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Verfahren zur Herstellung von abgeschlossenen Schaltungseinheiten sehr geringer Abmessungen
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werte, die in Halbleitermaterial hergestellt werden sollten, ausserhalb der tatsächlich erreichbaren Werte lagen. Ausserdem gibt es Fälle, in denen die Notwendigkeit einer hohen Temperaturstabilität des Widerstandswertes die Anwendung der oben angegebenen Verfahrensmassnahmen weniger günstig erscheinen lässt.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Schaltung von sehr geringen Abmessungen, welche einen Halbleiterblock mit einem aktiven Schaltelement, beispielsweise einen Transistor, umfasst, dadurch hergestellt, dass auf den Halbleiterblockeine Isolierschicht aufgebracht wird und dass passive elektrische Elemente auf dieser Schichte nahe dem aktiven Element gebildet werden.
Die Kontrolle der Werte vieler der passiven elektrischen Schaltelemente ist dadurch wesentlich verbessert, dass diese Elemente, welche eine gute Kontrolle ihrer Werte erfordern, auf der Isolierschicht angeordnet sind. Auf diese Weise können elektrische Netzwerke von äusserst geringen Abmessungen erzeugt werden, wobei in hohem Masse eine Kontrolle über die Werte von bestimmten passiven elektrischen Schaltelementen beibehalten werden kann.
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beispiele des Erfindungsgegenstandes darstellen. Hiebei zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausfüh- rungsform der Erfindung, Fig. 2dasSchaltbild der Einrichtung gemäss Fig. 1, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 3 - 3'in Fig. 1 und Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 4-4'in Fig. l.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf deren Fig. l ist hervorzuheben, dass dort ein Halbleitemetzwerk gezeigt ist. Wie aus der Schnittdarstellung der Fig. 3 hervorgeht, besteht diese
Schaltungseinheit im wesentlichen aus einem Block 19 halbleitenden Materials. In und auf dem Block 19 ist ein Transistor 14 gebildet, welcher einen Teil des Blockes 19 umfasst, zusammen mit den Lagen 21 und 22, welche von der entgegengesetzten Leitungstype sind wie der Block 19. Diese beiden Schichten 21 und 22 bilden die Basis- bzw. die Emitterzone des Transistors. Die Verbindungen zur Kollektorzone, zur Emitterzone und zur Basiszone sind durch die Leiter 11,12 und 13 hergestellt.
Die Verbindungsschichten
15 und 23 von verhältnismässig geringem Widerstand dienen zur Verbindung der Leiter 11 und 12 mit den
Anschlusskontakten 2 und 3, Der Kontakt 4 bildet die Verbindung zum oberen Belag 6 des Kondensators C und der Kontakt 5 bildet die Verbindung zu den Widerstandsschichten 9 und 10, welche die Widerstände R bzw. R daistellen.
Wie der Fig. l zu entnehmen ist, ist der Kollektor 11 des Transistors 14 mit der Widerstandsschicht 10 verbunden und die Basis 13 steht über eine Schicht 17 von verhältnismässig geringem Widerstand mit den
Widerstandsschichten 16 DZW. 9. in Verbindung, welche die Widerstände R bzw. R2 bilden. Die Schicht
17 von verhältnismässig geringem Widerstand erstreckt sich in. der gezeigten Weise auch zum Kondensator C, wo sie verbreitert ist und den unteren Belag 8 dieses Kondensators bildet.
Unmittelbar auf dem Belag 8 ist eine dielektrische Schicht 7 angeordnet, welche aus irgendeinem entsprechenden Material, wie etwa Silizium-Monoxyd, bestehen kann. Unmittelbar auf der Schicht 7 ist eine Schicht 6 von verhältnismässig geringem Widerstand angeordnet, welche, wie dies bereits erwähnt worden ist, den oberen Belag des Kondensators C bildet.
Obwohl die Verfahrensschritte zur Herstellung von Halbleitercetzwerken gemäss der Erfindung verschiedentlich variieren können, u. zw. in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten, soll im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsgruppe gemäss der Fig. 1 beschrieben werden.
Zu Beginn wird ein Block halbleitenden Materials erzeugt und entweder über seine ganze Erstreckung oder nur über einen Teil derselben dotiert, wo eben ein aktives Schaltelement gebildet werden soll. Diese Dotierung kann durch einen der hiezu üblichen Prozesse vorgenommen werden ; jene, die für die rein illustrative Beschreibung gewählt worden sind, sind die der Diffusion. Demgemäss müssen Verunreinigungen in aufeinanderfolgenden Schichten in die Oberfläche des Halbleiterblockes eindiffundiert werden, um dort die Emitter-, die Basis- und die Kollektorzone zu bilden.
