegt werden. Der Kontaktanschluß B1

20 Nanosekunden einen Minimalwert besitzt. Die ver- ist mit der Bit-L-Abfühlleitung. verbunden, die ande-

bleibenden Kurven der Fig. 2A, nämlich Y und X rerseits an die Dioden-Transistorkombination D aller

zeigen das Y- und das X-Signal, die wie oben gesagt, 16 Speicherglieder, wie in Fig. 1 gezeigt, angeschlos-

in Koinzidenz angelegt werden müssen. sen ist und die in Fig. 3 generell mit den Bezugszei-

In Fig. 2B stellt die SOS-Kurve den O-Bit-Ab- 25 chen 1 bis 16 bezeichnet sind. Der BOS-Anschlußfühlausgang während eines O-Schreibzyklus dar. kontakt ist mit der Bit-O-Äbfühlleitung ,verbunden, Wie sich aus der entsprechenden Wellenform ergibt, die jeweils an die anderen Dioden-Transistorkombibeträgt die Spannungsamplitude etwa 1,3VoIt. Die nationen D der 16 Speicherglieder angeschlossen ist, B1-Wellenform, also das Ausgangssignal auf der wie es ebenfalls aus der Schaltungsanordnung nach »L«-Bit-Leitung, das während des »O«-Schreibzyklus 30 F i g. 1 hervorgeht. Der Kontaktanschluß ERDE ist auftritt, läßt erkennen,"daß- unter Berücksichtigung mit der gemeinsamen Emitterverbindung der beiden der anliegenden und koinzidierten X- und Y-Signale Multivibratortransistoren T aller Speicherglieder vereine Zeitdauer von etwa 15.Nanosekunden erforder- verbunden. Die Anschlußkontakte V sind mit den lieh ist, um eine »0« in die bistabile Halbleiterkipp- freien Enden der Widerstände R jedes Speicherglieds schaltung einzuschreiben. Es dürfte- klar sein, daß 35 verbunden.

eine gleiche Zeitdauer erforderlich ist, um eine »L« In Fig. 3A sind als vergrößerter Ausschnitt aus

in die bistabile Halbleiterkippschaltung einzuschrei- Fig. 3 die Dioden-Transistorkombinationen D, die

ben. Kollektorwiderstände R, die Multivibratortransisto-

Die Diode in den Abfühlleitungen, die jeweils einen ren T, der als Stromquelle dienende Transistor T im Teil der Dioden-Transistorkombination D bildet, ge-^o .einzelnen gezeigt. Weiterhin sind die EmitterzonenE, währleistet einen konstanten Spannungsabfall, der die Basiszonen mit dem B,. die. Kollektorzonen CO unempfindlich gegenüber dem Lesestrom ist. Auf und die P-Zonen A für den Diodenteil der Diodendiese Weise ist ein nicht sättigendes Verhalten des Transistorkombinationen zu erkennen.
Transistorteils der als Stromübernahmeschalter wir- Zur Herstellung der Dipden-Transistorkombinakenden Dioden-Transistorkombination D während '« tion D dient ein Verfahren, das aus Fi g. 4 hervorder Leseoperation über einen großen Betriebsstrom- geht. Verfahrensschritt 1 zeigt ein Substrat IOD vom bereich gewährleistet. Andererseits läßt diese Diode P--Leitungstyp, das vorzugsweise einen spezifischen jedoch einen hinreichenden Spannungsabfall zu, so Widerstand von 10 bis 20 Ohmzentimeter besitzt. Das daß der Transistorteil der ausgewählten Dioden-Tran- Substrat IOD besteht vorzugsweise aus monokristallisistorkombination D vrährend eines Schreibzyklus 5<> nemSilizium. \, _; ■." ■;:;;■/_' :';^;.'.^'.'..VW .'·".-.
in die Sättigung gelangen kann. Hinzu kommt, daß In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine Oxyddie Diode jeweils die kapazitive Last auf den gemein- schicht 12D, vorzugsweise aus Siliziumdioxyd, mit samen Abfühlleitungen der anderen Speicherglieder "einer Dicke von ungefähr 5200 A entweder thermisch wesentlich herabdruckt, wenn sie in einer integrierten aufgewachsen oder ; pyrolytisch ,niedergeschlagen. Speicheranordnung miieinander verbunden sind, und 55 Hochfrequenzaufsprühverfahren"_;L lassen sich aber zwar aufgrund ihrer geringen kapazitiven Wirkung ebensogut anwenden.. ; 1V 1ΐ',':· -^ Jr-; . '^^::
beim Abfühlen. Schließlich verhindert die Diode je- In einem dritten yerfahrensschritt wird mit Hilfe weils außerdem fehlerhaftes, Einschreiben in nicht eines üblichen photolithographischen Maskenverfahausgewählte Speicherglieder '.bei, niedrigen Abfüh- . rens und emes Ätzyorgangs eine nicht gezeigte Phötoluhgspegeln, so daßdiesfer. Diodenteil· außerderh als ^6o lackschicht auf .diese Oxydsphichf 12D 'aufgetragen, Gleichspannungs-Isolatör für nicht ausgewählte Spei- um mit Hilfe der als Maske diehendenPhotolackcherglieder wirksam ist";':;".' ■ .. . -Γ. ! . , V schicht einen vorbestimmten^ Öberflachenbereich 14D

