DE1589935C3 - 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 körinen. 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 niir mit einer Toleranz von sion von Gold-Fremdatomen in den Halbleiter, so ±15°/o herstellen, wohingegen bei Dioden diese ToIe- daß die Lebensdauer der Ladungsträger ganz wesentranz ± 3 ^fl/o 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- 4° fende Transistor zumindest eine gestörte Betriebscherzellen einer größeren Speicheranordnung. Hier-"— weise zeigt. Fehler dieser Art führen ζμ einer verhältdurch verhindert jeweils die Diode fehlerhaftes Ein- nismäßig hohen Äusschußrate, so daß die Änwenschreiben in nicht ausgewählte Speicherglieder'bei dung der oben gezeigten Maßnahme zur Erhöhung niedrigen Abfühlungspegeln. ;" ■ der Schaltgeschwindigkeit bei Tränsistorspeicherzel-

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 transistorkollektoren, welche andererseits jeweils mit sich bei entsprechender Anwendung der erfindungseiner Steuertransistorbasis verbunden sind, ist gemäß gemäßen Halbleiterkippschaltung um so erheblicher einer vorteilhafteii Weiterbildung der Erfindung vor- aus, als hier höhere Packungsdichten als, bisher auf gesehen, daß die Emitter4erSteuertransistoren/zur 5<> einem Halbleiterscheibchen angestrebt werden_; und Bildung eines Strbmübernahmeschalters direkt:.mit_r diegenannten nachteiligen purchbrüche.nicht nur ■einanderverbunden' und an eine zweite Steuersignal- zwischen Emitter; und" Kollektor, der Transistoreh, quelle angeschlossen sind. Auf diese Weise ist gewähr- sondern¹ auch zwischen Emitier des Transistors und leistet, daß" zusätzlich - zur!- geringeren . Schaltzeit', Anode bzw/ Kathode ,der ;piöde| der piöden-Tranbedingt durch die Vermeidung der Streukäpazitäten, 55 sistorkombinatipnaufeet^können;'^-^^^,';.·,^'^ ·.:■? darüber hinaus npch\kleine Schaltzeiten eingehalten -■"-" ; Zur Beheburig dieses^Nachteils ist bei.Herstellung werden, die VsicH:aus,der; bekannten. Wirkung eines der. erfindüngsgemäßen^mbriöh'tnische . Stromübernähmeschalters\'.\ ergeben. Die .als; Strom- bistabilen Halbleiterkippschaitüng, insbesondere der quelle für den Stromübernahmeschalter dienende Si- hierin: enthaltenen■Dioderi-Xrarisistbrk"örnbinatipn,':irt gnalquelle kann: wie .üblich: aus einem entsprechend ⁶? vorteilhafter .Weise,^prgeseheio^'äaß^nach'.Feriigstel-"gespeisten Widerstand öder, auch in vorteilhafter len.^ der^.integrierten''JHalble^rschaitüng: der. Oxyda_r Weis^^:aus 'einem ^ Transistor^besteheni desseii Basis tionsschictitüberzüg; atf einer] geeigneten Stellb,; insber dann die Steuersignale zugeführt werden:'':': ^l '.'.'^;"" sondere an der Rückseite, des" aus einem Silizium-Eül-' . Für eine Anordnung, bei der, Zonen; geringen spezi- ,kristall bestehenden Halbleiterscneibchens weggeätzt fischen Widerstarides¹ in dem Halbleitersubstrat als ⁶5 wird und m einem anschließenden Diffusionsvorgang elektrische yerbiridürigsleitungen dienen, ist bei. der /die Gold-Fremdatome in einer ,nicht oxydierenden 'erfindungsgefriäßeri Schaltungsanordnung vorgesehen, Ätmbspnäre, wie'.'Stickstoff.oder Edelgas, eindiffun-" das unmittelbar unterhalb der die jeweilige; Diode "diert werden: Dabei kann; die Emitter diffusion 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_TTransi-

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 7* an-

Die mit Schaltungsanordnungen gemäß der Erfin- geschlossen, dessen Basis an der F-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 μΐη² herstellen. Da- monolithisch integrierte bistabile Halbleiterkippschal-

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

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

das Signal/Störverhältnis infolge der verwendeten zweidimensionalen Speichermatrixbetriebsweise kann,

Speichergliedschaltungsanordnung 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-.

