NL8002634A - Programmeerbare halfgeleiderinrichting en werkwijze ter vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

Z 4 4 ν ΡΗΝ 9739 1

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN

Programmeerbare halfgeleiderinrichting en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een programmeerbare halfgeleiderinrichting bevattende een dragerlichaam met ten minste een eerste lijn en ten minste een door middel van een opblaasbare zekering met de lijn verbonden halfgeleiderschakelingselement, waar-5 bij de doorbrandbare zekering althans over een deel van zijn lengte of afstand van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement is gelegen.

Daarnaast heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke halfgeleiderinrichting.

10 Een programmeerbare halfgeleiderinrichting van de boven genoemde soort kan bijvoorbeeld deel uitmaken van een programmeerbaar uitleesgeheugen (PROM). Behalve voor een programmeerbaar uitleesgeheu-gen kan de programmeerbare halfgeleiderinrichting ook gebruikt worden voor een logische schakeling van het type PLA (programmable logic 15 array) waarbij de eigenlijke logische functie van de schakeling achteraf door middel van een programmeerstap wordt vastgelegd.

Een programmeerbare halfgeleiderinrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het amerikaanse octrooischrift 3.564.354. De opblaasbare zekering wordt in deze inrichting gevormd 20 door een smal dun strookje metaal, bijvoorbeeld van aluminium, met nauwkeurig bepaalde afmetingen. Afhankelijk van de in te schrijven informatie wordt selektief deze zekering opgeblazen door middel van stroomdoorvoer. De zekering is in deze inrichting aan de bovenzijde bedekt met een passiveringslaag en daardoor gedeeltelijk omringd 25 door passiveringsmateriaal en daarmee in direkt contact. Hierdoor gaat een gedeelte van de met behulp van de opblaasstroom in het metaal-strookje ontwikkelde energie verloren ten gevolge van opwarming van de omringende passiveringslaag.Bovendien wordt de doorbrandtijd hierdoor verlengd, waardoor het inschrijven langer duurt, terwijl ook 30 de inrichting kan worden beschadigd.

De passivering aan de bovenzijde van de opblaasbare zekering kan eventueel worden weggelaten maar dit gaat ten koste van de passivering van andere delen van de inrichting. Bovendien kunnen 800 2 6 34 ♦ * y PHN 9739 2 - _ *λ.5 doordat de passiveringslaag nu geheel of gedeeltelijk ontbreekt bij het doorbranden resten van de opblaasbare zekering op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam terecht komen en daar kortsluitingen of andere defecten veroorzaken.

5 De uitvinding stelt zich onder meer ten doel een programmeer bare halfgeleiderinrichting te verschaffen van de in de aanhef genoemde soort waarbij de schrijftijd vrijwel onafhankelijk is van de thermische geleiding tussen de zekering en het dragerlichaam of een omringende passiveringslaag.

10 Een ander doel van de uitvinding is een programmeerbare halfgeleiderinrichting te verschaffen, waarbij in de opblaasbare zekering praktisch geen mechanische spanningen ten gevolge van de aanwezigheid van een passiveringslaag optreden.

Daarnaast stelt zij zich ten doel een programmeerbaar 15 uitleesgeheugen te verschaffen met een zo hoog mogelijke bitdichtheid en uitleessnelheid.

De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat energieverlies tijdens het opblazen en daardoor de opblaasstroom en de schrijftijd kunnen worden verminderd door de zekering ten opzichte 20 van zijn omgeving zo goed mogelijk thermisch te isoleren.

Een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat de opblaasbare zekering zich bevindt in een holle ruimte, die zich bevindt in materiaal dat over het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement is aangebracht, 25 terwijl de opblaasbare zekering zich over een deel van zijn lengte los van wanden, die de holle ruimte omgeven, uitstrekt.

Een dergelijke inrichting heeft het voordeel dat de opblaasbare zekering nu praktisch niet in contact is met het dragerlichaam of een omringende diëlektrische passiveringslaag zodat de thermische 30 geleiding naar de omgeving aanzienlijk is verminderd en de zekering daardoor sneller wordt opgeblazen. In een dergelijke uitvoering wordt dus de schrijftijd aanzienlijk bekort, terwijl bovendien met een lagere opblaasstroom kan worden volstaan.

Doordat dë opblaasbare zekering in het algemeen over het 35 grootste deel van zijn lengte vrij is van de wanden van de holte en van het halfgeleiderschakelingselement en het dragerlichaam zal bij het smelten van het materiaal van de zekering snel druppelvorming kunnen optreden terwijl het gesmolten materiaal zich in de holle ruimte boven- 800 2 6 34 ΡΗΝ 9739 3 < * • - - — ..· -λ.5, dien snel kan verplaatsen. De schrijftijd wordt hierdoor nog verder verkort.

Ook wordt voorkomen dat bij het opblazen vrijkomende deeltjes elders op het oppervlak van de inrichting terecht komen en daar mogelijk 5 kortsluiting of andere beschadigingen veroorzaken.

Een voorkeursuitvoering van een programmeerbare halfgeleider-inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de eerste lijn een geleider bevat die deel uitmaakt van de wand van de holle ruimte tegenover het dragerlichaam of het halfgeleidershcakelingselement en de 10 andere wanden althans gedeeltelijk door beschermend materiaal worden gevormd welk beschermend materiaal over naast de geleider gelegen delen van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement is aangebracht.

Een dergelijke uitvoering biedt voordelen bij de vervaardiging 15 doordat de beschermende laag nu met de genoemde geleider als masker kan worden neergeslagen.

Doordat bovendien het halfgeleiderschakelingselement (bijvoorbeeld een diode) onder de opblaasbare zekering kan worden aangebracht, kunnen met dergelijke inrichtingen vervaardigde programmeerbare uitlees-20 geheugens een hoge bitdichtheid bezitten.

