DE3047300A1

DE3047300A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE3047300A1
Application number: DE19803047300
Authority: DE
Inventors: Shigeru Yokohama Komatsu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2065971B; DE3047300C2; GB2065971A; US4423434A; JPS5688350A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei welcher zwei oder mehr Halbleiterelemente mit übereinstimmenden Eigenschaften bzw. Paarungskennwerten in regelmäßiger Anordnung in einem Halbleiter-Substrat vorgesehen sind.

Halbleiterelemente, wie n- oder p-Typ-WiderStandselemente, Transistoren und Dioden, werden bekanntlich in einem aus Silizium oder Germanium bestehenden Plättchen durch Injizieren von Phosphor oder Bor in dieses Plättchen hergestellt. Indem das Plättchen durch Trenn-Würfellinien (dicing lines) in Chip-Abschnitte unterteilt wird, werden mehrere Halbleiterelemente zur Bildung einer Halbleitervorrichtung, etwa eines integrierten Schaltkreises, auf jeweils einem solchen Chip vorgesehen.

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Die Halbleitervorrichtungen werden in einem Sondenprüfschritt des Verfahrens geprüft, um nach brauchbaren und unbrauchbaren Einheiten sortiert zu werden. In einem Zusammenbau- bzw. Montageschritt des Verfahrens werden dann die brauchbaren Halbleitervorrichtungen jeweils in eine geeignete Verpackungs- bzw. Umhüllungs-Kapsel eingebaut. Nach einer Endprüfung werden diese Einheiten als fertiges Erzeugnis ausgeliefert.

Die Eigenschaften von Halbleiterelementen weichen bekanntlich dann von den üblichen Eigenschaften ab, wenn die Halbleiterelemente auf einem Chip ausgebildet werden. Speziell bei Widerstandselementen ändert sich der Widerstandswert infolge der beim Montagevorgang im Chip erzeugten (mechanischen) Spannung. Diese Erscheinung ist allgemein als piezoelektrischer Widerstandseffekt (piezo-resistive effect) bekannt. Untersuchungen haben gezeigt, daß andere Halbleiterelemente, wie Transistoren oder Dioden, ebenfalls durch (mechanische) Spannung beeinflußt werden.

Der die nötigen Elemente tragende Chip wird durch Eingießen in Kunstharz oder luftdichtes Einkapseln "versiegelt". Insbesondere im Fall von in Kunstharz eingegossenen Halbleitervorrichtungen führt die Spannung aufgrund des Kunstharz-Formschwunds zu einer Änderung der Eigenschaften der Halbleiterelemente, die sich als besonders schwerwiegend bei Halbleitervorrichtungen mit linearen Eigenschaften erweist, die Elemente, wie Widerstände und Transistoren, aufweisen. In besonders ungünstigen Fällen wird das Produktausbringen an HaIb-

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leitervorrichtungen beim Montagevorgang des Fertigungsverfahrens erheblich verschlechtert.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, die Kristallfläche des Chips, in welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind, sowie die Orientierung der Elemente so zu wählen, daß der (mechanische) Spannungseinfluß auf die HaIbleiterelemente gemildert oder vermieden wird.

Wenn bei der Ausbildung der üblichen p-Typ-Widerstände im Plättchen oder Chip dessen Kristallfläche der Orientierung ■£iOO_} entspricht und das Widerstandselement in der Richtung <1OO> geformt wird, kann die Verteilung der Widerstandseigenschaften, die durch den beim Kunstharz-Eingießen der Halbleiter-Unterbaugruppe auftretenden piezoelektrischen Widerstandseffekt beeinflußt werden, gleichmäßig sein. Wenn das Plättchen die Kristallfläche -^811^· besitzt, wird dieselbe Wirkung dann erzielt, wenn die Widerstandselemente in einer gegenüber der <* 100^-Richtung um 45° verdrehten Richtung ausgebildet werden.

Da im Fall der Kristallfläche ^111J des Plättchens keine Anisotropie des Kristalls vorliegt, ist es unmöglich, die Verteilung der durch den genannten Effekt bedingten Eigenschaften des Widerstandselements gleichmäßig zu gestalten, auch wenn die Widerstandselemente auf beliebige Weise angeordnet werden. Aus bestimmten Gründen ist es häufig nicht möglich, das Plättchen mit der -£iOOj -Kristallfläche zu wählen und die Widerstandselemente in der ^10O^ -Richtung zu orientieren oder aber die 4 81 iJ--Kristallf lache des Plättchens

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zu wählen und die Widerstandselemente in einer gegenüber der <1OO> -Richtung um 45° verdrehten Richtung zu orientieren. In diesen Fällen läßt sich keine gleichmäßige Verteilung der Eigenschaften bzw. Kennwerte auf der Plättchenoberfläche erreichen, vielmehr weichen dabei die Widerstandswerte von den Sollwerten ab, so daß sich unerwünschte Paarungswerte (paired values) der Halbleiterelemente ergeben.

