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JP2002517904A - 背面に接触子のある素子およびその素子の製造方法 - Google Patents

背面に接触子のある素子およびその素子の製造方法

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Publication number
JP2002517904A
JP2002517904A JP2000552719A JP2000552719A JP2002517904A JP 2002517904 A JP2002517904 A JP 2002517904A JP 2000552719 A JP2000552719 A JP 2000552719A JP 2000552719 A JP2000552719 A JP 2000552719A JP 2002517904 A JP2002517904 A JP 2002517904A
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JP
Japan
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substrate
functional element
contact area
diamond
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000552719A
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English (en)
Inventor
アダムシック,マリオ
コーン,エアハルト
グルッヒェ,ペーター
カイザー,アレクサンダー
Original Assignee
ゲーエフデー−ゲゼルシャフト フュア ディアマントプロドゥクテ エムベーハー
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
Application filed by ゲーエフデー−ゲゼルシャフト フュア ディアマントプロドゥクテ エムベーハー filed Critical ゲーエフデー−ゲゼルシャフト フュア ディアマントプロドゥクテ エムベーハー
Publication of JP2002517904A publication Critical patent/JP2002517904A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • H10D62/8303Diamond
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0405Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
    • H01L21/0425Making electrodes
    • H01L21/043Ohmic electrodes

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  • Micromachines (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 この発明は、基板上に配置され、その基板に面している背面における接触領域で電気的に接触している機能要素が備わった素子に関するものである。この基板には、その接触領域に開口があり、また、その機能要素の背面は接触金属で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 この発明は、背面に接触子のある素子およびその素子の製造方法に関するもの
である。この種の素子はたとえば、センサー、アクチュエーター、能動素子、ト
ランジスター、ダイオード、コンデンサー、抵抗器などとして用いられ、特に、
高温あるいは化学薬品、放射界あるいは磁界に対する耐性のあるセンサーのため
に用いられる。この種のアクチュエーターあるいはセンサーは、特に医療技術の
分野において用いることができる。
【0002】 従来、この種の素子は、電気的貫通接続法(ヴァイアホール法)によって背面
で接触している。この方法はたとえば、1991年にシュツットガルト(Stu
ttgart)のベー.ゲー.トイブナー−フェルラーク(B.G. Teub
ner−Verlag)により発行されたハインツ・ベネキング(Heinz
Beneking)のハルプライターテヒノロギー(Halbleiter T
echnologie)(=半導体技術)に説明されており、主にMMIC(モ
ノリシックマイクロ波集積回路)法に用いられている。これらは基板の背面がア
ース面を表している高周波集積回路であり、すなわち、その集積回路の背面が完
全に金属被覆されている。その基板の前面には、素子(抵抗器、トランジスター
