DE2502452A1

DE2502452A1 - Schmelzsicherungseinrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2502452A1
Application number: DE19752502452
Authority: DE
Inventors: Robert Ward Bierig
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-01-22
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1975-07-24
Also published as: JPS5632787B2; GB1445479A; CA1008185A; JPS50105284A

Description

PATENTANWÄLTE 9502452

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München, den 17· Januar 1975 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 107

Raytheon Company, l4l Spring Street, Lexington, Massachusetts 02173» Vereinigte Staaten von Amerika

Schmelzsicherungseinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzsicherungseinrichtung insbesondere solcher Bauart, daß eine Fertigung als Teil einer Anordnung auf einem Träger für eine integrierte; Schaltung möglich ist.

Derartige Schmelzsicherungseinrichtungen sind in bestimmten Anwendungsfällen besonders zweckmäßig, beispielsweise in Mikrowellen-Diodenleistungsverstärkern, bei welchen eine Vielzahl von Dioden in jedem Verstärker zueinander parallel geschaltet ist. Bei einer solchen Beschaltungsart wird, wenn keine Schutzmaßnahmen getroffen sind, bei einem Fehler an einer der Dioden. , durch Kurzschluß der gesamte Verstärker beschädigt und fällt aus. Durch Verwendung einer Schmelzsicherung in Reihenschaltung im Gleichspannungs-VorSpannungszweig jeder Diode tritt bei einem Fehler an einer einzelnen Diode nicht eine verhängnisvolle Zerstörung des gesamten Verstärkers ein. In den meisten Fällen kann das gesamte Gerät, von welchem der Verstärker ein Teil ist, bis zu einem hohen Grad in Betrieb bleiben, wenn ein

OFUGiNAL INSPECTED K Π Cj ft 3 η / Ω 3 S 3

einzelner Verstärker nur noch beilweise arbeitet.

Ein anderes Anwendungsgebiet für Schmelzsicherungseinrichtungen der hier in Betracht kommenden Art sind integrierte Schaltungen, in welchen jeweils in einzelnen Einheiten eine Anzahl von Leistungstransistoren parallel betrieben wird. In diesem Falle kann eine Schmelzsicherung in den Emitterzweig jedes Transistors auf dem Halbleitertäfeichen gelegt werden, so daß ein Ausfall eines einzelnen Transistors durch Kurzschluß die Schmelzsicherung zum Ansprechen bringt, so daß dieser Transistor aus der Schaltung herausgenommen und nicht die gesamte Schaltung außer Betrieb gesetzt wird. Die Schmelzsicherung kann auch als Emitterbelastungswiderstand für jeden Ausgangs-Leistungstransistor verwendet werden, indem Widerstandsmaterial in das Schmelzsicherungselement eingearbeitet wird. In den angegebenen und auch in weiteren Anwendungsfällen ist es wichtig, daß der Strom, bei welchem die Schmelzsicherung ausgelöst wird, vorherbestimmbar und in genauem Maße einstellbar ist, um ein Gerät, mit welchem die Schmelzsicherung schaltungsmäßig verbunden ist, in der gewünschten Weise zu schützen.

Bei bisher bekannten Schmelzsicherungseinrichtungen zur Verwendung in Verbindung mit integrierten Schaltungen war das Schmelzsicherungselement unmittelbar auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Da verschiedene Bereiche des die Unterlage bildenden Halbleitersubstrats die Wärme in jeweils unterschiedlichem Maße je nach Dotierung des Halbleitermaterials abführen, bereitete der Wärmeabfluß unmittelbar von dem Schmelzsicherungselement in das Substrat hinein Schwierigkeiten bei der genauen Bestimmung des Stromes, bei welchem die Schmelzsicherung auslöste. Auch ergab sich das Problem, daß benachbarte Schaltungselemente durch die von dem Schmelzsicherungselement in das Substrat strömende Wärme beschädigt werden konnten.

Viele Arten von Lesespeichern oder Festwertspeichern sind ebenfalls mit in die integrierten Schaltungen einbezogenen Schmelz-

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Sicherungseinrichtungen ausgerüstet. Beispielsweise ist es bei einer solchen Speicherart zum Einschreiben oder Speichern einer logischen Null an einem bestimmten Speicherplatz notwendig, an dem entsprechenden Speicherplatz innerhalb einer Diodenspeichermatrix auf dem Haitoieitertäfeichen des Festwertspeichers eine Schmelzsicherung zum Ansprechen zu bringen. In diesem speziellen Anwendungsfall ist es besonders wichtig, daß die Schmelzsicherungen bei einem vorher bestimmten Strom durchschmelzen. Anderenfalls könnte die gesamte Einheit zerstört werden. Würde das Durchschmelzen der Schmelzsicherung bei einem zu niedrigen Strom stattfinden, so könnte die Schmelzsicherung während des normalen Betriebes des Gerätes ansprechen, so daß es zu einer Änderung der gespeicherten Daten käme. Ist jedoch der Ansprechstrom für die Schmelzsicherungen zu hoch, so ist es nicht möglich, die richtigen Daten in den Festwertspeicher einzuschreiben, da von den Geräten zum willkürlichen Durchschmelzen bestimmter Schmelzsicherungen naturgemäß nur ein begrenzter Strom geliefert werden soll.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Schmelzsicherungseinrichtung, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit integrierten Schaltungen, in solcher Weise zu fertigen, daß der zum Durchschmelzen oder Durchbrennen der Schmelzsicherung notwendige Strom präzise Vorherbestimmbar und von Einrichtung zu Einrichtung reproduzierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Substrat mit mehreren, auf mindestens einer seiner Oberflächen angeordneten, leitfähigen Bereichen und durch mindestens ein Schmelzsicherungsorgan gelöst, welches sich auf der betreffenden Substratoberfläche befindet und zwei Anschlüsse sowie ein Schmelzsicherungselement aufweist, das von dem Substrat getrennt gehalten und zwischen den Anschlüssen gelegen ist, welche jeweils mit einem der leitfähigen Bereiche in Verbindung stehen. Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Schmelzsicherungseinrichtungen.

