DE2045567C3

DE2045567C3 - Integrierte Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2045567C3
Application number: DE2045567A
Authority: DE
Inventors: Allen Ralph Adkinson; Richard Glen Carter; Glen Eugene Kokomo Harland Jun.
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1969-09-15
Filing date: 1970-09-15
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2045567A1; DE2045567B2; US3624454A; GB1275359A; FR2064269A1; FR2064269B1

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung, bestehend aus einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen, auf deren einer ein Halbleiterbereich entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet ist der mindestens zwei, die Basen von Transistoren bildende Abschnitte und mit diesen verbundene Widerstandsgebiet j unifaßt; einem auf einem ersten der besagten Abschnitte angeordneten ersten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps und einem auf einem zweiten der besagten Abschnitte angeordneten zweiten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps; einem bis in das Halbleitersubstrat ausgehobenen Grabensystem, welches die besagten Abschnitte und die Widerstandsgebiete elektrisch isolierend umgrenzt; einer Anzahl am Sub strat. am Halbleiterbereich, an den Abschnitten und an den Widerstandsgebieten getrennt angreifender Kontakte, und einem die Kontakte zur Bildung einer Schaltungsanordnung verbindenden Leiterbahnensystem, welches auf einer die Oberfläche des Halbleiterbereichs des entgegengesetzten Leitungstyps und die Oberfläche der beiden Halbleiterbereiche des ersten Leitungstyps bedeckenden Schutzschicht verläuft.

Die Technologie integrierter Schaltungen ist besonders geeignet, Halbleiterschaltungen in großer Stückzahl bei niedrigen Kosten herzustellen. Unter den verschiedenen Herstellungsarten gibt es die sogenannte Planartechnik, bei welcher die verschieden dotierten.

aktiven Halbleiterbereiche (z. B. zur Bildung von Transistoren) koplanar auf einer größeren Oberfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind. Diese Planartechnik hat jedoch den Nachteil, daß sie zur Bildung von Hochleistungsschaltungen schlecht geeignet ist und demzufolge eine Planar-Einrichtung für Anwendungen mit hohem Strom nicht eingesetzt werden kann. Wenn man beispielsweise einen Planar-Hochspannungstransistor für etwa 100 Volt benötigt, um eine niedrige KoI-lektor-Emitter-Sälligungsspannung von etwa 1 Volt bei

ho etwa 5 Ampere zu erhalten, werden darüber hinaus Epitaxial-Techniken od. dgl. normalerweise anzuwenden sein. Beispielsweise könnte man eine dünne Epitaxial-Schicht von etwa 0,025 mm Stärke auf einem hochdotierten Kollektorsubstrat von etwa 0,01 Ohmzenti-

ft.s meter wachsen lassen. Der geringe spezifische Widerstand des Substrats würde den größten Teil des Kollektorwiderstands eliminieren, und man würde eine sehr geringe Kollektor-Eniitter-Sättigungsspahnung bei ho-

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hen Stromstärken erbalten. Epitaxial-Plättchen sind jedoch teiler and übersteigen die Kosten von homogenen Plättchen um etwa das Fünffache. Darüber hinaus wür- <je ein Epitaxial-Pattcben die Hochleistungskapazität der Einrichtung kn allgemeinen nicht erhöhen.

Andererseits lassen sich integrierte Schaltungen, die m sogenannter »Mesa-Technik« he «gestellt werden, leicht als Hochleistungseinrichtuqgen aufbauen. Mesa-Einriditungen können außerdem mit geringer Kollektor Emitter-Sättigungsspannung bei hohem Strom aus homogenem Material hergestellt werdea Pei einer Mesa-Halbleiterschaltung sind die aktiven Bereiche im Unterschied zur Planar-Technik nicht koplanar auf einer größeren Oberfläche eines Substrats angeordnet. Dies bedeutet natürlich andererseits, daß die Kollektor-Basis- und die Rasis-Emitter-PN-Verbindungen nicht auf derselben Oberfläche der Einrichtung enden. Es ist oft ein durch Ätzvertiefungen gebildetes System von Trennungsgräben erforderlich, um einzelne Schaltungselemente des Mesa-Typs in der integrierten Schaltung voneinander zu isolieren.

