DE1614155A1 - Integrierte Schaltung mit sich ueberkreuzenden Verbindungsleitern - Google Patents

Description

PATENTANWALT D(PL-ING.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 ₂8. April 1Q67 1 R 1 L 1

Schn«d»nhohfr. 27-Τ·Ι.6ΐ 7079 * I W I *t I

Motorola, Inc, Franklin Park;, Illinois / TJSA

Integrierte Schaltung mit sich überkreuzenden Verbindungsleitern

Die Erfindung betrifft Halbleiteranordnungen, und swar insbesondere monolithische integrierte Schaltungen, ait eich in mehreren. Lagen tiberkreuzendeii Verbindungen; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der sich überkreuzenden' Verbindungen und zur Verbindung mehrerer Schaltungaplättchen aur Herstellung von Teilschaltungen für Rechner auf einem einaigen Halbloiterinaterialstüek.

Monolithische integrierte Schaltungen weisen im allgemeinen eine Kombination aktiver und passiver Schaltelemente auf, die auf oder in einsät einzigen Halbleiterstück zur Bildung einer vollständigen elektrischen Schaltung hergestellt werden. Die Sehaltelementο tonnen diffundiert, legiert, aus Voll- oder Dünnschichtelementen bestehen, die durch ein leitendes Material untereinander verbunden sind. Diese Schaltungsart empfiehlt sich, wenn es auf Gewicht, Raumbedarf, kurze Schalt zeiten baw. hohe Frequenzen und Stromverbrauch ankommt.

Die Schaltelemente dieser integrierten Schaltungen werden normalerweise auf einer Oberfläche eines Halbleiterplättchens ausgebildet, indem man Bereiche verschiedener Leitfähigkeit in ihr entstehen läßt oder manchmal, indem man passive Dünnschichtelemente auf der Oberfläche des PaQSivierungsmaterials ablagert. Die einzelnen Schaltelemente werden dann elektrisch durch Verbindungen, die auf dem Passivierungsmaterial abgela-

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gert werden, verbunden.

Beim Entwurf solcher Schaltungen muß man jedoch sorgfältig auf die Lage der Schaltelemente achten, so dafl eich die Verbindungen nicht überkreuzen. Sehr oft läßt eich die Teaperaturverteilung und Wärmeabfuhr wegen der Berücksichtigung der nur In einer Ebene verlegten Verbindungen nicht erreichen. Um überkreusungen eu vermeiden» verschwendet aan oft große Halbleiterflächen, die bei gedrängterer Bauweise nioht benötigt würden. Dieses Überschüssig· Material erhöht jedoch nur QrOBe und Gewicht der fertigen Schaltung und trägt nichts zu den Betriebseigenschaften bei. Auch die oft durch Umwege bedingte Verlängerung der Verbindungen verringert die Schaltgeschwindigkeit ua etwa 2 Nanoselcunden pro Zoll Leitungelänge und vergrößert den Gesamtwideretand_o Ua Spannungsabfalle auf den Leitungen gering su haiton, mußte man die Querschnitt sflache (Leiterbreite), der Leitungen entsprechend flea Leistungebedarf der Schaltungen groß wählen.,

TTm die für eine integrierte Schaltung benötigte Fläche zu verringern, hat Ban den Versuch unternommen, Leitungsunterführungen durch starke Dotierung von Halbleiterbereichen aueaubilden. Der Strom der einen Leitung floß durch den stark dotierten Bareich» während der Strom der anderen Leitung auf der Oberseite dieses Bereiches floß und beide Bereiohe durch eine Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Halbleitermaterials getrennt waren· Diese Leitungeunterführungen sind jedoch das Gegenteil des Gedankens» die zur Herstellung einer besonderen monolithischen integrierten Schaltung benötigte Oberfläche mn verringern. Zwar 11St «ich mit diesen Unterführungen eine kleine Oberfl&ohenverrlngerung erreichen, jedoch erfordert eine nennenswerte- Oberfltchenverringerung völlig neue Wege. Auch waren diese Halbleiterunterführungen wegen des Widerstandes des Halbleitermaterials, der swiechem 3 und 7 Ohm pro Quadrat liegt, unbefriedigend. Da der Unter-

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führungsbereich ein Teil dee Halbleitertragers ist, erhöht sie auch die Störkapazität des

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen Aufbaues für komplexe monolithisch© integrierte Schaltungen und Teilschaltungen auf einem eineigen Halbleitermaterialplättoben, der diejenigen Eigenschaften hinsichtlich der Setriebsgescbwindigkeit hat, wie sie in mäher Zukunft tob Halbleltersohaltungen gefordert werden» Der Aufbau soll eine wesentlich geringere Oberfläche für die Schaltung benötigen und auf jeden Plättchen die Unterbringung einer grufiersn *«*iptM" Ton Schaltelementen ermöglichen ο Sie Verbindungen der einseinen Schalte1 emtat e sollen eich dabei tiberkreusen. und einen geringeren Widerstand und geringere Störkapaeittten als bei entsprechenden früheren Schaltungen haben. Sie Erfindung soll auch ein Verfahren sur Herstellung monolithlaoher integrierter Schaltongen schaffen, die weniger Plättohenossrflaohe haben, weniger Leistung verbrauchen und Euverlfissiger sind als bisherige integrierte Schaltungenο