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Das Substrat kann das die Basis siner integrierten Schaltung oder eines Transistors bildende Halbleitertäfelchen, eine keramische oder ferritische Basis für eine integrierte Mikrowellenschaltung oder für andere Einrichtungen sein, bei welchen eine Schmelzsicherung unter Einsatz von Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen gebildet wird. Die zwei Anschlüsse des Schmelzsicherungsorganes sind an die die leitfähigen Bereiche bildenden Leiter oder Halbleiterteile angeschlossen, die in oder an dem Substrat vorgesehen sind und das zwischen den Anschlüssen befindliche Schmelzsicherungselement ist von dem Substrat so getrennt gehalten, daß es keine körperliche Berührung mit dem Substrat hat.

Die Schmelzsicherungseinrichtung enthält vorzugsweise eine erste Leiterschicht, aus welcher jeweils die beiden Anschlüsse des Schmelzsicherungsorgans gebildet sind, die voneinander getrennt sind, sowie eine zweite Leiterschicht, aus der das Schmelzsicherungselement gebildet ist. Bei einigen Ausführungsformen findet noch eine dritte Leiterschicht Verwendung, welche sich parallel zu den beiden Anschlüssen des Schmelzsicherungsorgans erstreckt und der zweiten Leiterschicht benachbart ist, Bevorzugtermaßen wird das Schmelzsicherungselement aus Platin hergestellt, doch lassen sich gemäß anderen Ausführungsformen auch mit Vorteil Chrom, Titan, Molybdän oder Wolfram an dieser Stelle einsetzen. Die genannte erste und die dritte Leiterschicht werden vorzugsweise aus Gold gefertigt.

Zur Herstellung von Schmelzsicherungseinrichtungen der hier vorgeschlagenen Art werden Schichten aus Titan, Platin, Gold und wieder Titan in dieser Reihenfolge auf einem Substrat übereinander abgelagert. Die Schichten können mit einem oder mehreren Halbleitergeräten in oder an dem Substrat elektrisch Verbindung haben. Danach wird ein Teil der Oberfläche der obersten Titanschicht oxidiert. Der verbleibende, nicht oxidierte Teil der obersten Titanschicht und die dazu parallel liegenden Teile der Goldschicht werden ebenso wie die darunterliegenden Teile der unteren Titanschicht weggeätzt, so daß nur

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ein Schmelzsicherungselement aus Platin verbleibt. Bei bestimmten Ausführungsformen wird dann noch ein Teil des Substrates abgeätzt, so daß die gewünschten Halbleitergerä.te zurückbleiben.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche zur Verkürzung und Vereinfachung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird. Einige Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar;

Fig. IA eine Folge von Querschnitten durch eine Schmelzsicherungseinrichtung in
während der Herstellung,

sicherungseinrichtung in bestimmten Zuständen

Fig. 2A Schnittdarstellungen der Einrichtung nach den Figuren IA bis IE entsprechend einer um 90° gedrehten Schnittebene,

Fig. 3A Schnittansichten einer Schmelzsicherungseinrichtung zur Verdeutlichung von Einzelheiten des Herstellungsganges,

Fig. 4a eine Aufsicht auf einen Mikrowellenverstärker in Form einer integrierten Schaltung mit Schmelzsicherungseinrichtungen der hier vorgeschlagenen Art,

Fig. 4b eine Schnittansicht eines Teiles der Verstärkerschaltung nach Figur 4A, woraus der Aufbau der Schmelzsicherungseinrichtung und ihre Verbindung zu den benachbarten Schaltungsteilen ■ ersichtlich ist,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Radarsystems mit phasengesteuerter Antennenanordnung als ein Gebiet zur vorteilhaften Anwendung von Schmelzsicherungseinrichtungen der hier vorgeschlagenen Art,

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Fig. 6 ein Schaltbild eixies Teiles eines Festwertspeichers als weiteres Anwendungsgebiet von Schmelzsicherungseinrichtungen und

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild eines umstellbaren Speichers willkürlicher Zugriffsmöglichkeit als wiederum anderes Anwendungsgebiet für Schmelzsicherungseinrichtungen der hier angegebenen Bauart.

In den Figuren IA bis IE ist eine Folge von Querschnitten wiedergegeben, welche jeweils bestimmte Herstellungszustände von drei Schmelzsicherungseinrichtungen zeigen, welche auf einem Halbleitersubstrat gebildet werden. In dem in Figur IA mit 10 bezeichneten Halbleiterkörper oder Halbleitertäfelchen ist zwischen den Schichten l4 und 16 ein Diodenübergang gebildet. Die Schicht 14 kann ρ -leitendes Material sein, während das Material der Schicht l6 η-leitend sein kann. Die Herstellung des Halbleiterkörpers 10 und des von den'Schichten 14 und l6 gebildeten Übergangs kann nach bekannten Herstellungsverfahren der Halbleitertechnik durchgeführt werden. Auf der Schicht 14 wird eine leitfähige Metallschicht 12 abgelagert, welche eine Wärmesenke bildet und von den Diodenübergängen unter normalen Betriebsbedingungen Wärme abführt. Danach wird, wie in Figur IB gezeigt ist, eine Platinschicht l8 auf der in der zeichnerischen Darstellung unten liegenden Fläche der Schicht l6 aufgebracht» Das Ablagern der Platinschicht 18 kann durch Aufsputtern des Metalls erfolgen. Dann wird die gebildete Platinschicht maskiert und durch gebräuchliche Fotoresistverfahren abgeätzt, so daß drei kreisscheibenförmige Bereiche l8a bis l8c auf der Schicht l6 zurückbleiben, wie aus den Figuren IC und 2A ersichtlich ist. Die Platinbereiche l6a bis l6c werden dann durch Erhitzen des gesamten Bauelementes gesintert, so daß drei Platinsilizidbereiche 19a his 19c zurückbleiben, welche sich teilweise in daa Material der Schicht l6 hinein erstrecken. Die Platinsilizidbereiche 19a bis 19c dienen zur Kontaktierung der Diodenübergänge durch das Material der Schicht l6 hindurch. Das verblei-

