DE2461361A1 - Verfahren zur herstellung von elektroden eines ladungsgekoppelten bauelements - Google Patents
Verfahren zur herstellung von elektroden eines ladungsgekoppelten bauelementsInfo
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Description
TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.
Verfahren zur Herstellung von Elektroden eines ladungsgekoppelten Bauelements
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Halbleiterbauelement
und insbesondere auf ein Halbleiterbauelement, bei dem enge Elektrodenabstände erwünscht oder erforderlich
sind.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Herstellung ladungsgekoppelter
Bauelemente zweistufige Metallisierungsverfahren anzuwenden. Beispielsweise ist in der DT-OS 2 215 470 ein
Verfahren zur Herstellung eines ladungsgekoppelten Bauelements dargestellt. Dabei wird ein zweistufiges Metallisierungsverfahren
angewendet. Zum Eloxieren des Metalls der ersten Stufe, beispielsweise Aluminium, wird eine Metallsammeischiene
zur Verbindung aller in einem Muster in der ersten Stufe angebrachten Elektroden verwendet. Über die Sammelschiene
wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, damit
Schw/Ba
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diese Elektroden teilweise eloxiert werden, so daß dadurch über ihnen eine elektrisch isolierende
Schicht gebildet wird.
Bei dem in der oben genannten Offenlegungsschrift angegebenen Verfahren war es notwendig, die Sammelschiene
nach dem Eloxierungsschritt wieder zu entfernen, da nicht alle Elektroden der ersten Stufe während des Betriebs des
Bauelements elektrisch angeschlossen sein sollten. Bei dem bekannten Verfahren wird vorgeschlagen, die Sammelschiene
entweder durch vollständiges Eloxieren oder durch Ätzen zu entfernen.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es erwünscht, so wenig Herstellungsschritte wie möglich anzuwenden
und die Herstellung mit der größtmöglichen Zuverlässigkeit durchzuführen.
Demzufolge soll mit Hilfe der Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines mit dreiTäktphasen arbeitenden
ladungsgekoppelten Bauelements mit in engen Abständen liegenden Elektroden zu schaffen, bei dem weniger Herstellungsschritte
als bisher erforderlich sind. Das mit Hilfe des zu schaffenden Verfahrens hergestellte Bauelement
soll zuverlässiger sein, als es bei bisher angewendeten Verfahren möglich war.
Erfindungsgemäß wird die Eloxierung des Metalls der ersten Stufe über Dioden durchgeführt, die in die Halbleiterscheibe
diffundiert sind, wobei die Eloxierungsspannung an die Rückseite der Scheibe angelegt wird.
Die Dioden sind während des Eloxierungsschritts in Durchlaßrichtung vorgespannt, während sie im Betrieb
des Bauelements in Sperrichtung vorgespannt sind. Zum Anschließen der Elektroden für das Eloxieren sind
keine Sammelschienen erforderlich. Folglich sind auch
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keine Verfahrensschritte zum Entfernen der Sammelschienen
erforderlich. Die zum Eloxieren angewendeten Dioden können in das Siliziumsubstrat entweder als einzelne Punkte, von
denen "jeweils einer mit jeder Elektrode in Kontakt steht,
oder als lange Streifen, die die Aluminium-Taktphasenleitungen ersetzen, eindiffundiert sein. Nach der Eloxierung
wird eine zweite Metallstufe abgeschieden und in ein Muster zur Vollendung.des Bauelements gebracht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Halbleiterscheibe mit einem Kanal aus pleitendem
Material,
Fig.2 eine Draufsicht auf die Halbleiterscheibe nach dem
Eindiffundieren der Eloxierungsdioden und nach dem Ätzen der Kontakte,
Fig.3 eine Draufsicht auf die Halbleiterscheibe nach der
Musterbildung der Elektroden der ersten Stufe und der Taktleitung,
Fig.4 eine Draufsichtauf die Halbleiterscheibe nach der
Eloxierung des Metalls der ersten Stufe,
Fig.5 eine Darstellung des Eloxierungsschritts,
Fig.6 eine Draufsicht auf das fertige Bauelement nach der
Musterformung der Elektroden und Taktleitungen der zweiten Stufe,
Fig.7 und 8 eine Alternativausgestaltung (layout) für ein
unterAnwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens hergestelltes, mit drei Taktphasen arbeitendes
ladungsgekoppeltes Bauelement.