Erf indungsgeaäfl wird dies bei des neuen aonolithieohen inte* grierten Schaltungeaufbau erreicht durch dünne filae elektrisch isolierenden Materials, vorsugsweiss anorganischen Isoliematerials, die bei relatlr niedrigen Temperaturen abgelagert werden, ferner durch dünne Ketallfilme, welche die ?erbindungen zwischen diffundierten Elementen, in der Hauptmasse des HaIeleitermaterials ausgebildeten Elementen und Dünnschichtelementen aus leitenden,' hai blei tendon und isolierenden Materialien burst eilen und 00 eine integrierte Sohaltung bilden, deren Leiterrerblndungen auf die miteinander su yerbindenden Sohalteleaante Bugeechnitten sind und eich gegenseitig ttbezkreusetto

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Weiterhin beinhaltet die Erfindung ein Verfahren, «ur Herstellung derartiger Schaltungen, bei dem derartige dünne Isolierschichten abwechselnd mit dünnen Metallfilmen auf der Oberseite eine« Halbleiterplättchens abgelagert werden, auf de« sich Kontakte für Schaltelemente befinden, so daß Verbindungen «wischen dem einzelnen Schaltelementen und vier sus&tsllohen (angreasenden) Schaltelementen entstehen.

Weitere Einzelheitθ», ergeben eich aus der folgenden Beschrei bung in Verbindung mit den Figuren«

Es zeigt:

Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf die erfindungsgernftfi« komplexe monolithische integrierte Schaltung,

Fig, 2 das Schaltbild einer Xeilscfealtung,. die alt mehreren gleichartigen Schaltungen tie in Yig. I dargestellte komplexe Schaltung bildet,

Fip: 3 eine vergrößerte Draufsicht eines aus einer Ecke der in Fig, 1 gezeigten Schaltung herausgebrochenen feiles,

Figo 4 einen stark vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 einen stark vergrößerte» Schnitt lfings der Limie 5-5 der Fig. 3 und

Fig. 6 eine Draufsioht auf eine no oh komplexere aomolithlveb· integrierte Teileohaltung nach der Erfindung.

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Die Erfindung umfaßt eine moxiolithigche integrierte Schaltung mit mehreren S ehalt element en, die in einer Halblsitermatris* vorgesehen sind, und Bit in mehreren Schichten auf dieser angeordneten IHfunschlchtechaltelementen, die durch in mehreren Schichten vorgesehene eich überkreuzende Verbindungen versohiedemer Abmessungen» die auf die Punktion des angeschlossenen Sobaltslftmentee angeschnitten sind, miteinander verbunden sind« Zn der Matrise sind Bereiche verschiedenen Leitungfltyps ausgebildet» welche die Schaltelemente bilden und in Kontaktbereichon auf einer Oberfläche dor Matriae enden« Die Katrisenfläolie ist mit eineiB dünnen Filia elektrisch isolierenden Materials passiviert. Ein auf d<sr Fläche miä durcli den Fassivieruttgsfilm von der HaIbloitensatrisp getrennter erster dünner Film elektrisch leitenden Materials stellt dis elektrischen Verbindungen dar» die bestimmte Kontaktbereiciiö durch öffnungen dos pas si vier end en dünnen Filme leitend berührte Der größer© !eil dieser Verbindungen hat nur einen sehr kleinen Querschnitt und dient der übertragung von Signalen zwischen bestimmten Schaltelementen« Dieser erste dünne ϊ'ϋηι führt bmc'h andera der Kontakte aur Oberfläche des passivierenden. dünnen Films. Auf diese Fl&clts wird dann Qin zweiter dünner Pilai elektr?.ecJb. isolierendem Hatoriale abgelagert. Sin dritter dünner PiIm elektrisch leitenden Materials, der von dem ersten dünnen Film durcli den zweiten Filia getrennt ist, berührt bostinmte der Kontakte und der Teile des ersten dünnen Films und stellt zwischen ihnen Verbindungen her. Der größere 5?©il der durch diesen dritten dünnen Film gebildeten Verbindungen hJft einen wesentlich größeren Querschnitt als die Verbindungen des ersten Films und dient der Stromzuführung.

