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Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung, umfassend ein monokristallines Halbleitersubstrat eines bestimmten Leitfähigkeitstyps, zumindest eine in diesem Substrat gebildete Diffusionsregion, welche einen zum Leitfähigkeitstyp des Substrates entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, wodurch ein pn-übergang zwischen dieser Diffusionsregion und dem Substrat gebildet wird, weiters eine Keimstellenschicht für polykristallines Wachstum, die auf verschiedenen Stellen des Substrates ausserhalb der Diffusionsregion (en) gebildet ist sowie eine darüber aufgedampfte Halbleiterschicht, bestehend aus an die Keimstellenschicht angrenzende polykristallinen Regionen von hohem Widerstand und an diese unmittelbar anschliessende monokristalline, auf dem Substrat gebildeten Regionen,
wobei mindestens eine der monokristallinen Regionen an die Diffusionsregion (en) angrenzt und vom Substrat durch den genannten pn-Übergang isoliert ist.
In integrierten Halbleiterschaltungen müssen die einzelnen Schaltelemente voneinander isoliert werden, wie dies allgemein bekannt ist. Diese Isolierung wurde mit Hilfe von pn-übergängen, durch dielektrische Isolierung, durch Luftisolierung und andere Massnahmen zu erreichen versucht. Bei der Isolierung mittels pn-Übergängen wurden die isolierenden Bereiche mit Hilfe der Diffusionstechnik gebildet, welche jedoch einen ziemlich grossen Zeitaufwand für die Diffusion selbst erfordert. Weiters bewirken die diffundierten Isolierregionen zwischen einander benachbarten Schaltelementen eine Begrenzung der Anordnungsdichte der Bauelemente.
Durch diese diffundierten Isolierregionen ergeben sich parasitäre Kapazitäten, die auch durch Querverbindungen, Elektroden und Isolierübergänge verursacht werden und damit können sich Schwierigkeiten insbesondere bezüglich des Hochfrequenzverhaltens der integrierten Schaltung ergeben.
Die Erfindung hat nun zum Ziel, eine integrierte Halbleiterschaltung vorzusehen, welche polykristalline Regionen zur Isolierung von Schaltelementen verwendet. Mit Hilfe der Aufdampftechnik werden auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat monokristalline und polykristalline Regionen gebildet, wobei die Verunreinigungskonzentration der polykristallinen Regionen derart gewählt wird, dass sie unterhalb eines bestimmten kritischen Wertes bleibt, so dass der Widerstand der polykristallinen Regionen merkbar grösser wird als jener der monokristallinen Regionen. Die einzelnen Schaltelemente werden von den jeweils benachbarten durch polykristalline Regionen von hohem Widerstand hinreichend isoliert.
Es ist hiebei aus der DDR-Patentschrift Nr. 53240 bekanntgeworden, auf einem Halbleitergrundplättchen eine Schicht aufwachsen zu lassen, die Bereiche von monokristallinem und von polykristallinem Kristallaufbau aufweist ; diese durch Aufdampfen entstandene polykristalline Schicht wies darüber hinaus noch das Merkmal auf, dass sie eine Verunreinigung enthielt.
Weiters ist es auch schon bekannt, auf dem Halbleitergrundplättchen Keimschichten für das Aufwachsen von polykristallinem Silizium vorzusehen, wie dies aus der Schweizer Patentschrift Nr. 442535 und aus der USA-Patentschrift Nr. 3, 189, 973 hervorgeht.
Zur Erreichung des gesteckten Zieles und zur Vermeidung der zuvor angeführten Nachteile sieht die Erfindung, basierend auf dem geschilderten Stand der Technik vor, dass bei einer integrierten Schaltung der
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monokristallinen Regionen durch die angrenzende (n) zusammenhängende (n) und entsprechend breite (n) polykristalline (n) Region (en) und durch den genannten pn-übergang zwischen Diffusionsregion (en) und Substrat isoliert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei Fig. l eine graphische Darstellung der Grösse des Widerstandes von polykristallinen und monokristallinen Regionen in Abhängigkeit von der Verunreinigungskonzentration zeigt, um die Erfindung besser zu erklären ; Fig. 2A bis 2E zeigen die einzelnen Schritte der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung gemäss der Erfindung in stark vergrösserten Schnitten ;
Fig. 2F zeigt das Schaltbild der nach Fig. 2A bis 2E entstandenen integrierten Schaltung ; die Fig. 3A bis 3F zeigen Erzeugungsphasen der erfindungsgemässen Halbleiterschaltung in abgeänderter Form, Fig. 4 zeigt das Prinzipschaltbild der integrierten Halbleiterschaltung nach Fig. 3, Fig. 5 ist eine gleichwertige Darstellung, jedoch auf die Isolierung bezogen, Fig. 6A bis 6F und Fig. 7A bis 71 zeigen Erzeugungsschritte von integrierten Halbleiterschaltungen in weiterer Abänderung der Erfindung, Fig. 8 ist das Schaltbild der integrierten Halbleiterschaltung nach Fig. 7, und Fig. 9A bis 9F zeigen Herstellungsschritte einer weiteren abgeänderten Form der Erfindung.
