DE2165844C2 - Integrierte Schaltung - Google Patents

Integrierte Schaltung

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DE2165844C2 DE2165844A DE2165844A DE2165844C2 DE 2165844 C2 DE2165844 C2 DE 2165844C2 DE 2165844 A DE2165844 A DE 2165844A DE 2165844 A DE2165844 A DE 2165844A DE 2165844 C2 DE2165844 C2 DE 2165844C2
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Description

eine Dioden-Matrix ist. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 die Gasamtansicht einer Diodenmatrix;
F i g, 2 einen Teil dieser Diodenmatrix mit den durch drei Metallschichten gebildeten Stromschienen und Kontakten sowie mit den durch eine Metallschicht gebildeten Verbindungsstegen;
Fig,3 einen Teil einer Diodenmatrix, bei der die Verbindungsstege aus zwei Metallschichten gebildet sind.
Die Diodenmatrix enthält ein Substrat 1 (Fig. 1 und 2), Siliziumstreifen 2, in denen die Dioden 11 ausgeführt sind, und Stromschienen 3, die mittels Verbindungsstegen 4 mit den über den Dioden angeordneten Kontakten 5 verbunden sind.
Die Stromschienen 3 und die Kontakte 5 stallen eine is Dreischichten-Stniktur dar.
Die erste Schicht 6 (Fig.2) der genannten Dreischichten-Struktur wird aus einem einen ohm'schen Kontakt mit dem Halbleitermaterial 2 der Dioden bildenden Metall erzeugt Als solch ein Metall kommt für die Siliziumdioden Aluminium in Frage. Die zweite Schicht 7 wird aus einem in einemdas Metall der ersten Schicht 6 nicht angreifenden Ätzmittel auüösbaren Metall hergestellt Das kann Vanadium, Molybdän oder Chrom sein. Die dritte Schicht 8 wird aus einem in einem die zweite Schicht 7 nicht angreifenden Ätzmittel auflösbaren Metall hergestellt Das Metall der dritten Schicht 8 muß in der Lage sein, eine Schweißverbindung mit dem Material zu bilden, aus dem die Anschlüsse der integrierten Schaltung hergestellt werden. Zu diesem Zweck werden am häufigsten Aluminium und Gold verwendet
Die Verbindungsstege 4 sind in Form einer Schicht 9 aus demselben Material hergestellt, aus dem die erste Schicht 6 der genannten Dreischichten-Struktur gebildet ist beispielsweise aus Aluminium.
Die Verbindungsstege 4 können auch eine zweite Schicht 10 (Fig.3) aufweisen, die aus demselben Material hergestellt wird, aus dem die zweite Schicht 7 der Dreischichten-Struktur der Stromschienen 3 und Kontakten 5 gebildet ist
Nachfolgend werden verschiedene Kombinationen der genannten Metalle betrachtet:
Beispiel 1
Über den Siliziumstreifen 2 (F i g. 2), die in der Tiefe des Substrats 1 aus einer Glaskeramik liegen und in denen die Dioden 11 ausgebildet sind, liegen die Stromschienen 3, die Verbindungsstege 4 und die Kontakte 5. Die Stromschienen 3 und die Kontakte 5 sind in Form einer Dreischichten-Struktur aus den Schichten von Aluminium 6, Vanadium 7 und Aluminium 8 mit einer entsprechenden Schichtdicke von 0,1; 04 und 9,8 μπι hergestellt
Die Verbindungswege 4 bestehen aus der unteren Aluminiumschicht 9.
Die Stromschienen, die Kontakte und die Verbindungsstege werden wie folgt hergestellt:
Auf die Oberfläche des Substrats 1 und der Siliziumstreifen 2 mit den darin ausgebildeten Dioden 11 wird mit Hilfe der Vakuumbedampfung eine Dreischichten-Struktur »Aluminium-Vanadium-Aluminium« aufgetragen.
Dann trägt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse auf und erzeugt darauf ein Muster von &5 Stromschienen 3 urici Kontakten 5. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von I : i öei einer Temperatur von 50 bis 700C entfernt man die obere Aluminiumschicht 8 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen, wobei man Vanadium als eine ein Atzen der unteren Aluminiumschicht 6 verhindernde Schutzschicht 7 verwendet Anschließend entfernt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse, bringt die zweite auf und erzeugt darauf ein Muster von Verbtndungsstegen 4. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung von Salpetersäure mit einem Verhältnis von 1 :1 und dann wieder in einer Lösung orthophosphoriger Säure entfernt man der Reihe nach Vanadium and die untere Aluminiumschicht 6 an den durch die Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse nicht geschützten Stellen. Nach der Entfernung der zweiten Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse ätzt man Vanadium in einer Salpetersäurelösung. Da Aluminium in der Salpetersäure praktisch nicht geätzt wird, bleibt die untere Aluminiumschicht 6, 9 an den Stellen der Verbindungsstege erhalten.