Zur Schaffung eines Hochleistungsverstärkers gehl die Erfindung aus von einer integrierten Schaltung des Mesa-^Typs mit den eingangs beschriebenen Merkmalen, die aus der USA.-Patentschrift 3 142 021 bekannt sind. In dieser Druckschrift ist ein 2stufiger Transistorverstärker in Emitterschaltung beschrieben, dessen Ausgangstransistor einen Emitterwiderstand aufweist, und bei welchem die an diesem Widerstand abfallende Spannung über einen Rückkopplungswiderstand auf die Basis des Eingangstransistors rückgekoppelt wird. Diese beiden und alle anderen Widerstände dpr Schaltung werden durch von dem Grabensystem definierte schmale Ausläufer der Transistor-Basis-Bereiche gebildet. Zur Verbindung dieser Widerstände mit anderen Bereichen der Transistoren sowie mit den äußeren Anschlüssen sind bei der bekannten Anordnung leitende Überbrückungen notwendig, die über die Trennungsgräben hinwegführen. Die Zahl dieser Überbrückungen würde sich noch erhöhen, wenn man in den Basis-Emitter-Kreis jedes der Transistoren einen temperaturkompensierenden Belastungswiderstand einfügen würde.

Solche temperaturkompensierenden Widerstände sind in vielen Fällen, so z. B. auch bei Darlington-Verstarkern, erwünscht, um unter extremen Temperaturbedingungen den Dioden-Leckstrom abzuführen. Ein diesbezüglicher praktischer Anwendungsfall ist z. B. der Einsatz eines Darlington-Verstärkers in einem Spannungsregler für Automobile, der sich unter der Motorhaube befindet. In der USA. Patentschrift 3 210 öl 7 ist ein solcher mit Widerständen versehener Transistorverstärker in Darlington-Schaltung dargestellt, bei dem der Emitter jedes Transistors über einen gesonderten Widerstand mit seiner Basi.· verbunden ist. Diese bekannte Schaltung ist in Planar Technik hergestellt und hat somit die weiter oben in diesem Zusammenhang angeführten Nachteile. Sie benötigt ebenfalls eine Reihe von über die Trennungsgräben zwischen den verschiedenen Halbleiterbereichen hinwegführenden leitenden Brücken. Ähnliche Überbrückungen wärcn auch erforderlich und zudem noch viel schwieriger herzustellen, wenn diese Schaltung gemäß den aus der erwähnten USA.-Patentschrift 3 142 021 bekannten Prinzipien in Mesa-Technik hergestellt werden würde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einer integrierten Mesa-Halbleiterschaltung des eingangs erwähnten Typs einen Hochleistungsverstärker mit temperaturkompensierenden Widerständen zu schaffen, der ohne Ober die isolierenden Trennungsgräben Wnwegführende leuende Verbindungen auskommt
Diese Aufgabe vnrd erfindungsgemäß gelöst durch

a) eine erste Grabenanordnung, die den ersten Abschnitt vom zweiten Abschnitt derart absondert, daß zwischen den Abschnitten ein Verbindungssteg vorgegebenen Widerstands gebildet wird;

b) eine zweite Grabenanordnung, die zusammen mit der Randbegrenzung des zweiten Abschnitts einen Widerstandsstreifen mit einem freien Ende definiert;

c) eine erste,über dem widerstandsbehafteten Verbindungssteg verlaufende Leiterbahn, die den ersten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps mit dem zweiten Abschnitt verbindet;

d) eine zweite,über den Widerstandsstreifen verlaufende Leiterbahn, die den zweiten Halbleiterbe reich des ersten Leitungstyps mit dem freien Ende des Widerstandsstreifens verbindet

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten integrierten Schaltungen den Vorteil, daß die Leiterbahnen zur Verbindung der verschiedenen Zonen der Halbleiteranordnung über den Halbleiterbereichen verlaufen, ohne das Grabensystem an irgendeiner Stelle zu kreuzen. Die erfindungsgemäße Halbleiterschaltung läßt sich somit besonders einfach herstellen, denn irgendwelche über die Trennungsgräben führende Drahtbrücken od. dgl. sind nicht erforderlich. Mit der Erfindung läßt sich ein integrierter Darlington-Verstärker schaffen, der integrale Widerstände aufweist und leicht mit den Herstellungsmethoden für große Stückzahlen und geringe Kosten gefertigt werden kann.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, wird nachstehend an Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer bevorzugten Ausführun^sform der Erfindung hergestellten integrierten Halbleiterschaltung,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1 F i g. 4 ein Diagramm einer gemäß einer bevorzug

ten Ausführungsform der Erfindung hergestellten inte grierten Halbleiterschaltung,

F i g. 5 einen Grundriß einer gemäß der Erfindunf hergestellten zweiten Ausführungsform einer integrier ten Halbleiterschaltung,

F i g 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der F i g. 5 F i g. 7 eine dritte gemäß der Erfindung hergestellt» Ausführungsform einer integrierten Halbleiterschal tung und

