DE1639176A1 - Integrierte Festkoerperschaltung mit lediglich zwei Elektrodenzuleitungen - Google Patents

Integrierte Festkoerperschaltung mit lediglich zwei Elektrodenzuleitungen

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DE1639176A1
DE1639176A1 DE1968D0055410 DED0055410A DE1639176A1 DE 1639176 A1 DE1639176 A1 DE 1639176A1 DE 1968D0055410 DE1968D0055410 DE 1968D0055410 DE D0055410 A DED0055410 A DE D0055410A DE 1639176 A1 DE1639176 A1 DE 1639176A1
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Dipl-Ing Dr Hartmut Bleher
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Description

Deutsche ITT Industries GmbH H. Weinerth et al 16-6
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. I9 16. Februar I968
Pat.Mo/Ko
IM/Reg. 285 - Fl 55?
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, FREIBURG „i. Br.
Integrierte Festkörperschaltung mit lediglich zwei Elektrodenzuleitungen
Von der Anmelderin wurde bereits eine monolithisch integrierte Festkörperschaltung vorgeschlagen (Patentanmeldung D 54 8l4 VlIIc/ 21g), die die Funktion einer temperaturkompensierten Referenz-Diode mit reduziertem differentiellem Widerstand erfüllt und somit lediglich zwei Elektrodenzuleitungen benötigt. Diese temperaturkompensierte Referenz-Diode besteht aus einer Anzahl von Transistorstrukturen und einer Anzahl von Widerständen, die sämtlich so angeordnet sind, daß sie auf einem gemeinsamen Halbleiterplättchen, das auch die Kollektorzone der einzelnen Transistorstrukturen darstellt, angeordnet sind. Diese monolithisch integrierte Festkörperschaltung benötigt somit keine Isolationsdiffusionen.
Als weiteres Beispiel für integrierte Festkörperschaltungen, die lediglich zwei Elektrodenzuleitungen benötigen, kann an eine Konstantstromquelle oder an eine Parallelregelschaltung gedacht werden, ebenso an Schaltkreise, die im Zuge des Innenleiters von Koaxialleitungen oder Topfkreisen angeordnet werden sollen.
009834/-16Q3
BAD ORlGlNAt
IM/Reg. 285 - Fl 555 H. Weinerth et al 16-6
Die Erfindung bezieht sich somit auf eine integrierte Festkörperschaltung, insbesondere auf eine monolithisch integrierte Festkörperschaltung, in Form eines integrierten Zweipols, die aus einem die Einzelstrukturen der Festkörperschaltung enthaltenden oder tragenden Plättchen besteht und die lediglich zwei Elektrodenzuleitungen besitzt.
fe Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, solche integrierten Zweipole billig und einfach zu kontaktieren, d.h. mit Elektrodenzuleitungen zu versehen. Ferner hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, solche integrierten Zweipole billig und einfach in ein Gehäuse einzubauen. Die Herstellkosten der beschriebenen integrierten Zueipole werden nämlich v;esentlich von den I-iontagekosten beeinflußt. So werden beispielsweise monolithisch Integrierte Halbleiterschaltungen, die eine Vielzahl von Elektrodenzuleitun.^er. besitzen, dadurch kontaktiert, da3 nach dem bekannten Tr.ermokompressionsverfahren dünne Drähte unter Anwendung von Wärme und Druck oder von Ultrasehall an den entsprechenden Elekuroden;contaktflachen angebracht werden. Aufgrund der Tatsache, daß dieses Kontaktieren nur halbautomatisch erfolgt, d.h. das eigentliche Kon-
ψ taktieren erfolgt maschinell, 'während das Ausricuten von Elektrodenkontaktfläche und Elektrodenzuleitung vor dem Kontaktieren von Hand mittels eines Mikromanipulators ausgeführt wird, ist dieses Kontaktierverfahren sehr teuer. Außerdem sind einer Kassenf erti^ur.;. dadurch Grenzen gesetzt. Man ist daher bestrebt, von diesem Kontaktierverfahren abzukommen und billigere, schnellere und einfachere Verfahren zum Kontaktieren anzuwenden. Insbesondere soll-' auch eine Massenfertigung möglich sein,--was beispielsweise bei gelöteten Kontakten oder bei den sogenannten Presskontakten der Fall sein kann.