Die Erfindung gründet sich auf eine besondere Eigenschaft von monokristallinen und polykristallinen Halbleitern, wie im folgenden genauer erklärt werden wird.
Bisher konnten verschiedene Merkmale von monokristallinen und polykristallinen Halbleitern geklärt werden, jedoch konnte festgestellt werden, dass, wenn monokristalline und polykristalline Halbleiter mit Verunreinigungen versehen wurden, sich deren Verhältnisse zwischen Verunreinigungskonzentration und Widerstandseigenschaften stark unterscheiden, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist.
In dieser Zeichnung ist auf der Abszisse die Verunreinigungskonzentration in Atomen pro Kubikzentimeter aufgetragen und die Ordinate zeigt den Widerstandswert in Ohm. cm an. Die Kurven--A bzw. B--zeigen den
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Zusammenhang zwischen Verunreinigungskonzentration und Widerstandswert von polykristallinen bzw. von monokristallinen Halbleitern, die mit Arsen verunreinigt wurden. Vertikale Linien, welche die Kurve--A-- schneiden, zeigen einen Streubereich der experimentell gewonnenen Werte und die Kurve--A'--zeigt den unteren Grenzwert dieser Streuung. Jene Verunreinigungskonzentration, bei welcher die Widerstandswerte von
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bezeichnet.
Im Hinblick auf die Streuung der Widerstandswerte des polykristallinen Halbleiters ist im vorliegenden Falle der Schnittpunkt der Kurven--A'und B--als kritische Konzentration bezeichnet. Diese liegt somit im vorliegenden Fall bei 0, 8. 1018 Atomen/cm3. Die in dieser Zeichnung gezeigten charakteristischen Kurven wurden nach dem folgenden Verfahren erhalten : Monokristalline Silizium-Halbleiter-Grundplättchen (Substrate), welche Arsen in verschiedenen Konzentrationen als Verunreinigung enthielten, wurden vorbereitet und nach üblichen Verfahren mit einer spiegelnd glatten Oberfläche versehen. Danach wurden sie gereinigt.
Sodann wurde auf einer Seite der Grundplättchen durch Wachstum aus der Dampfphase bei Temperaturen von 550 C eine Siliziumschicht von etwa l jum Dicke gebildet, welche einen polykristallinen Bereich enthielt. Der polykristalline Bereich diente als Keimstelle für polykristallines Wachstum bei der folgenden Bildung von monokristallinen und polykristallinen Regionen mit Hilfe des Wachstums aus der Dampfphase. Für diese Bildung der Siliziumschicht wurde Siliziumtetrachlorid (SiC14) in den Verdampfer einer üblichen Aufdampf-Vorrichtung gegeben zusammen mit Arsen-Trichlorid (AsCig) in einer Menge, welche erforderlich ist, um zu erreichen, dass die Verunreinigungs-Konzentration der polykristallinen Region gleich ist jener des monokristallinen Grundplättchens.
Als nächster Schritt wurde die polykristalline Region, welche an der einen Seite des Grundplättchens gebildet worden war, an einer bestimmten Stelle entfernt, um einen bestimmten Flächenteil dieses Grundplättchens freizulegen. Danach wurde Siliziumtetrachlorid, welches den zuvor erwähnten notwendigen Anteil von Arsentrichlorid enthielt, mit Hilfe eines Trägergases, z. B. Wasserstoff, über das Halbleiter-Grundplättchen geleitet, um hiedurch bei einer Temperatur von 11500C eine etwa 20bim starke Siliziumschicht aus der Dampfphase auf dem Grundplättchen zu bilden, wobei die zuvor erwähnte polykristalline Region als Keimstelle diente.
In diesem Falle bestand die aufgedampfte Siliziumschicht aus einer Silizium-Einkristall-Halbleiterregion, d. h. einer monokristallinen Region, gebildet auf der unbedeckt gewesenen Seite des Halbleiter-Einkristall-Grundplättchens, und aus einer polykristallinen Region, gebildet auf der polykristallinen Keimstelle. Die Verunreinigungskonzentration-Widerstandskennlinien der aufgedampften monokristallinen und der polykristallinen Region sind in Fig. 1 gezeigt. Hiebei gehört die Kurve--A--zur polykristallinen, die Kurve--B--zur monokristallinen Region. Die Keimschicht für das polykristalline Wachstum ist nicht besonders auf die zuvor genannte Art beschränkt, sondern sie kann auch durch Aufdampfen einer Siliziumoxydschicht einer Stärke von etwa 500 A gebildet werden.
Dieser Oxydfilm hat Fehlstellen wie etwa Nadelstiche, so dass das Silizium auf dem Oxydfilm beim Aufdampfen als polykristalline Schicht auftritt.