F i g. 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 F i g. 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 Fig. 1 bzw. IA in einer Speicher- 30 verbundene Leitung BOS übertragen, indem das Aufmatrix, . ■-.. - 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 Fig. 1 bzw. Fig. IA 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-

F ig. 3 A einen Ausschnitt aus der Drauf sieht nach 40 treiberimpulsdauer von 8 Nanosekunden erforderlich,

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

Halbleiterkippschaltung gemäß.der Erfindung enthält, Speichermatrixanordnung zu gewährleisten.

Fig. 4 die einzelnen Verfahrensschritte zur Her- Die Scnreiboperation wird durchgeführt, indem,

stellung der Dioden-Transistor-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 Halbleiterkippschalturig gemäß einem Diodenteil, wie'oben beschrieben, verbunden,.

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

F i g: 6 eine Tabelle für den Stromverstärkungsfak- 5° andere Bit-Leitung (B 1) eine L zuführt. Unter, diesen tor und die Ladungsträgerlebensdauer bei Transisto- Bedingungen wird die entsprechende als Stromüberren in Abhängigkeit von der Dauer "der Golddiffusion nahmeschalter wirkende Dioden-Transistorkombina- und der hierfür erforderlichen Äuffieiztemperatür, ,'_■-' tion D in die Sättigung getrieben, so daß, wenn das

Fi g. 7 in tabellarischer .XJbersicht- 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 14jeweils eine Drauf sieht auf die zur tigte Basisstrom von etwa 2 Milliampere wird zu-

Herstellüng einer nipnolitWsch integrierten Speicher- nächst durch die Bäsismajqritätsträger bereitgestellt,

matrix mit bistabilen .Hdbleiterkippschaltüngen. ge- die im gesättigten Multiyibrätortransistor T gespei-

mäßi der Erfindung verwendeten Masken.^T^^:,^^" J." - . chert sind, 'und. arischließendüber den 1-Kiloohm-": Die ,Schaltungsanordnung nach; Fig.. i~: zeigt* die 60 Kollektorwiderstahd_i R^ nachgeliefert, der den Rück-

mönolithisch integrierte bistabile Halbleiterkippschal·- köpplungsyprgäng einleitet, um den Schaltzustand des

tung_rLdie^; aus zwei] Schalttransistoren; Γ^ύϊκΓ zwei Multivibrators^umzukehren. Während des^; Schreib-

NViderstähderi JR mit jeweHs: TeMem ^Weri; Γνοη zyklus wirkt'am .yerbihduhgspunkt 60 ein- negati-

1000 Ohm besteht, die als-Kollektorwiderstände der ves Potential von"-'0,2.VoIf.- Dies gestattet es, die beiden.Transistoren T dienen. Die beiden Schalttran- 65 P-Isoiations-Zöne in der entsprechenden integrierten

sistqren 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-

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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, 2 B 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 ίο matische Schaltungsanordnung eines Speicherglieds

eine Amplitude von 60 mV und eine Zeitdauer von darstellt, sind jeweils 4 X- 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 T',

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

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 Z-Signal, die wie oben gesagt, 16 Speicherglieder, wie in Fig. 1 gezeigt, angeschlos-

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

In Fig. 2B stellt die Z?OS-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-Abfühlleitung verbunden, Wie sich aus der entsprechenden Wellenform ergibt, die jeweils an die anderen Dioden-Transistorkombibeträgt die Spannungsamplitude etwa 1,3 Volt. Die nationen D der 16 Speicherglieder angeschlossen ist, B 1-Wellenform, also das Ausgangssignal auf der wie es ebenfalls aus der Schaltungsanordnung nach »L«-Bit-Leitung, das während des »O«-Schreibzyklus 30 Fig. 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 15Nanosekunden erf order- 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 F i g. 3 A sind als vergrößerter Ausschnitt aus