Wie bereits erwähnt,.ist im in Fig. 1Ä gezeigten der Substratoberfläche IOD mit Hilfe eines Ätzvor-

Ausführungsbeispieldes Speichergliedes der Transi- gangs freizulegen, iridem der. entsprechende Schichtstor T durch einen Widerstand R' ersetzt. Dieser ⁶5 teil der Siliziumdioxydschichi 12 D mit Hilfe einer ge-

Widerstand R' dient als Stromquelle bei Erregung der pufferten Fluor-Wasserstofflösung entfernt wird. An-

Wortleitune;. Die übrige Schaltung wird dann in der schließend wird die Photolackschicht entfernt, um

gleichen Weise betrieben, wie es oben im Zusammen- dann eine Diffusion über dem freigelegten Öberflä-

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chenbereich 14D des Substrats IOD durchzuführen, det wird. Dieser Diffusionsvorgang findet während

bei dem eine N⁺-Zone 16 D gebildet wird, die eine einer Zeitdauer von 70 Min. bei einer Temperatur

Konzentration C₀ von 2 XlO²⁰Cm-³ der N-Majori- von 1075 ⁰C statt, indem hierbei die P-Zonen 32D

tätsträger aufweist. Die Oxydschicht 12 D dient dabei und 34 D gebildet werden, die eine Fremdatomober-

als Maske, um zu verhindern, daß sich eine N⁺-Zone 5 flächenkonzentration von 5 X 10¹⁹ cm~^s besitzen.

16 D über die gesamte Halbleiteroberfläche ausbreiten Durch diesen Basisdiffusionsverfahrensschritt wird

kann. Der Diffusionsvorgang wird vorzugsweise in auch die Diode 31D gebildet, indem diese P-Diffu- ·

einem evakuierten Quarzgefäß durchgeführt, indem sion die entsprechende P-Zone 32 D in der Nachbar- :

ein mit Arsen entartet dotiertes Siliziumpulver ver- schaft der Basiszone 34D des Transistors 34D des

wendet wird. In einer Alternativmöglichkeit wird eine io Transistors 41D in der N-Zone 18D bildet.

N⁺-Zone 16D dadurch gebildet, daß zunächst ein Im Verfahrensschritt 7 erfolgt ein Reoxydations-

Kanal in dem P--leitenden Substrat IOD ausgeätzt Vorgang verbunden mit einer Umverteilung der

wird, um dann eine N⁺-Zone epitaktisch aufwachsen Fremdatome. Hierbei wird erneut eine Silizium-^:

zulassen. dioxydschicht 36D aufgebracht, und zwar auf den

Nach Entfernen der Oxydschicht 12D mit Hilfe 15 Basis- und Diodenzonen, wobei deren Dicke, etwa ' der gepufferten Fluor-Wasserstofilösung wird in 3600 A beträgt. Während dieser Aufheizbehandlung ' einem Verfahrensschritt 4 eine N-Zone 18D, deren werden die Bor-Fremdatome so umverteilt, daß die spezifischer Widerstand vorzugsweise 0,2Ohmzenti- Übergangstiefe vergrößert und die Oberflächehkonmeter beträgt, epitaktisch auf die vorher freigelegte zentration C₀ verringert wird. Diesr Vorgang erfolgt Substratoberfläche aufgebracht. Diese Epitaxialzone 20 während 25 Min. in trockener Sauerstoflatmosphäre 18 D besteht aus einer mit Arsen dotierten Schicht mit und während 10. Min. in einer Dampf atmosphäre, geannähernd 5,5.bis 6,5 μΐη Dicke. Bei diesem Herstel- folgt von einer 15-Minuten-Behandlung in trockener lungsverfahren diffundieren während des epitakti- Sauerstoffatmosphäre bei 1150 ⁰C. ' sehen Auf Wachsens Arsenfremdatome in die nun ein- Zur Bildung eines Transistors 41D wird wiederum ; geschlossene Zone 16D bis zu einer Tiefe von etwa 25 eine Photolackschicht auf die Oxydschicht 36D auf-' 1 μΐη ein. getragen, und mit Hilfe photolithographischer Mas- \

Nachdem hieran anschließend während eines Oxy- kenverfahren mit anschließendem Ätzvorgang' wird

dationsvorgangs eine Oxydschicht 2OD auf die Epi- ein Teil 38 D dieser Oxydschicht 36 D, und zwar un-

taxialschicht aufgebrächt wotden ist, wird in einem mittelbar oberhalb der eindiffundierten Basiszone ent-

Verfahrensschritt 5 eine ringförmig zusammenhän- 3° fernt, so daß eine Emitterzone 4OD eindiffundiert,

gende Öffnung 22D,.24D mit-Hilfe eines photolitho- werden kann.