In jenem Falle, wo die Verunreinigungskonzentration der polykristallinen Halbleiterregion gleich ist jener der monokristallinen Halbleiterregion und wenn die Verunreinigungskonzentration der polykristallinen Region geringer ist als die kritische Konzentration-Cc-entsprechend der Fig. l, wurde der Widerstandswert der polykristallinen Region als grösser festgestellt als jener der monokristallinen Region, u. zw. auf Grund der folgenden Überlegungen, die allerdings noch nicht bestätigt werden konnten :
1. Die Verunreinigung ist an den Oberflächen von feinen Einkristallen (an den Korngrenzen) angelagert, welche die Polykristalle bilden ;
2. Träger werden an den Korngrenzen gefangen, so dass die Trägerkonzentration, die der Leitung dient, geringer wird.
3. In den Polykristallen ist der freie Weg der Ladungsträger klein und deren Beweglichkeit ist gering.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen genauer beschrieben.
Die Fig. 2A bis 2E zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2F zeigt das Prinzipschaltbild einer Halbleiterschaltung, die nach dem Verfahren hergestellt ist, wie es in den Fig. 2A bis 2E gezeigt ist, wobei die Bezugszeichen --D1 und Dz -- Dioden bezeichnen.
Die Herstellung dieser Halbleiterschaltung beginnt mit der Vorbereitung eines Silizium-Einkristall-Halbleiter-
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diese zeigen eine maskierende Wirkung gegen eine eventuell folgende Diffusion von Verunreinigungen. Im vorliegenden Falle wurde es vorgezogen, eine Siliziumschicht auf der Silizium oxyd- oder Siliziumnitridschicht durch Aufdampfen od. dgl. zu bilden. Die Keimstellen--52--wurden in der Form eines Gitters angeordnet, um auf diese Weise monokristalline Halbleiterregionen zu umgeben, welche im folgenden gebildet werden sollen, wie in Fig. 2B gezeigt ist.
Darauffolgend wurde eine Schicht von Silizium, das mit einer Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp von einer Konzentration versehen ist, die geringer ist als die kritische Konzentration --Cc--, in einer Stärke von etwa 8 Mm auf dem monokristallinen Halbleiter-Substrat--5 1--einschliesslich der Keimstellen --52-- durch Aufdampfen, aufgebracht. Dies führt zur Bildung von polykristallinen
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Halbleiterregionen --53-- auf den Keimstellen --52-- und von n-leitenden monokristallinen Halbleiterregionen --54' und 54''-- auf dem monokristallinen Halbleiter-Substrat wie in Fig. 2C gezeigt ist.
Dabei entstehende Übergangsbereiche zwischen den Regionen --54'bzw. 54"-- einerseits und den polykristallinen Regionen--53--anderseits sind durch unterbrochene Linien angedeutet. Sodann wird ein Siliziumoxyd- oder Siliziumdioxydfilm --55-- durch thermische Oxydation auf der aufgedampften Schicht gebildet, und der Oxydfilm-55--wird an bestimmten Stellen entfernt, um darin Fenster zu bilden, durch welche Bor, eine Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp in die aufgedampfte Schicht bis zu einer Tiefe von 3 bis 5 jum eindiffundiert wird.
Dadurch werden Anodenregionen--56', 56"--gebildet, welche dioden-Übergänge --JD1 und JD2-- der Dioden --D1 und Dz-- aufweisen, wie in Fig. 2D erkennbar ist.
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Goldschicht an der Unterseite des monokristallinen Halbleitersubstrats --51-- angebracht, um eine Kathoden-Elektrode--58-zu bilden, womit die fertige Halbleiterschaltung, wie in Fig. 2E gezeigt ist, entsteht.
Bei den beschriebenen Bauelementen ist der Widerstand der polykristallinen Regionen-53-grösser als
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vorhanden ist, die von den monokristallinen Regionen --54'und 54"-- gebildet sind.
Beim beschriebenen Beispiel war die Verunreinigungskonzentration der polykristallinen Region--53- und der monokristallinen Region --54-- so ausgewählt, dass sie mehr als 1012 Atome/cm3 betrug und kleiner als die kritische Verunreinigungskonzentration-Cc-war. Im Falle einer aufgedampften Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als 1012 Atomen/cm3 ist der Widerstandswert der aufgedampften Schicht, u. zw. insbesondere der monokristallinen Region--54--, nicht konstant zu halten, auch wenn Siliziumtetrachlorid,"Monosilan"oder andere"Silane"verwendet werden, wenn eine Verunreinigung wie Phosphoroxychlorid zum Einbringen von Phosphor Verwendung findet, Arsentrichlorid zum Einführen von Arsen angewendet wird oder wenn Antimon als Verunreinigung vorgesehen wird.
Die Ursachen für die Instabilität des Widerstandswertes konnten noch nicht restlos geklärt werden, wurden jedoch in der folgenden Weise angenommen :
1. Geringfügige Veränderung der Temperatur des Ofens während des Aufdampfvorganges ;
2. Ausdiffundieren der Verunreinigung aus dem monokristallinen Halbleitergrundplättchen ;
3. Selbsteindringen der Verunreinigung aus dem monokristallinen Halbleitergrundplättchen in die aufgedampfte Schicht ;
4. Veränderungen in den Eigenschaften der Kristalle infolge eines geringfügigen Sauerstoffgehaltes im
Trägergas (obwohl theoretisch gleich Null).
Es konnte ermittelt werden, dass mit einer Verunreinigungskonzentration von weniger als 1012 Atome/cm3 die Ungleichmässigkeit des Widerstandswertes rasch zunimmt.