Voor toepassing in een programmeerbaar halfgeleidergeheugen heeft een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat de eerste lijn deel uitmaakt van een eerste groep lijnen die met een tweede groep lijnen, die de eerste groep lijnen kruist, een 25 kruisstangsysteem vormt, waarbij de eerste lijn ter plaatse van een kruispunt van het kruisstangsysteem door middel van de opblaasbare zekering en het halfgeleiderschakelingselement verbonden is met een lijn van de tweede groep.

Een andere voorkeursuitvoering van een programmeerbare halfge-30 leiderinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het dragerlichaam een halfgeleiderlichaam bevat waarin het halfgeleiderschakelingselement is gerealiseerd.

Een dergelijke uitvoering heeft het voordeel dat in het halfgeleiderlichaam ook andere schakelingen kunnen worden gerealiseerd zo-35 als bijvoorbeeld decoders voor selektiedoeleinden en uitgangsversterkers.

In een dergelijke inrichting kan bovendien de tweede groep lijnen geheel of gedeeltelijk worden uitgevoerd als in het halfgeleiderlichaam begraven zones. Bij voorkeur is een dergelijke begraven zone op regelmatige 800 2 6 34 PHN 9739 3a afstanden gecontacteerd met een op het oppervlak van het halfgeleiderli-chaam, gelegen strook van elektrisch geleidend materiaal. Dit heeft het voordeel dat bij het programmeren meerdere stroomwegen naar een zelfde halfgeleiderschakelingselement aanwezig zijn, die bovendien een lagere 5 weerstand hebben, zodat met een lagere spanning kan worden volstaan. Tegelijkertijd wordt bij het uitlezen door de aanwezigheid van deze laag-. ohmige.parallel-verbindingen in de tweede groep lijnen de leestijd van de inrichting bekort.

Het halfgeleiderschakelingselement dat bijvoorbeeld gevormd 10 kan worden door een diode of een transistor bevat in deze uitvoering bij voorkeur een diode met een gelijkrichtende overgang (Schottky-overgang) tussen een laag gedoteerde halfgeleiderzone boven de begraven zone en een de laaggedoteerde halfgeleiderzone contacterende elektrode. Hierdoor heeft een met een dergelijke inrichting vervaardigd --7 15 / 20 / 25 / 30 / 35 / 800 2 6 34 PHN 9739 4 £ * • - ._· v»ft, - geheugen een hoge uitleessnelheid.

Een werkwijze voor het vervaardigen van een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat uitgegaan wordt van een dragerlichaam met aan een oppervlak ten minste 5 een eerste lijn en ten minste een halfgeleiderschakelingselement dat van een elektrode is voorzien of elektrisch geleidend met een contactlaag is verbonden, waarbij het gehèel bedekt wordt met een eerste hulplaag, waarin een eerste venster, dat althans een deel van de elektrode of de contactlaag vrijlaat en een tweede venster 10 dat althans een deel van de eerste lijn vrijlaat, worden aangebracht, waarna op de eerste hulplaag en ten minste in het eerste en tweede venster een opblaasbare zekering wordt aangebracht die de eerste lijn met het halfgeleiderschakelingselement verbindt, waarna het geheel bedekt wordt met een tweede hulplaag en door de eerste en tweede 15 hulplaag heen openingen gevormd, waarna een eerste laag van beschermend materiaal wordt aangebracht en in patroon gebracht waarbij tenminste ter plaatse van de opblaasbare zekering en in de openingen beschermend materiaal achterblijft, waarna met dit patroon als masker de beide hulplagen selektief worden verwijderd, waarbij het materiaal van de 20 eerste hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen van het dragerlichaam, de eerste lijn, de elektrode of de contactlaag en de opblaasbare zekering, het beschermend materiaal en althans voor- zover door de eerste hulplaag bedekt, het materiaal van het halfgeleiderschakelingselement en waarbij het materiaal van de tweede hulplaag 25 selektief etsbaar is ten opzichte van het beschermend materiaal en het materiaal van de opblaasbare zekering, door welke behandeling zowel in de openingen als ter plaatse van de opblaasbare zekering op afstand van de zekering beschermend materiaal achterblijft, waarna ten minste het deel van het oppervlak dat niet beschermd wordt door 30 het patroon uit de eerste laag van beschermend materiaal voorzien wordt van een tweede laag van beschermend materiaal waarbij een holle ruimte achterblijft, waarin zich de opblaasbare zekering bevindt terwijl wanden van de holle ruimte beschermend materiaal bevatten van de eerste en tweede laag van beschermend materiaal.

