DE1954551A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

OB-INQ. DIPL.-ING. M. 8C. OIPC-'HYS. Or. DIPL.-PHY». HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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4.August 1969 1954551

Texas Instruments Incorporated Dallas/Texas (USA, 13500 North Central Expressway

Halbleiteranordnung.

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Halbleitersubstraten, von denen jedes mindestens ein .diskretes Bauelement und/oder einen integrierten Schaltkreis enthält.

In der Halbleiterindustrie ist es eine gebräuchliche Technik, Halbleitersubstrate, die entweder ganze integrierte Schalt-

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kreise oder auch nur einzelne diskrete Bauelemente enthalten, auf eine isolierende Unterlage, wie etwa einen keramischen Träger aufzubringen. Dabei sind auf einer Seite des keramischen Trägers metallische Anschlußplättchen angebracht, die zu metallischen Anschlußplättchen auf den Halbleitersubstraten passen. Die metallischen Anschlußplättchen auf dem keramischen Träger setzen sich bis zum Rande des Trägers über metallische Verbindungsstreifen fort, die zum Anschluß weiterer äußerer Schaltungsteile dienen können. Die Halbleiter- * Substrate werden über ihre metallischen Anschlußplättchen mit den Anschlußplättchen auf dem keramischen Träger verbunden, und es entsteht dann eine vollständige elektronische Schaltung, die meist als Hybrid-Schaltki*eis bezeichnet wird.

Diese gemischte oder hybride Schaltungstechnik hat gegenüber einem einzelnen komplexen integrierten Schaltkreis den Vorteil, daß sich die Bauelemente in den verschiedenen Halbleitersubstraten auf verschiedene Weise und in unterschiedlichen Verfahrensschritten herstellen lassen, bevor sie mit dem keramischen Träger vereinigt werden. Auf der anderen Seite gibt . es jedoch für diese Hybrid-Schaltungstechnik eine Grenze hin- _] sichtlich der erreichbaren Dichte für die Packung der Bauelemente, da der keramische Träger eben nur als reiner Träger wirkt und keine aktiven Bauelemente in seinem Inneren enthält, so daß nur die von außen auf ihn aufgebrachten Bauelemente für den gesamten Schaltungsaufbau zur Verfügung stehen. Der Träger selbst di«nt nur zur Herstellung des mechanischen Zusammenhalts zwischen den einzelnen Schaltungsteilen und liefert die erforderlichen Anschlußleitungen für die Verbindung der aufgebrachten Bauelemente mit einer äußeren Schaltung, Außerdem werden die Verbindungsstrsifen und da-

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mit die Leitungsuege auf dem Träger notwendigerweise relativ lang, was zu unerwünscht hohen Werten für Leitungswiderstan.d, Eigeninduktivität und Nebenschlußkapazität für die Schaltung führt. Darüberhinaus steigt auch die Anzahl der Verbindungsleitungen auf unnötig große Werte an und die Herstellungskosten werden relativ hoch.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung anzugeben, die sich unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile der bekannten Anordnungen durch geringe Gesamtabmessungen, eine hohe Packungsdichte, wenige und kurze interne Verbindungswege und niedrige Werte für Leitungswiderstand, Eigeninduktivität und Nebenschlußkapazität auszeichnet, dabei aber eine Herstellung ihrer einzelnen Bauelemente unter Verwendung der jeweils optimalen und gegebenenfalls unterschiedlicher Techniken und bei niedrigen Gestehungskosten zuläßt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem Halbleitersubstrat mindestens ein halbleitender oder metallisch leitender Bereich mindestens eines diskreten Bauelements und/oder eines integrierten Schaltkreises bis an die Oberfläche des jeweiligen Halbleitersubstrats reicht und daß diese Bereiche von einander zugeordneten Halbleitersubstraten unmittelbar miteinander verbunden sind.

Durch die erfindungsgemäße Bauweise entsteht also eine Halbleiteranordnung, bei der nur nutzbare Schaltungsteile enthaltende Halbleitersubstrate vorhanden sind, die unmittelbar in mechanischem und elektrischem Kontakt miteinander stehen, wodurch sich einerseits der zur Verfügung stehende

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Raum optimal ausnutzen und andererseits ein unnötiger Material- und somit Kostenaufwand vermeiden läßt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile sollen nunmehr anhand der Zeichnung einige mögliche Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden. Dabei sind in der Zeichnung:

Pig. 1 eine Darstellung zweier zusammenwirkender ψ IfiLbleitersubstrate, von denen das eine einen

einzelnen Transistor und das andere einen integrierten Schaltkreis enthält, vor ihrem Zusammenbau;

Pig. 2 ein Schaltbild für die aus dem Transistor und dem integrierten Schaltkreis von Pig.1 entstehende Schaltung;