Hach dem erfindungegemäSen Verfahren werden die Kontaktbereiohe bestiaimter Schaltelemente dujcch Entfernen des elektrisch isolierenden Filmes freigelegt« Dann wird ein erster dünner Film elektrisch leitenden Material« auf dieser Fläche abgelagert und feile von

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ihm werden entfernt, so daß Verbindungen «wischen einseinen Schaltelementen und Elektroden für DönnechiolitkftpasitÄten entstehen. Bei niedriger Temperatur wird auf diese HMoIm ein «weiter dünner Film elektrisch isolierenden liateriale abgelagert. Auch Ton dieses aweiten ?ilm wexden Talle entfernt, so dal Kontaktflächen bestirnter Schaltelemente xmd Teile des ersten dua&en Films freigelegt werden« Auf die KLäohe wird dann «in dritter dünner Film elektrisch leitenden Materials aufgebracht, von «ea ebenfalls !Seile entfernt werden, so dad zwischen beet 1 sat wn SohaltelcEientsn und Tollen dee ersten dünnen filme vereladuBge» entstehen und die anderen Elektroden der Dünnechichtkapasitaten gebildet werden. Hierdurch entsteht eine monolithische integrierte Schaltung geringerer Größe und besserer Zuverlässigkeit alt nehr ebenen Verbindungen und sich in. verschiedenen Sbenen tiberkreuzenden Elementen, die durch elektrisch isolierendes Material voneinander getrennt sind.

Bsi der erfindungsgemmeeit monolithleohen integrierten Schaltumg werden die Schaltelemente in oder auf der Oberseite eines dttoman Hai hielt erplätt chans _r der Mat rise, die vorsugsweise aas Siliaias besteht, ausgebildet. Das Siliaiun^lättchen wird im allgemeinen mit Yiölea anderen gleichen Plättehen aus einem größeren HaIbleiterplättchan ausgeschnitten, das Ton einem noch größeren Siliziumeinkristall abgetrennt worden ist. Sie aktiven und passiven Schaltelemente werden in dem Sllieiumplattchen Auren bekannte Diffusions- oder EpitarLelverfahren oder kombinierte Verfahren ausgebildet. Die Sohaltelemente auf der Oberseite des Pl&ttohema werden nach der DÜnnschiohtteohnik hergestellt. Qnter eimer dttanem Schicht sei ein ViIm einer Dicke von weniger als 15 000 £ verstanden.

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Die Schaltelemente werden auf den Plättchen so angeordnet, daß sie eine funktionierende elektrische Schau.tang ergeben, «en» sie nach einem Sehaltecheoia snearamengeschaltet sind. Sine Gruppe dieser Plättchen wird oft weiterverschaltet, so daß eine feilschaltung entsteht, die kompliziertere elektrische Aufgaben übernehmen kann als ein. einzelnes Plattchen.

Per erste dünne TiIa elektrisch Isolierenden Material« wird Yorsugsweiee aus einem Oxyd des Halbleiterplättohene gebildet. Bei einem Silisiumplättohen wird dieses Oxyd üblicherweise thermisoh oder nach einem epitaktischen Verfahren ausgebildet. Dieser erste Film 1st etwa 5 0OQ bis 5 000 £ dick«

Die weiteren Filme elektrisch isolierenden Materials sollen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der sehr dicht bei dem des Halbleitermateriale und des auf Ihm gebildeten Oxyds liegt, damit mechanische Spannungen vermieden werden. Sa dieser Isolator abwechselnd alt Metallschichten abgelagert wird* soll seine Ablagerungetemperatur niedrig genug sein, so daß während seiner Bildung keine unerwünschten Legierungen entstehen oder andere Arten von fehlern auftreten« Damit beim Ablagern des elektrisch leitenden Hat er i ale auf der Isolierschicht kein· Kurs-Schlüsse auftreten, soll die Isolierschicht frei von LOohem sein·

Al· Isoliermaterial eignen eich insbesondere dampfplattiert· «.leer, wie Bor-Aluminium-Silikat und Aluminiuaailikat, dl« bei Atmoephlr*ndruok uaA niedriger temperatur (&MB*l««v«le* unter 40O⁰O) abgelagert βInA. Auftgeselehaet· Plättchen MAHt man, wena man solches Glas la der 1 bie 1 1/2-faoaea Starke des alt Ihm benutzten Metalle ablagert» Die Dicke des verwendeten Isolators hängt vcn der Kapaeität ab» die man als Soleraas KuIaSt. Ia allgemeinen genügen Glasdicken von 2 500 bis 7 000 £;

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jedoch können gegebenenfalls auch die größeren Glasetärken verwendet werden. Die genannten Glasarten lassen sich besondere gut bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ablagern, sind im wesentlichen frei von Löchern und Überstehen die Phase der Herstellung der Leiterverbindungen gut· Auoh wegen Ihrer guten Bearbeitbarkeit durch bekannte It«lösungen und Techniken sind sie gut geeignet.