35 Bij voorkeur wordt hierbij voor de beide lagen van bescher mend materiaal hetzelfde materiaal gebruikt.

Een werkwijze voor het vervaardigen van een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding, waarbij de wand tegenover 800 2 6 34 " - * · - - . Ü PHN 9739 5 het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement een geleider bevat heeft het kenmerk, dat uitgegaan wordt van een dragerlichaam met aan een oppervlak ten minste een halfgeleiderschakelingselement dat van een elektrode is voorzien of elektrisch geleidend met een 5 contactlaag is verbonden, waarbij het geheel bedekt wordt met een eerste hulplaag waarin een venster wordt aangebracht dat althans een deel van de elektrode of de contactlaag vrijlaat, waarna op de eerste hulplaag en ten minste in het venster een opblaasbare zekering wordt aangebracht, zodanig dat ter plaatse van het venster een eerste 10 uiteinde van de opblaasbare zekering wordt gedefinieerd, waarna het geheel bedekt wordt met een tweede hulplaag en door de eerste en tweede hulplaag heen openingen worden gevormd, welke openingen althans gedeeltelijk samenvallen met een tweede uiteinde van de opblaasbare zekering waarna ten minste ter plaatse van de opblaasbare 15 zekering en in de openingen een geleiderpatroon wordt aangebracht, waarna met dit patroon als masker de beide hulplagen .selektief worden verwijderd, waarbij het materiaal van de eerste hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen van het dragerlichaam, de elektrode of de contactlaag, de opblaasbare zekering en 20 het geleiderpatroon en althans voor zover door de eerste hulplaag bedekt het materiaal van het halfgeleiderschakelingselement en waarbij het materiaal van de tweede hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen van het geleiderpatroon en de opblaasbare zekering door welke behandeling ter plaatse van de opblaasbare 25 zekering en op afstand daarvan een geleider achterblijft en in de opening steunelementen van de geleider achterblijven waarna ten minste het deel van het oppervlak dat niet beschermd wordt door het geleiderpatroon voorzien wordt van een laag beschermend materiaal zodat een holle ruimte ontstaat waarin zich de opblaasbare zekering 30 bevindt die het halfgeleiderschakelingselement met de elektrische geleider verbindt, welke geleider tot een lijn van de programmeerbare halfgeleiderinrichting behoort en waarbij de wanden van de holle ruimte gevormd worden door de geleider en delen van de laag van beschermend materiaal.

35 Bij voorkeur wordt bij een dergelijke werkwijze voor de eerste en tweede hulplaag hetzelfde materiaal gebruikt. Dit geeft een vereenvoudigde en daardoor goedkopere werkwijze. Een geschikt materiaal is bijvoorbeeld aluminium.

800 2 6 34 PHN 9739 6 3 *

Bij voorkeur wordt het materiaal van het geleiderpatroon door middel van galvanisch aangroeien aangebracht. Het is namelijk gebleken dat in een gedeponeerde laag aluminium zich openingen, zogenaamde pinholes kunnen bevinden. Doordat bij galvanisch aangroeien 5 de groei slechts in êên richting optreedt kan worden voorkomen dat deze openingen opgevuld worden met het materiaal van het geleiderpatroon en daardoor mogelijk kortsluitingen ontstaan.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin 10 Figuur 1 schematisch een bovenaanzicht geeft van een eerste uitvoering van een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding,

Figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede toont van de programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de lijn II-II in 15 Figuur 1,

Figuur 3 schematisch een dwarsdoorsnede toont van de programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de lijnen III—III in Figuur 1,

Figuur 4 schematisch enkele maskeropeningen toont, 20 gebruikt in een aantal vervaardigingsstappen van de programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de Figuren 1 tot en met 3, de Figuren 5 tot en met 7 de programmeerbare halfgeleiderinrichting van Figuur 2 tonen tijdens verschillende stadia van zijn vervaardiging, 25 Figuur 8 schematisch een elektrisch vervangingsschema geeft van een gedeelte van een programmeerbaar halfgeleiderigeheugen, vervaardigd met programmeerbare halfgeleiderinrichtingen volgens de Figuren 1, 2 en 3, terwijl

Figuur 9 schematisch in bovenaanzicht en Figuur 10 in 30 dwarsdoorsnede langs de lijn X-X in Figuur 9 nog een andere uitvoering toont van een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding en

Figuur 11 schematisch in dwarsdoorsnede een variant toont van de inrichting volgens Figuur 10.

35 De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend waarbij ter wille van de duidelijkheid in de dwarsdoorsneden in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting sterk zijn overdreven. Halfgeleiderzones van hetzelfde geleidingstype zijn in het 800 2 6 34 * - - -. .·* *.* PHN 9739 7 algemeen in dezelfde richting gearceerd; in de verschillende uitvoeringen zijn overeenkomstige delen in de regel met dezelfde ver-wijzingscijfers, aangeduid.

Figuur 1 toont schematisch in bovenaanzicht en de figuren 5 2 en 3 tonen schematisch in dwarsdoorsnede langs de lijnen II—II en III—III van Figuur 1 een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding.

In dit voorbeeld vormt een halfgeleiderlichaam 1 een deel LhalfaeleiderlichaamJ

van een dragerlichaam. Dit' [L bevat een halfgeleidersub- 10 straat 2 van een eerste geleidingstype, bijvoorbeeld het p-type, een dikte van circa 500 micrometer en een soortelijke weerstand van ongeveer 1 ohmcentimeter (overeenkomend met een acceptordotering van circa 3.10^ atomen/cm^). Op dit halfgeleidersubstraat 2 is een n-type epitaxiale laag 3 aangegroeid met een dikte van circa 5 micrometer 15 en een soortelijke weerstand van ongeveer 1 ohmcentimeter (overeenkomend met een dotering van circa 1.10^ atomen/cm^).

In dit\V00rkee/i!Ïaakt de programmeerbare halfgeleiderinrichting deel uit van een programmeerbaar uitleesgeheugen met een kruisstangsysteem van groepen lijnen die elkaar kruisen. Een 20 lijn van een dergelijke groep, wordt in dit voorbeeld gevormd door de hoogohmige begraven zone 4 met een vierkantsweerstand van ongeveer 20 ohm per vierkant. Deze lijn vormt in dit voorbeeld de bitlijn van een programmeerbaar uitleesgeheugen.

