DE1926989A1

DE1926989A1 - Hochfrequenzleitung

Info

Publication number: DE1926989A1
Application number: DE19691926989
Authority: DE
Inventors: Beneking Prof Dr Rer Nat Heinz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-05-27
Filing date: 1969-05-27
Publication date: 1970-12-03
Also published as: FR2043704B3; GB1291344A; JPS4838097B1; FR2043704A7; US3715631A

Description

Heilbronn, den 13. 5. I969 Ma/nae - B 7

"Hochfrequenzleitung"

Die Erfindung betrifft eine als elektrische Zuführung zu Halbleiterbauelementen geeignete Hochfrequenzleitung und besteht darin, daß zumindest eine Streifenleitung aus einer Zu- und einer Ableitung auf einer Oberflächenseite eines wenigstens ein Halbleiterbauelement enthaltenden Halbleiterkörpers angeordnet ist, wobei sich zwischen der Zu- und Ableitung eine Dielektrikumsschicht befindet.

Im Hochfrequenzgebiet werden Hochfrequenzlex hingen unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche benötigt, tfenn die Leiterstreifen einer hierfür geeigneten Streifenleitung auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers aufgebracht sind, müssen die Streifen, wählt man Halbleiterkörper mit herkömmlichen Abmessungen, relativ breit ausgebildet werden. Da das hierbei als Dielektrikum dornende Halbleitersubstrat oft wenig isolierend ist, xst, abgesehen von den hierdurch auftretenden elektrischen Verlusten, der Abgleich derartiger

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Leitungen schwierig. Ferner läßt sich die Verbindung der Leiterstreifen auf der den Halbleiterbauelementen abgewandten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit bestimmten Zonen der Halbleiterbauelemente nicht ohne unerwünschte Stoßstellen realisieren, ganz abgesehen davon, daß die Verbindung einer Leitung auf der den Bauelementen abgewandten Oberflächenseite mit den elektrischen Bauelementen im Halbleiterkörper einen großen technischen Aufwand erforderlich macht.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß beide Leiterstreifen der Streifenleitung auf der den Bauelementen zugewandten Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers untergebracht werden, wobei zwischen den Leiterstreifen eine als Dielektrikum dienende isolierende Schicht angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Hochfrequenzleitung hat den wesentlichen Vorteil, daß man bei der Wahl des Dielektrikums von der jeweiligen Art und Dotierung des Halbleiterkörpers unabhängig ist und sehr hochwertige Dielektrika verwendet werden können. Da das Dielektrikum für die Hochfrequenzleitung nun als sehr dünne Schicht ausgebildet werden kann, ergeben sich bei vorgegebenem Wellenwiderstand der Leitung äußerst, schmale Leiter-

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streifen, die in der Halbleitertechnik jedoch gut realisierbar sind und nur einen geringen Teil der Halbleiteroberfläche einnehmen. Auf diese Weise lassen sich auf der Halbleiteroberfläche eine Vielzahl von Streifenleitungen unterbringen oder, falls die Zahl der erforderlichen Leitungen begrenzt ist, kann die freie Halbleiteroberfläche beispielsweise für aufgedampfte Dünnschichtwiderstände verwendet werden. Da die Streifenleitung sich auf der den Halbleiterbauelementen zugewandten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers befindet, ist eine Verbindung der Streifen mit den zugehörigen Halbleiterzonen durch Öffnungen in den auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Isolierschichten ohne Schwierigkeiten möglich,

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgeraässen Hochfrequenzleitung ist vorgesehen, daß die an die Zuleitungen der Hochfrequenzleitung anzuschließenden Kontakte der Halbleiterbauelemente mit die Zuleitungen bildenden Leitbahnen verbunden sind, die sich auf eine die Halbleiteroberfläche bedeckende Isolierschicht erstrecken. Diese erste Isolierschicht und die Zuleitungen werden mit einer weiteren, als Dielektrikum dienenden Isolierschicht bedeckt, die ihrerseits zumindest teilweise mit einer als Ableitung dienenden Metallschicht bedeckt wird, die durch Offnungen in den beiden Iso-

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lierschichten mit der oder den zugeordneten Zonen der Halbleiterbauelemente elektrisch leitend verbunden ist. Ein derartiger Aufbau der. HF-Leitung eignet sich besonders für Halbleiterkörper, die aus Silizium oder Germanium bestehen»