graphischen Maskenverfahrens und anschließendem Die als Emitter dienende N-Zone wird in der als Ätzverfahrens in diese Oxydsc'hicht 2OD eingebracht. Basis dienenden P-Zone 34 D gebildet, indem vor-Hieran anschließend findet dann ein P-Isolationsdif- zugsweise eine Phosphor-Fremdatomquelle, wie z.B. fusionsverfahrenssctiritt statt, bei dem vorzugsweise 35 Phosphoroxychlorid, verwendet wird. Hierzu wird eine Bor-Quelle benutzt wird, um die P+-Isolations- der Halbleiter in einer Atmosphäre aufgeheizt, die zonen 24 D in die epitaktisch aufgewachsene N-Zone etwa 700 Teile von Phosphoroxychlorid zu einer einzubringen. Dieser Diffusionsvorgang wird bei einer Million enthält, indem die Aufheiztemperatur etwa Temperatur von 1200 ⁰C durchgeführt, der während 970 ⁰C und die Aufheizdauer, etwa 35 Min. beträgt, einer Dauer von 95 Min. wirksam ist, so daß eine 40 Da nun aber die so gebildeten Basis- und Emitter-Oberflächenkonzentration C₀ = 5 X IO²⁰-³ ""einge-' zonen oberhalb der eingeschlossenen N⁺-Zone 16D stellt wird. Es ist offensichtlich, daß die eindiffundier- eingebracht sind, wirkt die eingeschlossene N+-Zone ten P⁺-Zonen jeweils einen Oberflächenbereich ge- als eingeschlossener Subkollektor geringen spezifiringen spezifischen Widerstands besitzen, der sich in sehen Widerstandes für den zugeordneten Transistor bestimmtem Maße von der Oberfläche der Halbleiter- 45 und dient gleichzeitig als elektrischer Verbindungsstruktur nach unten erstreckt. Bei Bildung der Isolä- weg für den Diodenstrom.

tionsdiffusion erreichen die eindiffundierten P+-Zonen Nach diesem Emitter-Diffusionsvorgang wird eine

das ursprüngliche P--Substrat und verwachsen hier- Umverteilung in der Emitterzone und damit verbun-.

mit. . ! '.·.. den ein Oxydations-Aufheizvorgang. durchgeführt.

Beim Verfahrensschritt 6 wird erneut eine Oxyd- 50 Der Umverteilungszyklus währt 5 Min. in trockener

schicht 26D ; auf· den Halbleiter aufgetragen. Die Sauerstoffatmosphäre, gefolgt von einer" 55 Min. dau-

Oxydschicht 26D hat vorzugsweise eine Dicke von ernden Aufheizung in einer Dampfatmosphäre und

4300 A und läßt sich durch einen thermischen Oxy- anschließend einer Behandlung in einer trockenen

dationsvorgang bilden, wie z. B. durch Aufheizen bei Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von

.1050°.C !während einer Zeitdauer von 5 Min. bei 55 970 ⁰G, wobei die Zeitdauer für die letztere Behand-

tröckeher Sauerstoffatmosphäre, gefolgt '/■. von einer lüng von der zu erreichenden Tiefe der Kollektorzone

Aufheizperiode yon, 15,Min. in einer Dämpfatrno- abhängig ist. ,. r.. ^ · · . .'.".■'..■-. ;'. ...

Sphäre: undVwiederum;von einer Aufheizzeit'von Durch Verwendung phptolithographischer Mas-

5 Min. in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre. ken- und anschließender Ätzverfahren werden öff-

■: Es wird'dann anschließend wiederum ein Photo- 60 nungen in die Oxydschicht42 D in vorbestimmten Be-

lacküberzug ■ auf die Oberfläche dieser Oxydschicht reichen der Halbleiteroberfläche eingebracht, um die

aufgetragen^ Mit -Hilfe phÖtolithögraphischef_: Mas- gewünschte Schaltung herzustellen. Hierzu wird eine

ken- und anschließender Ätzverfahren werden die Aluminiumschicht über die gesamte Halbleiterober-

beiden gewünschten Bereiche 28 D und 3OD der SiIi- fläche aufgedampft, und anschließend werden Teile

ziumdioxydschicht entfernt, indem hierbei eine ge- 65 "dieser Schicht weggeätzt, so daß sich das gewünschte

pufferte Fluor-Wasserstofflösurig Verwendung findet. Bild der zu erzielenden Leitungszüge ergibt. Die auf-

■, .' Dann wird eine" Bäsisdiffusion durchgeführtj bei gedampfte Aluminiumschicht besitzt eine Dicke von

der vorzugsweise Bor als Fremdatomquelle verwen- etwa 6000 A, indem das Aluminium mit einer Ge-

schwindigkeit von 45 A pro Sekunde in einem Vakuum von 5 X 1O^-0 Torr niedergeschlagen wird. Hierbei wird eine Dicke von 1500 A bei einer Halbleitertemperatur von 200° C und die verbleibende Dicke von 4500 A bei einer Halbleitertemperatur von weniger als 100 ⁰C niedergeschlagen. Anschließend wird auf den Halbleiter eine Photolackschicht aufgetragen, getrocknet, belichtet, ,entwickelt und fixiert. Die Aluminiumzwischenverbindungen werden dann durch einen subtraktiven Ätzvorgang in ihrer endgültigen Form gebildet, indem eine erwärmte Lösung von H₃PO₄ + HNO₃ + H₂O angewendet wird. Die Photolackschicht wird schließlich entfernt und der Halbleiter gereinigt und getrocknet.