Wie erwähnt, ändern Halbleiterelemente, wie Transistoren und Dioden, ebenfalls ihre Eigenschaften unter der beim Eingießen in Kunstharz entstehenden (mechanischen) Spannung. Transistoren lassen sich je nach dem Fertigungsverfahren bekanntlich in Vertikaltransistoren, die in Vertikalrichtung arbeiten, und Lateraltransistoren unterteilen, die in waagerechter Richtung arbeiten. Die Eigenschaften der erstgenannten Transistoren ändern sich dabei im wesentlichen entsprechend den Spannungsänderungslinien auf der Chipoberfläche. Die Eigenschaften eines Transistors der zweitgenannten Art ändern sich dagegen im allgemeinen auf dieselbe Weise wie bei den Widerstandselementen. Dies ist auf eine Analogie der Anordnung der Halbleiterschichten zurückzuführen. Die Eigenschaften des Vertikaltransistors hängen daher nur in aeringem Maße von der Kristallfläche des Plättohens ab. Diesbezüglich ist es nicht möglich, zur Verbesserung der paarweisen Kennwerte der Halbleiterelemente dieselbe Lösung wie bei den Widerstandselementen anzuwenden, nämlich entsprechende Wahl (properly employing) der Chip-Kristallfläche und Orientierung der Elemente. Die Eigenschaften bzw. Kennwerte des Lateraltransistors ändern sich analog zu denen der Widerstandselemente, weil er durch den Zustand der Plättchenoberfläche beeinflußt wird. Die Anisotropie des Kristalls

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ist jedoch gering, so daß er nicht die richtige Fläche und
Richtung (Orientierung) zur Gewährleistung einer Verbesserung der paarweisen Kennwerte der Elemente besitzt. Wenn daher die Halbleiter-Unterbaugruppe in Kunstharz eingegossen
bzw. "versiegelt" wird, sind die Eigenschaften bzw. Kennwerte der Elemente ungleichmäßig verteilt, so daß die auf diese Weise hergestellten Halbleitervorrichtungen unterschiedliche Eigenschaften und daher nicht die angestrebten Paarungskennwerte der Elemente besitzen.

Bei der Konstruktion einer Halbleitervorrichtung, etwa eines integrierten Schaltkreises (IC) oder großintegrierten Schaltkreises (LSI), durch Ausbildung von Halbleiterelementen, wie Widerstandselementen, Transistoren und Dioden, auf einem einzigen Halbleiterchip besteht das üblicherweise angewandte Verfahren zur Erzielung der gewünschten Paarungskennwerte (paired characteristics) der Halbleiterelemente darin, daß diese Elemente mit derselben Konfiguration und in derselben Richtung
dicht nebeneinander angeordnet werden. Dieses Vorgehen ist unter der Voraussetzung erfolgreich, daß die beim Kunstharz-Eingießen im Chip entstehende Spannung gleichmäßig verteilt ist. Die Spannungsverteilung ist jedoch im allgemeinen unbestimmt (unfixed), so daß sich die angestrebten Paarungskennwerte nicht erzielen lassen.

In jüngster Zeit sind LSI-Halbleitervorrichtungen entwickelt worden, bei denen ein Digitalteil mit digitaler Funktion und ein Linearteil mit linearer Funktion auf einem einzigen (gemeinsamen) Chip ausgebildet sind. Dabei befindet sich der Di-

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gitalteil im Mittelbereich des Chips, während der für (mechanische) Spannung empfindliche Linearteil am Umfangs- oder Randbereich des Chips angeordnet ist. Bei dieser Anordnung hängen die Eigenschaften der Vorrichtung empfindlich von der Spannungsverteilung im Chip ab. Infolgedessen ergibt sich eine mangelhafte Zuverlässigkeit oder Betriebssicherheit der elektronischen Schaltung.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Halbleitervorrichtung mit im gleichen Halbleiter-Substrat ausgebildeten Halbleiterelementen, welche auch nach der Montage durch I nqießen in Kunstharz die gewünschten Paarungskennwerte besitzen.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleiter-Substrat mit Trenn-Würfellinien und durch mehrere, übereinstimmende bzw. paarweise Kennwerte (paired characteristics) aufweisende Halbleiterelemente, die im Halbleiter-Substrat mit jeweils gleicher Orientierung gleich weit von einer Mittellinie der Trenn-Würfellinie und in einem sich von dieser Mittellinie bis zu einer Stelle mit einer mechanischen Spannung entsprechend 90% der im Mittelbereich des Substrats auftretenden Spannung erstreckenden Bereich angeordnet sind. Der Bereich, auf dem die Halbleiterelemente angeordnet werden, kann eine Fläche sein, die sich von der Mittellinie der Anreiß- oder Trenn-Würfellinie (dicing line) bis zu einer Stelle erstreckt, die in einem Abstand entsprechend dem 1,8-fachen oder weniger der Substratdicke von dieser Mittellinie angeordnet ist.