Wenn beispielsweise ein Halbleiterkörper aus semiisolierendem Galliumarsenid-Grundmaterial verwendet wird, in den die Bauelemente enthaltende leitende Halbleitergebiete eingelassen sind, können in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen HF-Leitung die Zuleitungen unter Verzicht auf eine erste Isolierschicht unmittelbar auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen. Die Halbleiteroberfläche und die Zuleitungen der Streifenleitungen werden dann mit einer als Dielektrikum dienenden Isolierschicht bedeckt, die wiederum zumindest teilweise mit einer als Ableitung dienenden Metallschicht bedeckt ist, die ihrerseits durch Öffnungen in der Dielektrikumsschicht mit der oder den zugeordneten Zonen der im Halbleiterkörper untergebrachten Halbleiterbauelemente elektrisch leitend verbunden ist.

Als Material für die auf der Halbleiteroberfläche angeordneten Isolier- bzw. Dielektrikumsschicht eignet sich beispielsweise Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid.

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Die Erfindung wird im weiteren anhand der Figuren 1 bis noch näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt, teils in Schnitt teils in einer perspektivischen Ansicht, einen Halbleiterkörper 1, beispielsweise aus Silizium vom ersten Leitungstyp. In den Siliziumgrundkörper 1 ist zur Bildung einer Diode eine Zone 2 vom zweiten Leitungstyp eingelassen, in die wiederum eine Zone 3 vom ersten Leitungstyp eingebracht wird. Die Zonen 2 und 3 werden vorzugsweise mit Hilfe der bekannten Planartechnik unter Verwendung der gleichfalls bekannten Maskierungs-, Ätz- und Diffusionstechnik hergestellt. Als Maskierungsschicht dient beispielsweise eine Siliziumdioxydschicht oder Silxziumnitridschicht k» Eine Oxydschicht kann leicht durch thermische Oxydation oder durch anodische Oxydation hergestellt werden. Nach dem Abschluß aller Diffusionsprozesse werden in die Oxydschicht 4 über den Halbleiterzonen 2 und 3 Kontaktierungsfenster, beispielsweise durch Ätzen, eingebracht, in denen die genannten Halbleiterzonen mit Metallkontakten 5 und 8 versehen werden, die beispielsweise aus Gold oder Aluminium bestehen. Der Kontakt 5 an die Halbleiterzone 2 ist mit einer sich auf die Isolierschicht k erstreckenden Leitbahn', die als Zuleitung der Streifenleitung dient, verbunden· Diese Leitbahn besteht beispielsweise

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aus Gold, Aluminium oder Kupfer und wird vorzugsweise mit Hilfe der Aufdampf- und Ätztechnik hergestellt. Die Breite der Leitbahn richtet sich gemäß bekannter mathematischer Zusammenhänge nach dem zu realisierenden Wellenwiderstand, dem Material und der Dicke des Dielektrikums.

In einem realisierten Ausführungsbeispiel wurde zur Herstellung einer Hochfrequenzleitung mit- einem Wellenwiderstand von 5o Ohm ein Dielektrikum aus Siliziumdiosyd verwendet. Bei einer Dicke der Dielektrikumsschient von 3/Um ergab die Rechnung und das Experiment eine Breite der Leitbahn 6 von ca. 3,xua. Auch bei anderen Zahlenwerte erwies es sich als günstig, wenn die Dicke der Dielektrikumsschicht etwa der Breite der Leiterstreifen für die Hochfrequenzleitung entspricht.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren gewählten Größenverhältnisse, insbesondere die der Streifen 6 und der Dielektrikumsschicht, keinen Hinweis auf die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse liefern, spndern allein aus Gründen der optischen Anschaulichkeit gewählt wurden.

Nach der Herstellung der Zuleitungen 6 wird auf die Zuleitungen und den freien Teil der Oxydschicht k die Di-

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elekiriltumsschicht 7 aufgebracht, die hochisolierend ist und beispielsweise aus SiO_n oder Siliziumnitrid bestellt. In diese Schicht wird über der. die Zone 3 kontaktier enden Metallelektrode 8 eine Öffnung eingebracht, die den Metallkontalct 8 freilegt. Danach wird eine Deckelektrode 9* beispielsweise aus Gold, Aluminium oder Kupfer auf die Dielektrikumsschicht aufgedampft, chemisch oder galvanisch abgeschieden, die als Ableitung der HF-Leitung dient. Bei der Herstellung der Deckelektrode 9 wird zugleich die . elektrische Verbindung zwischen der Deckelektrode und cfem Metal-lkontakt Si an die Halbleiterzone 2 gebildet. Die Deckelektrode 9 bildet somit zusammen mit dem Leiter stx-eifen 6 eine Hochfrequenzleitung mit vorgegebenem Wellenwiderstand. .

