DE1196295B - Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung - Google Patents

Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung

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DE1196295B
DE1196295B DET17835A DET0017835A DE1196295B DE 1196295 B DE1196295 B DE 1196295B DE T17835 A DET17835 A DE T17835A DE T0017835 A DET0017835 A DE T0017835A DE 1196295 B DE1196295 B DE 1196295B
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Germany
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semiconductor
circuit elements
circuit
circuit arrangement
transistors
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DET17835A
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English (en)
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Jack St Clair Kilby
Richard Frank Stewart
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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Publication date
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
int. α.:
Nummer:
Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
T17835 VIII c/21g 5. Februar 1960 8. JuU 1965
Anmelder:
Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex. (V. St. A.) Vertreter:
Dipl.-Ing E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte, München-Pasing, Ernsbergerstr. 19
Als Erfinder benannt: Jack St. Clair Kilby, Dallas, Tex.; Richard Frank Stewart, Richardson, Tex. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Februar 1959 (791602), vom 12. Februar 1959 (792 840)
Mikrominiaturisierte, integrierte
Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrominia- Halbleiterschaltungsanordnung
tunsierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterplättchen mit Zonen unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit, in welchem oder auf welchem zwei 5 oder mehrere verschiedenartige aktive und/oder passive Schaltungselemente derart gebildet sind, daß sie durch das Halbleitermaterial hindurch wenigstens teilweise voneinander elektrisch getrennt sind, und welche ohmsche Kontakte aufweisen, die miteinander io leitend verbunden sind.
Zur Miniaturisierung von Schaltungsanordnungen
ist bereits der theoretische Vorschlag bekannt, einen
Siliziumblock so zu dotieren und zu formen, daß er
vier normalen Transistoren und vier Widerständen 15
äquivalent ist, wobei den Transistoren zwei Emitterzonen und zwei Kollektorzonen gemeinsam sind.
Weitere Widerstände und Kondensatoren sind unter
Einfügung von isolierenden Schichten in Form von
Filmen unmittelbar so auf dem Siliziumblock ge- 20
bildet, daß alle Schaltungselemente zusammen einen
Multivibrator bilden. Zu diesem Zweck sind parallel
zu der Ober- und Unterseite des Siliziumblocks zwei
pn-Übergänge gebildet, die sich zu den Seitenflächen
des Blocks erstrecken. Zur gegenseitigen Trennung 25 ^
der einzelnen Transistoren und Widerstände sind *
Durchbohrungen von den Seitenflächen her quer Herstellungsschritte in getrennter Form vorliegen, durch den Block sowie verschiedene Einschnitte ge- was die Handhabung sehr erschwert. Der Miniaturibildet, so daß schließlich die vier Ecken des Blocks sierung sind dadurch Grenzen gesetzt, und die Anje einen Transistor darstellen, deren Kollektor- und 30 wendung automatisierter Massenfertigungsverfahren Emitterzonen zum Teil durch stehengebliebene ist weitgehend unmöglich. Insbesondere ist eine Siliziumbrücken verbunden sind, welche die Rolle große Zahl sehr verschiedenartiger Herstellungsvon Widerständen bilden. Zur Vervollständigung der schritte erforderlich, die zum großen Teil nicht mit-Schaltung sind Kontakte an den verschiedenen einander verträglich sind, was besondere Schutzmaß-Flächen des Blocks einschließlich den Seitenflächen 35 nahmen erfordert. Schließlich ist auch die mechasowie Verbindungsleiter zu den aufgebrachten film- nische und elektrische Festigkeit durch die erforderförmigen Schaltungselementen angebracht. liehen Einschnitte und Durchbohrungen sehr beein-
Die Schaltungselemente dieses geplanten Multi- trächtigt.
