DE1924712B2

DE1924712B2 - Integrierter Dünnschicht-Abblockbzw. Entkopplungskondensator für monolithische Schaltungen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1924712B2
Application number: DE1924712A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Domenico; Robert Hugh Francis Lloyd
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US3460010A; DE1924712A1; GB1245883A; FR2008529A1; DE1924712C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dünnschicht-Abblock- bzw. Entkopplungskondensator für monolithisehe Schaltungen mit geringem Serienwiderstand und hoher mechanischer Festigkeit des Monolithen.

In letzter Zeit hat es auf dem Gebiet der integrierten Schaltungen mit sehr hohem Integrationsgrad sehr rasche Fortschritte gegeben. Es besteht eine wachsende Nachfrage in dieser Technologie für Kapazitäten zum Entkoppeln bzw. Abblocken.

Grundstrukturen integrierbarer Kapazitäten sind beispielsweise aus der DE-AS 11 96 295 bekannt. Es handelt sich hierbei um Sperrschichtkapazitäten beidseitig kontaktierter pn-Übergänge, oder um Kapazitäten bestehend aus einem Halbleiterkörper als einer Belegung, einer darauf aufgebrachten Isolationsschicht als Dielektrikum und einer auf der Isolationsschicht angeordneten Metallschicht als anderer Belegung. Diese Grundstrukturen sind hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit und des Platzbedarfes im Rahmen einer integrierten monolithen Schaltung, insbesondere wenn sie als Abblock- bzw. Entkopplungskondensatoren eingesetzt werden sollen, den Anforderungen nicht mehr gewachsen.

Es wurde auch bereits der Versuch gemacht, Dünnschichtkapazitäten zum Entkoppeln auf integrierten Schaltungen zu verwenden. Der Nachteil dieser bisher vorgeschlagenen Dünnschichtkapazitäten war die große Anfälligkeit des danach hergestellten Halbleitcrplättchens aufgrund einer vergrößerten Zerbrechlichkeit des mechanischen Aufbaus des Halbleiterplättchens bzw. der Halbleiterscheibe, aus der das Plättchen geschnitten wird. Daneben fehlte den Dünnschichtkondensatoren des Standes der Technik ein guter thermischer Kontakt zwischen der integrierten Schaltung und dem die Wärme abführenden Träger. Darüber hinaus ergaben sich Kurzschlußprobleme, kritische Justierarbeiten, und oft die Gefahr, daß die dielektrische Schicht während des Herstellungsverfahrens oder einer späteren Behandlung zerstört wurde. Weiterhin ergab sich bei den Dünnschichtkapazitäten zum Entkoppeln bzw. Abblocken von integrierten Schaltkreiselementen die große Schwierigkeit, den nötigen geringen Serienwiderstand und/oder eine geringe Serieninduktivität zwischen der einen Seite des Kondensators und den Schaltkreiselementen der integrierten Schaltung herzustellen.

Es ist demnach die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen funktionssicheren integrierten Dünnschicht-Abblock- bzw. Entkopplungskondensator für monolithische Schaltungen anzugeben, der bei hoher mechanischer Stabilität und gutem thermischen Kontakt zwischen der integrierten Schaltung und dem die Wärme abführenden Träger nur einen geringen Serienwiderstand und/oder Serieninduktivität aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Dünnschicht-Kondensator der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Monolith über einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps N aufgebaut ist, daß säulenförmige Halbleiterregionen des zweiten Leitungstyps P durch das Substrat hindurchdiffundiert sind, so daß PN-Übergänge an der Rückseite des Substrats an die Oberfläche treten, daß Vertiefungen in der Rückseite ausgebildet sind, die geschlossene Linienzüge von PN-Übergängen enthalten, daß diese Vertiefungen mit einem Dielektrikum ausgefüllt sind, welches seinerseits mit einer Metallschicht bedeckt ist, die das Substrat an den nicht vertieften Stellen kontaktiert und mit der zu entkoppelnden Spannung + V verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und ein Verfahren zur Herstellung des Dünnschicht-Kondensators sind in Unteransprüchen niedergelegt.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine monolithische Schaltung mit einer Dünnfilmkapazität auf der nicht verwendeten Seite des Halbleitermonolithen,