など)と付加的な非被覆ケーブルとが取り付けられている。これらの素子の、前
面から背面への電気的アース接続を実現するために、その基板の中にスルーホー
ルが導入されるが、これらの孔の側面は金属で被覆されている。このようにして
、この孔の金属被覆は、前面からも背面からも達成することができるとともに、
前面においてそれらの素子に接続することができ、また、背面においてそのアー
スに接続することができる。これについて不都合なことは、金属で一部被覆され
た基板の背面であることばかりでなく、その機能要素自体が化学的反応性物質を
構成することでもある。概して、その機能要素は、ガリウムヒ素(GaAs)な
どの半導体物質から構成された電子的構造あるいは光電子的構造から構成されて
いる。この半導体物質は、化学的に大いに反応し(また、たとえば腐食し)、か
つ不動態化する(たとえば二酸化ケイ素SiO2あるいは窒化ケイ素Si34
)にちがいなく、また不動態化法が大いに要求される。
【0003】 それゆえに、ヴァイアホール法は事実上、電子的素子/光電子的素子に制限さ
れる。
【0004】 この発明の目的は、電気的背面接触を可能にし、また同時に、不活性な素子表
面を維持する素子およびその製造方法を利用可能なものにすることである。
【0005】 この目的は、請求項1に係る素子によって、また、請求項10に係る方法によ
って達成される。この発明に係る素子およびこの発明に係る方法の有利な成果は
、従属請求項に与えられている。
【0006】 この発明によれば、素子は、未来の接触領域の特定領域における前面の基板の
上に被着されている電気伝導層によって、かつ、その後に、その機能素子を形成
するために設けられる付加層によって作られている。その後、その接触領域の区
域において、たとえば物理的エッチング法あるいは化学的エッチング法によって
、少なくとも電気伝導層のある下方へ、基板の背面から始まって基板が取り除か
れ、また、そのように形成された凹所が金属被覆される。このようにして、素子
が製造されるが、この素子には、その接触部位にスルーホールはまったく存在せ
ず、また、したがって背面では金属被覆だけが施されている。これによって、そ
の素子の表面における高い放射線抵抗、化学抵抗および物理抵抗が可能になるが
、それはその背面における金属接触がその前面において完全に被覆されているか
らである。それゆえに、貴金属、卑金属あるいは合金さえも、その素子の上面に
なされた要求を考慮に入れることなく、用いることができる。したがって、電気
的背面接触子は、素子表面を維持しながら作られる。それゆえに、この表面の物
理的、化学的および/または機械的性質は完全に利用することができるが、それ
は後者が自由に利用できるものでありかつ金属被覆されたスルーホールによって
制限されることがないからである。したがって、たとえば請求項3に記載されて
いるように、この素子の表面に付加的なダイアモンド層を施すこともできる。こ
の素子の前面における完全なダイアモンド被覆については、そのダイアモンドの
優れた化学的、物理的、電気熱的および/または機械的な表面性質を利用するこ
とができる。
【0007】 電気伝導層は、たとえばボロンドーピングでドープされた伝導性ダイアモンド
層としてすでに施すこともできる。このドーピングはここでは、そのダイアモン
ド被覆のある素子が前面に構成されることによって、調節可能な方法で垂直方向
および水平方向の両方に設計することができる。
【0008】 この基板としてはたとえば、ケイ素、石英、ガラス、あるいは自立型ダイアモ
ンドでさえも用いることができる。ここで、非ドープトダイアモンドには、それ
が完全に非伝導性であり、そのために、ダイアモンド基板と、機能要素あるいは
接触金属被覆の電気伝導層との間の絶縁が不要になる、という利点がある。この
ことにより、製造工程における別のステップが不要になり、製作が全体にわたっ
て簡単になる。このような場合、そのダイアモンド基板は、その機能要素と一体
の部材として作ることもでき、ダイアモンド層から構成することもできる。
【0009】 ケイ素を基板として用いるときには、その基板と機能要素の電気伝導層との間
に、また、その基板と金属製背面接触子との間にも、電気絶縁層を挿置する必要
がある。これは、たとえば酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素として蒸着させること
ができ、あるいはそのシリコン基板の酸化によって酸化ケイ素を形成することで
作ることができる。
【0010】 機能要素のためにあるいは素子の前面を完全に被覆するためにダイアモンドを
用いることの利点は特に、ダイアモンドが、耐高温性があり、完全に非伝導性で
あって、化学的に不活性であり、しかも硬さが大きい、という事実にある。さら
にまた、前面にダイアモンド被覆のある素子は、放射線に対して完全な耐性があ
るので、粒子線あるいは高エネルギーX線に対する検出物質として適している。
とりわけ、それには自己発熱性がまったくない。このため、放射物を感知する金