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der F i g. 7 Die F i g. 1 bis 3 zeigen eine Darlitigton-Verstärker schaltung mit zwei Mesa-Transistoren, welche BeIa stungswiderstände umfaßt, die einen integralen Be standteil eines N-leitenden Siliziumplättchens 10 bilden Das Plättchen 10 hat die Funktion eines gemeinsame! Kollektor-Substrats für den Zwei-Transistor-Verstär ker. Seine größeren Oberflächenabmessungen betraget etwa 4.4 χ 4,4 mm. Ein P-leitender Basis-Bereich ist al: Schicht auf einer der größeren Oberflächen des Platt chcns gebildet. Das Plättchen 10 hat einen spezifischer Widersland von etwa 1 Ohm · cm und ist etwa 0,21 mn stark. Der Basisbereich ist eine Diffusionszone vor etwa 0,038 mm Stärke und besitzt einen spezifischer Plattenwiderstand von etwa 50 Ohm pro Quadrat au seiner Oberfläche. (Die Anzahl der Quadrate wird be stimmt durch Teilung der Längsabmessung durch di<

Breitenabmessung).

Diese Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung nach der Erfindung besitzt einen Eingangstransistor, welcher im allgemeinen um die Peripherie des Substrats gebildet ist, und einen Ausgangstransistör, welcher im allgemeinen zentral darauf gebildet ist. Somit sind die Transistoren im allgemeinen zueinander konzentrisch, und der Kollektor-Basis-PN-Übergang des Eingangstransistors liegt an den Rändern des Plättchens offen. Der Ausgangstransistor umfaßt einen etwa rechteckig geformten hochstehenden ersten Mesabereich vom N-Leitungstyp als zentral auf dem Basisbereich angeordneten Emitterbereich 18. Der Eingangstransistor umfaßt einen streifenähnlichen hochstehenden zweiten Mesabereich vom N-Leitungstyp als Emitterbereich 20, welcher auf dem Basisbereich angeordnet ist. Der Emitter-Mesa-Bereich 20, welcher einen Abstand von etwa 0,05 mm vom Rand des Basisbereichs aufweist, erstreckt sich im wesentlichen um den Umfang des Plättchens und ist an einer Ecke unterbrochen. Jeder Emitter-Mesa-Bereich erstreckt sich etwa 0,01 mm über dem Basisbereich und besitzt einen spezifischen Flächen-Widerstand von größer als etwa 0.5 Ohm pro Quadrat.

Ein diskontinierlicher, spiralenförmig eingeätzter Graben 22 umgibt den zentralen F.niitter-Mesa-Bereich 18 in einer irrgarten-ähnlichen oder rechteck-ähnlichen Weise und ist von diesem durch einen Abschnitt 24 des Basisbereichs getrennt. Ein zweiter Abschnitt 26 des Basisbereichs umgibt den äußeren Emitter-Mesa-Bereich 20 und trennt ihn vom Graben 22 und dem Umfangsrand des Plättchens. Der Graben 22, welcher etwa 0,075 mm breit ist, erstreckt sich durch den Basisbe reich hindurch bis in das Kollektorsubstrat 10. Der Kollektor-Basis-PN-Übergang des Ausgangstransistors liegt innerhalb des Grabens 22 frei

Der Graben 22 umfaßt 6 Teile. Zwei mit 28 bzw. W bezeichnete dieser Teile sind zueinander parallel und legen einen langgestreckten integralen Verbindungssteg 32 innerhalb des Basisbereichs zwischen dem Aus- gangs-Basis-Abschnitt 24 und dem Eingangs-Basis-Abschnitt 26 fest. Der Verbindungssteg 32 ist etwa 2,5 mm lang und etwa 0.22 mm breit. Die Grabenteile 34, 36 und 38 stehen mit entgegengesetzten Enden der Grabenteile 7& und 30 in Verbindung, um andererseits die Basisabschnitte 24 und 26 voneinander zu isolieren. Außerdem erstreckt sich ein verhältnismäßig kurzer Grabenteil 40 eine kleine Strecke weit in den Basisabschnitt 24 etwa senkrecht vom Grabenteil 36 und neben dem Grabenteil 38. Der Grabenteil 40 wirkt mit den Teilen 36 und 38 zusammen, um einen kurzen länglichen Streifen 42 des Basisbereichs festzulegen, welcher auf drei Seiten durch Gräben umgeben ist. Der Streifen 42, welcher etwa 0.75 mm lang ist und etwa 0,2 mm breit ist, besitzt ein Ende, weiches an den Basisbereich 24 angrenzt, und ein freies Ende.