Die Schaltelemente werden durch ein Metall «iteinander verbunden, das einen geringen elektrischen Widerstand hat, sioh leicht ablagern läßt, mit den Materialien der integrierten Schaltung gut verträglich ist und sich leicht zu eine» gewUneohten Muster formen läßt. Bekannte Metalle, Legierungen und Verbindungen sind Aluminium, Aluminiums il I^ ium, Aluminiuaniokel* Alualniummolybdän und Molybdängold, die diese gewünschten Eigenschaften haben. Insbesondere soll sioh das verwendete Metall gut für Verdampfungsplattierung, Elektroplattieruog oder die anderen bekannten bei niedriger Temperatur arbeitenden Metallplattierungs« verfahren eignen. Das Metall soll sich auoh leioht durch eine Atzlösung, die die anderen Teile oder Schaltelemente des Plättchens nicht angreift, in eine gewünschte Fora bringen lassen. Da bei dem Aufbringen der verschiedenen dünnen filae die Ober· fläche de» Plättchens unregelmäßig wird, soll sich das Metall auch gut starken Biegungen und Knicken anpassen und LBoher verschiedener Tiefe auffüllen. ' ■-

Die ersten Metallisierungssohiohten dienen hauptsächlich der Schaffung der Signal verbindungen. Hier wird keine große Leistung übertragen und daher können die Querschnitte Ewisohen 2 000 und 5 0001 Dicke und 2,5/1000 bis 2,5/100 ** Breite haben. Y/egen der geringen Signalleistung entsteht auf diesen Leitungen kein nennenswerter Spannungsabfall. Durch die Verwendung von mehr als nur einer Verbindungsschicht verbessern sioh die

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Eigenschaften der Schaltung wesentlich.· Vorzugsweise lassen sich die Schaltelemente dichter als früher anordnen» so daß auch die Schaltzeiten bzw₀ die Frequenzgrenze besser werden» die Störkapazitäten, die Länge und der Querschnitt der Verbindungsleitungen kürzer werden.

Die oberen Schichten der Dünnachiohtmetalliaierung dienen hauptsächlich der Stromzuführung und Vervollständigung der S chaltungB verb indungen,, Sie Stromzuführungeleitungen können größere Ströme führen ale die Signalleitungen und sind etwa 4 000 bis 15 000 £ dick und können in ihrem Muster schwanken von einer großen Fläche, die viele Kontakte herstellt bis EU üblichen gewebeartigen Verbindungen» die nur zwei eineeine Eontakte miteinander verbindet. In der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung können zur Verbindung der Schaltelemente viele sich gegenseitig überkreuzende Dünnfilmverbindungen, die durch elektrisch isolierende dünne Filme getrennt sind, vorgesehen sein«

Der Widerstand der Signal- und der Stromzuführungsverbindungen liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,05 bis 0,02 0hm pro Quadrat. Die Überkreuzungsbereiche der Verbindungen in den einzelnen Ebenen sind ungefähr 0,1 bis 2 Quadratmil (1 Mil = 2,5/1000 mra)„ Bei einer Dicke der elektrisch isolierenden Schicht von 5 000 bis 10 000 £ beträgt die Kapazität zwischen den leitenden Schichten typischerweise zwischen 0*03 und 0,05 Picofarad pro Quadratmil_o Die hierdurch verursachten Störkapazitäten sind vernachlässigbar klein gegenüber den aufgrund anderer Einflüsse entstehenden Störkapazitäten.

Flg. 1 veranschaulicht eine komplexe integrierte Schaltung nit 48 Anschlußflachen 13, die aus einem Siliziumplättchen von

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1,5 wi Kantenlange besteht. Die Schaltung 12 ist eine von etwa 200 derartiger Schaltungen, die auf einer Sllizlumplatte τοη etwa 2 1/2 ca Durchmesser hergestellt sind und je 40 Logik» gattern mit drei Eingängen darstellen» die zur Ausführung bestimmter logischer Operationen nitelnander verbunden werden«, Die Schaltung der Flg. 2 zeigt eins dieser vierzig Gatter, die je eine der komplizierten Schaltungen 12 beinhalten.

Die einzelnen Verbindungen der Schaltelemente untereinander sind in einer Teildarstellung 19 in Figo 3 gezeigt, die eine aus der integrierten Schaltung 12 herausgebrochene Soke let· Dia Basis 18 eines ElngangstransistoxB 21* der in bekannter Diffusions- und Epitaxialtaohnik hergestellt ist« 1st fiber einen ersten dünnen elektrischen film 23 aus !fetall von 3 000 Dicke, der aus einer dünnen Aluminlumsohicht mit einer dünnen aufgelagerten Hickelsohioht besteht» mit einer AnschluSfl&ohe 25 verbunden* In flg. 3 Bind drei getrennte dünne Metallfllme slohtbar, die der Klarheit halber folgendermaßen bezeichnet sindx Der erste File 23 1st durch eine ausgezogene Sohraffur, ein dritter Film 27 punktiert und ein fünfter 711m 29 durch unterbrochene Sohraffur dargestellt.