Beispiel 2
Die Stromschienen 3 und die Kontakt? 5 werden in Form einer Dreischichten-Struktur aus den Schichten 6, 7 und 8 von Aluminium, Molybdän und Aluminium mit entsprechenden Schichtdicken von 0,1; 0,5 und 0,8 μπι hergestellt Die Verbindungsstege 4 werden aus der unteren Aluminiumschicht 9 gebildet
Die Stromschienen, Kontakte und Verbindungsstege werden wie folgt hergestellt:
Auf die Oberfläche des Substrate t und der Siliziumstreifen 2 mit den darin ausgebildeten Dioden 11 wird vnit Hilfe der Vakuumbedampfung eine Dreischichten-Struktur »Aluminium-Molybdän-Aluminium« aufgetragen.
Man trägt die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse auf und erzeugt darauf ein Muster von Stromschienen 3 und Kontaktflächen 5. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von 1 :1 bei einer Temperatur von 50 bis 700C entfernt man die obere Aluminiumschicht 8 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen, wobei man als eine ein Ätzen der unteren Aluminiumschicht 6 verhindernde Schutzschicht Molybdän 7 verwendet. Anschließend entfernt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse, bringt die zweite auf und erzeugt darauf ein Muster von Verbindungsstegen 4. Durch Ätzen in Königswasser bei einer Temperatur von 200C und dann in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von 1 :1 bei einer Temperatur von 50 bis 700C entfernt man der Reihe nach Molybdän und die untere Aluminiumschicht 6 an den durch die Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse nicht geschützten Stellen. N*.d>. der Entfernung der zweiten Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse ätzt man Molybdän in Königswasser bei jt-iner Temperatur von 200C. Da Aluminium in Königswasser nicht geätzt wird, bleibt die untere Aluminiumschicht 6, 9 an den Stellen der Verbindungsstege erhalten.
Beispiel 3
Die Stromschienen 3 und die Kontakte 5 werden in Form einer Dreischichten-Struktur aus de>i Schichten von Aluminium, Vanadium und Gold mit entsprechenden SchicMdicken von 0.1; 0,5 und 0,8 μηι hergestellt. Die Verbindungsstege 4 werden aus der unteren Aluminiumschicht 9 gebildet.
Die Stromschienen. Kontaktflächen und Verbin-
dungsstege werden wie folgt hergestellt:
Auf die Oberfläche des Substrats 1 und der Siliziumstreifen 2 mit den darin ausgebildeten Dioden 11 wird mit Hilfe der Vakuumbedampfung eine Dreischichten-Struktur aus den Schichten 6, 7 und 8 von Aluminium, Vanadium und Gold aufgetragen.
Dann trägt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse auf und erzeugt darauf ein Muster von Stromschienen 3 und Kontaktflächen 5. Durch Ätzen in Königswasser bei Zimmertemperatur entfernt man die Goldschicht 8 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen.
Anschließend entfernt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse, trägt die zweite Schicht auf und erzeugt darauf ein Muster von Verbindungsstegen 4. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung der Salpetersäure mit einem Verhältnis von 1 : I bei einer Temperatur von 20°C und dann in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis Vüii i ι I bei cii'icf TciVipciäiüi VOn 50 bis 7O0C entfernt man Vanadium und die untere Aluminiumschicht 6 an den durch die Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse nicht geschützten Stellen. Nach der Entfernung der zweiten Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse ätzt man Vanadium in Königswasser bei einer Temperatur von 200C. Da Aluminium im Königswasser nicht geätzt wird, bleibt die untere Aluminiumschichi 6, 9 an den Stellen der Verbindungsstege erhalten.
Beispiel 4
Die Stromschienen 3 und die Kontakte 5 werden in Form einer Dreischichten-Struktur aus den Schichten 6, 7 und 8 von Aluminium, Chrom und Gold mit entsprechenden Schichtdicken von 0,1; 0,5 und 0,8 μΐπ hergestellt.
Die Verbindungsstege 4 werden aus der unteren Aluminiumschicht gebildet.
Die Stromschienen, Kontaktflächen und Verbindungsstege werden wie folgt hergestellt:
Auf die Oberfläche des Substrats 1 und der Siliziumstreifen 2 mit den darin ausgebildeten Dioden 11 wird mittels Vakuumbedampfung eine Dreischichten-Struktur »Aluminium-Chrom-Gold« aufgetragen.
Anschließend trägt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse auf und erzeugt darauf ein Muster von Stromschienen 3 und Kontakten 5. Durch Ätzen in Königswasser bei einer Temperatur von 20cC entfernt man die Goldschicht 8 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen.