vibrators sind in dem Siliziumblock in dem Sinne Im übrigen stellt dieses vorbeschriebene Gebilde
dreidimensional angeordnet, daß sowohl zu ihrer 40 eine ganz bestimmte elektronische Schaltung, näm-Herstellung als auch bei der Verwendung alle Seiten lieh einen Multivibrator mit vier in bestimmter Weise des Siliziumblocks zugänglich sein müssen. Die an verbundenen Transistoren dar, und es ist nicht ohne den Seitenflächen vorzunehmenden mechanischen weiteres möglich, dieses Gebilde so abzuändern oder Bearbeitungsmaßnahmen zur Herstellung der Ein- aufzubauen, daß es beliebige andere Schaltungsschnitte und Durchbohrungen setzen eine gewisse 45 funktionen ausüben kann. Die Anwendungsmöglich-Mindesthöhe des Blocks voraus, da sonst die Anfor- keiten dieses Gebildes sind daher auf einen engen Bederungen an die Genauigkeit zu groß werden. Dies reich begrenzt.
gilt auch für das Anbringen der Kontakte, das zum Es ist andererseits bekannt, eine Anzahl von Tran-
Teil an diesen Seitenflächen erforderlich ist, weil sistoren in einer im wesentlichen ebenen Anordnung einige Halbleiterzonen, nämlich die Basiszonen der 50 an der gleichen Fläche eines Halbleiterplättchens Transistoren, nur von dort aus zugänglich sind. gleichzeitig zu bilden und anschließend die Tran-Ferner müssen die Siliziumblöcke während dieser sistoren durch Zerteilen des Halbleiterplättchens von-
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3 4
einander zu trennen. Dieses Verfahren soll die liebigen elektronischen Schaltung auf diese Weise geMassenherstellung von gleichartigen Schaltungsele- bildet werden können. Soweit es erwünscht und mögmenten erleichtern; eine schaltungsmäßige Verbin- lieh ist, können die Schaltungselemente im Halbleiterdung der Transistoren im zusammenhängenden Zu- material direkt miteinander schaltungsmäßig verstand oder gar die Bildung von andersartigen aktiven 5 bunden sein; im übrigen können die an der gleichen oder passiven Schaltungselementen in dem gleichen Fläche und gegebenenfalls auch an der gegenüber-Halbleiterplättchen ist dabei aber nicht vorgesehen. liegenden Fläche liegenden ohmschen Kontakte
Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die leicht zur Bildung jeder gewünschten Schaltung mit-Schaffung einer Halbleiterschaltungsanordnung der einander verbunden werden. Gemäß einer bevoreingangs angegebenen Art, welche mit einer verhält- io zugten Ausführungsform der Erfindung geschieht nismäßig kleinen Zahl von weitgehend miteinander dies dadurch, daß wenigstens ein Teil der ohmschen verträglichen Verfahrensschritten hergestellt werden Kontakte durch elektrisch leitendes Material miteinkann, die sich besonders auch für eine automatisierte ander verbunden ist, das auf der gleichen Fläche des Massenfertigung eignen, praktisch keinen Einschrän- Plättchens wenigstens zwischen den miteinander verkungen hinsichtlich der Zahl und Art der Halbleiter- 15 bundenen Kontakten auf Isoliermaterial aufgebracht schaltungselemente sowie deren Verbindung zu elek- ist. Diese Maßnahme ist zwar zur Verbindung der ironischen Schaltungen jeder beliebigen Art unter- Emitter- und Basiselektroden eines Transistors mit worfen ist und bei äußerst kleinen Abmessungen eine einer gedruckten Schaltung bzw. zur gegenseitigen gute mechanische und elektrische Festigkeit und eine Verbindung von mehreren Emitterzonen eines große Betriebssicherheit aufweist. 20 Silizium-Leistungstransistors an sich bereits bekannt,
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, jedoch noch nicht zum schaltungsmäßigen Verbinden daß alle Schaltungselemente einer elektrischen von beliebigen, an der gleichen Fläche eines HaIb-Funktionseinheit in einer im wesentlichen zweidimen- leiterplättchens gebildeten Schaltungselementen ansionalen ebenen Anordnung an der gleichen Fläche gewendet worden.
