DE1564860A1 - Method of manufacturing semiconductor devices - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von HalbleitervorriohtungenProcess for manufacturing semiconductor devices
Die Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbesondere miniaturisierte elektronische Schaltungen, bei welchen alle, erforderlichen Schaltkomponenten auf einem gemeinsamen Substrat vereinigt sind, jedoch voneinander elektrisch isoliert gehalten werden.The invention relates to integrated circuits, and more particularly miniaturized electronic circuits, in which all necessary switching components on are combined on a common substrate, but are kept electrically isolated from one another.
Die starke Zunahme des Interesses an der Mikrominiaturisierung und insbesondere auf dem Gebiet der Elektronik, welche allgemein als1 Mikroelektronik bezeichnet wird, spiegelt sich bei den Halbleitern in der raschen Entwicklung integrierter Schaltungen wider. Unter integrierter Schaltung ist die Bildung einzelner aktiver und/oder passiver Schaltkomponenten für eine elektronische Schaltung auf einem einzigen Stück aus Halbleiter-The strong increase in interest in the micro-miniaturization and especially in the field of electronics, which generally regarded as one Microelectronics is called, is reflected in the semiconductors in the rapid development of integrated circuits. An integrated circuit is the formation of individual active and / or passive switching components for an electronic circuit on a single piece of semiconductor
Dr.Ha/MaDr Ha / Ma
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material,material,
material, vorzugsweise aus einem Einkristall, zu verstehen, wobei die einzelnen Komponenten unter Bildung der gewünschten SohaLtfunktion miteinander verbunden sind. Wenn indessen eine Anzahl von Transistoren und Widerständen in einem einzigen Substrat gebildet werden soll, wobei das Substrat die Kollektorzone jedes Transistors bildet, müssen für viele Schaltzwecke die Transistoren voneinander isoliert gehalten werdea, um zu vermeiden, dass die Kollektoren zusammengeschaltet sind; auch müssen die Transistoren von den Widern fänden Isoliert sein. Die Erzielung einer ausreichenden Isolierung zwischen diesen Komponenten bildete eine der Hauptaufgaben in der Entwicklung integrierter schaltungen.material, preferably made of a single crystal, to be understood, with the individual components under formation connected to each other in terms of the desired support function are. Meanwhile, if a number of transistors and resistors are formed in a single substrate where the substrate forms the collector zone of each transistor, the transistors must for many switching purposes kept isolated from each other to avoid the collectors being interconnected; the transistors must also be isolated from the resistors be. Achieving adequate insulation between these components was one of the main tasks in the development of integrated circuits.
Zur Lösung dieses Problems wurden viele Methoden entwickelt, die jedoch alle gev/isse Nachteile besitzen. Bei einem solchen Verfahren, welches als P-N Übergangsisolierung bezeichnet wird, wird eine Reihe von Inseln aus einem HalbleitermateriaL von bestimmtem Leitfähigkeitstyp in einem Substrat aus einem Material von dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet und das Substrat wird in Bezug auf den Rest der Schaltung so vorgespannt, dass der die Inseln von dem Substrat trennende Übergang nie in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Die Inseln bilden die Kollektorzonen, von Transistoren undMany methods have been developed to solve this problem, but all of them have various disadvantages. One such process, referred to as P-N junction isolation, creates a series of islands made of a semiconductor material of a certain conductivity type formed in a substrate of a material of the opposite conductivity type and that The substrate is biased with respect to the rest of the circuit so that that separates the islands from the substrate The transition is never biased in the forward direction. The islands form the collector zones, of transistors and
909842/0 855 anschliesgend 909842/0 855 then
anschliessend werden in diese Inseln Diffusionen unter Bildung der Basis- und Emitterzonen vorgenommen. Das Hauptproblem bei dieser Methode besteht jedoch darin, dass die Eigenkapazität der Isolierungsübergänge bei hohen Frequenzen eine unerwünschte Kopplung erzeugt. Auch müssen die Schaltungen und die Vorspannungswerte so ausgelegt werden, dass mit Sicherheit die Isolierübergänge unter normalen Betriebsbedingungen nie in Durchlassrichtung vorgespannt sind. Selbst wenn die Übergänge in Sperrichtung vorgespannt sind, können durch Kriechströme und durch Ansammlung von Ladungsträgern an dem Isolierübergang unerwünschte Effekte auftreten.Subsequently, diffusions take place in these islands Formation of the base and emitter zones made. That However, the main problem with this method is that the self-capacitance of the isolation junctions creates an undesired coupling at high frequencies. The circuits and the bias values must also be designed in such a way that the insulating transitions are safe are never forward biased under normal operating conditions. Even if the Transitions that are biased in the reverse direction can be caused by leakage currents and the accumulation of charge carriers undesirable effects occur at the insulating transition.
Bei einer anderen zur Isolierung vorgeschlagenen Methode bestehen die Isolierinseln, in welche die Komponenten anschliessend eingebaut werden, aus dem ursprünglichen Plattchenmaterial. Die Isolierung erfolgt dann durch selektive Eindiffusion von Material vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp von jeder Seite des Plättchens aus und vollständig durch das Plättchen hindurch, so dass sich die Diffusionsfronten schneiden. Ein Nachteil bei diesem Verfahren besteht darin, dass die Diffusionen durch das Plättchen hindurch dünne Plättchen und lange Diffusionszeiten bei hohen Oberflächenkonzentrationen erfordern, was eine hohe Isolationskapazität ergibt.Another method proposed for insulation consists of the insulating islands into which the components are placed can then be installed from the original panel material. Isolation is then carried out by selective diffusion of material of opposite conductivity type from each side of the wafer and completely through the plate so that the diffusion fronts intersect. One disadvantage with this Method consists in that the diffusions through the platelet require thin platelets and long diffusion times at high surface concentrations, which results in a high insulation capacity.