In einer Stickstoffatmosphäre werden die Halbleiter bei einer Temperatur von 450 ⁰C und während einer Dauer von 15 min. gesintert, um so zu erreichen, daß das Aluminium gute Ohmsche Kontakte zu den entsprechenden Halbleiterzonen herstellt bzw. gewährleistet. Auf diese Weise werden die Ohmschen Kontakte 44 D, 46 D und 48 D zu den Halbleiterzonen 32 D, 40 D und 34 D gebildet, so daß als Er-

) gebnis eine kombinierte Dioden-Transistoranordnung der monolithisch, integrierten bistabilen Halbleiter-■· kippschaltung vorliegt.

Die Herstellung von als Widerstand R dienenden Halbleiterbauelementen der Schalttransistoren T und von vergrabenen Zwischenverbindungen geringen spezifischen Widerstands im obengenannten Substrat erfolgt in entsprechender Weise.

Um größere Schallgeschwindigkeiten bei Halbleiterbauelementen zu erzielen, ist es· üblich, Ladungsträgerlebensdauerverkürzer in den Halbleiter einzudiffundieren, die dort Rekombinationszentren bilden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß. bei Anwendung von Ladungsträgerlebensdauerverkürzern Kanäle oder Durchbrüche entstehen, die sich zwischen Zonen des gleichen Leitungstyps ausbilden, wie z. B. zwischen den eindiffundierten Emitter- und Kollektorzonen eines Transistors, so daß diese beiden Zonen gewissermaßen kurzgeschlossen werden und damit zur Störung der Betriebsweise des betreffenden Transistors führen. Bei Herstellung einer größeren Anzahl

) diskreter Transistoren in einer einzigen Halbleiterscheibe ist es nicht unbedingt erforderlich gewesen, diese Durchbruchsbildungs-Erscheinung zu verhindern, und zwar aufgrund der Tatsache, daß immer noch eine genügende Anzahl diskreter Transistoren zur Verfügung gestanden hat, wenn auch einige davon aufgrund der Durchbruchsbildung unbrauchbar geworden sind. Der hierdurch bedingte Ausschuß ist zwar bedeutsam, aber nicht kritisch gewesen.
...; Wenn aber eine Matrixspeicheranordnung, bestehend aus monolithisch integrierten bistabilen Halbleiterkippschaltungen gemäß der Erfindung, geschaffen werden soll, bei der also eine.Vielzahl aktiver und passiver Schaltungselemente auf einer einzigen monokristallinen Halbleiterscheibe eingebracht werden soll und so miteinanderverbunden wird, daß sich einzelne Halbleiterscheibchen mit bis zu. 144 Kippschaltungen auf kleiner, Fläche ergeben^* dann ist es äußerst kritisch, wenn solche Dürchbruchserscheinungen auftreten, da nämlich ein einziger.kurzschließender Durchbruch in einem mit Schaltungen der genannten Art so dicht besetzten Halbleiterscheibchen nicht nur die .Betriebsweise; eines Halbleiterbauelementes allein in .Frage stellt, bei dem sich ein soiche,r Durchbruch gebildet hat, sondern auch die gesamte monolithisch integrierte Schaltung des Halbleiterplättchens in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt wird. Ohne Lösung dieses Durchbruchsproblems hat der Ausschuß der produzierten monolithischen integrierten Halbleiterscheibchen etwa 90% betragen. Da dank der beim Anmeldungsgegenstand getroffenen Maßnahmen höhere Bauelementdichten als bisher bei integrierten Matrixspeichern auf Halbleiterscheibchen zu erzielen sind, stellt eine Behebung der bei Golddiffusion zur

ίο Ladungsträgerlebensdauerverkürzung auftretenden Nachteile eine wesentliche Verbesserung dar.

Um dies zu erreichen, werden nachstehend zwei Verfahren angegeben, die zu befriedigenden Resultaten bei Herstellung von erfindungsgemäßen monoli-' thisch integrierten bistabilen Halbleiterkippschaltun-· gen in Speichermatrizen führen.

Im ersten in der tabellarischen Übersicht nach ■ F i g. 5 dargestellten Verfahren wird bei abschließender Oxydierung der Halbleiteroberfläche unter gleichzeitiger Umverteilung bzw. Eintreiben der Fremdatome in der Emitterzone eine Oxydschicht nach Formieren der aktiven und passiven Schaltungselemente im Halbleiter auf dem Halbleiterscheibchen ausgebildet. Während dieses kritischen Zeitraums im Herstellungsverfahren werden die Ladungsträgerlebensdauerverkürzer in den Halbleiter injiziert. Die Ladungs-

. trägerlebensdauerverkürzer werden in den Halbleiter durch eine Öffnung in der Oxydschicht, die vorzugsweise auf der Rückseite des Halbleiterscheibchens angebracht wird, injiziert. Hierzu wird vorzugsweise eine Goldschicht von 200 Ä auf Halbleiterscheibchen aufgedampft, so daß Gold in die monolithische Halbleiterstruktur eindringen kann, wenn während einer Zeitdauer von 20 min ein Aufheizen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff, bei Temperaturen von 1000 ⁰C stattfindet. Dieser Golddiffusion folgt dann ein Aufheizzyklus von 2 Std. bei 560 ⁰C in einer nicht oxydierenden Atmosphäre wie Stickstoff, so daß hinzukommend der Transistor-

_4o Stromverstärkungsfaktor β angehoben wird.