des Halbleiterplättchens wenigstens zum Teil in 25 Für die Bildung von Schaltungselementen verdiesem angeordnet sind. schiedener Art und Größe in der erforderlichen An-
Die nach der Erfindung ausgeführte Halbleiter- Ordnung an der einen Fläche des Halbleiterplättchens schaltungsanordnung hat die Grundform eines Platt- ist eine geeignete Formgebung wesentlich. Durch die chens, also eines Körpers mit zwei im wesentlichen Formgebung wird es möglich, die erforderliche gegenparallelen Flächen, deren Abmessungen groß gegen 30 seitige Isolation zwischen verschiedenen Sehaltungsdie Dicke des Plättchens sind, und alle in oder auf elementen herzustellen und die Bereiche zu definieren, dem Halbleiterplättchen gebildeten Schaltungsele- die von bestimmten Schaltungselementen eingenommente sind an der gleichen Fläche so angeordnet, men werden. Zu der Formgebung gehören eine gedaß sie eine im wesentlichen ebene zweidimensionale eignete geometrische Ausgangsform des Halbleiter-Anordnung bilden. Herstellungstechnisch ergibt dies 35 plättchens, beispielsweise lang und schmal, L-förmig, den Vorteil, daß die zur Bildung der Schaltungsele- U-förmig usw.; ein Entfernen von Teilen des HaIbmente, der ohmschen Kontakte und der Verbin- leitermaterials, eine stellenweise Umwandlung von düngen erforderlichen Verfahrensmaßnahmen im we- eigenleitendem Halbleitermaterial durch Eindiffunsentlichen an der gleichen Fläche des Halbleiter- dieren von Störstoffen in der Weise, daß niederohmige plättchens durchgeführt werden können; insbesondere 4° Stromwege entstehen, und eine stellenweise Umwandist es nicht erforderlich, daß die Seitenflächen des lung von Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps Plättchens zugänglich sind. Die Handhabung wird in Halbleitermaterial des entgegengesetzten Leitfähigdadurch wesentlich erleichtert. Außerdem können keitstyps in der Weise, daß der entstehende pn-Übergleichartige Verfahrensmaßnahmen für mehrere gang als Sperre für den Stromfluß wirkt. In jedem gleiche oder verschiedene Schaltungselemente gleich- 45 Fall wird durch die Formgebung erreicht, daß Wege zeitig durchgeführt werden, wodurch die Anzahl der für den Stromfluß gebildet und/oder abgegrenzt wererforderlichen Verfahrensschritte weitgehend verrin- den. Dadurch wird die Bildung mehrerer verschiedengert wird. Die Bearbeitung und Behandlung von ge- artiger Schaltungselemente in einem einzigen HaIbgebenenfalls in größerer Zahl noch zusammenhän- leiterplättchen in einer im wesentlichen planaren genden HalHeiterplättchen von einer einzigen Ar- 5° Form möglich. Beispielsweise kann von einem HaIbbeitsfläche aus eignet sich besonders gut für eine leiterplättchen eines bestimmten Leitfähigkeitstyps automatisierte Massenfertigung mit großer Präzision, ausgegangen werden, in dem dann durch Diffusion guter Reproduzierbarkeit and geringem Ausschuß. Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet Insbesondere können die meisten Herstellungsstufen werden, die von dem Hauptteil des Halbleitermaterials mit einer kleinen Anzahl besonders gut miteinander 55 oder voneinander durch die entstehenden pn-Überverträglicher Verfahrensmaßnahmen, wie Maskieren, gänge abgegrenzt sind. Dadurch können Schaltungs-Ätzen, Diffusion, Aufdampfen usw., durchgeführt elemente in der gewünschten Gestalt und gegenwerden, seitigen Lage in dem Halbleiterplättchen an der glei-
Die integrierte Halbleiterschaltungsanordnung kann chen Fläche geformt werden.