Die Verwendung einer monokristallinen Schicht von hoher Instabilität ihres Widerstandswertes verursacht Änderungen in den Übergängen, Änderungen der Durchbruchspannungen und der Tiefe der Übergänge der Anodenregionen-56-der Dioden, die durch Diffusion einer Verunreinigung entsprechend Fig. 2D gebildet worden sind, womit eine Ungleichmässigkeit der Eigenschaften der fertigen Halbleiterschaltung entsteht.
Ist die Verunreinigungskonzentration der monokristallinen Region --54-- geringer als 1012 Atome/cm3, so ändert sich die Tiefe der Übergänge auf Grund der Tatsache, dass beim Aufdampfprozess die im monokristallinen Halbleiterplättchen--51--vorhandene Verunreinigung nach oben hin zur Oberseite der monokristallinen Region hindiffundiert (wo die übergänge-dz und JD2" gebildet sind) und dort die Verunreinigungskonzentration in diesen Abschnitten verändert.
Wird die Dicke der aufgedampften Schicht - 54-- grösser gewählt, so nimmt die Zeit für das Aufdampfen zu und die Verunreinigung des monokristallinen Halbleitergrundplättchens --51-- wird weiter (über eine grössere Strecke) eindiffundiert ; die zuvor geschilderten Mängel können erst recht nicht vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird im folgenden eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert.
Die Erzeugung beginnt wieder mit der Vorbereitung eines beispielsweise p-leitenden monokristallinen Halbleitersubstrats --11-- entsprechend Fig.3A. Ein Oxydfilm --12--, beispielsweise Siliziumdioxyd, welcher als Diffusionsmaske und als Keimschicht für polykristallines Wachstum dienen soll, wird auf der gesamten Flächenausdehnung der Oberseite des monokristallinen Halbleitersubstrats --11-- gebildet und wird sodann an bestimmten Stellen wieder entfernt, beispielsweise durch Photoätzen od. dgl., u. zw. beispielsweise derart, dass ein gitterförmiges Netzwerk entsteht. Sodann wird eine Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp in das monokristalline Halbleiterstubstrat eindiffundiert, wobei der Oxydfilm --12-- als Maske verwendet wird.
Hiedurch wird eine Vielzahl von eingebetteten n+-leitenden Diffusionsregionen --13 und 13'--von starker Verunreinigung gebildet, wie es in Fig. 3B gezeigt ist. Als nächstes wird ein Oxydfilm, welcher auf den n-leitenden Regionen-13 und 13'-bei der Diffusion der n-leitenden Verunreinigung entstanden ist, an
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dafür vorgesehenen Stellen entfernt, wonach durch Aufdampfen einer Halbleiterschicht auf das Substrat --11-- Halbleiterregionen--14, 15 und 15'--gebildet werden, die eine Verunreinigungskonzentration vom n-Typ aufweisen,
welche beispielsweise geringer ist als 1017 Atome/cm3 und höher ist als 1012 Atome/cm3 und welche Regionen von der entgegengesetzten Leitfähigkeit sind wie das Substrat also hier von n-Leitfähigkeit (vgl. hiezu Fig. 3C und auch Fig. 1).
Die entstandene aufgedampfte Schicht besteht aus polykristallinen Regionen-14--, welche auf den Keimstellen dem Oxydfilm--12--gewachsen sind, und aus den monokristallinen Regionen--15 und 15'--, die auf den n+-leitenden Halbleiterregionen--13 und 13'--entstanden sind.
Wie aus der folgenden Beschreibung noch hervorgeht, werden die monokristallinen Regionen--15 und 15'--isolierte Inselregionen und dienen als Kollektorregionen von Transistoren, welche beispielsweise in diesen Inselregionen gebildet werden. In diesem Falle wird es vorgezogen, dass die Dicke des Oxydfilnes-12-angenähert 0,2 m beträgt, dass die Temperatur für das Aufdampfen zwischen 1050 und 12500C liegt und dass die Dicke der monokristallinen Schicht etwa 5 jum beträgt.
Obwohl die n-Leitfähigkeit verursachende Verunreinigung aus den n+-leitenden Regionen-13 und 13'-in die polykristalline Region-14diffundiert und damit deren Widerstand erniedrigt, wie dies in der Fig. 3C durch die Pfeile angedeutet ist, kann der Widerstand der polykristallinen Region--14--stark erhöht werden durch weitestmögliches Vergrössern der Breite der polykristallinen Region-14- (d. h. des Abstandes zwischen den beiden monokristallinen Halbleiterregionen-15 und 15'--).
Auf diese Vorgänge folgt die Bildung von Halbleiterbauelementen in den n-leitenden monokristallinen Halbleiterregionen--15 und 15'--. Wie in Fig. 3D gezeigt ist, wird eine p-Leitfähigkeit verursachende Verunreinigung, wie etwa Bor, in die monokristallinen Regionen-15 und 15'--durch eine Diffusionsmaske hindurch eindiffundiert, die von einem Siliziumoxydfilm--16--gebildet ist, um hiedurch p-leitende Halbleiterregionen--17 und 17'--zu bilden, welche später als Basisregionen der Transistoren dienen sollen.