In der Tabelle nach F i g. 6 ist in der Rubrik Zeit in Minuten jeweils die Gesamtdiffüsionszeit der Ladungsträgerlebensdauerverkürzer angegeben, wobei aber in diesem Zeitabschnitt die Qfenaufheizzeit mit enthalten ist, die sich dadurch ergibt, daß ein gewisser Zeiträum erforderlich ist, um den Ofen nach Einlegen der Halbleiterscheibchen auf die vorgeschriebene Temperatur zu bringen. Unter der Rubrik Temperatur sind jeweils die Ofentemperaturen angegeben. Diese Tabelle gibt die erzielten Stromverstärkuhgsf aktoren β und Ladungsträgerlebensdauern τ in Nanösekunden für die jeweiligen'Temperatur- und Heizzeitwerte an. Die ß- und τ-Werte sind gemessene Werte, die sich als Resultat bei der oben beschrieberien Aufheizung ergeben. Transistoren, für'die monolithische Hälbleiterkippschaltüng gemäß der Erfindung, erfordern ein ß, dessen Wert größer als 20 ist, und eine Ladungsträgerlebensdauer τ von weniger als lQ.Nanosekunden.: Damit ergibt sich' als günstigste Betriebsparameter"bei- Herstellung.leine Diffüsionszeitdäuer der Ladungsträgerlebensdaueryerkürzer von 20min bei Aufheiztemperaturen^von: 1000\°C, um einen Wert von β von 30 bis 40^und einen für r zwischen -7,5 bis 8 Nanösekunden zu erhalten. Grenzwerte für den Wert β und den Werir ergeben sich bei einer" 20 min währenden Äufheizung auf 1025 ⁰C. Obgleich die 5 min Aufheizdauer bei 1025 ⁰C zufriedenstellende. Werte für β und r zu ergeben scheint, ist