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bende Platin, welches beim Sint ei Vorgang nicht zu Platinsilizidumgewandelt worden ist, wird durch chemisches Abätzen des Platins in einem Ätzmittel entfernt, welches zwar das Platin, nicht jedoch das Platinsilizid angreift. Darauf wird über der betreffenden Fläche der Schicht 16 und den Platinsilizidbereichen 19a bis 19c eine Schicht aus Siliziumdioxid 20 abgelagert. Dies ist auch aus Figur 2B im einzelnen zu sehen.

Die Siliziumdioxidschicht 20 wird danach maskiert und um die Platinsilizidbereiche 19a bis 19c abgeätzt, so daß diese Bereiche freigelegt werden. Hierauf wird eine Anordnung von vier Metallisierungsschichten abgelagert, welche mit den Platinsilizidbereichen 19a bis 19c Berührung haben,und, wie aus den Figuren IE und 2C ersichtlich ist, sich auch über einen Teil der Siliziumdioxidschicht 20 erstrecken. Die erste Metallisierungsschicht 22a bzw. 24a bzw. 26a besteht vorzugsweise aus Titan in einer Stärke im Bereich von 500 bis 1000 A. Die zweite Metallisierungsschicht 22b bzw. 24b bzw. 26b, welche jeweils das Schmelzsicherungselement oder die durchschmelzbare Brücke bildet, besteht vorzugsweise aus Platin in einer Stärke im Bereich von 1000 bis 4000 S, wobei die Stärke von dem Strom abhängig ist, bei welchem die betreffende Schmelzsicherungseinrichtung konstruktionsgemäß durchschmelzen soll. Die dritte Metallisierungsschicht 22c bzw. 24c bzw. 26c besteht vorzugsweise aus Gold und hat etwa dieselbe Stärke wie die zweite Metallisierungsschicht 22b bzw. 24b bzw. 26b. Die vierte Metallisierungsschicht 22d, 24d und 26d besteht dann vorzugsweise aus Titan in einer Stärke von etwa 1000 A. Die Metallisierungsschichten werden jeweils der Reihe nach aufgebracht, was in an sich bekannter Weise durch Aufsputtern des Metalls geschehen kann· \

Figur 3A zeigt einen Schnitt durch einen der Dioden- und Schmelzsicherungsbereiche der Anordnung nach Figur 2C. Die Darstellung nach Figur 3A ist gegenüber derjenigen nach Figur2C vergrößert, um den Aufbau der Schmelzsicherungseinrichtung und ihre Verbindung zu dem Platinsilizidbereich 19a in seinen Einzelheiten

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wiederzugeben. Nachdem die Herstellung biü zu dera in den Figuren 2C und 3A gezeigten Zustand fortgesthritten ist, wird die Oberfläche der vierten Metallisierungsschicht 22d unter Umwandlung von Titan in Titandioxid oxidiert, so daß eine Oberflächenschicht 28a entsteht mit Ausnahme in denjenigen Bereichen, in welchen eine durchschmelzbare Brücke oder ein Sicherungselement gebildet werden soll. Zu diesem Zwecke wird über diesen Bereichen ein Fotoresistmaterial aufgebracht und Sauerstoff wird gegen die freiliegende Oberfläche der vierten, aus Titan bestehenden Metallisierungsschicht 22d gesputtert. Dann wird das Fotoresistmaterial abgestreift und entfernt und die darunterliegenden Bereiche der vierten Metallisierungsschicht 22d aus Titan und der dritten aus Gold bestehenden Metallisierungsschicht 22c werden im Sputterverfahren weggeätzt, so daß sich Ausnehmungen 31a bilden, in welchen die aus Platin bestehende, zweite Metallisierungsschicht 22b an denjenigen Stellen freiliegt, an welchen die durchschmelzbaren Brücken oder Schmelzsicherungselemente gebildet werden sollen. Dieser Zustand bei der Herstellung der Schmelzsicherungseinrichtungen ist genauer in Figur 3B wiedergegeben.

Die Fertigstellung der durchschmelzbaren Brücken 39 erfolgt gemäß Figur 3C durch Wegätzen der Titandioxidschicht 28a und des Restes der aus Titan bestehenden Schicht 22d sowie durch W-egätzen desjenigen Teiles der ersten, aus Titan bestehenden Metallisierungsschicht 22a, der zwischen der Siliziumdioxidschicht 20 und der durchschmelzbaren Brücke 39 gelegen ist. Schließlich wird die Schmelzsicherungseinrichtung im Bereich der durchschmelzbaren Brücke 39 maskiert und das Halbleitermaterial der Schichten l6 und lA sowie auch Teile der Siliziumdioxidschicht 20 werden weggeätzt, so daß die in Figur 3C gezeigte Mesastruktur übrig bleibt. Die Dioden werden jeweils durch die verbleibenden Mesa-Schichten Jk und 36 gebildet, welehe an der Metallschicht 12 gehalten und über die Platinsilizidschicht 19a und die Metallisierungsschichten 22a bis 22c kontaktiert und schließlich über das Schmelzsicherungselement

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mit einer Sammelschienenkonstruktion 3& verbunden sind, welche von den Schichten 22a bis 22c dort gebildet ist, wo diese Schichten über dem verbliebenen Teil der Siliziumdioxidschicht 20 verlaufen. Die Sammelschienenkonstruktion 3$ verbindet die drei Dioden miteinander und liefert an jeden Eingangsanschluß dieser Dioden eine Gleichspannungs-Vorspannung. Der übrig gebliebene Teil der Siliziumdioxidschicht 20 isoliert die Sammelschiene

38 von den aus Halbleitermaterial bestehenden Abstützungen 30 und 32.