Fig.2 das Substrat, in welchem die säulenartigen Seiten des Dünnfilmkondensators ausgebildet werden,

F i g. 3 das Substrat gemäß F i g. 2, in welchem Säulen von Halbleiterregionen von entgegengesetzten Leitungstyp ausgebildet sind,

Fig.4 dieselbe Darstellung wie Fig. 3 mit zusätzlichen Diffusionen, welche als Diffusionsquellen für die vergrabenen Diffusionszonen dienen,

Fig.5 dieselbe Struktur wie Fig.4 mit einer ersten auf dem Substrat ausgebildeten Epitaxieschicht, in welchen die vergrabenen Diffusionsgebiete ausdiffun-

diert sind,

Fig. 6 dieselbe Struktur wie Fig. 5 mit bestimmten selektiven Diffusionen, welche Halbleiterpfade geringen Widerstands und geringer Induktivität im folgenden bilden werden,

Fig. 7 dieselbe Struktur wie Fig. 6 mit einer zusätzlichen zweiten Epitaxieschicht, in welchen die vergrabenen Diffusionen gemäß F i g. 6 ausdiffundiei t sind,

Fig. 8 dieselbe Struktur wie Fig. 7 mit einer Fortsetzung der Halbleiterpfade bis an die Oberfläche des Monolithen,

F i g. 9 den unteren Teil von F i g. 8, nachdem Vertiefungen an bestimmten Stellen ausgebildet sind,

Fig. 10 dieselbe Struktur wie Fig. 9, wobei in den Vertiefungen und über der ganzen unteren Oberfläche dielektrisches Material abgelagert ist,

Fig. Ii dieselbe Struktur wie Fig. 10, wobei das dielektrische Material von den planen Teilen der unteren Oberfläche abgetragen ist,

Fig. 12 dieselbe Struktur wie Fig. 11 mit einer abschließenden Metallisierung auf der unteren Oberfläche des Halbleiterkörpers.

In der vorliegenden Anmeldung wird Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps mit P bezeichnet, während der zweite Leitungstyp mit N bezeichnet wird. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern bezieht sich ebenso auf einen Monolithen, in welchem eine Struktur des komplementären Leitungstyps ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Dünnfilm-Kapazität auf der nicht verwendeten Seite eines Halbleitermonolithen dargestellt. Die monolithische Schaltung oder das Halbleiterplättchcn ist mit 20 bezeichnet. Mit 25 ist die Oberfläche des Plättchens und Teile davon, welche einzelne, gegeneinander isolierte Schaltelemente aufnehmen können, mit 8 bezeichnet. Der Anschaulichkeit halber sind nur wenige Gebiete 8 dargestellt.