auf diese Weise mit sehr kleinen Abmessungen, ins- 60 Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beibesondere sehr geringer Dicke, und dennoch guter spielshalber erläutert. Darin zeigen
mechanischer und elektrischer Festigkeit und Zuver- . Fig. 1 bis 5a schematisch Beispiele verschiedener lässigkeit gefertigt werden. Schaltungselemente, die in einer nach der Erfindung
Hinsichtlich der Zahl und Art der in der zwei- ausgeführten mikrominiaturisierten, integrierten HaIbdimensionalen Anordnung an der gleichen Haupt- 65 leiterschaltungsanordnung enthalten sein können,
fläche des Plättchens nebeneinander angeordneten F i g. 6 a schematisch eine nach der Erfindung aus-
Schaltungselemente besteht praktisch keine Ein- geführte mikrominiaturisierte, integrierte Multivibraschränkung, so daß die Schaltungselemente jeder be- torschaltung,
5 6
Fig. 6b das Schaltbild der Multivibratorschaltung Steuerung der Dotierung oder der Störstoffkonzen-
von Fig. 6a in der gleichen räumlichen Anordnung, tration in der η-Zone 10 b niedrigere und nahezu
Fig. 7 das Schaltbild der Multivibratorschaltung konstante Temperaturkoeffizienten für den Wider-
von F i g. 6 a in gebräuchlicher Darstellung, stand zu erzeugen. Es ist offensichtlich, daß der Kör-
Fig. 8a schematisch einen nach der Erfindung 5 per 10α ebensogut η-Leitfähigkeit und die Zone 10b
ausgeführten mikrominiaturisierten, integrierten Pha- p-Leitfähigkeit besitzen könnten,
senschieberoszillator, Kondensatoranordnungen können durch Ausnut-
Fig. 8b das Schaltbild der Anordnung von zung der Kapazität eines pn-Übergangs gebildet wer-
F i g. 8 a in der gleichen räumlichen Anordnung und den, wie in F i g. 2 gezeigt ist. Ein Halbleiterplättchen
Fig. 8c das Schaltbild des Phasenschieberoszil- io 15 mit p-Leitfähigkeit enthält eine durch Diffusion
lators von F i g. 8 a in gebräuchlicher Darstellung. gebildete n-Schicht 16. Ohmsche Kontakte 17 sind an
In F ig. Ibis 5 sind Schaltungselemente dargestellt, entgegengesetzten Seiten der Platte 15 angebracht, die in einem Körper aus Halbleitermaterial gebildet Die Kapazität eines durch Diffusion gebildeten Übersein können. Der Körper besteht aus einkristallinem gangs ist gegeben durch:
Halbleitermaterial, wie Germanium, Silizium, oder 15 t
einer intermetallischen Legierung, wie Galliumarsenid, I α · α Ϋ
Aluminiumantimonid, Indiumantimonid od. dgl. C = A-S I—^—— J
In Fig. 1 ist dargestellt, wie ein Widerstand in \ιΙεν j
einem einkristallinen Halbleiterkörper gebildet sein
kann. Der Widerstand ist ein Massewiderstand mit 20 Darin ist A die Fläche des Übergangs in Quadrateinem Körper 10 aus Halbleitermaterial des Leit- Zentimeter, ε die Dielektrizitätskonstante, q die elekfähigkeitstyps η oder p. Elektroden 11 und 12 sind mit ironische Ladung, α der Störstoff-Dichtegradient und ohmschen Kontakt an einer Oberfläche des Körpers V die angelegte Spannung.