Aus Figur 3C ersieht man, daß die durchschmelzbare Brücke oder das Sicherungselement 39 von jeglichen benachbarten Halbleiterteilen derart entfernt gehalten ist, daß die von der durchschmelzbaren Brücke 39 oder dem Sicherungselement abgegebene Wärme nicht von dem Halbleitersubstrat abgeleitet werden kann. Dar zum Durchschmelzen des Schmelzsicherungselementes 39 erforderliche Strom ist daher unabhängig von der Art des benachbarten oder umgebenden Halbleitermaterials oder dessen thermischer oder elektrischer Leitfähigkeit. Außerdem besteht beim Durchbrennen oder Durchschmelzen des Schmelzsicherungselementes 39 nur geringe Gefahr, dass Metall des Schmelzsicherungselementes 39 auf aktive Übergangsbereiche spritzt, da das Schmelzsicherungselement

39 von diesen Übergangsbereichen entfernt und isoliert gehalten ist.

Die durchschmelzbare Brücke oder das Schmelzsicherungselement kann auch aus anderem Werkstoff als Platin bestehen. Wie oben bereits erwähnt, eignen sich auch Chrom, Titan, Molybdän oder Wolfram, welche bei Verwendung als Sicherungselement einen dielektrischen oder nicht leitfä&igen Rückstand bilden, wenn die auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden, um ein Schmelzen zu bewirken. Die Verwendung solcher Werkstoffe in der hier beschriebenen Schmelzsicherungseinrichtung stellt sicher, daß über das Schmelzsicherungselement hinweg oder über die Halbleiterübergänge oder andere Schaltungsteile beim- Durchbrennen der Sicherung keine Kurzschlüsse entstehen.

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In den Figuren 4A und 4B ist die Anwendung der hier vorgeschlagenen Schmelzsicherungseinrichtung in einem mehrere Dioden enthaltenden, parametrischen Mikrowellenverstärker gezeigt. Derartige Verstärker werden im allgemeinen als Mikrowellen-Leistungsverstärker in phasengesteuerten Radarantennenanordnungen sowohl senderseitig als auch empfängerseitig eingesetzt und auch in vielen Mikrowellen-Informationsübertragungssystemen gebraucht, beispielsweise zur Sprachübertragung, Datenübertragung und anderen Informationsübertragungen.

Das keramische Substrat 40 bildet die Basis oder Halterung für die zur Schaltungsverbindung dienenden Metallisierungen ,für die Schmelzsicherungseinrichtungen 44a bis 44e, für den Mikrowellenzirkulator 48, welcher sich auf der Oberseite des Substrates befindet und auch für die Dioden 46a bis 46e und die von unten angesetzten Grundplatten 49· Die Vorspannung für die Dioden 46a bis 46e wird über die Leitung 43 zugeführt, welche eine Sammelschiene 42 mit einer äußeren Gleichspannungsquelle verbindet. Die Dioden 46a bis 46e sind jeweils an einem Stöpsel angeordnet, welcher in eine Gewindebohrung der metallischen Grundplatte 49 eingeschraubt ist. Bei den Dioden handelt es sich beispielsweise um sogenannte IMPATT-Dioden zum Aufbau eines parametrischen Mikrowellenverstärkers.

Ankommende Mikrowellensignale, welche verstärkt werden sollen, werden über einen Eingangsleiterstreifen 4l an den Mikrowellenzirkulator 48 angekoppelt. Die Signale werden dann von dem Mikrowellenzirkulator 48 aus über Leiterstreifen 51 den Gleichspannungs-Trennkondensatoren 47a bis 47e zugeführt, welche die Gleichspannungs-Vorspannung zurückhalten, welche über die Leitung 43» die Sammelschiene 42, die Schmelzsicherungseinrichtungen 44a bis 44e, die Leitungsstücke 50a bis 5Oe und die Dioden 46a bis 46e sowie die Leitungsstücke 50a bis 5°e übertragen wird. Die Trennkondensatoren 47a bis 47e enthalten jeweils einen Block 54 aus keramischem Werkstoff in einer Länge von der Hälfte der Mittenfrequenz der zu verstärkenden Signale,

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welcher zwischen die streifenfü/itiigen Leiter 51 und 56a bis 56e eingelagert ist. Die Leiterstücke 50a bis 5Oe verbinden die Dioden 46a bis 46e mit den Schmelzsicherungsorganen 4Aa bis 44e und liegen damit ebenfalls an der über die Sammelschiene 42 zugeführten Vorspannungs-Gleichspannung . Die verstärkten Signale werden von den Dioden 46a bis 46e über die Leiterstücke 52a bis 52e und die Gleichspannungs-Trennkondensatoren 47a bis 47e längs der Leiter 51 zu dem Mikrowellenzirkulator 48 zurückgekoppelt, welcher die verstärkten Signale dann über den streifenförmigen Leiter 45 zum Ausgang der Einrichtung weitergibt. Die streifenförmigen Leiter 4l, 451 51 und 56a bis 56e sowie auch der Mikrowellenzirkulator 48 enthalten Bereiche aus in hohem Maße leitfähigen Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer, welches zur Erzielung niedriger Mikrowellenverluste vorzugsweise mit Gold plaziert ist. Außerdem ist, wie für Mikrowellenzirkulator en allgemein bekannt, ein Ferritkörper unterhalb des Mikrowellenzirkulators 48 angeordnet.