Die Basis 18 ist ferner über einen Dünnschichtkondensator 33 und einen Dünnschichtwiderstand 35 mit der Anschlufifläohe 31 für Erde (T₀₀) verbunden. Die untere Elektrode des DUnnfilmkondensators 33 ist aus dem ersten dünnen Film 23 gebildet, das Dielektrikum besteht au* einem zweiten dünnen Film dampfplattierten Gtlases, dar hier durchsichtig 1st und -die obere Elektrode 1st aus dem dritten dünnen Film 27 gebildet· Die Widerstände der Schaltung, die aus einem geeigneten Metallfiln bestehen, sind in gleicher Weise schraffiert wie das auf der Glasschicht, auf der sie gebildet sind, niedergeschlagene

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Metall, Ein <b?itt_ür Setallfilm 27 verbindet die obere Platte 123 des Kondensators 33 ait dem Widerstand 35 und erstreckt sich von diesem unter des fünften film 29 au einer Übergangsfläche 37· Hit Übergangsfläche ist eine solche Stelle gemeint, an der Metall aus einer höheren Schicht durch eine Öffnung des dazwischenliegenden Isolierfilns Bit Metall einer tieferen Schicht in Verbindung steht. Der dritte FlIa 27 ist von des fünften Film 29 durch einen vierten dünnen Film von aus Daapf niedergeschlagenem Glas getrennt, der als Isolator wirkt und ebenfalls durchsichtig 1st. Der fünfte Pil« 29 erstreckt sich von der Fläche 37 «u der AnschluBflache 31· In gleicher Weise sind die Eisigangetransls-toren 41 und 43 unnittelbar mit den Anschlußflächen 44 und 45 und über Kondensatoren 47 bzw, 49 und Widerstände 50 bnw* 51 mit der Ansohluflflache 31 verbunden.

Scr erstο Film 23 stellt den Kontakt zu den Emittern 56, 57 und 5°> kor und vorläuft unter den dritten Film 27* Bit des er durch die Übertrittefläche 69 verbunden ist« Ton der Fläche 69 vorläuft dor Film 27 zu einem Ende eines Widerstandes 53» dessen anderes Ende über einen weiteren Abschnitt dee Files 27 mit dor Amschlußfläohe 54 für die Betriebsspannung Ygg verbunden ist. 3>er Wideretand 53 überkreuzt den ersten Metallfila 23 an dem Flächen 125 und 126 und verläuft bei 127 unter dem fünften FiIn 29 hindurch. Der Schlußabschnltt des dritten Films 27 ttberkrouet tion ersten Film 23 bei 129· Biese Kreuzungspunkte sind alle durch das dazwischenliegende Glas elektrisch voneinander isoliert. I)Ie Basis 65 eines MOR-Ausgangstransistors 66 ist durch den ersten Film 23 tan der Übertrittsfläche 128 mit dem fünften Film 29 verbunden. Ton der übertrittsfläche 128 verläuft der fünfte Film 29 zur AnsQÜLuSfläche 31 für V_cc über einer zwiechangesehalteten Widerstand .23· Auf dem TeilstUck 19 sind vielo gleiche Widerstände und Verbindungen zu sehen.. Einige

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der tJbertrittsflächen von einer Metallschicht zu einer anderen, ähnlich der (Jbertrittafläche 37, sind bei 67» 68, 73 und den verschiedenen Anschlußfläelien zu sehen. Der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Schichten der dünnen Filme, die den Aufbau der integrierten Schaltung ausmachen, eel im folgenden anhand der Figuren 4 und 5 erläutert.

Die Oberseite dee in Fig. 4 dargestellten Teiletüekes 19 ist mit einem dünnen Film 79 aus elektrisch isolierendem Siliziuedioxyd von 3 000 S. Dicke bedeckte Obgleich dieser Pil« 79 in der Schaltung mehrere Funktionen erfüllt, sei er hier hauptsächlich als Isolator zwischen dem ersten Film 23 und d·» Siliziumträger 30 des Teilstückes 19 angesehen. Ein Streifen des ersten Filmes 23 von etwa 5 000 S. Dicke, 3A000 an Breite und etwa 25/1000 bis 75/1000 mm Länge verbindet die Basis 18 des Transistors 21 mit der Grundfläche der Anschlußflache 25. Der erste Film 23 stellt einen Kontakt zur Basis 18, zum Emitter und zum Kollektor 83 des Transistors 21 an den Kontaktstellen 71, 72 und 81 durch zu diesem Zwecke im PiIm 79 vorgesehene öffnungen her* Die für den ersten Film 23 gebildeten Verbindungen sind elektrisch von den Verbindungen getrennt» die durch den dritten Film 27 gebildet werden, und zwar durch einen 711a 84 aus dampf plattiertem Glas (Bor-Aluminium-Sllikat) von 3 000 A Dicke, der auf der oberen Fläche des Teilstückes 19 nach den Ausbilden des Filmes 23 abgelagert ist. Per.zweite Film 84 ist relativ dünn, da er das Dielektrikum für die DÄnnschichtkapazität en 33, 47 und 49 (Fig. 3) bildete

Der Widerstand 53, der auf dem zweiten dünnen Film 84 abgela gert ist, überkreuzt die Verbindung zwischen der Baeifl 18 und der Arechlußjfläche 25 unter 90° und senkrecht zur Zeichenebene· Der Widerstand 53 kann diese Verbindung in dieser Weise kreuzen.

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veil er elektrisch und physikalisch von ihr durch den zweiten FiIa 64 getrennt 1st* Auch in Fig. 2 verlaufen andere Verbindungen, die in dieser Ansicht nicht sichtbar sind, senkrecht zur Zeicheneb»ne, nämlioh dl· aoer den Filmen 23 und 27 gebildeten erkennbaren Verbindungen.