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Aufgrund dieser Anordnung werden die Eigenschafts- bzw. Kennwert-Änderungen der Halbleiterelemente in einem bestimmten Bereich des Chips vergleichmäßigt. Da der Bereich, in welchem die Halbleiterelemente regelmäßig angeordnet sind, unter Heranziehung der Dicke des Substrats als dem einen Parameter bestimmt werden kann, wird die Konstruktion oder Auslegung der Vorrichtung vereinfacht. Zudem besteht keine Notwendigkeit für die Wahl einer bestimmten Plättchenfläche oder einer speziellen Orientierung der Halbleiterelemente. Die Konstruktion der Halbleitervorrichtung unterliegt keiner Begrenzung durch Wahl der Kristallfläche des Plättchens. Die paarigen Eigenschaften bzw. Paarungskennwerte der Halbleiterelemente und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung werden demzufolge verbessert. Die Zahl der bei der Endprüfung nach der Montage anfallenden Ausschuß-Halbleitervorrichtungen wird geringer, so daß sich das Ausbringen an Halbleitervorrichtungen erhöht. Hierdurch wird eine entsprechende Fertigungskostensenkung erreicht.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer bisherigen Halbleitervorrichtung, bei welcher Widerstandselemente und bipolare Transistoren auf einem Chip einheitlich, d.h. gemeinsam in Kunstharz eingegossen sind,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Verteilung der (mechanischen) Spannungen Cf_x in X-Richtung in der Oberfläche eines in Kunstharz eingegossenen Chips,

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Fig. 3 eine graphische Darstellung der Verteilung der Spannungen &„ in Y-Richtung in der Oberfläche des in Kunstharz eingegossenen Chips,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, in welcher eine Änderung der Spannung C_x in X-Richtung längs einer Linie 64 mit einem Ausgangspunkt 62 gemäß Fig. 2 veranschaulicht ist,

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Anordnung von Widerstandselementen in einem Plättchen,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Verteilung der Widerstandsänderungen für den Fall, daß in einem Chip mit -flOOj" -Kristallfläche ausgebildete Widerstandselemente einheitlich in Kunstharz eingegossen sind (integrally formed with resin),

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Änderung typischer Widerstände in Abhängigkeit von einer Strecke a in Fig. 5,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Widerstandsverteilung für den Fall, daß in einem Chip mit-^11i}" -Kristallfläche ausgebildete Widerstandselemente einheitlich in Kunstharz eingegossen sind,

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine ungünstige Anordnung von Transistoren in einem Plättchen,

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Fig. 10 eine graphische Darstellung der absoluten Änderungen des Stromverstärkungsfaktors von Transistoren in Abhängigkeit von einer Entfernung bzw. Strecke a in Fig. 9,

Fiq. 11 fine Aufsicht aui eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher Widerstandselemente in einem Plättchen angeordnet sind,

Fig. 12 eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit in einem Plättchen angeordneten Widerstandselementen,

Fig. 13 eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit in einem Plättchen angeordneten Transistoren,

Fig. 14 eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit im Plättchen vorgesehenen Transistoren und

Fig. 15 eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit in einem Plättchen angeordneten Transistoren.

Vor der Beschreibung der Erfindung sollen zunächst die Probleme bei den bisherigen Halbleitervorrichtungen und die Maßnahmen zu ihrer Lösung erläutert werden. Gemäß Fig. 1 ist eine Halbleitervorrichtung 20 mit mindestens zwei Widerstandselementen 21 und zv/ei oder mehr bipolaren Transistoren 55, die

