DE1902369C3 - Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Schmelzsicherung, für deren verschiedene Funktionen Gruppen von jeweils identischen Schaltkreisen in der Oberfläche eines Halbleiterkristalls erzeugt werden und jeweils ein durch einen Test als funktionsfähig ermittelter Schaltkreis jeder Gruppe zum Aufbau der Schaltung verwendet wird.

Integrierte Schaltungen werden bekanntlich in der Weis" hergestellt, daß die einzelnen Schaltkreise der Schaltung in Massenfabrikation auf einem oder mehreren Substraten erzeugt werden und sodann zum Aufbau der Schaltung durch metallische Leitungsmuster miteinander verbunden werden. Gegenwärtig ist jedoch die Ausbeute brauchbarer Schaltkreise der einzelnen Substratchargen sehr unterschiedlich. Auch sind die brauchbaren Schaltkreise bezüglich ihrer Lage auf Schaltkreiseinheiten, Substrat zufällig verteilt und nicht im voraus bestimmbar. Um unter diesen Umständen ein Optimum an funktionsfähigen Schaltungen zu erzielen, wurde deshalb vorgeschlagen, jeden Schaltkreis des oder der Substrate zu testen und anschließend die metallischen Verbindungen zwischen den brauchbaren, den Testanforderungen genügenden Schaltkreisen herzustellen. Es wurde auch vorgeschlagen, das Testen der Schaltkreise und den anschließenden Entwurf und die Ausbildung des metallischen Verbindungsmusters zwischen den brauchbaren Schaltkreisen mit Hilfe automatischer Verfahren unter der Kontrolle eines programmierten Computers auszuführen. Da jedoch auf einem einzigen Substrat Schaltkreise in der Größenordnung zwischen 100 und 1000 aufgebracht werden, ist die Anzahl der Permutationen und Kombinationen der geometrischen Lage der brauchbaren Schaltkreise und dementsprechend die Anzahl von verschiedenen Verbindungsmustern so groß, daß es unmöglich ist, jede mögliche Verbindung in den Computer zu programmieren. Ein derartiges Verfahren ist somit für die Herstellung von integrierten Schaltungen nicht brauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen anzugeben, bei welchem die metallischen Verbindungen der einzelnen Schaltkreise nach einem einheitlichen Muster hergestellt werden können. Insbesondere soll sich das Verfahren zur Verbindung der ausgewählten Schaltkreise leicht automatisieren lassen.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für jede Schaltfunktion eine der zu erwartenden statistischen Ausbeute entsprechende Anzahl von identischen Schaltkreisen in einer Reihe auf den Halbleiterkristall aufgebracht wird, daß die Schaltkreise einer Reihe bezüglich ihrer Stromversorgu.igs- und Eingangssignalanschlüsse über parallel zu den Reihen verlaufende Sammelleitungen in Parallelschaltung verbunden werden, daß die Schaltkreise einer Reihe nacheinander auf Funktionsfähigkeit geprüft werden und daß beim Auftreten des ersten funktionsfähigen Schaltkreises alle übrigen Schaltkreise der Reihe in an sich bekannter Weise elektrisch abgetrennt werden.

Das Abtrennen von unbrauchbaren elektrischen Bauelementen aus einer Reihe von parallelgeschalteten, gleichartigen Bauelementen ist bereits aus der Technik der Trockengleichrichter bekannt. Bei solchen Gleichrichteranordnungen, die aus einer Anzahl von parallelgeschalteten, einzelnen Gleichrichterzellen bestehen, werden, beispielsweise auf elektrischem Wege durch eine Art Schmelzsicherung, unbrauchbare Gleichrichterzellen abgeschaltet und dadurch die Gleichrichteranordnung, die z. B. infolge der schadhaften Zelle einen Kurzschluß aufwies, wieder brauchbar gemacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß die Trennung durch Schmelzen der Leitungszüge an schmalen Stellen mit Hilfe eines hohen Stromes erfolgt. Dabei wird in vorteilhafter Weise die +-Potential führende Sammelleitung jeweils über eine schmale, zwischen zwei leitenden Bereichen ausgebildete Verbindungsbrücke mit den einzelnen Schaltkreisen verbunden, und zum Abtrennen eines Schaltkreises wird die Verbindungsbrücke durch Aufsetzen von spitzen Elektroden auf die leitenden Bereiche der Brücke durch Entladung eines Kondensators durchgeschmolzen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schaltkreise mehrerer Gruppen von Schaltkreisen matrixartig auf dem Substrat angeordnet und durch in Richtung der Zeilen und Spalten der Matrix verlaufende Leitungen verbun-