10 in solchem Abstand voneinander angebracht, daß F i g. 2 a zeigt eine andere Möglichkeit der Bildung
der gewünschte Widerstandswert erreicht wird. Ein 25 eines Kondensators in einem Körper aus einem einohmscher Kontakt besitzt bekanntlich Symmetrie und kristallinen Halbleitermaterial. Ein Körper 15 a aus Linearität im Widerstandsverhalten, so daß der Strom Halbleitermaterial entweder mit n- oder p-Leitfähigin jeder Richtung hindurchfließen kann. Wenn zwei keit bildet eine Belegung des Kondensators. Auf den Widerstände miteinander verbunden werden sollen, Körper 15 α ist eine dielektrische Schicht 18 für den ist es nicht notwendig, getrennte Anschlüsse für den 30 Kondensator aufgedampft. Es ist notwendig, daß die gemeinsamen Punkt zu schaffen. Der Widerstand Schicht 18 eine geeignete Dielektrizitätskonstante bekann berechnet werden aus sitzt und in Berührung mit dem Halbleiterkörper 15 a
inert ist. Es wurde gefunden, daß Siliziumoxyd ein
„ _ L^ geeignetes Material für die dielektrische Schicht 18
~ A' 35 ist, das durch Aufdampfen oder thermische Oxydation
auf den Körper 15 a aufgebracht werden kann. Die
Darin ist L die aktive Länge in Zentimeter, A die Platte 19 bildet den anderen Kondensatorbelag; sie Querschnittsfläche und ρ der spezifische Widerstand ist durch Aufdampfen eines leitenden Materials auf des Halbleitermaterials in Ohm · cm. die Schicht 18 geschaffen. Für die Platte 19 haben
In Fig. la ist eine andere Möglichkeit der Bildung 40 sich Gold und Aluminium als geeignet erwiesen. An eines Widerstands in einem Körper aus Halbleiter- dem Halbleiterkörper 15 a ist ein ohmscher Kontakt material gezeigt. In diesem Fall ist in dem Körper 10a 17a angebracht, und der Anschluß an der Platte 19 aus Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps ρ eine kann durch irgendeinen geeigneten elektrischen Konn-Zone 10 b gebildet. Dann besteht zwischen dem takt hergestellt werden. Es wurde gefunden, daß die Körper 10α und der Zone 10δ ein pn-übergang. Die 45 nach Fig. 2a gebildeten Kondensatoren sehr viel Elektroden 11 α und 12a sind an einer Oberfläche der stabilere Eigenschaften zeigen als die in Fig. 2 geZone 10 & in solchem Abstand angeordnet, daß der zeigten pn-Übergangskondensatoren.
erwünschte Widerstandswert erreicht wird. Wie in Ein nach Fig. 2 hergestellter Kondensator ist
Fig. 1 stehen die Elektroden lla und 12 a in ohm- gleichzeitig eine Diode und muß deshalb in derSchalschem Kontakt mit der Zone 10b. Bei dem in Fig. la 50 tung geeignet vorgespannt werden. Nicht vorgespannte dargestellten Widerstand bildet der pn-übergang eine Kondensatoren können dadurch hergestellt werden, Sperre für den Stromfluß von der n-Zone 10 & zu dem daß solche Übergänge gegensinnig aufeinandergelegt p-Körper 10 a; dadurch ist der Stromfluß auf einen werden. Derartige Übergangskondensatoren besitzen Weg in der n-Zone 10 & zwischen den dort befind- zwar eine merkliche Spannungsabhängigkeit, doch liehen Elektroden beschränkt. Ferner kann der Ge- 55 macht sich diese bei niedrigen Spannungen in der samtwiderstandswert in weiten Grenzen beliebig ein- nicht vorgespannten Anordnung nur in geringem gestellt werden. Der Gesamtwiderstandswert kann Maße bemerkbar.