属層は、素子の背面にだけ配されて保護されている。
【0011】 この発明に係る素子は、センサー、アクチュエーター、能動素子、トランジス
ター、ダイオード、コンデンサー、抵抗器などとして用いられる。これらの素子
には高い安定度があるので、これらは、たとえば、圧力センサー、温度センサー
、インピーダンスセンサーとして特に適しており、とりわけ、化学薬品、粒子線
、X線、高温および/または磁界に対する耐性のあるセンサーとして適している
。それゆえ、これらの素子は、たとえば核磁気共鳴断層撮影などの医療技術の分
野や微小侵襲性手術の器具にも用いることができる。その点で、これらの素子は
、高い生物医学的適合性を達成するために、ヒト有機体に関して完全にシールし
なければならないカテーテルに用いることができる。このためには、患者の身体
に接触するカテーテル表面にたとえば金属などの化学反応性要素がまったく存在
しないということの保証もここに必要となる。
【0012】 ダイアモンド層の両面に金属被覆によって接触子を設けることで、前記の用途
に加えて、垂直な構造と、たとえばバックゲートトランジスター、フォトダイオ
ード、光伝導体などの素子とを実現することができる。そのうえ、異なっている
ドーピングのあるエピタキシャルダイアモンド層によって、pnダイオードを作
ることができる。
【0013】 ダイアモンド層は、たとえばシリコン基板の上に、数μm〜数mmの層厚さで
表面全体にわたって被着しかつドープすることができる。この被着は普通、プラ
ズマ保持線法あるいは熱線法を用いて行われる。ここで、マスク物質として二酸
化ケイ素SiO2を使って選択被着を行うことが可能である。このようにして作
られた層は、自然ダイアモンドに比べて、機械的、化学的および物理的性質がお
およそ同じである。
【0014】 接触領域における基板の除去は、従来のエッチング法によって行うことができ
る。たとえば、化学的ドライエッチングあるいは化学的ウェットエッチング、ま
たは物理的エッチングでさえも、この目的のために利用することができる。
【0015】 すべての構造の定義は、ミクロシステム技術に有用な公知のリソグラフィ法に
よって行われる。
【0016】 いくつかの素子が、例示として以下に説明される。
【0017】 図1には、この発明に係る素子が示されており、ここでは機能要素2がシリコ
ン基板4に施されている。シリコン基板4と機能要素2との間には、この素子の
製造の際に散布層として作用する電気絶縁ダイアモンド層3がある。
【0018】 機能要素2には、たとえばp++層(準金属性質がある)のような、電気的に活
性なドープ層がある。たとえば、タングステンシリサイドWSi、タングステン
シリサイドWSi:窒素、チタン、金のような接触金属から形成された金属被覆
層6によって、この機能要素2は、その下面に電気的に接触している。この金属
被覆層6は、基板4における開口を通って、機能要素2の背面まで延びている。
それは、次いで、二酸化ケイ素層5によって、シリコン基板4から電気的に絶縁
される。この素子を作るために、まず第1に、ダイアモンドの散布層3がシリコ
ン基板4の上に被着される。その後、ホウ素でドープされた電気的に活性なp++ 層2が、示された構造における散布層の上に被着される。層の厚さは、電気的に
活性なドープ層2については普通、約500nmであり、散布層3については約
100nmである。その後、基板4の背面側に開口が導入される。背面の構造が
このようなものであるためには、まず第1に、シリコン基板4における開口が、
水酸化カリウムにおける化学的異方性ウェットエッチング手段によってエッチン
グされる。この開口を構成するために、ここでは窒化ケイ素Si34マスクが用
いられた。次に、非ドープ散布層3が、電気的に活性なドープ層2の中で規定深
さまでエッチングされた。この化学的ドライエッチングは、アルゴン/酸素プラ
ズマにおいて、約350nm/分のエッチング速度と約350nmの深さで行わ
れた。ここでまた、その構造が標準リソグラフ法によって定められた。
【0019】 次のステップとして、シリコン基板4が、絶縁層5と同様に、酸化によって、
あるいは二酸化ケイ素SiO2のスパッタ蒸着法によって絶縁される。次に、接
触金属層を形成するために、スパッタ蒸着法および気相成長法によって、タング
ステンシリサイドWSi、タングステンシリサイドWSi:窒素、チタンおよび
/または金が、この絶縁層5および電気的に活性なドープ層2に、基板4の背面
から接触金属として被着される。
【0020】 ダイアモンド層3および2の被着はMPECVD(マイクロ波プラズマ気相成
長法)システムにおいて行われた。電気的活性層2のドーピングは固体ホウ素源
によって行われる。これは、線の形態でドープするために、層2の被着の際に約
2時間、プラズマ中に直接導入される。実現されたドープ物質濃度は約1020
-3である。しかしながら、原理上、このドーピングは、ダイアモンド層2の被
