DE1614373C2

DE1614373C2 -

Info

Publication number: DE1614373C2
Application number: DE1614373A
Authority: DE
Inventors: Gene Morristown N.J. Cohen (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR1523867A; SE334678B; DE1614373B1; NL6709160A; ES342404A1; SU457237A3; GB1154805A; US3423650A

Description

derstandes besteht, läßt es sich im allgemeinen nicht meiden, daß ein Teil des Störsignals sich seitlich ausitet und zu anderen Transistoren gelangt.
)ie obengenannte Aufgabe wird bei einer monolithien integrierten Halbleiterschaltung der eingangs geinten Art dadurch gelöst, daß die an der Oberfläche Halbleiterkörpers frei liegenden Flächen der nnzonen mit Metallkontakten versehen und über >e Kontakte an Leitungsbahnen angeschlossen sind, ehe zu mit dem Potential der dritten Schicht zu vergenden Anschlußelektroden der Schaltungselemen- ;eführt sind.

m Gegensatz zu der beispielsweise aus dem IBM- :hnical Disclosure Bulletin bekannten Anordnung, welcher sich in der angegebenen Weise nur unmit- >ar benachbarte Bauelemente untereinander verbin- ! lassen, ermöglicht die Erfindung auch die Verbinig räumlich weiter auseinanderliegender Schaltungsnente, wie es insbesondere bei den Masseverbingen in integrierten Schaltungen der Fall ist, wo stöde Verbindungswiderstände vermieden werden soldie beispielsweise bei externen Leitungsverbindunauftreten. Die Beschränkungen hinsichtlich der ilegung der Schaltung, welche durch die internen tungsverbindungen gemäß dem IBM-Bulletin beste-, werden durch die Halbleiterschaltung nach der Erlung verringert, da es bei ihr nicht mehr notwendig die miteinander zu verbindenden Schaltungselemenjnmittelbar nebeneinander in dem Halbleiterplättn auszubilden. Der erfindungsgemäße Gedanke, die nnzonen zugleich als Verbindungsleiter für die Potialzuführung zu bestimmten Anschlußelektroden Schaltungselementen zu verwenden, ist auch der PS 1 378 131 nicht zu entnehmen.

>ie Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichgen näher erläutert. Es zeigt

i g. 1 ein Schaltbild eines Teils einer integrierten altung, bei welcher die Erfindung angewendet werkann, und

i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer monolichen integrierten Schaltung gemäß dem Schaltbild hFig. 1.
.Is Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 1 vereinfachtes Schaltbild eines Emitterverstärkers gestellt. Dieser Verstärker kann einen Bipolartranjr 2 mit einem Emitter 4, der an Masse liegt, einen lektor 6 und eine Basis 8 enthalten. Ferner kann die Stärkerschaltung einen einseitig geerdeten Widerid 10 enthalten, der mit dem Transistor 2 durch ana Schaltungselemente 11, z.B. eine Signalquelle, runden ist.
ine Schaltungsanordnung der oben beschriebenen kann als monolithische integrierte Schaltung realit werden, wofür F i g. 2 ein Beispiel zeigt. Die in 1.2 dargestellte integrierte Schaltung enthält eine iallgrundplatte 12, auf der ein scheibenförmiger per 14 aus einem Siliziumeinkristall montiert ist.

Körper 14 enthält eine P+-leitende untere Schicht relativ geringen spezifischen Widerstandes. Diese icht kann beispielsweise 0,2 mm dick sein und einen iifischen Widerstand bis zu etwa 0,1 Ohm · cm ha-. Der Körper 14 enthält ferner eine mittlere, P-lei-Ie Substratschicht 18 relativ hohen spezifischen !erstandes, die beispielsweise 0,017 mm dick sein einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 2 50 Ohm · cm haben kann. Schließlich enthält der per 14 noch eine N-leitende obere Schicht 20 reladeinen spezifischen Widerstandes, die beispielsweise 0,01 mm dick sein und einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 0,1 und 5 Ohm · cm haben kann. Die Schichten 16 und 20 können durch epitaktische Züchtungsverfahren gebildet werden. Bei den bekannten integrierten Schaltungen fehlt gewöhnlich die P+-leitende untere Schicht 16 niedrigen spezifischen Widerstandes.