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eine solche Zeitdauer doch weniger empfehlenswert vergrabenen Zwischenverbindungen dient. Ganz allaufgrund der Tatsache, daß die Ofenanläufzeit etwa gemein gilt für alle Masken, also auch für die in 8 min währt, was dann aber bedeutet, daß überein- F i g. 8 gezeigte, daß die schwarzen Bereiche verhinstimmende Werte für β und τ von Halbleiterscheib- dem sollen, daß einfallendes Licht entsprechende chen zu Halbleiterscheibchen kaum einzuhalten sind, 5 Bereiche der mit einer photoempfindlichen Emulsion weil der Ofen dann noch nicht die erforderliche Tem- überdeckten Halbleiteroberfläche beeinflußt, wenn peratur erreicht hat. Weiterhin ist zu berücksichtigen, die Maske auf dem Halbleiter aufliegt. Mit : daß einige Halbleiterscheibchen nach der Ofenbe- anderen Worten, in denjenigen Halbleiteroberflächenhandlung ein paar Sekunden vor Ablauf des eigent- bereichen, die durch die schwarzen Bereiche der liehen'Zeitabschnittes entfernt werden müssen, wäh- io Maske abgedeckt sind, kann eine Polymerisation der · rend andere Halbleiterscheibchen zwangläufig etwas photoempfindlichen Oberfläche nicht eintreten, so länger, als es dem 5-min-Diffusionszyklus bei daß diese abgedeckten Bereiche während des Ent- : 1025 ⁰C entspricht, im Ofen bleiben, so daß auch Wicklungsvorganges vom Emulsionsüberzug befreit' hierdurch unterschiedliche ß- und τ-Werte für die werden. Hingegen werden die vom einfallenden Licht einzelnen Halbleiterscheibchen unvermeidlich sind. 15 getroffenen photoempfindlichen Bereiche der Photo- ' In der tabellarischen Übersicht nach F i g. 7 ist ein lackschicht hierbei nicht entfernt, so daß hiermit eine anderer Gold-Diffusionsvorgang beschrieben. Hierbei Maske entstanden ist, die verhindert, daß im däraufwerden alle Diffusions- und Oxydationsverfahrens- folgenden chemischen Ätzvorgang die auf der Halbschritte wie oben beschrieben ausgeführt, wobei je- lederoberfläche aufgetragene Oydschicht an den vom doch der letzte Emitterzonen-Diffusionsvorgang in 20 einfallenden Licht getroffenen Stellen weggeätzt weranderer Weise durchgeführt wird. Hierzu wird nach den kann. Die großen schwarzen Flächen 80 C gelten der Basis-Zonen-Diffusion ein vorbestimmter Bereich für Sperrschichtzonen der Zwischenverbindungen. ; der endgültigen Oxydschicht auf der Halbleiterober- Das bedeutet aber, daß eine N+-Diffusion in den Sub- ; fläche entfernt, um die oben beschriebene Gold-Dif- stratbereich, wie er jeweils durch eine große schwarze ' fusion durchführen zu können. Diese Gold-bzw. La- 25 Fläche 8OC definiert ist, jeweils eine Sperrschicht-1 dungsträgerlebensdauerverkürzer-Diffusion wird da- zone für die darauffolgende P+-Zone Zwischenverbei ebenfalls wieder in nicht oxydierender Atmo- bindungsdiffusion hervorruft. Weiterhin werden die' Sphäre, wie z.B. Stickstoff oder auch Argon, durch- darauffolgenden eindiffundierten Widerstandszonen geführt. ^: in einer epitaktischen Schicht gebildet, die oberhalb ] Abschließend wird dann die Emitterzonen-Diffu- 30 der N⁺-Zonen liegen, wie sie durch die großen" sion durchgeführt,- der" aber dann nicht mehr ein Oxy- schwarzen Flächen 80 C definiert sind. Die kleinen dationsverfahrensschritt folgt. Die Umverteilung bzw. schwarzen Flächen 80 Γ entsprechen eindiffundierten das Eintreiben der eindiffundierten Emitterzonen- Subkollektorbereichen für die Schalttransistorele-Fremdatome läßt sich nämlich in nicht oxydierender mente. Die schwarzen Flächen 8OD, die senkrecht zu Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff, durchführen. Diese 35 den kleinen schwarzen Flächen 80 T liegen, entspre-Alternativmöglichkeit erfordert keinen Aufheizzy- chen Subkollektorzonen von Dioden-Transistoreleklus, da die Emitterzonen-Diffusion auf die Injektion menten, wie sie im Zusammenhang mit dem Verfahder Ladungsträgerlebensdauerverkürzer in den Halb- ren nach F i g. 4 beschrieben sind, leiter folgt. Außerdem lassen sich höhere Gold-Diffu- Der in F i g. 9 gezeigte vergrößerte Ausschnitt sions-Temperaturen anwenden, die die Ladungsträ- 40 einer Maske B zeigt die Lage der Isolations- und gerlebensdauer zu verkürzen vermögen, da die Emit- Zwischenverbindungsbereiche. Die hanteiförmigen. ter-Diffusion erst nach der Gold-Diffusion erfolgt. Das Flächen 90 C entsprechen dabei den obengenannten bedeutet aber, daß die Gold-Diffusion die Schaltungs- Zwischenverbindungsdiffusionsbereichen, während eigenschaften der monolithischen Halbleiterschaltun- die übrigen Flächen 90/ Isolationszonen für diejenigen in keiner Weise zu beeinträchtigen vermag oder 45 gen aktiven und passiven Elemente entsprechen, die gar die Schaltungsstruktur im Halbleiter zerstören vergrabene Zwischenverbindungszonen einschließen, könnte. /."'.."',., In der Darstellung nach Fig. 10 wird der Aus-Ais letztes ist, wie bereits gesagt, auf die Halb- schnitt einer Maske C gezeigt, die zur Diffusion der leiterscheibchen die für die erforderlichen Leitungs- Basis-, Dioden- und Widerstandszonen sowie der verbindungen vorgesehene Aluminiummetallisierung 5° Zwiscnenverbindungsanschlüsse dient. Die mit 100.4 aufgetragen. Die Halbleiter werden abschließend in gekennzeichneten Flächen entsprechen dabei diffuneiner Stickstoffatmosphäre behandelt, und zwar bei dierten P-Zonen zur Erstellung des Diodenanteils des einer Temperatur von 450 ⁰C während einer Dauer Dioden-Transistorelements, wie es mit dem Verfahvon 15 Min., so. daß die Aluminiumleitungen gute ren nach Fig. 4 beschrieben ist. Die mit 100B beohmsche Kontakte zu den entsprechenden Halblei- 55 zeichneten . Flächen entsprechen . eindiffundierten terzonen herstellen.' ;; Ί'λ „ Basiszonen der Schalttransistorelemente. Die mit Die Isolation zwischen den aktiven Bauelementen 100BT bezeichneten;Flächen entsprechen jeweils im Halbleiterscheibchen ergibt sich bei Betrieb durch Basiszonen des Transistorteils der Dioden-Transi-Anlegeh eines Erdpotentials an die P-Isolationszonen, storelemente^ Die.'nut" 1002? bezeichneten Flächen welches je das größte zur Verfügung stehende negative 60 definieren eindiffundierte Widerstandszonen der Gleichspannüngspöteritiäl darstellt. ; , monolithischen integrierten Halbleiterstruktur. Die • In den Darstellungen; nach den F i g. 8, 9, 10, 11, mit 100 C bezeichneten. Flächen entsprechen zusätz-12, 13, 14 sind die bei der Herstellung der erfin- liehen Diffusionszonen,' die zur Bildung der Kontaktdungsgemäßen monolithischen integrierten Schaltun- anschlüsse an die Ünterführungszwischenverbindungen verwendeten Metall- und Glasmasken dargestellt. 65 gen dienen. Die mit 1007 bezeichneten Flächen entin Fig. 8, ist ein vergrößerter Ausschnitt einer sprechen Isolationsanschlußgebieten, um ein gleich-Maske A gezeigt, die zur Diffusion der Subkollekto- mäßiges Ätzen der für Anschlußkontakte vorgeseheren, der aktiven und passiven Bauelemente sowie der nen Löcher zu erleichtern. ^;