Auf der Vorderseite der monolithischen Schaltung in Fig. 1 sieht man P-Ieitende Säulen 71 innerhalb eines N+-Substrates, von dem Teile bei 76 sichtbar sind. Deutlicher wird der Aufbau dieses N+ -Substrates aus Fig. 3, in welchem die P-Säulen innerhalb der N+-Schicht an deren Oberfläche 103 zu sehen sind. Diese säulenförmigen Halbleitergebiete 71 sind in das Substrat 1 eindiffundiert. Die in Fig. 1 dargestellten N+ -Gebiete 76 sind also Teile des N+ -Substrats, in welchen die P-Säulen gemäß Fig. 3 eingebettet sind. Für die Erfindung wesentlich sind die an der unteren Seite befindlichen konkaven Vertiefungen 87, welche jede eine P-Säule 71 und Teile des umgebenden N+-Substrats einschließt. Die Vertiefungen können entweder kreisförmig oder von einer anderen geometrischen Ausbildung sein. Aus Fig. 1 wird demnach klar, daß die Unterseite des Substrats wie eine Waffel ausgebildet ist, in welchem die Gebiete 78 (Fig. 9) die Vertiefungen der Waffel und die N+ -Regionen 77 (Fig. 11) die Rippen der Waffel darstellen. Die Vertiefungen 78 sind größer als die Säulen 71, so daß die entstehenden PN-Übergänge wie 65 (Fig. 9) von der Kante 67 (F i g. 9) an der ebenen Oberfläche des Substrates einen bestimmten Abstand aufweisen. Auf diese Weise wird verhindert, daß Kurzschlüsse auftreten können. Jede Vertiefung ist mit dielektrischem Material 73 (F i g. 11) aufgefüllt. Im Gegensatz zu den Vertiefungen sind jedoch die Rippen 77 (Fig. 11) der waffelartigen Struktur praktisch frei von dielektrischem Material und in Kontakt mit der metallischen dünnen Schicht 75 (Fig. 12). Diese dünne Metallschicht 75 ist über ein verbindendes Medium 21 mit der metallischen Grundplatte 15 verbunden, welche z. 3. aus Molybdän bestehen kann. Diese Grundplatte 15 kann mit einer Spannungsversorgung V+ verbunden sein, welche mittels des Abblockkondensators nach der Erfindung abgeblockt oder entkoppelt werden soll. Das Potential dieser Spannungsversorgung +V kann an die Oberfläehe 25 des Halbleiterplättchens gebracht werden mittels diffundierter Halbleitergebiete 24, die von der Unterseite bis an die Oberfläche reichen. Der Kondensator besteht also auf der einen Seite aus der metallischen Schicht 75, auf der anderen Seite aus der säulenförmigen Struktur, welche vertiefte P-Säulen 71 aufweist, die mit dielektrischem Material 73 zwischen der metallischen Schicht und den Säulen aufgefüllt sind. Die Rippen 77 aus N+ -Substrat-Material stehen in direktem Kontakt mit der metallischen Schicht 75. Diese erfindungsgemä-Oe Struktur verleiht der monolithischen Schaltung mechanische Festigkeit im Vergleich zu den Dünnfilmkondensatoren des Standes der Technik, insoweit, als die Zerbrechlichkeit der Halbleiterschaltung durch die Hinzufügung des Abblockkondensators nicht wesent-

n lieh vergrößert wird. Darüber hinaus ergibt sich durch die erfindungsgemäße Struktur ein guter thermischer Kontakt zwischen der integrierten Schaltung und der die Wärme abführenden Grundplatte 15. Vorteilhaft erscheint auch, daß die Wahrscheinlichkeit einer

Jd Beschädigung des dielektrischen Films des Kondensators während der Bearbeitung, insbesondere während des Verbindens der monolithischen Schaltung mit der Grundplatte 15 bzw. der metallischen Schicht 75 stark herabgesetzt ist. Innerhalb der Schaltung besteht eine Verbindung geringen Widerstandes und geringer Induktivität von der Oberfläche 25 der Halbleiterschaltung bis zu der säulenförmigen Seite der Kapazität an der unteren Seite des Halbleiterplättchens über eine Epitaxieschicht A, die P-Ieitfähig ist. Eine zweite Epitaxieschicht ö besteht aus N-leitfähigem Halbleitermaterial und ist über der ersten Epitaxieschicht A ausgebildet. Halbleiterbauelemente werden ausschließlich innerhalb dieser Epitaxieschicht B ausgebildet. Niederohmige Halbleitergebiete 27, 29, 31, 33 aus

•15 P-Ieitendem Halbleitermaterial erstrecken sich von der Oberfläche der Halbleiterschaltung, d. h. von der Oberfläche der Epitaxieschicht öbis zur Epitaxieschicht A hinab. Aus dem Folgenden wird deutlich werden, daß diese Regionen unter anderem zur Isolation der

ίο Halbleitergebiete 8 der Epitaxieschicht B dienen. Innerhalb dieser Gebiete 8 werden die einzelnen Halbleiterbauelemente ausgebildet. Eine zweite zu entkoppelnde Versorgungsspannung —V kann an die Oberfläche der Halbleiterschaltung und damit in die

>5 Nähe der verbrauchenden Halbleiterelemente gebracht werden über eine Metallisierung 19, die innerhalb der niederohmigen Isolationsregionen aufgebracht wird. Wie bereits oben erwähnt, wird das erste Versorgungspotential + V an die Oberfläche 25 der Halbleiterschal-

bo tung mittels der diffundierten Gebiete 24 gebracht. Zu entkoppelnde oder abzublockende Punkte der in der Oberfläche hergestellten Halbleiterschaltkreise werden mit den niederohmigen Halbleiterregionen verbunden, sei es mit denjenigen positiven oder negativen

b5 Potentials.