009834/1503
BAD ORIGINAL
IM/Reg. 28ς - Pl 553 H. Weinerth et al 16-6
Die anhand der genannten Nachteile geschilderte Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß auf jeder der beiden Oberflächenseiten des Plättchens ein im Zentrum liegender, im Vergleich zur Fläche der Einzelstrukturen großflächiger Elektrodenkontakt angeordnet ist, mit den die jeweilige Elektrodenzuleitung verbunden ist.
E±b vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß auf der einen Oberflächenseite, von der aus die Einzelstrukturen in oder auf der:. Plättchen gebildet sind, der Elektrodenkontakt auf einer Isolierschicht angeordnet ist, wobei sich die Einzelstrukturen gegebenenfalls bis unter die isolierschicht erstrecken können oder um den zentralen Elektrodenkontakt gruppiert sind. Eine andere Mü£;lich«-;ei- für die Anbringung des Eiektroclenkontakts besteht darin, da: :;ach einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Elektrodenkoutaiit die darunterliegende Zone einer Eii.zelstruktur direkt koivcaktiei't. Auf diese "weise wird eine sonst erforderliche Leitbahn eingespart. Besonders günstig ist es, wenn der zentrale Elektrodenkonta:t kreisförmig ausgebildet: ist. Befinden sich alle Elektrodenkontakte an der einen Oberflüünenseite, se führt r..an nach einer weiteren Ausbildungsfors.. der Erfindung zu den auf der zweiten C*jerf" liohenseite angebracht cn Elektrodenkontakt von der einen überfiäc-ienseite- her eine leitende Verbindung.
Bei x:.oiiQlLi.-.L?2.. Integrierten l*'esti-:örperschaitungen kanr. diese leitende Yrivl.iiui^ in verschiedene.1 V/eise ausgeführt sein, oc kann beiprielav.eise die leitende Verbindung durch eine diffundierte Somc, insbesondere die laolieracne selbst hergestellt sein, wobei difcijf- Z---r.e vorsugsv.eise vor den. Aufbringen der Einzelstrukturtu α.:-fundiert ist. Ein-s a::üere Möglichkeit der Ausbildung
00S83W1503
BAD
IM/Reg. 285 - Pl 553 H. Weinerth et al 16-6
der leitenden Verbindung besteht darin, sie mittels epitaktischen Aufbringens herzustellen, das durch eine Maske begrenzt ist. Eine besonders vorteilhafte und einfache Möglichkeit zur Herstellung der leitenden Verbindung besteht darin, daß sie durch einen Legierungsprozeß hergestellt ist, der vorzugsweise in einem Temperaturgradienten erfolgt, so daß auch über den Materialtransport hinaus, der sich bei der Regierungsbildung bis zum Erreichen des Gleichgewichtszufc stands einstellt, weiteres einzulegierendes Material in die Tiefe transportiert wird. Bei einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung, die für alle Einzelstrukturen eine gemeinsame KoI-lektorzone besitzt, kann die leitende Verbindung von der einen Oberflächenseite zur anderen Oberflächenseite entfallen. Hier ist nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf/tier freien Ouerflächenseite des die Kollektorzone tragenden Plättchens ein großflächiger Metallbelag aufgebracht.
Bei einer integrierten Festkörperschaltung, die auf einem Isolierplättchen aufgebracht ist, besteht die leitende Verbindung in weiterer Ausbildung der Erfindung aus einem metallischen Leiter.