Jedes der Schmelzsicherungsorgane- 44a bis 44e ist in der Weise hergestellt, wie dies oben anhand der Figuren IA bis IE, Figur 2C und den Figuren 3A bis 3C beschrieben worden ist, wobei eine entsprechende Anpassung für den vorliegenden Anwendungsfall vorgenommen ist. Die aus vier Schichten aufgebaute Metallisierung wird auf die Oberfläche des keramischen Substrates 40 dort aufgebracht, wo die Schmelzsicherungsorgane 44a bis 44e und die Sammelschiene 42 hergestellt werden sollen. Wie zuvor beschrieben, wird die Titan-Oberflächenschicht mit Fotoresistmaterial maskiert und dann mit Sauerstoff einer Sputterbehandlung unterzogen. Das Fotoresistmaterial wird dann entfernt und die Oberflächenshicht aus Titan sowie die nächstfolgende Schicht aus Gold werden im Sputterverfahren oberhalb <ies Schmelzsicherungselementes weggeätzt und die gebildete Titandioxidschicht entfernt. Schließlich wird im Bereich unterhalb des Schmelzsicherungselementes die untere:· Titanschicht weggeätzt, so daß das Schmelzsicherungselement frei über dem Substrat gehalten ist.

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Schmelzsicherungseinrichtungen, welche in der hier vorgeschlagenen Art und Weise ausgebildet sind, eignen sich besonders für den in den Figuren kA und 4B dargestellten Anwendungsfall, da bei ihrer Herstellung die Mfitallisierungsschichten zusammen mit denjenigen zur Bildung der Mikrostreifenleiter hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich im vorliegenden Anwendungsfall daraus, daß der Strom, bei welchem jedes Sicherungselement durchbrennt oder durchschmilzt, sehr genau so eingestellt werden muß, daß eine durch Kurzschluß fehlerhafte Diode rasch aus der Schaltung herausgenommen wird. Der Strom, bei welchem Schmelzsicherung selemente der hier beschriebenen Art durchschmelzen oder durchbrennen, läßt sich leicht in genauen Grenzen einstellen, da dieser Strom durch die physikalischen Abmessungen des Schmelzsicherungselementes oder der durchschmelzbaren Brücke bestimmt ist, welche sich durch die Herstellungsverfahren der integrierten Schaltungstechnik außerordentlich genau einhalten lassen. In der Schaltung nach Figur 4A führt ein Fehler einer einzigen Diode nicht zu einer folgenschweren Zerstörung der gesamten Einheit. Die Verstärkereinheit kann mit verminderter Leistung weiterbetrieben werden, bis sie ausgewechselt wird, so daß also die Schmelzsicherungen die Einheit insgesamt vor einer Zerstörung schützen.

Während in der Zeichnung nur eine Anordnung von fünf zu schützenden Dioden 48a bis 48e gezeigt ist, kann eine beliebige Diodenzahl vorgesehen sein. Außerdem können mehrere Diodenverstärker der in Figur 4A gezeigten Art in Kaskade geschaltet oder zur Erzielung zusätzlicher Leistung parallelgeschaltet sein.

Figur 5 zeigt ein Radarsystem mit einer phaeengesteuerten Antennenanordnung, wobei Verstärker und Schmelzsicherungsorgane, wie sie in Figur 4A gezeigt sind, zur Anwendung kommen. Die Sende- und Empfangssteuerung 6l steuert die Umschaltung zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb und löst den Sendeimpulsgenerator 62 zu Beginn des Sendebetriebes aus. Die Sende- und Empfangssteuerung 6l betätigt den Sende- und Empfangsschalter 65 und

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die Schaltergruppen 71a bis 71d sowie 73a bis 73d, welche vorzugsweise elektronische Schalter oder Ferrit schalt er sind," während in Figur 5 zur Vereinfachung und Verdeutlichung der Darstellung nur Schaltersymbole gezeigt sind. Der Sende- und Empfangsschalter 65 und die Schaltergruppen 71a bis 71d sowie 73^a bis 73°^ sind in der Schalt st ellung entsprechend dem Sendebetrieb gezeigt. Nach Auslösung des Sendeimpulsgenerators 62 durch die Sende- und Empfangssteuerung 6l erzeugt der Generator 62 ein Sendesignal, beispielsweise eine Welle mit Chirp-Modulation oder eine andere Welle, welche im allgemeinen als Radarsignal verwendbar ist. Dieses Signal wird dann über einen Hochfrequenzverteiler 67 den Phasenschiebern 70a bis 7Od zugeführt. Eine Recheneinrichtung 78 zur Strahlsteuerung errechnet einen gewünschten Winkel, unter welchem ein Radarsignal oder Radarimpuls von der Antenne ausgesendet werden soll und liefert Phasenverschiebungs-Steuersignale über Leitungen 69 zu den Phasenschiebern 70a bis 7Od, um deren Phasenverschiebung jeweils entsprechend einzustellen. Die phasenverschobenen Signale werden dann über die Schalter 71a bis 71d den Eingängen der als integrierte Schaltungen ausgebildeten Mikrowellenverstärker 72a bis 72d zugeführt, die jeweils vorzugsweise wie in Figur 4A gezeigt, ausgebildet sind und jeweils Schmelzsicherungsorgane enthalten, die so aufgebaut und ausgebildet sind, wie vorstehend ausgeführt wurde. Selbstverständlich kann jeder der als integrierte Schaltung ausgebildeten Mikrowellenverstärker 72a bis 72d seinerseits eine Serienschaltung oder Parallelschaltung von Verstärkereinheiten gemäß Figur 4a enthalten. Eine Gleichstromquelle 77 zur Lieferung der Vorspannung versorgt jeden der als integrierte Schaltung ausgebildeten Mikrowellenverstärker 72a bis 72d und die darin enthaltenen Dioden über eine Leitung 78 mit einer Gleichspannungs-Vorspannung. Die verstärkten Ausgangssignale der Mikrowellenverstärker 72a bis 72d werden über die Schalter 73a bis 73d zu der phasengesteuerten Radarantenne 75 übertragen. Jedes der Ausgangssignale der als integrierte Schaltungen ausgebildeten Mikrowellenverstärker wird an ein gesondertes Antennenelement 76 angekoppelt, wobei 1000 oder mehr derartige Antennenelemente je nach Anwendungsfall vorgesehen sein können. Zur Vereinfachung der Dar-