909842/0855 Bei909842/0855 At
Bei einer weiteren, in der USA-Patentschrift 3 158 788 beschriebenen Methode wird an der Seite des Halbleiterkörpers neben den Schaltelementen und Zwischenverbindungen ein Halter angebracht und zur Isolierung der Schaltelemente wird Halbleitermaterial entfernt. Bei einer solchen Anordnung sind die Zwischenverbindungen jedoch in der Regel den Anschlussdrähten nicht zugänglich, da sie von dem Halter überdeckt werden, und die Zuführungen müssen verhältnismässig dick sein, um an dem Halter vorbei zu verlaufen.Another, U.S. Patent 3,158,788 method described is on the side of the semiconductor body next to the switching elements and interconnects a holder is attached and semiconductor material is removed to isolate the switching elements. At a Such an arrangement, however, the interconnections are usually not accessible to the connecting wires, since they are covered by the holder, and the leads must be relatively thick in order to be attached to the holder to run past.
Unter Berücksichtigung dieser Schwierigkeiten betrifft die vorliegende Erfindung die Schaffung einer verbesserten Isoliermethode, wobei alle erforderlichen Schaltkomponenten einer integrierten Schaltung durch ein gemeinsames Substrat vereinigt und doch elektrisch isoliert voneinander sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer integrierten Schaltung, bei welcher die Schaltkomponenten durch das Substrat, auf welchem sie gebildet sind, elektrisch voneinander isoliert sind? die Isoliermittel besitzen dabei keine hohe Eigenkapazität, so dass die jeweilige integrierte Schaltung bei sehr hohen Frequenzen verwendet und sehr schnell geschaltet werden kann. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Halbleitervorrichtung, bei welcher eine Einkristallzone oder sehr kleine Zonen in oder auf einem Halbleitersubstrat,With these difficulties in mind, the present invention is directed to providing an improved one Isolation method, whereby all the necessary switching components of an integrated circuit by a common Substrate are united and yet electrically isolated from one another. Another object of the invention is the creation of an integrated circuit in which the switching components through the substrate on which they are formed, are electrically isolated from each other? the isolating agents do not have a high inherent capacity, so that the respective integrated circuit is used at very high frequencies and switched very quickly can be. Another object is to provide a semiconductor device having a single crystal region or very small zones in or on a semiconductor substrate,
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jedoch isoliert davon, in einfacher Weise gebildet werden können; insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung einer solchen Vorrichtung, bei welcher leitende Zuführungen über die Oberfläche des Substrats in Form eines zusammenhängenden Films ausgebreitet werden können.but isolated from it, formed in a simple manner can be; in particular, the invention relates to the manufacture of such a device in which conductive leads spread over the surface of the substrate in the form of a continuous film can be.
Zur Durchführung der Erfindung werden zunächst alle erforderlichen Schaltkomponenten in einem einkristallinen Halbleiterplättchen gebildet, welches auf einem isolierenden Substrat auf bekannte Weise montiert ist; danach werden zwischen den verschiedenen Schaltkomponenten unter Bildung der gewünschten Schaltfunktion Zuführungen und Zwischenverbindungen erzeugt, worauf man zwischen all den verschiedenen, miteinander verbundenen Schaltkomponenten Kanäle oder Wälle ätzt, um das Halbleitermaterial rund um und unterhalb der Zuführungen und Zwischenverbindungen bis herunter zu dem isolierenden Substrat zu entfernen. Infolgedessen sind alle einzelnen, miteinander verbundenen Komponenten durch die geätzten Wälle oder Kanäle und durch das isolierende Substrat voneinander isoliert. Obwohl diese Methode besonders bräuchbar zur Herstellung integrierter Schaltungen ist, eignet sie sich doch auch zur Herstellung einzelner Transistoren oder dergleichen, die bei sehr hohen Frequenzen betrieben werden können. 9098 42/08 5 5 To carry out the invention, all the necessary switching components are first formed in a single-crystal semiconductor die which is mounted in a known manner on an insulating substrate; then leads and interconnections are created between the various switching components to form the desired switching function, whereupon channels or walls are etched between all the various interconnected switching components in order to remove the semiconductor material around and below the leads and interconnects down to the insulating substrate . As a result, all of the individual, interconnected components are isolated from one another by the etched walls or channels and by the insulating substrate. Although this method is particularly useful for making integrated circuits, it is also suitable for making individual transistors or the like that can be operated at very high frequencies. 9098 42/08 5 5
Diethe
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Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail by the following description in conjunction with the drawing. In the drawing show:
fig. 1 bis 4- schaubildliche Schnittansichten eines Halbleiterplättchens in den ersten Stadien der erfindungsgemässen Herstellung einer integrierten Schaltung,fig. 1 to 4 are diagrammatic sectional views of a semiconductor die in the first stages of FIG inventive production of an integrated Circuit,
Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung eines kleinen Ausschnitts aus dem Plättchen von Pig. 1 bis 4,5 shows a diagrammatic representation of a small section from the Pig's plate. 1 to 4,
Fig. 6 und 7 Schnittansiehten eines Teils des Ausschnitts von Fig. 5 entlang der Linie 6-6, woraus spätere Stadien des erfindungsgemässen Verfahrens zu ersehen sind,FIGS. 6 and 7 are sectional views of part of the detail of Fig. 5 along the line 6-6, from which later stages of the method according to the invention can be seen are,
Fig. 8 eine sohaubildliche Barstellung der fertigen Vorrichtung von Fig. 1 bis 7 vor der elektrischen Isolierung der einzelnen, miteinander verbundenen Schaltkomponenten voneinander,8 shows a top view of the finished device 1 to 7 before the electrical insulation of the individual interconnected Switching components from each other,
Fig. 9 eine schaubildliche Barstellung der fertigen Vorrichtung von Fig. 8 nach Burchführung der erfindungsgeraässen Isolierung,FIG. 9 shows a diagrammatic representation of the finished device from FIG. 8 after the implementation of the invention Insulation,
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Fig» 10 eine Schnittansicht eines Teils der fertigen Schaltung von Fig. 9 entlang der Linie 10-10,Figure 10 is a sectional view of a portion of the finished Circuit of Fig. 9 along line 10-10,
Fig. 1t ein Sehaltdiagramm der in dem in Fig. 8 gezeigten Ausschnitt enthaltenen integrierten Schaltung, undFIG. 1t is a level diagram of that shown in FIG Cutout included integrated circuit, and
Fig. 12 eine schaubildliche Darstellung im Schnitt, welche die erfindungsgemässe Herstellung eines einzigen Hochfrequenztransistors zeigt.Fig. 12 is a diagrammatic sectional view showing the inventive production of a single Shows high frequency transistor.