Pig.5a Schnitte entlang der Schnittlinie 3a-3a in ^un Pig.T zur Veranschaulichung aufeinanderfolgender Schritte bei einer bevorzugten Methode zum Zusammenbau zv/eier Halbleitersubstrate, von denen jedes Halbleiterbauelemente enthält;

Pig.3c Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung und 3d _e^_ner Alternativausführung für den Zusammenbau

zweier Halbleitersubstrate, von denen jedes

Halbleiterbauelemente enthält;

Pig. 4 eine Darstellung zweier Halbleitersubstrate, die jeweils einen einzelnen Transistor enthalten und auf ein Zusammenwirken mit einem dritten, einen integrierten Schaltkreis enthaltenden Halbleitersubstrat eingerichtet sind, vor dem Zusammenbau

und

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Pig. 5 ein Schaltbild für die aus den beiden

einzelnen Transistoren und dem integrierten Schaltkreis von Pig.4 entstehende Schaltung.

Kurz gesagt geht es bei der Erfindung um den Zusammenbau mindestens eines Halbleitersubstrats, das mindestens ein diskretes ISIbleiterbauelernent enthält, mit mindestens einem weiteren Halbleitersubstrat, das seinerseits ebenfalls mindestens ein diskretes Halbleiterbauelement enthält. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere relativ kleine Halbleitersubstrate so mit einem relativ großen Halbleitersubstrat zusammengebaut, daß metallische Verbindungsplättchen des oder der kleineren Halbleitersubstrate mit entsprechenden metallischen Verbindungsplättchen des größeren Halbleitersubstrats in Berührung kommen, wobei sowohl die Verbindungsplättchen des oder der kleineren Halbleitersubstrate als auch die des größeren Halbleitersubstrats mit verschiedenen Zonen ihres jeweiligen Halbleitersubstrats verbunden sind. Durch gleichzeitige Einwirkung von Wärme und Druck auf die Verbindungsplättchen oder mit Hilfe eines Ultraschallverfahrens läßt sich zwischen den zusammengehörigen Verbindungsplättchen der zusammengebauten Halbleitersubstrate eine elektrische "und physikalische Verbindung erzeugen, die den jeweiligen Schaltkreis fertigstellt. Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist es dabei, daß der sich so ergebende Aufbau der kleineren Halbleitersubstrate auf dem größeren Halbleitersubstrat den ersteren, oder besser deren Halbleiterbauelementen die Möglichkeit bietet, Leistung aus dem größeren Halbleitersubstrat zu ziehen. Dabei ist vorgesehen, daß die kleineren oder das größere Halbleitersubstrat.einen integrierten · Schaltkreis bilden, bei dem mindestens ein Bauelement nahe der Oberfläche des betreffenden Halbleitersubstrats liegt.

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Mit dem oben und im folgenden verwandten Ausdruck "integrierter Schaltkreis" wird dabei eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Bauelementen bezeichnet, die nahe der Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildet sind. Diese Bauelemente können dabei sämtlich aktive Bauelemente, wie Transistoren oder Dioden oder sämtlich passive Bauelemente, wie Widerstände und Kondensatoren, oder auch eine Mischung aus beiden Bauelementtypen sein.

In. der Zeichnung sind in Fig.1 ein beispielsweise aus Silizium bestehendes Halbleitersubstrat 1, das einen. pnp-Transistor Qp enthält, und ein ebenfalls beispielsweise aus Silizium bestehendes Halbleitersubstrat 2 dargestellt, das einen npn-Transistor Q₁ und Widerstände R₁, R^ und R, enthält. Fig.2 ist ein Schaltbild, für den in Fig.1 körperlich veranschaulichten Schaltkreis, wobei in beiden Figuren zur Bezeichnung gleicher Bauteile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Die in Pig.2 mit gestrichelten Linien umrahmte Zone stellt den in dem Halbleitersubstrat 1 vereinigten Teil eines Verstärkers dar. Zur Veranschaulichung der Verbindungsstellen der beiden Halbleitersubstrate 1 und 2 ist in Fig.1 - allerdings nur der Verdeutlichung halber - das Halbleitersubstrat 1 von seiner tatsächlichen Lage auf dem Halbleitersubstrat abgehoben dargestellt. Dabei bezeichnen die gestrichelten Linien zwischen den beiden Halbleitersubstraten 1 und 2 in Fig.1 die jeweils zusammengehörigen Verbindungsstellen der beiden Halbleitersubstrate 1. und 2. .

Die Herstellung der Transistoren Q₁ und Qp und der Widerstände R₁, Rg und R,, für die man sich, der üblichen Diffusions- und Maskierverfahren bedienen kann, und ebenso die Herstellung der metallischen Verbindungen, die mit

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Hilfe von'Abscheidung ein-, zwei- oder dreiphasiger Metalle. und üblicher Photoresist- und Ätzverfahren erfolgen kann, soll hier nicht im einzelnen beschrieben werden.