Die Oberfläche des Basisbereichs ebenso wie die Oberseite and die Seiten von beiden Emitter-Mesa-Bereichen seid mit einer Schicht 41 aus Siliciumoxyd abgedeckt Ein aufgedampfter Aluminiumkontakt umfaßt im allgemeinen den rechteckigen Teil 49 und eine Leiterbahn 50, weiche mit den» Emitter-Mesa-Bereich 18 bzw. dem freien Ende bei St durch Löcher in der Schicht 47 in VeAmdeag stehen. Der rechteckige Teil 50 erstreckt sich aber den Sngfichen Streifen 42 auf der Schient 4?. Sa SagjSäser aufgedampfter Aluminiumkontakt 52 stete mit dem Bass-Abschnitt 24 in Verbin dung, and «war ebenso dardfe em Loch in der Schicht

47. Er erstreckt sich im allgemeinen parallel zu und angrenzend an den Grabenteil 36 und endet am Verbindungssteg 32. Der Eingangs-Basis-Abschnitt 26 besitzt einen aufgedampften Aluminiumkontakt 54, welcher mit diesem Abschnitt in einer Ecke des Plättchens durch ein Loch in der Schicht 47 in Verbindung steht, dort wo die freien Enden des peripheren Emittcr-Mesa-Bereichs 20 liegen, Ein aufgedampfter Aluminiumkontakt besitzt einen streifenartigen Teil 57, welcher mit dem Emitter-Mesa-Bereich 20, der um den Umfang des Plättchens verläuft, in ähnlicher Weise durch ein Loch in der Schicht 47 in Verbindung steht. Eine über dem Oxyd verlaufende Leiterbahn 58 stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 57 und dem Kontakt 52 her. Die Leiterbahn 58 liegt im ellgemeinen über dem Verbindungssteg 32 auf der Schicht 47.

Das Diagramm der F i g. 4 zeigt einen Eingangstransistor mit einer Basisklemme 64. einer Emitterklemme 66 und einer Kollektorklemme b». Ferner ist ein Ausgangstransistor dargestellt, welcher eine Basisklemme 72, eine Emitierklemme 74 und eine Kollektorklemme 76 besitzt. Die Transistoren sind in einer Kollektorschaltung angeordnet, wobei die Kollektorklemme 68 durch eine Leitung 78 mit der Kollektorklemme 76 verbunden ist. Die Emitterklemme 66 des Eingangstransistors ist »teuernd mit der Basisklemme 72 des Ausgangstransistors durch eine Leitung 80 verbunden. Die Belastung>\\iderstände 32' und 42' sind über die Basis-Emitter-Klemmen der Eingangs-, bzw. Ausgangs-Transistoren durch Leitungen 86,88 und 90 verbunden.

Wie leicht zu sehen ist, entspricht der Eingangstransistor demjenigen Transistor, welcher durch den Emitterbereich 20, den Basis-Abschnitt 26 und den Umfangsteil des Kollektorsubstrats 10 gebildet ist. Der Ausgangstransistor entspricht dem Transistor, welcher durch den Emitter-Bereich 18, den Basis-Abschnitt 24 und den /.entralabschnitt des Kollektorsubstrats 10 gebildet ist. Der Belastungswiderstand 32' entspricht im allgemeinen dem Widerstand, welcher durch den Verbindungssteg 32 des Basisbereichs 12 vorgesehen ist. Der Belastungswiderstand 42' entspricht im allgemeinen dem Widerstand, welcher durch den länglichen Streifen 42 des Basisbereichs gebildet ist. Die Leitung 80 entspricht der Leiterbahn 58. Die Leitung 90 entspricht der kurzen Leiterbahn 50.

Der Sieg 32 verbindet die Basis-Abschnitte 24 und 26 widerstandsmäßig in integraler Weise. Dies ist in Diagrammform durch die Leitungen 86. 88 und einen Teil der Leitung 80 dargestellt. Der längliche Widerstandsstreifen 42 ist mit dem Emitter-Mesa-Bereich 18 an dem freien Ende des Streifens 42 durch die rechteckige kurze Leiterbahn 50 verbunden. Er grenzt außerdem an seinem anderen Ende an den Basis-Abschnitt 24. Dies ist schematisch durch die Leitungen 90, 88 und einen Teil der Leitung 80 dargestellt. Die Leitung 78 stellt die integrale Zwischenverbindung zwischen dem Kollektcrsubstrat unterhalb des peripheren Enutterbereiehs 20 und dem KoHektorsubstrat dar, welches unterhafb des zentral angeordneten Emitter-Mesa-Berachs 1« angeordnet ist