Bei einer integrierten Schaltung der vorliegenden Art werden die verschiedenen Schaltungselemente in oder auf der oberen Schicht 20 gebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eines dieser Schaltungselemente ein Transistor 22 mit einer diffundierten, P-leitenden Basiszone 24, einer in diese eindiffundierten, N-leitenden Emitterzone 26 und einer Kollektorzone 28. Unter der Kollektorzone 28 des Transistors befindet sich eine N+ -leitende vergrabene Schicht 30, die durch Eindiffundieren geeigneter Dotierungsstoffe in die Schicht 18 hergestellt werden kann, bevor die Epitaxialschicht 20 gezüchtet wird. Eine solche vergrabene Schicht, die an sich nicht unbedingt erforderlich ist, wird vorzugsweise verwendet, um den Kollektorsättigungswiderstand herabzusetzen und den störenden Stromverstärkungsfaktor β eines parasitären PNP-Transistors herabzusetzen, der durch Teile der P-leitenden Basiszone 24, der N-leitenden Kollektorschicht 20 und der P+-leitenden Schicht 16 gebildet wird.

Die integrierte Schaltung enthält ferner einen Widerstand 31, der im wesentlichen aus einer P-leitenden, diffundierten Zone 32 besteht, deren Länge, Breite und Dotierungsstoffkonzentration so bemessen sind, daß sich der gewünschte Widerstandswert ergibt. Die Schicht 18 kann unterhalb des Widerstandes 31 eine N+ -leitende vergrabene Schicht 34 enthalten. Auch diese vergrabene Schicht ist nicht unbedingt erforderlich, sie setzt jedoch Störeinflüsse, die durch das Auftreten eines parasitären PNP-Transistors entstehen können, weitestgehend herab.

Die verschiedenen Schaltungselemente sind von diffundierten, P⁺-leitenden Trennzonen umgeben, um sie elektrisch voneinander zu isolieren. Wie in F i g. 2 dargestellt ist, kann die Isolation durch eine P+-leitende diffundierte Trennzone 36 erfolgen, die in der Praxis einen rechteckigen Grundriß hat und den Transistor 31 einschließt. Eine andere diffundierte Trennzone 38 umschließt den Widerstand 31. Die Oberfläche der Schicht 20 ist mit Ausnahme der Kontaktierungsbereiche von einer Schutzschicht 40 bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd bestehen kann. Am Emitter 26 des Transistors 22 ist eine Elektrodenanschlußelektrode 42 angebracht, die durch eine öffnung in der Schutzschicht 40 reicht. Die Emitteranschlußelektrode 42 ist mit der· Trennzone 36 durch einen dünnen, auf die Schutzschicht 40 aufgedampften Metallstreifen 44 und einen an der Trennzone 36 angebrachten Metallkontakt 45, der durch eine öffnung in der Schicht 40 reicht, verbunden. Die zur elektrischen Isolierung des Transistors von den übrigen Teilen der Schaltung dienende Trennzone 36 erstreckt sich durch die Schichten 20 und 18 hindurch nach unten und macht elektrisch Kontakt mit der Schicht 16 niedrigen spezifischen Widerstandes; die Trennzone 36 bildet also einen Teil des Stromweges zwischen dem Emitter 26 und der Schicht 16.

Der Transistor 22 hat außerdem einen Basiskontakt 46 und einen Kollektorkontaki 47, deren in der Praxis selbstverständlich vorhandene Verbindungen zu anderen Schaltungsteilen in F i g. 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.

Das eine Ende der den Widerstand 31 bildenden dif-

fundierten Zone 32 ist mit einem Metallkontakt 48 versehen, der durch einen Metallstreifen 50, welcher sich über die Siliziumdioxydschicht 40 erstreckt, mit der diffundierten Trennzone 38 verbunden ist. Die diffundierte Trennzone 38 bildet, wie die diffundierte Trennzone 36, eine elektrisch leitende Verbindung durch die Schichten 20 und 18 hindurch zur unteren Schicht 16 der Halbleiterscheibe. Das andere Ende der diffundierten Zone 32 des Widerstandes 31 ist mit einem zweiten Metallkontakt 52 versehen, der in nicht dargestellter Weise an einen geeigneten Teil der Schaltung angeschlossen ist.