beispielsweise leicht durch Ätzen der gesamten Ober- Widerstands- und Kondensatoranordnungen kön-
fläche beeinflußt werden, wodurch der oberste Ab- nen zu einer .RC-Sehaltung mit verteilten Elementen schnitt der n-Zone 10 b entfernt wird. Dabei muß 6° kombiniert werden. Eine solche Schaltung ist in sehr sorgfältig gearbeitet werden, damit nicht durch F i g. 3 gezeigt. Ein Plättchen 20 mit p-Leitfähigkeit den pn-übergang hindurchgeätzt wird. Wahlweise enthält eine Schicht 21 mit η-Leitfähigkeit. An der kann auch an bestimmten Stellen bis zum pn-Über- Oberseite ist ein breiter Flächenkontakt 22 angeordgang 13 oder durch diesen hindurch geätzt werden, net, und die Unterseite trägt im Abstand liegende wodurch die wirksame Länge des Weges, den der 65 Elektroden 23. Derartige Schaltungen sind für Tief-Strom zwischen den Elektroden nehmen muß, ver- paßfilter, Phasenschieber, Kopplungselemente usw. größert wird. Schließlich ist es bei der Bildung eines verwendbar; ihre Parameter können aus den obigen Widerstandes gemäß Fig. la möglich, durch die Gleichungen berechnet werden. Es sind auch andere
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geometrische Anordnungen dieser allgemeinen Art seren Verständnis sind die in F i g. 6 a körperlich darmöglich, gestellten Schaltungselemente in dem Schaltbild von
Transistoren und Dioden können in dem Plättchen Fig. 6b in der gleichen räumlichen Anordnung geauf die von Lee in »Bell System Technical Journal«, zeigt, während Fig. 7 das Schaltbild in gebräuch-Bd. 35, S. 23. bis 34 (1956), beschriebene Weise ge- 5 licher Darstellung zeigt, wobei auch die Werte der bildet werden. Der in dieser Literaturstelle beschrie- Schaltungselemente angegeben sind,
bene Transistor ist in Fig. 4 gezeigt. Er enthält eine Die Herstellung der Anordnung von Fig. 6a soll Kollektorzone 25, einen durch Diffusion gebildeten an Hand eines praktischen Beispiels beschrieben werpn-Übergang 26, eine Basisschicht 27, eine Emitter- den. Zuerst wird ein Halbleiterplättchen aus Gerelektrode 28, die in einem gleichrichtenden Kontakt io manium des Leitfähigkeitstyps ρ mit einem spezimit der Basisschicht 27 steht, sowie Basis- und KoI- fischen Widerstand von 3 Ohm · cm auf einer Seite lektorelektroden 29 bzw. 30. Die Basisschicht 27 hat geläppt und poliert. Das Plättchen wird dann einem die Form einer Mesaschicht von kleinem Querschnitt. Diffusionsprozeß mit Antimon unterworfen, der an Eine auf ähnliche Art gebildete Diode ist in F i g. 5 der Oberseite eine η-Schicht von etwa 17,5 μ Tiefe gezeigt; sie besteht aus einer Zone 35 eines Leitfähig- 15 erzeugt. Das Plättchen wird dann auf 5 · 2 mm zukeitstyps, einer Mesazone 36 des entgegengesetzten geschnitten, und die nichtpolierte Oberfläche wird ge-Leitfähigkeitstyps, wobei der dazwischenliegende läppt, so daß sich eine Plättchendicke von 62,5 μ erpn-Übergang durch Diffusion gebildet ist, und aus gibt.
Elektroden 37 bzw. 38 an den beiden Zonen. Goldplattierte Kovarleitungen 50 werden in geeig-
Durch geeignete Formgebung des Halbleitermate- ao neter Lage durch Legieren an dem Plättchen angerials können auch kleine, für Hochfrequenz geeignete bracht. Kovar ist eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Induktivitäten hergestellt werden; als Beispiel ist in Dann wird Gold durch eine Maske zur Schaffung der F i g. 5 a eine Spirale aus Halbleitermaterial gezeigt. Flächen 51 bis 54 aufgedampft, welche in ohmschem Es ist auch möglich, lichtempfindliche Zellen, Foto- Kontakt mit der η-Zone stehen und die Basiselekwiderstände, Sonnenbatteriezellen und ähnliche Schal- 25 troden für die Transistoren sowie die Kondensatortungselemente herzustellen, anschlüsse bilden. Zur Schaffung der Transistor-
Bei den zuvor beschriebenen Schaltungselementen Emitter-Flächen 56, die in gleichrichtendem Kontakt
wurde von Halbleiterkörpern mit, einem einzigen mit der η-Schicht stehen, wird Aluminium durch eine
durch Diffusion; gebildeten pn-übergang ausgegangen. geeignet geformte Maske aufgedampft.