Im folgenden wird auf das Verfahren eingegangen, welches zur Herstellung des Dünnschichtkondensators nach der Erfindune dient. Aus der Beschreibung- dieses

Verfahrens werden auch die wesentlichen Merkmale der neuartigen Struktur deutlich. In Fig. 2 ist ein gut leitendes N+ -Halbleitersubstrat gezeigt, welches z.B. ein mit Arsen dotiertes Siliziumsubstrat sein kann, auf welchem eine Vielzahl der oben beschriebenen integrierten Schaltkreise hergestellt werden kann. Die Leitfähigkeit dieses Substrates sollte so gut wie möglich sein. Bei einer Arsendotierung ist es möglich, einen spezifischen Widerstand von 0,01 Qcm zu erreichen. Die Dicke des Substrates beträgt z. B. 250 bis 380 μΐη. Das Substrat ist in F i g. 2 mit einer Bruchlinie versehen, um anzudeuten, daß es wesentlich dicker ist als die darauf aufgebauten Epitaxieschichten A und B.

Gemäß F i g. 3 werden im nächsten Verfahrensschritt P-Halbleitergebiete in Form von Säulen innerhalb des N +-Substrates 1 ausgebildet. Eine derartige Struktur kann erhalten werden durch Diffusion mittels der bekannten Maskentechnik von der Oberseite des Substrates aus, z. B. mit Hilfe einer Siliziumdioxid-Diffusionsmaske, die durch Ätzen durch eine photoempfindliche Polymermaske hindurch gebildet wird. Da die Diffusionsverfahren als bekannt vorausgesetzt werden dürfen, werden sie an dieser Stelle nicht weiter diskutiert. Eine ausführliche Beschreibung findet sich z. B. in dem Artikel »A Survey of Diffusion Prozesses for fabricating integrated circuits«, Duffy und Gnall, Microelectronic Technology, Boston Technical Publishers, 1967, S. 83-92. Die P-Diffusion kann auf zwei Weisen erfolgen. Entweder nimmt man eine einstufige tiefe Duffison durch das N+ -Substrat 1 vor. Die Säulen müssen nicht unbedingt bis auf die Unterseite des Substrats vordringen, es muß nur gewährleistet sein, daß sie so tief sind, daß bei der Herstellung der späteren Vertiefungen das auffüllende Dielektrikum die P-Gebiete berührt. Andererseits können die P-Halbleitersäulen mit Hilfe eines zweifachen Diffusionsprozesses hergestellt werden, indem gemäß Fig. 3 von beiden Seiten P-Verunreinigungen in die Oberflächen des Substrates bei den Stellen 72 und 74 eindiffundiert werden. In beiden Fällen werden P-Säulen 71, welche in das Substrat 1 eingebettet sind, entstehen. Der Unterschied zwischen den beiden Verfahren besteht in der Diffusionszeit, welche für eine Diffusion von beiden Seiten geringer sein wird als für die einseitige Diffusion. Bei doppelseitiger Diffusion können bei beidseitiger Maskierung die Diffusionen gleichzeitig ausgeführt werden. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Gebiete 83 des Substrates 1 gemäß Fig. 3 nicht zur Aufnahme von P-Halbleitersäulen vorgesehen sind. Diese Gebiete 83 dienen als Teile eines niederohmigen Halbleiterpfades, der sich von der Unterseite bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt und die positive Versorgungsspannung den Halbleiterbauelementen zuführt.

Im nächsten Verfahrensschritt werden in das Halbleitersubstrat gemäß Fig. 4 N+ -Gebiets an den Stellen 83 cindiffundicrt, vorzugsweise unter Verwendung von Phosphor als Dotierungsmaterial. Diese mit 2 bezeichneten N+ -Kanäle bestimmen die Begrenzungen der integrierten Schaltungen, welche an diesen niederohmigen N+ -Gebieten auscinandergesägt werden. Die in diesem Verfahrensschritt eindiffundierten Doticrungsstoffe werden im folgenden weiter ausdiffundicren.