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in einem Chip 22 aus Halbleitermaterial ausgebildet sind, einheitlich in eine Vergußmasse 36 eingekapselt. Der Chip 22 ist auf einem Tragelement 24 angeordnet. Der aus einem mit 10¹⁵ - 10¹⁶ Atomen Phosphor pro cm³ dotierte Chip 22 aus einem n-Typ-Halbleitermaterial weist eine p-Typ-Widerstandsschicht 28, eine p-Typ-Halbleiterschicht 54 und eine n-Typ-Halbleiterschicht 56 auf, die durch Diffusion, Ionenimplantation (Ionenspicktechnik) oder nach einem Epitaxialverfahren hergestellt worden sind. Die 10^8 Boratome pro cm enthaltende Widerstandsschicht 28 mit einer Dicke von 2,7 um steht an beiden Enden mit z.B. aus Aluminium bestehenden Elektroden 32 in ohmschem Kontakt,so daß sie ein Widerstandselement 21 bildet. Die p-Halbleiterschicht 54 enthält 10¹^ - 10¹⁹ Boratome pro cm³, während die n-Halbleiterschicht 56 10¹⁹ - 10²1 Phosphoratome pro cm³ enthält. Die p-Halbleiterschicht 54, die n-Halbleiterschicht 56 und das n-Substrat (Chip) 22 bilden gemeinsam einen bipolaren npn-Transistor Die Halbleiterschichten 54 und 56 stehen mit aus Aluminium bestehenden Elektroden 31 bzw. 33 in ohmschem Kontakt. Diese Elektroden dienen als Emitterelektrode bzw. Basiselektrode. Die Elektroden 32, 31 und 33 sind durch Anschlußleitungen oder -drähte 34 mit Leiterplatten 26 verbunden (Anschlüsse der einen Elektrode 32 sowie der Elektrode 31 an die Leiterplatten nicht dargestellt). Der als Kollektor dienende Chip 22 wird mit einer Substrat-Vorspannung beschickt. Eine auf die verschiedenen Halbleiterflächen aufgetragene Isolierschicht 30 aus SiC>2 dient zum Schütze des Widerstandselements 21 und des bipolaren Transistors 55. Die Halbleitervorrichtung 20 ist in eine Vergußmasse 36, z.B. Kunstharz, eingegossen, so daß sie beispielsweise einen integrierten Schaltkreis (IC) bildet.

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Die Eigenschaften oder Kennwerte der verschiedenen Transistoren oder Widerstandselemente im Chip weichen bekanntlich nach dem Eingießen in Kunstharz von den entsprechenden Kennwerten vor dem Eingießen ab. Diese Kennwertänderung ist bei Verwendung einer Kunstharz-Vergußmasse besonders auffällig; sie wird durch eine (mechanische) Spannung hervorgerufen, die beim Eingießen in Kunstharz durch Formschrumpfung bzw. -schwund entsteht. Wie bereits erläutert, wird diese Erscheinung als piezoelektrischer Widerstandseffekt (piezo-resistive effect) bezeichnet. Erfindungsgemäß wurde nun eine zweidimensionale Spannungsverteilung auf der Chip-Oberfläche durch Messung der Widerstandsänderungen an verschiedenen Punkten vor und nach dem Kunstharz-Vergießen und unter Berücksichtigung des genannten Effekts sowie der Symmetrie eines Kristalls graphisch dargestellt. Als Ergebnis der entsprechenden Untersuchungen konnte erfindungsgemäß das genannte Problem erfolgreich ausgeschaltet werden.

Fig. 2 veranschaulicht die Spannungsverteilung in einem quadratischen Silizium-Chip 60 von 3 mm Kantenlänge und 300 um Dicke zur Darstellung der Linien gleicher Spannung (isostress lines) der rf_x-Komponente (kg/cm^) der (mechanischen) Spannung bei Normaltemperatur, nach dem Eingießen des Chips in eine Kunstharzkapselung. Die Minuszeichen in der Darstellung von Fig. 2 geben jeweils eine Druckspannung an. Wie auf beiden Seiten der Darstellung ersichtlich, sind die Linien gleicher Spannung mit hoher Dichte längs der Seiten verteilt, so daß in diesen Bereichen große Spannungsänderungen auftreten. Im Mittelbereich ist die Dichte der Linien gleicher Spannung gering; die Spannungen sind daher in diesem Bereich gleichmäßig

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verteilt, obgleich die Spannung mit ungefähr 2000 kg/cm sehr groß ist. Die Spannungsverteilung der i/y-Komponente beim Chip gemäß Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei zeigt sich eine ähnliche Spannungsverteilung über die Chip-Oberfläche hinweg.

Fig. 4 zeigt die Änderung der Spannung d _x längs einer vom Punkt 62 in Fig. 2 ausgehenden Linie 64. Ersichtlicherweise ist die Spannung C_x an einer etwa 800 um vom Ende des Chips entfernten Stelle im wesentlichen gesättigt, und sie erreicht an einer etwa 550 um vom Ende bzw. Rand entfernten Stelle etwa 90%. Die Spannungsverteilung auf der in Kunstharz eingegossenen Chip-Oberfläche hängt nicht von der Kristallfläche des Chips ab. Ein Muster oder Schema von Widerstandswerten der im Chip angeordneten Widerstandselemente, wenn diese in Kunstharz eingegossen sind, hängt dagegen von der Kristallfläche des Chips und von der Orientierung oder Ausrichtung der Widerstände ab.