Per pnp-Transistor Q₀ wird aus Gründen der leichteren Herstellung in einem anderen Halbleitersubstrat als dem Halbleitersubstrat 2 für den npn-Transistor Q₁, nämlich im Halbleitersubstrat 2, ausgebildet. Die Aufteilung der Bauelemente auf verschiedene Halbleitersubstrate ermöglicht die Anwendung unterschiedlicher Diffusionsprogramme oder unterschiedlicher Fertigungsschritte. So lassen ,sich beispielsweise npn-Schalttransistoren durch den Einsatz von Diffusionstechniken unter Verwendung von Gold bestimmten Anwendungsfällen optimal anpassen, während bei pnp-Transistoren ein Eindiffundieren von Gold nicht erforderlich ist.

Während der Herstellung des Transistors Q₂ bildet das Halbleitersubstrat 1 eines von vielen identischen Halbleiter-Bubstraten innerhalb einer Halbleiterscheibe, von denen gegebenenfalls jedes einen vollständigen Transistor enthält. Die einzelnen Halbleitersubstrate werden erst dann voneinander getrennt, wenn alle bis zu einem bestimmten Zeitpunkt gewünschten Pertigungsschritte vollendet sind.

In gleicher Weise bildet auch das Halbleitersubstrat 2 einen Teil einer größeren Halbleiterscheibe, die eine große Anzahl ähnlicher Halbleitersubstrate enthält, von denen wiederum jedes gegebenenfalls einen integrierten Schaltkreis aufweist. Das Halbleitersubstrat 2 kann von der größeren Halbleiterscheibe sowohl vor als auch nach der Anbringung des Halbleitersubstrats 1 abgetrennt werden. Die Emitterzone 4 und die Basiszone 8 des Transistors Q₂ werden durch

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irgendeine übliche Technik, beispielsweise durch Diffusion, in dem Halbleitersubstrat 1' ausgebildet, wobei dieses Substrat selbst die Kollektorzone bildet. Ein mit der Emitterzone 4 in Ohmschem Kontakt stehender Emitteranschluß 3, ein mit der Basiszone 8 in Ohmschem Kontakt stehender Basisanschliß 7 und ein mit dem Halbleitersubstrat 1 an der Stelle in Ohmschem Kontakt stehender Kollektoranschluß 5 werden gleichzeitig beispielsweise aus Aluminium mittels irgendeiner üblichen Methode, wie etwa Aufdampfen mit anschließendem Photoresist- und Ätzverfahren auf einer Isolierschicht 40, beispielsweise einer Siliziumoxydschicht, aufgebracht. Zur besseren Veranschaulichung des darunterliegenden Gefüges ist die Isolierschicht 40 in Pig.1 transparent dargestellt, zur Begrenzung der darunterliegenden Strukturen sind also ausgezogene linien verwendet. Bei der Herstellung wird als erstes mittels·irgendeiner üblichen Methode die Isolierschicht 40 auf eine Seite des Halbleitersubstrats 1 aufgebracht. Zur Herstellung einer Ohmschen Verbindung zwischen jedem der Anschlüsse 3, 5 und 7 und der zugehörigen Halbleiterzone wird in der Isolierschicht 40 mittels irgendeiner üblichen Methode, wie etwa Photoresist- und Ätzverfahren, jeweils eine in der Zeichnung mit gestrichelten Linien angedeutete Öffnung erzeugt. Kontaktnasen 9b, 9a und 9c, die als erhabene Verbindungsplättchen wirken und beispielsv/eise aus Aluminium bestehen, haben einen Ohmschen Kontakt zum Emitteranschluß 3 bzw. Basisanschluß 7 bzv/. Kollektoranschluß 5; ihre Herstellung wird unten in Verbindung mit Fig.3a und 3b im einzelnen erläutert.

Die Emitterzone 25 und die Basiszone 27 des Transistors Q₁, für den das Halbleitersubstrat 2 selbst als Kollektorzone wirkt, die Widerstände R., Rp und R, und ein isolierender Bereich 37 rund um den Transistor Q₁ werden nach den übli-