Bin Tlerter PiIa aus dampfplattlertem 01a» 86, der dem zweiten Film 84 gleicht, ist auf der Fläche des Sellstüokes 19 sur Isolierung der duroh den dritten Film gebildeten Verbindungen und Schaltelemente von den duroh den fünften Film gebildeten Verbindungen und den Schaltelementen vorgesehen«, Der vierte Film 86 ist wesentlich dicker als der zweite Film 84, nämlich etwa 5 000 S._t weil er hauptsächlich als elektrischer Isolator "zur Isolierung elektrischer Verbindungen und passiver Schaltelemente, die sich gegenseitig überkreuzen, dient. Eine auch von dem fünften Film 29 gebildete, neben dem Widerstand 23 angeordnete, von ihm jedoch duroh den' vierten Film 86 Isolierte Verbindung 89 ist auoh durch die Filme 84 und 86 von der Verbindung der Basis 18 mit der Anschlußfläche 25» welche sie kreuzt, isoliert.

Bin sechster Film 91 aus Dampf niedergeschlagenem Slas von 6 000 S. Dicke, der dem Film 84 gleicht, bedeckt die Oberseite des Teilstückes 19 und bildet eine elektrische Isolierung und einen Schutz der verschiedenen auf ihr angeordneten Verbindungen und SchaltelementeΌ Ira FiIa 91 ist eine öffnung sur Freilegung der Oberseite der Anaohluflfläche 25 vorgesehen* die durch eine feste Masse gebildet wird, die dadurch gebildet wird,, daß in dem zweiten FiIs 84 und dem viert ext File 86 Offnungen vorgesehen werden, so daß der Film 27 auf des Film 23 und in gleicher Weise der Film 29 auf dem Film 27 abgelagert werden kann· >■ .

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Zum weiteren Verständnis sei Figo 5 erläuterte Hier ist der dritte Film 27 elektrisch mit dem fünften Film 29 duroh die Übertrittefläche 73 verbunden* Der fünfte Film 29 ragt duroh eine im zweiten Film 86 vorgesehene Öffnung und bildet einen Kontakt zum dritten Film 27* Hierauo 1st ersichtlich, wie Übergangs von einer Schicht des Verbindungemetalls eu einer anderen Schicht und zurück zur Bildung vielfältiger Versweigungen sich kreuzender Verbindungen entsprechend den Sohalterfordernissen hergestellt werden können.

Der Aufbau dee EUnnEichichtkondensators 49 läßt eich ebenfalle aiiB Fi^t 5 ersahen* Dieser Kondensator besteht aus einer un-.torea Platte 131» Ai.β aas dem ersten Film 23 gebildet let, einem Dielektrikum 132« das aue dem zweiten Film 84 besteht und einem ohe'i.vr-1 Belag 133, der aus dem dritten Film 27 besteht. Dieser Aufbau wiederholt sich entsprechend der Anzahl der Kapazitäten Jft'r die integrierte Schaltung und der Bereiohe, die but Einstellung g-'T.ftinsohter Eapazitätewerte erforderlich sind. Hier int nur ein Kosidenstitor in einem Schiehtenbereich gezeigt, Jedoch körtfien die Kapazitäten auch in anderen Schichtenbereichen eines iaeUr3chi rthtigen Aufbaues ausgebildet sein.

j3j <i& kompiiaiertere integrierte Teilschaltung 1st in Figo 6 dargestellt« Sie enthält vier Einzelmatrizen auf einer einzigen Siliziumplatte, die durch einon zusätzlichen siebten Film 141 aus Aluminium i ekel verbunden sind, der auf dea sechsten Film 91 angeordnet ist. Sie Einzelachaltungen werden vor dea Aufbringen des siebten Films 141 funktionegeprüft. Zeigen sioh bei einor der vier Matrigenanordnungen Fehler, die eine Verwendung bei dem Teilsystem ausschließen, so wird das Plättonen für Einzelmatrizen weiterbehandelt» Die Verwendung einer eineigen Siliziumplatte ergibt vier miteinander verbundene Matrizen

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ait fast identischen elektrischen Eigenschaften.

Zur Herstellung einer komplexen integrierten Schaltung nach der Erfindung werden vorsugsweiee folgende Terfahreneeohritte angewandt. SIn BonokriatajUiJMe Silisiumplättchen Ton etwa 2,5/10 am Sicke und 25 nmKanten/älas aktive und passiv« Schaltelemente enthält, die auf seiner Oberfläche enden, wird mit eines dünnen Siliziumdioxydfila passiviert, maskiert und zur Freilegung bestimmter Eontaktflächen der Schaltelemente geätet« Diese Schaltelemente und der Siliaiumdioxydfila sind naoh bekannten Diffusions- und Epitaiialtechnikan hergestellt. Die Haskierung wird unter Anwendung bekennter liehtempfindlicher, fester Haterialien nach fotografischer Technik hergestellt.