着の後に注入法によって行うことも可能である。
【0021】 このように被着された素子は、たとえばこの種の別の背面接触子とあいまって
加熱要素として作用する。しかしながら、機能要素2は、組織内に挿入されたカ
テーテルの端部で直接作用して、高強度あるいは高電圧の電流を層2のすぐ近く
の組織の中へ局部的に導入する。
【0022】 図2には、この発明の別の素子が示されている。この素子の同一構成部品は、
図1におけるのと同じ参照符号で識別され、また、それゆえ、それらについての
記載は以下に存在しない。図1に示された素子に加えて、機能要素の電気的活性
ドープ層は、公称では非ドープである別のダイアモンド層1で被覆されている。
この公称非ドープ層には5μmまでの厚さがある。このようなダイアモンド層1
があるので、この素子は、その表面における化学的影響、物理的影響あるいは他
の影響に対してきわめて大きい耐性を有することになる。ダイアモンド層1だけ
がある素子は、外面に関してダイアモンド層があるので、特に、高温に対する耐
性、化学的安定度および、粒子線あるいは透過力の強いX線に対する感度の欠如
を利用することができる。
【0023】 図3には、この発明に係る別の素子が示されており、そこでは、同じ参照符号
により、図2におけるのと同じ構成部品が識別される。図2と対比してみると、
基板4は、ケイ素からなるものではなく、ダイアモンド層(ダイアモンドに類似
した基板)からなるものでもない。ダイアモンドは完全に非伝導性であるので、
絶縁層3および5はなしですますことができる。それにもかかわらず、接触金属
層6と電気的活性ドープ層2との間における電流すべての完全な閉鎖が保証され
る。
【0024】 すべての図面において、電気伝導層2および金属層6によって、その素子の前
面に構成され、別のトラック導体、線あるいは電気伝導層を接続することのでき
る、付加的な層および機能要素、あるいはその機能要素の構成部品のための背面
接触子が作られる。金属層6は、この素子の背面におけるハンダ付け箇所として
適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、この発明に係る素子を示している。
【図2】 図2は、この発明に係る別の素子を示している。
【図3】 図3は、この発明に係る別の素子を示している。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成11年12月27日(1999.12.27)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【請求項1】 基板の上に配置された機能要素を有し、その機能要素が、基
板に面しているその背面における接触領域で、その接触領域に開口を有するとと
もに、機能要素の背面とおそらくその開口の側壁とが、その開口の前記領域にお
いて接触金属で被覆されている基板によって電気的に接触しており、また、その
基板が非伝導性物質からなるか、あるいはその基板とその機能要素との間に電気
絶縁層が配置されており、 その機能要素が、前記接触領域の特定領域においてだけその基板に配置されか
つその基板表面を全体としては被覆しない少なくとも1つの電気伝導層を有して
いることを特徴とする素子。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年7月6日(2000.7.6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項10
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 グルッヒェ,ペーター ドイツ国 D−89231 ウルム,カザーネ ンシュトラーセ 56 (72)発明者 カイザー,アレクサンダー ドイツ国 D−88433 アスマンシャルト, ザンクト ミヒャエル シュトラーセ 22 Fターム(参考) 4C096 AA20 AB50 CC32 CD01 CD07 4M104 AA01 AA10 BB09 BB14 BB28 BB33 BB40 DD37 DD43 DD52 EE14 FF02 5F033 GG03 GG04 JJ13 JJ18 JJ28 JJ34 KK13 KK18 KK28 KK34 MM30 NN15 PP06 PP15 PP27 QQ07

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の上に配置された機能要素を有し、その機能要素が基板
    に面しているその背面における接触領域で電気的に接触しており、 基板が、前記接触領域に開口を有するとともに、機能要素の背面とおそらくそ
    の開口の側壁とが、その開口の領域において接触金属で被覆されていることを特
    徴とする素子。
  2. 【請求項2】 機能要素が、化学的に不活性な物質からなることを特徴とす
    る先行する請求項に記載の素子。