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lichen Methoden hergestellt, wie sie beispielsweise in Verbindung mit dem Transistor Q_? oben erläutert sind. Ein Verbindungsstreifen 20 steht mit der Emitterzone 25 über eine in Fig.1 mit gestrichelten Linien veranschaulichte und nach irgendeiner üblichen Methode in der beispielsweise aus Siliziumdioxyd bestehenden Isolierschicht.38 erzeugten Öffnung in Ohmschem Kontakt. Die Isolierschicht 38 wird, zuvor mittels irgendeiner üblichen Methode auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 aufgebracht. Der Verbindungsstreifen 20 steht außerdem mit einem Masseanschlußplättehen G und mit dem einen Ende 21 des Widerstandes E,-in Verbindung. Die Isolierschicht 38 ist in 3?ig..1 ebenso wie die Isolierschicht 40 als transparent behandelt. Alle metallischen Verbindungen und Anschlußplättchen auf dem Halbleitersubstrat 2 werden nach irgendeiner üblichen Art beispielsweise aus Aluminium erzeugt. Obwohl sich diese Verbindungen und Anschlußplättchen aus einer ganzen Anzahl von ein- öder mehrphasigen Metallverbindungen herstellen lassen, so ist-doch Aluminium der Herstellung der zugehörigen Halbleitersubstrate am besten angepaßt.

Jeder der Widerstände R.., R₂ und R, steht an einem Ende über eine in 3?ig.1 in gestrichelten Linien veranschaulichte Öffnung in .der Isolierschicht 38 mit einem Verbindungsstreifen in Ohmschem Kontakt. Ein Verbindungsstreifen 22 verbindet das Ende 23 des Widerstand es R^ mit einer Konta'ktnase. 24, die zu der kollektorseitagen Kontaktnase 9c für den Transistor Q₂ führt und mit einer zum Schaltungsausgang führenden Kontaktnase 0. Ein Verbindungsstreifen 26 steht über eine in Pig.1 in gestrichelten Linien dargestellte Öffnung in der Isolierschicht 38 in Ohmschem Kontakt mit der Basiszone 27 und führt zu einer eingangsseitigen Kontaktnase I.

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Ein Verbindungsstreifen 28 hat bei 29 durch eine in Fig.1 in gestrichelten Linien dargestellte Öffnung in der Isolierschicht 38 Ohmschen Kontakt mit dem Kollektor des Transistors Q₁ und führt einerseits zujeiner Kontaktnase 29 für den Anschluß der Kontaktnase 9a des Transistors Q₂ und andererseits zum Ende 30 des Widerstandes E... Ein Verbindungsstreifen 31 verbindet das Ende 32 des Widerstandes E₁ mit einer Kontaktnase Vcc für den Anschluß einer Vorspannung und mit dem .-. Ende 33 des Widerstandes Ep· Ein Verbindungsstreifen 34 schließt das Ende 35 des Widerstandes Ep an eine Kontaktnase 36 für den Anschluß der emitterseitigen Kontaktnase 9b des Transistors Qp an.

Sobald der in dem Halbleitersubstrat-1 enthaltene Transistor. Qp mit Hilfe der weiter unten erläuterten Verfahren mit dem ■ den Transistor Q₁ und die Widerstände E₁, E₂ und E, enthal-. ■ tenden integrierten Schaltkreis auf dem Halbleitersubstrat 2 verbunden ist, liegt ein vollständiger Linearverstärker vor. Vor dem Anschluß des gesamten Verstärkerkreises an eine größere Schaltung über von den Kontaktnasen V6c, 0, I und G ausgehende Verbindungsleitungen empfiehlt"sich gegebenenfalls die Aufbringung eines Gehäuses oder sonst eine Verkapselung.

Eine bevorzugte Methode, zur Befestigung des. oberen Halbleitersubstrats 1 am unteren Halbleitersubstrat 2 besteht in der Verwendung von Kontaktnasen, wie sie in Fig.3a und 3b veranschaulicht sind* Die HaIbIeIterplat,te_> , die das Halbleitersubstrat 1 bildet, dient als p-leitende Kollektorzone und weist innerhalb des p-leitenden Halbleitersubstrats eine n-leitende Basiszone 8 und innerhalb dieser eine p-leitende Emitterzone 4 auf. Die Oberfläche 41 des Halbleitersubstrats

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1 ist rait einer Isolierschicht 40 passiviert. In dieser Isolierschicht 40 sind Öffnungen, wie z.B. die zu der Emitterzone 4 führende Öffnung 48, vorgesehen. Der. Emitteranschluß 3, der in ]?ig.3a und 3b nicht sichtbare Basisanschluß 7 und der Kollektoranschluß 5 werden auf der Oberfläche der Isolierschicht 40, und zwar jeweils im Bereich der Über die Öffnungen in der Isolierschicht 40 freiliegenden Emitterzone, Basiszone bzw. Kollektorzone ausgebildet.