in die bistabile Halbleiterkippschaltung einzuschrei- F i g. 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-.M> .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 Stromüberaahmeschalter wir- Zur Herstellung der Dioden-Transistorkombinakenden Dioden-Transistorkombination D während 45 tion D dient ein Verfahren, das aus Fig. 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 während eines Schreibzyklus 5o nem Silizium. '..'Vr';'.
in die Sättigung gelangen kann. Hinzu kommt, daß ^: In einem zweiten Verfatirensschritt.wird eine Oxyddie Diode jeweils die kapazitive Last auf den gemein- schicht" 12 D, vorzugsweise aus Siliziumdioxyd, mit samen Abfühlleitungen der anderen Speicherglieder einer Dicke von ungefähr 5200 Ä entweder thermisch wesentlich herabdrückt, wenn sie in einer integrierten aufgewachsen oder pyrolytisch niedergeschlagen. Speicheranordnung miteinander verbunden sind, und 55 Hochfrequenzaufsprühverfahren: lassen sich aber zwar aufgrund ihrer geringen kapazitiven Wirkung ebensogut anwenden.. .. ;..';;. VV-VVV.
beim Abfühlen. Schließlich verhindert die Diode je- " In einem, dritten Verfahrensscrintt wird; mit Hilfe weils außerdem; fehlerhaftes,·Einschreiben in nicht eines^Jüblichen photolithograpWschen Maskenverfahausgewählte Speicherglieder -bei niedrigen. Abfüh- . rens und eines Ätzvorgangs eine nicht gezeigte Photoluhgspegein, so daß dieser bipdenteil, außerdem als ^6o lackschicnt auf .'diese Oxydschicht: 12 D aufgetragen, Gleichspannungs-Isplator für nicht ausgewählte Spei- um mit Hilfe der als Maske dienenden Photolackcherglieder wirksam ist. ., ''SVV: "schicht einen vorbestimmten Oberflächenbereich 14D

Wie bereits;erwähnt,.ist im in Fig. 1Ä gezeigten der Substratoberfläche IOD mit Hilfe eines Ätzvor-Ausführurigsbeispiel des Speichergliedes der Transi- gangs freizulegen, indem der. entsprechende Schichtstor "T- durch einen Widerstand R' ersetzt. Dieser ⁶5 teil der Siliziumdioxydschicht. 12D mit Hilfe einer geWiderstand R' dient als Stromquelle bei Erregung der pufferten Fluor-Wasserstofflösung entfernt wird. An-Wortleitung. 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 Oberflä-

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

tätsträger aufweist. Die Oxydschicht 12D 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"³ besitzen.

16D über die gesamte Halbleiteroberfläche ausbreiten Durch diesen Basisdiffusionsverfahrensschritt wird

kann. Der DifEusionsvorgang 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 18 D bildet. N⁺-Zone 16 D 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- ^:

zu lassen. dioxydschicht 36 D aufgebracht, und zwar auf den

Nach Entfernen der Oxydschicht 12 D mit Hilfe 15 Basis- und Diodenzonen, wobei deren Dicke, etwa ; der gepufferten Fluor-Wasserstofflösung 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 ²° während 25 Min. in trockener Sauerstoffatmosphäre 18D besteht aus einer mit Arsen dotierten Schicht mit und während 10 Min. in einer Dampf atmosphäre, geannähernd 5,5.bis 6,5 μηι Dicke. Bei diesem Herstel- folgt von einer 15-Minuten-Behandlung in trockener lungsverfahren diffundieren während des epitakti- Sauerstoff atmosphäre bei 1150 ⁰C. . sehen Aufwachsens Arsenfremdatome in die nun ein- Zur Bildung eines Transistors 41D wird wiederum ; geschlossene Zone 16 D bis zu einer Tiefe von etwa ²5 eine Photolackschicht auf die Oxydschicht 36 D auf-" 1 μπα 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 Oxidschicht 36 D, und zwar un-"

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

Verfahrensschritt 5 eine ringförmig zusammenhän- 3o fernt, so daß eine Emitterzone 40D eindiffundiert,

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

graphischen Maskenverfahrens und anschließendem Die als Emitter dienende N-Zone wird in der als Ätzverfahrens in diese Oxydschicht 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. fusionsverfahrensschritt 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 epitaktiseh 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 ΙΟ²⁰"³ : ""ginge-" 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 einef 55 Min. dau-

Oxydschicht 26D hat vorzugsweise eine Dicke von emden Aufheizung in einer Dainpfatmosphäre und

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

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

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

tröckener Saüerstoffatmosphäre, gefolgt von. einer lung von der zu erreichenden Tiefe der Kollektorzone

Auf heizperipde _t von 15Min. in einer Dampfatmo- abhängig ist. ΐ'-Λ.;',?][.·^; -_; - '■'. '_:- -

Sphäre und »wiederum von einer Aufheizzeit yon Q Durch; Verwendung; photölithographischer Mas-

5 Min. in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre., ",'.,,! ken- und anschließender Ätzverfahren werden öff-

Es wird dann anschließend wiederum ein' Photo- 60 nungen in die Oxydschicht 42D in vorbestimmten Be-

lacküberzüg auf die Oberfläche dieser Oxydschicht reichen- der Halbleiteroberfläche eingebracht; um die

aufgetragen. Mit Hilfe photölithographischer ■ Mas- gewünschte Schaltung herzustellen. Hierzu wird eine

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

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

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

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

, Dann wird eine Basisdiffusion durchgeführt· bei gedampfte Aluminiumschicht besitzt eine Dicke von

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

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schwindigkeit von 45 A pro Sekunde in einem integrierte Schaltung des Halbleiterplättchens in ihrer Vakuum von 5XlO-⁶ Torr niedergeschlagen wird. Wirkungsweise beeinträchtigt wird. Ohne Lösung die-Hierbei wird eine Dicke von 15₍00 A bei einer Halb- ses Durchbruchsproblems hat der Ausschuß der proleitertemperatur von 200° C und die verbleibende duzierten monolithischen integrierten Halbleiter-Dicke von 4500 A bei einer Halbleitertemperatur von 5 scheibchen etwa 90% betragen. Da dank der beim weniger als 100 ⁰C niedergeschlagen. Anschließend Anmeldungsgegenstand getroffenen Maßnahmen wird auf den Halbleiter eine Photolackschicht aufge- höhere Bauelementdichten als bisher bei integrierten tragen, getrocknet, belichtet, -entwickelt und fixiert. Matrixspeichern auf Halbleiterscheibchen zu erzielen Die Aluminiumzwischenverbindungen werden dann sind, stellt eine Behebung der bei Golddiffusion zur durch einen subtraktiven Ätzvorgang in ihrer endgül- io Ladungsträgerlebensdauerverkürzung auftretenden tigen Form gebildet, indem eine erwärmte Lösung Nachteile eine wesentliche Verbesserung dar.
von H₃PO₄ + HNO₃ + H₂O angewendet wird. Die Um dies zu erreichen, werden nachstehend zwei Photolackschicht wird schließlich entfernt und der Verfahren angegeben, die zu befriedigenden Resulta-Halbleiter gereinigt und getrocknet. ten bei Herstellung von erfindungsgemäßen monoli- '

In einer Stickstoff atmosphäre werden die Halblei- 15 thisch integrierten bistabilen Halbleiterkippschaltun-' ter bei einer Temperatur von 450 ⁰C und während gen in Speichermatrizen führen. ,
einer Dauer von 15 min. gesintert, um so zu errei- Im ersten in der tabellarischen Übersicht nach ■ chen, daß das Aluminium gute Ohmsche Kontakte zu F i g. 5 dargestellten Verfahren wird bei abschließenden entsprechenden Halbleiterzonen herstellt bzw. der Oxydierung der Halbleiteroberfläche unter gleichgewährleistet. Auf diese Weise werden die Ohmschen 20 zeitiger Umverteilung bzw. Eintreiben der Fremd-Kontakte 44 D, 46 D und 48 D zu den Halbleiter- atome in der Emitterzone eine Oxydschicht nach Forzonen 32D, 4OD und 34D gebildet, so daß als Er- mieren der aktiven und passiven Schaltungselemente gebnis eine kombinierte Dioden-Transistoranordnung im Halbleiter auf dem Halbleiterscheibchen ausgebilder monolithisch, integrierten bistabilen Halbleiter- det. Während dieses kritischen Zeitraums im Herstelkippschaltung vorliegt. 25 lungsverfahren werden die Ladungsträgerlebensdauer-

Die Herstellung von als Widerstand R dienenden verkürzer in den Halbleiter injiziert. Die Ladungs-Halbleiterbauelementen der Schalttransistoren T und . trägerlebensdauerverkürzer werden in den Halbleiter von vergrabenen Zwischenverbindungen geringen durch eine Öffnung in der Oxydschicht, die vorzugsspezifischen Widerstands im obengenannten Substrat weise auf der Rückseite des Halbleiterscheibchens anerfolgt in entsprechender Weise. 30 gebracht wird, injiziert. Hierzu wird vorzugsweise