Nach sorgfältiger Reinigung der geätsten fläche wird das Plättchen nacheinander alt dünnen Fllaen aus Aluminium und Hickel nach bekannten Verdampfungsplattierungstechnlken zur Bildung eines ersten Aluminium!okelfilms einer Qesaatdicke von 3 000 5 plattiert« Diese Metalle werden in der oben beschriebenen Weise maskiert und in einer Lasung von Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure zur Bildung der Signalverblndungaleitungön geätzt, die mit einem kleinen Querschnitt bestimmte Schaltelemente verbinden und, in diesem Beispiel, Beläge für Dünvfilmkapazitäten bilden. Die Hickelzwiechenfläche verhindert ein Reagieren des Aluminiums alt dem Kapaeitätsdielektrikum bei der später auftretenden Behandlungetemperatur und bewirkt eine itEunterbrechung in den durch da· isolierende Glas hindurohgeätsten Löchern_o Dann wird «in «weiter dünner Film aus Bor-Alumlnium-Slllkatglas von 5 000 £ Dicke auf der Fläche des Plattebene abgelagert, und ewar alt Hilfe einer chemischen Reaktion von Triäthylaluminium, TetraSthylorthoeilikat, Triisopropylborat und Sauerstoff bei etwa 400⁰C und Atmosphärendruckο Dieser FiIa soll nur eine geringe Dioke

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haben) weil er hauptsächlich ale Dielektrikum für die Dünnachichtkapaisitäton dient, deren Kapazität nur wenige Picofarad beträgt» und erst in zweiter Linie ale elektrische Isolierung. Der zweite dünne Film wird maskiert und mit 5 tigern wässrigen Fluorwasserstoff ssur Herstellung dor öffnungen in dem Glas geätzt, die bestimmte Kontaktflächen der darunter» liegenden Aluminiumnickelschicht freilegen. Sie Ätebreese (Nickel) verhindert ein übermäßiges Hinterschneiden des isolierenden Glaaou, dessen Dicke eich bei« Ätcen der Kontaktflächen, die zwischen 0,02 und 4 Quadratmil über dem Plättchen schwankt, wesentlich verändern kann. Haeh den Entfernen des isoliorendon Glasas von den Eontaktflächen wird das Hiokel durch Ätzen mit einer 50 #igen Salpetereäurelöeung entfernt, so daß das unter dem Nickel liogende Aluminiumverbindungsaetall freiließe. Durch das Entfernen der Hickelewiechenschicht an den Kontaktflächen wird der Verbindungswideretand herabgesetzt. An allen anderen Flächen bleibt jedoch das. Nickel auf den Aluminium liegen, da es als trennschicht zwischen dem Aluminium und dem isolierenden Glas wirkt. Diese Behandlung wird bei jeder V-erbindungsloitereehicht wiederholt. Die Kontakt öffnungen sind etwas kleiner alo die darunterliegenden Kontaktflächen, damit kloinen Folilem box der Kontaktauerichtung Rechnung getragon wird.

Zur _t Foraiwig ^₇(Ier Dilnnechichtwiderstände _r die auf dem aweiten, dünnen Film ausgebildet werden, wird eine Aluainiunaaske auf der fläche des Plttttchens mit Hilfe Yerdaapfungsplattierungetechnik aufgebracht, maskiert und zur Preilegung von Plfiohen des Breiten Glas.filiaoe entsprechend den Abmessungen der darauf auszubildenden liüinfilmwideretände geätzt. Das Metall für die Dünnschichtwiderfliiäiide wird dann durch Vakuumplattierung auf der PlUclie d.eo Plättchona abgelagert,. Das Plättchen wird einem

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Xtzmittel club Phosphor-, Esoig-und Salpeteraäure auagesetet, so daß das Aluminium mit dem auf ihm haftenden Widerstandemetall von der Plättchenfläche entfernt wirdο Das Ätsmittel greift das Wideretandsmetall nicht unmittelbar an, daher bleibt das Widerstandsnetall auf der Glaeoberfläohe in den Wlderstandsberelohen erhalten. Widerstünde «it kritischen Werten und Verhältnissen (beispielsweise Kollektorwiderstände (collector pull-up resistors) und Widerstände am Gate bei Transistoren in Emittergrundaohaltung) werden auf der Oberfläche der ersten Schicht Isolierglas hergestellt. Dieee Glaaoberflache 1st sehr glatt, da das Oxyd auf der Halbleiteroberfläche unterhalb de« Gl as ο β dünn ist und Iceine nennenswerten Abstufungen hat, so daß diose Dünnschichtwiderstände in stufenfreien fläohen angeordnet werden können„ Bei jedem Behandlungeschritt 1st darauf zu achten, daß die Oberfläche des Plättchens sehr sauber bleibt und von unerwünschten Verunreinigungen freibleibt.