Fig. 1 erläutert die erste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens. Als Ausgangsmaterial dient ein Plättchen 10 aus einem einkristallinen N+ Halbleitermaterial mit geringem spezifischem Widerstand, z.B. Silicium, dessen Widerstand etwa 0,010 bis 0,025 Ohm.cm beträgt. Dieses Plättchen kann einen Durchmesser von etwa 25 mm und eine Dicke von etwa 0,25 mm besitzen. Die Ober- und Unterseite des Plättchens 10 sind mit Isolierüberzügen 11 bzw. 12, z.B. aus Siliciumoxyd, versehen; diese Überzüge sind auf übliche Weise erhalten und besitzen eine Dicke von vielleicht 10 000 Ä· Die Oxydüberzüge 11 und 12 können z.B. thermisch gewachsen sein, indem man das Plättchen 10 lange genug bei etwa 12000C Wasserdampf aussetzte. Eine andere Methode zur Bildung der Oxydschichten 11 und 12 besteht in der1 explains the first stage of the method according to the invention. A platelet 10 made of a monocrystalline N + semiconductor material with a low specific resistance, for example silicon, the resistance of which is approximately 0.010 to 0.025 ohm.cm, is used as the starting material. This plate can have a diameter of about 25 mm and a thickness of about 0.25 mm. The top and bottom of the plate 10 are provided with insulating coatings 11 and 12, for example made of silicon oxide; these coatings are obtained in the usual way and have a thickness of perhaps 10,000 Å. The oxide coatings 11 and 12 can, for example, have grown thermally by exposing the platelet 10 to water vapor at about 1200 ° C. for a long enough time. Another method of forming the oxide layers 11 and 12 consists in the
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"oxydativen" Technik, wobei Sauerstoff und Tetraäthoxysilan in Dampfform bei 250 bis 5000C in Anwesenheit des Plättohens 10 miteinander umgesetzt werden. Die Reaktionsmisohung erhält man, indem man Sauerstoff bei Raumtemperatur durch flüssiges Tetraäthoxysilan perlen lässt, dann die Gasmisohung mit überschüssigem Sauerstoff vereinigt und in einen das Plättchen 10 enthaltenden Röhrenofen leitet, wo die Oxydation erfolgt. Das dabei gebildete Siliciumoxyd schlägt sich auf der Ober- und Unterseite des Plättchens 10 nieder. Der Vorteil dieses letzteren Verfahrens liegt in den verhältnismässig niedrigen Temperaturen, bei welchen gleichmässige Oxydüberzüge gebildet werden können."oxidative" technique in which oxygen and tetraethoxysilane in the form of vapor at 250 to 500 0 C in the presence of 10 Plättohens reacted together. The reaction mixture is obtained by bubbling oxygen through liquid tetraethoxysilane at room temperature, then combining the gas mixture with excess oxygen and passing it into a tube furnace containing the plate 10, where the oxidation takes place. The silicon oxide formed is deposited on the top and bottom of the plate 10. The advantage of this latter process lies in the relatively low temperatures at which uniform oxide coatings can be formed.