Um größere Schallgeschwindigkeiten bei Halblei- eine Goldschicht von 200 A auf Halbleiterscheibchen terbauelementen zu erzielen, ist es-üblich, Ladungs- aufgedampft, so daß Gold in die monolithische HaIbträgerlebensdauerverkürzer in den Halbleiter einzu- leiterstruktur eindringen kann, wenn während einer diffundieren, die dort Rekombinatiqnszentren bilden. Zeitdauer von 20 min ein Aufheizen in einer nicht Es hat sich jedoch herausgestellt, daß. bei Anwendung 35 oxydierenden Atmosphäre, wie z.B. Stickstoff, bei von Ladungsträgerlebensdauerverkürzern Kanäle Temperaturen von 1000 ⁰C stattfindet. Dieser Goldoder Durchbrüche entstehen, die sich zwischen Zonen diffusion folgt dann ein Aufheizzyklus von 2 Std. bei des gleichen Leitungstyps ausbilden, wie z.B. zwi- 560 ⁰C in einer nicht oxydierenden Atmosphäre wie sehen den eindiffundierten Emitter- und Kollektor- Stickstoff, so daß hinzukommend der Transistorzönen eines Transistors, so daß diese beiden Zonen jo Stromverstärkungsfaktor β angehoben wird,
gewissermaßen kurzgeschlossen werden und damit In der Tabelle nach F i g. 6 ist in der Rubrik Zeit zur Störung der Betriebsweise des betreffenden Tran- in Minuten jeweils die Gesamtdiffusionszeit der Lasistors führen. Bei Herstellung einer größeren Anzahl dungsträgerlebensdauerverkürzer angegeben, wobei diskreter Transistoren in einer einzigen Halbleiter- aber in diesem Zeitabschnitt die Ofenaufheizzeit mit scheibe ist es nicht unbedingt erforderlich gewesen, 45 enthalten ist, die sich dadurch ergibt, daß ein gewisdiese Durchbruchsbildungs-Erscheinung zu verhin- ser Zeitraum erforderlich ist, um den Ofen nach Eindern, und zwar aufgrund der Tatsache, daß immer legen der Halbleiterscheibchen auf die vorgeschrienoch eine genügende Anzahl diskreter Transistoren bene Temperatur zu bringen. Unter der Rubrik Temzur Verfügung gestanden hat, wenn auch einige da- peratur sind jeweils die Ofentemperaturen angegevon aufgrund der Durchbruchsbildung unbrauchbar 5° ben. Diese Tabelle gibt die erzielten Stromverstärgeworden sind. Der hierdurch bedingte Ausschuß ist kungsf aktoren β und Ladungsträgerlebensdauern τ in zwar bedeutsam^ aber nicht kritisch gewesen. Nanosekunden für die jeweiligen .Temperatur- und

Wenn aber eine. Matrixspeicheranordnung, beste- Heizzeitwerte an. Die ß- und τ-Werte sind gemessene hend aus monolithisch integrierten bistabilen Halb- Werte, die sich als Resultat bei der oben beschriebeleiterkippschaltungen gemäß der Erfindung, geschaf- 55 nen Aufheizung ergeben. .Transistoren für: die monofen werden soll, bei der also eine.Vielzahl aktiver und lithische Halbleiterkippschaltung gemäß der Erfinpassiver Schaltungselemente auf einer einzigen mono- dung erfordern ein ß, dessen Wert, größer, als 20 ist, kristallinen Halbleiterscheibe eingebracht werden soll und eine Ladungsträgerlebensdauer τ γοη.weniger als und so miteinander verbunden wird, daß sich einzelne 10 Nanosekunden. Damit ergibt sich als. günstigste HalbleiterscheibchenVmit bis zu. 144Kippschaltungen 60 Betriebsparameter bei Herstellung.;eine Diffusionsauf kleiner Fläche ergeben," dann ist es äußerst kri- Zeitdauer der Ladungsträgerlebensdaueryerkürzer. von tisch, wenn solche Durchbrüchserscheinüngenauftre- 20 min bei Aufheiztemperaturen von; lÖOÖ ⁰C, um ten, da nämlich ein einziger kurzschließender Durch- einen Wert von β von 30 bis 40 und einen für r zwibruch in einem mit Schaltungen der genannten Art so sehen-7,5 bis 8 Nanosekunden zu erhalten. Grenzdicht besetzten Halbleiterscheibchen nicht nur die 65 werte für den Wert/? und den Wert τ[ergeben sich bei Betriebsweise eines Halbleiterbauelementes allem in einer 20 min währenden Aufheizung auf 1025,⁰C. Frage stellt, bei dem sich ein solcher Durchbruch Obgleich die 5 min Aufheizdauer bei 1025 ⁰C zufriegebildet hat, sondern auch die gesamte monolithisch denstellende.Werte für β und τ zu ergeben scheint, ist

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eine solche Zeitdauer doch weniger empfehlenswert vergrabenen Zwischenverbindungen dient. Ganz allaufgrund der Tatsache, daß die Ofenanlaufzeit 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 Halbleiteroberflächenhandlurtg 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 langer, 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 obe~h 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 80 C definiert ist, jeweils eine Sperrschicht- | 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- 3° 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 T 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 Regen, entspre-Alternativmöglichkeit erfordert kernen 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 50 Zwischenverbindungsanschlüsse 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 100 B beohmsche Kontakte zu den entsprechenden Halblei- 55 zeichneten Flächen entsprechen . eindiffundierten terzonenherstellen/.;: ;" · . "■ . Basiszonen der Schaltttansistorelemente. Die. mit Die Isolation zwischen den aktiven Bauelementen lOOBT bezeichneten Flächen entsprechen jeweils im Halbleiterscheibchen ergibt sich bei Betrieb durch Basiszonen des Transistort'eils der Dioden-Transi-Anlegeneines Erdpotentials an die P-Isolationszpnen, storelemente/ Die.rnit 100 .R bezeichneten Flächen welches je das größte zur Verfügung stehende negative 60 definieren:. eindiffundierte , Widerstandszonen ; der Gleichspannurigspotential darstellt. ' · '; II monolithischen integrierten; Halbleiterstruktur. Die ■ In den Darstellungen nach den Fig. 8, 9, 10, 11, mit100C 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 Unterführungszwischenverbindungen verwendeten Metall-und Glasmasken dargestellt. 65 gen dienen. Die mit 100/ bezeichneten Flächen entin Fi g. 8; ist ein vergrößerter Ausschnitt einer sprechen Isolationsanschlußgebieten, um ein gleich-Maske./l gezeigt, die zur Diffusion der Subkollekto- mäßiges Ätzen der für Anschlußkontakte vorgeseheren, der aktiven und passiven Bauelemente sowie der nen Löcher zu erleichtern. ■

Im Maskenausschnitt nach ,Fig. 11 entsprechen mit 111 DE bezeichnete Flächen den Emitterzonen der Dioden-Transistorelemente. Die mit 111 TC bezeichneten Flächen entsprechen Kollektoranschlußzonen der Dioden-Transistorelemente. Die mit 111 RB bezeichneten Flächen entsprechen Diffusionsgebieten zur Bereitstellung bevorzugter elektrischer Kontaktanschlüsse zu den epitaktischen N-Zonen, die jede Zwischenverbindungszone umgeben.

Die im Ausschnitt in Fig. 12 gezeigte Maske E dient zur Bildung der Kontaktlöcher. Hierin entsprechen die mit 120 DB bezeichneten Flächen Kontaktlöchern für Basiszonen der Transistorteile der Dioden-Transistorelemente. Die mit 120DE bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern der Emitterzonen der Transistoren der Dioden-Transistorelemente. Die mit 120 A bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die P-Zonen der Diodenteile der Dioden-Transistorelemente. Die mit 120 TE bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die Emitterzonen für Schalttransistorelemente. Die mit 120 TC bezeichneten Flächen entsprechen Kon-) taktlöchern für die Kollektorzonen der Transistorelemente. Die mit 120 TB bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die Basiszonen der Transistorelemente. Die mit 120 RH bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die Widerstandszonen. Die mit 120 RB bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für die epitaktischen N-Zonen, die die Zwischenverbindungszonen umgeben, in die dann anschließend Ohmsche Kontakte eingebracht werden, um diese Zonen in Sperrichtung vorspannen zu können. Die mit 120 CH bezeichneten Flächen entsprechen Kontaktlöchern für Zwischenverbindungen.