Wänrend die twccnenveroinaHngsiertangen im Inagramm alte ab Leiter mit im wesentlichen geringem Widerstand dargestellt sind, ist dies nicht exakt der FaH. Beispielsweise ist der Widerstand, welcher durch den Verbmdtmgssteg gebildet ist ta integraler Weise an die Eingangs- and die Ausgangs-Besis-Abschnme angeformt, and fctgScfc sind Zwisefterre^fctadaiigsleitungen überflüssig. Auch der Widerstand, welcher

durch den Streifen 42 gebildet ist, ist in integraler Weise dem Ausgangs-Basis-Abschnitt angeformt, und folglich ist nur eine Zwischenverbindungsleitung oder ein leitender Streifen, und zwar die Leiterbahn 50, notwendig. Darüber hinaus sind die Belastungswiderstände schematisch dargestellt, als ob sie untereinander durch eine Leitung verbunden wären. In Wirklichkeit sind sie jedoch in integraler Weise an jeweils gegenüberliegende Seiten des Ausgangs-Basis-Abschnitts angeformt. Natürlich sind die Leiterbahnen 50 und 58, weiche den Leitungen 90 und 80 entsprechen, Aluminiumieiter mit geringem Widerstand. Die Leiterbahnen 50 und 58 sind ■ hinreichend stark, um eine kontinuierliche Verbindung mit geringem Widerstand aufrechtzuerhalten, welche den Wellungen in der Schicht 47 des Siliciumoxyds insbesondere bei den Basis-Emitter-Zwischenabschnitten keinen Widerstand entgegensetzt.

Der durch den Verbindungssteg 32 und den Streifen 42 gebildete Widerstand errechnet sich aus deren spezifischem Flächenwiderstand in Ohm pro Quadrat, multipliziert mit der Anzahl der darauf vorhandenen Quadrate. Beispielsweise wird bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Steg 32, welcher eine Längsabmessung von etwa 2,5 mm aufweist, durch seine Breitenabmessung, etwa 0,22 mm, geteilt, um etwa 11 Quadrate zu erhalten. Diese Zahl wird mit dem spezifischen Plattenwiderstand multipliziert, etwa 50 Ohm pro Quadrat, um den vorhandenen Widerstand zu bestimmen, welcher etwa 550 Ohm beträgt

Andererseits besitzt der Streifen 42 eine Längsabmessung von etwa 0,75 mm und eine Breitenabmessung von etwa 0,2 mm oder etwa 3,75 Quadnte. Der durch den Streifen 42 dargestellte Widerstand beträgt dann etwa 187 Ohm.

In den F i g. 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung nach der Erfindung dargestellt, die ein Silicium-Halbleiter-Plättchen 100 enthält, welches Mesa-Eingangs- und -Ausgangs-Transistoren auf gegenüberliegenden Enden derselben größeren Oberfläche des Plättchens aufweist. Der Eingangstransistor hat einen Eingangs-Basis-Abschnitt 102 und darauf einen hochstehenden Eingangs-Emitter-Mesa-Bereich 104. Der Ausgangstransistor umfaßt einen Ausgangs-Basis-Abschnitt 106 und darauf einen hochstehenden Ausgangs-Emitter-Mesa-Bereich 108.

Ein Paar von auf Abstand zueinander angeordneten im allgemeinen parallelen eingeätzten Gräben 110 und 112 erstrecken sich über das Plättchen, und zwar über etwa 90% des Plättchens von entgegengesetzten Seiten, so daß der Eingangs- und der Ausgangstransistor auf Abstand voneinander gehalten werden. Die Gräben 110 und 112 legen einen langgestreckten Verbindungssteg 116 des Basisbereichs fest, der auf entgegengesetzten Enden des Plättchens an den Eingangs-Basis-Abschnitt 102 und den Ausgangs-Basis-Abschnitt 106 angrenzt. Dies bildet eine integrale Widerstands-Zwischenverbindung zwischen dem Eingangs-Basis-Abschnitt 102 and dem Ausgangs-Basis-Abschnitt 106.

Bn zweiter Widerstand ist angrenzend an den Ausfangs-Basis-Abschnitt 106 durch einen dritten Graben 118 gebildet, der an den äußeren Transistorenden an erneu Rand des Plättchens angrenzt Der Graben 118 erstreckt sich etwa ober ein Viertel der Länge des Plättchens and wirkt mit dem nennden Rand des Plättchens zusammen, am einen Widerstandsstreifen 120 des Basismaterials festzulegen, welcher an den Aasgangs-Basis-Abschnitt 106 anstoßt

One Schutzschicht 121 ans Sfliciumoxyd ist über die Emitter-Bereiche und die Basis-Abschnitte der Eingangs- und Ausgangs-Transistoren aufgebracht. Außerdem schützt eine allgemein übliche und hinreichend bekannte Passivierungssubstanz den offenen Kollektor-Basis-PN-Übergang. Aufgedampfte Aluminiumkontakte 122 bzw. 124 stehen mit dem Basis-Abschnitt 102 und dem Emitter-Mesa-Bereich 104 durch entsprechende öffnungen in der Schutzschicht in Verbindung. In ähnlicher Weise stehen der aufgedampfte Aluminiumkontakt 126 bzw. 128 mit dem Basis-Abschnitt 106 und dem Emitter-Mesa-Bereich 108 in Verbindung. Eine aufgedampfte Aluminium-Leiterbahn 130 steht mit dem Ende des Widerstandsstreifens 120 in Verbindung, welches von dem Ausgangs-Basis-Abschnitt 106 entfernt

is liegt, und bildet zum Kontakt 128 auf dem Abschnitt 106 eine leitende Verbindung.