Gemäß F i g. 5 wird eine erste Epitaxieschicht A über der in Fig.4 gezeigten Struktur aufgewachsen, in welche die vorher eingebrachten N+ -Diffusionen ausdiffundieren. Dabei bilden sich Kanäle 2' aus. Die Leitfähigkeit der Epitaxieschicht A ist durch eint P-Dotierung bestimmt, wobei eine relativ gering« Konzentration gewählt wird, welche mit P'angedeute wird. Die Epitaxieschicht A kann aus Bor-dotierten Silizium bestehen mit einer Leitfähigkeit von etw< 10— 15Qcm bei einer Dicke von vorzugsweise 5 μπι Zum Aufwachsen dieser Schicht kann jeder bekannt! Epitaxieprozeß Verwendung finden. Die in diesel Epitaxieschicht ausdiffundierten vergrabenen Diffusio

ίο nen 2 bzw. 2' sind durch im Schritt gemäß Fig.t eingebrachten Diffusionen bestimmt. Aus Fig.5 wire deutlich, daß die Epitaxieschicht A in elektrischen' Kontakt mit de" säulenförmigen Seite des Kondensa tors ist und daß die Ausdiffusionen der vergrabener

is Diffusionen 2 einen Teil der sich von der Unterseite zui Oberseite des Halbleiterkörpers erstreckenden nieder ohmigen Halbleitergebiete bilden.

Analog zur Diffusion der Kanäle 2 wird gemäß F i g. f eine weitere Diffusion von Kanälen 3 in die Oberfläche der Epitaxieschicht A vorgenommen, und zwar an der Stellen, welche über den Kanälen 2 zu liegen kommen Hierzu kann Phosphor als Dotierungsmittel Verwen dung finden. Wie aus dem Folgenden ersichtlich wird diffundieren diese Kanäle 3 in die Epitaxieschicht A

2) wodurch eine kontinuierliche niederohmige Halbleiter region vom Gebiet 83 bis an die Oberfläche der erster Epitaxieschicht gebildet wird. Die Leitfähigkeit diesel Halbleiterregion kann etwa mit 0,01 Dem angegeber werden.

in In die Oberfläche der Epitaxieschicht A wire außerdem eine zweite Art von Verunreinigunger eindiffundiert, die zu P-doticrten Kanälen 6 führt. Die Leitfähigkeit stimmt demnach im Vorzeichen mit dei Epitaxieschicht A überein. Durch die so gebildeter

ij Kanäle 6 werden Halbleitergebiete 17 eingefaßt unc dienen als untere Diffusionsgebiete der Isolations- odei Trenndiffusionen, die zur elektrischen Trennung dei einzelnen Halbleiterbauelemente in der Oberfläche des Halbleitermonolithen dienen. Die Dotierung kanr

w vorzugsweise mit Bor als Verunreinigung erfolgen Neben der Isolation der Halbleiterbauelemente lösi diese Diffusion der Kanäle 6 die Aufgabe, gut leitfähige Strompfade zwischen der Halbleiteroberfläche und dei säulenförmigen Seite des Abblockkondensators zi

ί^γ· liefern. Ohne diese niederohmigen Gebiete 6, derer spezifischer Widerstand etwa 0,01 Dem beträgt, kann kein guter Kontakt zu dem Kondensator hergestellt werden, da der spezifische Widerstand der Epitaxieschicht A mit etwa 10 bis 15 Dem notwendig ist, um

·*'» geringe parasitäre Kapazitäten für die in der Epitaxieschicht B darzustellenden Halbleiterbauelemente zu erhalten.

Der nächste Verfahrensschritt gemäß Fig. 7 bestehl in der Ausbildung einer zweiten Epitaxieschicht B übet

'Λ der in Fig. 7 dargestellten Struktur. Diese Epitaxieschicht kann z. B. mit Arsen dotiertes Silizium sein Während des Aufwachsens der zweiten Epitaxieschichl B werden die in den Dotierungszonen 3 und 6 befindlichen Störstellen in die Epitaxieschicht t

(·<) ausdiffundieren, wodurch Diffusionsgebicte 3' und 6' entstehen. Die Leitfähigkeit dieser zweiten Epitaxieschicht B wird durch den spezifischen Widerstand vor etwa 0,1 Qcm charakterisiert. Die Dicke kann vorzugsweise 5 Jim betragen. Die Ausdiffusionen der Kanäle 3

•'^r> und 6 können entweder bis an die Oberfläche dci zweiten Epitaxieschichl B erfolgen, oder aber, wie ir Fig. 7 dargestellt, nur teilweise bis in die Mitte dci Epitaxieschicht B. Es ist vorzuziehen, wenn die

Ausdiffusionen der Kanäle 3 nur bis in die Mitte der Epitaxieschicht B erfolgen, so daß eine endgültige Diffusion von der Oberfläche der Halbleiteranordnung erfolgen kann, wie im folgenden beschrieben. Auf diese Weise kann den niederohmigen Halbeitergebieten eine bessere Widerstandscharakteristik gegeben werden. Gemäß F i g. 8 werden bei nicht vollkommen durchdiffundierten Kanälen 6 bis an die Oberfläche der Epitaxieschicht Beine Anzahl von weiteren Diffusionen an den Stellen der Kanäle 7 vorgenommen, die zu einer guten Leitfähigeit des darunter liegenden Materials führen, so daß niederohmige Pfade über den Halbleitergebieten der Kanäle 6 entstehen. Der spezifische Widerstand dieser Kanäle 7 beträgt wiederum etwa 0,01 Sicm. Wie in F i g. 8 dargestellt, entstehen auf diese Weise gut leitende Halbleitergebiete 27, 29, 31, 33, welche als gesperrte PN-Übergänge zur elektrischen Isolation der Gebiete 8 innerhalb der Epitaxieschicht B dienen. Diese Gebiete 8 nehmen ja schließlich die Halbleiterschaltkreiselemente auf, die, nicht dargestellt, nach bekannten Verfahren in der Halbleiteroberfläche ausgebildet werden.

Im Falle der in F i g. 7 dargestellten Struktur, in der die ausdiffundierten Halbleitergebiete 3' nicht bis an die Oberfläche 25 der Epitaxieschicht B reichen, werden weitere Kanäle 4 mit Hilfe von Diffusion gebildet. Die Leitfähigkeit dieser Gebiete stimmt im Vorzeichen mit derjenigen des Grundmaterials überein, so daß die sich von dem Substrat bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden niederohmigen Halbleiterpfade vollständig sind. Das Dotierungsmaterial für die Herstellung der Kanäle 4 kann identisch mit dem für die Herstellung der Kanäle 3 sein. Vorzugsweise wird man die Diffusionen der Kanäle 4 bzw. 7 mit Verfahrensschritten zur Herstellung der Halbleiterbauelemente innerhalb der Gebiete 8 zusammenlegen, um die Anzahl von Verfahrensschritten zur Herstellung der monolithischen Schaltung zu reduzieren.

Nach der Beschreibung der säulenförmigen oder Schaltkreisseite des Kondensators und den elektrischen Verbindungen zwischen dem Kondensator und der Oberfläche des Halbleiterplättchens soll im folgenden das Verfahren beschrieben werden, womit Vertiefungen in den P-Ieitfähigen Säulen des Kondensators hergestellt werden, diese mit dielektrischem Material gefüllt werden und darauf mit einer metallischen Schicht bedeckt werden. Es soll daran erinnert werden, daß gemäß F i g. 4 die Oberseite 103 und die Unterseite 105 des Substrates 1 ebene Oberflächen aufwiesen. Fig.9 bis 12 beschreiben nur den unteren Teil des Halbleiterplättchens nach F i g. 8, d. h. nur das Substrat mit einer bedeckenden Epitaxieschicht A.

Wie aus F i g. 9 hervorgeht, werden Vertiefungen 78 in der unteren ebenen Oberfläche 105 des Substrates ausgebildet, so daß jeweils einer P-leitenden Halbleitersäule 71 eine Vertiefung zugeordnet ist. Wie weiterhin aus der F i g. 9 hervorgeht, greifen diese Vertiefungen 78 über das P-dotierte Halbleitergebiet 71 hinaus, so daß auch Teile des N-I--Substrates, welche die P-Säulen umgibt, an den Vertiefungen 78 an die Oberfläche treten, wie es bei 100 angedeutet ist. Die einzelnen Vertiefungen können entweder kreisförmig in ihrem Querschnitt sein, wenn man von unten auf die Oberfläche 105 schaut, oder aber andere Querschnittsformen aufweisen. Die Vielzahl von Einsenkungen oder Vertiefungen auf der unteren Oberfläche 105 lassen das Substrat wie eine Waffel erscheinen. Jede Vertiefung sollte genug N-I--Substratmaterial, welches die P-Säulen umgibt, enthalten, so daß die nach außen tretenden PN-Übergänge, wie z. B. 65, genügend entfernt von der Kante 67 sind, wo die Vertiefungen in der ebenen Oberfläche 105 beginnen. Auf diese Weise werden Kurzschlüsse vermieden. Die Vertiefungen können durch eine bekannte Ätztechnik hergestellt werden. Die Abmessungen der Vertiefungen können etwa so gewählt werden, daß sie eine Tiefe von 100 bis 150 μίτι in einem 250 bis 380 μπι dicken Substrat aufweisen. Um wirksam zu werden, müssen die Vertiefungen einen großen Anteil der Gesamtdicke des Substrats 1 darstellen, um einen genügend niedrigen Serienwiderstand zwischen den Schaltkreiselementen auf der Oberfläche 25 und der dieser zugewandten Seite des Kondensators zu gewährleisten.

Der nächste Verfahrensschritt wird aus Fig. 10 deutlich. Über der gesamten unteren Oberfläche des Substrates, welches die einzelnen Vertiefungen aufweist, wird eine dielektrische Schicht 79 abgelagert. Vorzugsweise wird hierzu die bekannte Verdampfungstechnik verwendet. Daneben besteht aber auch die Möglichkeit, mit flüssiger Beschichtung und anschließendem Trocknen das dielektrische Material aufzubringen. Das Dielektrikum kann prinzipiell willkürlich gewählt werden. Wenn man hohe Kapazitäten des Abblockkondensators herstellen will, empfiehlt es sich z. B. Bariumtitanat oder Tantaloxid zu verwenden, da diese Materialien eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.

F i g. 11 zeigt den nächsten Verfahrensschritt. Das dielektrische Material wurde von den Rippen 77 des umgebenden N + -Substratmaterials entfernt, so daß das Substratmaterial für eine weitere Beschichtung beigelegt ist. Zur Entfernung des Dielektrikums können Techniken wie Läppen oder Ätzen verwandt werden. Nach diesem Verfahrensschritt bleibt nur eine dielektrische Beschichtung an den Stellen 73 innerhalb der Vertiefungen der unteren Substratoberfläche übrig.

Gemäß Fig. 1 wird im folgenden und letzten Verfahrensschritt eine Metallschicht 75 auf der Unterseite der gesamten Struktur niedergeschlagen. Diese Metallschicht dient als eine Platte des Kondensators und gleichzeitig als Verbindungsmedium zwischen den N+ -Rippen 77 und einem als Träger wirkenden Metallsubstrat 15, wie es in F i g. 1 dargestellt ist.

Zur Metallisierung der unteren Oberfläche kann ein Verdampfungsprozeß mit Gold Verwendung finden, wobei anschließend eine Sinterung stattfindet, die ein Gold-Silizium-Eutektikum bildet. Auf diese Weise entsteht ein guter thermischer und mechanischer Kontakt zwischen dem Monolithen und der metallischen Trägerplatte. Im allgemeinen würden Dünnfilm-Kapazitäten, deren eine Elektrode dicht bei den Schaltungen einer integrierten Schaltung liegen, eine ernsthafte Schwächung des mechanischen Aufbaus des Halbleiterkörpers bedeuten. Die beschriebene Struktur des Kondensatorsubstrates vermeidet diese Gefahr durch das Einätzen einer Reihe von Vertiefungen, wodurch Kapazität nahe an die Schallkreise auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens herangebracht wird, während Rippen 77 zur Aufrechterhaltung der mechanischen Stabilität des Halbleiterplättchens dienen. Das Ergebnis ist also ein Kondensator, welcher physikalisch nahe an den Schaltkreiselementen auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens liegt, dessen Ausbildung jedoch nicht die Zerbrechlichkeit der Halbleiterscheibe oder des -plättchens vergrößert. Wie in Fig. 12 angedeutet, können eine Vielzahl von

integrierten Halbleiterplättchen auf einer gemeinsamen Halbleiterscheibe gleichzeitig hergestellt werden. Einzelne Schaltungen können voneinander getrennt werden durch Ritzen und Sägen der Scheibe entlang den Linien 59 und 61. Das Metallsubstrat 15, die Trägerplatte, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, kann nach dem Zersägen der Halbleiterscheibe in einzelne Halbleiterplättchen mit der metallischen Schicht 75 und damit mit der Schaltung verbunden werden, um die positive Versorgungsspannung +V mit der Halbleiterschaltung zu verbinden. Ein anderes Verfahren zur Herstellung der monolithischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt die vergrabenen Diffusionen und Ausdiffusionen zur Herstelung der elektrischen Pfade 27, 29, 31, 33 zwischen der Oberfläche des Halbleiterplättchens und der Epitaxieschicht A durch Diffusionen, welche von der Oberfläche der Epitaxieschicht B bis in die Epitaxieschicht A eindiffundiert werden.

Zur Entkopplung oder zum Abblocken einzelner Halbleiterbauelemente in der monolithischen Schaltung werden diese mit den P-Regionen 27, 29, 31 oder 33 verbunden, da diese gut leitfähige Leitbahnen zwischen der Oberfläche und der Epitaxieschicht A darstellen, welche ihrerseits wiederum mit den in den Vertiefungen ausgebildeten Kapazitäten gut leitend verbunden ist. Da die — P-Region nur eine geringe Leitfähigkeit mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 bis 15Ocm aufweist und sehr dünn ist, nämlich in der Größenordnung von 5 μιη, ist der Serienwiderstand über die Kapazität sehr klein aufgrund der sehr großen Fläche, welche Kontakt mit der Kapazität macht und aufgrund des kurzen Strompfades zur Oberfläche 25 der monolithischen Schaltung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integrierter Dünnschicht-Abblock- bzw. Entkopplungskondensator für monolithische Schaltungen mit geringem Serienwiderstand und hoher mechanischer Festigkeit des Monolithen, d a durch gekennzeichnet, daß der Monolith über einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps N oder P aufgebaut ist, daß säulenför- ι ο mige Halbleiterregionen des zweiten Leitungstyps P oder N durch das Substrat hindurchdiffundiert sind, so daß PN-Übergänge an der Rückseite des Substrats an die Oberfläche treten, daß Vertiefungen (78) in der Rückseite ausgebildet sind, die geschlossene Linienzüge von PN-Übergängen (65) enthalten, daß diese Vertiefungen mit einem Dielektrikum (73) ausgefüllt sind, welches seinerseits mit einer Metallschicht (75) bedeckt ist, die das Substrat an den nicht vertieften Stellen (77) kontaktiert und mit der zu entkoppelnden Spannung 4- V verbunden ist.

2. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß niederohmige Strompfade (27, 29, 31, 32) im Halbleiterkörper von den säulenförmigen Halbleiterregionen bis an die die Schaltelemente aufnehmende Oberfläche (25) des Monolithen führen.

3. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (73) aus Bariumtitanat oder Tantaloxid besteht.

4. Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtkondensators nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen der säulenförmigen Halbleiterregionen in das Substrat (1) und Herstellung der Vertiefungen (78) das Dielektrikum (73) gleichmäßig über der Rückseite des Substrats (1) niedergeschlagen und dann flächenhaft abgetragen wird, so daß nur die Vertiefungen (78) mit dem Dielektrikum (73) bedeckt bleiben, daß die Metallschicht (75) über die gesamte Rückseite aufgedampft wird und daß der die Schaltungen aufnehmende Monolith auf das Substrat aufgebracht wird.