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Vorzugsweise wird von einem Kanal aus p-leitendem Siliziummaterial
ausgegangen, der von (p+)-leitendem Material umgeben ist. In Fig.1 der Zeichnung ist ein Kanal 1 aus
p-leitendem Silizium in einer Scheibe 2 dargestellt, die um den Kanal (p+)-leitendem Siliziummaterial enthält.
Beim ersten Schritt des hier zu beschreibenden Verfahrens werden in diesem Fall aus (n+)-leitendem Material bestehende
Dioden in das Substrat diffundiert. Nach Fig.2 sind in die Scheibe 2 eine Eingangsdiode 3 und eine Ausgangsdiode
diffundiert. Diese aus (n+)-leitendem Material bestehenden Dioden werden in herkömmlicher Weise diffundiert. Gemäß
dem hier zu beschreibenden Verfahren werden jedoch auch Eloxierungsdioden 5 in einem dem Abstand der Elektroden
der ersten Stufe entsprechenden Muster in das Substrat diffundiert, wie noch erläutert wird. Anschließend kann
auf dem Substrat in herkömmlicher Weise eine Schicht aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Siliziumdioxid abgeschieden
werden. Über den Eloxierungsdioden, der Eingangsdiode, und der Ausgangsdiode werden dann Kontaktöffnungen 6,
7 bzw. 8 in herkömmlicher Weise geätzt.
Das Metall der ersten Stufe, beispielsweise Aluminium, wird dann abgeschieden und in das in Fig.3 angegebene
Muster gebracht . Diese Metallschicht kann typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von 7000 S haben. Durch
geeignete Maskierungs- und Ätzverfahren kann ein Muster aus Elektroden 9 bis 15 gemäß Fig.3 gebildet werden. Es
ist zu erkennen, daß jede dieser Elektroden 9 bis 15 einen Abschnitt aufweist, der über einer der Eloxierungsdioden
5 liegt. Das Muster enthält auch einen langen Metallstreifen 16, der eine der Taktleitungen für Phase
wird, wie noch zu beschreiben ist. Zusätzlich kann das Metallmuster der ersten Stufe eine Eingangsleitung 30
und eine Ausgangsleitung 31 enthalten.
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*■* 5 -
Der nächste Schritt besteht darin, gewisse Bereiche der Elektroden und des Taktleitungsstreifens 16 als "Durchgänge"
zu maskieren. In Fig.4-.sind solche Durchgangsbereicte17
dargestellt. Diese Durchgangsbereiche werden nicht eloxiert, und sie dienen dem elektrischen Anschließen der ersten und
zweiten Metallisierungsschicht. Die gemusterten Metallabschnitte von Fig.4 werden dann eloxiert, wobei die
Eloxierung bis zu einer Dicke von etwa 2000bis 3000 2. durchgeführt wird. Das hier angewendete Eloxierungsverfahren
wird unter Bezugnahme auf Fig.5 beschrieben.
Nach Fig.5 ist ein ein elektrolytisches Bad 19 enthaltender
Behälter 18 mit einer Katode 20 versehen, an die eine negative Spannung angelegt ist. Die Scheibe 2 wird
mit Hilfe von Unterdruck an einem Edelstahlrohr 21 gehalten,das mit dem positiven Pol der Eloxierungsspannung
verbunden ist. Da die Eloxierungsdioden 5 bei einer solchen Spannung on Durchlaßrichtung vorgespannt
sind, fließt vom Rohr 21 zur Scheibe 2, zu den Eloxierungsdioden 5, zu den Elektroden 9 bis 17,
zum Bad 19 und zur Katode 20 ein Eloxierungsstrom. Es sei daran erinnert, daß die isolierende Schicht 49
aus Siliziumdioxid bis zu den Dioden 5 durchgeätzt war.