Die nächste, in Pig. 2 dargestellte Stufe der Erfindung besteht darin, dass das mit Oxyd überzogene Plättchen 10 in einen epitaktischen Reaktor kommt, wo die oberste Schicht 13>erzeugt wird, welche gegebenenfalls später das Substrat bildet. In dem Reaktor wird eine Schicht 13 aus Halbleitermaterial auf die Oberseite des mit Oxyd überzogenen Plättchens 10 aus dem Dampfzustand niedergeschlagen. Die gebräuchlichste Methode zur Dampfniederschlagung ist die Wasserstoffreduktion von Silioiumtetrachlorid, welche dem Fachmann bekannt ist und keiner näheren Erläuterung bedarf. Die Schicht 13 kann K-leitend, P-leitend oder eigenleitend sein und die tatsächliche Kristallorien-The next, in Pig. The stage of the invention shown in FIG. 2 consists in that the oxide-coated plate 10 comes into an epitaxial reactor, where the uppermost layer 13> is produced, which optionally later forms the substrate. In the reactor a layer 13 of semiconductor material is placed on top of the oxide coated chip 10 is deposited from the steam state. The most common method of vapor deposition is the hydrogen reduction of silicon tetrachloride, which is known to the person skilled in the art and no further details Needs explanation. The layer 13 can be K-conductive, P-conductive or be intrinsic and the actual crystal
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tisrangtisrang
' tierung der Halbleiterschicht 13 ist nicht wichtig, da ihre primäre Punktion darin besteht, einen Träger oder eine Basia zu bilden, auf welcher die verschiedenen Komponenten der integrierten Schaltung gebildet werden. Da die Schicht 13 auf dem Oxydüberzug 11 niedergeschlagen wird, ist sie jedoch höchstwahrscheinlioh entweder polykristallin oder amorph und nicht einkristallin. Die Dicke der Schicht 13 soll zur Erleichterung der Handhabung ohne Bruch etwa 0,175 bis 0,2 mm betragen. Das Gebilde von Fig. 2 wird dann einer Iiäpp- und Polierbehandlung unterworfen, um die Oxydschioht 12 und fast das gesamte N+leitende Halbleitermaterial 10 mit geringem Widerstand mit Ausnahme eines dünnen, etwa 0,025 mm dicken Anteils zu entfernen. Das geläppte und polierte Gebilde wird dann um 180° gedreht} dieses Gebilde ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Schicht 13 jetzt das Substrat bildet und das Halbleitermaterial 10 mit geringem spezifischem Widerstand von diesem Substrat duroh die Oxydsohioht 11 getrennt ist.The orientation of the semiconductor layer 13 is not important, since their primary puncture is to form a support or basia on which the various Components of the integrated circuit are formed. Since the layer 13 is deposited on the oxide coating 11 however, it is most likely either polycrystalline or amorphous and not single crystalline. The thickness of the layer 13 should be about 0.175 to 0.2 mm to facilitate handling without breaking. The structure of Figure 2 then undergoes a lapping and polishing treatment subjected to the Oxydschioht 12 and almost the entire N + conductive semiconductor material 10 with little Resistance to remove except for a thin portion about 0.025mm thick. The lapped and polished The structure is then rotated by 180 °} This structure is shown in FIG. 3, the layer 13 now being the The substrate forms and the semiconductor material 10 with a low specific resistance of this substrate duroh the Oxydsohioht 11 is separated.
Als nächste Verfahrensstufe wird das Gebilde von Fig. einer epitaktisohen Niederschlagung unterworfen, wobei, wie dies Fig. 4 zeigt, eine Schicht 14 aus N-leitendem Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand auf der Sohioht 10 mit niedrigem spezifischem Widerstand niedergeschlagen wird. Die Sohioht 14 mit hohem WiderstandAs the next process step, the structure of Fig. Is subjected to an epitaxial precipitation, wherein, as shown in FIG. 4, a layer 14 of N-conductive High resistivity semiconductor material on the low resistivity substrate 10 being knocked down. The Sohioht 14 with high resistance
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dientserves
dient jetzt als eine Zone, in welcher zur Herstellung verschiedener Komponenten einer integrierten Schaltung anschliessend Diffusionen vorgenommen werden oder auf weloher epitaktisohe Niederschlagungen gemacht werden können.now serves as a zone in which to manufacture different components of an integrated circuit then diffusions are made or on from which epitaxial crackdowns are made can.
In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 5 verwiesen, wo ein kleiner Ausschnitt aus dem in Pig. 4 dargestellten Plättchen mit 20 bezeichnet ist? dieser Ausschnitt oder dieses Plättchen 20 wird von einer integrierten Schaltung besetzt. Bas ursprüngliche Plättchen würde in ungeteilter Form dutzende oder sogar hunderte von Ausschnitten, wie der Ausschnitt 20, enthalten. Eine Oxydschioht 15, z.B. aus Silioiumoxyd, wird auf der Oberseite des Plättchenaussohnitts 20 gebildet, so dass sie vollständig die Schicht 14 mit hohem Widerstand deckt· Unter Anwendung photographisoher Maskierungs- und Ätztechniken, die dem Fachmann bekannt sind, werden bestimmte Teile der Oxydschicht 15 in Form der Muster 30 bis 34 (s· Fig· 5) entfernt, so dass entsprechende Teile der Schicht 14 mit hohem Widerstand unterhalb der Oxydschicht 15 freiliegen. Eine Querschnittsansioht durch einen Teil des Plättchens 20 ist in Fig. 6 gezeigt. Es sei bemerkt, dass die freigelegten Teile des Jubstrats 14 mit hohem Widerstand die Bereiohe bilden, in welche jetzt anschliesaende Diffusionen zur Erzeugung der verschiedenen Komponenten einer integrierten Sftha^ftinfc vorgenommen werden.In this connection, reference is made to Fig. 5, where a small excerpt from the in Pig. 4 shown Plate is marked with 20? this cutout or this plate 20 is from an integrated circuit occupied. Bas original platelets would in undivided form dozens or even hundreds of cutouts, such as the cutout 20 included. An oxide layer 15, e.g. 20 so that it completely covers the high resistance layer 14 · Using photographic masking and etching techniques similar to Are known to those skilled in the art, certain parts of the oxide layer 15 are removed in the form of the patterns 30 to 34 (see Fig.5), so that corresponding parts of the high resistance layer 14 are exposed below the oxide layer 15. A cross-sectional view through part of the lamina 20 is shown in FIG. It should be noted that the exposed Parts of the substrate 14 with high resistance form the regions into which now subsequent diffusions to generate the various components of an integrated Sftha ^ ftinfc.