In Fig. 5 ist ein Halbleiterplättchen 60 mit Trenn-Würfellinien 70 dargestellt, auf dem zwei Widerstandselemente 66 angeordnet sind, die übereinstimmende Eigenschaften besitzen sollen. Wie dargestellt, sind die Widerstandselemente mit ihren Mittellinien 67 parallel zueinander und in unterschiedlichen Abständen von der Mittellinie 72 der ihnen am nächsten gelegenen Würfellinie angeordnet. Diese Widerstandselemente sind in einem n-Typ-Substrat ausgebildete p-Typ-Schichten bzw. -Zonen.

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Eine Anzahl von Widerstandselementen mit gleichen Widerstandswerten wurde gemäß Fig. 5 in Richtung der Y-Achse verlaufend auf einem üblicherweise verwendeten Chip mit einer-^100^ -Kristallfläche geformt, und die so hergestellte Unterbaugruppe wurde in Kunstharz eingegossen. Nach dem Vergießen zeigte die Widerstandsverteilung der Widerstandselemente die in Fig. 6 dargestellten Änderungen. Die Widerstandswerte dieser Widerstandselemente wurden längs der Y-Achse, mit in<100>· -Richtung verlaufender X-Achse, gemessen. In der graphischen Darstellung sind die Parameter die finderungsgrößen der Widerstandswerte in bezug auf diejenigen vor dem Vergießen der Widerstandselemente in Kunstharz; diese Parameter sind in Form von Linien gleicher Widerstandsänderung, die jeweils Punkte gleicher Widerstandsänderung verbinden, aufgetragen.

Die Linien gleicher Widerstandsänderung verlaufen schräg zu den X- und Y-Achsen an den jeweiligen Ecken des Chips. Die besten, einander entsprechenden Eigenschaften der Widerstandselemente an den Ecken werden somit dann erzielt, wenn diese Elemente auf den Linien gleicher Widerstandsänderung angeordnet werden. Im Mittelbereich des Chips verlaufen diese Linien im wesentlichen parallel zur X- oder Y-Achse. Die Widerstandselemente müssen daher parallel zu den Chip-Seitenlinien und in gleichen Abständen davon angeordnet werden. Weiterhin sind die Widerstandsänderungen der Widerstandselemente im Mittelbereich des Chips ziemlich gleichmäßig verteilt. Aus diesem Grund sind die einander entsprechenden bzw. übereinstimmenden Eigenschaften im Mittelbereich nahezu zufriedenstellend, auch wenn die Orientie-

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rung bzw. Ausrichtung der Widerstandselemente nicht so sehr sorgfältig berücksichtigt wird.

Fig. 7 zeigt die Variation der Änderungsgrößen AR/R_Q der Widerstandswerte längs einer den Chip senkrecht zur Trenn-Würfellinie halbierenden Linie. Dabei sind mit ß die Variation parallel zur X-Achse und mit y die Variation parallel zur Y-Achse angegeben. Beide Kurven verflachen in einer Entfernung von etwa 800 um von den Seiten(kanten) des Chips. Die Entfernung entspricht ungefähr dem 2,67-fachen der Chip-Dicke von 300 um.

Weiterhin sind gemäß Fig. 8 mehrere Widerstandselemente mit gleichen Widerstandswerten, wie in Fig. 5, längs der Y-Achse eines üblichen Chips mit einer ■£ 111^· -Kristallfläche ausgebildet, und die Unterbaugruppe ist in Kunstharz eingegossen. Die Verteilung der Widerstandsänderungen der Widerstandselemente in bezug auf dieselben Werte vor dem Eingießen ist in Fig. 8 in Form von Linien gleicher Widerstandsänderungen eingezeichnet. Die Widerstandsmessungen erfolgten längs der Y-Achse.

Gemäß Fig. 8 verlaufen die Linien gleicher Widerstandsänderungen der Widerstandselemente in der oberen linken und unteren linken Ecke, wie im vorher beschriebenen Fall, schräg zur X- oder Y-Achse. Im oberen und unteren Teil des Chips verlaufen diese Linien praktisch parallel zur X-Achse. Bei Anordnung der Widerstandselemente parallel zur X-Achse und in gleichen Abständen von den Chip-Seiten werden somit

