DE1919641A1 - Zusammengesetztes Halbleiterbauelement - Google Patents

Zusammengesetztes Halbleiterbauelement

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DE1919641A1 DE19691919641 DE1919641A DE1919641A1 DE 1919641 A1 DE1919641 A1 DE 1919641A1 DE 19691919641 DE19691919641 DE 19691919641 DE 1919641 A DE1919641 A DE 1919641A DE 1919641 A1 DE1919641 A1 DE 1919641A1
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Description

* ΠΟ. 3173. " ■. Va / HJM.
Dipl.-Ing. ERICH E. WALTHER
Anmelder: K. V. PiUUPS'GLOflUWENFABRiEKEN
Akt·. ÄI-5171
vom: 17·4·6φ
ι ι
Zusaansngeestztes Halbleiterbauelement.
Die Erfindung betrifft ein zusammengesetztes Halbleiterbauelement alt »wei Gruppen komplementärer Halbleiterschaltungselemente«
Unter "tomplementSren Halbleiterachaltunsselementen" sind Sohaltungselenenten zu rerotehen, Ton denen entsprechende Zonen einen rereohiedentn Leitfa*hiskoit0typ aufweisen, wie 2.B. npn- und ?np- f Transistor·» oder Feldeffekttransistoren.
Sie Anbringung koBpletaent&ror Halbleiterschaltungselemente in denselben Halbleiterkörper lässt eich besonders schwer durchführen. Der Halbleiterkörper nuss dann a.13. in "bezug auf den LeitfShi^ceitetyp und den apezifiachen Widerstand Eigenschaften aufwoissn, die ihn aur Aufnahme rerachiedener Arten Sohaltungaelemente net Bachen· FQr dieses Problem wurden Lösungen gefunden, aber diese oft nioht sufriedenatellend.
«09141/0170
BAD ORIGINAL
Ee wurde ».Β, rorgesohlagen, in eines η-leitenden Halbleiterkörper oder in eine« Teil desselben einen üblichen npn-Flächentranaistor, Bit untereinander liegenden Skitter-, Basis- und Kollektorsonen und einen lateralen pnp-Tranaietor mit nebeneinander liegenden bitter-, Basis- und Kollektoraonen anzubringen. Bei derartigen Lösungen ist Jedooh ststs die Out· eines dsr kcaipleaentÄren Schaltungsele-•ent· geringer als dls des anderes* Z.B. ist die Oute dea lateralen pnp-ftmnsistors geringer sls di· des üblichen npn-Transistors infolge seiner ungünstigen Konfiguration·
Bi wurden feohniken but Herstellung τοη Halbleiterkörpern alt Krietallgebieten sit reraohiedensn Eigens oha ft en entwickelt, wobei In diesen T»rsohiedenen Kxi>tallg«biet«n rersohiedene Sohalttwgs-•lestemte aagebraoht werden kennen. Diese Tsohniken sind aber Terwickelt und/oder kostspielig. Jusssrdeer sind für dis Tersohiedenen.Sohaltnheeele-■ente oft vsxvohiedene Diffusioes- und/oder Oberflächenbehandlungen erforderlich, dl« sioh eohwer in denselben Halbleiterkörper ohne gegenseitig· Stäruttg durchführen lass·«·
SIs Erfindung besveokt, di· erwShnte« Haohteile au rerseidetu .
Der Irfindung liegt di· sVk«nntais augrunde, dass die •rwfihntea Kaohtell· durch di· Terwendung sw«i«r Halbleiterkörper Tersieden werden können«
Kaoh der Erfindung ist ein susaanengeeetztes Halbleiterbauelement alt Bvei Gruppen kosplenenta'rer Halbleiteraohaltungeelemente dadurch gekennzeichnet, daas das Halbleiterbaueleoent svei Halbleiterkörper enthält, die je eine der Gruppen enthalten und eine überfluche haben, die sit einer Isolierschicht überzogen ist, auf der ein
• 0 9 f 41 / 0 S 7 Φ BAD ORIGINAL i
liuater leitender Spuren an ^bracht ist, das durch Cfinungen in der Isolierschicht Bit den Schaltungseletnenten einer Gruppe in Jeruhrung ist, v5hrend die Halbleiterkörper derart aufeinander ,gesetzt sind, daas die Isolierschichten einander lurekehrt sind, uobei die &u3ter elektrisch miteinander verbunden sind·
Bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente nach der Erfindung können die beiden Halbleiterkörper je einer besonderen «um Erzielen opt iaaler Srpeonies« erforderlichen Behandlung- unterworfen werden, während ferner komplizierte Schaltkreise mit kurzen elektrischen Verbindungen erhalten werden können, weil der Schaltkreis aus zwei übereinander liegenden Schichten zusammengesetzt let· Dadurch kann cue« erden, eine gross ere Dichte von Schal tun^selenenten (packing density) erzielt werden,
Ei« bevorzugte Iu3fuhrunßsforc eines zueaaisengesetzten Halbleiterbaueleeentes nach der Erfindung ist dadurch .Tekennseiohnet, dass die Halbleiterkörper sich nicht völlig überlap. en, vodurch wenigstona eines der !-hinter leitender Verbindungen einen frei liegenden Teil hat, der Kontaktstellen enthält» an die Anschlusaleiter angeschlossen werden kSnnen« Dadurch können auf einfache '«eise aussere Verbindungen i nit 4ee Baueleemt herr«Bteilt werden·
Eb dürfte einleuchten, dass vorzugsweise wenigstens die Teil· der beiden Halbleiterkörper, in denen die Gruppen Schaltelemente an^obreoht sini, einen verschiedenen I.eitfähi^ceitstyn aufweieen.