Jig. 7Jig. 7th
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer fertigen integrierten Schaltung mit einem NPN-Transistor T-. und einem Widerstand H^, welche durch Diffusion in der N-leitenden Schicht gebildet wurden. Eine P-leitende, diffundierte Zone bildet die Basis des Transistors, während eine längliche P-leitende, gleichzeitig mit der Basis gebildete Zone den Widerstand R1 bildet. Eine N-leitende, diffundierte Zone bildet die Emitterzone des Transistors T... Für die Diffusion wird eine Siliciumoxydmaskierung verwendet, so dass die Oxydsohicht 15 in der fertigen Vorrichtung eine abgestufte Form aufweist. Wo ein Anschluss erforderlich ist, werden in dem Oxyd Öffnungen angebracht, über dem Oxyd wird dann ein Metallfilm niedergeschlagen und unter Bildung der gewünschten Anschlüsse und Zwischenverbindungen selektiv entfernt. Die Zwischenverbindung 21 verbindet so die Basis des Transistors T.. mit einem Ende des Widerstands R- und die metallischen Bereiche 25 und 26 bilden den Emitterbzw. Kollektoranschluss. Zur Erzielung eines Kontakts mit geringem Widerstand mit der Kollektorzone des Transistors Τ., mag es zweckmässig sein, zuerst eine N+-Zone mit geringem Widerstand durch Diffusion an der Stelle7 shows a sectional view of part of a finished integrated circuit with an NPN transistor T-. and a resistor H ^ formed by diffusion in the N-type layer. A P-conducting, diffused zone forms the base of the transistor, while an elongated P-conducting zone, formed at the same time as the base, forms the resistor R 1. An N-conducting, diffused zone forms the emitter zone of the transistor T ... A silicon oxide masking is used for the diffusion, so that the oxide layer 15 has a stepped shape in the finished device. Apertures are made in the oxide where a connection is required and a metal film is then deposited over the oxide and selectively removed to form the desired connections and interconnections. The interconnection 21 thus connects the base of the transistor T .. with one end of the resistor R- and the metallic areas 25 and 26 form the emitter or. Collector connection. To achieve a contact with low resistance with the collector zone of the transistor Τ., It may be useful to first create an N + zone with low resistance by diffusion at the point
zu bilden, wo die Zuführung 26 einen Ohm'sehen Kontakt tto form where the lead 26 makes an ohmic contact t
ergeben soll*should result *
Diethe 9 0 984 2/08 5 59 0 984 2/08 5 5
Die Bildung von Zuführungen oder Zwischenverbindungen, beispielsweise 21, 25 und 26, kann auf übliche bekannte Weise, z.B. durch Vakuumaufdampfung, erfolgen und die Zuführungen selbst können aus jedem geeigneten Material bestehen. Gemäss einer bevorzugten Ausführung verwendet man jedoch für die Zuführungen oder Zwischenverbindungen ein Material, welches durch seine Anwesenheit die Halbleitervorrichtung nicht verschlechtert, sich in die anderen Behandlungen, denen die Vorrichtung unterworfen wird, gut einfügt und ein Arbeiten mit sehr kleinen geometrischen Abmessungen erlaubt. In dem spezifischen Fall von Siliciumhalbleitervorrichtungen müssen Kontakte und Zwischenverbindungen gefunden werden, welche gut an Silicium und den Siliciumoxydoberflachen haften, ohne jedoch damit ungünstig zu reagieren, welche mit den gebräuchlichen Photomaskierungsmaterialien und Ätzmethoden zusammen verwendet werden können, welche einen Ohm1sehen elektrischen Anschluss mit geringem Widerstand mit Silicium ergeben, welche leicht durch Metallaufdampfung angebracht werden können, welche eine hohe Leitfähigkeit besitzen und mit Golddrähten verbunden werden können. Eine Metallkombination, welche in nahezu einzigartiger Weise alle vorstehenden Aufgaben erfüllt, ist Molybdän und Gold. Demgemäes wird zunächst ein dünner Molybdänfilm auf die ganze Oberfläche des Siliciumplättchens 20 mit dem Silioiumoxydüberzug 15 und den eingeätzten Kontaktstellen aufge-The formation of leads or interconnections, for example 21, 25 and 26, can be carried out in a conventionally known manner, for example by vacuum evaporation, and the leads themselves can consist of any suitable material. According to a preferred embodiment, however, a material is used for the leads or interconnections which, by its presence, does not degrade the semiconductor device, blends in well with the other treatments to which the device is subjected and allows working with very small geometrical dimensions. In the specific case of silicon semiconductor devices, contacts and interconnects must be found which adhere well to silicon and the silicon oxide surfaces without, however, reacting unfavorably with them, which can be used in conjunction with the common photo masking materials and etching methods which see an ohm 1 electrical connection with little Resistance results with silicon, which can easily be applied by metal vapor deposition, which have high conductivity and can be connected with gold wires. A combination of metals, which fulfills all of the above tasks in an almost unique way, is molybdenum and gold. Accordingly, a thin molybdenum film is first applied to the entire surface of the silicon wafer 20 with the silicon oxide coating 15 and the etched contact points.
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bracht.brings.
• bracht. Dann wird das Molybdän mit einem dünnen Goldfilm bedeckt und anschliessend werden das Gold und das Molybdän an den unerwünschten Stellen weggeätzt, so dass das gewünschte Anschluss- und Verbindungsmuster 21, 25 und 26 auf der Siliciumoberfläohe und auf dem Oxyd zurückbleibt. • brought. Then the molybdenum is covered with a thin gold film and then the gold and the Molybdenum etched away at the unwanted places, so that the desired connection and connection pattern 21, 25 and 26 remains on the silicon surface and on the oxide.
Fig. 8 zeigt eine Draufsioht auf das Plättchen 20 nach Bildung der einzelnen Schaltkomponenten und nach Niederschlagung der Zuführungen und Zwischenverbindungen an den gewünschten Stellen. In diesem Verfahrensstadium sind die einzelnen Schaltkomponenten in dem Plättchen 20 gebildet, Jedooh noch nicht voneinander elektrisch isoliert. 8 shows a plan view of the plate 20 Formation of the individual switching components and after suppression of the feeds and interconnections at the desired locations. At this stage of the procedure are the individual switching components in the plate 20 formed, Jedooh not yet electrically isolated from each other.
Die elektrische Isolierung jeder der Schaltkomponenten von der anderen erfolgt, indem man eine Reihe von Kanälen oder Wällen bildet, welche jede Komponente vollständig umgeben, wie dies fig. 9 zeigt. Die verschiedenen Zuführungen zwischen den Komponenten überqueren dann die Kanäle unter Bildung der gewünschten Zwischenverbindungen.The electrical insulation of each of the switching components from the other is done by forming a series of channels or ridges which each component completely surrounded as this fig. 9 shows. The various feedings between the components then cross the channels to form the desired interconnections.
Die Bildung von Wällen oder Kanälen erfolgt nach der nachstehend in Bezug auf Pig. 10 beschriebenen photographisohen Maskierungs- und XtzmethodeV Pig. 10 stellt eine Teilsohnittansioht durch das Plättchen 20 durch dieThe formation of ramparts or canals takes place after the below in relation to Pig. 10 described photographisohen Masking and Xtz Method V Pig. 10 represents a partial sonittansioht by the plate 20 by the
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Kanälechannels
Kanäle 35 und 36 dar. Eine Schicht aus eine» JPhotöätzachutzmaterial der in den USA-Patentschriften 2 670 285, 2 670 286 und 2 670 287 beschriebenen Art oder der Art, wie es von der Eastman Kodak Company unter der Handelsbezeichnung "KMBR" oder "KTFR" beschrieben wird, wird auf die Oberseite des Plättchens 20 aufgebracht, wobei 11KTFR" bevorzugt wird. Bann bringt man auf diee© lichtempfindliche Ätzschutzschicht eine Photomaskiersing auf, welche die Bereiche, wo die Kanäle oder Wälle gebildet werden sollen, abdeckt; die nicht-maskierten Teile der Photoätzschutzschicht werden dann belichtet und photographisoh entwickelt. Die Oberseite des Plättchens 20 behandelt man dann mit Ätzmitteln, welche selektiv die Oxydschioht 15 und die darunter befindlichen Silieium-3ohichten 14 und 10 in den maskierten Bereichen bis herab zu der Oxydschicht 11 entfernen, wobei die Zuführungen und Zwischenverbindungen intakt bleiben und wobei sich die z.B. in Fig. 10 gezeigten Kanäle 35 und 36 bilden.Channels 35 and 36. A layer of a photo etch protective material of the type described in U.S. Patents 2,670,285, 2,670,286, and 2,670,287, or the type available from the Eastman Kodak Company under the trade designation "KMBR" or " KTFR "is applied to the top of the wafer 20, with 11 KTFR" being preferred. A photo masking ring is then applied to the photosensitive anti-etch layer which covers the areas where the channels or walls are to be formed; -masked parts of the photo-etch protection layer are then exposed and photographically developed. The upper side of the plate 20 is then treated with etching agents which selectively remove the oxide layer 15 and the silicon layers 14 and 10 underneath in the masked areas down to the oxide layer 11, the feeds and interconnections remaining intact and the channels 35 and 36 shown, for example, in FIG. 10 being formed.
Das jeweils verwendete Ätzmittel soll die Zuführungen und Zwisohenverbindungen nicht angreifen. So wurde beispielsweise eine integrierte Schaltung auf die beschriebene Weise mit aus Molybdän und Gold bestehenden Zuführungen oder Zwischenverbindungen hergestellt. JTaehd©« das Plättchen mit dem darin gebildeten Sohaltkomponenten mit derThe etchant used in each case should not attack the feeds and intermediate connections. For example, an integrated circuit in the manner described with leads made of molybdenum and gold or interconnections made. JTaehd © «the plate with the soalt components formed therein with the
909 8 42/0855 Photoätzsehutzachicht909 8 42/0855 Photo etching certificate
Photoätzschutzschicht und der Maskierung auf die beschriebene Art überzogen worden war, wurde die Oberseite des Plättchens 20 mit einem aus saurem Ammoniumbifluorid (NR-HFp) bestehenden chemischen Ätzmittel behandelt, welches selektiv Teile der SiIiciumoxydschicht 15 unterhalb den Zuführungen 21 und 26 entfernte (das Ausmass der Entfernung ist durch die gestrichelte Linie 15A dargestellt), Jedoch das darunter befindliche Silicium im wesentlichen nicht angriff. Die maskierte Oberfläche des Plättchens wurde dann mit einem aus einer Mischung von Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure bestehenden chemischen Ätzmittel behandelt, welches selektiv Teile der Silieiumschichten 14 und 10 unterhalb der gestrichelten Linien 15A entfernte, während der verbliebene Teil der Siliciumoxydschicht 15 und der Siliciumoxydschicht 11 nicht angegriffen wurde.Photo-etch protection layer and the masking on the described Art had been coated, the top of the wafer 20 was coated with an acid ammonium bifluoride (NR-HFp) treats existing chemical etchants, which selectively parts of the silicon oxide layer 15 below removed from inlets 21 and 26 (the extent of removal is shown by dashed line 15A), However, the silicon underneath was essentially not attacked. The masked surface the plaque was then washed with one of a mixture of nitric acid, hydrofluoric acid, and acetic acid Existing chemical etchant treated, which selectively parts of the silicon layers 14 and 10 below of the dashed lines 15A removed, while the remaining part of the silicon oxide layer 15 and the Silicon oxide layer 11 was not attacked.
Das erhaltene Gebilde ist in Fig. 10 dargestellt, wo e.B. die Komponenten T1 und R1 voneinander durch den Wall oder Kanal 36 und die Oxydschicht elektrisch isoliert sind und die Zuführung oder Zwischenverbindung 21 den Spalt zwischen diesen Schaltkomponenten überbrückt. Bei Anwendung der üblichen Metallniederschlagungsmethoden wird die Zwischenverbindung 21 durch das Ätzen nicht angegriffen und bleibt sehr fest, obwohl sie den Kanal 36 überbrückt. Die brücken-The structure obtained is shown in FIG. 10, where eB the components T 1 and R 1 are electrically isolated from one another by the wall or channel 36 and the oxide layer and the feed or interconnection 21 bridges the gap between these switching components. When the usual metal deposition methods are used, the interconnection 21 is not attacked by the etching and remains very strong, although it bridges the channel 36. The bridges-
909842/085:5*· bildenden909842/085: 5 * · educational
- IO - ·- IO - ·
bildenden Zuführungen hielten auch die weitere Bearbeitung aus, z.B. das Besprühen des Gebildes mit Alkohol unter hohem Druck zur Entfernung des verwendeten Photoätzschutzmaterials, ohne dass die freitragenden oder brückenbildenden Teile brachen. Gegebenenfalls kann man die Stärke der freitragenden Zuführungen noöh dadurch vergrössern, dass man durch eine geeignete Maskierung, z.B. aus KMER, elektrolytisch Gold aufplattiert, wodurch die Festigkeit vergrössert wird. Fig. 9 eeigt als als Erzeugnis des vorstehend beschriebenen Verfahren» erhaltene fertige Vorrichtung, wobei die Transistoren T. und Tg und die Widerstände R1, R3 und Rt vollständig voneinander durch das Plättchen 20isoliert sind und die aus einem Metallfilm bestehenden Zwisohenverbindungen eine logische Schaltung ergeben, wie dies sohematisch in Fig. 11 dargestellt ist.Forming feeds also withstood further processing, for example spraying the structure with alcohol under high pressure to remove the photo-etch protection material used without breaking the self-supporting or bridging parts. If necessary, the strength of the self-supporting leads can be increased by electrolytically plating gold by means of a suitable masking, for example made of KMER, which increases the strength. 9 shows the finished device obtained as a product of the method described above, the transistors T. and Tg and the resistors R 1 , R 3 and Rt being completely isolated from one another by the plate 20 and the interconnections consisting of a metal film forming a logic circuit as shown in FIG. 11.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf eine spezifische Methode und Ausführungsform beschrieben wurde, ist sie natürlich nicht darauf beschränkt* Das Grundprinzip der Erfindung besteht in der Isolierung einzelner, durch Zwischenverbindungen verbundener Sohaltkomponenten durch das Substrat, in welchem diese Komponenten durch Wegätzen bestimmter Teile des Materials zwischen ihnen mit chemischen Ätzmitteln gebildet wurden,Although the invention has been described above with reference to a specific method and embodiment it is of course not limited to this * The basic principle of the invention consists in the isolation of individual, connecting components connected by interconnections through the substrate in which these components are sandwiched by etching away certain parts of the material they were formed with chemical caustics,
909842/0855 welche 909842/0855 which
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
welche die Zwisohenverbindungen nicht angreifsn> Jede Methods oder Jedes Ätzmittel, welches diese Aufgabe- erfüllt, fällt ausser den beschriebenen in den Rahmen der Erfindung.which do not attack the interconnections Every method or every etching agent that fulfills this task falls within the scope except those described the invention.
Ausser zu der be schrieb en en Herstellung bestimmter integrierter Schaltungp$cann das erfindungsgemässe Verfahren natürlich auch zur Herstellung einer Vielzahl Ton Schaltelementen in einem einzigen Substrat Anwendung finden. Zum Beispiel können ausser Transistoren» Dioden und Widerständen andere Komponenten^ z.B. Metall csyclli&J.li-leitervorrichtungen, Feldeffekttransistoren und dielektrische Oxydkondensatoren erzeugt werden, welche unter Leistung der gewünschten Schaltfunktionen miteinander verbunden und dann gemäss der Erfindung vcaeinanäer elektrisch isoliert werden. Obwohl das als lusgangsmaterial dienende Plättchen in der beschriebene*! AusiuJirungsfcrm aus N+ Halbleitermaterial mit niedrigemspezifischen* Widerstand bestand, können doch auch P-Isitends Materialien und/oder solche mit hohem spezifischem Widerstand' Terwendet werden.Except for the described production of certain integrated Circuit can use the method according to the invention of course also for the production of a multitude of sound switching elements find application in a single substrate. For example, in addition to transistors, diodes and resistors, other components such as metal csyclli & J.li-conductor devices, Field effect transistors and dielectric Oxide capacitors are generated, which are connected to each other while performing the desired switching functions and then according to the invention vcaeinanäer electrically to be isolated. Although that is the starting material serving platelets in the described *! AusiuJirungsfcrm made of N + semiconductor material with low specific * If there was resistance, P-Isitend's materials can also do and / or those with high resistivity are used will.
Obwohl sich das vorstehend beschriebene Verfahren 'besonders für integrierte Schaltungen als geeignet erwiesen hat, eignet es sich doch auch zur Herstellung von einzsl- neiLt auf einem isolierenden Substrat angeordneten Vorrich-Although the above-described method 'particularly for integrated circuits has proven to be suitable, but it is suitable also for the preparation of einzsl- Lien t on an insulating substrate arranged Vorrich-
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tunken.dip.