Dann entfernt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse, bringt die zweite Schicht auf und erzeugt darauf ein Muster von Verbindungsstegen 4.
Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung von Salzsäure mit einem Verhältnis von J : 1 oder 2:1 bei einer Temperatur von 200C in Anwesenheit eines Katalysators (z. B. eines Aluminiumstäbchens bzw. -puders), dann in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von 1 :1 bei einer Temperatur von 50 bis 700C entfernt man Chrom und die untere Aluminiumschicht 6 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen. Nach der Entfernung der zweiten Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse ätzt man Chrom in einer wäßrigen Lösung
■> von Salpetersäure mit einem Verhältnis von I : I oder 2:1 bei einer Temperatur von 200C in Anwesenheit eines Katalysators (eines Aluminiumstäbchens bzw. -puders). Da Aluminium in der Salzsäure nicht geätzt wird, bleibt die untere Aluminiumschicht 6, 9 an den
"> Stellen der Verbindungsstege erhalten.
Die integrierten Schaltungen mit einem zweischichtigen Verbindungssteg (Fig. 3) werden wie folgt hergestellt:
Beispiel5
Die Stromschienen 3 und Kontakte 5 werden in Form einer Dreischichten-Struktur 6, 7, 8 »Aluminium-Vanadium-Aluminium« mit entsprechenden Schichtdicken von 1,0; 0,2 und 0.2 μπι und die Verbindungsstege 4 aus '" den Schichten 9, iö von Aluminium und Vanadium hergestellt.
Die Stromschienen 3, Kontaktflächen 5 und Verbindungsstege 4 werden wie folgt hergestellt:
Mit Hilfe der Vakuumbedampfung auf die Oberfläche -'' des Substrats 1 und der Siliziumstreifen 2 mit den Dioden 11 trägt man eine Dreischichten-Struktur 6, 7,8 »Aluminium-Vanadium-Aluminium« auf. Dann bringt man eine lichtempfindliche Deckmasse auf und erzeugt darauf tiii Muster von Stromschienen 3 und Kontakten 5. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von I : 1 bei einer Temperatur von 50 bis /O0C entfernt man die obere Aluminiumschicht 8 an den durch die lichtempfindliche Deckmasse nicht geschützten Stellen, wobei man die Vanadiumschicht 7 als eine ein Ätzen der unteren Aluminiumschicht 6 verhindernde Schutzschicht ausnutzt. Dann entfernt man die erste Schicht der lichtempfindlichen Deckmasse und bringt eine neue auf, auf der man ein Muster von Verbindungsstegen 4 erzeugt. Durch Ätzen in einer wäßrigen Lösung der Salpetersäure mit einem Verhältnis von I : 1 bei einer Temperatur von 20°C entfernt man Vanadium und anschließend in einer wäßrigen Lösung der orthophosphorigen Säure mit einem Verhältnis von 1 :1 bei einer Temperatur von 50 bis 70°C die untere Aluminiumschicht 6 an den durch die lichtempfindliche Schicht nicht geschützten Stellen.
So ergeben sich die Stromschienen 3 und Kontakte 5 als drei- und die Verbindungsstege 4 als zweischichtig.
Bei den genannten Konstruktionen von Diodenmatrizen wird die Querschnittsfläche der Verbindungssfge 4 im wesentlichen durch die Dicke der unteren Aluminiumschicht 6, 9 bestimmt und kann recht klein bei einer verhältnismäßig großen Breite der Verbindungsstege erhalten werden. Dies gestattet es, recht große Verhältnisse der Querschnittsflächen von Stromschienen und Verbindungsstege bei einer hohen Reproduzierbarkeit von geometrischen Maßen der letzteren zu erhalten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    U Integrierte Schaltung, bei der die einzelnen Halb!eiterschaltelemente mit ihren Kontakten (5) Ober Verbindungsstege (4) an Ober dem Halbleiterkörper verlaufende Stromschienen (3) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschienen (3) und die Kontakte (5) aus drei Metallschichten aufgebaut sind, ι ο
    daß die Verbindungsstege (4) aus weniger als drei der aufeinanderfolgenden Metallschichten aufgebaut sind, und
    daß für die einzelnen Metallschichten folgende Metalle vorgesehen sind: J5
    Für die erste unterste Schicht (6) ein einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleitermaterial (2) der Bauelemente (11) bildendes erstes Metall, für die zweite, mittlere Schicht (7) ein zweites Metall, das in einem das erste Metall nicht angreifenden Ätzmitte.' -auflösbar ist, und
    für die dritte oberste Schicht (8) ein drittes Metall, das in einem das zweite Metall nicht angreifenden Ätzmittel auflösbar und mit den äußeren elektrischen Anschlüssen der integrierten Schaltung verschweißbar ist
  2. 2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (4) gebildet sind durch eine Schicht (9) aus dem ersten Metall (F ig.2>.