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stellung sind in Figur 5 nur die integrierten Mikrowellenverstärkerschaltungen für vier Antennenelemente gezeigt.

Zum Sendebetrieb stellt die Sende- und Empfangssteuerung 6l den Schalter 65 und die Schaltergruppen 71a bis 71d sowie 73a bis 73d in die jeweils andere, in Figur 5 nicht gezeigte Schaltstellung. Die empfangenen Signale werden von den einzelnen Antennenelementen 76 aufgenommen und werden über die Leitungen 7^ta bis 7^td an die Eingänge der integrierten Mikrowellenverstärkerschaltungen 72a bis 72d zurückgekoppelt. Die Ausgänge der integrierten Mikrowellenverstärkerschaltungen 72a bis 72d werden wiederum zu den Phasenschiebern 70a bis 7Od zurückgekoppelt, welche jeweils auf die gleiche Phasenverschiebung eingestellt sind, wie sie zuvor beim Sendebetrieb für das betreffende Signal eingestellt war. Die phasenverschobenen Empfangssignale gelangen über den Hochfrequenzverteiler 76 zu der Signalverarbeitungseinrichtung 63, in welcher: eine Auswertung und Verstärkung der Empfangs signale erfolgt, so daß man schließlich ein analoges Video-Ausgangssignal erhält. Dieses wird einer Datenverarbeitungseinrichtung 6k zugeführt, welche das Empfangssignal zur sichtbaren Anzeige an dem Radarwiedergabegerät 66 umformt und auswertet.

Wenn eine der Dioden in einer der integrierten Mikrowellenverstärkerschaltungen 72a bis 72d durch Kurzschluß ausfällt, so entfernt die zugehörige Schmelzsicherungseinrichtung diese Diode rasch aus der Schaltung und verhindert dadurch einen Ausfall des gesamten Verstärkers. Das führt dazu, daß der Verstärker einen etwas geringeren Verstärkungsgewinn besitzt und folglich das Ausgangssignal der phasengesteuerten Antennenanordnung 75 in eine ganz wenig andere Richtung gesteuert wird. In den meisten Anwendungsfällen ist jedoch dieser Unterschied nahezu nicht feststellbar und das Radarsystem kann im wesentlichen vollständig ordnungsgemäß weiterarbeiten, bis der fehlerhafte Verstärker ersetzt wird. Sind aber den einzelnen Dioden keine Schmelzsicherungsorgane zugeordnet, so fällt der gesamte Verstärker aus und das ganze Radarsystem kann nicht mehr arbeiten.

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Figur 6 zeigt einen Teil eines Festwertspeichers, bei welchem sich mit Vorteil von Schmelzsicherungseinrichtungen der hier vorgeschlagenen Art Gebrauch machen läßt. Der Speicher ist aus einer Vielzahl sich kreuzender Horizontalleiter und Vertikalleiter aufgebaut, deren Kreuzungspunkte jeweils einen Speicherplatz in dem Speicher bilden. Zwischen den Horizontalleitern oder Zeilenleitern und den Vertikalleitern oder Spaltenleitern ist jeweils am Kreuzungspunkt eine Reihenschaltung eines Schmelzsicherungsorgans 68 und einer Diode 6k eingeschaltet. Soll an einem bestimmten Speicherplatz eine logische 1 eingeschrieben werden, welche durch eine positive Spannung gegenüber Erde versinnbildlicht wird, so bleibt das Schmelzsicherungsorgan 86 an dem betreffenden Kreuzungspunkt intakt. Soll eine logische O an diesem Speicherplatz eingeschrieben werden, welche durch die Spannung O versinnbildlicht wird, so läßt man die Schmelzsicherung 68 an diesem Punkt durchbrennen, so daß der Schaltungszweig aufgetrennt wird. Die in dem Festwertspeicher gespeicherten Daten werden über die Vertikalleiter oder Spaltenleiter Zeile für Zeile herausgelesen, indem an den Horizontalleiter oder Zeilenleiter entsprechend der abzulesenden Zeile eine positive Spannung angelegt wird. Der Strom fließt durch die Dioden 84 und die Schmelzsicherungsorgane 86 an denjenigen Kreuzungspunkten, wo das betreffende Schmelzsicherungsorgan 86 intakt gelassen worden ist, über einen Ausgangsbelastungswiderstand 88, so daß die aufgeprägte positive Spannung an dem zugehörigen Ausgangsanschluß erscheint. Wenn andererseits das betreffende Schmelzsicherungsorgan 86 zuvor durchgeschmolzen worden ist, so fließt kein Strom über den betreffenden Kreuzungspunkt und folglich erscheint an dem zugehörigen Ausgangsanschluß 87 keine Spannung oder es tritt nur Erdpotential auf. .