Eine über dem Oxyd verlaufende Leiterbahn 132 erstreckt sich über den Steg 116 und ist von diesem durch die Oxydschicht 121 getrennt Sie bildet eine Verbindung zwischen dem Eingangs-Emitter-Bereich 104 und dem Ausgangs-Basis-Abschnitt 106. Nicht dargestellte Drahtklemmen können getrennt mit den Kontakten für den Eingangs-Basis-Abschnitt und den Ausgangs-Emitter-Bereich verbunden sein. Eine ebenfalls nicht dargestellte Elektrode kann durch Lötung mit der Unterseite des Plättchens als ein Kollektorkontakt verbunden sein. Die F i g. 7 und 8 zeigen als dritte Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung nach der Erfindung ein Silicium-Halbleiter-Plättchen 150, welches eine im allgemeinen rechteckige Hauptfläche aufweist, auf der sich fingerartig von entgegengesetzten Seiten dieser Fläche aus ineinandergreifende Eingangs- und Ausgangstransistoren befinden. Der Eingangstransistor umfaßt einen Eingangs-Basis-Abschnitt 152 und einen im allgemeinen E-förmigen hochstehenden Emitter-Mesa-Bereich 154 darauf. Der Ausgangstransistor umfaßt einen Ausgangs-Basis-Abschnitt 156 und einen im allgemeinen E-förmigen hochstehenden Emitter-Mesa-Bereich 158 darauf.

Ein an den Rand des Plätichens 150 angrenzender, jedoch davon durch eine dünne Grenze aus Basismaterial auf Abstand gehaltener eingeätzter Graben 160 läuft um den Umfang der Oberfläche des Plättchens. Ein Paar von zueinander auf Abstand angeordneten, im allgemeinen parallelen Grabenteilen 164 und 166 laufen von gegenüberliegenden Teilen des Grabens 160 in das Plättchen, so daß auf diese Weise der Eingangs- und der Ausgangstranststor widerstandsmäßig isoliert sind. Der Grabenteil 164 erstreckt sich über etwa 90% der Länge über die Oberfläche, und der Grabenteil 166 erstreckt sich über etwa 20% der Länge der Oberfläche. Diese Grabenteile überlappen sich und legen einen langgestreckten Verbindungssteg 168 des Basismaterials fest welches auf derselben Seite des Plättchens an die Ausgangs- und die Eingangs-Basis-Abschnitte angrenzt. Dies bildet eine integrale widerstandsbehaftete Verbindung zwischen dem Eingangs-Basis-Abschnitt 152 und dem Ausgangs-Basis-Abschnitt 156.
Der zweite Belastungswiderstand ist an den AtB-gangs-Basis-Abschnitt 156 angrenzend durch ein Grabenteil 170 gebildet welches neben einem TeS des Umfangsgrabens 160 verläuft and im allgemeinen parallel dazu in einer Ecke des Piättchens neben dem Ausgangstransistor angeordnet ist Die Gräben 170 and 160 wirken zusammen, am einen Widerstanasstreffen 172 des Basismaterials festzulegen, welcher an den Ausgangs-Basis-Abschnitt 156 anstößt
Eine Schcht 173 aas Süraamoxyd ist über die

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Emitterbereiche und die Basis-Abschnitte der Eingangs- und Ausgangstransistoren aufgebracht. Eine allgemein verwendete Passivierungssubstanz füllt die Gräben vollständig aus und bedeckt außerdem die offenliegenden Kollektor-Basis-PN-Übergänge.