Der Transistor 22 und der Widerstand 31 brauchen nicht, wie in F i g. 2 dargestellt ist, nebeneinander angeordnet zu sein, sondern können unter Umständen einen relativ großen Abstand voneinander haben. Wenn man dann die Emitterzone 26 des Transistors in üblicher Weise durch eine auf der Schutzschicht 40 verlaufende Leitungsbahn mit der diffundierten Zone 32 des Widerstandes 31 verbindet, so hat diese Verbindung einen erheblichen Leitungswiderstand. Bei der dargestellten Anordnung enthält der Stromweg zwischen dem Emitter und der als gemeinsamer Masseanschluß dienenden Schicht 16 dagegen nur einen ganz kurzen äußeren Metallstreifen 44 und einen kurzen Stromweg durch die Trennzone 36 zur Schicht 16. Die Schicht 16 bildet also eine Masseebene, an der eine beliebige Anzahl von Masseverbindungen von verschiedenen, räumlich getrennten Schaltungselementen hergestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des gemeinsamen Masseanschlusses der oben beschriebenen integrierten Schaltung besteht darin, daß der Schaltungsaufbau durch die einfache Art der Masseverbindungen wesentlich vereinfacht wird; bei komplexeren Schaltungsanordnungen sind nämlich gewöhnlich sehr viele, nahe benachbarte Anschlüsse erforderlich und es ist dann praktisch unmöglich, an der Oberfläche der Schaltung eine Leitungsbahn zu finden, mit der alle Massepunkte wirtschaftlich verbunden werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Monolithische integrierte Halbleiterschaltung mit einem Halbleiterkörper, der eine erste Schicht aus Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps von relativ geringer spezifischer Leitfähigkeit, ferner eine auf einer Seite der ersten Schicht angeordnete, mit einer isolierenden Schutzschicht bedeckte zweite Schicht aus Halbleitermaterial eines zweiten, entgegengesetzten Leitungstyps, in welcher mit Anschlußelektroden und auf der isolierenden Schutzschicht aufgedampften metallischen Leitungsbahnen versehene Schaltungselemente ausgebildet sind, und eine auf der anderen Seite der ersten Schicht angeordnete, mit einer Anschlußelektrode versehene und auf einem bestimmten elektrischen Potential liegende dritte Schicht aus Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps von relativ großer spezifischer Leitfähigkeit umfaßt, und bei der sich von der Oberfläche der die Schaltungselemente "enthaltenden zweiten Schicht mindestens zwei Schaltungselemente elektrisch voneinander isolierende Trennzonen vom ersten Leitungstyp und relativ hoher spezifischer Leitfähigkeit durch die zweite und die erste Schicht hindurch bis in die dritte Schicht erstrekken, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers (14) frei liegenden Flächen der Trennzonen (36, 38) mit Metallkontakten (45, 51) versehen und über diese Kontakte an Leitungsbahnen (44, 50) angeschlossen sind, welche zu mit dem Potential der dritten Schicht (16) zu versorgenden Anschlußelektroden (42, 48) der Schaltungselemente (22, 31) geführt sind.

Die Erfindung betrifft eine monolithische integrierte Halbleiterschaltung mit einem Halbleiterkörper, der eine erste Schicht aus Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps von relativ geringer spezifischer Leitfähigkeit, ferner eine auf einer Seite der ersten Schicht angeordnete, mit einer isolierenden Schutzschicht bedeckte zweite Schicht aus Halbleitermaterial eines zweiten, entgegengesetzten Leitungstyps, in welcher mit Anschlußelektroden und auf der isolierenden Schutzschicht aufgedampften metallischen Leitungsbahnen versehene Schaltungselemente ausgebildet sind, und eine auf der anderen Seite der ersten Schicht angeordnete, mit einer Anschlußelektrode versehene und auf einem bestimmten elektrischen Potential liegende dritte Schicht aus Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps von relativ großer spezifischer Leitfähigkeit umfaßt, und bei der sich von der Oberfläche der die Schaltungselemente enthaltenden zweiten Schicht mindestens zwei Schaltungselemente elektrisch voneinander isolierende Trennzonen vom ersten Leitungstyp und relativ hoher spezifischer Leitfähigkeit durch die zweite und die erste Schicht hindurch bis in die dritte Schicht erstrecken.