Nachdem auf diese Weise die gesamte Oberfläche des Metalls
der ersten Stufe mit Ausnahme der Durchgangsbereiche eloxiert worden ist, wird eine zweite Metallstufe, beispielsweise
in dem in Fig.6 angegebenen Muster abgeschieden. Es ist hier zu erkennen, daß die zweite Taktleitung
22 für Phase 1 die Elektroden 23 und 24 der zweiten Metallstufe und auch die Elektroden 9, 12 und 15 der
ersten Metallstufe über entsprechende Durchgangsbereiche verbindet. Eine dritte Taktleitung für die Phase 3 wird
so gebildet, daß sie die Elektroden 26 und 27 der zweiten Metallstufe und auch die Elektroden 10 und 13 der
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ersten Metallstufe über entsprechende Durchgängsbereiche
verbindet. Die Elektroden 28 und 29 der zweiten Metallstufe sind über entsprechende Durchgangsbereiche 17 mit
der ersten Taktphasenleitung 16 verbunden, wie in Fig.6
dargestellt ist. .
Aus der obigen Beschreibung ist zu erkennen, daß zwei benachbarte Elektroden nur durch die Dicke der Eloxierungsschicht
voneinander getrennt sind, die , wie oben angegeben wurde, sehr klein sein kann und beispielsweise
zwischen 2000 und 3000 S liegen kann.
Auf diese Weise wird ein mit drei Taktphasen arbeitendes ladungsgekoppeltes Bauelement hergestellt, bei dem zur
Eloxierung keine Sammelschienen erforderlich sind, so daß
nach dem Eloxierungsschritt folglich auch keine Sammelschienen
entfernt werden müssen.
Die spezielle Anordnung der Elektroden, wie sie oben beschrieben wurde, ist nicht die einzige Möglichkeit,
das hier beschriebene Verfahren anzuwenden. Eine Alternativanordnung ist in Fig.7 und 8 dargestellt. In Fig.7
ist wie vorher ein Kanal 1 in einer Scheibe 2 dargestellt. Anstelle der Diffundierung der Eloxierungsdioden als
getrennte Punkte entsprechend dem Ort der verschiedenen Elektroden werden die Dioden hier jedoch als längliche
Streifen 30 bis 32 diffundiert, die die aus Aluminium bestehenden Taktphasenleitungen ersetzen. Die Elektroden
33 bis 39 der ersten Stufe werden in dem in Fig.7 angegebenen Muster ausgebildet, wobei die Kontaktierung
über geätzte Kontakte 40 bis 42 erfolgt.
Die Eloxierung über die Rückseite der Scheibe erfolgt in der oben angegebenen Weise.
Anschließend wird eine zweite Metallstufe abgeschieden
jjnd in das Muster von Fig.8 gebracht, wobei die Elektroden
509828/0625 ·
bis 48 aus dem Metall der zweiten Stufe bestehen. Dieses Verfahren ergibt weniger Metallüberkreuzungen, und es wird
weniger Platz verbraucht.
Im Betrieb eines ladungsgekoppelten Bauelements, der
in "Electronics", 11.Mai 1970, Seiten 112 bis 118 grundlegend beschrieben ist, ist der geringe Abstand der
Elektroden ein bedeutender Entwurfsgesichtspunkt, da engere Abstände schnellere Ladungsübertragungen mit geringeren Verlusten gestatten, als weiter voneinander entfernte
Elektroden.
in "Electronics", 11.Mai 1970, Seiten 112 bis 118 grundlegend beschrieben ist, ist der geringe Abstand der
Elektroden ein bedeutender Entwurfsgesichtspunkt, da engere Abstände schnellere Ladungsübertragungen mit geringeren Verlusten gestatten, als weiter voneinander entfernte
Elektroden.
Es sei bemerkt, daß im Rahmen der Erfindung auch weitere
Abwandlungen möglich sind.