Weiters wird eine Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp in die p-leitenden Halbleiterregionen--17 und 17'-eindiffundiert, u. zw. durch Fenster im Oxydfilm--16--, welcher an sich als Maske dient, um n-leitende Halbleiterregionen-18 und 18'-von hoher Verunreinigungskonzentration zu bilden, welche später als Emitterregionen der Transistoren wirken sollen, wie in Fig. 3E gezeigt ist. Auf diese Weise werden die
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Schliesslich wird beispielsweise Aluminium aus der Dampfphase niedergeschlagen, u. zw. durch Fenster des Oxydfilms--16--, um Elektroden --20-- für die Halbleiterelemente zu bilden, die in den monokristallinen Regionen--15 und 15'--entstanden sind sowie um Leitungen--21--zu bilden, welche verschiedene Elektroden untereinander verbinden und eine bestimmte Elektrode mit dem Dünnfilmwiderstand-19-in Verbindung bringen. In Fig. 4 sind auf diese Weise gebildeten elektrischen Verbindungen der integrierten Halbleiterschaltung in einem Schaltbild dargestellt.
Bei der soeben beschriebenen Schaltung ist für besonders gute Isolierung zwischen den in den monokristallinen Regionen-15 und 15'--gebildeten Halbleiterelementen und zwischen diesen Halbleiterelementen und dem Dünnfilinelement (Widerstand)-19-vorgesorgt, so dass sich eine vollkommene gegenseitige Isolierung der Schaltelemente ergibt, die auf der gleichen Grundplatte gebildet sind. Hiedurch wird eine gegenseitige Beeinflussung dieser Elemente sicher verhindert, so dass diese als auf verschiedenen Grundplatten gebildet betrachtet werden können und sich verbesserte Eigenschaften der integrierten Schaltung ergeben.
In Fig. 5 ist das Ersatzschaltbild dieser integrierten Halbleiterschaltung unter Berücksichtigung der Isolierung gezeigt. In dieser Zeichnung entsprechen die Bezugszeichen-15 und 15'--den n-leitenden monokristallinen Regionen-15 und 15'--; --11 und 19--entsprechen dem p-leitenden monokristallinen Substrat bzw. dem Dünnfilmelement gemäss Fig. 3F.
Das Bezugszeichen --D1-- bezeichnet eine Diode, welche einen pn-übergang aufweist, der zwischen dem p-leitenden Halbleitersubstrat --11-- und der n-leitenden Halbleiterregion --13-- besteht, die unterhalb der n-leitenden monokristallinen Region--15--liegt, und das Bezugszeichen --D2-- bezieht sich auf eine Diode, welche einen pn-übergang hat., der zwischen dem p-leitenden Halbleitersubstrat --11-- und der n-leitenden Halbleiterregionen--13'--gebildet ist, welche letztere unterhalb der n-leitenden monokristallinen Region --15'-- liegt.
Mit --R1-- ist der parallel zur Erstreckung des Substrates --11-- gelegene Widerstand der polykristallinen Region --14-- bezeichnet, welche zwischen den beiden monokristallinen Regionen-15 und 15'-- liegen, und --R2-- bezeichnet den seitlichen Widerstand der polykristallinen
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--14-- undFig. 6B gezeigt ist. Daraufhin wird der Oxydfilm, welcher über der n-leitenden Halbleiterregion--33--und auf dem Substrat--31--liegt, stellenweise weggeätzt, um so Keimstellen --32-- für monokristallines bzw. polykristallines Wachstum zu bilden, wie in Fig. 6C erkennbar ist.
Hiebei ist es vorteilhaft, die Keimstellen für polykristallines Wachstum durch Niederschlagen von Silizium aus der Dampfphase auf den verbliebenen Teilen des Oxydfilms--32--bei einer Temperatur von angenähert 5500C zu bilden, um hiedurch die Entstehung von polykristallinen Schichten zu erleichtern. (Dasselbe gilt für das Beispiel gemäss Fig. 3). Der nächste Schritt besteht im Aufdampfen eines Halbleitermaterials mit einer Verunreinigungskonzentration, welche höher ist als der früher erwähnte untere Grenzwert von 1012 Atomen/cm3, jedoch unterhalb der kritischen Konzentration--Cc--, d. i.
1017 Atome/cm3 liegt. Die entstandene aufgedampfte Schicht besteht aus polykristallinen Regionen--34--,
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diffundiert auch in seitlicher Richtung in die polykristallinen Regionen--34--ein, u. zw. bis zu einem Ausmass, welches durch die strichlierten Linien in den Fig. 6D, E und F angedeutet ist. Es wurde festgestellt, dass sich die Verunreinigungskonzentration des Oberflächenteiles nur wenig ändert, wenn darauffolgend beispielsweise eine Basisregion vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, indem die Verunreinigungskonzentration des Halbleitermaterials so ausgewählt wird, dass sie den zuvor erwähnten unteren Grenzwert von 1012 Atomen/cm3 überschreitet.
Des weiteren diffundiert während des Aufdampfprozesses die Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp des p+-leitenden Substrats--31--in die darüberliegende monokristalline Region - -36--, um diese p-leitend zu machen und dringt auch seitlich in die Region --34-- ein, wie es durch die strichlierten Linien angedeutet ist. Die Verunreinigungskonzentration im Substrat--31--kann hiebei mit hinreichender Genauigkeit gesteuert werden. Die Bildung der aus der Dampfphase gewachsenen Schicht ist gefolgt von der Bildung eines Halbleiterbauelementes in der n-leitenden monokristallinen Region-35--.
Das heisst, dass eine Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp wird durch ein Fenster, das in einem zuvor gebildeten Oxydfilm--37--vorgesehen ist, in die monokristalline Region--35--eindiffundiert, um eine p-leitende Halbleiterregion --38-- in der Region--35--entstehen zu lassen, wie dies in Fig. 6E gezeigt ist. Als nächstes wird eine Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp in die p-leitende Halbleiterregion --38-- durch Fenster im Oxydfilm--37--, der als Diffusionsmaske dient, eindiffundiert, um eine n-leitende Halbleiterregion --39-- in der Region --38-- zu bilden, wie dies in der Fig. 6F gezeigt ist.
In diesem Falle wird die Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp gleichzeitig in die p-leitende monokristalline Region--36-- eindiffundiert, um darin eine n-leitende Halbleiterregion --40-- zu bilden, wodurch ein diffundierter Widerstand in der monokristallinen p-leitenden Region --36-- entsteht. Hiedurch werden ein Transistor und ein diffundierter Widerstand in den monokristallinen Regionen-35 bzw. 36-gebildet. Sodann werden ein Dünnfilmelement, Verbindungsleitungen, Elektroden, usw. hergestellt, wie dies schon bei der Schaltung nach Fig. 3 gezeigt worden ist.
Bei einer integrierten Halbleiterschaltung eines solchen Aufbaues sind die Halbleiterbauelemente, die in den monokristallinen Regionen-35 und 36-entstanden sind, voneinander sehr gut isoliert.
Die Fig. 7 zeigt die Schritte einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung. Der erste Schritt ist die Bereitstellung eines monokristallinen Halbleitersubstrats --41-- von einem vorbestimmten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise von p-Leitfähigkeit, wie in Fig. 7A gezeigt. Auf der Oberseite des Substrats - wird ein Oxydfilm-42-, beispielsweise Siliziumdioxyd, angebracht, welcher sodann an vorgesehenen Stellen durch Ätzen od. dgl. entfernt wird, um darin Fenster zu bilden. Als nächstes wird
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pnp-Transistors, wie dies aus der folgenden Beschreibung noch näher hervorgehen wird. Danach wird eine Verunreinigung vom p-Leitungstyp durch Fenster im Oxydfilm-42--, welcher hiebei als Maske dient, in die n+-Ieitende Region --43A-- eindiffundiert, um so eine p+-leitende Halbleiterregion--44--zu bilden.
(s. Fig. 7C). Darauffolgend wird der Oxydfilm, welcher über der p-leitenden Halbleiterregion --44-- und über der n+leitenden Halbleiterregion --43B-- liegt, an vorbestimmten Stellen entfernt, und sodann wird durch
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10- -45--, die auf dem Oxydfilm --42-- gewachsen sind, und aus monokristallinen Regionen--46 und 47-auf der p+-leitenden Halbleiterregion --44-- und auf der é-leitenden Halbleiterregion-43B-. Während des Aufdampfprozesses diffundiert die in der p+-leitenden Halbleiterregion--44--vorhandene Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp in die darüberliegende monokristalline Region --46-- ein, wodurch diese p-leitend wird.
Hiebei dringt die Verunreinigung auch seitlich in die polykristalline Region--45--ein, u. zw. bis zu den mit strichlierten Linien gezeigten Grenzen, und bildet die Randzonen--46A-- (Fig. 7D). Es ist auch möglich,
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den Oxydfilm--42-auch am Rande des Fensters zu entfernen, so dass das Fenster im Oxydfilm42 bis zur n-leitenden Halbleiterregion --43A-- vergrössert wird, wie in Fig. 7D' gezeigt ist. In dieser Figur sind die entstehenden Randzonen mit --46A'-- bezeichnet. Auf die Bildung der aufgedampften Schicht folgt die Erzeugung von Halbleiterbauelementen in der p-leitenden monokristallinen Region --46-- und in der n-leitenden monokristallinen Region-47-.
Hiezu wird eine n-leitende Verunreinigung vom n-Leitfähigkeitstyp in die monokristalline p-leitende Region --46-- durch Fenster in einem Oxydfilm - -48--, der als Abdeckmaske dient, eindiffundiert, um so eine n-leitende Halbleiterregion --49-- zu bilden, wie in Fig. 7E zu erkennen ist. Weiters ist eine Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp in die monokristalline n-leitende Region--47--eindiffundiert, u. zw. ebenfalls durch ein Fenster des Oxydfilms --48--, um so eine p-leitende Halbleiterregion--150--zu bilden, wie in Fig. 7F zu erkennen ist.