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Im Maskenausschnitt nach Fig. 11 entsprechen Transistorelemente. Die mit 120RH bezeichneten

mit UlDE bezeichnete Flächen den Emitterzonen Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die Wider-

der Dioden-Transistorelemente. Die mit HlTC be- Standszonen. Die mit 120RB bezeichneten Flächen

zeichneten Flächen entsprechen Kollektoranschluß- entsprechen Kontaktlöchern für die epitaktischen

zonen der Dioden-Transistorelemente. Die mit 5 N-Zonen, die die Zwischenverbindungszonen um-

111RB bezeichneten Flächen entsprechen Diffusions- geben, in die dann anschließend Ohmsche Kontakte

gebieten zur Bereitstellung bevorzugter elektrischer eingebracht werden, um diese Zonen in Sperrichtung

Kontaktanschlüsse zu den epitaktischen N-Zonen, vorspannen zu können. Die mit 120 CH bezeichneten

die jede Zwischenverbindungszone umgeben. Flächen entsprechen Kontaktlöchern für Zwischen-

Die im Ausschnitt in Fig. 12 gezeigte Maske E io verbindungen.

dient zur Bildung der Kontaktlöcher. Hierin entspre- Die im Ausschnitt in F i g. 13 gezeigte Maske dient chen die mit 120DB bezeichneten Flächen Kontakt- zum Aufbringen der Aluminium-Leitungszüge. Hierlöchern für Basiszonen der Transistorteile der Dioden- bei entsprechen den schwarzen Flächen der Maske· Transistorelemente. Die mit 120 DE bezeichneten die aufzubringenden Leitungszüge.
Flächen entsprechen Kontaktlöchern der Emitter- 15 Die in Fig. 14 gezeigte Maske G dient zum Anzonen der Transistoren der Dioden-Transistorele- bringen der Anschlußlöcher in die auf die Alumi-, mente. Die mit 120 A bezeichneten Flächen entspre- niumleitungszüge aufgebrachte Siliziumdioxydschicht, chen Kontaktlöchern für die P-Zonen der Diodenteile Hierbei entspricht die Lage der schwarzen Flächen der Dioden-Transistorelemente. Die mit 120TE be- 140 der Lage der vorgesehenen Anschlüsse auf der zeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für 20 integrierten Halbleiterstruktur. An dieser Stelle sei die Emitterzonen für Schalttransistorelemente. Die vermerkt, daß alle bisher gezeigten Masken aus Glas mit 120 TC bezeichneten Flächen entsprechen Kon- bestehen, auf das entsprechend den vorgesehenen taktlöchern für die Kollektorzonen der Transistor- schwarzen Flächen entsprechend undurchsichtige Beelemente. Die mit 120 TB bezeichneten Flächen ent- reiche gemäß den mehrfach beschriebenen Verfahren sprechen Kontaktlöchern für die Basiszonen der 25 aufgebracht sind.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Microminiaturization« in Electronics vom 15. Februar Patentansprüche: 1963, S. 57 in der rechten Spalte, Maßnahmen be kannt, um Zwischenverbindungen auf andere Weise

1. Monolithisch integrierte bistabile Halbleiter- als durch metallische Leitungszüge auf einem Halbleikippschaltung mit zwei bezüglich Basis und KoI- 5 terchip darzustellen. Zu diesem Zweck wird in der lektor über Kreuz direkt gekoppelten Schalttransi- letztgenannten Veröffentlichung vorgeschlagen, innerstoren, deren beide Emitter miteinander verbunden halb -des Halbleiters Zonen geringen Widerstandes sind und an einem festen Potential liegen, und einzubringen; eine Maßnahme,'die durch die Herstelderen Kollektoren jeweils mit den Basen von den lung von Subkbllektören bereits praktiziert wird (siehe Schalttransistoren zugeordneten und ihrer An- io z. B. IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 4, steuerung dienenden Steuertransistoren verbunden Nr. 10, März 1962, S. 58 und 59). Außerdem ist es sind, d a du rc !^gekennzeichnet, daß die aus der letztgenannten Veröffentlichung ebenfalls beeinen bestimmten Leitungstyp aufweisenden KoI- kannt, Halbleiterbauelemente in einem Chip durch lektorzonen(18D). der Steuertransistoren (41D) besondere Isolationszonen voneinander zu isolieren, zugleich jeweils die eine Zone einer Diode (31D; 15 indem zusätzlich zwischen den Halbleiterbauelement Fig. 4) bilden, deren zweite Zone (32D) vom ten sperrende P-N-Übergänge geschaffen werden, die entgegengesetzten Leitungstyp in die jeweilige verhindern, daß unerwünschte Ströme zwischen den Steuertransistorkollektorzone (18D) eindiffundiert einzelnen Halbleiterbauelementen fließen können, und jeweils an eine erste Steuersignalquelle (B 1 Auf diese Weise läßt sich das Auftreten parasitärer bzw. BOS; Fig. 1) angeschlossen ist. 20 Halbleiterbauelemente verhindern.

2. Halbleiterkippschaltung nach Anspruch 1, mit Die obengenannte bekannte bistabile Kippschalüber Widerstände an einem festen Potential an- tungsanordnung weist jedoch auch Nachteile in ihrer geschlossenen Schalttransistorkollektoren, dadurch Ansteuerung auf. Bei Ansteuerung mehrerer Speicher gekennzeichnet, daß die Emitter (40D; Fig. 4) zellen über jeweilige Widerstände in den Kollektor-; der Steuertransistoren (41D) zur Bildung eines 25 leitungen der Speichertransistoren lassen sich bedingt Stromübernahmeschalters direkt miteinander ver- durch diese Widerstände unerwünschte Streukapazibunden und an eine zweite Steuersignalquelle (T', täten, die die Treiberstromkreise zusätzlich belasten, R'; Fig. 1 bzw. 1 A) angeschlossen sind. nicht ausschließen. Dies führt zu einem erhöhten

3. Halbleiterkippschaltung nach Anspruch 1 Strombedarf und damit zu höherer Verlustwärme, die und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar 3° bei Anwendung einer derartigen Speicherzelle in unterhalb der die jeweilige Diode (31D; Fig. 4) einem Großkapazitätsspeicher erhöhten Aufwand und den Steuertransistor (41D) verbindenden ge- durch zusätzliche Maßnahmen bedingt, meinsamenKollektorzone (18D)ieine hochdotierte In »Electronics World«, September 1964, S. 27 bis Zone (16D) des gleichen Leitungstyps vergra- 32 ist in Fig. 10 eine bistabile Kippschaltung dargeben ist. ' ■ 35 stellt, die aus zwei über verschiedene Zeitglieder

4. Anordnung,' bei der mehrere Halbleiterkipp- parallel geschalteten Flipflops mit komplementären schaltungen nach den Ansprüchen 1 bis 3 in einer Transistoren besteht, wobei die vorgesehenen Dioden Speichermatrix geschaltet sind, dadurch gekenn- in der Ansteuerungsleitung zur Entkopplung beider zeichnet, daß die Dioden (31D) über Bitleitungen Flipflops als Weiche für die Eingangssignale jeweils mit der ersten Steuersignalquelle (B 1, BOS; 40 unterschiedlicher Polarität dienen.

Fig. 1) und die Emitter (4OD; Fig'."4) der Abgesehen davon, daß komplementäre Transistor-

. Steuertransistoren (41D) über Wortleitungen mit bauelemente auf einem Halbleiterchip, wenn überder zweiten Steuersignalquelle (T", R'; Fig. 1 haüpt möglich, nur mit relativ großem Aufwand in

bzw. 1 A) verbunden sind. Form komplexer und wesentlich vermehrter Verfah-

45 rensschritte gegenüber gebräuchlichen Herstellungs- ^: - .'■■■ verfahren zu realisieren sind, bringt die Anwendung

— von Zeitgliedern neben erhöhtem Herstellungsaufwand beim Betrieb zudem noch den Nachteil größeren

^;: :v. Zeitaufwandes, so daß hiermit versehene Speicher-

Die Erfindung betrifft eine monolithische integrierte 50 zellen den hieran gestellten Anforderungen nicht gebistäbile Halbleiterkippschaltung mit zwei bezüglich,_;;-■^ nügen>können.v Außerdem lassen sich hierbei nicht Basis und Kollektor über Kreuz direkt gekoppelten^ .Zonen beider Bauelemente miteinander verschmelzen. Schalttransistören, deren beide Emitter miteinander Zur Behebung der oben aufgezeigten Nachteile be-

- verbunden-sind und an einem festen Potential liegen steht die'Aufgabe "der Erfindung darin, eine mönolithi- und deren Kollektoren jeweils mit den Basen von 55 sehe integrierte, bistabile; Halbleiterkippschaltung beden Schalttransistoren zugeordneten und ihrer An- reitzustellen, die^ei Verwendung als Speicherzelle in steuerung dienenden Steuertransistoren verbunden Großkapazitätssp'eiChefn. eine hohe Packungsdichte sind. .gestattet,= wobei die Verlustwärme möglichst herabge-

Eine solche Schaltungsanordnung ist grundsätzlich setzt ist und der Herstellurigsäufwand gegenüber dem bereitsin eier^ USA.-Patentschrift^ 218 613;beschrie-, 60 bei bisherigen Speieherzellen außerdem verringert ist. ben. Nachteilig ist/hierbei, daß> die auf> den Halbleiter ,··■ Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geaufgebrachten metallischen'.' Zwischeriyerbindungs- .. löst,' daß dfe einen bestimmten Leitungstyp aufweisenleitungen zwischen den einzelnen Halbleiterbaueiemen- <^{u J} den Koilektorzönerr 'der' Steuertransistoren zugleich ten in mehreren Ebenen liegen j wobei keine besondere jeweils die eine Zone einer Diode bilden, deren zweite Isolation zwischen den einzelnen Halbleiterbaueiemen- 65 Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp in die jeweiten zur Vermeidung parasitärer Transistoren in einem lige Steuertransistorkollektorzone eindiffundiert und Halbleiterplättchen vorgesehen ist. jeweils an eine erste Steuersignalqüelle angeschlos-

An sich sind jedoch aus dem Artikel »Advances in sen ist.