Zur Herstellung der Kontaktnasen 9"b, 9a und 9c für den Emitter, die Basis und den Kollektor wird auf der Oberfläche der Isolierschicht 40 und auf den Anschlüssen 3, 5 und 7 auf irgendeine übliche Weise, beispielsweise durch Aufdampfen, eine in der Zeichnung nicht dargestellte dicke Metallschicht, beispielsweise eine Aluminiumschicht von etwa 20 η Dicke abgeschj£den. Durch das übliche Photoresist- und Ätzverfahren wird diese Aluminiumschicht dann bis auf die Kontaktnasen 9a, 9"b und 9c wieder entfernt. Damit ist das Halbleitersubstrat 1 dann fertig für die Aufbringung der Kontaktnasen 9a, 9b und 9c auf die Kontaktnasen 24, 29 bzw. 36 auf dem Halbleitersubstrat 2, wie dies in Pig.3a veranschaulicht ist.

Wie man aus Pig.3b erkennt, wird das obere Halbleitersubstrat 1 genau so auf das untere Halbleitersubstrat 2 aufgesetzt, daß die emitterseitige Kontaktnase 9"b mit der Kontaktnase 24, die basisseitige Kontaktnase 9a mit der Kohtaktnase 29 und die kollektorseitige Kontaktnase 9c mit der Kontaktnase 36 in Berührung kommt. Durch die üblichen Verbindungsverfahren unter Wärme- und Druckeinwirkung oder unter Einsatz von Ultraschall werden dann die Kontaktnasen 9a bis 9c des Halbleitersubstrats 1 mit den Kontaktnasen 24, 29 und 36 auf dem Halbleitersubstrat 2 verbunden und zu Ohmschem Kontakt ge-

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bracht, worauf dann der Schaltkreis komplett ist, wie dies in Fig.3b veranschaulicht ist. Das obere Halbleitersubstrat 1 kann mit dem unteren Halbleitersubstrat 2 vereinigt werden, solange dieses noch einen Teil einer größeren Halbleiterscheibe bildet, es kann aber auch erst nach dessen Abtrennung von dieser größeren Halbleiterscheibe aufgebracht werden. Die erstere Methode bietet den Vorteil, daß sich der ganze Schaltkreis ohne weiteres mit den normalen Testmethoden für die Erprobung von integrierten Schaltungen auf Halbleiterscheibchen prüfen läßt, während er noch in Scheibenform vorliegt, Jedoch ergibt sich dabei der Nachteil, daß die mechanische Handhabung bei der Abtrennung der vereinigten Halbleitersubstrate von der Halbleiterscheibe zu einer Loslösung der Substrate voneinander führen kann. ~

Eine Alternativmethode für den Zusammenbau unter Verwendung von Streifenleitungen ist in Fig. 3c und 3d veranschaulicht. Fig.3c und 3d zeigen solche Querschnitte, als ob die Schnittführung entlang der Schnittlinie 3a-3a in Fig.1 erfolgt wäre, und lassen sich daher mit Fig. 3a und 3b vergleichen. Die Ausbildung des Transistors Qp, der Isolierschicht 40 und der Anschlüsse 3, 5 und 7 erfolgt in ähnlicher Weise wie bei den entsprechenden Teilen in Fig. 3a und 3b. Die Streifen-5-eitungen können wie bisher durch Abscheiden oder Aufplattieren einer in der Zeichnung nicht sichtbaren Metallschicht von etwa 12,5 U Dicke auf die Oberfläche 41 des Halbleitersubstrats 1 erzeugt werden. Die Metallschicht wird dazu mit einer Photoresistschicht überzogen, mit einem Muster versehen und dann geätzt, bis sich die relativ dicken Streifen 50, 51 und 52 bilden. In diesem Augenblick haften die Streifen sämtlich auf ihrer ganzen Fläche sicher auf der Oberfläche 41

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des Halbleitersubstrats 1 . Beide Seiten des Halb le it er Substrats 1 einschließlich der Streifen 50, 51 und 52 auf der Oberfläche 41 werden mit einer Photoresistsehicht überzogen. Dann werden die Photoresistschichten so mit einem Muster versehen, daß die Oberflächen des Halbleitersubstrats freigelegt, die Streifen 50, 51 und 52 jedoch abgedeckt bleiben und daher bei der nachfolgenden Ätzung die Streifen 50, 51 und 52 als über den Rand des Halbleitersubstrats 1 hervorstehende Streifenleitungen übrigbleiben, wie dies in Mg,3c veranschaulicht ist.

Das Halbleitersubstrat 1 wird dann wie beschrieben auf das Halbleitersubstrat 2 gebracht, und die Streifenleitungen 50, 51 und 52 werden unter Anwendung von Wärme und Druck oder Ultraschall mit den Kontaktnasen 24, 29 bzw, 36 vereinigt, wie dies in Pig.3d veranschaulicht ist. Der Vorteil der Verwendung von Streifenleitungen liegt darin, daß dann kein Druck auf das Halbleitersubstrat 1 selbst ausgeübt werden muß, sondern die Druckeinwirkung direkt auf die Abschnitte der Streifenleitungen erfolgen kann, die sich über den Rand des Halbleitersubstrats hinaus erstrecken. Die Bruchgefahr für das Halbleitersubstrat wird auf diese Weise erheblich geringer. Jedoch wird die Streifenleitungstechnik wegen der zusätzlichen PertigungsBchritte, die in Pig»3c und 3d veranschaulicht sind, teurer als die in Pig,3a und 3b veranschaulichte Technik mit Kontaktnasen.