den werden. Auf diese Weise können die Testvorgänge und SchaUkreisabtrennungen leicht von einem durch fjinen Computer gesteuerten Automaten übernommen werdea

Die Erfindung wird an Hand eines durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben, Es zeigt

Fig.l in Draufsicht ein durch ein Halbleiterplättchen gebildetes Substrat mit einer Reihe von integ-ierteu Schaltkreisen,

Fig-2 zte>ei benachbarte Schaltkreise auf dem Substrat von F i g. 1 in vergrößerter Darstellung,

F i g. 3 einen Schnitt durch das Substrat entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

F i g. 4 einen Schnitt durch das Substrat entlang der Linie 4-4 in F i g. 2 und

F i g. 5 in schaubildlicher Ansicht einen integrierten Schaltkreis entsprechend Fig.2, in welchem die Verbindungen schematisch und die diffundierten Schaltkreiselemente gestrichelt dargestellt sind.

In Fig.l ist mit 1 ein Substrat aus Silizium oder einem anderen HaiO!e><ermaterial bezeichnet, auf dessen Oberfläche, wie durch die gestrichelten Rechtekke angedeutet, eine große Anzahl von integrierten Schaltkreisen hergestellt ist. Zwei benachbarte Schaltkreise sind beispielsweise mit 2 und 3 bezeichnet. Die integrierten Schallkreise werden gleichzeitig in der bekannten monolithischen Technik hergestellt, die unter anderem aus Festkörperdiffusionsprozessen und epitaktischen Aufwachsprozessen besteht.

Jeder der Schaltkreise in Fig. 1 ist ein Baustein für eine bestimmte Funktion in einer elektronischen Schaltung oder einem Teil einer Schaltung. Für jede Schaltkreisfunktion ist eine Gruppe von gleichartigen Schaltkreisen vorgesehen, von denen jeder die betreffende Funktion ausführen kann. Die Schaltkreise der einzelnen Gruppen sind nach einem bestimmten geometrischen Muster angeordnet. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen die Schaltkreise, welche die gleiche Funktion ausführen, in einer horizontalen Reihe nebeneinander. Die nebeneinanderliegenden Schaltkreise 2. 3, die in F i g. 2 vergrößert dargestellt ynd, stellen beispielsweise zwei Verstärker in Emitters>. Haltung dar. die aus den diffundierten Schaltkreiselementen 4 bis 6 bestehen. Das Element 4 ist ein in das P-Substrat diffundierter NPN-Transistor mit der Kollektorzone 7, der Basiszone 8 und der Emitterzone 9. Die Zonen sind in F i g. 2 gestrichelt und in F i g. 3 im Querschnitt dargestellt. Die Elemente 5 und 6 bestehen aus diffundierten Widerständen mit der N-Zone 10 und der P-Zone II, wie aus den gestrichelten Linien in F i g. 2 und aus dem in F i g. 4 dargestellten Querschnitt hervorgeht. Die Elemente 4 bis 6 werden durch ein Muster aus metallisch leitenden Verbindungen, vorzugsweise aus Aluminium, zu einem Schaltkreis verbunden. Zusätzlich werden alle Schaltkreise derselben Gruppe durch metallische Leitungen in Parallelschaltung verbunden. In dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel sind die Schaltkreise 2 und 3 parallel miteinander verbunden durch flache Leitungszüge 17 bis 19. während die Schaltkreiselemente 4 bis 6 der einzelnen Schaltkreise durch die Leitungen 12 bis 16 verbunden sind. Die Verbindungsleitung 17 stellt die Spannungsversorgungsleitung dar, die mit einer Spannungsquelle, z. B. den Anschluß V, im Schaltkreis 2 verbunden ist. Die Leitung 18 stellt eine gemeinsame Masse- oder Rückleitung dar. Die Leitung 19 ist eine gemeinsame Eingangsleitung, die mit den Eingangs-Anschlüssen der einzelnen Schaltkreise verbunden ist In dem dargestell· ten Schaltkreisbeispiel sind die Eingangs-Anschlüsse mit den Basisanschlüssen des Transistors verbunden. Die metallischen Verbindungen der einzelnen Bauelemente sind durch Aufbringen eines geeigneten Isoliermaterials, wie SiO2, an den Stellen, an denen kein elektrischer Kontakt zwischen Metall und Halbleiter gewünscht wird, isoliert