Nach der Vollendung der Dotierung werden jene Flächenteile der Oberseite, die nicht zur Bildung des aktiven Elementes herangezogen werden, durch Ätzen abgetragen, wobei nur die gewünschten Teile entfernt werden. Daraufhin wird der gesamte, verbliebene Block mit einer isolierenden Schicht überzogen ; die ohmschen Verbindungen zu den einzelnen Zonen des Transistors oder sonstigen aktiven Elementes werden hergestellt ; die passiven Elemente werden auf der Oberseite der isolierenden Schicht gebildet und sodann werden die Kontakte hergestellt, welche die äusseren Anschlüsse bilden.
Unter Anwendung dieses Verfahrens auf die Ausbildungsform gemäss den Fig. l, 3 und 4 ist zu erkennen, dass die Schichten 21 und 22 des Transistors 14 auf dem Blocke 19 liegen. Dieser Aufbau ist durch die Erzeugung von aufeinanderfolgenden Schichten (Dotierung) über die ganze Oberseite des Halbleiterblockes und das darauffolgende Ätzen zum Abtragen der obersten zwei Schichten von der ganzen Ober-
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fläche des Blockes mit Ausnahme von jener verhältnismässig kleinen Fläche, wie sie in Fig. 1 ersichtlich ist, gegeben. Wie üblich, wird dieser Ätzvorgang durch zeitweiliges Abdecken des Halbleiterblockes mit einer Schutzschicht an jener Oberflächenstelle, die vor der Ätzung geschützt werden soll, und darauf- folgendes Eintauchen oder Besprühen des Blockes mit einer der bekannten Ätzsubstanzen, vorgenommen.
Eine solche Ätzsubstanz ist z. B."CP-4" (konzentrierte Salpetersäure, 5 Volumsteile ; konzentrierte Flusssäure, 3 Volumsteile ; Eisessigsäure, 3 Volumsteile, und flüssiges Brom, 10 Tropfen auf 50 cm3 des
Säuregasgemisches.
Der nächste Schritt der Herstellung der elektronischen Schaltungsgruppe besteht in der Beschichtung des ganzen Blockes mit einem Isolierüberzug 20. Wenn die zu überziehenden Stellen auch nur jene sind, an denen die zuvor erwähnten Widerstandsschichten bzw. Leiterschichten angeordnet werden sollen, so ist in den Figuren gezeigt, dass die Isolierschicht den ganzen Körper überziehen kann, nachdem es auch leichter ist, die Schicht in dieser Weise anzuordnen. Nach der Aufbringung der Isolierschicht werden durch diese kleinen Öffnungen an den Emitter-, Basis- und Kollektor-Elektroden 12,13 und 11 hindurchgeätzt, so dass die Verbindungen zu diesen hergestellt werden können. Diese kleinen Öffnungen werden in irgendeiner der vielen, verschiedenen Arten, die bekannt sind, hergestellt.
Eine dieser üblichen Arten besteht darin, dass die ganze Oberseite des Teiles mit einer lichtempfindlichen Schicht überzogen wird, welche sodann durch eine Maske hindurch belichtet wird, die an jenen Stellen, an denen die Öffnungen gebildet werden sollen, undurchlässigestellen aufweist. Die Einheit wird sodann gewaschen, um das lichtempfindliche Material von den unbelichteten Stellen an Emitter, Basis und Kollektor zu entfernen. Sodann wird die Einheit in Verbindung mit einer Ätzlösung gebracht, welche so wirkt, dass sie durch die Isolierschicht hindurchätzt undAusnehmungen der gewünschten Tiefe bildet. Nach der Durchführung dieser Verfahrensschritte wird das noch vorhandene lichtempfindliche Material durch Eintauchen in Methylenchlorid entfernt.
Nunmehr wird die Einheit an ihrer Oberfläche mit Ausnahme jener Stellen, an denen die Ausnehmungen ausgeätzt worden sind, mechanisch abgedeckt, und ein Material der üblichen Art zur Herstellung ohmscher Kontakte wird aufgedampft oder in anderer Weise in die Vertiefungen hineingebracht. Nachdem auf diese Weise etwa ein npn-Transistor gebildet worden ist, wird eine Maske verwendet, um die ganze Oberfläche mit Ausnahme der Emitter- und Kollektorvertiefungen abzudecken und mit Antimon dotiertes Gold oder ein anderes entsprechendes Material wird durch die Maske hindurch aufgedampft oder sonstwie in die Vertiefungen gebracht. Darauf wird die ganze Oberfläche mit Ausnahme der Stelle der Vertiefung an der Basis abgedeckt, und in diese Vertiefung wird ein Material zur Herstellung eines ohmschen Kontaktes, wie etwa Aluminium, durch Verdampfen oder sonstwie eingebracht.
Nachdem auch dieser Verfahrensschritt durchgeführt worden ist, wird die ganze Einheit auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, bei welcher das aufgebrachte Material mit der Basis, dem Emitter und dem Kollektor Legierungen bildet, wodurch eine einwandfreie ohmsche Kontaktgabe erreicht wird. Nachdem die Herstellung ohmscher Kontakte an Halbleitereinrichtungen durch Legierungsbildung durchaus bekannt ist, wird hier keine weitere Erklärung von Einzelheiten gegeben.