De halfgeleiderschakelingselementen, die bijvoorbeeld 25 dioden of transistoren kunnen zijn worden in dit voorbeeld gevormd door boven de begraven zone 4 aangebracht gelijkrichtende overgangen (Schottky-dioden). Hiertoe bevat een op hetoppervlak 5 van het halfgeleiderlichaam 1 aangebrachte isolerende laag 6 van bijvoorbeeld siliciumoxyde met een dikte van circa 0,5 micrometer, een venster 7, 30 waarin een elektrode 8 is aangebracht van een materiaal dat met het laagohmige n-type epitaxiale silicium een gelijkrichtende over-gang (Schottky-overgang) vormt. In dit voorbeeld bevat de elektrode een ^atina-nikkel legering; andere geschikte materialen zijn bijvoorbeeld chroom, tantaal, palladium of aluminium.

35 Om de halfgeleiderschakelingselementen en de begraven zone 4 elektrisch te isoleren van andere elementen binnen het halfgeleiderlichaam 1, zoals bijvoorbeeld een parallel aan de begraven zone 4 verlopende soortgelijke zone met bijbehorende halfgeleider- 800 2 6 34 / -* - . . - . . . ---.Λ. .

ΡΗΝ 7939 8 schakelingselementen, bevat het halfgeleiderlichaam 1 scheidingszones 9 van het p-type, die bijvoorbeeld zijn aangebracht door middel van een diepe diffusie door de n-type epitaxiale laag 3 heen.

Het halfgeleiderschakelingselement bevindt zich ter 5 plaatse van een kruispunt van de tot een eerste groep lijnen van het kruisstangsysteem behorende begraven zone 4 en een geleider 10.

Deze geleider 10 behoort tot eën tweede groep lijnen van het kruisstangsysteem en maakt in dit voorbeeld deel uit van een woordlijn, Een opblaasbare zekering 11 is aan zijn ene uiteinde elektrisch geleidend 10 verbonden met de elektrische geleider 10. Het andere uiteinde is elektrisch geleidend verbonden met het halfgeleiderschakelingselement en wel met de elektrode 8. De opblaasbare zekering is op afstand van het dragerlichaam (het halfgeleiderlichaam 1, inclusief daarop aangebrachte passiveringslaag 6 en een nitridelaag 18) gelegen en bevindt zich vol-15 gens de uitvinding in een holle ruimte 21, waarvan de wand tegenover het schakelingselement een overbruggend deel 12 van de kruisende geleider 10 tussen twee van de geleider 10 deel uitmakende steundelen 13 bevat.

Delen 22 van de andere wanden worden gevormd door een laag 20 20 van beschermend materiaal· zoals glas of siliciumoxyde die in dit voorbeeld is aangebracht over de geleider 10 en naastgelegen delen van het dragerlichaam.De doorbrandbare zekering 11 bevat in dit voorbeeld een geleidende strook van nikkel-chroom met een dikte van circa 0,08 micrometer. Op de isolerende laag 6 zijn in dit voorbeeld stroken 17 25 van geleidend materiaal, bijvoorbeeld aluminium aangebracht die ten opzichte van de elektrische geleiders 10 elektrisch geïsoleerd zijn door middel van de laag 18 van siliciumnitride. Een dergelijke strook is in het geval van een programmeerbaar uitleesgeheugen op regelmatige afstand via contactgaten 19 gecontacteerd met de begraven 30 zone 4 en verlaagt in dit voorbeeld de serie-weerstand in de bitlijn.

Wanneer nu bijvoorbeeld in een programmeerbaar uitleesgeheugen met behulp van adresserings- en zonodig versterkerschakelingen een positieve elektrische spanning tussen de geleider 10 en de begraven zone 4 wordt aangelegd gaat door de geleider 10, de opblaasbare 35 zekering 11 via de elektrode 8 en de epitaxiale laag 3 een stroom naar de begraven laag 4 lopen. Als deze stroom een voldoend hoge waarde bezit zal ten gevolge van warmteontwikkeling de zekering 11 smelten en wordt de verbinding tussen de geleider 10 van het kruisstangsysteem 800 2 6 34 * · * . . ·ζ PHN 9739 9 en de elektrode 8 blijvend verbroken. Op deze wijze kan een dergelijk uitleesgeheugen worden ingelezen (geprogrammeerd)

Doordat de zekering zich binnen de holle ruimte 21 bevindt is de warmteafvoer van de zekering 11 zeer gering, hetgeen tot een zeer 5 korte inschrijftijd leidt. Bovendien kan het gesmolten materiaal van de strook 11 niet op andere delen van de inrichting buiten de holte 21 terechtkomen en daar kortsluiting of beschadiging veroorzaken.

Het schakelingselement, in dit voorbeeld een Schottky-diode bevindt zich geheel onder de geleider 10} hierdoor kan een hoge 10 bitdichtheid worden bereikt. Ook verhoogt de toepassing van Schottky-dioden in de getoonde inrichting met name de uitleessnelheid van een uitleesbaar halfgeleidergeheugen waarin een dergelijke inrichting wordt toegepast.

De begraven zone 4 maakt in dit voorbeeld deel uit van een 15 bitlijn van een programmeerbaar uitleesgeheugen. Deze zone zal in het algemeen hooggedoteerd zijn, maar toch nog enige weerstand hebben.

Om de responsietijd van deze lijn te verlagen is deze regelmatige afstanden gecontacteerd met een strook 17 van geleidend materiaal, die op het oppervlak 5 van het halfgeleiderlichaam 1 is aangebracht 20 en in dit voorbeeld evenwijdig aan deze zone 4 verloopt. Hierdoor wordt een parallelle stroomweg geïntroduceerd die de responsietijd verlaagt.

De strook 17 heeft ook voordelen bij het programmeren.

Figuur· 8toont schematisch een deel van een bitlijn i met daarbij behorende halfgeleiderschakelingselementen, in dit voor-25 beeld Schottky-dioden Dil ... Di8. Deze dioden zijn doormiddel van doorbrandbare zekeringen Fil ...Fi8 verbonden met woordlijnen W1 ...W8.