ψ Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines integrierten Zweipols, der die Funktion einer temperaturkompensierten Referenz-Diode besitzt.
Fig. 2 zeigt im Schnitt das Plättchen aus Halbleitermaterial, das die integrierte Festkörperschaltung nach Fig. 1 trägt.
00983A/1503
BAD ORIGINAL * "'
IM/Reg. 285 - Fl 553 H. Weinerth et al 16-6
Fig. 3 zeigt die Sohnittansieht einer anderen Ausbildungsform der Erfindung. "
Fig. 4 zeigt im Grundriß die Anordnung der im Ersatzschaltbild der Fig. 1 gezeigten Einzelstrukturen.
Fig. 5 zeigt im Schnitt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung. Fig. 6-9 zeigen weitere Ausbildungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 ist das elektrische Ersatzschaltbild einer als temperaturkompensierte Referenz-Diode wirkenden monolithisch integrierten Festkörperschaltung gezeigt. Sie besitzt die mit einem Plus-, bzw, Minuszeichen gekennzeichneten äußeren Anschlüsse. Um die. Darstellung in den Figuren nicht zu komplizieren, wird diese Schaltung in zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich die Transistorstruktur A und die gestrichelt umrandete, aus mehreren Einzelstrukturen bestehende Einheit B. Die Funktion dieser monolithisch integrierten temperaturkompensierten Zenerdiode ist in dem älteren Vorschlag der Patentanmeldung D 5^ 814 beschrieben. Das Hauptmerkmal dieser monolithisch integrierten Festkörperschaltung besteht darin, daß sie für alle Einzelstrukturen eine gemeinsame Kollektorzone, nämlich den Halbleiterkörper selbst besitzt.
In Fig. 2 ist im Schnitt ein Teil der monolithisch integrierten Festkörperschaltung, deren elektrisches Ersatzschaltbild in Fig.l dargestellt ist, gezeigt. Das Plättchen 2 ist in diesem Falle aus Halbleitermaterial und besteht aus einer hochdotierten η -Zone 2a und einer darüber, beispielsweise epitaktisch aufgebrachten n""-Zone 2b aus Halbleitermaterial. In diese Zone sind die einzelnen
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BAD ORfGiNAL
IM/Reg. 285 - Fl 555 H. rfeinerth et al I6-6
Transistorstrukturen sowie die anderen Einzelstrukturen eingelassen. Es sind zwei Transistorstrukturen A und C gezeigt, die die beiden Basiszonen 6a, 6c sowie die in die jeweiligen Basiszonen eingelassenen Emitterzonen besitzen. Auf den Emitterzonen sind die Elektrodenkontakte 4a und 4c aufgebracht. Diese Oberfläche des Plättchens ist, ausgenommen die Elektrodenkontakte, mit einer isolierenden Schutzschicht 5 abgedeckt. Vom Elektrodenkontakt 4a führt auf der Schutzschicht 3 eine Verbindung zum großflächigen Elektroderikontakt 5· Der großflächige Elektrodenkontakt 5 trägt in bekannter Weise einen durch elektrolytische oder andere Abscheidung aufgebrachten pilzförmigen Kontakt 5a. Die Elektrodenkontakte 4a und 4c können aus aufgedampften Metallfilmen bestehen. Es ist aber auch möglich, daß die Elektrodenkontakte 4a und 4c aus mehreren Lagen verschiedenartiger Metalle bestehen, beispielsweise aus Chrom und Silber oder aus Aluminium und Silber oder aus Chrom, Silber und Gold oder aus Nickel und Gold oder aus Nickel, Blei und Zinn, so daß einerseits ein guter Kontakt mit dem Halbleitermaterial der zugehörigen Zonen und andererseits eine Oberfläche des Elektrodenkontaktes gewährleistet ist, die die v/eitere Aufbringung des Kontaktes 5a mit niedrigen Kontaktwiderständen und guter mechanischer Haftung erlaubt. An den Kontakt 5a kann nun sehr einfach durch Löten eine Zuleitung angebracht werden oder es kann auch die große Oberfläche des Kontaktes 5a als Auflagefläche einer Preßkontakt verbindung benutzt v/erden.