Die im Ausschnitt in Fig. 13 gezeigte Maske dient zum Aufbringen der Aluminium-Leitungszüge. Hierbei entsprechen den schwarzen Flächen der Maske· die aufzubringenden Leitungszüge.

Die in Fig. 14 gezeigte Maske G dient zum Anbringen der Anschlußlöcher in die auf die Alumi-, niumleitungszüge aufgebrachte Siliziumdioxydschicht. Hierbei entspricht die Lage der schwarzen Flächen 140 der Lage der vorgesehenen Anschlüsse auf der integrierten Halbleiterstruktur. An dieser Stelle sei vermerkt, daß alle bisher gezeigten Masken aus Glas bestehen, auf das entsprechend den vorgesehenen schwarzen Flächen entsprechend undurchsichtige Bereiche gemäß den mehrfach beschriebenen Verfahren aufgebracht sind.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

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 Halbleikippschaltüng 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 Subkollektören 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 d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die aus der letztgenannten Veröffentlichung ebenfalls beeinen bestimmten Leitungstyp aufweisenden KoI- kannt, Halbleiterbauelemente in einem Chip durchl.ektorzonen(18D) der Steuertransistoren (41 D) besondere Isolationszonen voneinander zu isolieren, zugleich jeweils die eine Zone einer Diode (31D; 15 indem zusätzlich zwischen den Halbleiterbauelemen-F i g. 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 (4OD; Fig. 4) zellen über jeweilige Widerstände in den Kollektor--· der Steuertransistoren (41 D) 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 30 bei Anwendung einer derartigen Speicherzelle in unterhalb der. die jeweilige Diode (31D; Fig. 4) einem Großkapazitätsspeicher erhöhten Aufwand und den Steuer transistor (41 D) verbindenden ge- durch zusätzliche Maßnahmen bedingt, meinsamen Kollektorzone (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 (31 D) über Bitleitungen Flipflops als Weiche für die Eingangssignale jeweils mit der ersten Steuersignalquelle (B I_x-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 über-■ der zweiten; Steuersignalquelle (T", R'; Fig. 1 haupt möglich, nur mit relativ großem Aufwand in

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

\ 45 rensschritte gegenüber gebräuchlichen Herstellungs-

^ ^ ^;-^: - ϊ,;. ^^;- - - verfahren zu realisieren? sind, bringt die Anwendung

von Zeitgliedern neben erhöhtem Herstellungsauf-

wand beim Betrieb zudem noch den Nachteil größeren

: , ;^J f ί ; 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:, Außerdem lassen sich hierbei nicht Basis und Kollektor über Kreuz direkt gekoppelten ;»·' . Zonen beider Bauelemente miteinander verschmelzen. Schalttrakisistören,' 'deren beide Emitter"miteinander"' Zur Behebung der oben aufgezeigten Nachteile beverbunden-sind und an einem festen Potential liegen steht die Aufgäbe der Erfindung darin, eine moriolithi- und deren Kollektoren jeweils mit den Basen von 55 sehe integrierte bistabile: Halbleiterkippschaltung beden Schalttransistoren zugeordneten und ihrer An- reitzustellen, die beiyerwendung als Speicherzelle in steuerung dienenden Steuertransistoren verbunden Großkapazitätssp'eioheffr; eine hohe Packungsdichte sind. - - \ gestattet; wobei die yerlüstwärme möglichst herabge-

Eine solche Schaltungsanordnung ist grundsätzlich setzt ist und der Herstellurigsäufwand gegenüber dem bereits in der USA.-Patentschrift 3 218 613 beschrie- 60 bei bisherigen Speieherzellen außerdem verringert ist. ben. Nachteilig ist hierbei, 'daß die auf den Halbleiter , Erfindungsgemäß wir^ diese. Aufgabe dadurch geaufgebrachten metallischen' Zwischenverbindungs- löst, daßdie einen bestimmienLeitungstyp aufweisenleitungen zwischen den einzelnen Halbleiterbauelemen- ^l den Kollektorzöne^!n"'dbr Steuertransistoren zugleich ten in mehreren Ebenen liegen; wobei,keine besondere jeweils die eine Zone einer Diode bilden, deren zweite Isolation zwischen den einzelnen Halbleiterbauelemen- 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 Steuersignalquelle angeschlos-

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