De bitlijn i wordt in het onderhavige voorbeeld gevormd door een begraven zone 4. Deze hééft echter een zekere verdeelde serieweerstand, in figuur 8 schematisch aangegeven met de weerstandjes R. Voor het 30 opblazen van bijvoorbeeld de zekering Fi6 zal de stroom door deze zekering en de diode Di6 voldoende hoog moeten zijn om doorblazen te bewerkstelligen. Bij het ontbreken van de parallelle geleider 17 geldt voor deze stroom, bij een aangelegde spanning V: v . V-VD 1 “-VD . .

35 i = - = — (-) = 1 5 R 5 R 0 waarin V: aangelegde spanning 80 0 2 6 34 PHN 9739 10

* - * * ... .·· VriW

Vp : voorwaartsspanning van de diode R : gemiddelde serieweerstand in de zone 4 tussen 2 opeenvolgende kruispunten.

Wanneer de parallelgeleider 17, waarvan de weerstand praktisch 5 verwaarloosd kan worden wel is aangesloten bijvoorbeeld ter plaatse van Di.4 en Di8 geldt echter: . V-UD V-VD ' 1 = --+-=--= 5i

2R 2R R

10

Hiermee is aangetoond dat het aanbrengen van een dergelijke parallelgeleider aanleiding geeft tot hogere stromen bij eenzelfde aangelegde spanning, waardoor de zekering sneller zal smelten en dus de inleestijd wordt verkort.

De vervaardiging van een programmeerbare halfgeleider-15 inrichting volgens de Figuren 1 tot en met 3 zal nu worden toegelicht aan de hand van de Figuren 4 tot en met 7, waarbij Figuur 4 schematisch de gebruikte maskeropendngen in een aantal vervaardigingsstappen weergeeft, terwijl de Figuren 5 tot en met 7 de inrichting van Figuur 2 tonen in verschillende stadia van zijn vervaardiging.

Uitgegaan wordt van een p-type substraat 2 met een soortelijke weerstand van 1 ohmcentimeter en een dikte van circa 500 micrometer.

Hierin wordt op algemeen gebruikelijke wijze een begraven zone 4 van het n-type aangebracht (met een vierkantsweerstand van circa 20 ohm per vier-2g kant). Daarna wordt een epitaxiale laag 3 met een dikte van circa 5 micrometer en een soortelijke weerstand van ongeveer 1 ohmcentimeter aangegroeid. Vervolgens worden, eveneens op algemeen bekende wijze schei-dingszones 9 door middel van diffusie aangebracht. Nadat het oppervlak 5 van de aldus verkregen inrichting eventueel is gereinigd (onder andere 3q het verwijderen van bij vorige stappen aangegroeide oxydelagen) wordt over het gehele oppervlak 5 een laag 6 van isolerend materiaal, bijvoorbeeld siliciumoxyde aangebracht, waarin vervolgens contactvensters 7 worden geëtst. In deze vensters wordt een dunne laag 8 (circa 0,1 micrometer) van platina-nikkel aangebracht, dat met het onderliggende 35 hoogohmige silicium een Schottky-overgang vnrmt. Andere geschikte materialen zijn bijvoorbeeld palledium, chroom of tantaal. Deze laag 8 mag enigszins over de rand van het venster 7 uitsteken; het aanbrengen van de laag 8 is derhalve niet kritisch. Desgewenst kan over de laag 8 een 800 2 6 34

β I

. ~ . . f9 -λ. a.

ΡΗΝ 9739 11 dunne titaan-wolfraam-laag worden aangebracht om een goede contactering met de zekering te verkrijgen. Eveneens worden op de isolerende laag 6 op algemeen bekende wijzen geleidende sporen 17 van bijvoorbeeld aluminium aangebracht. Teneinde deze sporen in een grotere configuratie van 5 meerdere elementen op regelmatige afstanden met de halfgeleiderschake-lingselementen te kunnen contacteren worden daarbij in de laag 6 tege-• lijk met het aanbrengen van vensters 7 contactvensters 19 (zie Figuur 1). aangebracht die tijdens het vervaardigen van de elektroden 8 zonodig worden afgedekt. Hiermee is de configuratie volgens Figuur 5 verkregen.

10 Vervolgens wordt de aldus verkregen inrichting bedekt met een laag 18 van siliciumnitride met een dikte van ongeveer 0,7 micrometer bijvoorbeeld door middel van plasmadepositie. Deze laag 18 wordt langs fotolithografische weg voorzien van een venster 23, waardoor delen van de elektrode 8 en de isolerende laag 6 bloot komen te liggen. Vervolgens 15 wordt de gehele inrichting bedekt met een circa 0,3 micrometer dikke laag 24 van aluminium waarin langs fotolithografische weg een venster 28 (zie Figuur 4) wordt aangebracht. In een volgende stap wordt een opblaasbare zekering 11 gevormd door het neerslaan van een ongeveer 0,08 micrometer dikke laag nikkel-chroom die vervolgens langs fotolithografische weg in patroon geëtst wordt met behulp van een verdunde zoutzuuroplossing.

Het resterende nikkel-chroom is in dit voorbeeld een strookvormige rechthoek 11 die geheel binnen het venster 23 is gelegen (zie Figuur 4), en door een deel van het venster 28 heen de elektrode 8 contacteert. In de vorm van de zekering 11 zijn uiteraard variaties mogelijk. Vervolgens 20 wordt een laag 25 van aluminium met een dikte van circa 0,7 micrometer aangebracht. Het geheel wordt voorzien van de fotoresistlaag 26 waarin langs fotolithografische weg vensters 27 worden gedefinieerd ter plaatse van aan te brengen steundelen. Hiermee is de configuratie volgens Figuur 6 verkregen.