Nachdem die oben angeführten ohmschen Kontakte gebildet worden sind, können als nächstes die Widerstandsschichten sowie die hochleitfähigen Schichten aufgebracht werden. Für das beschriebene Ausführungsbeispiel soll angenommen werden, dass zunächst die hochleitfähigen Schichten aufgebracht werden. Hiezu wird eine Maske auf die Oberseite des Teiles gelegt, welche lediglich jene Teile freilässt, welche mit den Bezugsziffern 15,23, 17, 2,3, 5 bezeichnet sind sowie die den unteren Belag des Kondensators C bildende Platte 8. Nunmehr wird irgendein hoch leitfähiges Material, wie etwa Gold oder Kupfer, im Vakuum aufgedampft, wie diese Technik im Buche "Vakuum Deposition of Thin Films" von Holland, herausgegeben von John Wiley & Sons, New York, 1958, beschrieben ist.
An den bezeichneten Stellen wird eine verhältnismässig dicke Schicht niedergeschlagen, um einen möglichst geringen Widerstand zu erzielen.
Nachdem die Schicht niedrigen Widerstandes aufgebracht worden ist, wird die Oberseite durch eine andere Maske abgedeckt, durch welche hindurch eine verhältnismässig dünne Schicht von Material hohen Widerstandes, wie etwa "Nichrome" (800/0 Ni und 201o Cr), an den Stellen 9,10 und 16 aufgebracht wird.
Jetzt wird die ganze Oberfläche mit einem Material abgedeckt, welches sowohl als Dielektrikum für den Kondensator C als auch als Schutzschicht dient. um die Metallschichten vor der Oxydation und Zerstörung zu schützen. Diese Dielektrikum-Schicht ist in Fig. 1 so dargestellt, als bedeckte sie nur die mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnete Stelle, um hiedurch das Verständnis der Fig. 1 zu erleichtern. Wenn es tatsächlich gewünscht werden sollte, nur die mit 7 bezeichnete Stelle zu überziehen, so müsste
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eine Maske mit einer rechteckigen Öffnung an der Stelle des Rechteckes 7 verwendet werden, um die übrigen Flächenteile vor dem Überzogenwerden zu bewahren.
Nach der Aufbringung des Dielektrikums werden die mit den Ziffern 4 und 6 bezeichneten Flächen mit einem hoch leitfähigen Material überzogen, wie es etwa auch für die Erzeugung der Schicht 8 verwendet worden ist, und damit ist der Kondensator bereits fertig.
Obgleich die Ausführungsform nach der Fig. 1 keine Induktivität enthält, so ist es für den Fachmann klar. dass die Lehren der beschriebenen Erfindung auch zur Herstellung von Induktivitäten Anwendung finden können. Für die ins Einzelne gehende Erklärung der Art, in welcher Induktivitäten in Form von Spiralen auf einer ebenen Oberfläche hergestellt werden können, wird auf die Seiten 17 und 18 des Büchleins "Printed Circuit Techniques" von Cledo Brunetti und Roger Curtis, National Bureau of Standards, circular 468, herausgegeben am 15. November 1947, verwiesen.
Es ist also ersichtlich, dass, die ganze Einrichtung. wie sie in den Fig. l, 3 und 4 abgebildet ist. in
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Es ist auch klar, dass die Wesenszüge des einleitend angeführten Prinzips der Herstellung aktiver und passiver Schaltungselemente in einem einzigen Halbleiterblock in vorteilhafter Weise mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung vereinigt werden können, um eine Schaltungseinheit zu bilden, welche die Vorteile und charakteristischen Merkmale beider Erfindungsgegenstände zu eigen hat. So können z. B. die aktiven Halbleiterelemente, die nicht kritischen Widerstände und die verschiedenen Kondensatoren in der oben beschriebenen Art hergestellt werden, während die Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, welche hohe Stabilität aufweisen müssen, in der hier beschriebenen Art erzeugt werden können.
Die Verbindungen zwischen diesen Elementen können durch Ätzen von Öffnungen in der Isolierschicht an den gewünschten Stellen und durch Ablagern von Material, wie es üblicherweise zur Herstellung von ohmschen Kontakten Verwendung findet, erzeugt werden.
Wenngleich die dargestellte Ausführungsform, die in der vorliegenden Beschreibung genau erklärt ist, sich auf das in Fig. 2 gezeigte Schaltbild bezieht, ist es für den Fachmann klar, dass die verschiedensten ändern Schaltungen in der gleichen Weise verwirklicht werden können. Viele Anpassungen, Angleichungen und Abänderungen können so durchgeführt werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung überschritten werden müsste.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung von sehr geringen Abmessungen, welche einen Halbleiterblock mit einem aktiven Schaltungselement (beispielsweise einem Transistor) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Halbleiterblock (19) eine Isolierschicht (20) aufgebracht wird und dass passive elektrischeElemente (Cl, Rl, R und rus) auf dieser Schicht nahe dem aktiven Element (14) gebildet werden.