E3 sei bemerkt, daas eine Gruppe Schaltuni^selecente aus einen oder cehreren SchaltungseleEenten bestehen kann.
Die Erfindung wird r.unnehr f-fr einige AuafuhrunsBbeiepie-Ie an Hand dor Zeichnung näher erläutert. Ee seigern
SAS ORIGINAL 909866/0*7* r
19196Al Fm;. 3172.
Fi£. 1. echenatische Draufsichten zweier Halbleiterkörper einer Ausführungsform eines zusammengesetzten Halbleiterbauelement· naoh der Erfindung,
Figuren 2 und 3 aohematische Querschnitte durch dies« ItalbleiterkSrper lange der Linien H-II bzv;. III-III der Pig, 1,
Fi*. 4 die Halbleiterkörper in aufeinander gesetzter Lage, und
« Pi 5· 5 i-as Schaltbild des Au3führung8beispiels nach den Figuren 1 bie 4.
Die Figuren 1 bis 4 seifen ein einfaches Ausführungsbeispiel oinea susaranengesetzten Halbleiterbauelements nach der Erfindung mit nur suei ilalbl ei torschaltung elementen. Die Schal tu n^s elemente oind Feldeffekttransistoren nit einer isolierton Gattereleictrrde. * Die beiden Gruppen Schaltungselemente be3tehcn in diesem Au3fffhrun^obeiepiel also aus je nur einen Feldeffekttransistor.
Dae ilalbleiterbauelenent enthält zwei monokrietalline Halbleiterkörper 1 und 21, die je einen Feldeffekttransistor mit Zu- und AbführungaZonen 2,3 bzw. 22,23 und ait Satterelektroden 4 bsw. 24 enthalten. Der Halbleiterkörper 1 ist .mit einer Isolierschicht 5 überzogen, auf der ein lauster leitender Bahnen 4,6,7 und 13 angebracht ist, das durch die Öffnungen 8 und 9 in der Isolierschicht 5 ni* den Zu- und Abführungszonen 2 und 3 in Berührung iet. Der Halbleiterkörper 21 ist nit einer Isolierschicht 25 überzogen, auf der ein Luster leitender Bahnen 24,26 und 27 an-e'orscht ist, das durch die öffnungen 2:1 und 29 mit den Zu- und Abfühxun^aonen 22 und 23 in Serührung i3t.
Die .Halbleiterkörper 1 und 21 sini, wie in Pig· A dargestellt ist, derart aufeinander gesetzt, -lisa lie Isolierschichten
BAD
909-84-8/097«
5 und 25 einander zur-okehrt sind, wobei iie Luster zwischen den Halbleiterkörpern 1 und 21 elektrisch, z.B. mit Hilfe einer Weichlotsohioliti niteinander verbunden sind.. In Fi;;. 1 3ind die miteinander verbundenen Teile d"er wüster mit A, B bzw. C angedeutet.
Di· Halbleiterkörper 1 und 21 bestehen *u» p- bzw. nleitandem Silizium und haben z.3. einen spezifischen V/iderstand ron 1 bis 10ft. .cn und Abmessungen ron 75C M- * 55° V * 200 μ. Die Halbleiterkörper sind auf übliche Weise mit den η-leitenden Diffuaionszonen 2 und 3 bzw. den p-leitenden Difi-U3ior,3zonen 22 und 23, den z.U. aus Siliziumoxyd und Siliziumnitrid bestehenden Isplierschichten 5 bzw. 25 und den z.J. aus Alumini; m ocstehenden kii3tem 4,6»7»13 bzw. 24,26,27 versehen. Die Zonen 2 und 22 können eine Stärke von einigen Mikrons haben, während oie ferner Abmessungen von etwa 3CO \x ι 50 μ aufweisen können. Die Zonen 3 und 23 sind etwas schmäler und haben einen Teil, mit dem die Spuren 7 und 27 verbunden sind. Der Abstand zwischen den Zonen 2 und 3 und zwischen den Zonen 22 und. 23 kann etwa 25 α betraren. Die Isclierschichten 5 und 2p können eine Stärke von einigen Zehnteln eine3 kikrons haben.