Bei der in Pig. 3 gezeigten Ausführungsform befindet sich der Emitter der Transistorstruktur A im Zentrum des Plättchens 2. Der großflächige zentrale Elektrodenkontakt 5 kontaktiert direkt die Emitterzone der Transistorstruktur A. Der Elektrodenkorroakt 4a nach
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BAD ORIGINAL
285 - Fl 553 H. Weinerth et al 16-6
Fig. 2 kann somit eingespart werden. Vom Elektrodenkontakt 5 führt die metallische Leitbahn 4b zum Elektrodenkontakt 4c der Transistorstruktur C, in diesem Falle also zu ihrer Basiszone. Auf dem zentralen ^ro2flächigen Elektrodenkontakt 5 ist vjiederum der Kontakt 5a angebracht.
In Fig* 4 ist im Grundriß die Aufteilung der integrierten Festkörperschaltung auf dem Plättchen 2 in schematischer Weise dargestellt. Der Schaltungsteil B nach Fig. 1 ist um den zentralen Elektrodenkontakt 5 herumgrunpiert. Die Transistorstruktur A befindet sich in der rechten oberen *Eoke des Plättchens 2. Die quadx'atisch ausgebildete Emitterzone ist mit den, zentralen Elektrodenkontakt 5 über die Leitbahn 4b und den Emitter-Elektrodenkontakt 4a leitend verbunden. Die Basiszone 6a ist mit dem Schaltungsteil 3 übei' die ..eitere Leitbahn 7 verbunden.
Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung, bei der vor dem Anorinjeri den Kontaktes 5a eir.e dielektrische Isolierschicht 8 auf den bereits vorhandene!, zentralen Elektrodenkontakt f. aufgebracht v;ird. in einen, nachfolgenden Verfahre nss dir it:: wird ;..ittels des Le.iaimten photolithoj«a;:-'.:i£-jhen Prozesses eine I" f Jn'.: ng über demjenigen Teil des zentralen Elc-ktrcdenkoiitäkts ;:- '.er;%es teilt, der1 rr;it der.. Kontakt 5a vei's: lüde, ..ei'den soll, wcr.i. die Inolierschicht av-s Qias, SiÜ/SiOp» S:-.,N' besteht. Bei dielel:*vi'iojhe:. Sciiiciiten, -c-i dci.ea das yhotoli'c::jt:ra.--:ische Verfahre:; r.icl.i; a:.oev;endet \; tr de η \:a.:^ (z.B. Polytetrafiucrlithylen) kann cv.'eokir.üSig eine Aufbringung durch geeignete Masken erfolgen.
In Fig. 6 ist ein Ausschnitt aus einer monolithisch integrierten Festkörpersoi.al'jung gezeigt, bei der voneinander isolierte
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BAD ORIGINAL
IM/Reg. 285 - Pl 553 H. Weinerth et al 16-6
η-Zonen 9a, 9b und $c gebildet sind. Die Isolation erfolgt durch' Eindiffundieren hochdotierter p+-Zonen 10a und 10b in die vorher · aufgebrachte n-Zone 9, sowie dadurch, daß die n-Zone 9 im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 nicht auf einer η -Zone, sondern auf der p+-Zone 2c, beispielsweise epitaktisch aufgebracht ist. Die eindiffundierten p+-Zonen 10a und 10b erstrecken sich bis in die p+-Zone 2c. In der isolierten n-Zone 9b ist die Transistorstruktur A erzeugt, 'deren Emitterzone mit dem auf der gegeri-" überliegenden Plattchenseite angebrachten großflächigen Elektrodenkontakt 1 elektrisch verbunden werden soll. Dies geschieht nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch, daß die eindiffundierte Isolierzone 10b einen Metallbelag 11 trägt, der mit dem Emitterkontakt 12 der Transistorstruktur A über die auf der Isolierschicht J verlaufende Leitbahn IJ verbunden ist.
In Fig. 7 ist eine andere Möglichkeit zur Herstellung der leitenden Verbindung zum großflächigen Elektrodenkontakt 1 gezeigt. Hierbei besteht die in Fig. 6 gezeigte diffundierte p+-Zone 10b aus einer epitaktisch mittels einer Maskierung aufgebrachten p+-Zone 14, die wiederum mit einem Kontaktbelag 11 versehen ist.
In Fig. 8 ist schematisch eine weitereMö'glichkeit gezeigt, wie die leitende Verbindung ausgebildet sein kann. In der n-Zöne 9 ist durch Einlegieren eine hochdotierte ρ -Rekristallisationszone 15 gebildet, die sich durch die n-Zone 9 hindurch bis in die p+-Zone 2c erstreckt. An der Oberfläche der Rekristallisationszone 15 befindet sich als Elelctrodenkontakt 16 ein Teil des wieder erstarrten Legierungsmaterials. An diesem Kontakt können wieder, wie oben geschildert, Zonen von Einzelstrukturen der Pestkörperschaltung angeschlossen werden.
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BAD ORIGINAL
IM/Reg» 285 - Fl "553 H. Weinerth et al Ιβ-β
Die Rekristallisationszone I5 wird vorzugsweise mit einem Legierungsprozeß hergestellt, der in einem Temperaturgradienten erfolgt. Darunter ist zu verstehen, daß beim Einlegieren an der Ober- und Unterseite des Plättchens 2 verschiedene Temperaturen herrschen, und zwar befindet sich die Fläche, an der der großflächige Elektrodenkontakt 1 angebracht is taueine? höher ei Temperatur als an der Oberfläche der Zone 9· Dadurch wird erreicht, daß das Legierungsmaterial 16 infolge eines Materialtransportes, der aufgrund des Temperaturgefälles sich einstellt, die ganze Zone 9 durchdringt und bis in die p+-Zone 2c gelangt,■
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung, bei der das Plättchen 2 aus isolierendem Material besteht. Auf seiner · Oberfläche befindet sich der Kontaktbelag 17, auf dessen Oberfläche sich ein Transistorplättchen 18 befindet..Auf der gegenüberliegenden Oberfläche befindet sich der großflächige Elektrodenkontakt 1, der mit dem Kontaktbelag I7 durch die metallische Verbindung 18 und dem darauf angebrachten Kontakt I9 verbunden ist.
Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß -integrierte Festkörperschaltungen, die als Zweipol aufgebaut sind, in die für übliche Zweipole geeigneten Gehäuse eingebaut werden können. Insbesondere können die bei üblichen Halbleiterdioden verwendeten Gehäuse auch' für die erfindungsgemäßen integrierten Festkörperschaltungen verwendet werden. Vor allem lassen sich dadurch die erfindungsgemäßen integrierten Festkörperschaltungen sehr schnell und in großen Stückzahlen mit Gehäuse und Zuleitungen versehen. Da die Kosten eines als integrierte Festkörperschaltung aufgebauten Zweipols zu einem beträchtlichen Teil auch von den Kosten
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für den Einbau in das Gehäuse bestimmt werden, bietet die Erfindung die Möglichkeit, übliche auf Kassenfertigung zugeschnittene Diodengehäuse auch bei als Zweipol integrierten Pestkörperschaltungen verwenden zu können.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke läßt sich auch bei Gehäuseanordnungen, anwenden, die drei Elektrodenzulextungen besitzen, von denen zwei von einer Seite her und die dritte von der gegenüberliegenden Seite aus iis Gehäuse und damit zur integrierten Schaltung führen. Es sind dann lediglich zwei großflächige Elektrodenkontakte anzubringen, die nebeneinander oder auch konzentrisch
zueinander angeordnet sein können. Auch diese Abwandlung der Erfindung ist bei Massehfertigungsverfaiiren verwendbar, so daß die oben geschilderten Vorteile auch hier auftreten. Es lassen sich somit auch dreipolige integrierte Schaltungen in hierfür übliche Gehäuse einbauen.
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Claims (1)

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    ti
    Patentansprüche
    1) Integrierte Festkörperschaltung, insbesondere monolithisch integrierte Festkörperschaltung, in Form eines integrierten Zweipols, die aus einem die Einzelstrukturen der Festkörperschaltung enthaltenden oder tragenden Plättehen besteht und die lediglich zwei Elektrodenzulelturieen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder der beiden Oberflächenseiten des Plättchens (2) ein im Zentrum, liegender, irr. Vergleich zur Fläche der Einzelstrukturen (Λ, C) gr-oSflächiger Elektrodenkontakt (l, 5) angeordnet is*o, :, it den; die jeweilige Elektrodenzuleitung verbunden ist.
    2) Festkörperschaltung nach» Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.3 auf der einen Oberflächenseite, von der ausdie Einzelstrukturen i:. oder auf dem Plättchen (2) gebildet sind, der Elektroden^:j..-ak'c (3) auf einer Isolierschicht (j5) angeordnet is'i, wobei sich die Einaelstrukturen gegebenenfalls bis unter die Isolierschicht (5) erstrecken können (Fig. 2).
    5) Festkörpersc altung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.? auf der Ooer-'^ächenseite, von der aus die Einzelstrukturen in oder auf de;., blättchen gebildet sind, der Elektrodenkontakt (5) die darunterliegende Zone einer Einzelstruktur (A) direkt kontaktiert (Fij. J>).
    K) Festkörperschaltung nach Anspruch 2 oder J5, dadurch geke:;:.zeichnet, daß der zentrale Elektrodenkontakt (l, 5) kreis fJ."vr.ic ausgebildet -st.
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    5) Festkörperschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder nach den Ansprüchen 1 und J5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem auf der*' zweiten Oberflächenseite angebrachten Elektrodenkontakt (l) von der einen Oberflächenseite her eine leitende Verbindung geführt ist. . '
    6) Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung aus einer diffundierten Zone (lOb), insbesondere aus der Isolierzone besteht, die vorzugsweise vor dem Aufbringen der Einzelstrukturen (A, C) diffundiert ist (Fig. 6).
    7) Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung aus einer epitaktisch, in der Öffnung einer Maske gewachsenen Zone (14) besteht (Fig. 7)·
    8) Monolithisch integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung aus einer vorzugsweise mittels eines in einem Temperaturgradienten erfolgenden Legierungsprozesses erzeugten Rekristallisationszone (15) besteht (Fig. 8).
    9) Monolithisch integrierte Festkörperschaltung mit allen Einzelstrukturen in einer gemeinsamen Kollektor-zone nach den Ansprüchen 1 und 2 oder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der freien Oberflächenseite des die Kollektorzone tragenden und/oder bildenden Plättchens (2) ein großflächiger Metallbelag (l) aufgebracht ist (Fig. 2).
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    10) Auf einem Isolierplättohen aufgebrachte integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung aus metallischen Leitern (18, I9) besteht (Fig. 8). .
    11) Abwandlung der integrierten Festkörperschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der einen Oberflächenseite des Plättchens (2) im Zentrum liegende großflächige Elektrodenkontakt (1, 5) in zwei getrennte Kontakte aufgeteilt ist, die verschiedene Einzelstrukturen kontaktieren.
    12) Integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Kontakte nebeneinander angeordnet sind.
    Ij5) Integrierte Festkörperschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Kontakte konzentrisch angeordnet sind.
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