30 Met de fotoresistlaag 26 als masker wordt ter plaatse van de vensters 27 het aluminium van de lagen 24, 25 weggeëtst in een lSi-oplos-sing van natronloog bij een temperatuur van circa 40°C, waarna de gehele inrichting voorzien wordt van een laag nikkel met een dikte van ongeveer 1 micrometer. Dit gebeurt bij voorkeur door middel van galvanisch^aan-35 groeien om kortsluitingen te voorkomen. Het is namelijk gebleken dat het aluminium van de tussenlagen 24, 25 doorgaans nog openingen, zogenaamde pinholes, kan bevatten, die bij het neerslaan van nikkel door middel van sputteren kunnen worden opgevuld met nikkel, dat bij een volgende ets- 80 0 2 6 34 PHN 9739 12 stap niet wordt aangetast en zo kortsluitingen kan veroorzaken. Door het toepassen van galvanisch aangroeien treedt de groei slechts in één richting op, waardoor kortsluitingen worden voorkomen, zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7811227 (PHN 9273) van Aanvraagster, 5 waarvan de inhoud bij referentie in deze aanvrage is opgenomen. Wel wordt vooraf een zeer dun laagje nikkel in de orde van 5 nanometer opgedampt om met name op het. siliciumoxyde 6 en siliciumnitride 18 een goede galvanische aangroeiing te verzekeren. Deze laag is echter te dun om de genoemde kortsluiting te doen ontstaan.

10 Uit de aldus opgebrachte laag nikkel worden vervolgens door middel van fotolithografische etstechnieken de elektrische geleiders 10 geëtst met behulp van een oplossing van 10?ó salpeterzuur in water bij circa 40°C. Hiermee is de configuratie volgens Figuur 7 verkregen waarbij niet alleen onder het deel 12 van de geleider 10 maar ook buiten het 15 vlak van tekening op de laag 18 van siliciumnitride nog aluminium 24, 25 aanwezig is. Dit aluminium wordt vervolgens verwijderd in een etsbad van 1% natronloog in water bij circa 40°C. Nadat het aluminium geheel verwijderd is van het dragerlichaam wordt over het geheel een passiverings-laag 20 van glas of siliciumoxyde aangebracht door middel van bijvoor-20 beeld opdampen of andere' geschikte depositietechnieken. De geleider 10 fungeert hierbij als masker, zodat in de uiteindelijke inrichting de opblaasbare zekering 11 is ingekapseld binnen een ruimte 21, waarvan een ' ' · gedeelte 22 van de wanden gevormd wordt door de passiveringslaag 20.

Hiermee is de inrichting volgens Figuur 1 tot en met 3 verkregen.

25 In de hierboven beschreven voorkeursuitvoering maakt de (ge leidende) lijn 10 deel uit van de wand van de holle ruimte. Dit is echter niet noodzakelijk. Zo kan de lijn 10 op het oppervlak van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement aangebracht zijn. In dat geval worden na het aanbrengen van de eerste selectief etsbare hulplaag 30 24 in deze laag een eerste venster ter plaatse van de elektrode 8 van het halfgeleiderschakelingselement en een tweede venster dat een deel van de lijn 10 blootlegt, aangebracht. Vervolgens wordt door middel van fotolithografische etstechnieken uit op de eerste hulplaag aangebracht materiaal de opblaasbare zekering zodanig gedefinieerd dat zijn beide 35 uiteinden via de vensters contact maken met respectievelijk de elektrode 8 en de lijn 10. Over het geheel wordt vervolgens een tweede selectief etsbare hulplaag 25 aangebracht. Daarna worden door de beide hulplagen heen openingen aangebracht, waarna het geheel bedekt wordt met een eer- 800 2 6 34 PHN 9739 13

# V

• - --. .- v»a ste laag beschermend materiaal bijvoorbeeld siliciumoxyde. Deze laag heeft bijvoorbeeld een zodanige dikte dat de openingen in de beide hulp-lagen worden opgevuld. Vervolgens wordt deze laag zodanig in patroon geëtst dat ter plaatse van deze openingen en boven de opblaasbare zekerin-5 gen siliciumoxyde achterblijft terwijl elders de tweede hulplaag bloot komt te liggen. Daarna worden de beide hulplagen 24, 25 op analoge wij-. ze als boven beschreven, door middel van selectief etsen verwijderd. Na deze verwijderingsstap bevindt de opblaasbare zekering 11 zich op afstand van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement en ook 10 op afstand van overbruggend siliciumoxyde (vergelijkbaar met het overbruggend deel 12 in Figuur 1 tot en met 3). Het overbruggend siliciumoxyde bevindt zich tussen twee steunelementen (analoog aan de steunelementen 13 in Figuur 1 tot en met 3) eveneens van siliciumoxyde. Op niet door het oxydepatroon beschermde plaatsen worden de hulplagen 24, 25 15 verwijderd zodat hier delen van het oppervlak van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement vrij komen. Deze tussen het als masker fungerende oxydepatroon gelegen delen van het oppervlakte worden vervolgens bedekt met een tweede laag van beschermend materiaal. Wanneer deze tweede laag over een voldoende dikte wordt aangebracht, is de op-20 blaasbare zekering ingekapseld in een holle ruimte.

Vanzelfsprekend is de uitvinding niet beperkt tot de bovenstaande voorbeelden, maar zijn binnen het kader van de uitvinding voor de vakman vele variaties mogelijk. Zo kan de isolatie tussen de begraven zones 4 in plaats van door de diepe p-type zones 9 bijvoorbeeld ook 25 plaats vinden door middel van locale oxydatietechnieken, terwijl voor de schakelingselementen in plaats van Schottky-dioden ook pn-dioden of transistoren (bipolaire transistoren zowel als veldeffekttransistoren) gekozen kunnen worden.