Der gesamte Speicher kann als integrierte Schaltung auf einem Tafelchen hergestellt werden, wobei die Schmelzsicherungsorgane durch Herstellungsverfahren der integrierten Schaltungstechnik gebildet werden, wie vorstehend beschrieben worden ist.

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Die Verwendung der vorstehend beschriebenen SchmelzSicherungseinrichtung in Festwertspeichern ist außerordentlich vorteilhaft, da der Strom sehr genau steuerbar ist, bei welchem die Sicherungsorgane durchschmelzen und sich die Sicherungsorgane sehr leicht als Teil der integrierten Schaltung herstellen lassen. Selbstverständlich können in der anhand von Figur 6 beschriebenen Weise auch andere, vorprogrammierbare Speicherschaltungen aufgebaut werden, wobei die Schaltungsanordnung nach Figur 6 nur der Einfachheit halber als Beispiel gewählt ist. So können an den Überkreuzungspunkten Transistorschaltungen vorgesehen sein, welche Schmelzsicherungsorgane der vorstehend beschriebenen Art enthalten, welche den Ausgangsstrom der Transistorschaltung beim Anschluß der Schaltung an den Speicherausgang bestimmen.

Figur 7 zeigt die Verwendung von Dioden und Schmelzsicherungseinrichtungen, der vorstehend beschriebenen Art in einer Speicherschaltung willkürlicher Zugriffsmöglichkeit, wobei eine Zeile des Speichers, in welcher ein Stellenfehler aufgetreten ist, aus der Schaltung abgetrennt und eine andere Speicherzeile an diese Stelle gesetzt wird. Diese Möglichkeit ergibt bei der Herstellung derartiger Speicher eine Erhöhung der Zahl der verwendbaren Speicher. Wenn jeder Stellenplatz in jeder der Speicherzeilen 92a bis 92d ordnungsgemäß funktioniert, so wird die Adresseneingangsleitung 90a über die Diode 96a und das Schmelzsicherungsorgan Ska mit dem Eingang zu der Speicherzeile 92a verbunden, so daß eine Information über die Eingangsleitungen 91a bis 91e in die Zeile 92a eingegeben oder der Inhalt der Zeile 92a über die Leitungen 93a bis 93e herausgelesen werden kann, wenn die Adressenexngangsleitung 90a erregt wird. In entsprechender Weise ist die Adresseneingangsleitung 90b über die Diode 96c und das Schmelzsicherungsorgan 9^c mit der Speicherzeile 92b verbunden. Die Adresseneingangsleitung 90c hat über die Diode 96e und das Schmelzsicherungsorgan 9^e mit der Speicherzeile 92c Verbindung. Die Adresseneingangsleitung 9Od ist über die Diode 96g und das

92 Schmelzsicherungsorgan 9^g mit der Speicherzeile/d verbunden.

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Weitere Adresseneingangsleitungen sind in entsprechender Weise an die zugehörigen Speicherzeilen angeschlossen. Um die einzelnen Eingänge voneinander zu isolieren, werden die Schmelzsicherungsorgane 94b, 94d, 94f, 94h u.s.w. durchgeschmolzen oder durchgebrannt.

Stellt sich bei der Prüfung aber heraus, daß einer der Stellenplätze nicht arbeitet, etwa der in der Zeile 92b angekreuzte Stellenplatz, so können die Schmelzsicherungsorgane dazu verwendet werden, die Schaltung des Speichers in der Weise umzustellen, daß die normalerweise zur fehlerhaften Speicherzeile führende Adresseneingangsleitung und auch jede folgende Eingangsleitung jeweils mit einer in der Reihenfolge um Eins nachfolgenden Speicherzeile verbunden werden, während die letzte Eingangsleitung der Folge mit einer Reservezeile verbunden wird. Die oberhalb der fehlerhaften Speicherzeile in der Reihenfolge gelegenen Adresseneingangsleitungen bleiben mit den ihnen jeweils gegenüberliegenden, reihenfolgegerechten Speicherzeilen verbunden. Die Adresseneingangsleitung 90a ist also, wie zuvor angegeben, über die Diode 96a und das Schmelzsicherungsorgan 94a an die Speicherzeile 92a angeschlossen. Das Schmelzsicherungsorgan 94b wird durchgeschmolzen. Die Adresseneingangsleitung 90b wird nun nicht über die Diode 96c und das Schmelzsicherungsorgan 94c an die Speicherzeile 92b angeschlossen,, wie zuvor beschrieben wurde, sondern das Schmelzsicherungsorgan 94c wird durchgeschmolzen und die Adresseneingangsleitung 90b erhält über die Diode 96d und das Schmelzsicherungsorgan 94d Verbindung zu der Speicherzeile 92c» Weiter wird die Adresseneingangsleitung 90c über die Diode 96f und das Schmelzsicherungsorgan 94f an die Speicherzeile 92d gelegt, während das Schmelzsicherungsorgan 94e durchgeschmolzen wird. Jede nachfolgende Adresseneingangsleitung wird analog geschaltet und die letzte Adresseneingangsleitung wird an eine Reserve-Speicherzeile angeschlossen. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Speicherzelle!und Reserve-Speicherzeilen vorgesehen sein.