tungen. In Bezug auf diese letztere AusfUhrungsform der Erfindung wird auf flg.12 verwiesen, welche einen SPH-Transistor 4-0 zeigt, der aus einer N-leitenden Kollektorsohioht 44, einer P-leitenden, diffundierten Basiszone 45 und einer N-leitenden diffundierten Smitterasone 46 'besteht. Der Transistor 40 ist auf dem Halbleitersubstrat 41 gebildet, von welohem er duroh die Oxydsohicht 42 in etwa der gleichen Weise getrennt ist, wie es vorstehend unter Bezug auf den Transistor 9?- von Pig. 1 bis 11 besohrieben wurde. Dieses Verfahren hinterlässt einen Oxydüberzug 57 auf der Oberseite des Plättchen©, welcher wegen der aufeinanderfolgenden Diffusionsbehandlungen allgestuft ist. Für Anwendungen bei hohen Frequenzen sind die geometrischen Abmessungen des aktiven Teils des Transistors 40 extrem klein; die Emitterzone 46 beträgt in einigen Fällenservices. With regard to this latter embodiment of the invention, reference is made to FIG. 12, which shows an SPH transistor 4-0, which consists of an N-conducting collector tube 44, a P-conducting, diffused base zone 45 and an N-conducting, diffused smitterasone 46 'consists. The transistor 40 is formed on the semiconductor substrate 41, from which it is separated by the oxide layer 42 in much the same way as described above with reference to the transistor 9? - by Pig. 1 to 11 was written. This process leaves an oxide coating 57 on the top of the wafer ©, which is all-stepped because of the successive diffusion treatments. For high frequency applications, the geometric dimensions of the active part of transistor 40 are extremely small; the emitter region is 46 in some cases
nur einige Hundertstel mil .only a few hundredths of a mil.
Die Kollektor-, Basis- und BmitteransohlÜsse dieses Transistors werden durch Metallstreifen 51 bzw. 56 bzw. 48 gebildet, welche in in den Oxydüberzug 57 eingeätzte öffnungen ragan und mit den entsprechenden Zonen einen Ohm'sehen Kontakt ergeben. Die Streifen enden jeweils in verbreiterte Auflagen 52, 55 und 49·The collector, base and transmitter soles of this transistor are formed by metal strips 51 or 56 or 48, which are etched into openings in the oxide coating 57 ragan and see an ohm with the corresponding zones Contact. The strips end in widened overlays 52, 55 and 49
Diese verbreiterte Kontaktanordnung ist für Hochfrequenzvorrichtungen wegen der vorstehend erwähnten extremen 909842/0855This broadened contact arrangement is for high frequency devices because of the extreme 909842/0855 mentioned above
KleinheitSmallness
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
Kleinheit der aktiven Zonen des Transistors 40 notwendig. Wenn die Kontakte nicht breiter sind als die aktiven Zonen, ist et$ nämlich unmöglich, diese Kontakte mit äusseren Zuführungsdrähten zu verbinden, weshalb die verbreiterten dünnen Streifen (welche mit den aktiven Zonen Kontakt haben) mit den verbreiterten Auflagen (welche die äuaseren Anschlüsse ergeben) erforderlich sind. Mit dieser verbreiterten Kontaktanordnung ist indessen ein kapazitiver Blindwiderstand verbunden, da die verbreiterten Kontakte über die Oxydschioht 57 verlaufen (welche als dielektrische Schicht wirkt); dieser kapazitive Blindwiderstand verursacht eine unerwünschte Kopplung bei hohen Frequenzen.Smallness of the active zones of the transistor 40 is necessary. If the contacts are not wider than the active zones, it is impossible to make these contacts with to connect the outer lead wires, which is why the widened thin strips (which are connected to the active Zones have contact) with the widened supports (which result in the outer connections) are. With this widened contact arrangement, however, a capacitive reactance is connected because the widened contacts extend over oxide film 57 (which acts as a dielectric layer); this capacitive reactance causes undesirable coupling at high frequencies.
TJm diese kapazitiven Effekte zu verringern, wird der Kanal oder der Wall 47 vollständig rund um die aktiven Teile des Transistors 40 geätzt, wie dies Fig. 12 zeigt, wodurch diese aktiven Zonen von den verbreiterten Auflagen und von wesentlichen Teilen der länglichen Metallstreifen isoliert werden. Die Bildung des Kanals 47 erfolgt auf die gleiche Weise wie vorstehend in Bezug auf Fig. 9 und 10 beschrieben. Man erhält infolgedessen einen Hochfrequenztransistor 40 mit kleinen geometrischen Abmessungen, bei welchem dünne, filmförmige, fortlaufende metallische Zuführungen von verschiedenen aktiven Zonen zu den jeweiligen Verbindungsstellen verlaufen, währendIn order to reduce these capacitive effects, the channel or wall 47 becomes completely active around it Portions of transistor 40 are etched as shown in FIG. 12, removing these active areas from the widened supports and isolated from substantial portions of the elongated metal strips. The channel 47 is formed in the same manner as described above with reference to Figs. As a result, you get one High-frequency transistor 40 with small geometrical dimensions, in which thin, film-shaped, continuous metallic leads run from various active zones to the respective connection points while
909842/0 85 5909842/0 85 5
gleichzeitigsimultaneously
gleichzeitig der mit einer solchen Anordnung veiläiihdene kapazitive Blindwiderstand auf einem Minimum geh&Iten wird. Um jede Kopplungskapazität nooh weiter im verringern, können in gleicher Weise auch Kanäle oder Wälle gebildet werden, welche vollständig jede der di© Verbindungsoder Anschlussstellen bildenden Auflagen umgeben und diese so voneinander isolieren.at the same time the one that is available with such an arrangement capacitive reactance kept to a minimum will. In order to further reduce any coupling capacity, channels or walls can also be formed in the same way, which completely cover each of the di © connection or Surrounding pads forming connection points and isolating them from one another.
Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne dass dadurch ihr Rahmen verlassen wird.The invention can be modified widely without departing from its scope.
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mSPECTEDmSPECTED
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' ORIGINAL !WSPECTEO 909842/0855
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