  3. 【請求項3】 機能要素が、絶縁性、半導体性および/または準金属性を有
    していることを特徴とする先行する請求項の1つに記載の素子。
  4. 【請求項4】 基板が、ケイ素、石英、ガラス、あるいはダイアモンドであ
    ることを特徴とする先行する請求項に記載の素子。
  5. 【請求項5】 機能要素が、前記開口の領域に伝導性ドープトダイアモンド
    層を有し、および/または、すべてダイアモンドからなることを特徴とする先行
    する請求項の1つに記載の素子。
  6. 【請求項6】 基板と機能要素との間に電気絶縁層があることを特徴とする
    先行する請求項の1つに記載の素子。
  7. 【請求項7】 基板と金属被覆との間に電気絶縁層があることを特徴とする
    先行する請求項の1つに記載の素子。
  8. 【請求項8】 電気絶縁層が、酸化ケイ素(SiOx)あるいは窒化ケイ素
    を含有していることを特徴とする2つの先行する請求項の1つに記載の素子。
  9. 【請求項9】 素子の前面が、ダイアモンドで完全に被覆されていることを
    特徴とする先行する請求項の1つに記載の素子。
  10. 【請求項10】 その背面における接触領域で電気的に接触している機能要
    素を有する素子の製造方法であって、 基板の上にその機能要素を形成するために、まず第1に電気伝導層が、そして
    その後にその機能要素を形成するのに必要なおそらく他の層が、接触領域におい
    て被着され、 接触領域において、その基板が、その基板の背面から始まって除去され、そし
    てその後に、 接触金属が、その機能要素のうちのその基板から離れた背面における接触領域
    およびおそらくその基板における接触領域で被着される ことを特徴とする素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 機能要素を形成するのに必要な層が、化学的に不活性な物
    質から少なくとも部分的にあるいは完全に被着されることを特徴とする先行する
    請求項に記載の方法。
  12. 【請求項12】 基板が、完全に除去されることを特徴とする2つの先行す
    る請求項の1つに記載の方法。
  13. 【請求項13】 機能要素の層の被着前に、電気絶縁層が基板の前面に被着
    されるか、あるいは基板の前面が電気的に絶縁性であるように処理されることを
    特徴とする先行する請求項に記載の方法。
  14. 【請求項14】 接触領域において基板の背面に接触金属を被着する前に、
    電気絶縁層が被着されるか、あるいは基板の背面が接触領域において電気的に絶
    縁性であるように処理されることを特徴とする4つの先行する請求項の1つに記
    載の方法。
  15. 【請求項15】 絶縁体あるいは誘電体が電気絶縁層として被着されるか、
    あるいは基板が酸化されることを特徴とする2つの先行する請求項の1つに記載
    の方法。
  16. 【請求項16】 素子の前面が、全体としてダイアモンドにより被覆される
    ことを特徴とする請求項10〜15の1つに記載の方法。
  17. 【請求項17】 被覆が、CVD、スパッタ蒸着法、気相成長法あるいは電
    着法によって施されることを特徴とする請求項10〜16の1つに記載の方法。
  18. 【請求項18】 基板が、エッチング法によって、接触領域において除去さ
    れることを特徴とする請求項10〜17の1つに記載の方法。
  19. 【請求項19】 センサー、アクチュエーター、能動素子、トランジスター
    、ダイオード、コンデンサー、抵抗器などとしての、請求項1〜9の1つに記載
    の素子の使用。
  20. 【請求項20】 圧力、インピーダンス、温度のためのセンサーとしての、
    とりわけ、化学薬品、粒子線、X線、高温および/または磁界に対する耐性のあ
    るセンサーとしての、先行請求項に記載の使用。
  21. 【請求項21】 微小侵襲性手術の器具、カテーテルなど、核磁気共鳴断層
    撮影などのための、2つの先行する請求項の1つに記載の使用。
JP2000552719A 1998-06-04 1999-06-04 背面に接触子のある素子およびその素子の製造方法 Pending JP2002517904A (ja)

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DE19824894 1998-06-04
DE19824894.6 1998-06-04
PCT/EP1999/003878 WO1999063596A1 (de) 1998-06-04 1999-06-04 Diamantbauelement mit rückseitenkontaktierung und verfahren zu seiner herstellung

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