In Pig.4 ist ein Differentialverstärker dargestellt, zu- dem ein beispielsweise aus Silizium bestehendes ■Halbleitersubstrat 60 gehört, das einen integrierten Schaltkreis mit drei npn-Transistoren Q~, Q. und Q,- sowie mehreren Widerständen R^ bis R₁₂ enthält. ■ .... ■ - . ;..

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Das entsprechende Schaltbild ist in Pig.5 veranschaulicht, wobei wieder in beiden Figuren zur Bezeichnung gleicher Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die beiden in Fig.5 mit gestrichelten Linien umrahmten Gebiete stellen die in den beiden Halbleitersubstraten 61 und 62 von Fig.4 enthaltenen Teile der Schaltung dar. Die Widerstände Rq. und R₁Q können anstatt einer Ausbildung in dem Halbleitersubstrat 60 mittels Diffusion auch mit den Mitteln der Dünnschichttechnologie auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 aufgebracht werden. Das Halbleitersubstrat 61 enthält einen pnp-Transistor Qg und das Halbleitersubstrat 62 einen pnp-Transistor Q₇. Obwohl die beiden Halbleitersubstrate 61 und 62 in der Zeichnung als zv/ei getrennte Bauteile dargestellt sind, können sie selbstverständlich auch als ein einziges die beiden Transitoren Qg und Q^ enthaltendes Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Außerdem" können die Halbleitersubstrate 61 und 62 oder gegebenenfalls auch nur eines davon einen oder mehrere der in der Zeichnung in dem Halbleitersubstrat 60 enthaltenen Widerstände enthalten. In diesem Falle wäre dann für den Aufbau des Differentialverstärkers ein einen integrierten Schaltkreis enthaltendes Halbleitersubstrat mit einem zweiten, ebenfalls einen* integrierten Schaltkreis enthaltenden Halbleitersubstrat zu vereinigen.

In dem beispielsweise aus Silizium bestehenden Halbleitersubstrat 61 besitzt der Transistor Qg eine Emitterzone 63 und eine Basiszone 64, die beide beispielsweise mit den üblichen Mitteln der Diffusionsteehnik in dem Halbleitersubstrat 61 ausgebildet sind, das seinerseits als Kollektorzone dient» Ein Emitteranschluß 65 hat über eine in der Zeichnung in gestrichelten Linien angedeutete Öffnung, die mit übliehen Mitteln in einer ebenfalls in üblicher Weise auf die Oberfläche

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des Halbleitersubstrats 61 aufgebrachten und beispielsweise aus Siliziumdioxyd bestehenden Isolierschicht 128 erzeugt ist, Ohmschen Kontakt zu der Emitterzone 63. Die Isolierschicht 128 ist in der Zeichnung.als transparent dargestellt. Der Emitteranschluß 65 und alle anderen Anschlüsse und Verbindungen auf allen drei Halbleitersubstraten können beispielsweise aus Aluminium bestehen, wobei das Aluminium in üblicher Weise aufgebracht und entsprechend einem gewünschten Muster verteilt werden kann. Ein Basisanschluß 66 hat mit der Basiszone 64 über eine in der Zeichnung in gestrichelten Linien dargestellte Öffnung in der Isolierschicht 128 Ohmschen Kontakt. Der Kollektoranschluß 67 steht mit der Kollektorzone über eine an der Stelle 68 in der Isolierschicht 128 vorgesehene und in der Zeichnung in gestrichelten Linien veranschaulichte Öffnung in Ohmschem Kontakt. Kontaktnasen 69a, 69b und 69c für den Emitteranschluß, den Basisanschluß bzw. den Kollektoranschluß werden nach der in Verbindung mit den Mg, 1, 3a und 3b beschriebenen Methode zur Herstellung von Kontaktnasen erzeugt.

Der in dem beispielsweise aus Silizium bestehenden Halbleitersubstrat 62 ausgebildete pnp-Transistor Q₇ ist mit dem in dem Halbleitersubstrat 61 ausgebildeten pnp-Transistor Qg identisch und braucht daher hier nicht näher beschrieben zu werden; es sei daher lediglich erwähnt, daß bei ihm die Kontaktnaseri für den Anschluß von Emitter, Basis und Kollektor mit den Bezugszahlen 70a, 70b und 70c bezeichnet sind. ·

Der in dem Halbleitersubstrat 60 ausgebildete npn-Transitor Q-z, der beispielsweise zu der Bauart gehört, die aus pleitendem Silizium mit einer darauf aufgebrachten n-leitenden Epitaxialschicht besteht, besitzt eine in üblicher Weise

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in der n-Mtenden Epitaxialschicht auf dem Halbleitersubstrat 60 ausgebildete η-leitende Emitterzone 80 und eine ebensolche p-leitende Basiszone 81, während die η-leitende Epitaxialschicht auf dem Halbleitersubstrat 60 ihrerseits als Kollektorzone für den Transistor Q- dient. Der npn-Transistor. Q. besitzt in gleicher Weise eine in einer Epitaxialschicht auf dem Halbleitersubstrat 60 ausgebildete Emitterzone 82 und eine Basiszone 83. Die Transistoren Q-, und Q. sind gegen das Halbleitersubstrat 60 und gegeneinander durch einen.mittels Diffusion erzeugten p-leitenden Isolierring 84.isoliert. Der npn-Transistor Qp- besitzt eine in der gleichen Weise in dem Halbleitersubstrat 60 ausgebildete Emitterzone 85 und eine Basiszone 130. Ein ebenfalls mittels Isolierstoffdiffusionstechnik erzeugter Isolierring 87 isoliert den Transistor Q₁-gegenüber dem Halbleitersubstrat 60. Die Widerstände R. bis R₁P werden in dem Halbleitersubstrat 60 auf übliche Weise, am besten mittels Diffusion ausgebildet. Da es jedoch über den Widerständen R_q und R₁₀ keine darüberliegenden metallischen Verbindungen gibt, können diese Widerstände anstatt durch Diffusion in dem Halbleitersubstrat 60 auch durch Dünnschichttechniken auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 erzeugt werden. So las.sen sich die Widerstände beispielsweise durch Niederschlagen einer Chrom-Mckel-Schicht herstellen.

Ein Verbindungsstreifen 88 verbindet ein erstes "eingangsseitiges Anschlußplättchen I. mit der Basiszone 81 des Transistors

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Q^ über eine in üblicher V/eise in einer beispielsweise aus Siliziumdioxyd bestehenden Isolierschicht 127 erzeugte und wie alle anderen Öffnungen in der Zeichnung mit gestrichelten Linien veranschaulichte Öffnung. Die Isolierschicht 127 ist in der Zeichnung als transparent betrachtet. Das Silizium- .

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dioxyd der Isolierschicht 127 kann in irgendeiner Üblichen Weise auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 erzeugt werden. Ein Verbindungsstreifen 89 verbindet über eine Öffnung in der Isolierschicht 127 ein zweites eingangsseitiges Anschlußplättchen I-g mit der Basiszone 83 des Transistors Q. Ein Verbindungsstreifen 90 steht über eine Öffnung in der Isolierschicht 127 mit der Emitterzone 80 des Transistors Q, in Ohmschem Kontakt und hat außerdem über eine weitere Öffnung in der Isolierschicht 127 Verbindung und Ohmschen Kon- ■ takt zu der Emitterzone 82 des Transistors Q, und über eine an der Stelle 86 in der Isolierschicht 127 vorgesehene weitere Öffnung zu der Kollektorzone des Transistors Q₁-. Ein Verbindungsstreifen 91 hat über eine Öffnung in der Isolierschicht 127 Ohmschen Kontakt zu der Emitterzone 85 des Transistors Q₅ und ist außerdem an das Ende 92 des Widerstan des R₁₁ angeschlossen. Die Verbindungsstreifen berühren die Enden der Widerstände jeweils über in der Zeichnung mitgestrichelten Linien angedeutete Öffnungen in der Isolierschicht 127. Das Ende 93 des Widerstandes E₁ - ist über einem Verbindungsstreifen 95 mit dem Ende 94 des Widerstandes R₁P und mit einer Anschlußklemme -"VVg für die Vorspannungszuführung verbunden. Ein Verbindungsstreifen 96 hat über'eine Öffnung in der Isolierschicht 127 Ohmschen Kontakt zu der Basiszone 130 des Transistors Q₁- und ist mit dem Ende 97 des Widerstandes R-iq» dem Ende 129 des Widerstandes R₁^'und <j_em Ende 98 des Widerstandes Rq verbunden. Ein Verbindungsstreif etf 100 verbindet das Ende 101 des Widerstandes R₁₀ mit einem ersten ausgangsseitigen Anschlußplättchen 0_ß und mit einer Kontaktnase 102 für den Anschluß der Kontaktnase 70c des Transistors Q₇..Ein Verbindungsstreifen 103 verbindet das Ende 104 des Widerstandes Rq mit einer Kontaktnase 105 für den Anschluß der Kontaktnase 69c des Transistors Qg und mit einem bweiten ausgangsseitigen Anschlußplättchen 0,..