Sodann wird eine Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp durch ein Fenster des Oxydfilms--48--in die p-leitende monokristalline Region --46-- und in die n-leitende Region --49-- eindiffundiert, wodurch p-leitende Halbleiterregionen--151 und 152--entstehen, wie dies Fig. 7G zeigt. In diesem Falle können die p-leitende
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--150-- und154-zu bilden, wie es in Fig. 7H dargestellt ist.
Auf diese Weise werden pnp-bzw. npn-Transistoren in den monokristallinen Regionen-46 bzw. 47-erzeugt. Danach wird ein Dünnfilmelement, beispielsweise ein Dünnfilm-Widerstand --155--, durch Aufdampfen eines Metalles od. dgl. auf einen Bereich der polykristallinen
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besteht im Aufdampfen von beispielsweise Aluminium durch Fenster einer vorgegebenen Maske, um Elektroden --156-- auf den Halbleiterelementen zu bilden, die sich in den monokristallinen Regionen-46 und 47-befinden, um Leiter herzustellen, die zur Verbindung bestimmter Elektroden untereinander dienen, und Leiter --157--, welche eine bestimmte Elektrode mit dem Dünnfilmelement --155-- verbinden. In Fig. 8 ist das Prinzipschaltbild des so erzeugten integrierten Halbleiter-Schaltkreises gezeigt.
In dieser Zeichnung ist ein Widerstand-R-gezeigt, welcher von dem Dünnschichtwiderstand --155-- gebildet wird, und ein Widerstand --R1--, der in Fig. 71 nicht aufscheint.
An Hand der Fig. 9 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung zugleich mit ihrer Herstellung beschrieben. Die Erzeugung beginnt mit der Bereitstellung eines monokristallinen Silizium-Halbleiter-Substrats - -61--, wie es in Fig. 9A gezeigt ist, und welches eine Verunreinigung vom p-Leitfähigkeitstyp, beispielsweise Bor, enthält. Auf der einen Seite dieses Substrats --61-- wird eine Verunreinigungsdiffusionsmaske --62--, etwa ein Siliziumoxydfum od. dgl., aufgebracht, der an bestimmten Stellen Fenster besitzt, durch welche
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betragen. Jede dieser Schichten bildet beispielsweise einen Teil der Kollektorregionen von Transistoren, die anschliessend erzeugt werden, wodurch für einen verringerten Kollektor-Sättigungswiderstand gesorgt ist.
Folgend auf die Bildung der Regionen-Bu-wird die Maske --62-- durch eine andere (nicht gezeigt) ersetzt und es wird beispielsweise Silizium in der Stärke von angenähert l jus aufgedampft, um so Keimstellen (S) für polykristallines Wachstum zu bilden, u. zw. in Form eines gitterförmigen Netzwerkes, welches die Regionen--Bu--umgibt (vgl. hiezu die Fig. 9C).
Danach wird ein Gasgemisch, enthaltend Siliziumtetrachlorid und Arsentrichlorid, über das Substrat - geführt, zusammen mit Wasserstoff als Trägergas, bei einer Temperatur von 1150 C, wodurch auf diesem Substrat --61-- eine aus der Dampfphase entstandene n-leitende Siliziumschicht gebildet wird, die eine Verunreinigungskonzentration von etwa 1017 Atome/cm3 hat und eine Stärke von angenähert 10,um aufweist; siehe Fig. 9D.
Diese aufgedampfte Schicht besteht aus einer polykristallinen Halbleiterregion-63--, die auf den Keimstellen-S-gewachsen ist, und aus monokristallinen Halbleiterregionen-64--, die auf den
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--63-- undInselregionen --1--, deren jede aus der Region-Bu-und der monokristallinen Halbleiterregion-64-besteht, voneinander durch die polykristallinen Region --63-- und pn-Übergänge --J-- isoliert, die zwischen dem Halbleitersubstrat --61-- und der monokristallinen Halbleiterregion --64-- gebildet sind, wobei die polykristalline Region --63-- einen höheren Widerstand hat als die monokristallinen Halbleiterregionen-64--. Die Verunreinigungskonzentration der polykristallinen Halbleiterregion-63--, ist im wesentlichen nicht auf den zuvor genannten Wert von 1017 Atomen/cm3 begrenzt.
Durch eine Verunreinigungkonzentration, die unterhalb der kritischen Konzentration-Cc-liegt, kann der Widerstandswert der polykristallinen Halbleiterregion stark erhöht werden und die Inselregionen können voneinander sehr gut isoliert werden.
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Das monokristalline Halbleitersubstrat --61-- und die polykristalline Halbleiterregion--63-sind von verschiedenem Leitfähigkeitstyp, so dass dort, wo die Verunreinigungskonzentration der ersteren (61) jene der letzteren (63) überschreitet, ein Übergang--JI--entsteht, der an der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Region--63--und dem Substrat--61--liegt, wie dies durch die strichlierten Linien in Fig. 9D gezeigt ist, und dort, wo die Verunreinigungskonzentration des monokristallinen Halbleitersubstrats --61-- gleich ist jener der polykristallinen Halbleiterregion-63--, ein Übergang--j2--entsteht, welcher zwischen diesen beiden Bereichen liegt und in gleicher Weise wie zuvor durch strichlierte Linien in der Fig. 9D dargestellt ist.
Falls die Verunreinigungskonzentration des Substrats--61--geringer ist als jene der Region - -63--, so entsteht der Übergang an der Stelle--Ja--im Substrat--61--. In diesem letzteren Falle wird in jeder Inselregion-I-eine n-leitende Region gebildet, die im Oberflächenbereich des monokristallinen Halbleitersubstrats und unter der polykristallinen Halbleiterregion --63-- liegt.
Die Inselregionen-I-grenzen wohl aneinander über diese n-leitende Region, nachdem aber diese n-leitende Region durch das Eindiffundieren der Verunreinigung in die polykristalline Halbleiterregion von hohem Widerstandswert gebildet ist, ist die Verunreinigungskonzentration der diffundierten monokristallinen n-leitenden Region des Halbleitersubstrats gering und der Widerstandswert zwischen den beiden Inselregionen--I--ist nicht verringert.
In jenem Falle, wo die Verunreinigungskonzentration des monokristallinen Halbleitersubstrats--61-geringer ist als jene der polykristallinen Halbleiterregion--63--, wobei die Keimstelle--S--durch
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dgl.,Siliziumdioxydfilm --65-- wird stellenweise entfernt, um darin Fenster zu bilden, durch welche eine Verunreinigung, vom p-Leitfähigkeitstyp, beispielsweise Bor, in die monokristallinen Halbleiterregionen--64-eindiffundiert wird, um darin Basisregionen--b--zu bilden, wie dies in Fig. 9E gezeigt ist. In diesem Falle ist es möglich, dass der Si02 -Film --65-- entfernt wird, um über der polykristallinen Halbleiterregion-63-ein Fenster zu bilden, durch welches Bor in die polykristalline Region eindiffundiert werden kann.
Das Fenster für diese Diffusion in die polykristalline Region --63-- ist im Zentrum derselben angeordnet. Nachdem die Diffusion des Bors durch das Fenster in die polykristalline Region erfolgte, ergibt sich eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit und das Bor erreicht das monokristalline Halbleitersubstrat --61-- in kurzer Zeit. In diesem Falle ist die Breite--L--der polykristallinen Halbleiterregion--63--derart gewählt, dass sie wesentlich grösser ist als die Breite --1--, des Abschnittes, in welchem das Bor diffundiert, so dass die Inselregionen-I-voneinander durch den Übergang-J-und den in der polykristallinen Halbleiterregion - gebildeten Übergang-Jp-isoliert sind.
Der Übergang-Jp-, der in der polykristallinen Halbleiterregion entsteht, grenzt an eine polykristalline Halbleiterregion-631--, die eine geringere Verunreinigungskonzentration als die kritische Konzentration hat und an der Seite der Inselregion--I--liegt, wodurch sich eine hohe Durchbruchspannung zwischen den Regionen--63 und 64--ergibt. Selbst wenn dieser Übergang--Jp--einen Spannungsdurchbruch aufweisen sollte, wird der Leckstrom begrenzt durch die polykristalline Halbleiterregion--631--von hohem Widerstand ; der Leckstrom kann also im wesentlichen gleich gross oder auch geringer gehalten werden als mit der ansonsten üblichen Isolierung mittels eines pn-überganges allein.
Weiters wird der Oxydrum--65--an bestimmten Stellen entfernt, um Fenster zu bilden, durch welche eine Verunreinigung in die monokristallinen Regionen --64-- eindiffundiert wird, so dass darin Elektrodenteile --Ce-- entstehen, die an die Emitter-und Kollektorregionen-e und c--angrenzen. Danach werden durch andere Fenster des Oxydfilmes-65--Elektroden gebildet, um entsprechende Verbindungen herzustellen, so dass integrierte Halbleiterschaltungen entstehen, jedoch ist dieser Verfahrensschritt nicht in unmittelbarer Beziehung zur Erfindung und wird daher auch nicht näher erläutert.
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Widerstand umgeben.
Mit einer üblichen pn-Übergang-Isolierung sind die monokristallinen Regionen--64-von einer Isolierregion umgeben, die durch das Eindiffundieren einer Verunreinigung entstanden ist, jedoch diffundiert die Verunreinigung nicht nur in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats, sondern auch in
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jampolykristalline Region --63-- von hohem Widerstand, welche an vorbestimmten Stellen durch Aufdampfen gebildet worden ist, für die Isolierung der Inselregionen --1-- verwendet und demgemäss kann die Breite - L-- der Region --63-- sehr klein sein, beispielsweise geringer als 5 um. Dementsprechend wird die Fläche, die für jedes Halbleiterbauelement erforderlich ist, auf etwa 70% des sonst üblichen Ausmasses verringert, so dass eine grössere Bauteildichte erreicht werden kann.
Nachdem die Erfindung diffundierte Isolierregionen
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nicht benötigt, nimmt die parasitäre Kapazität ab und dadurch werden die hochfrequenzmässigen Eigenschaften des erfindungsgemäss hergestellten integrierten Schaltkreises verbessert.
Es sind viele Abänderungen und Abwandlungen möglich, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen werden müsste.