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DE1196300B - Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiter-schaltungsanordnung - Google Patents

Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiter-schaltungsanordnung

Info

Publication number
DE1196300B
DE1196300B DET27617A DET0027617A DE1196300B DE 1196300 B DE1196300 B DE 1196300B DE T27617 A DET27617 A DE T27617A DE T0027617 A DET0027617 A DE T0027617A DE 1196300 B DE1196300 B DE 1196300B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
insulating material
circuit elements
circuit
microminiaturized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DET27617A
Other languages
English (en)
Inventor
Jack St Clair Kilby
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=27408060&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE1196300(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of DE1196300B publication Critical patent/DE1196300B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1196 300
Aktenzeichen: T 27617 VIII c/21 g
Anmeldetag: 5. Februar 1960
Auslegetag: 8. Juli 1965
Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterplättchen, in dem oder auf dem zwei oder mehr Schaltungselemente vorhanden sind, die jeweils eine oder mehrere sich bis zu einer Fläche des Halbleiterplättchens erstreckende Halbleiterzonen aufweisen.
Es ist ein Germanium-Mesatransistor bekannt, der in eine Öffnung einer Trägerplatte für eine gedruckte Schaltung eingesetzt ist, in der er mit einem Klebstoff befestigt ist. Die Oberseite des Transistors ist mit einem Überzug aus einem Ätzschutzmittel bedeckt, das nur die Emitter- und Basiselektroden frei läßt, und auf diesen Überzug sind Leiter aufgebracht, welche die Verbindung von den Elektroden zu der gedruckten Schaltung herstellen.
Es ist andererseits ein Silizium-Leistungstransistor bekannt, der eine größere Anzahl von in gleichmäßigen Abständen angeordneten, langgestreckten Emitterzonen aufweist. Zur Bildung dieser Emitterzonen wird die Oberfläche einer Halbleiterplatte mit einem Film aus Siliziumdioxyd überzogen, in den anschließend Schlitze eingekratzt werden. Durch diese Schlitze wird ein Störstoff eindiffundiert, der unter jedem Schlitz eine Emitterzone bildet. Schließlich wird der Film mit einem zusammenhängenden Leitermaterial überzogen, das durch die Schlitze hindurch mit den Emitterzonen in Kontakt kommt, so daß diese kurzgeschlossen werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die erforderlichen Schaltungsverbindungen zwischen den Schaltungselementen einer mikrominiaturisierten, integrierten Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, ohne Einschränkung hinsichtlich der Zahl und Art der vorhandenen Schaltungselemente und der Vielfalt der erforderlichen Verbindungen.
Die zuvor geschilderten bekannten Anordnungen bieten keine brauchbare Lösung dieses Problems. Das verhältnismäßig dicke und weiche organische Ätzschutzmittel ergibt nicht die erforderliche mechanische und elektrische Festigkeit und Zuverlässigkeit. Außerdem zersetzt es sich bereits bei etwa 3000C, so daß der Bereich der für die Herstellung der Schaltungsanordnung anzuwendenden Temperaturen schwerwiegend eingeschränkt würde. Schließlich besteht die Gefahr, daß die Grenzschichteigenschaften des Halbleitermaterials an der Berührungsfläche zwischen Halbleiterplättchen und Ätzschutzmittel schlechter werden.
Andererseits ist es für eine mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung im allge-Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung
Anmelder:
Texas Instruments Incorporated,
Dallas, Tex. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19
Als Erfinder benannt:
Jack St. Clair Kilby, Dallas, Tex. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Februar 1959 (791602), vom 12. Februar 1959 (792 840)
meinen nicht angängig, die ganze Oberfläche mit einer zusammenhängenden leitenden Fläche zu überziehen, welche alle von der Isolierschicht nicht bedeckten Schaltungspunkte kurzschließt.