Die Fläche des Ϊl&ttohene wird mit eines dritten HIb Alumlniuanickel von 5 000 £ Sicke ÜberRogen, maskiert und eur Bildung von Kontakten for die Dünnschichtwiderstand«, die Verbindungen zwischen den einseinen Schaltelementen und Beläge far die BUnnechichtkapazitäten geätzt. Bin vierter dünner Film aus Bor-Aluminium-Silikatglas von 6 000 i Dicke wird aus der Dampfphase auf die Fläche des Plattchans abgelagert; «r dient in erster Linie der elektrischen Isolierung des dritten Filaes von den später folgenden Yerbindungsschichten. Der vierte FlIa wird maskiert und mit 5 £igea wässrigen Fluorwasserstoff mir Bildung von Öffnungen im Gtlae geltet, so dall bestimmte Kontaktflächen des darunterliegenden Aluminiumnlokel freiließen.

Räch der Bildung der Widerstände auf dem vierten Film wird ein fünfter Film aus Aluminiumnickel von 10 000 £ Dicke aufplattiert

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und zur Bildung hauptsächlich der Stromzuführungsleitungen geformt, die einen wesentlich größeren Querschnitt ale die SignalVerbindungsleitungen haben. Diese Stro&usufUhrungsleitungen werden in den letzten Schichten auegebildet, weil ei» dicker sind und diese zusätzliche Dicke ihre Ablagerung auf einem loohfreien Ieolationafilm erschwert. Bei der hier beschriebenen integrierten Schaltung ist diesee der lotete TiIa fUr die Herstellung der Verbindungen* Auf ihm wird »in latiter sechster Film aus Bor-Aluminiura-Silikatglas abgelagert, Maskiert und geätzt, so daß die Anschlußflächen, die an Umfang jader integrierten Schaltung auf den Plättchen hergestellt werden, ausgebildet werden.

Das beschriebene Verfahren erläutert die Herstellung nur einer monolithischen Schaltung nach der Erfindung.

Dieser Aufbau wuirde 2ur Verringerung der erSfe der Matrize eines Bweiphaeigan Schieberegisters auf gut die Hälfte (von 75 Mil auf 40 Mil) benutzt. Allgemein läßt sich eine Material- und GevichtssröparniB von 50 bis 70 # durch die Verwendung üeo erfiiidunssgasiäßvin Aufbaue mit mehreren Verbindungssohlchten im Verhältnis au bekannten Aufbauten mit nur einer Schicht erreichen. Die Anzahl dor dümaen 57ilaie und die Bestimmung der Anordnung der DümißchichtschaltGleiaeate läßt sich innerhalb des Erfindungsbereichs weit verändern, so daß äußeret verschiedene ächaltungekonfigurationen erhalten werden können.

Die vorstehende Beschreibung, die Zeichnungen und das Beie?i#l zeigen» daß die Erfindung einen neuen. Aufbau und eine neae Methode zur Herstellung Monolithischer integrierter Schaltungen mit Verbindungen in mehreren Ebenen schafft. Weiterhin wird ein neuer Aufbau für komplexe monolithische integriert» Schal-

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tungsanordnungen und Tollechaltungen aus einer eineigen HaIbloiterplatte geschaffen, deren Schaltgeschwindigkeit auch den für zukünftige Rechner zu fordernden Bedingungen entspricht. Darüber hinauß erfordert dieser integriert» Sohaltungsaufbau weniger Oberfläche und «raöglioht die Anordnung «iner größeren Ansah! Ton Schaltungen pro Platte. Der Aufbau umfaßt auch besondere zugeschnittene sich üherkreusende Verbindungeleitungen, die einen kleineren Widerstand und geringere Störkapaaitfiten als die Verbindungen bei früheren Schaltungen aufweisen. Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren eur Herstellung dieser monolithischen Integrierten Schaltungen alt mehreren Schicht en ₀

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   1, Monolithisch© integrierte Schaltung» auf deren einer Oberfläche einö Verbindungsverdrahtung vorgesehen ist, die an eine Hehrzahl von Halbleiterbereiohen angrenzt, die sich von dieser Obarfläche in das Halbleiterpl&ttohen hineinerstreoken, und wobei auf eine größere Oberfläche eine Passivierungsschicht abgelagert ist, die alle an dieser Oberfläche enfi-snden Verbindungen pasBiviert, gekennzeichnet durch einen ersten Sats von leitenden Dünnschichtlagen (23, '!5 t"^] _f der auf der passivierenden Schicht (79) abgelagert lot un<i elektrische Verbindungen zu den Bereichen (18, 83) hftrotollt» wobei die meisten der leitenden Schichten zur Signalübertragung einen relativ kleinen Querschnitt haben, ferner durch einen auf den leitenden Schichten (23» 131Ί und der ersten Schicht (79) ausgebildeten «weiten Film (04) aus elektrisch isolierendem Material, ferner durch einon Sata elektrisch leitender Schichten (133) großen Querschnittes eur Strorazuführung, der sich auf der fläche des zweiten. Pilras (84) befindet und Verbindungsstücke (73» 25) hat» die durch die isolierenden Filme zur Verbindung mit den ersten leitenden Schichten (23* 131) und bestieaten der Borei-eho (18, 83) hat.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (84) aus bei niedriger Temperatur abgelagerten Oxyden bestehen.

   BAD

   SLI

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