Es können aber auch Halbleiterkörper mit zwei 30 Die Platte wird dann mit einer lichtempfindlichen
pn-Übergängen verwendet werden. Durch entspre- Deckschicht überzogen und durch ein Negativ hin-
chend gesteuerte, .Diffusion können sowohl npn- als durch belichtet. Das nach der Entwicklung zurück-
auch pnp-Strukturen erzeugt werden. bleibende Deckschichtmaterial dient als Abdeckung
Da alle oben beschriebenen Schaltungselemente für das anschließende Ätzen, mit dem dem Plättchen aus einem einzigen Material, einem Halbleiter, gebil- 35 die erforderliche Form erteilt wird. Durch das Ätzen det werden können, ist es durch geeignete Form- wird vor allem ein Schlitz in dem Plättchen gebildet, gebung möglich, sie alle in einem einzigen einkristal- der die Isolation zwischen den Widerständen R1 und linen Halbleiterplättchen anzuordnen, das gegebenen- R 2 und den übrigen Schaltungselementen ergibt, falls einen oder mehrere durch Diffusion gebildete Ferner werden durch das Ätzen alle Widerstandspn-Übergänge enthält, und durch entsprechende Be- 40 flächen auf die zuvor berechneten geometrischen Abarbeitung des Plättchens die richtigen Werte der messungen gebracht. Das Ätzen kann entweder auf Schaltungselemente ■ und ihre Verbindung zu einer chemischem oder auf elektrolytischem Weg erfolgen, Schaltung zu erzielen. Zusätzliche pn-Übergänge für doch erscheint die elektrolytische Ätzung vorteil-Transistoren, Dioden und Kondensatoren können hafter.
durch geeignet geformte Mesaschichten auf dem Kör- 45 Nach diesem Schritt wird die lichtempfindliche
per gebildet werden. Deckschicht mit einem Lösungsmittel entfernt, und
Bekanntlich unterscheidet man aktive und passive die Mesaflächen 60 werden durch den gleichen foto-Schaltungselemente, wobei aktive Schaltungselemente grafischen Prozeß maskiert. Die Platte wird wieder in einem Imnpedanznetzwerk als Stromerzeuger wir- in ein Ätzmittel eingetaucht, und die η-Schicht wird ken, während dies für passive Schaltungselemente 50 an den belichteten Stellen vollständig entfernt. Eine nicht zutrifft. Beispiele für aktive Schaltungselemente chemische Ätzung wird hierbei als vorteilhaft ansind Fotozellen und Transistoren, Und Beispiele für gesehen. Dann wird die lichtempfindliche Deckschicht passive Schaltungselemente sind Widerstände, Kon- entfernt.
densatoren und Induktivitäten. Dioden werden nor- Anschließend werden Golddrähte 70 an den ent-
malerweise als passive Schaltungselemente verwendet, 55 sprechenden Stellen zur Vervollständigung der Ver-
bei geeigneter Vorspannung und Energieversorgung bindungen durch Wärmeanwendung angebracht, und
können sie aber auch aktiv wirken. es wird eine letzte Reinigungsätzung vorgenommen.
Als Beispiel für eine nach der Erfindung ausgeführte Die Verbindungen können auch auf andere Weise als
integrierte Halbleiterschaltungsanordnung soll zu- durch die Anbringung von Golddrähten geschaffen
nächst die in Fig. 6a, 6b und 7 dargestellte Multi- 60 werden. Beispielsweise kann ein inertes Isolations-
vibratorschaltung beschrieben werden. Die in Fig. 6 a material, wie etwa Siliziumoxyd, durch eine Maske
dargestellte Anordnung besteht aus einem dünnen hindurch auf das Halbleiterplättchen so aufgedampft
Plättchen aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, werden, daß es entweder das Plättchen vollständig
in dem durch Diffusion ein pn-übergang gebildet ist. bedeckt, außer an den Punkten, an denen ein elek-
Dieses Plättchen ist so bearbeitet und geformt, daß 65 trischer Kontakt hergestellt werden muß, oder nur die
sämtliche Schaltungselemente der Multivibratorschal- Abschnitte bedeckt, über welche die Verbindungen
tung in integrierter Form im wesentlichen an einer verlaufen müssen. Dann kann elektrisch leitendes
Hauptfläche des Plättchens gebildet sind. Zum bes- Material, z. B. Gold, auf das Isolationsmaterial so
aufgetragen werden, daß es die notwendigen elektrischen Schaltungsverbindungen herstellt.