Für das willkürliche Durchschmelzen der Schmelzsicherungsorgane stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. So können mit den An—

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Schlüssen des betreffenden Schmelzsicherungsorganes äußere Kontaktsonden verbunden werden, über welche ein ausreichender Strom zugeführt wird. Auch können zusätzliche Verbindungen zu den Schmelzsicherungsorganen über eine zweite Gruppe von Dioden auf dem Schaltungsträgertäfeichen hergestellt werden, um den Strom zum Durchbrennen oder Durchschmelzen der Dioden zuleiten zu können. Auch können die Schmelzsicherungselemente oder die durchschmelzbaren Brücken aus besonderem Werkstoff oder mit solchen physikalischen Abmessungen hergestellt werden, daß ein an eine der Eingangsleitungen gegebener, äußerer Stromimpuls nur eine der beiden an die betreffende Eingangsleitung angeschlossenen Schmelzsicherungsorgane durchbrennt. Für dieses Verfahren eignen sich besonders Schmelzsicherungsorgane der hier vorgeschlagenen Bauart, da .... bei diesen Schmelzsicherungsorganen der Strom, bei welchem die Schmelzsicherungsorgane ansprechen, leicht genau bestimmt werden kann. Es zeigt sich dabei der besondere Vorteil der vorliegenden Schmelzsicherungseinrichtung, daß eine große Anzahl von Schmelzsicherungsorganen in einem bestimmten Bereich eines Halbleitertäfelchens durchgeschmolzen oder durchgebrannt werden kann, ohne daß unerwünschte Kurzschlüsse auftreten.

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Claims

Patentansprüche. '

1.)Schmelzsicherungseinrichtung, insbesondere zur Verwendung xn Verbindung mit integrierten Schaltungen, gekennzeichnet durch ein Substrat (l4, l6 bzw. 40) mit mehreren, auf mindestens einer seiner Oberflächen angeordneten, 1extfähigen Bereichen (38 bzw. 42 ) und durch mindestens ein Schmelzsicherungsorgan, welches sich auf der betreffenden Substratoberfläche befindet und zwei Anschlüsse sowie ein Schmelzsicherungselement (39 bzw. 58) aufweist, das von dem Substrat getrennt gehalten und zwischen den Anschlüssen gelegen ist, welche jeweils mit einem der leitfähigen Bereiche in Verbindung stehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Substrat (l4, l6 bzw. 4θ) das Trägertäfeichen einer integrierten Schaltung ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (40) die keramische Basis einer integrierten Mikrowellenschaltung ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Schmelzsicherungsorgan eine erste, aus zwei voneinander getrennten Bereichen bestehende, lei'tfähige Schicht (22a) und eine zweite, der erstgenannten leitfähigen Schicht unmittelbar benachbarte leitfähige Schicht (22b) enthält, welche das Schmelzsicherungselement in Form einer durchschmelzbaren Brücke enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Schmelzsicherungsorgan eine dritte, leitfähige Schicht (22c) enthält, welche an die zweite leitfähige Schicht (22b) angrenzt und ebenfalls zwei getrennte Bereiche aufweist, die sich mit den Anschlüssen des Schmelzsicherungsorgans decken.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die dritte, leitfähige Schicht (22b, 22c) Titan und/öder Gold

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ίο

enthält.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4t bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, leitfähige Schicht (22a) Titan enthält.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, 1extfähige Schicht (22b) Platin enthält oder daraus besteht.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche k bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß die zweite leitfähige Schicht (22b) aus Chrom oder Titan oder Mobybdän oder Wolfram besteht.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzsxcherungselement (39 bzw. 58) als durchschmelzbare Brücke zwischen voneinander getrennten, auf dem Substrat befindlichen Schichtverbänden verläuft und gleichzeitig mit seinen Anschlußberexchen zwischen leitfähigen Schichten als zwischengelagerte Leiterschicht dieser Schichtverbände angeordnet ist.

11. Verfahren zur Herstellung der Schmelzsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat eine erste leitfähige Schicht abgelagert wird, auf welche eine zweite leitfähige Schicht aufgebracht wird, die ein von dem Werkstoff der ersten leitfähigen Schicht verschiedenes Material enthält, wonach ein Teil der ersten leitfähigen Schicht, welcher zwischen der zweiten leitfähigen , Schicht und dem Substrat liegt und sich quer über die erste leitfähige· Schicht erstreckt, entfernt wird, so daß die zweite leitfähige Schuht über den entfernten Bereich der ersten leitfähigen Schicht hinweg verläuft..

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht durch

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Aufsplittern von Metall aufgebracht werden.

13· Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Schicht durch Aufbringen von Titan und die zweite leitfähige Schicht durch Aufbringen von Platin gebildet werden.

Ik. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten leitfähigen Schicht eine dritte leitfäh.ige Schicht abgelagert wird und daß ein Teil dieser dritten leitfähigen Schicht in solcher Weise entfernt wird, daß sich dieser Bereich mit dem entfernten Bereich der ersten leitfähigen Schicht deckt.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Schicht mit Bauteilen innerhalb des Substrats in Verbindung gebracht wird.

l6. Verfahren nach Anspruch 13 und Anspruch l4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte leitfähige Schicht als Goldschicht auf die zweite leitfähige Schicht aufgebracht wird, wonach über der Goldschicht als vierte Schicht eine Titanschicht aufgebracht wird, deren Oberfläche bereichsweise oxidiert wird, worauf die Titanschicht in den nicht oxidierten Bereichen und die darunter befindliche Goldschicht in den sich damit deckenden Bereichen und schließlich die zuunterst befindliche Titanschicht in den sich ebenfalls damit deckenden Bereichen weggeätzt werden.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Teil des Substrates bei dem Ätzvorgang weggeätzt wird.

l8. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht bzw. der Titanschicht in solcher Weise erfolgt, daß diese Schicht elektrischen Kontakt mit einem oder mehreren Halbleitergeräten innerhalb des Substrats hat.

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