Die Deckelektrode kann selbstverständlich auch so weit abgetragen werden, daß sie nur unmittelbar übei~ der Leitbahn 6 auf der Dielektrikumsschicht verläuft oder diese nur teilweise überdeckt. Wenn die Deckelektrode jedoch als Ableitung bzw» als ErdeTSktrode verwendet wird, ist eine derartige ÄB-ta^agung nicht erforderlich, und in der Regel hochfrequenzmäßig weniger günstig» Wenn aber auf der Halbleiteroberfläche mehrere, voneinander unabhängige Hochfrequenzleitungen verlaufen sollen, was beispielsweise bei der Deschaltung von integrierten

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Schaltungen erforderlich sein kann, so wird die auf der Dielektrikumsschicht befindliche Metallschicht vorzugsweise strukturiert und zur Bildung mehrerer Leitungen entsprechend den auf der Isolierschicht k verlaufenden Leitbahnen aufgeteilt; hierbei wird vorzugsweise die obere Metallschicht breiter als die darunterliegende Leitbahn ausgebildet.

In der Figur 2 ist eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen HF-Leitung dargestellt. Diese Anordnung ist besonders dann geeignet, wenn der Halbleitergrundkörper aus einem semiisolierendem Halbleitergrundkörper 1 besteht ο Hierzu eignet sich beispielsweise semiisolierendes Galliumarsenid» In der Figur 2 ist wiederum der Anschluß einer Diode an eine HF-Leitung, die auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers verläuft, teils im Schnitt, teils in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In den semiisolierenden Grundkörper 1 ist eine Zone 2 vom bestimmten ersten Leitungstyp eingelassen, die wiederum eine Zone 3 vom zweiten Leitungstyp umgibt. Der die Zuleitung der HF-Leitung bildende Leiterstreifen 6 verläuft unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche. Auf eine erste Isolierschicht, wie sie noch bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung verwendet wurde, kann verzichtet werden. Der freie Teil der

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Halbleiteroberfläche und die Streifenzuleitung 6 wird mit einer Dielektrikumsschicht 7 bedeckt, die, wie dies auch bei der Anordnung gemäß Figur 1 beschrieben wurde, mit einer Deckelektrode versehen wird, die mit dem Kontakt 8 an die Halbleiterzone 3 durch eine Öffnung in der Dielektrikumsschicht 7 elektrisch leitend verbunden ist.

In der Figur 3 ist, teils im Schnitt teils in einer perspektivischen Ansicht, der Anschluß eines Transistors an eine HF-Eingangs- und an eine HF-Ausgangsleitung dargestellt , wenn die Emitterelektrode des Transistors dem Eingang und dem Ausgang des Transistorvierpols gemeinsam ist. Ein Halbleiterkörper 1 enthält einen beispielsweise nach der Planartechnik hergestellten Transistor aus einer Kollektorzone Io, einer Basiszone 11 und einer Emitterzone Die Kollektorzone Io ist beispielsweise, wie man dies besonders bei integrierten Halbleiterschaltungen findet, allseitig vom Halbleitergrundmaterial umgeben, das einen der Kollektorzone ertgegengesetsien Leitungstyp aufweist. Die Kollektorzone Io ist auf der allen Zonen gemeinsamen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers rait einem Metallkontakt 13 versehen, der mit einer sich auf die Isolierschicht k erstreckenden Leitbahn 16 verbunden ist. Diese Leitbahn 16 dient als Zuleitung der HF-Streifenleitung. In gleicher Weise ist die Basiszone 11 mit einem ohmschen Basisan-

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schlußkontakt Ik versehen, der mit der auf der Isolierschicht k verlaufenden Basisleitbahn 17 elektrisch leitend verbunden ist. Die Breite der Basisleitbahn ist, wie auch die der Kollektorleitbahn, derart gewählt, daß sich einerseits für die Eingangsleitung und andererseits für die Ausgangsleitung des Transistors der gewünschte Wellenwiderstand ergibt, wenn die Dicke der auf die Leitbahnen l6 und 17 und auf die Isolierschicht 4 aufgebrachten Dielektrikumsschicht 7 vorgegeben ist. Auf die Dielektrikumsschicht 7 wird, wie dies auch tei¹ den Anordnungen gemäß Figur 1 und 2 der Fall war, eine Deckelektrode aufgebracht, die nun jedoch durch eine Öffnung in den beiden Isolierschichten k und 7 mit dem Anschlußkontakt 15 an die Emitterzone 12 elektrisch leitend verbunden istο Diese Deckelektrode ist der Eingangs- und der Ausgangsleitung als Ableitung gemeinsam und muß sich daher sowohl über die Basisleitbahn 17 als auch über die Kollektorleitbahn l6 erstrecken.

In entsprechender Weise können die Anschlußkontakte an integrierte Halbleiterschaltungen mit unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche verlaufenden HF-Leitungen verbunden werden, Die angegebene HF-Leitung eignet sich daher für Dioden, Transistoren, integrierte Halbleiterschaltungen und andere mittels der Halbleitertechnik"her-

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stellbare Bauelemente. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Leitbahnen auch bei Germanium- und Siliziumhalbleiterkörpern unmittelbar auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht werden können, insbesondere dann, wenn ein Betrieb der an die Leitbahnen angeschlossenen Bauelemente nur bei hohen Frequenzen vorgesehen ist.

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Claims

Patentansprüche

■l) Ilochfrequenzleitung als elektrische Zuführung zu HaIbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Streifenleitung aus einer Zu- und einer Ableitung auf einer Oberflächenseite eines -wenigstens ein Halbleiterbauelement enthaltenden Halbleiterkörpers angeordnet ist, wobei sich zwischen der Zu- und Ableitung eine Dielektrikumsschicht befindet.
2) Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekenn~ zeichnet, daß sich die im Halbleiterkörper befindlichen und Bauelemente bildenden Zonen zu der die Streifenleitung tragenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers hin er« strecken und auf dieser Oberflächenseite mit Kontakten versehen sind, die mit den Enden der Streifenleitung in elektrischer Verbindung stehen.
3) Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Zuleitungen der Hochfrequenz? leitung anzuschließenden Kontakte der Halbleiterbauelemente mit Zuleitungen bildenden Leitbahnen verbunden sind, die eich auf eine die Halbleiteroberfläche be^ deckende Isolierschicht erstrecken, daß dieser erste Isolierschicht und die Zuleitungen mit einer Heiteren,

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als Dielektrikumsschicht dienenden Isolierschicht bedeckt sind, und daß diese Dielektrikumsschicht zumindest teilweise mit einer als Ableitung dienenden Metallschicht bedeckt ist, die durch Offnungen in den beiden Isolierschichten mit der oder den zugeordneten Zonen der Halbleiterbauelemente elektrisch leitend verbunden ist.
4) Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Zuleitungen der Hochfrequenzleitung anzuschließenden Kontakte der Halbleiterbauelemente mit Zuleitungen bildenden Leitbahnen verbunden sind, die unter Verzicht auf eine erste Isolierschicht unmittelbar auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen, daß die Halbleiteroberfläche und die^Zuleitungen mit einer als Dielektrikum dienenden Isolierschicht bedeckt sind, und daß diese Dielektrikumsschicht zumindest teilweise mit einer als Ableitung dienenden Metallschicht bedeckt ist, die durch Öffnungen in der Isolierschicht mit der oder den zugeordneten Zonen der Halbleiterbauelemente elektrisch leitend verbunden ist.
5) Hochfrequenzleitung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium oder Germanium besteht.

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6) Hochfrquenzleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus semiisolierendem Galliumarsenid besteht.
7) Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid bestehen.
8) Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die a^^f der Dielektri kumsschicht befindliche Metallschicht strukturiert und zur Bildung mehrerer voneinander unabhängiger Leituntren aufgeteilt ist.
9) Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeläge der Zu- und Ableitungen aus Gold, Kupfer oder Aluminium bestehen.
10) Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Leitbahnen auf der ersten Isolierschicht bzw. auf der Halbleiteroberfläche der Dicke der Dielektrikumsschicht entspricht.

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11) Hochfrequenzlextung nach Anspruch lo, dadirch gekennzeichnet, daß die Leitbahnen ca. 3/um breit und die Dielektrikumsschicht ca. 3/^um dick ist.
12) Hoehfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Vervrendung für den Anschluß von Dioden, Transistoren und integrierten Schaltungen·,

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