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zufriedenstellend übereinstimmende Eigenschaften der Widerstandselemente erzielt. Diese Anordnung der Widerstandselemente ist inbtisondere in den dicht an den Chip-Seiten(kanten) gelegenen Bereichen von Bedeutung, weil dort die Linien gleicher Widerstandsänderungen eng (thickly) verteilt sind. In dem linken Teil der Darstellung von Fig. 8 ist dagegen die Verteilung dieser Linien dünn. Die Ausrichtung (arrangement orientation) der Widerstandselemente ist daher in diesen Bereichen nicht kritisch.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist die Spannungsverteilung im Chip bei fortschreitendem Eingießen in Kunstharz der Halbleiterunterbaugruppe nicht von der Kristallfläche des Chips abhängig, während die Widerstandsänderungen der Widerstandselemente von der Wahl der Chip-Kristallfläche abhängen. Im Mittelbereich des Chips ist dessen Widerstandsänderungsverteilung unabhängig von der jeweiligen Kristallfläche schwach. Demzufolge ist die Ausrichtung der Widerstandselemente für die Realisierung guter Paarungseigenschaften oder -kennwerte derselben nicht kritisch. In den Bereichen nahe der Enden des Chips sind andererseits die Linien gleicher Widerstandsverteilung entsprechend der Spannungsverteilung dicht gedrängt. Aus diesem Grund müssen die Widerst&ndselemente parallel zu den Chip-Enden bzw.-Kanten und in gleichen Abständen davon sowie in dieselbe Richtung verlaufend angeordnet werden.

Die Fläche des Chips, in welcher eine sorgfältige Ausrichtung der Widerstandselemente erforderlich ist, reicht von den Enden des Chips bis zu einer Stelle, an welcher die Widerstandsänderung der Widerstandselemente vor und nach dem Ver-

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gießen im wesentlichen ausgeglichen (saturated) ist. Dieser Bereich wird als Piezoeffektzone bezeichnet. Diese Zone kann in einem Flächenbereich gewählt werden, der sich von der Mittellinie der Trenn-Würfellinie zu dem Abschnitt erstreckt, in welchem Spannungen entsprechend 90% der im Mittelbereich des Halbleitersubstrats herrschenden Spannung vorliegen.

Im folgenden ist die Anordnung von bipolaren Transistoren erläutert. Fig. 9 zeigt ein Halbleiterplättchen mit Trenn-Würfellinien 70, auf dem bipolare npn-Vertikaltransistoren 80 angeordnet sind, die paarige bzw. übereinstimmende Eigenschaften (Kennlinien) besitzen sollen. t)ie Transistoren 80 sind so angeordnet, daß ihre Mittellinien 81 parallel zur Mittellinie 72 der am nächsten gelegenen Würfellinie (dicing line) liegen, und sie sind mit unterschiedlichen Abständen a von der genannten Mittellinie 72 angeordnet. Die bipolaren Transistoren 80 umfassen jeweils einen Kollektor 82, einen Emitter 84 und eine Basis 86.

Fig. 10 zeigt eine Änderung oder Variation einer GrößeJ^hp_E/h_FE einer Stromverstärkungsfaktor-Absolutänderung|&kp_EIder bipolaren Vertikaltransistoren längs einer den Chip senkrecht zur Würfellinie halbierenden Linie für ein ähnliches Verfahren wie im Fall der Widerstandselemente. Wie im Fall der Widerstandselemente flacht die Kurve der genannten Stromverstärkungsfaktor-Absolutänderung an einer etwa 800 um von den Enden des Chips entfernten Stelle ab. Selbstverständlich ist auch hierbei diese Absolutänderung vor und nach dem Vergießen der Unterbaugruppe in Kunstharz verschieden. Das Variationsschema des Stromverstärkungsfaktors der Vertikaltransistoren nach dem Vergießen

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der Unterbaugruppe ähnelt dem Spannungsverteilungsmuster des Chips (vgl. Fig. 2 und 3). Um bei Einkapselung der im Chip vorgesehenen bipolaren Transistoren in Kunstharz gute übereinstimmende (paired) Eigenschaften bzw.' Kennwerte zu erzielen, können diese Transistoren beliebig in einem Bereich angeordnet werden, der durch eine etwa 800 um von den Chip-Seiten (kanten) entfernte Linie festgelegt wird. Im Bereich außerhalb der 800 um-Linie müssen die Transistoren so angeordnet werden, daß die Längsmittelinien 81 der Transistoren parallel zur Mittellinie 72 der Würfellinie 70 und in gleichem Abstand von dieser Mittellinie 72 in derselben Richtung verlaufen. Bei einem Lateraltransistor sind die Stromverstärkungsfaktor-Absolutänderungen in einem vom Spannungsmuster des Chips verschiedenen, aber dem Änderungsmuster der Widerstandselemente ähnlichen Schema verteilt.