Bei integrierten Halbleiterschaltungen verwendet man üblicherweise eine — beispielsweise p-leitende — Substratschicht relativ geringer spezifischer Leitfähigkeit, auf der eine epitaktische Schicht vom entgegengesetzten Leitungstyp angeordnet ist. In dieser epitaktischen Schicht sind die einzelnen Schaltungselemente wie Transistoren, Widerstände usw. durch Diffusion

ausgebildet. Die Oberfläche mit den Schaltungselem ten ist dann bis auf die Kontaktflächen mit einer iso renden Schutzschicht, beispielsweise aus Siliziumdio abgedeckt. Die elektrischen Verbindungen zwiscl den einzelnen Schaltungselementen erfolgt über auf Schutzschicht aufgedampfte Leitungsbahnen zwisc! den einzelnen Kontaktflächen. Häufig ergibt sich drdie Notwendigkeit, Kontaktflächen miteinander zu \ binden, welche räumlich weit auseinanderliegen, so < die aufgedampften Leitungsbahnen bereits Wie standswerte aufweisen, die zu Störungen infolge unerwünschten Koppelungen oder Potentialdiffei zen führen können.

Es ist bereits bekannt (IBM-Technical Disclos Bulletin, Bd. 8, Nr. 12, vom Mai 1966, Seiten 1843/18 nebeneinander befindliche Schaltungselemente einem integrierten Schaltungsplättchen durch eine terhalb der Schaltungselemente im Plättchen ausgc dete stark dotierte Halbleiterschicht unmittelbar ι einander zu verbinden, um auf diese Weise exte Verbindungen einzusparen. Diese Methode läßt sich doch nur bei benachbarten Schaltungselementen wenden, von denen Zonen — etwa die Kollektorzo von Transistoren oder Dioden — unmittelbar an Verbindungsschicht heranreichen. Sollen Schaltui elemente verbunden werden, zwischen denen and Elemente angeordnet sind, so würden diese Elemc ebenfalls mit der Verbindungsschicht unerwünsc Kontakte bilden.

Ferner ist aus F i g. 11 der FR-PS 1 378 131 eine i; grierte Schaltung bekannt, bei welcher ein Bauelen von einer isolierenden Trennzone bzw. Isolationsz umgeben ist, die mit der unteren Begrenzungszone integrierten Schaltung in leitender Verbindung st Damit diese Verbindung möglichst gut wird, soll Isolationszone einen möglichst geringen Widerst haben. Außerdem kann die Oberfläche der unteren grenzungszone mit Anschlüssen versehen sein, so sie sich auf ein bestimmtes Potential legen läßt, was Gründen definierter Spannungsverhältnisse im Bet; durchaus erwünscht ist, damit nicht irgendwelche : renden Aufladungen oder Koppelungen eintreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Sc fung einer Möglichkeit, Schaltungspunkte miteinai zu verbinden, die an beliebigen Stellen des Halblei plättchens angeordnet sind, ohne daß dabei u; wünschte Kontakte mit solchen Schaltungselemer auftreten, welche nicht mit den betreffenden Kont; flächen verbunden werden sollen. Vorzugsweise 1 delt es sich hierbei um die Masseverbindungen rä lieh getrennter Kontaktflächen einzelner Schaltui elemente, welche mit vernachlässigbar kleinem Ver dungswiderstand zusammengeschaltet werden sollei

Ähnliche Probleme treten bei Schaltungsanordr gen auf, die mit hohen Frequenzen arbeiten. Bei ho Frequenzen, z. B. in der Größenordnung von 20 tv und darüber, wird die Wechselspannungsimpedanz Kollektorsperrschicht eines bipolaren Transistors ' hältnismäßig klein, so daß die Gefahr besteht, hochpegelige Signale aus der Kollektorzone von / gangstransistoren austreten und gegebenenfalls in Kollektorzonen von Vorstufentransistoren oder ai ren, mit kleinen Signalpegeln arbeitenden Transistc gelangen. Wenn das Substrat der Schaltung mit e: auf Masse liegenden Metallgrundplatte verbunden wird zwar der größte Teil dieser Störsignale nach fv se abgeleitet. Da das Substrat jedoch im allgemei aus Halbleitermaterial relativ hohen spezifisc