Nach der Prüfung kann die Schaltung hermetisch eingeschlossen werden, wenn dies zum Schutz gegen Verunreinigungen erforderlich ist. Die fertige Schaltung ist um mehrere Größenordnungen kleiner als jede bisher bekannte Schaltungsanordnung. Die erforderlichen Fabrikationsschritte sind denjenigen sehr ähnlich, die jetzt für die Herstellung von Transistoren verwendet werden, und die Anzahl der erforderlichen Arbeitsgänge ist verhältnismäßig klein. Die Herstellung kann daher ohne großen Aufwand schnell, einfach und billig erfolgen. Die Schaltungen sind betriebssicher und sehr kompakt.
Als weiteres Beispiel ist in F i g. 8 a bis 8 c ein vollständiger Phasenschieberoszillator gezeigt, der auf ähnliche Weise hergestellt ist. An Hand der angegebenen Schaltungssymbole ist die Darstellung ohne weiteres verständlich. Die Schaltung enthält Widerstände, einen Transistor und eine verteilte RC-Schaltung.
Die beiden als Beispiel angegebenen Ausführungsformen geben einen Anhaltspunkt für die praktisch unbegrenzte Vielfalt von Schaltungen, die auf diese Weise angefertigt werden können.
Außer der einfachen und billigen Herstellung fällt dabei vor allem der geringe Raumbedarf ins Gewicht. Während es mit den bisher bekannten Maßnahmen nicht möglich war, mehr als etwa 20 000 Schaltungselemente in einem Raum von 1 dm3 unterzubringen, können mit den beschriebenen Anordnungen ohne weiteres mehr als 1000000 Schaltungselemente in dem gleichen Raum untergebracht werden.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Mikrominiaturisierte, integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleiterplättchen mit Zonen unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit, in welchem oder auf welchem zwei oder mehrere verschiedenartige aktive und/oder passive Schaltungselemente derart gebildet sind, daß sie durch das Halbleitermaterial hindurch wenigstens teilweise voneinander elektrisch getrennt sind, und welche ohmsche Kontakte aufweisen, die miteinander leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schaltungselemente einer elektrischen Funktionseinheit in einer im wesentlichen zweidimensionalen, ebenen Anordnung an
der gleichen Fläche des Halbleiterplättchens wenigstens zum Teil in diesem angeordnet sind.
2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der ohmschen Kontakte durch elektrisch leitendes Material miteinander verbunden ist, das in an sich bekannter Weise auf Isoliermaterial aufgebracht ist, das auf der gleichen Hache des Plättchens wenigstens zwischen den miteinander verbundenen Kontakten angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltungselemente ein Transistor, ein
. Kondensator und ein Widerstand eines Oszillators sind.
4. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltungselemente Transistoren, Kondensatoren und/oder Dioden und Widerständeeines Multivibrators sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
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deutsche Auslegeschriften Nr. 1011 081,
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belgische Patentschrift Nr. 550 586;
USA.-Patentschriften Nr. 2493199, 2629802, 2660624, 2662957, 2663 806, 2663830, 2667607, 2680220, 2709232, 2735948, 2713 644, 2748041, 2816228, 2817048, 2824977, 2836776, 2754431, 2847583, 2856544, 2858489, 2878147, 2897295, 2910634, 2915647, 2916408, 2922937, 2935668, 2944165, 2967952, 2976426, 2994834, 2995686, 2998550, 3005937, 3022472, 3 038085, 3070466; Electronic & Radio Engineer, November 1957, S. 429;
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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
509 599/294 6.65 © Bundesdruckerei Berlin
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