Aufgedampfte Aluminiumkontakte 174 bzw. 176 stellen jeweils eine Verbindung zwischen dem Basis-Abschnitt 152 und dem Emitter-Mesa-Bereich 154 durch geeignete öffnungen in der Schutzschicht her. In ähnlicher Weise kontaktieren aufgedampfte Aluminiumkontakte 178 bzw. 180 den Basisabschnitt 156 und den Emitter-Mesa-Bereich 158. Eine aufgedampfte Aluminium-Leiterbahn kontaktiert das Ende des Widerstandsstreifens 172, welches vom Basis-Abschnitt 156 entfernt liegt. Über dem Oxyd verlaufende Aluminium-Leiterbahnen bilden eine Zwbchenverbindung zwischen dem Eingangs-Emitter-Mesa-Bereich und dem Ausgangs-Basis-Bereich sowie zwischen dem Ausgangs-Emitter-Mesa-Bereich und dem davon entfernten Ende des Widerstandsstreifens 172. Nicht dargestellte Drahtklemmen können separat mit den Kontakten des Eingangs-Basis-Abschnitts und des Ausgangs-Emitter-Bereiches verbunden sein. Eine Elektrode kann durch Lötanschluß an die Hauptfläche des Plättchens 150, die dem Basisbereich gegenüberliegt, angeschlossen sein.

Die hier beschriebenen integrierten Halbleiterschaltungen können hergestellt werden, indem die herkömmlichen und wohlbekannten Techniken des Dampfniederschlags, der Oxydmaskierung, der Metallaufdampfung und der Photoätzung angwendet werden. Wie hinreichend bekannt ist, können diese Techniken leicht dazu verwendet werden, um Schaltungsanordnungen auf zahlreichen monolithischen Halbleiter-Plättchen gleichzeitig herzustellen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können daher unter Verwendung bekannter Techniken in großer Stückzahl bei geringen Kosten hergestellt werden.

Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen alle eine Darlington-Verstärkerschaltung aufweisen, sind die hier beschriebenen erfinderischen integrierten Halbleiterschaltungen nicht darauf zu beschränken. Beispielsweise können andere allgemein übliche Schaltungsanordnungen in einer Mesa-Anordnung einer integrierten Schaltung hergestellt werden.

Obwohl die Belastungswiderstände, welche parallel zu den Eingangs- und den Ausgangs-Transistoren der bevorzugten Ausführungsform geschaltet sind, etwa 550 Ohm bzw. etwa 187 Ohm aufweisen, sind die Widerstandswerte nicht darauf beschränkt Diese Widerstände sollten jedoch groß genug sein, um zu verhindern, daß zuviel Strom gezogen wird, wenn der Darlington-Verstärker sich in leitendem Zustand befindet. Andererseits sollten die Widerstände nicht so groß sein, daß die Bildung einer effektiven Shunt-Impedanz für den Leckstrom verhindert wird, wenn sich der Darlington-Verstärker in einem nichtleitenden Zustand befindet. Demgemäß beträgt ein sinnvoller Bereich für den Eingangstransistor-Belastungswiderstand für die vorliegende bevorzugte Ausführungsform etwa 300 bis etwa 10 000 Ohm. Als sinnvoller Bereich für den Ausgangs-Belastungswiderstand für die bevorzugte Ausführungsform hat sich jedoch ein Wert von etwa 100

ίο bis etwa 200 Ohm erwiesen.

Die den hier beschriebenen Halbleiteranordnungen zugeordneten Abmessungen sind nicht kritisch auszulegen und können demgemäß so abgeändert werden, daß sie der entsprechenden besonderen Anwendung angepaßt sind. Jedoch sollte die Kollektor-Substratstärke in der bevorzugten Ausführungsform, wie sie hier beschrieben ist, 0,25 mm nicht nennenswert überschreiten, um die Einführung eines übermäßigen Kollektor-Serien-Widerstandes zu vermeiden. Der Kollektor-Serien-Widerstand kann natürlich den Kollektor-Emitter-Spannungsabfall erhöhen. Beispielsweise beträgt bei der vorliegenden Ausführungsfcrm, wie sie hier beschrieben ist, der Kollektor-Emitter-Spannungsabfall bei etwa 5 Ampere über den Ausgangstransistor weniger als etwa 1,5 Volt Andererseits könnte eine Plättchendicke von weniger als 0,125 mm während des Verfahrens schwierig zu handhaben sein. In gleicher Weise sind die entsprechenden Abmessungen der Basis- und der Emitter-Bereiche im allgemeinen auf bestimmte Eigenschaften bezogen, die in einer bestimmten Ausführungsform für wünschenswert gehalten werden. Beispielsweise können Stromverstärkung, Injektionswirkungsgrad und Leistungskapazität durch Abmessungsregelung dieser Bereiche beeinflußt werden. Obwohl der spezifische Widerstand des Kollektorsubstrats hier in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform mit etwa 1 Ohm · cm angegeben wurde, ist darüber hinaus diese Begrenzung nicht strikt auszulegen. Der spezifische Widerstand des Kollektors sollte natürlich hinreichend groß sein, um eine hohe Durchbruchsspannung zu gewährleisten. Beispielsweise kann die beschriebene Ausführungsform eine Kollektor-Emitter-Spannung von etwa 200 Volt unter den beschriebenen Bedingungen aushalten. Außerdem wird ein Kollektor mit hohem spezifischem Widerstand die Tendenz aufweisen, die der Kollektor-Basis-Verbindung zugeordnete Kapazität zu reduzieren. Andererseits wird ein Kollektor mit hohem spezifischen Widerstand notwendigerweise den inneren Kollektorwiderstand erhöhen. Demgemäß sollte für die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform der spezifische Widerstand des Kollektors nicht geringer als etwa 0,1 Ohm · cm und nicht größer als etwa 10 Ohm · cm sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

20 4δ §67
Patentansprüche:
3. Integrierte Halbleiterschaltung, bestehend aus einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen, auf deren einer ein Halbleiterbereich entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet ist der mindestens zwei, die Basen von Transistoren bildende Abschnitte und mit diesen verbundene Widerstandsgebiete umfaßt: einem auf einem ersten der besagten Abschnitte angeordneten ersten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps und einem auf einem zweiten der besagten Abschnitte angeordneten zweiten Halbleiterbereich des ersten Leitungstyps: einem bis in das Halbleitersubstrat ausgehobenen Grabensystem, welches die besagten Abschnitte und die Wider Standsgebiete elektrisch isolierend umgrenzt; einer Anzahl am Substrat, am Halbleiterbereich, an den Abschnitten und an den Widerstandsgebieten getrennt angreifender Kontakte, und einem die Kontakte zur Bildung einer Schaltungsanordnung verbindenden Leiterbahnensystem, welches auf einer die Oberfläche des Halbleiterbereichs des entgegengesetzten Leitungstyps und die Oberfläche der beiden Halbleiterbereiche des ersten Leitungstyps bedeckenden Schutzschicht verläuft, gekennzeichnet durch

a) eine erste Grabenanordnung (28 bis 38; 110, 112; 164,166). die den ersten Abschnitt (26:102; 152) vom zweiten Abschnitt (24; 106; 156) derart absondert, daß zwischen den Abschnitten ein Verbindungssteg (32; 116; 168) vorgegebenen Widerstands gebildet wird;

b) eine zweite Grabenanordnung (40; 118; 170), die zusammen mit der Randbegrenzung des zweiten Abschnitts (24; 106; 156) einen Widerstandsstreifen (42; 120; 172) mit einem freien Ende definiert;

c) eine erste über dem widerstandsbehafteten Verbindungssteg (32; 116; 168) verlaufende Leiterbahn (58; 132; 178). die den ersten Halbleiterbereich (20; 104; 154) des ersten Leitungstyps (n) mit dem zweiten Abschnitt (24; 106; 156) verbindet;

d) eine zweite über dem Widerstandsstreifen (42; 120; 172) verlaufende Leiterbahn (50; 130; 180), die den zweiten Halbleiterbereich (18; 108; 158) des ersten Leitungstyps (n) mit dem freien Ende des Widerstandsstreifens (42; 120; 172) verbindet.

2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Grabenanordnung (28 bis 38) ein im wesentlichen spiralig innerhalb des Halbleiterbereichs (24. 26) des cntge gengesct/ten l.eitungstyps (p) verlaufender Graben ist, der den /weiten Halbleuerbereich (18) des ersten Leitungstyps (n) im Abstand umfährt.

J Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Grabenan· Ordnung aus zwei im wesentlichen parallelen Gräben (28. 30; UO, 112; 164, 166) besteht, die von gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterbcrcichs des entgegengesetzten Leitungslyps (p) durch diesen Bereich laufen, wobei mindestens einer (28, 110, 164) in der Nähe einer der Seiten endet.
4. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch I oder 3, gekennzeichnet durch einen über den ge

samten Umfang des Hdbleiterbereiehs eiilgegengf setzten haa^ßgxps (p) verlaufenden Graben (16Q
5. integrierte §iÄei«OTchaltOBg aaeäi Ansprac 1 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halb leiterbereich (154) des feilen Leitungstyps (4 in dem ersten Abschnitt (132) und der zweite Halb leJterbereieh (158) des ersten Leitungstyps (0) mi dem zweiten Abschnitt (156) fingerartig ineinander greifen, wobei die auf diesen Bereichen bzw. Ab schnitten angeordneten Kontakte (174 bis 180) ftn gerartige Ansätze aufweisea
6. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem de vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net daß das Halbleitersubstrat einen spezifischei Widerstand von etwa 0.1 bis lOOhmzentimeier ha und daß der Flächenwiderstand der Schiebt etwi zwischen 10 und 200 Ohm pro Quadrat liegt.