Nach der Erfindung wird das zuvor angegebene Problem dadurch gelöst, daß ein aus einem Siliziumoxyd bestehendes Isoliermaterial auf der gleichen Hauptfläche liegt und Öffnungen über wenigstens zwei Halbleiterzonen verschiedener Schaltungselemente aufweist und daß leitendes Material auf das Isoliermaterial aufgelegt und mit den Halbleiterzonen durch die Öffnungen hindurch ohmisch verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der mikrominiaturisierten, integrierten Halbleiterschaltungsanordnung ergibt eine hohe mechanische und elektrische Festigkeit und Zuverlässigkeit, und sie ermöglicht die Schaffung beliebiger Schaltungsverbindüngen auch bei einer größeren Zahl von im gleichen Plättchen gebildeten Schaltungselementen. Die Eigenschaften der Schaltungselemente, gleich welcher Art, werden durch die Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Halbleiter und Siliziumoxyd in keiner Weise beeinträchtigt. Schließlich sind die zur Herstellung der Isolierschicht und der Verbindungsleiter erforderlichen Verfahrensmaßnahmen
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mit den für die Herstellung der Halbleiterschaltungsanordnung erforderlichen Verfahrensmaßnahmen verträglich.
Das Siliziumoxyd kann im wesentlichen die ganze Oberfläche des Halbleiterplättchens bedecken und nur die Stellen frei lassen, mit denen die Verbindungsleiter in Kontakt kommen müssen. Wahlweise ist es aber auch möglich, das Siliziumoxyd nur an den Stellen aufzubringen, über weiche die Verbindungsleiter verlaufen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 eine mikrominiaturisierte, integrierte MuI-tivibratorschaltungsanordnung, bei der die Erfindung anwendbar ist,
Fig. 2 das Schaltbild der Multivibratorschaltung von F i g. 1 in der gleichen räumlichen Anordnung und
Fig. 3 das Schaltbild der Multivibratorschaltung in gebräuchlicher Darstellung.
Die Erfindung soll in ihrer Anwendung bei der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Multivibratorschaltung beschrieben werden. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem dünnen Plättchen aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, in dem durch Diffusion ein pn-übergang gebildet ist. Dieses Plättchen ist so bearbeitet und geformt, daß sämtliche Schaltungselemente der Multivibratorschaltung in integrierter Form im wesentlichen an einer Fläche des Plättchens gebildet sind. Zum besseren Verständnis sind die in Fig. 1 körperlich dargestellten Schaltungselemente in dem Schaltbild von F i g. 2 in der gleichen räumlichen Anordnung gezeigt, während Fig. 3 das Schaltbild in gebräuchlicher Darstellung zeigt, wobei auch die Werte der Schaltungselemente angegeben sind.
Zur Herstellung der Anordnung von F i g. 1 wird ein Halbleiterplättchen aus Germanium des Leitfähigkeitstyps ρ mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ohm·cm auf einer Seite geläppt und poliert. Das Plättchen wird dama einem Diffusionsprozeß mit Antimon unterworfen, der an der Oberseite eine η-Schicht von etwa 17,5 μ Tiefe erzeugt. Das Plättchen wird dann auf 5·2mm zugeschnitten, und die nicht polierte Oberfläche wird geläppt, so daß sich eine Plättchendicke von 62,5 μ ergibt.
Goldplattierte Streifen aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung 5β werden in geeigneter Lage durch Legieren an dem Plättchen angebracht. Dann wird Gold durch eine Maske zur Schaffung der Flächen 51, 52, 53, 54 aufgedampft, welche in ohmschem Koatakt mit der η-Zone stehen und die Basiselektroden für die "Transistoren sowie die Kondensatoranschlüsse bildes. Zur Schaffung der Transistor-Emitterflächen 56, die in gleichrichtendem Koatakt mit de* »-Schicht stehen, wird Aluminium durch eine geeignet geformte Maske aufgedampft.
Die Platte wird dann mit einer lichtempfindlichen Deckschicht überzogen und durch ein. Negativ hindurch belichtet. Das nach der Entwicklung zurückbleibende Deckschichtmaterial dient als Abdeckung für das anschließende Ätzen, mit dem dem Plättchen die erforderliche Form erteilt wird. Durch das Ätzen wird vor allem ein Schlitz in dem Plättchen gebildet, der die Isolation zwischen den Widerstandes Al und R2 und den übrigen SchaltungseJementeB ergibt. Femer werden durch das Ätzen alle Widerstaadsiächen auf die zuvor berechneten geometrischen Abmessungen gebracht. Das Ätzen kann entweder auf chemischem oder auf elektrolytischem Weg erfolgen, doch erscheint die elektrolytische Ätzung vorteilhafter.