Ook kunnen in de getoonde voorbeelden zonodig de parallelle 30 geleiders 17 worden weggelaten. In dat geval is ook de isolerende laag 18 niet nodig en worden de dragerdelen 13 direkt op de isolerende laag 6 aangebracht.

In de getoonde voorbeelden wordt het dragerlichaam gevormd door een halfgeleiderlichaam waarin de halfgeleiderschakelingselementen 35 zijn gerealiseerd. In een andere uitvoeringsvorm is het mogelijk de halfgeleiderschakelingselementen op een isolerend dragerlichaam aan te brengen bijvoorbeeld met behulp van de silicium op saffier techniek.

Zo toont bijvoorbeeld Figuur 9 een bovenaanzicht en Figuur 10 800 2 6 34 > '.-ί..

ΡΗΝ 9739 14 een dwarsdoorsnede langs de lijn X-X in Figuur 9 van een dergelijke programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding.

De inrichting 31 bevat in dit voorbeeld een dragerlichaarn 32 van isolerend materiaal, bijvoorbeeld saffier, waarop een kruisstangsy-5 steem is aangebracht van op het dragerlichaarn 32 aangebrachte geleidersporen 33 en deze geleidersporen 33 kruisende geleiders 10. Ter plaatse van de kruispunten van het kruisstangsysteem zijn op het isolerend dra-gerlichaam 32 halfgeleiderschakelingselementen aangebracht, in dit voorbeeld dioden met p-type zones 34 en n-type zones 35. De geleiders 10 over-10 bruggen de dioden en worden ter plaatse van steundelen 13 ondersteund.

De geleidersporen 33, die bijvoorbeeld weer bitlijnen van een programmeerbaar uitleesgeheugen vormen worden aan het oppervlak 5 van de dioden via contacten 38 en in een de dioden beschermende isolerende laag 6 aangebrachte vensters 37 gecontacteerd met de p-type zones 34. Elektro-15 den 8 contacteren via contactvensters 7 de n-type zones 35. Onder de geleiders 10 bevindt zich weer een opblaasbare zekering 11, die in dit voorbeeld de geleider 10 verbindt met de elektrode 8 en zich over een deel van zijn lengte los van het dragerlichaarn 32 en het halfgeleider-schakelingselement en ook los van de geleider 10 uitstrekt. Het halfge-20 leiderschakelingselement (diode) bevindt zich onder een overbruggend deel 12 tussen twee steundelen 13 van de geleider 10. Uiteraard kunnen zich onder één overbruggend deel 12 meerdere dioden bevinden. Het geheel is weer bedekt met een· passiveringslaag 20, zodat de opblaasbare zekering 11. zich in een holle ruimte 21 bevindt. Bij vervaardiging van het kruisstang-25 systeem volgens de methode, beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7811227 worden de geleiders 10 ondersteund door dragerdelen 36 van aluminium dat geleidend verbonden is met de geleiders 10. In een dergelijke inrichting is het ook mogelijk de doorbrandbare zekering 11 via het dragerdeel 36 elektrisch geleidend met de geleider 10 te verbinden. Fi-30 guur 11 toont een dwarsdoorsnede van een dergelijke inrichting; de ver-wijzingscijfers hebben hier weer dezelfde betekenis als die in Figuur 10.

35 800 2 6 34

Claims (16)

1. Programmeerbare halfgeleiderinrichting bevattende een drager-lichaam met ten minste een eerste lijn en ten minste een door middel van een opblaasbare zekering met de lijn verbonden halfgeleiderschakelings-element, waarbij de doorbrandbare zekering althans over een deel van 5 zijn lengte of afstand van het dragerlichaam of het halfgeleiderschake-lingselement is gelegen, met het kenmerk dat de opblaasbare zekering zich bevindt in een holle ruimte, die zich bevindt in materiaal dat over het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement is aangebracht, terwijl de opblaasbare zekering zich over een deel van zijn 10 lengte los van wanden, die de holle ruimte omgeven, uitstrekt.

2. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de eerste lijn een geleider bevat die deel uitmaakt van de wand van de holle ruimte tegenover het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement en de andere wanden althans gedeeltelijk door beschermend materiaal worden gevormd welk beschermend materiaal over naast de geleider gelegen delen van het dragerlichaam of het halfgeleiderschakelingselement is aangebracht.

3. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de opblaasbare zekering een geleidende 20 strook uit een of meer van de materialen nikkel of chroom bevat.

4. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk dat de eerste lijn deel uit- ; 'maakt van een'eerste· groep lijnen die met een tweede groep lijnen, die de eerste groep lijnen kruist, een kruisstangsysteem vormt, waarbij 25 de eerste lijn ter plaatse van een kruispunt van het kruisstangsysteem door middel van de opblaasbare zekering en het halfgeleiderschakelingselement verbonden is met een lijn van de tweede groep.

5. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens een der vorige conclusies, met het kenmerk dat het dragerlichaam een halfgeleider- •30 lichaam bevat waarin het halfgeleiderschakelingselement is gerealiseerd.

6. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de eerste groep lijnen ten minste een in het halfgeleiderlichaam begraven zone bevat.

7. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 6, 35 met het kenmerk dat de begraven zone op regelmatige afstanden gecontacteerd is met een op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam gelegen strook van elektrisch geleidend materiaal.

8. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 7, ... 800 2 6 34 - . . *- .... -.-v.·*.. PHN 9739 16 met het kenmerk dat de strook van elektrisch geleidend materiaal praktisch evenwijdig aan de begraven zone verloopt.

9. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens één der conclusies 5 tot en met 8, met het kenmerk dat de halfgeleiderschakelings- 5 elementen dioden bevatten met een gelijkrichtende overgang tussen een laag gedoteerde halfgeleiderzone boven de begraven zone en een de laag-gedoteerde halfgeleiderzone contacterende elektrode.

10. Programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de elektrode een metaal uit de groep platina, nikkel, 10 palladium, chroom, tantaal en aluminium bevat.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van een programmeerbare halfgeleiderinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 10, met het kenmerk dat uitgegaan wordt van een dragerlichaam met aan een oppervlak ten minste een eerste lijn en ten minste een halfgeleider- 15 schakelingselement dat van een elektrode is voorzien of elektrisch geleidend met een contactlaag is verbonden, waarbij het geheel bedekt wordt met een eerste hulplaag, waarin een eerste venster, dat althans een deel van de elektrode of de contactlaag vrijlaat en een tweede venster dat althans een deel van de eerste lijn vrijlaat, worden aan-20 gebracht, waarna op de eerste hulplaag en ten minste in het eerste en tweede venster een opblaasbare zekering wordt aangebracht die de eerste lijn met het halfgeleiderschakelingselement verbindt, waarna het geheel ..· bedekt wordt met een tweede hulplaag en door de eerste en tweede iworderv hulplaag heen openingenvgevdrmd, waarna een eerste laag van beschermend 25 materiaal wordt aangebracht en in patroon gebracht waarbij tenminste ter plaatse van de opblaasbare zekering en in de openingen beschermend materiaal achterblijft, waarna met dit patroon als masker de beide hulplagen selektief worden verwijderd, waarbij het materiaal van de eerste hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen 30 van het dragerlichaam, de eerste lijn, de elektrode of de contactlaag en de opblaasbare zekering, het beschermend materiaal en althans voorzover door de eerste hulplaag bedekt, het materiaal van het halfgeleiderschakelingselement en waarbij het materiaal van de tweede hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van het beschermend materiaal en 35 het materiaal van de opblaasbare zekering, door welke behandeling zowel in de openingen als ter plaatse van de opblaasbare zekering op afstand van de zekering beschermend materiaal achterblijft, waarna ten minste het deel van het oppervlak dat niet beschermd wordt door 800 2 6 34 * » * ΡΗΝ 9739 17 * - - .. -λ-.η het patroon uit de eerste laag van beschermend materiaal voorzien u/ordt van een tweede laag van beschermend materiaal waarbij een holle ruimte achterblijft, waarin zich de opblaasbare zekering bevindt terwijl wanden van de holle ruimte beschermend materiaal bevatten van de eerste 5 en tweede laag van beschermend materiaal.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat voor de beide lagen van beschermend materiaal hetzelfde materiaal wordt gebruikt.

13. Werkwijze voor het vervaardigen van een programmeerbare 10 halfgeleiderinrichting volgens êên der conclusies 2 tot en met 10, met het kenmerk dat uitgegaan wordt van een dragerlichaam met aan een oppervlak ten minste een halfgeleiderschakelingselement dat van een elektrode 13 voorzien of elektrisch geleidend met een contactlaag is verbonden, waarbij het geheel bedekt wordt met een eerste hulplaag 15 waarin een venster wordt aangebracht dat althans een deel van de elektrode of de contactlaag vrijlaat, waarna op de eerste hulplaag en ten minste in het venster een opblaasbare zekering wordt aangebracht, zodanig dat ter plaatse van het venster een eerste uiteinde van de opblaasbare zekering wordt gedefinieerd, waarna het geheel bedekt 20 wordt met een tweede hulplaag en door de eerste en tweede hulplaag heen openingen worden gevormd, welke openingen althans gedeeltelijk samenvallen met een tweede uiteinde van de opblaasbare zekering waar-'*· · na ten minste'ter plaatse van de opblaasbare zekering en in de openingen een geleiderpatroon wordt aangebracht, waarna met dit patroon als masker 25 de beide hulplagen selektief worden verwijderd, waarbij het materiaal van de eerste hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen van het dragerlichaam, de elektrode of de contactlaag, de opblaasbare zekering en het geleiderpatroon en althans voor zover door de eerste hulplaag bedekt het materiaal van het halfgeleiderschakelings-30 element en waarbij het materiaal van de tweede hulplaag selektief etsbaar is ten opzichte van de materialen van het geleiderpatroon en de opblaasbare zekering door welke behandeling ter plaatse van de opblaasbare zekering en op afstand daarvan een geleider achterblijft en in de opening steunelementen van de geleider achterblijven waarna 35 ten minste het deel van het oppervlak dat niet beschermd wordt door het geleiderpatroon voorzien wordt van een laag beschermend materiaal zodat een holle ruimte ontstaat waarin zich de opblaasbare zekering bevindt die het halfgeleiderschakelingselement met de elektrische 800 2 6 34 ΡΗΝ 9739 18 ✓ ·\ ' * * - „ · 1C νψ%·* geleider verbindt, welke geleider tot een lijn van de programmeerbare halfgeleiderinrichtinq behoort en waarbij de wanden van de holle ruimte gevormd worden door de geleider en delen van de laag van beschermend materiaal.

14. Werkwijze volgens conclusie 11, 12 of 13, met het kenmerk dat voor de eerste hulplaag en de tweede hulplaag hetzelfde materiaal • ·. ·.· wordt gebruikt. ... . . .

15. Werkwijze volgens êên der conclusies 13 of 14, met het kenmerk dat het materiaal van het geleiderpatroon door middel W van galvanisch aangroeien wordt aangebracht.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk dat vóór het aanbrengen van het materiaal van het geleiderpatroon door middel van galvanisch aangroeien eerst een dun laagje van het aan te groeien materiaal wordt neergeslagen. 15 20 25 30 35 800 2 6 34