In der Praxis wird beim Entwurf einer Schaltung darauf geachtet, daß gegenüber dem in der Zeichnung dargestellten, idealisierten Schaltkreis Leitungskreuzungen nach Möglichkeit vermieden werden. Eine isolierte Leitungskreuzung, z. B. die Leitungskreuzung 24 zwischen den Verbindungsleitungen 18 und 19, kann durch eine Diffusion ohne zusätzliche zweite Metallisierungsschicht hergestellt werden.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, daß die Schaltkreise einer Gruppe nacheinander einem Test unterzogen werden. Hierbei werden die Schaltkreise auf vorgegebene elektrische Charakteristiken untersucht, beispielsweise auf ihre Impedanz, Eingangs-Ausgangscharakteristiken, Kurzschlüsse, fehlende Verbindungen usw. Sobald ein Schaltkreis aus der Gruppe gefunden ist, der die gewünschten Charakteristiken aufweist, wird der Test abgebrochen, und die anderen Schaltkreise der Gruppe werden von der Gesamtschaltung, z. B. durch Auftrennen einer der Verbindungslinien 17 bis 19. elektrisch getrennt. Im allgemeinen genügt es dabei, die Spannungsversorgungssammelleitung 17 abzutrennen. Wenn z. B. der Schaltkreis 2 von den anderen getrennt werden soll, muß die Leitungsbahn 12 aufgetrennt werden. Dies kann entsprechend der Darstellung in F i g. 5 auf elektrischem Wege dadurch geschehen, daß ein aufgeladener Kondensator 20 über die Elektroden 21 mit den metallischen Bereichen 22 der Verbindung 12 in Kontakt gebracht wird. Die ladung des Kondensators 20 ergibt einen genügend hohen Entladungsstrom, um die schmale Verbindungsbrücke 23 zwischen den metallischen Bereichen 22 zu schmelzen und dadurch eine elektrische Trennung zu bewirken. Die Trennung kann z. B. auch mit Hilfe von Laserstrahlen oder auf mechanischem Weg erfolgen.

Die für jede Gruppe vorgesehene Anzahl von Schaltkreisen wird sinnvollerweise nach der zu erwartenden statistischen Ausbeute, auch in Abhängigkeit von der geometrischen Lage der einzelnen Schaltkreise, innerhalb der Gesamtanordnung zu richten sein. Wenn beispielsweise für einen bestimmten Schaltkreis in einer bestimmten Lage eine mittlere minimale Ausbeute von 20% zu erwarten ist, werden fünf dieser Schaltkreise in der entsprechenden Stelle vorgesehen in der Annahme, daß sich gemäß der statistischen Wahrscheinlichkeit wenigstens einer dieser fünf Schaltkreise bei dem Test als brauchbar erweist. Durch die vorher vorgenommene universale, von den Testergebnissen unabhängige Metallisierung wird der topologische Entwurf (Lay-Out) der Schaltung außerordentlich vereinfacht.