Der Bereich, in welchem bei der Anordnung des (der) Transistors (Transistoren) sorgfältig vorgegangen werden muß, reicht von der Seite (nkante) des Chips bis zu einer Stelle, an welcher die Stromverstärkungsfaktor-Änderungskurve abflacht, und zumindest von der Mittellinie der Trenn-Würfellinie bis zu einem Punkt, an welchem die (mechanische) Spannung etwa 90% der Spannung im Mittelbereich des Halbleitersubstrats beträgt.

Wenn Widerstandselemente und Transistoren zusammen auf einem gemeinsamen Chip angeordnet werden, werden diese Elemente vorzugsweise in einem Bereich vorgesehen, der durch eine Linie begrenzt oder festgelegt ist, die sich in einem Abstand entsprechend zumindest dem 1,8-fachen der Chip-Dicke T (Fig. 1) von der Mittellinie der Würfellinie befindet.

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Vorstehend ist die Lösung des Problems beschrieben, das sich bei der Anordnung oder Ausrichtung von Widerstandselementen und/oder bipolaren Transistoren auf einem in Kunstharz einzugießenden Chip ergibt. Im folgenden ist eine Ausführungsform zur Realisierung dieser Lösung erläutert.

Fig. 11 veranschaulicht eine bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung von Widerstandselementen 66, die übereinstimmende bzw. Paarungskennwerte besitzen sollen. Die Mittelpunkte 90 mehrerer mit Elektroden 6 8 versehener Widerstandselemente sind, in dieselbe Richtung weisend, jeweils gleich weit von der Mittellinie 72 der am nächsten gelegenen Würfellinie 70 angeordnet. Der Anordnungsbereich für die Widerstandselemente ist auf vorher angegebene Weise gewählt worden; wahlweise kann er innerhalb einer Fläche liegen, die durch eine in einem Abstand entsprechend dem 1,8-fachen der Dicke T von der Mittellinie 72 der Würfellinie 70 angeordnete Linie begrenzt wird.

Fig. 12 zeigt eine andere Anordnung mehrerer Widerstandselemente 66, deren Eigenschaften übereinstimmen sollen. Im Gegensatz zu Fig. 11 liegt dabei die Längserstreckung der Widerstandselemente mit Elektroden 68 parallel zur genannten Mittellinie 72. Die Mittelpunkte 90 aller Widerstandselemente 66 sind jeweils gleich weit von dieser Mittellinie 72 entfernt.

Durch die in Fig. 11 und 12 dargestellte Anordnung der Widerstandselemente werden die Figenschaften bzw. Kennlinien der Halbleitervorrichtung verbessert. Wenn mehrere Widerstandselemente ohne Kunstharz-Einkapselung auf dem Plättchen vorgesehen sind, besitzen diese Widerstandselemente ausgezeichnete

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übereinstimmende bzw. paarweise Kennwerte und eine Widerstandsänderung bei einer Kennlinienverteilung von 3 d (=99%), von etwa 1-2%. Wenn die Widerstandselemente gemäß Fig. 9 in der {_ 111 J- -Kristallfläche angeordnet sind und die Halbleitervorrichtung in Epoxyharz eingegossen ist, beträgt die Widerstandsänderung in der Piezoeffektzone 3-4%. Im Fall der Kristallfläche £iOO"V der Plättchenoberfläche liegt diese Änderung bei 2-3%. Unabhängig von der Kristallfläche des Plättchens liegt diese Änderung bei etwa 1-2%, wenn die Widerstandselemente auf die in Fig. 11 oder 12 dargestellte Weise angeordnet sind. In diesem Fall werden folglich ausgezeichnete Paarungskennwerte "erzielt.

Fig. 13 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung mehrerer bipolarer Transistoren 80, die übereinstimmende bzw. Paarungskennwerte besitzen sollen und die jeweils einen Kollektor 82, einen Emitter 84 und eine Basis 86 aufweisen. Die Mittelpunkte 92 der in derselben Richtung ausgerichteten Transistoren sind jeweils gleich weit von der Mittellinie der ihnen am nächsten gelegenen Trenn-Würfellinie entfernt. Der Anordnungsbereich der Transistoren 80 liegt innerhalb einer Fläche, die von der Mittellinie der Würfellinie bis zu einer Linie mit 90% der im Mittelbereich der Halbleitervorrichtung auftretenden (mechanischen) Spannung reicht. Dabei kann es sich auch um den Bereich handeln, der durch eine in einem Abstand entsprechend dem T,8-fachen oder weniger der Dicke T des Chips von der Mittellinie 72 der Würfellinie 70 angeordnete Linie begrenzt wird.