  3. 3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (4) gebildet sind durch
    eine erste Schicht (9) aus dem ersten Metall und eine zweite Schicht (10) aus dem zweiten Metall (F ig. 3).
  4. 4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
    Aluminium als erstes Metall,
    Vanadium als zweites Metall und
    Aluminium als drittes Metall.
  5. 5. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
    Aluminium als erstes Metall,
    Molybdän als zweites Metall und
    Aluminium als drittes Metall.
  6. 6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
    Aluminium als erstes Metall,
    Vanadium als zweites Metall und
    Gold als drittes Metall.
  7. 7. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
    Aluminium als erstes Metall,
    Chrom als zweites Metall und
    Gold als drittes Metall.
    60
    Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.
    Bei einer derartigen bekannten Schaltung (vgl. Zeitschrift »Electronics«, Dec. 23, 1968, 37) sind die Verbindungsstege aus demselben Werkstoff wie die Stromschienen hergestellt. Dieser Werkstoff ist in der Regel Aluminium, das als gleichmäßige Schicht auf die Oberseite einer Halbleiterplatte aufgedampft wird, in der die integrierte Schaltung herzustellen ist. Mittels Photolithographie wird in der aufgedampften Aluminium-Schicht das erforderliche Muster von gleich dicken Stromschienen, Verbindungsstegen und Kontakten erzeugt Das Abtrennen überflüssiger Schaltelemente kann durch Wegbrennen der Verbindungsstege wahlweise mittels Stromimpulsen, Laserstrahlen (vgl, »Electronics«, a*O.) oder anderer bekannter Mittel erfolgen.
    Die Erfinder haben nun erkannt, daß bei gleicher Dicke der Stromschienen und der Verbindungsstege für ein sicheres Wegbrennen die Querschnittsfläche der Verbindungsstege um mindestens eine Größenordnung die Querschnittsfläche der Stromschienen sowie die der Kontakte unterschreiten muß.
    Bei einer daraufhin von den Erfindern versuchten Verbreiterung der Stromschienen ist es zu Schwierigkeiten gekommen, nämlich zum Auftreten von Streukapazitäten und zu einem aus Miniaturisierungsgründen unzulässig großen Raumbedarf, so daß eine -3reite von meist 50 bis 60 μτη nicht überschritten werden konnte.
    Auch eine von den Erfindern schließlich versuchte Verringerung der Breite der Verbindungsstege am eine Größenordnung stieß auf beträchtliche Schwierigkeiten.
    Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der das wahlweise Abtrennen überflüssiger Halbleiterschaltelemente durch Wegbrennen der entsprechenden Verbindungsstege erfolgen kann, wobei das große Querschnittsverhältnis der Stromschienen zu den Verbindungsstegen weder durch eine Verbreiterung der Stromschienen noch durch eine Verschmälerung der Verbindungsstege wegen der dabei auftretenden Schwierigkeiten (parasitäre Kapazitäten, technologische Probleme) erhalten werden soll.
    Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I.
    Der grundlegende Erfindungsgedanke besteht also darin, daß zur Erzielung des angestrebten großen Querschnittsverhältnisses «on Stromschienen (einschließlich der Kontakte) zu Verbindungsstegen bei grundsätzlich beibehaltenen Abmessungen der Verbindungsstege entsprechend die Dicke der Stromschienen und der Kontakte erhöht wird.
    Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei die Ansprüche 2 und 3 Alternativen darstellen.
    Demgegenüber ist lediglich noch bekanntgeworden (vgl. »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol. 10, Nr. 2, Juli 1967, S. 158 und 159) für Halbleiteranordnungen einen Aufbau von Verbindungsleitern aus drei Metallschichten, nämlich Al als erstem Metall, Mo oder Cr als 7weitem Metall und Al, Mo, Ag oder Au als drittem Metall, vorzusehen. Dieser Aufbau von Verbindungsleiterstreifen aus drei Metallschtchten dient aber einem anderen Zweck als nach der Erfindung, nämlich der Verhinderung eines übermäßigen Legierens der Aluminium-Leiterstreifen in die aktiven Bereiche der Halbleiteranordnungen während des Aufbringens der Metall-Kontakte oder während der anschließenden Wärmebehandlung der Halbleiteranordnung. In diesem Zusammenhang verhindert die mittlere Schicht ein Eindringen des Metalls des dicken Leiters der obersten Schicht in die Halbleiteranordnung. Dort spielen also im Gegensatz zur Erfindung Abmessungsüberlegungen überhaupt keine Rolle.
    Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert, wobei die intesrierte Schaltune
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