Die beiden komplementären Feldeffekttransistoren kön- | nen ohne irgendeine gegenseitige Beeinflussung in den Kalbleiterkörpern 1 und 21 angebracht worden, wobai sich die bereit* beechriebenen Vor-
In Fi£. 1 nuss der Halbleiterkörper 21 üb die Aohee
30 gedreht worden, bevor er auf den Halbleiterkörper 1 gesetzt werden kaxin. Bio Halbleiterkörper können dann noch auf verschiedene Veiae (-»enau frQi"6ußeiti^ ausgerichtet werden, wonach die Teile A1 -3 und G oiteinander verbunden werden. Die ?eile A, & und C können auf übliche
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Weise ait Lotsohiohten versehen sein, di· durch Erhitsung auf ein· Teaperatur ron s.3. 200 bis 400° C miteinander verbunden werden können. Die Terbinduiig kann auch auf andere Weise, s.B. duroh Ultrasohallr sohweissen, hergestellt werden.
Der Halbleiterkörper 21 bedeckt den Halbleiterkörper 1 nicht vollständig, so dass der links von der Linie 31 liegende Teil de« Halbleiterkörper» 1 unbedeokt bleibt. Dadurch besitxt das Muster 4,6,7»13 einen frei liegenden Teil, der die Kontaktstellen 9, 10, 11 und 12 enthllt, alt denen Ansohlusslelter verbunden werden können.
Das Schaltbild der erhaltenen integrierten Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Anacklus3kle:nraen in Pig. 5 sind mit den gleichen Bezugsziffern vie die entsprechenden .Anschlusspunkte in Fig. 1 versehen.
Venn der Halbleiterkörper 21 während der Herstellung des Halbleiterbautlenents in der bereits beschriebenen Veiae auf den Halbleiterkörper 1 gesettt worden ist, ist is in allgemeinen erwünscht, dass die Körper 1 und 21 genau gegenseitig ausgerichtet werden, bevor die Muster leitender Bahnen elektrisch miteinander verbunden werden. Die Ausrichtung kann auf verschiedene- Weise erfolgen.
Ia vorliegenden Auafuhrungabeispiel sind zum Durchführen des Auerichtvorgang* folgende fossnahnen getroffen. Auf der Isolierschicht 25 (siehe Fig.1) iat der L-förmige Metallstreifen 40 angebracht, der duroh die öffnung 41 in der Isolierschicht 25 nit dem η-leitenden Körper 21 verbunden ist. Io p-leitenden Halbleiterkörper 1 iat eine L-förnige dem Metall streifen 40 entsprechende n-leiter.de. überflächcnzone 1.4 unter der Isolierschicht 5 angebracht, welche Zone durch die Öffnung 15 in dieser Isolierschicht mit der mit den Anachluespunkt 17 versehenen leitenden Bahn 16 verbunden iat.
909146/QlfO bad 0R(G/NAL
TC ' /-
j* 1919BA1 PI1n, 3172.
Venn der Körper 21 auf die dargestellte Weise auf den Korper 1 isesetzt wird, liegt der Streifen 40 praktisch über der Zone 14 (eieh· Fig. 4). In Fi^. 4 lot der Deutlichkeit halber nur eine Zone, nfallen die Zone 14, in den Korpern 1 und 21 dargestellt, vährend ferner nur eine- einsige leitende aahn nSmlich der Streifen 40, dargestellt ist. Während des Ausrichtvorgange kommt der Streifen 40 genau über der Zone 14 zu liegen.
An den η-leitenden Körper 21 wird mit Hilfe des
Druckkontakt« 43 und der Weahselsrannungequelle 44 eine Wechselspannung Ton einigen KHs gelegt. Die Quelle 44 ist zwischen dem Körper 21 und Erde eingeschaltet.