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Claims (6)
1.) Verfahren zur Herstellung von Elektroden eines ladungsgekoppelten
Bauelements, dadurch gekennzeichnet ,
(a) daß zur Bildung von Eloxierungsdioden unter einer die
"Oberfläche eines Halbleitersubstrats bedeckenden Isola-.
tionsschicht Zonen des einen Leitungstyps in der Oberfläche des Halbleitersubstrats des entgegengesetzten
Leitungstyps gebildet werden,
(b) daß auf der Isolationsschicht eine erste Metallelektrodenanordnung
gebildet wird, die mit den Eloxierungsdioden elektrisch in Verbindung stehen, und
(c) daß die Oberflächen der Metallelektroden mittels eines die Eloxierungsdioden in Durchlaßrichtung und die Metallelektroden
durchfließenden Stroms elxoiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleitersubstrat eine zweite Metallelektrodenanor.dnung
gebildet wird, deren Elektroden mit denen der ersten Metallelektrodenanordnung verschachtelt angeordnet
sind, wobei die eloxierten Oberflächen der Elektroden der ersten Metallelektrodenanordnung die beiden
Elektrodenanordnungen voneinander isolieren.
3. Verfahren zur Herstellung eines mit drei Taktphasen arbeitenden
ladungsgekoppelten Bauelements unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
(a) daß in einem Substrat Eloxierungsdioden diffundiert werden,
(b) daß auf dem Substrat und den Dioden eine isolierende Schicht abgeschieden wird,
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(c) daß durch die isolierende Schicht zu den Dioden Kontakte
geätzt werden,
(d) daß auf dem Substrat ein Muster aus Metallelementen einer ersten Stufe abgeschieden wird, wobei die Elemente
Elektroden und eine erste Taktphasenleitung enthalten,
(e) daß die Oberfläche der Elektroden und der ersten Taktphasenleitung
mit Ausnahme von Durchgangsbereichen auf der ersten Taktphasenleitung und auf einigen der Elektroden
durch Hindurchführen eines Eloxierungsstroms durch das Substrat, die Dioden, die Elektroden und die erste Taktleitung
eloxiert wird, und
(f) daß auf dem Substrat in einem Muster angeordnete
Metallelemente einer zweiten Stufe einschließlich von' Elektroden und zweiten und dritten Qaktleitungen abgeschieden
wird, wobei die Elektroden der.zweiten Stufe über die Durchgangsbereiche mit der ersten Taktphasenleitung
in Kontakt stehen, während die zweiten und dritten Taktphasenleitungen über Durchgangsbereiche mit
einigen der Elektroden der ersten Stufe in Kontakt stehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus p-leitendem Material besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Metall für die Elektroden der ersten 'und zweiten
Stufen Aluminium verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
während des Diffusionsschritts zur Herstellung der Eloxierungsdioden gleichzeitig Eingangs- -und Ausgangsdioden
diffundiert werden.
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
GB1503411A (en) * | 1976-01-16 | 1978-03-08 | Nat Res Dev | Gaas mosfet |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2041035C2 (de) * | 1970-08-18 | 1982-10-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum gleichzeitigen elektrolytischen in bezug auf die Sperrfähigkeit selektiven Behandeln von mehreren in einer gemeinsamen Halbleiterscheibe erzeugten gleichen Halbleiterbauelementen |
US3756924A (en) * | 1971-04-01 | 1973-09-04 | Texas Instruments Inc | Method of fabricating a semiconductor device |
US3775262A (en) * | 1972-02-09 | 1973-11-27 | Ncr | Method of making insulated gate field effect transistor |
-
1973
- 1973-12-26 US US05/427,862 patent/US3987538A/en not_active Expired - Lifetime
-
1974
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- 1974-12-11 RO RO7480762A patent/RO73370A/ro unknown
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- 1974-12-23 DD DD183358A patent/DD115806A5/xx unknown
- 1974-12-24 DE DE19742461361 patent/DE2461361A1/de not_active Withdrawn
- 1974-12-26 FR FR7442831A patent/FR2256535B1/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1456459A (en) | 1976-11-24 |
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US3987538A (en) | 1976-10-26 |
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DD115806A5 (de) | 1975-10-12 |
FR2256535B1 (de) | 1977-11-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |