DE1816023A1 - Baustein mit elektronischer Schaltung - Google Patents
Baustein mit elektronischer SchaltungInfo
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Description
Patentanwalt
Anmelder: Philips Pafenfverwalfung GmbH.
Akte No. PHD- I327
Akte No. PHD- I327
Anmeldung vom: 19. Dezember I968
Philips Patentverwaltung GmbH, 2 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
"Baustein mit elektronischer Schaltung"
Die Erfindung betrifft einen Baustein mit einer integrierten Pestkörper-Schaltung, die im Betrieb eine schnell und stark
wechselnde Belastung für die Speisegleichspannung bildet.
Bausteine mit derartigem Verhalten sind z.B. digitale Schaltkreise,
in denen bei Umschaltvorgängen kurzzeitig hohe Stromspitzen in der Speisespannungszuleitung auftreten oder in denen
bei verschiedenen Schaltzuständen sehr unterschiedliche Ströme fließen. Insbesondere Systeme mit integrierten Schaltungen
sind durch kurze Schaltzeiten gekennzeichnet. Der Aufwand zum Glätten der während des ümschaltens der Schaltkreise
durch Belastungsschwankungen auftretenden Spannungseinbrüche kann beträchtlich sein. Verursacht werden diese Spannungseinbrüche
durch Spannungsabfälle an den Induktivitäten der Zuleitungen. Beim Zusammenfassen mehrerer integrierter Schaltungen
zu einem System werden z.B. auf einer gedruckten Leiterplatte etwa 4o Bausteine untereinander verbunden. Bei der
üblichen Anordnung verwendet man zum Abblocken der Versorgungsspannungen gegen schnelle Belastungsschwankungen, die
während des Umschaltens auftreten, schon für etwa 5 Bausteine
Kondensatoren mit relativ kleinen Kapazitätswerten. Länger andauernde Belastungsänderungen während des Impulsdaches werden
nur einmal je Leiterplatte durch einen größeren Kondensator ausgeglichen.
PHD-1327 00982Ö/123S
Mü/ - 2 -
Die Erfindung bezweckt, einen Baustein mit einer integrierten
Schaltung anzugeben, bei dem keine oder nur in sehr großen Systemen einige wenige zusätzliche Kondensatoren notwendig
sind und mit Sicherheit keine gegenseitige Beeinflussung von Bausteinen über die Stromversorgung auftreten kann. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kristall selbst einen Kondensatorbelag oder dessen elektrisch leitende Auflage
für einen die beiden Pole der Speisespannung überbrückenden Kondensator bildet.
Mit dieser Maßnahme werden die in der Schaltung auftretenden schnellen Stromänderungen am Ort des Entstehens aufgefangen, so
daß sie nach außerhalb des Bausteins gar nicht in Erscheinung treten. Außerdem läßt sich ein derartiger Kondensator nahezu
ohne zusätzlichen Aufwand herstellen, wofür in den Unteransprüchen einige Möglichkeiten angegeben werden, so daß sich
durch die Vermeidung von äußeren Siebmitteln eine echte Kostenersparnis ergibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Aufbau eines Kondensators aus Grundkristall,
SiO2-Schicht und Metallbelag,
Fig. 2 die Erzeugung eines Kondensators durch eine p-n-Sperrschicht
auf der Kristallrückseite,
Fig. 3 den Aufbau eines Kondensators aus zwei zusätzlichen Metallechichten auf der Kristallrückseite.
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Bei einer integrierten Festkörperschaltung enthält die Vorderseite des Kristalls die Bauelemente, und die Fläche
des Kristalls wird allgemein nicht größer als für die vorgesehene Schaltung unbedingt notwendig gewählt. In diesem
Falle ist es besonders vorteilhaft, die Rückseite des Kristalls für die Herstellung des Kondensators auszunutzen.
Die in den Figuren dargestellten Beispiele beziehen sich daher auch auf diesen Fall.
Allgemein wird bei der Herstellung einer integrierten Festkörperschaltung
nach dem üblichen Planar-Verfahren die SiO«- Schicht auf der Vorderseite teilweise entsprechend der Maske
und auf der Rückseite vollständig entfernt. Beim anschließenden Diffusionsvorgang bildet sich die SiOp-Schicht an diesen
Stellen wieder neu. Nach Beeendigung aller Diffusions- und Maskierungsvorgänge wird dann die Rückseite des ganzen Chips
mechanisch oder chemisch so weit entfernt, wie Verunreinigungen bzw. Dotierungsstoffe eingedrungen sein können. Dabei
wird zwangsläufig auch die zuletzt gebildete SiC^-Schicht
wieder entfernt, so daß eine elektrisch gut leitende Kristallfläche entsteht, die als Zuführung des einen Pols der
Speisespannung -benutzt und,mit dem Kristallträger elektrisch
leitend mit der ganzen Fläche verbunden wird. Die Zuführung der Speisespannung über die Kristallrückseite ist jedoch nicht
unbedingt notwendig, sondern dies kann ebenso gut über einen Anschluß auf der Vorderseite geschehen.
Die Herstellung eines Kondensators auf der Rückseite des Kristalls
kann dadurch geschehen, daß der Kristall nicht völlig freigelegt wird, sondern mit einer SiOg-Schicht als Dielektrikum
bedeckt wird, auf die eine Metallschicht als Gegenbelag aufgebracht wird, wie Fig. 1 zeigt. Diese SiOg-Schicht
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kann entweder in einem zusätzlichen Arbeitsgang erzeugt
werden oder es wird bei einem der für die Erzeugung der Schaltung erforderlichen Arbeitsgänge die dabei auf der
Rückseite des Kristalls entstehende SiOp-Schicht nicht
entfernt, indem die Rückseite entsprechend wie die Vorderseite
abgedeckt wird, wobei keine Genauigkeitsforderungen bestehen. Die Metallschicht auf der Rückseite läßt
sich im gleichen Arbeitsgang wie die Leiterbahnen auf der Schaltungsseite herstellen, so daß insgesamt praktisch kein
zusätzlicher Arbeitsgang für die Herstellung des Kondensators notwendig ist.
Der Kristall kann dann mit der Metallschicht auf der Rückseite auf den Kristallträger elektrisch leitend und mechanisch
fest aufgelötet werfen, wobei der Kristallträger an den entsprechenden Pol der Spannungsquelle anzuschließen
ist. Auf diese Weise entsteht ein Kondensator, dessen einer Belag durch den Grundkristall und dessen anderer Belag
durch den Kristallträger über die rückseitige Metallschicht
gebildet wird. Die einzige Verdrahtung besteht aus der Verbindung des Kristallträgers mit dem entsprechenden
Anschluß auf der Schaltungsseite, die praktisch vernachlässigbar ist. Dieser Kondensator ist also auf dem kürzesten
möglichen Weg angeschlossen, so daß keine Störsignal ρ über die Speisespannungen nach außen erscheinen können.
Eine andere Möglichkeit zur Bildung des Kondensators besteht darin, in die Rückseite des Kristalls einen p-n-Übergang
einzudiffundieren, d.h. eine Diode mit der Fläche
des ganzen Kristalls zu bilden (Fig. 2). Wenn eine Diode in Sperrichtung betrieben wird, wirkt sie wie ein Kondensator,
dessen Kapazität u.a. von der angelegten Spannung und
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von der Fläche bestimmt wird. Wegen der großen !Fläche und der normalerweise verwendeten niedrigen Spannungen von
wenigen Volt entstehen so ausreichende Kapazitätswerte. Die Herstellung dieser Diode kann im gleichen Arbeitsgang
wie die Emitterdiffusion auf der Schaltungsseite geschehen. Das Substrat ist allgemein p-dotiert, dann müssen die Kollektorzonen
von Transistoren und damit auch die Emitterzonen η-dotiert sein, so daß mit der Emitterdiffusion auf der Rückseite
tatsächlich eine Sperrschicht entsteht. Für die Herstellung dieser Diffusion ist es nun lediglich notwendig,
die Rückseite des Kristalls bei der Behandlung der Vorderseite immer abgedeckt zu halten, z.B. durch eine SiOp-Schicht,
und nur vor der Emitterdiffusion vollständig freizulegen. Dazu ist weder ein Maskierungsschritt noch eine
andere Einhaltung irgendeiner Genauigkeit erforderlich.
Die so bearbeitetet Rückseite des Kristalls kann nun wie
üblich unmittelbar mit dem Kristallträger elektrisch leitend verbunden werden, wobei der Kristallträger in diesem
Fall an den entsprechend anderen Pol der Speisespannung angeschlossen wird.
Die Sperrschicht auf der Rückseite reicht bis zur Bruchkante des Kristalls, wo sie nicht von einer schützenden
SiOp-Schieht bedeckt ist. Daher kann möglicherweise über diese Sperrschicht ein gewisser Sperrstrom fließen, der
zwar nur direkt die Speisespannung belastet, aber andererseits eine kleine Erhöhung der Verlustleistung bewirken
kann. Um auch dies zu verhindern,kann durch einen MaskierungsBchritt
vor der Emitterdiffusion erreicht werden, daß die Sperrschicht nicht bis zum Bruchrand reicht und somit
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-G-
keine ungeschützten Sperrschichten entstehen. Wenn die Fläche dieser Sperrschicht, d.h. die Maske nicht zu groß
gewählt wird, ist "bei dem Maskierungsschritt auch keine
besondere Genauigkeit zu beachten.
Eine weitere Möglichkeit für die Realisierung des Dielektrikums des Kondensators auf der Rückseite des Kristalls
besteht in der Verwendung einer Metallverbindung, z.B. AIpO-, wie Fig. 3 zeigt. Dafür wird die Rückseite des
Kristalls mit einer Metallschicht bedeckt, um eine bessere Haftung der Metallverbindung zu erreichen. Vorzugsweise
wird für die Metallschicht das gleiche Metall verwendet wie auch die Metallverbindung enthalten soll, so daß letztere
direkt aus der Metallschicht erzeugt werden kann, z.B. durch anodische Oxydation. Für dieses Verfahren eignet sich
besonders gut z.B. Aluminium oder Tantal, welches noch höhere Kapazitätswerte ergibt.
Der Gegenbelag wird wieder durch eine Metallschicht gebildet, wobei als Metall vorzugsweise auch das gleiche wie das
der Metallverbindung gewählt wird. Das Aufbringen kann ebenfalls in bekannter Weise durch Aufdampfen oder Aufsputtern
geschehen.
Patentansprüche:
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Claims (7)
1. Baustein mit einer integrierten Festkörper-Schaltung,
die im Betrieh eine schnell und stark wechselnde Belastung für die Speisegleichspannung bildet, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kristall selbst einen Kondensatorbelag oder dessen elektrisch leitende Auflage
für einen die beiden Pole der Speisespannung überbrückenden Kondensator bildet.
2. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine SiOr>-Schicht auf der Rückseite des Kristalls das
Dielektrikum bildet und als G-egenbelag eine Metallschicht
auf diese SiOp-Schicht aufgebracht ist.
3. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rückseite des Kristalls entgegengesetzt zum Grundkristall dotiert ist und die so entstandene Sperrschicht
in Sperr!chtung als Kondensator verwendet ist.
4. Baustein nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht auf der Rückseite des Kristalls durch
Anwendung eines Maskierungsschritts nicht bis zu den Bruchflächen des Kristalls reicht.
5« Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rückseite des Kristalls mit einer mit dem Kristall elektrisch verbundenen Metallschicht bedeckt ist, diese
Metallschicht mit einem Dielektrikum und das Dielektrikum v/i ed er mit einer Metallschicht bedeckt ist.
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6. Baustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dielektrikum eine chemische Verbindung der Metallschicht ist.
7. Baustein nach Anspruch 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet« daß der nicht durch den Kristall gebildete
Belag des Kondensators mit dem Kristallträger elektrisch leitend und mechanisch verbunden ist und
der Kristallträger mit dem entsprechenden Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.
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