Neben den bereits beschriebenen Verbindungen ist ein weiteres (nicht dargestelltes) Muster von metallischen Verbindungen vorgesehen, durch das Verbindungen zwischen Schaltkreisen zweier Gruppen hergestellt werden. Auf diese Weise entstehen größere Schaltkreiseinheiten, die nur aus getesteten und für brauchbar befundenen Schaltkreisen aufgebaut sind. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck die integrierten Schaltkreise, wie in Fig.l angedeutet, in rechteckiger Matrixform angeordnet, und zwar so, daß in jeder Zeile eine Gruppe von

nebeneinander angeordneten Schaltkreisen enthalten ist. Die Verbindungen zwischen den Schaltkreisen derselben Gruppe bestehen aus Leitungen, die im wesentlichen parallel zu den Zeilen verlaufen. Die Verbindungen der Schaltkreise verschiedener Gruppen erfolgt durch metallische Leitungen, die senkrecht zu den Zeilen verlaufen. Auf diese Weise entsteht ein netzartiges Leitungsmuster, das besonders vorteilhaft für die anschließenden Testvorgänge und Schaltkreisabtrennungen ist, da es leicht von einem durch einen Computer gesteuerten Automaten übernommen werdenkann.

Eine andere Ausführung des Verfahrens besteht darin, daß zunächst ,iur die Schaltkreise einer Gruppe

miteinander parallel verbunden werden und daß erst nach dem Austesten der einzelnen Gruppen, d. h. nach dem Auswählen von jeweils einem Schaltkreis aus einer Gruppe, ein weiteres Leitungsmuster zur Verbindung der Schaltkreisgruppen hergestellt wird.

Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, das sich auf monolithische integrierte Schaltkreise bezieht, kann das Verfahren auch für andere integrierte Schaltkreise, z. B. Hybrid-Schaltkreise, Dünnfilm-Schaltkreise od. dgl. Anwendung finden. Das Verfahren kann auch bei solchen integrierten Schaltungen angewendet werden, bei denen die jeweils gleiche Funktion erfüllenden Gruppen von Schaltkreisen auf verschiedenen Substraten angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von integrierten Schallungen, für deren verschiedene Funktionen Gruppen von jeweils identischen Schaltkreisen in der Oberfläche eines Halbleiterkristalls erzeugt werden und jeweils ein durch einen Test als funktionsfähig ermittelter Schaltkreis jeder Gruppe zum Aufbau der Schaltung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Schaltfunktion eine der zu erwartenden statistischen Ausbeute entsprechende Anzahl von identischen Schaltkreisen (2, 3) in einer Reihe auf den Halbleiterkristall (1) aufgebracht wird, daß die Schaltkreise einer Reihe bezüglich ihrer Stromversorgung;:- und Eingangssignalanschlüsse (14, IS, 22) über parallel zu den Reihen verlaufende Sammelleitungen (17, t8, 19) in Parallelschaltung verbunden werden, daß die Schaltkreise einer Reihe nacheinander auf Funktionsfähigkeit geprüft werden und daß beim Auftreten des ersten funktionsfähigen Schaltkreises alle übrigen Schaltkreise der Reihe in an sich bekannter Weise elektrisch abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Schmelzen der Leitungszüge an schmalen Stellen mit Hilfe eines hohen Stromes erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die +-Potential führende Sammelleitung (17) jeweils über eine schmale, zwischen zwei leitenden Bereichen (22) ausgebildete Verbindungsbrücke (23) mit den einzelnen Schaltkreisen verbunden wird und daß zur Abtrennung eines Schaltkreises die Verbindungsbrücke (23) durch Aufsetzen von spitzen Elektroden (21) auf die leitenden Bereiche (22) die Brücke durch Entladung eines Kondensators (20) durchgeschmolzen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise mehrerer Gruppen von Schaltkreisen matrixartig auf dem Substrat (1) angeordnet und durch in Richtung der Zeilen und Spalten der Matrix verlaufende Leitungen verbunden werden.