Nach diesem Schritt wird die lichtempfindliche Deckschicht mit einem Lösungsmittel entfernt, und die Mesaflächen 60 werden durch den gleichen fotografischen Prozeß maskiert. Die Platte wird wieder in ein Ätzmittel eingetaucht, und die η-Schicht wird
ίο an den belichteten Stellen vollständig entfernt. Eine chemische Ätzung wird hierbei als vorteilhaft angesehen. Dann wird die lichtempfindliche Deckschicht entfernt. Anschließend werden Golddrähte 70 zur Herstellung der erforderlichen Verbindungen zwisehen den Zungen 50 und bestimmten Schaltungspunkten angebracht. Nun sind nur noch die gestrichelt angedeuteten Verbindungen 71, 72, 73 herzustellen, welche bestimmte Schaltungselemente auf der Oberfläche des Plättchens miteinander verbin-
ao den. Die Verbindung 71 verbindet die Emitterelektroden 56 der beiden Transistoren Γ1 und Tl miteinander; die Verbindung 72 verbindet die Basiselektrode 54 des Transistors Tl mit der gemeinsamen Klemme der Widerstände R 2 und i?3; und die Verbindung 73 verbindet die Basiselektrode 53 des Transistors Γ 2 mit dem Verbindungspunkt zwischen den WiderständenRl und R8.
Die Herstellung dieser Verbindungen geschieht auf folgende Weise: Ein Siliziumoxyd wird durch eine Maske hindurch auf das Halbleiterplättchen so aufgedampft, daß es das Plättchen vollständig bedeckt, außer an den Punkten, an denen ein elektrischer Kontakt hergestellt werden muß. Dann wird elektrisch leitendes Material, z. B. Gold, in Form von Streifen auf das Siliziumoxyd so aufgetragen, daß es die elektrischen Schaltungsverbindungen 71, 72 und 73 zwischen den angegebenen Punkten herstellt.
Es ist auch möglich, das Siliziumoxyd nur zwisehen den miteinander zu verbindenden Punkten aufzubringen.
In allen Fällen verhindert das Isoliermaterial, daß die Verbindungsleiter einen unerwünschten Kurzschluß zu anderen Schaltungselementen oder zu anderen Zonen des gleichen Schaltungselements herstellen. Beispielsweise verläuft der Verbindungsleiter 71 vom Emitter jedes Transistors zwangläufig über die diesen Emitter ringförmig umgebende Basiszone. Ein Kurzschluß dieser beiden Zonen des gleichen Transistors wird dadurch verhindert, daß der die beiden Zonen trennende pn-übergang unter dem Isoliermaterial endet, über das sich der Verbindungsleiter erstreckt.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterplättchen, in dem oder auf dem zwei oder mehr Schaltungselemente vorhanden sind, die jeweils eine oder mehrere sich bis zu einer Fläche des Halbleiterplättchens erstreckende Halbleiterzonen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Siliziumoxyd bestehendes Isoliermaterial auf der gleichen Hauptfläche liegt und Öffnungen über wenigstens zwei Halbleiterzonen verschiedener Schaltungselemente
aufweist und daß leitendes Material auf das Isoliermaterial aufgelegt und mit den Halbleiterzonen durch die Öffnungen hindurch ohmisch verbunden ist.
2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Schaltungselemente einen oder mehrere pn-Ubergänge enthalten, die an der gleichen Fläche des Plättchens unter dem Isoliermaterial enden, und daß sich das leitende Material in Form getrennter Streifen über das die pn-Ubergänge bedeckende Isoliermaterial erstreckt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 833 366, 949422; deutsche Auslegeschriften Nr. 1011081,1040700; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1672 315;
britische Patentschriften Nr. 736289, 761926, 805207;
belgische Patentschrift Nr. 550 586;
USA.-Patentschriften Nr. 2493199, 2629 802, 2660624, 2662957, 2663806, 2663 830, 2667607, 2680220, 2709232, 2735948, 2713644, 2748041, 2816228, 2817048, 2824977, 2836776, 2754431, 2847583, 2856544, 2858489, 2878147, 2897295, 2910634, 2915647, 2916408, 2922937, 2935668, 2944165, 2967952, 2976426, 2994834, 2995686, 2 998 550, 3 005 937,3 022 472,3 038 085,3 070 466;
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so Control Engineering, Februar 1958, S. 31/32, »Army develops printed Transistors«.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 S99/299 6.65 ® Bundesdruckerei Berlin
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