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Ein Verbindungsstreifen 106 hat über eine Öffnung in der Isolierschicht 127 an der Stelle 107 Ohmschen Kontakt zu der Kollektorzone des Transistors Q- und hat außerdem Verbindung zu dem Ende 108 des Widerstandes R_c und zu einer Kontaktnase 109 für den Anschluß der Kontaktnase 70b des Transistors Q₇-.

Ein Verbindungsstreifen 110 hat über eine' Öffnung in der

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Isolierschicht/an der Stelle 111 Ohmschen Kontakt zu der Kollektorzone des Transistors Q^ und außerdem Verbindung zu dem Ende 112 des Widerstandes R. und zu einer Kontaktnase 113 für den Anschluß der Kontaktnase 69b des Transistors Qg. Ein Verbindungsstreifen 114 verbindet eine Anschlußklemme _c für die Vorspannungszuführung mit dem Ende 115 der

Widerstände R. und Rr- und mit dem Ende 116 des Widerstandes 4 ο

Rg. Ein Verbindungsstreifen 117 verbindet das Ende 118 des Widerstandes Rg mit dem Ende 119 des Widerstandes R₇ und mit' dem Ende 120 des Widerstandes Ro. Ein Verbindungsstreifen 121 verbindet das Ende 122 des Widerstandes R₇ mit einer Kontaktnase 123 für den Anschluß der Kontaktnase 69a des Transistors Qg. Ein Verbindungsstreifen 124 verbindet das Ende 125 des Widerstandes Rq mit einer Kontaktnase 126 für .den Anschluß der Kontaktnase 70a des Transistors Q₇. Die_Halbleitersubstrate 61 und 62 werden mit dem Halbleitersubstrat 60 zusammengebaut, wobei für die Verbindung der Kontaktnasen der verschiedenen Halbleitersubstrate die gleichen Methoden zur Anwendung kommen, wie sie oben in Verbindung mit Pig.3a und 3b beschrieben sind, und ergeben dann den vollständigen Differentialverstärker.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung stets nur Silizium als Material für die Halbleitersubstrate genannt ist, kann stattdessen selbstverständlich auch Germanium oder ein an-

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4.August 1969
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deres Halbleitermaterial verwendet werden. So kann es "beispielsweise für manche.Anwendungsfälle erwünscht sein, Sub-"strate aus verschiedenen Halbleitermaterialien zu verwenden, beispielsweise kommen beim Bau von sehr komplexen photoelektrischen Schaltungen Substrate aus Galliumarsenid und/oder Substrate aus Germanium in Verbindung mit Substraten aus Silizium in Betracht. Außerdem können für den Aufbau komplizierterer Schaltungen als der beiden oben beschriebenen beliebig viele Substrate zusammengebaut werden, die sowohl diskrete Bauelemente als auch integrierte Schaltkreise enthalten können.

Trotz der ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und einer Alternative dazu versteht es sich natürlich, daß daran zahlreiche Abwandlungen, Änderungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen abgesteckten Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims (1)

1. 4.August 1969

   Patentansprüche

   MJ Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Halbleitersubstraten, von denen jedes mindestens ein diskretes Bauelement und/oder einen integrierten Schaltkreis enthält," dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Halbleitersubstrat mindestens ein halbleitender oder metallisch leitender Bereich mindestens eines diskreten Bauelements und/oder eines integrierten Schaltkreises bis an die Oberfläche des jeweiligen Halbleitersubstrats reicht und daß diese" Bereiche von einander zugeordneten Halbleitersubstraten unmittelbar miteinander verbunden sind.

   2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der halbleitenden Bereiche elektrischen Kontakt hat zu metallischen Verbindungen und daß die zueinander zugeordneten Halbleitersubstraten gehörigen Verbindungen' unmittelbar miteinander verbunden sind.

   3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Verbindungen jeweils auf ihrer von dem damit verbundenen halbleitenden Oberflächenbereich abgewandten Seite Anschlußplättchen tragen, über die metallische Verbindungen einander zugeordneter Halbleitersubstrate miteinander verbunden sind.

   4. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halbleitersubstrate auf einem dritten, als gemeinsamer Träger dienenen Halbleitersubstrat angeordnet sind.

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   η 0 9 8 2 k I 1 2 9 3

   A 37 478 b - 21 - _ς

   4.AUgUSt 1969 . Ιαθ4θ5 Ι

   5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 Ms 4,
   dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Halbleitersubstrat ein Transistor als'diskretes Bauelement und/ oder als Teil eines integrierten Schaltkreises enthalten ist. · ■

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   Leer seife