Fig. 14 zeigt eine andere Ausführungsform mit mehreren bipolaren Transistoren 80, die ebenfalls übereinstimmende Eigen-

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schäften besitzen sollen. Im Gegensatz zu Fig. 13 sind die Transistoren 80, die jeweils einen Kollektor 82, einen Emitter 84 und eine Basis 86 aufweisen, mit ihrer Längserstreckung parallel zur Mittellinie 72 der (benachbarten) Würfellinie 70 angeordnet, wobei ihre Mittelpunkte 92 jeweils gleich weit von dieser Mittellinie 72 entfernt sind. Kollektor, Emitter und Basis jedes Transistors 80 können in bezug auf eine senkrecht zur genannten Mittellinie 72 verlaufende Linie spiegelbildlich angeordnet sein.

Fig. 15 veranschaulicht eine weitere Anordnung von bipolaren Transistoren 80 gemäß der Erfindung, wobei die Mittelpunkte 92 aller Transistoren 80 jeweils gleich weit von der Mittellinie 72 der Trenn-Würfellinie 70 entfernt sind. Die Längsmittellinien der Transistoren 80 liegen parallel zueinander und schräg zur Würfellinie 70. Bei dieser Ausführungsform sind Kollektor 82, Emitter 84 und Basis 86 parallel zueinander angeordnet, doch können sie auch relativ zu einem bestimmten Punkt symmetrisch angeordnet sein.

Die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung können durch Anordnung der bipolaren Transistoren auf die in den Fig. 13, 14 und 15 dargestellte Weise verbessert werden. Wenn mehrere bipolare Transistoren auf einem quadratischen Chip mit einer Kantenlänge von 3 mm und einer Dicke von 300 um angeordnet werden, der Chip in Kunstharz eingegossen und die so hergestellte Unterbaugruppe z.B. in einem zweireihigen Steckgehäuse (DIP) (dual in line package) mit 16 Stiften untergebracht wird, beträgt die Änderung der Stromverstärkungsfaktorvertei-

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lung bei 3 d auf dem Umfangsabschnitt des Chips 3-4%. Bei Anordnung der Transistoren auf die erfindungsgemäße Weise kann diese Änderung dagegen auf 1-2% verbessert werden, so daß sich die betreffenden Eigenschaften erheblich verbessern.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden innerhalb des Rahmens der Erfindung n-Typ-Widerstandselemente und bipolare npn-Transistören verwendet. Anstelle der bipolaren Transistoren können jedoch auch andere geeignete Transistoren, etwa MOSFETs oder Flächenfeldeffekttransistoren, verwendet werden. Ersichtlicherweise ist die Erfindung auch auf eine Halbleitervorrichtung mit Dioden anwendbar.

Obgleich die Erfindung vorstehend in derzeit bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Patentansprüche

(1J Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet, durch ein Halbleiter-Substrat (60) mit Trenn-Würfellinien (70) und durch mehrere, übereinstimmende bzw. paarweise Kennwerte (paired characteristics) aufweisende Halbleiterelemente (66, 80 usw.), die im Halbleiter-Substrat mit jeweils gleicher Orientierung gleich weit von einer Mittellinie (72) der Trenn-Würfellinie (70) und in einem sich von dieser Mittellinie (72) bis zu einer Stelle mit einer mechanischen Spannung entsprechend 90% der im Mittelbereich des Substrats auftretenden Spannung erstreckenden Bereich angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente in einem Bereich angeordnet sind, der sich von der Mittellinie der Trenn-Würfellinie bis zu einem Punkt erstreckt, welcher in einem Abstand entsprechend dem 1,8-fachen oder weniger der Dicke des Substrats von der genannten Mittellinie angeordnet ist.

130037/0719

ORIGINAL INSPECTED
3. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleiter-Substrat mit mindestens einer Trenn-Würfellinie, durch mehrere, übereinstimmende bzw. paarweise Kennwerte besitzende Halbleiterelemente, die im Halbleiter-Substrat mit jeweils gleicher Orientierung jeweils gleich weit von einer Mittellinie der Trenn-Würfellinie und in einem Bereich angeordnet sind, der sich von der genannten Mittellinie bis zu einer Stelle mit einer (mechanischen) Spannung entsprechend 90% der im Mittelbereich des Substrats auftretenden Spannung erstreckt, und durch ein Einkapselungselement bzw. eine Vergußmasse zur einheitlichen Einkapselung des Substrats mit den auf diesem vorgesehenen Halbleiterelementen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente in einem Bereich angeordnet sind, der sich von der Mittellinie der Trenn-Würfellinie bis zu einem Punkt erstreckt, welcher in einem Abstand entsprechend dem 1,8-fachen oder weniger der Dicke des Substrats von der genannten Mittellinie angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder.4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselungselement bzw. die Vergußmasse (sealing member) ein Kunstharz ist.

130037/0719