Der r~l°itende Korper wird, wie in Fijr. 4 dargestellt ist, an Erde gelegt, währoni die η-leitende Zone 14 über einen Widerstand R1 und eine Spamrm^quelle ^f) an eine positive Spannung gelegt wird. Der pn-t/ber^anc zwisohen der Zone 14 und dem Körper 1 ist also in der Sperrichtung vorgespannt. Die n-leitenie Zone 14 wird femer über eine KacacitÄt C und einen Widerstand d0 an Erde gelegt.
Die HSchatkapaxita't pro v.berflä ebene inhe it zwioohen den Korpern 21 und 1 liegt an der Stelle dos Streifens 40 in der Zone 14, wodurch an dieser Stelle die kapazitive Stromdichte maziaal ist. Durch Messung der Wechselspannung über dec Widerstand IL mit Hilfe der Kleer.e f.1 kann der über die η-leitende Zone abfliei3ende Wechselstrom gomes j en werden. Dieser V.'echsclstron hat ein xaximum, wenn der Streifen 40 ^enau übc-r der iksne 14 liegt und kann als Anzeige bei« Ausrichtvor^p.r.fj benutzt werden.
Die Ausrichtung kann auch auf andere Veise erfolt^er.. In einer, ier "Talbleiterkörrer 1 unl 21 kar.r. z.!i. ausaer der." joiriÜnochten
909846/0970 SAD OBIQIMAL
Kreis vSnrend einer Diffusionsbehandlung eine Photodiode angebracht werden* Hif^Le« anderen Halbleiterkörper wird an der entsprechenden Stelle eine dünne Laoksohicht mit der gleiohen Geometrie wie die Photodiode angebracht, welche Lacksohioht ein Luoineszenspulver ent-R£lt. Die Laoksohioht wird belichtet und sendet dann Licht aus, wonaoh die Halbleiterkörper schnell aufeinander gelegt werden. Der Photodioden·trob wird gemessen und ist maximal, wenn die Photodiode und die Leuchtsohieht genau übereinander liegen. Der Photostrom kann somit als Anaeige beim AueriehtVorgang benutet.werden.
Die Feldeffekttransistoren gönnen eine von der beschriebenen Konfiguration verschiedene übliche Konfiguration haben. Die Zu- und Abführungsionen können z.B. konzentrische Zonen sein*
Hk dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen beschränkt und dass im Rahmen der Erfindung fur den Fachmann viele Abarten tnögiich sind. Z. 3. kann einer der Halbleiterkörper 1 und 21 aus einem monokristallinen Substrat bestehen, auf dem eine epitaktische Schicht angebracht ist, wobei die Schaltungselemente in der epitaktischen Schicht oder in den epitaktischen Schichten angebracht sind. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sollen die epitaktisohen Schichten dann verschiedene Leitfähigjkeitatjpe aufweisen. Pur die Substrate ist dies nicht erforderlich. Das beschriebene Ausführungabeispiel bezieht sich auf einen npn- und einen pnp-Feldeffekttransietor mit einer isolierten 'Gitterelektrode. Die 2rfindun£ kann aber auch bei anderen komr.lemontären Schaltungselementen, wie r.pn- und pnp~Tran3istoren, angewandt werden. Weiterhin können die beiden Halbleiterkörper einen frei liegenden Teil haben, auf ilen 3ich Kontaktstellen eine3 löisters leitender Spuren befinden. Kin eier J ie beiden Kalblei ttrkcrper kennen cehr als ein Ichaltur.gaelement ontii'ii'if·.-.«
■■ !8 α/09 ? 2 BAD

Claims (1)

  1. PATESTAHSPRgCHE.
    ZuMtfwengeaetfttee Halbleiterbaueleeent nit sir·! Oruf*. pM ko»jplene*ttrer Halbleitersohaltungeeleccnte, dadurch gekennzeichnet, dft·« dft« Halbleiterbauelement iwei Halbleiterkörper enthält, die je «in· der Gruppen enthalten und eine Oberfläche haben, die Bit einer Isolierschicht überzogen ist, auf der ein Auster leitender Bahnen angebracht ist, das durch Offnungen in der Isolierschicht mit len Schal« tuagaelenenten einer Oruppe in Berührung ist, während die Halbleiterkörper derart aufeinander gesetzt sind, dass die laollerachichten einander zugekehrt gind, vcbei die Muster elektrisch miteinander verbunden sind,
    2« Zucanmengeeetztea Halbleiterbauelement n&oh Anspruch
    1, dadurch gekennzeiohnet, daaa «ich die Halbleiterkörper nicht foilig überlappen, wodurch wenigstens einea der Kuater leitender Verbindungen einen frei liegenden Teil aufweist, der Kontaktstellen enthält, an die Anschlussleiter angeschlossen werden können.
    909846/Q976
    Leerseite
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